JP6131552B2 - 波長変換素子及びその製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、波長変換素子及びその製造方法に関する。

周期的分極反転構造によって擬似位相整合（ＱＰＭ：Ｑｕａｓｉ−Ｐｈａｓｅ Ｍａｔｃｈｉｎｇ）を実現して波長変換を行う擬似位相整合型波長変換素子（以降、単に、「波長変換素子」とも称する。）が注目されている。波長変換素子は、波長変換されるべき基本波光の波長に応じた周期の周期的分極反転構造（以下、単に「分極反転構造」とも称する。）が形成された光導波路を有する。そして、この光導波路に基本波光を入力して、波長変換された波長変換光を出力させる。

波長変換素子は、光通信分野で主に用いられているが、これ以外の、例えば、電気光学偏光器（例えば、特許文献１参照）や、テラヘルツ波発生装置（例えば、特許文献２参照）や、光変調器（例えば、特許文献３参照）等の光計測の分野でも利用され始めている。

何れの用途でも、波長変換素子には、高い効率で波長を変換する能力が求められる。そのためには、光導波路中で、基本波光及び波長変換光の電界分布の重複を増すことが有効である。しかし、光導波路の屈折率分布の非対称性により、波長変換素子の波長変換効率を高めることは難しかった。以下、この点について詳述する。

波長変換素子の光導波路は、例えば、常法に従い分極反転構造を作成した強誘電体結晶基板に、周知のプロトン交換法や、Ｔｉ拡散法により高屈折率領域を形成することで得られる。このようにして形成された光導波路（以下、「拡散型光導波路」とも称する。）では、プロトンやＴｉが基板表面から拡散されているので、これらの濃度に依存して、屈折率が深さとともに徐々に小さくなっていく。このような屈折率分布を持つ光導波路では、基本波光と波長変換光の電界分布が大きく異なるため、波長変換効率を上げることができなかった。

また、光導波路を形成する別方法として、土台である低屈折率基板上に貼り付けた、分極反転構造を有する強誘電体結晶基板を、断面リッジ形の直線状にダイシングする技術がある（例えば、非特許文献１参照）。

特開平１０−８３００１号公報 特開２００５−７７４７０号公報 特開平１１−１７４３９０号公報

Ｍ．Ｉｗａｉ， ｅｔ ａｌ．，"Ｈｉｇｈ−ｐｏｗｏｅｒ ｂｌｕｅ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｆｒｏｍ ａ ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ ｐｏｌｅｄ ＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３ ｒｉｄｇｅ−ｔｙｐｅ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｂｙ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｏｕｂｌｉｎｇ ｏｆ ａ ｄｉｏｄｅ ｅｎｄ−ｐｕｍｐｅｄ Ｎｄ：Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２ ｌａｓｅｒ"，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．８３， Ｎｏ．１８， ｐ．３６５９−３６６１，３ Ｎｏｖ．２００３

確かに、リッジ形の光導波路は、拡散型光導波路に比べて、光導波路内部での屈折率の対称性が高いため、プロトン交換法等で得られる光導波路よりも波長変換効率を上げることができる。しかし、リッジ形光導波路の外側は空気であるので、基板面に垂直な方向に沿った光導波路の屈折率分布は、非対称となる。この非対称性ゆえに、基本波光と波長変換光の電界分布にズレが生じ、波長変換効率を十分に向上できなかった。

この発明は、このような技術的背景の下でなされた。従って、この発明の目的は、従来よりも波長変換効率を高めた波長変換素子、及びその製造方法を得ることにある。

発明者は鋭意検討の結果、分極反転構造を有するコアを、等方性を有するクラッド、つまり屈折率が場所によらず均一なクラッド中に埋め込んだ波長変換素子を用いることで、上述の目的が達せられることに想到した。すなわち、この発明の波長変換素子は、第１基板とコアとクラッドとを備える。ここで、コアは、自発分極の向きが反転する第１及び第２ドメインが交互に並ぶ周期的分極反転構造を有する強誘電体結晶で構成される。また、クラッドは、コアの光伝搬方向に沿った全側面を覆い、均一な屈折率を有する。また、クラッドは、第１基板の主面上に設けられている。そして、第１及び第２ドメインの境界面が、光伝搬方向と非平行に配置されている。また、コアは、クラッド中に第１基板の主面に平行に延在して設けられている。第１基板の、コアの直下領域の両側には、コアに沿って延在する凹部が形成されている。この凹部は、クラッドで充填されている。

また、本発明の波長変換素子の形成方法では、自発分極の向きが反転する第１及び第２ドメインが交互に並ぶ周期的分極反転構造を有する強誘電体結晶基板を準備する。そして、この強誘電体結晶基板と、第１基板とを、互いに対向する主面間に満たした２μｍ以上の厚みの接着剤で接着する。

続いて、強誘電体結晶基板側から、第１及び第２ドメインの境界面と非平行な方向に沿って２本の溝を形成することで、２本の溝の間の強誘電体結晶基板の領域をコアとする素子前駆体を形成する。ここで、これらの溝の強誘電体結晶基板の主面に垂直に測った深さを強誘電体結晶基板の厚み以上とし、かつ、溝の光伝搬方向に直交しかつ強誘電体結晶基板の主面に平行に測った幅を２μｍ以上とする。

続いて、素子前駆体のコアが形成された側の面と、第２基板の主面との間を接着剤で満たして素子前駆体と第２基板を接着して、２本の溝の内部を接着剤で満たすと共に、コアの上面と第２基板の主面とに２μｍ以上の接着剤を介在させ、接着剤をクラッドとして機能させる。

上述のように構成された波長変換素子及びその製造方法は、コアの周囲の屈折率の対称性を高めることができるので、基本波光と波長変換光の電界分布の重複が大きくなる。その結果、基本波光から波長変換光への波長変換効率を従来よりも高めることができる。

（Ａ）は、波長変換素子を概略的に説明するための模式図であり、（Ｂ）は、従来の波長変換素子に対応し、（Ｃ）は、本発明の波長変換素子に対応する。 （Ａ）は、波長変換素子の構成を概略的に示す斜視図であり、（Ｂ）は、（Ａ）のＡ−Ａ線に沿った端面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、波長変換素子の製造方法を工程順に示す斜視図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、図３（Ｂ）に続く工程を工程順に示す斜視図である。

以下、図面を参照して、この発明の実施形態について説明する。なお、各図では、各構成要素の形状、大きさ及び配置関係を、この発明が理解できる程度に概略的に示している。また、以下、この発明の好適な構成例について説明するが、各構成要素の材質及び数値的条件などは、単なる好適例にすぎない。従って、この発明は、以下の実施形態に何ら限定されない。また、各図において、共通する構成要素には同符号を付し、重複する説明を省略することもある。また、他の図面との対応関係が明らかな構成要素の符号を省略することもある。

（発明の概要）
まず、図１（Ａ）〜（Ｃ）を参照して、この発明の概要について説明する。図１（Ａ）は、波長変換素子の概容を説明するための模式図である。図１（Ｂ）は、従来の波長変換素子に対応する。図１（Ｃ）は、本発明の波長変換素子に対応する。なお、図１（Ｂ）及び（Ｃ）は、言わば、図１（Ａ）のＡ−Ａ線に沿った端面図に相当する。また、図１（Ｂ）及び（Ｃ）には、端面図と共に、厚み方向に沿って測った素子の屈折率分布を示している。

波長変換素子１の説明に先立ち、図１（Ａ）を参照して、以下の説明で用いる方向及び寸法を定義する。基本波光ＩＮの光伝搬方向（図中、矢印Ｐで示す。）に垂直かつコア１２の下面１２ａに平行な方向を幅方向と称し、幅方向に沿って測った幾何学的長さを「幅」と称する。また、下面１２ａに垂直な方向を高さ又は厚み方向と称し、高さ又は厚み方向に沿って測った幾何学的長さを「高さ」又は「厚さ」と称する。同様に、光伝搬方向に沿って測った幾何学的長さを「長さ」と称する。また、所定の構造体の光伝搬方向に垂直な断面のことを「横断面」と称する。

始めに、図１（Ａ）を参照して、波長変換素子について概略的に説明する。波長変換素子１は、コア１２と、コア１２の周囲に設けられるクラッド６とで構成される光導波路１８を備える。コア１２は、自発分極の向き（図中、白矢印で示す。）が反転した第１及び第２ドメインＤ_１及びＤ_２が交互に並ぶ周期的分極反転構造１３を有する強誘電体結晶で形成されている。

ここで、分極反転構造１３の第１及び第２ドメインＤ_１及びＤ_２の周期Λは、波長λ_１の基本波光ＩＮに対して、擬似位相整合条件（以下、ＱＰＭ条件とも称する。）を満足するように設定されている。さらに、第１及び第２ドメインＤ_１及びＤ_２の境界面Ｓが、光伝搬方向と非平行に配置されている。この例では、境界面Ｓは光伝搬方向に垂直に設けられている。

これらの結果、光導波路１８のコア１２の一端に入力された基本波光ＩＮ（λ_１）は、コア１２を伝搬する過程で波長変換されて、他端から、波長λ_２（≠λ_１）の波長変換光ＯＵＴとして出力される。

以下、このＱＰＭ条件について詳述する。例えば、入力された基本波光ＩＮを、第２高調波発生に基づき波長変換するには、分極反転構造１３の周期Λを、次式（１）を満たす値とすればよい。

Λ＝λ_１／｛２（Ｎ_２−Ｎ_１）｝・・・（１）
ここで、Ｎ_１は基本波光ＩＮに対する光導波路１８の等価屈折率、Ｎ_２は波長変換光ＯＵＴに対する光導波路１８の等価屈折率である。基本波光ＩＮ又は波長変換光ＯＵＴに対する光導波路１８の等価屈折率とは、光導波路１８を伝搬する基本波光ＩＮ又は波長変換光ＯＵＴの伝搬定数と波数の関係を規格化して表した数値である。光導波路１８を伝搬する基本波光ＩＮ又は波長変換光ＯＵＴの位相速度は、この等価屈折率を有する空間中を伝搬する場合と等しくなる。

この他、差周波発生、和周波発生等に基づく波長変換素子についても同様に、これらのＱＰＭ条件を満たすように、周期Λを設定することで、それぞれの様式の波長変換が実現される。

この例では、境界面Ｓが光伝搬方向に垂直に配置される場合について説明した。しかし、境界面Ｓの延在方向は、光伝搬方向に対して垂直以外の非平行、つまり斜めであってもよい。この構成によっても、分極反転構造１３の実効的な周期Λ'に応じた波長で波長変換を行うことができる。ここで、実効的な周期Λ'とは、境界面Ｓと光伝搬方向のなす角をΘとしたときに、Λ'＝Λ／ｓｉｎΘで与えられる。

続いて、図１（Ｂ）を参照して、従来型の波長変換素子１００（以下、従来型素子１００とも称する。）について説明する。従来型素子１００は、分極反転構造１３が形成された断面矩形状のリッジ形のコア１２と、クラッド１０５とを備える。従来型素子１００では、コア１２とクラッド１０５とで光導波路１８が構成される。ここでクラッド１０５は、コア１２の下面に接する基板１０４と、コアの両側面及び上面に接する第１クラッド１０６とで構成される。

図１（Ｂ）に示した屈折率分布を参照すると、従来型素子１００では、コア１２が基板１０４上に設けられていることに起因して、厚み方向に沿った屈折率分布が非対称となる。すなわち、コア１２、基板１０４及び第１クラッド１０６の屈折率をそれぞれ、ｎ_２、ｎ_１及びｎ_３とすると、ｎ_２＞ｎ_１＞ｎ_３との大小関係が成り立つ。

コア１２の周囲の屈折率分布の非対称性の結果、図１（Ｂ）に示すように、コア１２の断面において、基本波光ＩＮと波長変換光ＯＵＴの電界分布Ｅ（ＩＮ）及びＥ（ＯＵＴ）に、厚み方向に関してズレが生じる。基本波光ＩＮから波長変換光ＯＵＴへの変換効率は、両電界分布Ｅ（ＩＮ）及びＥ（ＯＵＴ）の重なり（図中斜線部分）の大きさに依存する。このように、屈折率分布が非対称な従来型素子１００では、両電界分布Ｅ（ＩＮ）及びＥ（ＯＵＴ）のズレを回避できず、波長変換効率を十分に高めることができなかった。

それに対し、図１（Ｃ）に示す本発明の波長変換素子１０は、コア１２の光伝搬方向に沿った全側面が、屈折率の等しいクラッド１６で覆われている。特に図１（Ｃ）に示す例では、コア１２が均一な屈折率ｎ_３’（＜ｎ_２）のクラッド１６の中に埋め込まれており、コア１２とクラッド１６とで光導波路１８が構成されている。

これにより、図１（Ｃ）の屈折率分布に示すように、厚み方向に沿った屈折率分布がコア１２を挟んで対称になる。その結果、基本波光の電界分布Ｅ（ＩＮ）と、波長変換光の電界分布Ｅ（ＯＵＴ）のズレが無くなり、両分布の重複が最大になる。その結果、本発明の波長変換素子１０の波長変換効率は、従来型素子１００よりも向上する。

（実施形態）
続いて、図２〜図４を参照して、本発明の波長変換素子、及びその製造方法の実施形態について説明する。図２（Ａ）は、波長変換素子の構成を概略的に示す斜視図である。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のＡ−Ａ線に沿った端面図である。図３（Ａ）及び（Ｂ）は、波長変換素子の製造方法を工程順に示す斜視図である。図４（Ａ）及び（Ｂ）は、図３（Ｂ）に続く工程を工程順に示す斜視図である。

＜構造＞
図２（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、波長変換素子２０は、分極反転構造が形成されたコア１２と、コア１２の光入出力端面を除く全側面を覆うクラッド１６とを備えた光導波路１８を備えている。そして、波長変換素子２０は、この光導波路１８を、厚み方向の上下から挟持する第１及び第２基板２２及び２４を備える。また、波長変換素子２０は、光導波路１８の幅方向の両側に、分極反転構造が形成された強誘電体結晶基板２６の部分領域である第１及び第２基板部分２６ａ及び２６ｂを備えている。

より詳細には、コア１２は、第１及び第２基板部分２６ａ及び２６ｂとともに、接着剤２８により第１基板２２に貼り付けられていた平行平板状の強誘電体結晶基板２６の一部をなす。ただ、コア１２の幅方向の両側の強誘電体結晶基板２６の一部領域２６ｃは光伝搬方向に沿って除去されており、残った基板領域が、コア１２と第１及び第２基板部分２６ａ及び２６ｂとを構成する。なお、この例では、強誘電体結晶基板２６には、周知の方法で分極反転構造を形成したＬｉＮｂＯ_３基板を用いている。

図２（Ｂ）を参照すると、コア１２は、断面矩形状であり、この例では、幅Ｗ及び高さＨがそれぞれ５μｍで等しい断面正方形状である。コア１２の幅Ｗ及び高さＨは、それぞれ、下限が３μｍ以上で上限が１０μｍ以下であることが好ましく、下限が３μｍ以上で上限が５μｍ以下であればより一層好ましい。コア１２の寸法をこの範囲とすることにより、コア１２を伝搬する基本波光ＩＮのパワー密度が高くなるので、波長変換効率を高めることができる。

また、コア１２の断面形状を正方形状とすることにより、クラッド１６に屈折率が均一な物質を用いることと相俟って、光導波路１８を偏波無依存とすることができる。より詳細には、厚み方向に関する屈折率分布と、幅方向に関する屈折率分布とを等しく対称的にすることにより、光導波路１８を偏波無依存とすることができる。

その結果、光導波路１８は、波長変換を受けるＴＭ偏波のみでなく、ＴＥ偏波をロスを抑えながら伝搬させることができるので、光の利用効率を高めることができる。これにより、例えば、光導波路１８の出力端に、自発分極の向きがコア１２と直行する分極反転構造が形成されたコアを有するＴＥ偏波用の別の波長変換素子を直列に設置できる。このようにすることにより、ＴＭ偏波のみでなく、ＴＥ偏波をも波長変換することが可能となり、より一層光の利用効率が高まる。

クラッド１６は、第１及び第２基板２２及び２４を強誘電体結晶基板２６の上下に貼り付けるために用いた接着剤２８である。すなわち、第１及び第２基板２２及び２４の互いに対向する主面の間に充填された接着剤２８をクラッド１６とし、このクラッド１６中に主面に平行に延在するコア１２を設けている。つまり、この波長変換素子２０では、接着剤２８を十分に厚くすることにより、言わば、コア１２を接着剤２８に埋め込んで、接着剤２８をクラッド１６として機能させている。

接着剤２８をクラッド１６として機能させるためには、厚みが２μｍ以上であることが好ましい。すなわち、（１）コア１２の下面と第１基板２２との間の接着剤２８の厚さ、（２）コア１２の上面と第２基板２４との間の接着剤２８の厚さ、及び（３）コア１２の両側面と第１及び第２基板部分２６ａ及び２６ｂとの間の接着剤２８の厚さを全て２μｍ以上とすることが好ましい。接着剤２８の厚さを２μｍ以上とすることにより、接着剤２８は、クラッド１６として実用上十分に機能し、光導波路１８を伝搬する光の系外への放射を抑制する。

ここで、接着剤２８としては、コア１２よりも屈折率が小さい公知の光学用接着剤を用いることができる。例えば、エポキシ系樹脂や、変性メタクリレート系樹脂、変性アクリレート系樹脂を用いることができる。

第１基板２２は、平行平板であり、強誘電体結晶基板２６が貼り付けられる土台として機能する。すなわち、一部領域２６ｃの基板部分が除去される前の強誘電体結晶基板２６は、第１基板２２の上面に２μｍ以上の厚みの接着剤２８で貼り付けられる。なお、この例では、第１基板２２として、ガラス基板を用いている。

そして、接着された両基板２２及び２６を、強誘電体結晶基板２６側からダイシングして、一部領域２６ｃを除去しつつ第１基板２２に、凹部２２ｂを形成する。コア１２の両側に設けられる一部領域２６ｃの幅は、幅方向に十分な厚みのクラッド１６を設けるために、それぞれ２μｍ以上とすることが好ましい。なお、この凹部２２ｂ及び一部領域２６ｃには、第２基板２４を接着する過程で、接着剤２８が充填される。

なお、第１基板２２に凹部２２ｂを設け、接着剤２８を充填することにより、コア１２の中心軸に対して傾斜した方向についても屈折率分布を対称とできるので、コア１２の周囲の屈折率の対称性をより高めることができる。

第２基板２４は、コア１２と、第１及び第２基板部分２６ａ及び２６ｂの上面に接着剤２８を介して貼り付けられる平行平板である。なお、この例では、第２基板２４として、ガラス基板を用いている。

第２基板２４を貼り付ける際に、上述のダイシングで形成された、凹部２２ｂ及び一部領域２６ｃ中には接着剤２８が隙間無く充填される。第２基板２４の貼り付けに用いる接着剤２８をクラッド１６として機能させるためには、幅方向に関しては、コア１２の両側面から測った接着剤２８の厚みを２μｍ以上とすることが好ましい。また、厚み方向に関しては、コア１２の上面と、第２基板２４の下面との間に２μｍ以上の厚みの接着剤２８を介在させることが好ましい。なお、第２基板２４の貼り付けに用いる接着材２８と、第１基板２２の貼り付けに用いる接着材とは、同じ材料でもよいし、材料が異なっていても、屈折率が等しければよい。

このようにして、コア１２の光伝搬方向に沿った全側面に、２μｍ以上の厚さのクラッド１６を設けることにより、光導波路１８の屈折率分布の対称性が高まる。その結果、基本波光ＩＮと波長変換光ＯＵＴの電界分布の重なりが大きくなり、波長変換効率が向上する。

また、コア１２の横断面を正方形とし、さらに幅及び高さの両方向に関して屈折率分布を等しくすることにより、光導波路１８を偏波無依存とすることができる。これにより、光の利用効率が向上する。

なお、強誘電体結晶基板２６としては、ＬｉＮｂＯ_３基板に限らず、例えば、ＬｉＴａＯ_３基板や、ＫＴｉＯＰＯ_４基板や、ＫＮｂＯ_３基板等の、周知の強誘電体結晶基板を用いることができる。また、これらの基板に、屈折率を調整するために、Ｍｇ，Ｚｎ，Ｓｃ，Ｉｎ等から選択される１種類以上の元素をドープしても良い。

なお、第１及び第２基板２２及び２４には、ガラス基板以外にも、Ｓｉや、石英や、上述の種々の強誘電体結晶基板等を用いることができる。上述のように、コア１２と第１及び第２基板２２及び２４との間に十分な厚みのクラッド１６を設けることができれば、第１及び第２基板２２及び２４を構成する材料に特に限定はない。コア１２よりも屈折率が高くても低くてもよい。また、コア１２の上面に２μｍ以上の厚みの接着剤２８を設けることができれば、第２基板２４は特に必要ない。

＜製造方法＞
続いて、図３及び図４を参照して、本発明の波長変換素子の製造方法について説明する。図３（Ａ）及び（Ｂ）は、波長変換素子の製造方法を工程順に示す斜視図である。図４（Ａ）及び（Ｂ）は、図３（Ｂ）に続く工程を工程順に示す斜視図である。

＜第１工程：図３（Ａ）＞
図３（Ａ）に示すように、分極反転構造が形成された平行平板状の強誘電体結晶基板２６’を準備する。そして、この強誘電体結晶基板２６’の主面と、第１基板２２の主面との間に満たした２μｍ以上の厚みの接着剤２８で両基板２２及び２６’を接着する。

＜第２工程：図３（Ｂ）＞
続いて、図３（Ｂ）に示すように、第１基板２２に貼り付けた強誘電体結晶基板２６’を、常法に従いコア１２の厚みＨとなるまで研磨する。これにより、第１基板２２には、接着剤２８を介して、厚みがＨの平行平板状の強誘電体結晶基板２６が配位される。

＜第３工程：図４（Ａ）＞
続いて、図４（Ａ）に示すように、ダイシングソー３０等を用いて、強誘電体結晶基板２６側から、第１及び第２ドメインＤ_１及びＤ_２の境界面Ｓと垂直な方向に平行に２本の溝３２ａ及び３２ｂを形成する。溝３２ａ及び３２ｂを切削することで両溝３２ａ及び３２ｂの間に残った強誘電体結晶基板２６の領域をコア１２とする。以降、このように溝３２ａ及び３２ｂとコア１２が形成された構造体を、素子前駆体４０と称する。

ここで、溝３２ａ及び３２ｂの厚み方向に測った深さは、強誘電体結晶基板２６の厚み以上とする。この例では、ダイシングソー３０により、強誘電体結晶基板２６をダイシングして、一部領域２６ｃを除去しつつ第１基板２２に、凹部２２ｂを形成する。

また、溝３２ａ及び３２ｂのそれぞれの幅、つまり、コア１２の側面と第１及び第２基板部分２６ａ及び２６ｂとの間の距離は２μｍ以上とする。

＜第４工程：図４（Ｂ）＞
続いて、図４（Ｂ）に示すように、素子前駆体４０のコア１２が形成された側の面と、第２基板２４の主面との間を満たす接着剤２８で素子前駆体４０と第２基板２４を接着して、２本の溝３２ａ及び３２ｂの内部を接着剤２８で満たすと共に、コア１２の上面と第２基板２４の主面とに２μｍ以上の接着剤２８を介在させ、接着剤２８をクラッド１６として機能させる。

これにより、均一な屈折率を有するクラッド１６（接着剤２８）内に埋め込まれたコア１２を有する波長変換素子２０が得られる。

なお、この例では、第４工程において、第２基板２４を素子前駆体４０に貼り付けた場合について説明した。しかし、コア１２の上面上、及び溝３２ａ及び３２ｂ内部に十分な厚みの接着剤２８を設けることができれば、第２基板２４を設ける必要は無い。

１，１０，２０ 波長変換素子
６，１６，１０５ クラッド
１２ コア
１３ 周期的分極反転構造（分極反転構造）
１８ 光導波路
２２ 第１基板
２２ｂ 凹部
２４ 第２基板
２６，２６’ 強誘電体結晶基板
２６ａ 第１基板部分
２６ｂ 第２基板部分
２６ｃ 一部領域
２８ 接着剤
３０ ダイシングソー
３２ａ，３２ｂ 溝
４０ 素子前駆体
１００ 従来型の波長変換素子（従来型素子）
１０４ 基板
１０６ 第１クラッド

Claims (7)

1. 第１基板と、
   自発分極の向きが反転する第１及び第２ドメインが交互に並ぶ周期的分極反転構造を有する強誘電体結晶で構成されるコアと、
   前記第１基板の主面上に設けられた、前記コアの光伝搬方向に沿った全側面を覆う均一な屈折率を有するクラッドと
   を備え、
   前記第１及び第２ドメインの境界面が、光伝搬方向と非平行に配置されており、
   前記コアは、前記クラッド中に前記主面に平行に延在して設けられており、
   前記第１基板の、前記コアの直下領域の両側に、前記コアに沿って延在する凹部が形成されており、
   該凹部は、前記クラッドで充填されている
   ことを特徴とする波長変換素子。
2. 前記クラッドが、前記コアよりも屈折率が小さい材料で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の波長変換素子。
3. 前記クラッドは、各前記側面から光伝搬方向に直交する方向に測った厚みが２μｍ以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の波長変換素子。
4. 前記コアの光伝搬方向に垂直な横断面形状が正方形であることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の波長変換素子。
5. 前記クラッド上に第２基板が設けられていることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の波長変換素子。
6. 前記クラッドが、前記第１基板及び前記第２基板に、前記強誘電体結晶の基板を貼り付けるための接着剤であることを特徴とする請求項５に記載の波長変換素子。
7. 自発分極の向きが反転する第１及び第２ドメインが交互に並ぶ周期的分極反転構造を有する強誘電体結晶基板と、第１基板とを、互いに対向する主面間に満たした２μｍ以上の厚みの接着剤で接着する工程と、
   前記強誘電体結晶基板側から、前記第１及び第２ドメインの境界面と非平行な方向に沿って２本の溝を形成し、該溝の前記強誘電体結晶基板の主面に垂直に測った深さを該強誘電体結晶基板の厚み以上とし、かつ、該溝の光伝搬方向に直交しかつ前記強誘電体結晶基板の主面に平行に測った幅を２μｍ以上とすることにより、前記２本の溝の間の強誘電体結晶基板の領域がコアである素子前駆体を形成する工程と、
   前記素子前駆体のコアが形成された側の面と、第２基板の主面との間を接着剤で満たして前記素子前駆体と前記第２基板とを接着して、２本の溝の内部を接着剤で満たすと共に、前記コアの上面と前記第２基板の主面とに２μｍ以上の前記接着剤を介在させる工程とを備え、
   前記接着剤をクラッドとして機能させることを特徴とする波長変換素子の形成方法。

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