JP6420234B2 - E−o結晶装置に用いるための電気光学結晶素子を製造する方法 - Google Patents
E−o結晶装置に用いるための電気光学結晶素子を製造する方法 Download PDFInfo
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Description
本出願は、2012年4月4日に出願された米国特許仮出願(No. 61/686,350)並びに2013年3月18日に出願された米国特許仮シリーズ出願(No. 61/802,796)に基づく優先権を主張するものであり、その全内容が参照によって本出願に完全に取り込まれている。
・P. Han, W. L. Yan, J. Tian, X. L. Huang, and H. X. Pan、“Cut directions for the optimization of piezoelectric coefficients of lead magnesium niobate- lead-titanateferroelectric crystals”. Discovery of d36 shear mode, Appl. Phys, Letter. 86, No.1, 2466, (2005); 及び
・P. Han, J. Tian, and W. Yan, "Bridgman growth and properties of PMN-PT single crystals," in Advanced dielectric, piezoelectric and ferroelectric materials: Synthesis, characterization and applications, Z. G. Ye, Ed., 1st Ed: WoodheadPublishing Ltd., 2008, p. 600-632 (ブリッジマン(Bridgman)修正法及び特性化による大型のPMN−PT結晶成長の概要)
・Yu Lu, Z. Y. Cheng, S. E. Park, S,.F Liu and Q. M. "Zhang "linear Electro-Optic effect of 0.88Pb(Zn1/3Nb2/3)O3 single crystal", Jpn. J Appl. Phys Vol. 39 No.1, January 2000
・X. M. Wan, D. Y. Wang, X. Y. Zhao, HaosuLuo, H. L.W.Chan and C. L. Choy."Electro-Optic characterization of tetragonal (1-x)Ob(Mg1/3Nb2/3)O3 single crystals by a method Senarmont Setup" Slid state communications Vol. 134 547-551 (2005).
・L. S. Kamzina, RuanWei, G. Li, J. Zeng and A. Ding. "Electro-Optical properties of PMN-PT compounds: single crystals and transparent ferroelectric ceramics".
Physics of solid state, Vol. 52.No. 10 2142-2146 (2010).(原文ロシア語)
・Enwei Sun, Zhu Wang, Rui Zhang and Wenwu Cao."Reduction of electro-optic half-wave voltage of 0.93Pb(Zn1/3Nb2/3)3-0.07PbTiO3 single crystal through large piezoelectric strain". Optical Materials Vol. 33.m 549-552 (2011).
(1)優れたE−O特性及び極めて低い半波電圧Vπ
(2)−30℃から最高110℃の広い動作温度範囲
(3)再ポーリング能による高い信頼性、及び
(4)費用効率の高い作成方法
γT C :80℃で1160pm/V、20℃で527pm/V、−8℃で436pm/V及び−21℃で395pm/V
VT π:80℃で87.5V、20℃で87.5V、−8℃で119V。VT πデータは、比l/d=1に規格化され、そこで、
γ T C :(横有効E−O係数);VT π:横モード半波長電圧である。
(I)Pb(Mg1/3Nb2/3)1-xTixO3 式中xは0.22〜0.38として定義、
若しくは
(II)Pb(Zn1/3Nb2/3)1-yTiyO3 式中yは0.04〜0.11として定義され、
全ての結晶素子は、最大6%(質量%)のランタン(La)、アンチモン(Sb)、最大8%(質量%)のタンタル(Ta)、最大31%(質量%)のインジウム(In)、最大5%(質量%)のジルコニウム(Zr)及びセリウム(Ce)、エルビウム(Er)、テルビウム(Tb)、スカンジウム(Sc)並びにネオジム(Nd)からなる群から選択された最大8%(質量%)の少なくとも一つの希土類元素と一緒にドープ又は共ドープすることができ、
(011)にその結晶素子をスライスし、ウェハースを形成する工程と、
95℃未満の温度範囲で、抗電場(Ec)の2倍の下で、<011>方向にその結晶素子をポーリングすることによってmm2対称構造で分極する工程とを含む。
(III) y*[Pb(In1/2Nb1/2)O3]-(1-y)*[Pb(Mg1/3Nb2/3)1-xTixO3]
式中xは、0.00〜0.35として定義、
yは0.00〜0.35として定義され、
その結晶素子を(011)ウェハースにスライスする工程と、
95℃未満の温度範囲で、抗電場(Ec)の2倍の下で、<011>方向にその結晶素子をポーリングすることによってmm2対称構造で分極する工程とを含む。
表1は、商業用E−O結晶のリストである。
γC 有効E−O係数、 pm/V
γC * 明白なE−O係数、pm/V、補正済み圧電効果 γC.
Vl π 縦半波電圧
VT π(l=d) 横半波電圧(l=d に規格化)
表2.発明のE−O結晶の極わめて低い半波長電圧 Vπ
*本発明
以下の組成を持つ横モードE−O結晶素子:67.5%PMN−32.5%PT 単結晶素子カット方向、ポーリング方向及び入射光の構造並びに結晶方向は図2Aに示す。試験結果は以下の通りである。
異なる温度における試験データ
γT C :有効横直線E−O係数
VT π :l/d=1に規格化された半波電圧
以下の組成を持つ縦モードE−O結晶素子:67.5%PMN−32.5%PT単結晶素子。カット方向、ポーリング方向及び入射光の構造並びに結晶方向は図2Bに示す。試験の結果は以下の通り、300V未満の非常に低い半波電圧Vl πを具備する20℃で450pm/Vの高さの有効縦直線E−O係数γl Cである。
以下の組成を持つ縦モードE−O結晶素子:24%PIN52.4%PMN−23.6%PT単結晶素子。カット方向、ポーリング方向及び入射光の構造並びに結晶方向は図3に示す。試験結果は以下の通り、315V未満の非常に低い半波電圧Vl πを具備する20℃で500pm/Vの高さの有効縦直線E−O係数γl Cである。
以下の組成を持つ横モードE−O結晶素子:24%PIN52.4%PMN−23.6%PT単結晶素子。カット方向、ポーリング方向及び入射光の構造並びに結晶方向は図4に示す。試験結果は以下の通り、95V未満の非常に低い半波電圧VT πを具備する20℃で527pm/Vよりも大きい有効横直線E−O係数γT Cである。
Claims (18)
- 下記化学式の一つで表わされる化学組成物を有する結晶素子を製造する工程と、
(I) Pb(Mg1/3Nb2/3)1-xTixO3 ここでxは0.22〜0.38として定義、
若しくは
(II) Pb(Zn1/3Nb2/3)1-yTiyO3 ここでyは0.04〜0.11として定義され、
(011)に前記結晶素子をスライスする工程と、
95℃未満の温度範囲で、抗電場(Ec)の2倍の下で、<011>方向に前記結晶素子をポーリングすることによってmm2対称構造で分極化する工程と、
横モード結晶素子を提供する工程とを含み、及び
前記横モード結晶素子が、<011>分極を提供し、室温20℃で527pm/Vより大きな横有効E−O係数γT c及び87.5V(l/d=1)よりも低い半波電圧VT πを与えることを特徴とするE−O結晶装置に用いるための電気光学結晶素子を製造する方法。 - 前記結晶素子を製造する工程は、当該製造の際に最大6%(質量%)のランタン(La)、アンチモン(Sb)、最大8%(質量%)のタンタル(Ta)、最大31%(質量%)のインジウム(In)、最大5%(質量%)のジルコニウム(Zr)及びセリウム(Ce)、エルビウム(Er)、テルビウム(Tb)、スカンジウム(Sc)並びにネオジム(Nd)からなる群から選択された最大8%(質量%)の少なくとも一つの希土類元素を一緒にドープ又は共ドープする請求項1記載のE−O結晶装置に用いるための電気光学結晶素子を製造する方法。
- 前記分極化工程が単一ドメインおよびマルチナノドメイン構造の一つをもたらすことを特徴とする請求項1または2に記載のE−O結晶装置に用いるための電気光学結晶素子を製造する方法。
- 更に、前記作成された結晶素子をさいの目にすることを行う工程と、
前記結晶素子の研磨と光学的仕上げを行う工程とを含むことを特徴とする請求項1または2に記載のE−O結晶装置に用いるための電気光学結晶素子を製造する方法。 - 更に、前記結晶素子を電極化する工程を含むことを特徴とする請求項4に記載のE−O結晶装置に用いるための電気光学結晶素子を製造する方法。
- 下記化学式の一つで表わされる化学組成物を有する結晶素子を製造する工程と、
(I) Pb(Mg1/3Nb2/3)1-xTixO3 ここでxは0.22〜0.38として定義、
若しくは
(II) Pb(Zn1/3Nb2/3)1-yTiyO3 ここでyは0.04〜0.11として定義され、
(011)に前記結晶素子をスライスする工程と、
95℃未満の温度範囲で、抗電場(Ec)の2倍の下で、<011>方向に前記結晶素子をポーリングすることによってmm2対称構造で分極化する工程と、
縦モード結晶素子を提供する工程と、
前記縦モード結晶素子上に透明電極をコーティングする工程とを含み、及び
前記縦モード結晶素子が、室温20℃で427pm/Vより大きな縦有効E−O係数γ l c 及び300Vよりも低い半波電圧V l π の<011>分極を提供することを特徴とするE−O結晶装置に用いるための電気光学結晶素子を製造する方法。 - 前記結晶素子を製造する工程は、当該製造の際に最大6%(質量%)のランタン(La)、アンチモン(Sb)、最大8%(質量%)のタンタル(Ta)、最大31%(質量%)のインジウム(In)、最大5%(質量%)のジルコニウム(Zr)及びセリウム(Ce)、エルビウム(Er)、テルビウム(Tb)、スカンジウム(Sc)ならびにネオジム(Nd)からなる群から選択された最大8%(質量%)の少なくとも一つの希土類元素を一緒にドープ又は共ドープする請求項6記載のE−O結晶装置に用いるための電気光学結晶素子を製造する方法。
- 前記分極化工程が単一ドメインおよびマルチナノドメイン構造の一つをもたらすことを特徴とする請求項6または7に記載のE−O結晶装置に用いるための電気光学結晶素子を製造する方法。
- 更に、前記作成された結晶素子をさいの目にすることを行う工程と、
前記結晶素子の研磨と光学的仕上げを行う工程とを含むことを特徴とする請求項6または7に記載のE−O結晶装置に用いるための電気光学結晶素子を製造する方法。 - 更に、前記結晶素子を電極化する工程を含むことを特徴とする請求項9に記載のE−O結晶装置に用いるための電気光学結晶素子を製造する方法。
- 下記化学式の一つで表わされる化学組成物を有する結晶素子を製造する工程と、
(III) y*[Pb(In1/2Nb1/2)O3]-(1-y)*[Pb(Mg1/3Nb2/3)1-xTixO3]
ここでxは、0.0〜0.35として定義、
yは0.0〜0.35として定義され、
(011)に前記結晶素子をスライスする工程と、
95℃未満の温度範囲で、抗電場(Ec)の2倍の下で、<011>方向に前記結晶素子をポーリングすることによってmm2対称構造で分極化する工程と、
横モード結晶素子を提供する工程とを含み、及び
前記横モード結晶素子が、<011>分極を提供し、室温20℃で500pm/Vより大きな横有効E−O係数γT c及び12V(l/d=7)よりも低い半波電圧VT πを与えることを特徴とするE−O結晶装置に用いるための電気光学結晶素子を製造する方法。 - 前記分極化工程が単一ドメインおよびマルチナノドメイン構造の一つをもたらすことを特徴とする請求項11に記載のE−O結晶装置に用いるための電気光学結晶素子を製造する方法。
- 更に、前記作成された結晶素子をさいの目にすることを行う工程と、
前記結晶素子の研磨と光学的仕上げを行う工程とを含むことを特徴とする請求項11に記載のE−O結晶装置に用いるための電気光学結晶素子を製造する方法。 - 更に、前記結晶素子を電極化する工程を含むことを特徴とする請求項13に記載のE−O結晶装置に用いるための電気光学結晶素子を製造する方法。
- 下記化学式の一つで表わされる化学組成物を有する結晶素子を製造する工程と、
(III) y*[Pb(In1/2Nb1/2)O3]-(1-y)*[Pb(Mg1/3Nb2/3)1-xTixO3]
ここでxは、0.0〜0.35として定義、
yは0.0〜0.35として定義され、
(011)に前記結晶素子をスライスする工程と、
95℃未満の温度範囲で、抗電場(Ec)の2倍の下で、<011>方向に前記結晶素子をポーリングすることによってmm2対称構造で分極化する工程と、
縦モード結晶素子を提供する工程と、
前記縦モード結晶素子上に透明電極をコーティングする工程とを含み、及び
前記縦モード結晶素子が、室温20℃で427pm/Vより大きな縦有効E−O係数γ l c 及び300Vよりも低い半波電圧V l π の<011>分極を提供することを特徴とするE−O結晶装置に用いるための電気光学結晶素子を製造する方法。 - 前記分極化工程が単一ドメインおよびマルチナノドメイン構造の一つをもたらすことを特徴とする請求項15に記載のE−O結晶装置に用いるための電気光学結晶素子を製造する方法。
- 更に、前記作成された結晶素子をさいの目にすることを行う工程と、
前記結晶素子を研磨し、光学的仕上げを行う工程と、それによって前記電気光学結晶素子を形成する工程とを含むことを特徴とする請求項15に記載のE−O結晶装置に用いるための電気光学結晶素子を製造する方法。 - 更に、前記結晶素子を電極化する工程を含むことを特徴とする請求項17に記載のE−O結晶装置に用いるための電気光学結晶素子を製造する方法。
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