JPH032736A - Method and apparatus for producing second harmonic wave generating element - Google Patents

Method and apparatus for producing second harmonic wave generating element

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JPH032736A
JPH032736A JP13882089A JP13882089A JPH032736A JP H032736 A JPH032736 A JP H032736A JP 13882089 A JP13882089 A JP 13882089A JP 13882089 A JP13882089 A JP 13882089A JP H032736 A JPH032736 A JP H032736A
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harmonic
optical
circuit element
optical circuit
optical waveguide
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JP13882089A
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Masaya Yamada
雅哉 山田
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Ibiden Co Ltd
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Ibiden Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To allow the easy execution of a phase matching with high accuracy by exposing and developing a photosensitive material and etching an optical waveguide surface, thereby patterning the optical waveguide route for second harmonic waves. CONSTITUTION:A photomask formed with the pattern of the channel type optical waveguide on the propagation route for the second harmonic waves is registered and is exposed by an exposing light source 7 to expose the photosensitive material applied on an optical circuit element 1. The photosensitive material is then developed to form the etching mask corresponding to the route for the second harmonic waves. The slab type optical waveguide is etched by an ion beam etching to etch the parts exclusive of the etching mask. The etching mask is removed from this optical circuit element 1 to produce the second harmonic wave generating element. The second harmonic wave generating element which allows the easy phase matching of the optical waveguide and has the high matching accuracy thereof and the excellent second harmonic wave generating and converting efficiency is obtd. in this way.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光学結晶のもつ非線形光学効果を利用して入
射するレーザー光の波長をその部分の−の波長の変換す
る第2高調波発生素子の製造方法およびその装置に関し
、特に本発明は、チャンネル型光導波路の形成に際し、
位相整合を容易、かつ極めて高精度に行うことができる
第2高調波発生素子の製造方法およびその装置に関する
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention is a second harmonic generation method that utilizes the nonlinear optical effect of an optical crystal to convert the wavelength of an incident laser beam to the negative wavelength of the portion thereof. The present invention relates to a device manufacturing method and an apparatus thereof, and in particular, the present invention relates to a device manufacturing method and an apparatus thereof, and in particular, when forming a channel type optical waveguide,
The present invention relates to a method and apparatus for manufacturing a second harmonic generating element that can easily perform phase matching with extremely high precision.

〔従来の技術] 第2高調波発生素子は、出力する光の波長が部分の−と
なり記録密度を4倍にすることができるため、光デイス
クメモリやCDプレーヤ等に、短波長化により感光感度
が向上することから高速化を要求されるレーザプリンタ
等に、あるいは短波長化により微細パターン加工が可能
になることからフォトリソグラフィー等に応用でき、そ
の応用分野は非常に広い。
[Prior Art] The second harmonic generation element outputs light with a negative wavelength and can quadruple the recording density, so it is used in optical disk memories, CD players, etc. to improve photosensitivity by shortening the wavelength. The field of application is very wide, as it can be applied to laser printers, etc., which require faster speeds because of the improvement in the wavelength, and photolithography, etc., because the shorter wavelength makes it possible to process fine patterns.

かかる第2高調波発生素子には、従来、高出力のガスレ
ーザを光源とし、非線形光学結晶のバルク単結晶が用い
られていた。しかし、近年■光ディスク装置、レーザプ
リンタ等の装置全体を小型化する要求の強いこと、■ガ
スレーザは、光変調のため外部に変調器が必要であるの
に対し、半導体レーザは直接変調が可能であること、■
半導体レーザはガスレーザに比べて安価で、取扱いが容
易であること等のためガスレーザに代えて半導体レーザ
が主として用いられるようになってきた。
Conventionally, such a second harmonic generation element uses a high-output gas laser as a light source and uses a bulk single crystal of a nonlinear optical crystal. However, in recent years there has been a strong demand for miniaturization of entire devices such as optical disk drives and laser printers, and while gas lasers require an external modulator for optical modulation, semiconductor lasers can be directly modulated. There is something ■
Semiconductor lasers have come to be mainly used instead of gas lasers because they are cheaper and easier to handle than gas lasers.

このため、出力の低い半導体レーザ光源を用いても高い
第2高調波発生出力が得られる素子が必要となってきた
For this reason, there has been a need for an element that can obtain a high second harmonic generation output even when a low output semiconductor laser light source is used.

このように、低い光源出力で高い第2高調波発生出力を
有する素子を得るには、チャンネル型光導波路によりレ
ーザ光を狭い領域に閉じ込め、高い光パワー密度とする
ことにより第2高調波発生変換効率を高めるとともに、
入射させるレーザ光と第2高調波との位相整合を行う必
要がある。
In this way, in order to obtain a device with a high second harmonic generation output with a low light source output, the laser light is confined in a narrow region using a channel type optical waveguide, and the second harmonic generation conversion is achieved by creating a high optical power density. Increasing efficiency and
It is necessary to perform phase matching between the incident laser light and the second harmonic.

すなわち、高い第2高調波発生出力を得るためには、発
生した第2高調波と、基本波長光から非線形光学効果に
より誘起される分極波とが、干渉により弱めあって減衰
してしまうのを防ぐために両者の位相速度を一致させる
必要がある。これは結晶の基本波長光に対する屈折率と
第2高調波対する屈折率を一致させることに相当する。
In other words, in order to obtain a high second harmonic generation output, it is necessary to prevent the generated second harmonic and the polarization wave induced by the nonlinear optical effect from the fundamental wavelength light from weakening each other due to interference and attenuation. To prevent this, it is necessary to match the phase velocities of both. This corresponds to matching the refractive index of the crystal for the fundamental wavelength light and the refractive index for the second harmonic.

しかし、一般には結晶材料のもつ波長分散のため、波長
とともに屈折率も変化するため、この要求は満たされな
い、そこで、何らかの方法・で2つの波長に対する屈折
率を一致させることが必要となる。
However, this requirement is not met because the refractive index generally changes with wavelength due to wavelength dispersion of crystalline materials.Therefore, it is necessary to match the refractive index for the two wavelengths by some method.

かかる位相整合の方法には、角度整合法、温度整合法お
よび膜厚整合法等がある。前記第1の方法は、光学異方
性を有する光学材料の複屈折を利用するもので、波長λ
の光と波長λ/2の光の屈折率が等しくなるように、結
晶軸に対して角度θをなす方向に波長λの光を入射させ
る方法である。
Such phase matching methods include an angle matching method, a temperature matching method, a film thickness matching method, and the like. The first method utilizes birefringence of an optical material having optical anisotropy, and the wavelength λ
In this method, light with a wavelength λ is incident in a direction forming an angle θ with respect to the crystal axis so that the refractive index of the light with a wavelength λ/2 is equal to that of the light with a wavelength λ/2.

前記第2の方法は、光学材料の屈折率が温度によって変
化することを利用するもので、かかる温度を制御するこ
とによって波長λの光と波長λ/2の光との屈折率を一
致させる方法である。前記第3の方法は、導波光のモー
ド分散を利用して膜厚を制御することによって波長λの
光と波長λ/2の光との実効屈折率を一致させる方法で
ある。
The second method utilizes the fact that the refractive index of an optical material changes with temperature, and by controlling such temperature, the refractive index of light with wavelength λ and light with wavelength λ/2 are matched. It is. The third method is a method in which the effective refractive indexes of light of wavelength λ and light of wavelength λ/2 are matched by controlling the film thickness using mode dispersion of guided light.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

しかしながら、上記角度整合法に基づく位相整合を行う
場合、−船釣に±0.1°程度で角度を制御しうる精度
が必要とされる。このため基板表面全体に光導波路を形
成したスラブ型光導波路においては、予め前記角度θが
入射面とほぼ垂直になるように素子を切断しておき、次
いで入射光の入射角度を微調整すれば位相整合を容易に
行うことができるが、チャンネル型光導波路にあっては
、光導波路の作成時に±0.1°程度の精度で光導波路
を作成しなければならず、極めて難しい技術が要求され
るとともに高精度の製造装置が必要であった。
However, when performing phase matching based on the above-mentioned angle matching method, precision is required to control the angle within about ±0.1°. Therefore, in a slab type optical waveguide in which an optical waveguide is formed over the entire surface of the substrate, the element is cut in advance so that the angle θ is almost perpendicular to the incident plane, and then the incident angle of the incident light is finely adjusted. Phase matching can be easily achieved, but in the case of channel-type optical waveguides, the optical waveguide must be created with an accuracy of about ±0.1°, which requires extremely difficult technology. At the same time, high-precision manufacturing equipment was required.

また、温度整合法を用いて位相整合をする場合、高い第
2高調波発生出力の素子とするためには温度を±0.1
’C程度で制御しなければならず、素子の使用に際し特
殊な装置を必要とすることから実用的ではなかった。
In addition, when phase matching is performed using the temperature matching method, the temperature must be adjusted by ±0.1 in order to obtain a device with high second harmonic generation output.
It was not practical because it had to be controlled at about 'C, and special equipment was required when using the device.

さらに、膜厚整合法を用いて位相整合を行う場合、膜厚
を±0.01μm程度の精度で制御しなければならず、
これを、通常の機械的研摩法あるいはドライエツチング
プロセスなどの方法で達成しようとすると、極めて難し
い技術が必要であった。
Furthermore, when performing phase matching using the film thickness matching method, the film thickness must be controlled with an accuracy of about ±0.01 μm.
Attempting to achieve this using conventional mechanical polishing methods or dry etching processes would require extremely difficult techniques.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明者は、前述の如き問題点を解決する方法について
種々研究した結果、位相整合により発生した第2高調波
の光導波経路を光導波路の表面に可視化し、この光導波
路の表面に第2高調波の光導波経路に沿ってエツチング
マスクを形成し、前記エツチングマスク以外の部分をエ
ツチング処理することによりチャンネル型光導波路とす
る方法を知見するに到り、本発明を完成するに到った。
As a result of various studies on methods for solving the above-mentioned problems, the inventor of the present invention visualized the optical waveguide path of the second harmonic generated by phase matching on the surface of the optical waveguide. We have discovered a method of forming an etching mask along the harmonic optical waveguide path and etching the parts other than the etching mask to form a channel type optical waveguide, and have completed the present invention. .

すなわち、本発明は、 光学結晶薄膜からなるスラブ型光導波路を有する光回路
素子の光導波路上に感光性材料を塗布する工程;光の入
・出射側端面を研磨した前記光導波路内ヘレーザビーム
を入射して位相整合し、第2高調波光を発生させる工程
;前記第2高調波光を利用してチャンネル型導波路のパ
ターンを有するフォトマスクを位置合わせしてセットす
る工程;前記感光性材料を露光し、現像する工程;−お
よび前記光導波路面をエツチング処理して第2高調波の
光導波経路をパターンニングする工程;とを有すること
を特徴とする第2高調波発生素子の製造方法、および 基本波レーザ光源、レーザ光をほぼ平行光線にするため
の光学系、移動可能な光回路素子保持台および露光光源
からなる第2高調波発生素子の製造装置であって、前記
光回路素子保持台が、光回路素子の導波路部分を前記光
学系から照射されるレーザ光の光軸上に位置合わせする
ことのできるよう配設されてなり、かつ前記露光光源が
、前記光回路素子保持台に保持された光回路素子を照射
することのできる位置に配設されてなることを特徴とす
る第2高調波発生素子の製造装置、である。
That is, the present invention provides the following steps: Coating a photosensitive material on the optical waveguide of an optical circuit element having a slab-type optical waveguide made of an optical crystal thin film; Injecting a laser beam into the optical waveguide whose light input and output side end faces have been polished. a step of aligning and setting a photomask having a channel-type waveguide pattern using the second harmonic light; exposing the photosensitive material; A method for producing a second harmonic generating element, which comprises the following steps: - and a step of etching the optical waveguide surface to pattern an optical waveguide path for the second harmonic, and the basics thereof. A second harmonic generation device manufacturing apparatus comprising a wave laser light source, an optical system for converting laser light into substantially parallel beams, a movable optical circuit element holder, and an exposure light source, wherein the optical circuit element holder is , the waveguide portion of the optical circuit element is arranged so as to be aligned on the optical axis of the laser beam irradiated from the optical system, and the exposure light source is held on the optical circuit element holder. 1. An apparatus for manufacturing a second harmonic generating element, characterized in that the second harmonic generating element is disposed at a position where it can irradiate the optical circuit element.

なお、本発明方法によれば、前記光回路素子のチャンネ
ル型光導波路上に感光性材料および蛍光剤を塗布するこ
とが好ましく、また本発明装置においては、上記光回路
素子保持台の光回路素子部分の後方に受光装置が配設さ
れてなる装置が好適であり、前記光回路素子保持台は、
回転可能なステージ、少なくとも2軸方向に移動可能な
ステージあるいはそれらの構造を兼ね備えたステージで
あることが好ましい。
According to the method of the present invention, it is preferable to coat a photosensitive material and a fluorescent agent on the channel-type optical waveguide of the optical circuit element, and in the apparatus of the present invention, the optical circuit element of the optical circuit element holding stand is preferably coated with a photosensitive material and a fluorescent agent. A device in which a light receiving device is disposed at the rear of the portion is suitable, and the optical circuit element holding stand includes:
It is preferable to use a rotatable stage, a stage movable in at least two axes, or a stage having a combination of these structures.

〔作用〕[Effect]

次に、本発明の第2高調波発生素子の製造方法について
説明する。
Next, a method for manufacturing the second harmonic generating element of the present invention will be explained.

本発明にかかる第2高調波発生素子の製造方法は、位相
整合により第2高調波を発生させて第2高調波の光導波
経路をスラブ型光導波路の表面に可視化する方法につい
ての提案である。
The method of manufacturing a second harmonic generating element according to the present invention is a proposal for a method of generating a second harmonic through phase matching and visualizing the optical waveguide path of the second harmonic on the surface of a slab type optical waveguide. .

本発明にかかる第2高調波発生素子の製造方法は、位相
整合をレーザビームの入射角度を変化させることにより
行う方法(角度整合法)および位相整合を膜厚を適合さ
せることにより行う方法(膜厚整合法)に適用すること
ができる。
The manufacturing method of the second harmonic generating element according to the present invention includes a method in which phase matching is performed by changing the incident angle of a laser beam (angle matching method) and a method in which phase matching is performed by adapting the film thickness (film thickness). thickness matching method).

角度整合法による場合には、均一な膜厚の光学結晶から
なるスラブ型導波路を有する光回路素子を使用し、膜厚
整合法による場合には、膜厚が連続的に変化している光
学結晶からなるスラブ型導波路を有する光回路素子を使
用する。
When using the angle matching method, an optical circuit element having a slab waveguide made of optical crystal with a uniform film thickness is used; when using the film thickness matching method, an optical circuit element with a continuously changing film thickness is used. An optical circuit element having a slab waveguide made of crystal is used.

本発明によれば、前記光回路素子のスラブ型光導波路上
に感光性材料を塗布した後、角度整合法による場合は、
回転可能なステージに、膜厚整合法による場合は、少な
くとも2軸方向に移動可能なステージからなる光回路素
子保持台に保持し、前記光回路素子の光導波路が前記光
学系から照射されるレーザ光の光軸上に位置するよう配
設する。
According to the present invention, after coating the photosensitive material on the slab type optical waveguide of the optical circuit element, when using the angle matching method,
The optical circuit element is held on a rotatable stage, and in the case of the film thickness matching method, the optical circuit element is held on an optical circuit element holder consisting of a stage movable in at least two axial directions, and the optical waveguide of the optical circuit element is irradiated with a laser from the optical system. Arrange it so that it is located on the optical axis of the light.

次いで、前記光回路素子の研摩されたスラブ型光導波路
の光入射側端面から前記光導波路内へレーザビームを入
射し、次いで前記光回路素子を相対移動させることによ
り位相整合させて第2高調波を発生させ、その第2高調
波を利用してチャンネル型導波路のパターンを有するフ
ォトマスクを位置合わせしてセットし、その後前記感光
性材料を露光し、現像する。なお、この感光性材料が、
エツチング処理する際のレジストとしての機能を有しな
いもので有る場合には、前記感光性材料の表面にさらに
エツチングマスクを被覆することもできる。
Next, a laser beam is introduced into the optical waveguide from the light-incidence side end face of the polished slab-type optical waveguide of the optical circuit element, and then the optical circuit element is phase-matched by relatively moving to produce a second harmonic. A photomask having a channel waveguide pattern is aligned and set using its second harmonic, and then the photosensitive material is exposed and developed. Note that this photosensitive material is
If the photosensitive material does not have the function of a resist during etching, the surface of the photosensitive material may be further coated with an etching mask.

前記スラブ型光導波路面をエツチング処理することによ
り、第2高調波発生素子が製造される。
A second harmonic generation element is manufactured by etching the surface of the slab type optical waveguide.

前記感光性材料およびエツチングマスクは、必要により
除去される。
The photosensitive material and etching mask are removed if necessary.

スラブ型光導波路上に感光性材料を塗布する工程におい
て用いる感光性材料としては、発生する第2高調波に対
して優れた感度を有する感光材料としての機能の他に、
エツチング処理する際のレジストとしての機能を有する
ものであることが有利である。なお、かかる感光材料の
塗布膜は、0゜1〜100μm1より好ましくは1〜2
0μm2特に好ましくは2μmである。
The photosensitive material used in the process of coating the photosensitive material on the slab type optical waveguide has the following functions in addition to its function as a photosensitive material that has excellent sensitivity to the generated second harmonic:
It is advantageous that the material has the function of a resist during etching processing. The coating film of such a photosensitive material has a thickness of 0.1 to 100 μm, preferably 1 to 2 μm.
0 μm2, particularly preferably 2 μm.

本発明によれば、前記光回路素子の光導波路上に感光性
材料とともに蛍光剤を塗布することが好ましい、その理
由は、第2高調波光への変換効率が小さい場合や導波路
表面が平滑で散乱損失が小さい場合に、確認し易くする
ことができるからである。前記蛍光剤は、感光性材料の
上あるいは下のいずれかに塗布すれば良いが、必要によ
り、前記感光性材料に混合して塗布することもできる。
According to the present invention, it is preferable to apply a fluorescent agent together with a photosensitive material on the optical waveguide of the optical circuit element.The reason for this is that the conversion efficiency to second harmonic light is low or the waveguide surface is smooth. This is because confirmation can be made easier when the scattering loss is small. The fluorescent agent may be applied either above or below the photosensitive material, but if necessary, it can be mixed with the photosensitive material and applied.

感光剤としては、第2高調波光で励起されるものであっ
て、感光性材料を感光させない波長(0゜6〜0.8μ
m)の可視光(黄色〜赤色)の蛍光を発生するものであ
ることが有利である。
The photosensitive agent is one that is excited by second harmonic light and has a wavelength (0°6 to 0.8μ) that does not sensitize the photosensitive material.
Advantageously, it emits fluorescence in the visible light (yellow to red) of m).

本発明における光導波路用の光学結晶としては、例えば
、Tiを熱拡散させたLiNbO5,プロトン交換した
LiNb0i。
Optical crystals for optical waveguides in the present invention include, for example, LiNbO5 in which Ti is thermally diffused and LiNbOi in which protons are exchanged.

MgO固溶LiNbO5,LiTaO5゜KT I O
P Oa 、  KN b Os 。
MgO solid solution LiNbO5, LiTaO5゜KT I O
P Oa , KN b Os .

Bag NaNb5 Ots、Bag L i NbO
5Ots。
Bag NaNb5 Ots, Bag L i NbO
5Ots.

Ks L i* Nbs Ots、  β−BaBtO
,。
Ks Li* Nbs Ots, β-BaBtO
,.

α−石英、KHよPO4、KD、PO,。α-quartz, KH, PO4, KD, PO,.

CsDg As1a 、C5Hz ASO4。CsDg As1a, C5Hz ASO4.

C5Dt As1a 、RbHt POa 。C5Dt As1a, RbHt POa.

RbHt ASO4、Be5On −4Hz O。RbHt ASO4, Be5On -4Hz O.

L I Cll0a  3 Hz O,L t IOi
等の無機非線形光学結晶あるいは2−メチル−4−ニト
ロアニリン、尿素、メチル−(2,4−ジニトロフェニ
ル)−アミノプロパネート等の有機非線形光学材料など
がある。
L I Cll0a 3 Hz O, L t IOi
and organic nonlinear optical materials such as 2-methyl-4-nitroaniline, urea, and methyl-(2,4-dinitrophenyl)-aminopropanate.

上記した工程で用いるレーザビームとしては、その波長
は所望する第2高調波の波長によって適宜選択すればよ
い。
The wavelength of the laser beam used in the above process may be appropriately selected depending on the desired wavelength of the second harmonic.

また5光導波路の入・出射側端面ば、端面での乱反射を
防止して入射するレーザビームや出射される第2高調波
のパワー密度を高めるために研摩しておくことが有利で
ある。かかる端面研摩の方法としては、アルミナ砥粒を
用いたパフ研摩、ラップ板を用いる方法、ラッピングフ
ィルムを用いる方法等がある。
Further, it is advantageous to polish the input and output side end faces of the five optical waveguides in order to prevent diffuse reflection at the end faces and increase the power density of the incident laser beam and the output second harmonic. Examples of such end face polishing methods include puff polishing using alumina abrasive grains, a method using a lapping plate, and a method using a lapping film.

第2高調波の光導波経路をパターニングする工程におい
て用いるエツチング方法としては、かかるエツチング処
理がチャンネル型光導波路寸法に直接影響し、チャンネ
ル型光導波路内のレーザ光の散乱による光損失を防止し
て高いパワー密度を出す上で重要であることから、エツ
チング処理には高い精度が要求される。かかる要求に合
致する方法として、例えば、イオンビームエンチング、
反応性イオンエツチング、プラズマエツチング、レーザ
エツチング等の方法がある。
The etching method used in the process of patterning the second harmonic optical waveguide path is such that the etching process directly affects the dimensions of the channel type optical waveguide and prevents optical loss due to scattering of laser light within the channel type optical waveguide. Since it is important for producing high power density, high precision is required in the etching process. Examples of methods that meet such requirements include ion beam etching,
Methods include reactive ion etching, plasma etching, and laser etching.

次に、本発明の第2高調波発生素子の製造装置について
説明する。
Next, an apparatus for manufacturing a second harmonic generating element according to the present invention will be explained.

本発明にかかる第2高調波発生素子の製造装置は、スラ
ブ型光導波路の表面に第2高調波の光導波経路を位相整
合により第2高調波を発生させて第2高調波の光導波経
路をスラブ型光導波路の表面に可視化する装置について
の提案である。
The second harmonic generation device manufacturing apparatus according to the present invention generates the second harmonic by phase matching the second harmonic optical waveguide on the surface of the slab type optical waveguide. This is a proposal for a device that visualizes the image on the surface of a slab-type optical waveguide.

すなわち、前記本発明にかかる第2高調波発生素子の製
造装置は、基本波レーザ光源、レーザ光をほぼ平行光線
にするための光学系、移動可能な光回路素子保持台およ
び露光光源からなる第2高調波発生素子の製造装置であ
って、前記光回路素子保持台が、光回路素子の導波路部
分を前記光学系から照射されるレーザ光の光軸上に位置
合わせすることのできるよう配設されてなり、かつ前記
露光光源が、前記光回路素子保持台に保持された光回路
素子を照射することのできる位置に配設されてなること
を特徴とする第2高調波発生素子の製造装置である。
That is, the second harmonic generation device manufacturing apparatus according to the present invention includes a fundamental wave laser light source, an optical system for converting laser light into substantially parallel light beams, a movable optical circuit element holder, and an exposure light source. A second harmonic generation device manufacturing apparatus, wherein the optical circuit device holder is arranged so that the waveguide portion of the optical circuit device can be aligned on the optical axis of the laser beam irradiated from the optical system. and the exposure light source is disposed at a position where it can irradiate the optical circuit element held on the optical circuit element holder. It is a device.

以下、本発明の装置を第1図を参照して説明する。Hereinafter, the apparatus of the present invention will be explained with reference to FIG.

本発明の装置によれば、光回路素子(1)は光回路素子
保持台(2)に保持され、基本波レーザ光源光源(3)
において発生し、光学系(4)を通して照射されるレー
ザビーム(5)の入射角度を調節し、レーザビーム(5
)の屈折率と発生すべき第2高調波の屈折率とが一致す
る入射角度とするか、あるいは光回路素子(1)を光学
系(4)からのレーザビーム(5)と相対移動させて、
レーザビーム(5)の屈折率と発生すべき第2高調波の
屈折率とが一致する膜厚の位置とすることにより位相を
整合させることができる。このような位相整合により、
入射したレーザビームの半波長の第2高調波が出力され
る。そして、この第2高調波は、スラブ型光導波路内を
直線的に進行するが、その経路に沿って生ずる散乱光が
素子上部から洩れる。これを利用して感光性材料の光導
波経路に沿ってフォトマスク(6)を位置合わせした後
、露光光源(7)によって前記光回路素子(1)表面に
塗布された感光性材料を感光させるのである。したがっ
て、位相整合によって発生する第2高調波の光導波経路
をスラブ型光導波路上に具現することができる。
According to the device of the present invention, the optical circuit element (1) is held on the optical circuit element holder (2), and the fundamental wave laser light source (3)
The incident angle of the laser beam (5) generated in the laser beam (5) and irradiated through the optical system (4) is adjusted.
) and the refractive index of the second harmonic to be generated, or by moving the optical circuit element (1) relative to the laser beam (5) from the optical system (4). ,
By setting the film thickness at a position where the refractive index of the laser beam (5) and the refractive index of the second harmonic to be generated match, the phases can be matched. With such phase matching,
A second harmonic having a half wavelength of the incident laser beam is output. The second harmonic propagates linearly within the slab type optical waveguide, but scattered light generated along the path leaks from the top of the element. Utilizing this, the photomask (6) is aligned along the optical waveguide path of the photosensitive material, and then the photosensitive material coated on the surface of the optical circuit element (1) is exposed by the exposure light source (7). It is. Therefore, the optical waveguide path of the second harmonic generated by phase matching can be realized on the slab type optical waveguide.

上記した工程で用いる基本波レーザ光源(3)としては
、その波長は所望する第2高調波の波長によって適宜選
択すればよい。
The wavelength of the fundamental laser light source (3) used in the above process may be appropriately selected depending on the desired wavelength of the second harmonic.

本発明の装置によれば、上記光回路素子保持台(2)の
光回路素子(1)部分の後方に受光装置(8)が配設さ
れてなる装置が好適である。その理由は、上記光回路素
子保持台(2)の光回路素子(1)部分の後方に受光装
置(8)を配設することにより、回路素子の出射端面か
らの第2高調波を測定することにより、位相整合を確認
することができるからである。
According to the device of the present invention, a device in which a light receiving device (8) is disposed behind the optical circuit device (1) portion of the optical circuit device holder (2) is suitable. The reason for this is that by arranging the light receiving device (8) behind the optical circuit element (1) portion of the optical circuit element holder (2), the second harmonic from the output end face of the circuit element can be measured. This is because phase matching can be confirmed by this.

本発明の装置の光回路素子保持台(2)は、回転可能な
ステージあるいは少なくとも2軸方向に移動可能なステ
ージであることが好ましいが、これらの両方の機能を有
するものが特に好適である。
The optical circuit element holder (2) of the apparatus of the present invention is preferably a rotatable stage or a stage movable in at least two axes, and a stage having both of these functions is particularly preferred.

[実施例] 以下、本発明を実施例により説明する。[Example] The present invention will be explained below using examples.

実施例1 厚さ0.5mmのSin、単結晶基板の上に2−メチル
−4−ニトロアニリンの単結晶薄膜を形成して、スラブ
型光導波路を有する光回路素子を作成した0次いで、前
記光回路素子のスラブ型光導波路の上に、感光性材料を
lIImの厚さに塗布した。
Example 1 An optical circuit element having a slab type optical waveguide was created by forming a 2-methyl-4-nitroaniline single crystal thin film on a 0.5 mm thick Sin single crystal substrate. A photosensitive material was applied to a thickness of lIIm on the slab type optical waveguide of the optical circuit element.

この光回路素子の先入・出射側端面を振動パフ研摩によ
り鏡面研摩した後、鉛直軸のまわりに水平回転可能とし
た光回路素子保持台に保持し、波長0.633μmのH
e−Neレーザビームを光導波路内へ入射させた。そし
て、前記光回路素子台を微小角度回転させることにより
位相整合を行った。かかる位相整合によって波長0.3
16μmの第2高調波が発生し、この第2高調波がスラ
ブ型光導波路内を進行する際に生ずる散乱光によリスラ
ブ型光導波路中の第2高調波の伝播経路が可視化された
。この伝播経路の上にチャンネル型光導波路のパターン
が形成されたフォトマスクを位置合わせし、露光光源で
露光し、光回路素子上に塗布した感光性材料を感光させ
た。
After mirror-polishing the input and output side end faces of this optical circuit element by vibrating puff polishing, it was held on an optical circuit element holder that was horizontally rotatable around a vertical axis.
An e-Ne laser beam was introduced into the optical waveguide. Then, phase matching was performed by rotating the optical circuit element stand by a minute angle. By such phase matching, wavelength 0.3
A second harmonic of 16 μm was generated, and the propagation path of the second harmonic in the slab optical waveguide was visualized by scattered light generated when the second harmonic propagated within the slab optical waveguide. A photomask with a channel-type optical waveguide pattern formed thereon was aligned over this propagation path, and exposed with an exposure light source to expose the photosensitive material coated on the optical circuit element.

次いで、この感光性材料を現像し、第2高調波の経路に
対応するエツチングマスクとした。
This photosensitive material was then developed to form an etching mask corresponding to the path of the second harmonic.

次に、前記スラブ型光導波路にイオンビームエツチング
によるエツチング処理を施し、エツチングマスク以外の
部分をエツチングした。そして、この光回路素子からエ
ツチングマスクを除去し、第2高調波発生素子を製造し
た。
Next, the slab type optical waveguide was subjected to etching treatment by ion beam etching to etch the portions other than the etching mask. Then, the etching mask was removed from this optical circuit element, and a second harmonic generation element was manufactured.

この第2高調波発生素子の第2高調波発生変換効率を測
定したところ、波長0.633μm、1mWのHe−N
eレーザを光源とした場合、■×10−4であり、従来
の素子が2X10−’であったのに対し高い効率が得ら
れた。
When the second harmonic generation conversion efficiency of this second harmonic generation element was measured, it was found that He-N with a wavelength of 0.633 μm and 1 mW
When an e-laser was used as the light source, the efficiency was ■×10 −4, which was 2×10 −′ for the conventional element, while a high efficiency was obtained.

実施例2 厚さ0.5mmのXカットLiTaO5単結晶基板の上
にLPE法によりL iN b Os薄膜を形成して、
このt、tNbozfMiJBiをスラブ型光導波路と
する光回路素子を作成した。
Example 2 A LiN b Os thin film was formed on an X-cut LiTaO5 single crystal substrate with a thickness of 0.5 mm by the LPE method,
An optical circuit element using this t, tNbozfMiJBi as a slab type optical waveguide was fabricated.

前記光回路素子の光導波路の表面を定盤研摩して、膜厚
を連続的に変化させたスラブ型光導波路となし、さらに
この膜厚変化の方向に沿って切断し、光の入・出射側端
面とした。
The surface of the optical waveguide of the optical circuit element is polished on a surface plate to form a slab-type optical waveguide with a continuously changing film thickness, and then cut along the direction of the film thickness change to allow light to enter and exit. It was made into a side end surface.

この光導波路の先入・出射側端面を振動パフ研摩により
鏡面研摩した。
The end faces of the input and output sides of this optical waveguide were mirror-polished by vibrating puff polishing.

この光導波路表面上に、フォトレジストをスピンコータ
ーを用いてlIJmの厚さに塗布した。
On the surface of this optical waveguide, a photoresist was applied to a thickness of 1IJm using a spin coater.

この光回路素子を、水平面で平行移動可能とした光回路
素子保持台に保持し、波長0.84μm半導体レーザビ
ームを光導波路内へ入射させた。
This optical circuit element was held on an optical circuit element holder that was movable in parallel on a horizontal plane, and a semiconductor laser beam with a wavelength of 0.84 μm was made to enter the optical waveguide.

そして、前記光回路素子台を平行移動させることにより
位相整合のとれる膜厚を求め、位相整合を行った。かか
る位相整合によって波長0.42μmの第2高調波が発
生し、この第2高調波がスラブ型光導波路内を進行する
際に生ずる散乱光によりスラブ型光導波路中の第2高調
波の伝播経路が可視化された。この伝播経路の上にチャ
ンネル型光導波路のパターンが形成されたフォトマスク
を位置合わせし、露光光源で露光し、光回路素子上に塗
布した感光性材料を感光させた。
Then, by moving the optical circuit element stand in parallel, a film thickness at which phase matching could be achieved was determined, and phase matching was performed. A second harmonic with a wavelength of 0.42 μm is generated by this phase matching, and the propagation path of the second harmonic in the slab optical waveguide is changed by the scattered light generated when this second harmonic propagates through the slab optical waveguide. was visualized. A photomask with a channel-type optical waveguide pattern formed thereon was aligned over this propagation path, and exposed with an exposure light source to expose the photosensitive material coated on the optical circuit element.

次いで、このフォトレジストを現像し、第2高調波の経
路に対応するエツチングマスクとした。
This photoresist was then developed to form an etching mask corresponding to the path of the second harmonic.

次に、前記光導波路にイオンビームエンチングによるエ
ツチング処理を施し、エツチングマスク以外の部分をエ
ツチングした。そして、この光回路素子からエツチング
マスクを除去し、第2高調波発生素子を製造した。
Next, the optical waveguide was subjected to etching treatment by ion beam etching to etch the portions other than the etching mask. Then, the etching mask was removed from this optical circuit element, and a second harmonic generation element was manufactured.

この第2高調波発生素子の第2高調波発生変換効率を測
定したところ、波長0.84μm、30mWの半導体レ
ーザを光源とした場合、1.0%であり、従来の素子が
0.1%であったのに比較して高い効率が得られた。
When the second harmonic generation conversion efficiency of this second harmonic generation element was measured, it was 1.0% when a 30 mW semiconductor laser with a wavelength of 0.84 μm was used as the light source, and 0.1% for the conventional element. However, higher efficiency was obtained compared to the previous method.

実施例3 厚さ1.0mmのガラス基板の上にRFスパッタリング
法により、ZnOのC軸配向多結晶薄膜を形成して、ス
ラブ型光導波路を有する光回路素子を作成した0次いで
、前記光回路素子のスラブ型光導波路の上に、感光性材
料を1μmの厚さに塗布し、さらにその感光性材料の上
に、2μmの厚さに波長1.06μmの光を吸収して可
視光の蛍光を発生する蛍光材料を塗布した。
Example 3 An optical circuit element having a slab type optical waveguide was created by forming a C-axis oriented polycrystalline thin film of ZnO on a glass substrate with a thickness of 1.0 mm by RF sputtering method. A photosensitive material is coated to a thickness of 1 μm on the slab-type optical waveguide of the device, and a layer of 2 μm thick absorbs light with a wavelength of 1.06 μm to generate visible light fluorescence. coated with a fluorescent material that generates

この光回路素子の先入・出射側端面を振動パフ研摩によ
り鏡面研摩した後、鉛直軸のまわりに水平回転可能とし
た光回路素子保持台に保持し、波長1.064μmのN
d:YAG’レーザビームを光導波路内へ入射させた。
After mirror-polishing the input and output side end faces of this optical circuit element by vibrating puff polishing, it was held on an optical circuit element holder that was horizontally rotatable around a vertical axis.
d: A YAG' laser beam was introduced into the optical waveguide.

そして、前記光回路素子台を微小角度回転させることに
より位相整合を行った。かかる位相整合によって波長0
.532μmの第2高調波が発生した0、この位相整合
は、光回路素子の後方に配置した受光装置により、第2
高調波を確認することにより行った。
Then, phase matching was performed by rotating the optical circuit element stand by a minute angle. Due to such phase matching, wavelength 0
.. The second harmonic of 532 μm is generated, and this phase matching is achieved by a light receiving device placed behind the optical circuit element.
This was done by checking the harmonics.

この場合、第2高調波と同じ経路で伝播している基本波
(Nd :YAG)レーザ光の上方散乱光により、蛍光
剤が発光してスラブ型光導波路中の第2高調波の伝播経
路が可視化された。この伝播経路の上にチャンネル型光
導波路のパターンが形成されたフォトマスクを位置合わ
せし、露光光源で露光し、光回路素子上に塗布した感光
性材料を感光させた。
In this case, the fluorescent agent emits light due to the upward scattered light of the fundamental wave (Nd:YAG) laser beam propagating along the same path as the second harmonic, and the propagation path of the second harmonic in the slab optical waveguide is changed. visualized. A photomask with a channel-type optical waveguide pattern formed thereon was aligned over this propagation path, and exposed with an exposure light source to expose the photosensitive material coated on the optical circuit element.

次いで、この感光性材料を現像し、第2高調波の経路に
対応するエツチングマスクとした。
This photosensitive material was then developed to form an etching mask corresponding to the path of the second harmonic.

次に、前記スラブ型光導波路にイオンビームエツチング
によるエツチング処理を施し、エツチングマスク以外の
部分をエツチングした。そして、この光回路素子からエ
ツチングマスクを除去し、第2高調波発生素子を製造し
た。
Next, the slab type optical waveguide was subjected to etching treatment by ion beam etching to etch the portions other than the etching mask. Then, the etching mask was removed from this optical circuit element, and a second harmonic generation element was manufactured.

この第2高調波発生素子の第2高調波発生変換効率を測
定したところ、波長1.064μm、5mWのNd:Y
AGレーザを光源とした場合、5XIO−’であり、従
来の素子が2X10−”であったのに対し高い効率が得
られた。
When we measured the second harmonic generation conversion efficiency of this second harmonic generation element, we found that the Nd:Y
When an AG laser was used as a light source, a high efficiency was obtained, which was 5XIO-', compared to 2X10-' in the conventional element.

〔効果〕〔effect〕

以上説明したように、本発明の装置によれば、実際に第
2高調波を発生させて目的とする光導波路の位相整合が
きわめて容易であるとともに、その整合精度が高く、第
2高調波発生変換効率に優れた、第2高調波発生素子を
製造することができ
As explained above, according to the device of the present invention, it is extremely easy to actually generate the second harmonic and phase match the target optical waveguide, and the matching accuracy is high, and the second harmonic is generated. It is possible to manufacture a second harmonic generation element with excellent conversion efficiency.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、本発明の第2高調波発生素子の製造装置の全
体構成図である。 1・・・光回路素子、 2・・・光回路素子台、3・・
・基本波レーザ光源、 4・・・光学系、5・・・レー
ザビーム、  6・・・フォトマスク、7・・・露光光
源、 8・・・受光装置、9・・・マスクアライメント
装置、
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a manufacturing apparatus for a second harmonic generating element according to the present invention. 1... Optical circuit element, 2... Optical circuit element stand, 3...
- Fundamental laser light source, 4... Optical system, 5... Laser beam, 6... Photomask, 7... Exposure light source, 8... Light receiving device, 9... Mask alignment device,

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、光学結晶薄膜からなるスラブ型光導波路を有する光
回路素子の光導波路上に感光性材料を塗布する工程; 光の入・出射側端面を研磨した前記光導波路内へレーザ
ビームを入射して位相整合し、第2高調波光を発生させ
る工程; 前記第2高調波光を利用してチャンネル型導波路のパタ
ーンを有するフォトマスクを位置合わせしてセットする
工程; 前記感光性材料を露光し、現像する工程;および 前記光導波路面をエッチング処理して第2高調波の光導
波経路をパターンニングする工程;とを有することを特
徴とする第2高調波発生素子の製造方法。 2、前記光回路素子の光導波路上に感光性材料および蛍
光剤を塗布する請求項1記載の第2高調波発生素子の製
造方法。 3、基本波レーザ光源、レーザ光をほぼ平行光線にする
ための光学系、移動可能な光回路素子保持台および露光
光源からなる第2高調波発生素子の製造装置であって、
前記光回路素子保持台が、光回路素子の導波路部分を前
記光学系から照射されるレーザ光の光軸上に位置合わせ
することのできるよう配設されてなり、かつ前記露光光
源が、前記光回路素子保持台に保持された光回路素子を
照射することのできる位置に配設されてなることを特徴
とする第2高調波発生素子の製造装置。 4、前記光回路素子保持台の光回路素子部分の後方に受
光装置が配設されてなる請求項3記載の第2高調波発生
素子の製造装置。 5、前記光回路素子保持台は、回転可能なステージであ
る請求項3記載の第2高調波発生素子の製造装置。 6、前記光回路素子保持台は、少なくとも2軸方向に移
動可能なステージである請求項3記載の第2高調波発生
素子の製造装置。
[Claims] 1. A step of applying a photosensitive material onto the optical waveguide of an optical circuit element having a slab-type optical waveguide made of an optical crystal thin film; A step of inputting and phase-matching a laser beam to generate second harmonic light; A step of aligning and setting a photomask having a channel-type waveguide pattern using the second harmonic light; A method for manufacturing a second harmonic generating element, comprising: exposing and developing a material; and etching the optical waveguide surface to pattern an optical waveguide path for the second harmonic. . 2. The method for manufacturing a second harmonic generating element according to claim 1, wherein a photosensitive material and a fluorescent agent are applied on the optical waveguide of the optical circuit element. 3. A second harmonic generation device manufacturing device comprising a fundamental wave laser light source, an optical system for converting laser light into a substantially parallel beam, a movable optical circuit device holder, and an exposure light source,
The optical circuit element holder is disposed such that the waveguide portion of the optical circuit element can be aligned on the optical axis of the laser beam irradiated from the optical system, and the exposure light source is 1. An apparatus for manufacturing a second harmonic generating element, characterized in that the apparatus is disposed at a position where an optical circuit element held on an optical circuit element holder can be irradiated. 4. The apparatus for manufacturing a second harmonic generating element according to claim 3, wherein a light receiving device is disposed behind the optical circuit element portion of the optical circuit element holder. 5. The second harmonic generation element manufacturing apparatus according to claim 3, wherein the optical circuit element holder is a rotatable stage. 6. The second harmonic generation device manufacturing apparatus according to claim 3, wherein the optical circuit device holder is a stage movable in at least two axes.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5895840A (en) * 1996-09-13 1999-04-20 Denso Corporation Vibration sensing device having slidable conductive member

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5895840A (en) * 1996-09-13 1999-04-20 Denso Corporation Vibration sensing device having slidable conductive member

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