JPH04335620A - 分極反転制御方法 - Google Patents
分極反転制御方法Info
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- G02F1/3548—Quasi phase matching [QPM], e.g. using a periodic domain inverted structure
Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
生素子(以下SHG素子という)等の光デバイス装置の
形成に適用して好適な分極反転制御方法に係わる。
において、その表面に周期的な分極反転構造いわゆるド
メイン反転構造を形成して光出力等の特性の向上をはか
ることが提案されている。
すると、2ωの周波数の第2高調波の光を発生するもの
で、このSHG素子によって単一波長光の波長範囲の拡
大化がはかられ、これに伴いレーザの利用範囲の拡大化
と各技術分野でのレーザ光利用の最適化をはかることが
できる。例えばレーザ光の短波長化によってレーザ光を
用いた光記録再生、光磁気記録再生等において、その記
録密度の向上をはかることができる。
TPを用いたいわゆるバルク型のSHG素子や、より大
なる非線形光学定数を利用して位相整合を行う導波路型
のSHG素子、例えばLiNbO3 (LN)等の強誘
電体結晶の非線形光学材料より成る単結晶基板の上に線
形導波路を形成して、これに近赤外光の基本波を入力し
て第2高調波の例えば緑、青色光を放射モードとして基
板側からとりだすチェレンコフ放射型のSHG素子等が
ある。
性上SHG変換効率が比較的低く、また廉価で高品質が
得られるLNを用いることができない。またチェレンコ
フ放射型SHG素子は、SHGビームの放射方向が基板
内方向であり、ビームスポット形状も例えば三日月状ス
ポットという特異な形状をなし、実際の使用においての
問題点が存在する。
基本波と第2高調波の位相伝搬速度を等しくしなくては
ならない。これを擬似的に行う方法として非線形光学定
数の+−を周期的に配列する方法が提案されている(J
.A.Armstrong,N.Bloemberge
n,他,Phys.Rev.,127,1918(19
62))。これを実現する方法として結晶(例えば結晶
軸)の方向を周期的に反転させる方法がある。具体的な
方法としては、例えば結晶を薄く切断して貼り合わせる
方法(岡田、滝沢、家入、NHK技術研究、29(1)
、24(1977)) や、また結晶引き上げ時に例え
ば印加する電流の極性を制御して周期的な分域(ドメイ
ン)を形成して周期分極反転構造を形成する方法(D.
Feng,N.B.Ming,J.F.Hong,他、
Appl.Phys.Lett.37,607(198
0),K.Nassau,H.J.Levinstei
n,G.H.Loiacano Appl.Phys.
Lett.6,228(1965),A.Feisst
,P.Koidl Appl.Phys.Lett.4
7,1125(1985))がある。これらの方法は結
晶材料の全体に渡って周期構造を形成することを目的と
している。しかしながら上述した方法による場合は大規
模な装置が必要となるのみならず、分極反転形成の制御
が難しいという問題点がある。
周期分極反転構造を形成する方法として、例えばTiを
結晶表面から拡散させる方法 (伊藤弘昌、張英海、稲
場文男、第49回応用物理学会講演会予稿集919(1
988))や、LiO2 を外拡散する方法(Jona
s Webjoern,et al,IEEE PHO
TONICS TECHNOL. LETT.1,19
89,PP316−318)が提案されている。
場合は、例えば図16にその一製造工程の略線的拡大断
面図を示すように、全面的にc軸方向に即ち図16にお
いて矢印dで示す分極方向に単分域化された例えばLN
より成る強誘電体材料10の、+c面上にTi21を所
要の例えば平行帯状パターンに例えばピッチPを5μm
、電極幅Wを2.5μmとして被着形成する。
程度の加熱を行ってTiを強誘電体材料10内に拡散さ
せ、図17に示すように分極反転領域3を周期的に形成
することができる。しかしながらこの場合、分極反転領
域3の屈折率が変化したり、また分極反転領域3のピッ
チに対してその深さDが小であり、かつその分極反転領
域は断面三角形状となって形状の制御性に劣る(F.L
aurell et al,IntegratedPh
otonics Research,Tu12,198
9)等の恐れがある。
には、分極反転領域3の深さDを大とすることが望まし
く、かつその断面形状は強誘電体材料10の深さ方向に
延長するストライプ状に、分極反転領域3と分極反転が
生じない領域とが交互に形成されることが望ましいが、
上述のTi拡散法によってSHG素子を形成した場合、
その分極反転領域3の形状の制御性に劣るため、入力光
の漏波や第2高調波光の漏波、更に入力光と第2高調波
光との結合効率の低下を招来する等して、いわゆる光変
換効率の低下を招く恐れがある(Inst.Phys.
Conf.Ser.No103:Part I,Pap
er presented at Int.Conf.
Materials for Non−linear
and Electro−optics.Cambri
dge,1989) 。
187735号において、強誘電体材料に対する分極反
転制御方法を提案した。
平1−344270号出願及び特願平2−124786
号出願において、強誘電体材料の非線形光学材料に対す
る分極反転制御方法を提案した。これらの方法は、単分
域化された強誘電体材料を挟んでその相対向する両主面
に対向電極を配置または絶縁体を介して対向配置し、両
電極間に直流電圧またはパルス電圧を印加することによ
って、局部的に分極反転部を形成して周期分極反転構造
を得るものである。
8の略線的拡大断面図を参照して説明する。この場合強
誘電体材料10として厚さ1mm程度のLN単結晶を用
い、そのc軸方向に同様に単分域化されて成り、+c面
上に1000Å程度の膜厚のアルミナ層22を被着した
後、これの上にPt電極23を、目的とする分極反転領
域を形成すべきパターン、例えばピッチPが40μm、
幅Wが20μmの平行帯状にパターニングして形成し、
一方この裏の−c面上には厚さ0.5mmのアルミナ板
24を介してPt電極板25を接触させる。
1000Vの直流電圧を印加し、昇温レートを8.5℃
/分として1035℃まで昇温し、この温度において5
分間保持する。この場合、Pt電極23のパターンに対
応するパターンの分極反転領域を形成することができる
。
極反転領域はTi拡散法による場合と同様に、図19に
その顕微鏡写真に基づくパターン図を示すように、分極
反転領域3のピッチPに比して深さDが小となり、また
分極反転領域3の幅WがピッチPに対して大となって、
確実な位相整合を行い難くなり、光変換効率の低下を招
く場合がある。
方法では、非線型光学材料の抗電界を低下させるために
、150℃〜1200℃程度に加熱して直流電圧または
パルス電圧を印加する方法を採っているため、強誘電体
材料の表面に絶縁体或いは電極材料等の物質を被着して
パターニングするか或いは接触させ、この状態で高温の
熱処理及び高温中での電圧印加を行うこととなり、強誘
電体材料の表面が汚れる恐れがあり、また強誘電体材料
としてLNを用いる場合は、この加熱によってLNから
酸素分子が外拡散する恐れがあり、組成の変化による屈
折率の変動をもたらして、特性の変動を生ずる恐れがあ
る。
たような強誘電体材料の表面汚染、屈折率変化等を回避
して、制御性よく分極反転構造を得ることができるよう
にするものである。
御方法の一例の一製造工程の略線的拡大断面図を図1に
示す。本発明は図1に示すように、単分域化された強誘
電体材料10に、その分極方向に第1及び第2の電極1
及び2を配置し、少なくとも第1の電極1は最終的に得
る分極反転構造30のパターンに対応するパターンに形
成され、150℃未満の温度下において、第1及び第2
の電極1及び2間に、強誘電体材料10の自発分極の負
側を負電位、正側を正電位となるように1kV/mm〜
100kV/mmの電圧を印加して、分極反転構造30
を形成する。
極反転領域の形状を制御性よくまた結晶劣化を生じるこ
となく形成することができた。
る。即ち一般的にはLN単結晶のような、高電圧を印加
すると結晶が破壊される強誘電体材料(frozen
ferroelectorics)においては、結晶破
壊が生じない程度の電圧を印加しても分極反転が生じな
いとされており、従来は結晶破壊を生じさせない程度の
比較的低い電圧の印加によって分極反転を生じさせるた
めに、即ち抗電界を下げるために、150℃〜1200
℃程度の高温下において比較的低い電圧、即ち例えば数
V/mm〜数百V/mm程度の電圧を印加して分極反転
を形成していた。
、電圧印加を行う電極の形状、その電極幅等に依存する
ことが本発明者等の鋭意考察研究の結果究明された。 即ち、このような結晶破壊は圧電効果によるもので、対
象とする強誘電体材料に応じて電極幅等を適切に選定す
ることによって、電極付近に発生する応力を分散させる
ことができ、試料の力学的破壊即ち結晶破壊を生じさせ
ることなく強誘電体材料の分極反転を行うことができる
ものと思われる。
体材料10に、その分極方向に第1及び第2の電極1及
び2を配置し、第1及び第2の電極1及び2間に電圧を
印加するものであるが、このとき、強誘電体材料10の
自発分極の向きに対して垂直な方向に生じる電界成分を
小として、圧電効果によって生じる応力の発生を小とす
ることによって、結晶歪みや結晶破壊を抑制することが
できる。
置位置の選定によって結晶破壊を抑制し得るため、本発
明制御方法によれば150℃未満の温度下という低い温
度状態において、1kV/mm〜100kV/mmとい
う大なる電圧を印加することができ、これによって形状
の制御性よく、また強誘電体材料表面の汚染や、熱によ
るイオン電流の発生を回避して、これによる結晶性の劣
化を生じることなく分極反転を形成することができる。
説明する。各例共に、強誘電体材料としてKTP、LN
、LiTaO3 等の非線形光学材料の単結晶、例えば
LN単結晶を用いた場合で、このLN単結晶上に周期的
な分極反転構造を形成すると共に、この部分において光
導波路を形成して、高効率のSHG素子を得る場合を示
す。また各例共に、強誘電体材料10の単分域化は、例
えばそのキュリー温度直下の例えば1200℃程度まで
昇温して一定の方向に外部直流電圧を全面的に印加する
ことによって、全面的にc軸方向に揃えて行った。各例
共に150℃以下の例えば室温において電圧印加を行っ
た。
方向を矢印dで示し、分極反転領域の分極方向を矢印h
で示す。
は、矢印dで示す面内方向に単分域化された強誘電体材
料10を用いた場合で、その一主面1S上の分極方向に
第1及び第2の電極1及び2を配置する。この場合Al
等より成る第1及び第2の電極1及び2は共に例えば蒸
着、スパッタリング等により被着した後例えば櫛歯状に
パターニングされて形成され、、その櫛歯先端部の幅W
が例えば5μm、ピッチPが例えば10μm程度とされ
、かつ各電極1及び2の櫛歯先端部が対向するように配
置されて成る。5は電源である。
例えば室温において、第1及び第2の電極1及び2間に
、強誘電体材料10の自発分極の負側の第1の電極1が
負電位、正側の第2の電極2が正電位となるように1k
V/mm〜100kV/mmの例えば10kV/mmの
電圧を印加して、第1の電極1の櫛歯先端部から延長す
る分極反転領域3を形成し、第1の電極1の櫛歯先端部
のパターンに対応するパターンの周期的な分極反転構造
30を、結晶破壊を殆ど生じることなく形成することが
できた。このように、本発明制御方法によれば、面内方
向に単分域化された強誘電体材料に対しても、その表面
上に分極反転領域を形成することができる。
の電極1及び2の櫛歯先端部の形状を図2Aにその上面
図を示すように方形状としたが、その他図2B及びCの
上面図に示すように、山型、半円型等でもよい。また図
2Dに示すように、この先端部に更に微細な幅WS を
もって櫛歯部が形成された形状としても良い。このよう
に、電極の先端部を微細化することにより結晶破壊を防
ぐことができる。即ち、電極近傍で圧電効果により蓄積
された応力や歪みを、電極の被着されていない部分で解
放することができ、圧電効果による結晶破壊いわゆるピ
エゾ破壊を防ぐことができる。つまり電極のない部分の
試料が緩衝材として働き電極近傍でたまった歪みをとる
ので、ピエゾ破壊に至る応力が試料中に広範囲にわたっ
てかかることを防ぐことができ、結晶破壊を生じること
なく分極反転領域3を形成することができる。
する印加電圧を減少させることができる。これは、電極
即ち導電体中の電荷が電極の端部に集まる性質があるた
め、電極の微細化による電極近傍における局所的な電界
強度が増大するためと思われる。
る部分には同一符号を付して重複説明を省略する。この
例では、強誘電体材料10に凸部即ちリッジ6が形成さ
れて成る。このリッジ6の長手方向は強誘電体材料10
の矢印dで示す自発分極方向に直交するように選定され
、その長手方向の側壁面が、分極の正側より成る側面1
Aと、負側より成る側面1Bとにより構成される。この
側面1A及び1B上と、これらに隣接する上側面1E上
にわたって後述する製造工程によってAl等より成る第
1の電極1及び第2の電極2が例えばその幅及びピッチ
を実施例1と同様に選定され、櫛歯状パターンとして形
成される。このとき、櫛歯部は両上側面1E上から両側
面1A及び1Bにわたって形成されるようになし、更に
両側面1A及び1B上の櫛歯先端部が主面1Sの両端に
対向して配置されるようになす。
が正電位、第2の電極2側が負電位となるように、例え
ば10kV/mmの電圧を印加して、リッジ6に分極反
転領域3を形成し、各櫛歯先端部のパターンに対応する
パターンの分極反転構造30を得ることができた。
6を形成し、更にその長手方向の側面1A及び1Bに所
要のパターンの電極1及び2を作成する方法の一例を図
4A〜Dに示す。図4Aに示すように、強誘電体材料1
0の分極反転を形成すべき主面1S上にレジスト11を
全面的に塗布、ベークした後、Ni,Cr等より成るマ
スク層12を蒸着、スパッタリング等によって被着し、
更にこの上にレジスト13を塗布、ベークした後リッジ
6を形成すべき所要の部分にレジスト13が残るように
、即ちこの場合矢印dで示す分極方向に所要の幅を有し
、図4の紙面に対して直交する方向を長手方向とするパ
ターンにフォトリソグラフィ等の適用によって露光現像
してパターニングする。
性イオンエッチング)等の異方性エッチングによりレジ
スト13をマスクとして、マスク層12とレジスト11
をパターニングする。
方性エッチングによってマスク層12をマスクとして強
誘電体材料10を主面1S上からエッチングして、側面
1A及び1Bと、これに隣接する上側面1Eとを露出さ
せ、リッジ7を構成する。このときこの強誘電体材料1
0に対するエッチングの深さを制御してリッジ6の高さ
を2μm程度となす。
u,Pt,K,Li等の例えばAlより成る金属層14
をリッジ6上を覆って全面的に蒸着、スパッタリング等
によって被着形成する。
図3に示す櫛歯状パターンにこの金属層14をパターニ
ングした後、アセトン等の溶剤に浸してレジスト11を
除去することにより、図4Eに示すように、リッジ6上
の金属層14のみをリフトオフして、側面1A及び1B
からそれぞれ上側面1Eに隣接する櫛歯状の第1の電極
1及び第2の電極2を形成することができる。
電圧印加工程の前或いは後に、プロトン交換法等によっ
てリッジ6に導波路を形成し、第1の電極1及び第2の
電極2を除去してSHG素子を得ることができる。
を形成して、その側面1A及び1Bに電極を被着して電
圧印加を施す場合は、自発分極に対して平行ではない電
界成分、即ち分極反転に直接影響のない電界成分を大幅
に減少させることができる。LN結晶等の強誘電体材料
10では、このような自発分極の生じる方向に平行でな
い電界成分が材料に与える応力が大であるため、このよ
うな電界成分を減少させることによって、強誘電体材料
10の結晶破壊を防ぐことができる。
成する場合、各分極反転領域3をリッジ6の全厚さにわ
たって形成することができる。従ってこれに形成する導
波路の深さを適切に選定することによって、この導波路
の全厚さ或いはそれ以上の深さにわたって、かつ結晶破
壊を殆ど生じることなく分極反転構造30を形成するこ
とができて、これをSHG素子として用いる場合、SH
G効率等の光変換効率を高めることができる。
も主面1Sの面内方向の、矢印dで示す方向に単分域化
された強誘電体材料10を用いた例で、主面1S上の分
極の正側にフォトリソグラフィ等の適用によってAl等
より成る第1の電極1が被着形成され、一方分極の負側
の側面1B上には全面的にAl等より成る第2の電極2
が蒸着、スパッタリング等により被着形成されて成る。 5は電源である。このような構成において、第1の電極
1側が正電位、第2の電極2側が負電位となるように電
圧を印加して、第1の電極1の櫛歯パターンに対応する
パターンの分極反転構造30を形成する。この場合、櫛
歯先端部の幅及びピッチ、電圧の大きさを実施例1と同
様に選定して、結晶破壊等をほとんど生じることなく分
極反転構造を得ることができる。
いて、図5に対応する部分には同一符号を付して重複説
明を省略する。この場合は強誘電体材料10の分極の正
側の側面1A上に、櫛歯状パターンの第1の電極1を、
更に分極の負側の主面1S上に櫛歯状パターンの第2の
電極2をそれぞれ蒸着、スパッタリング等により被着し
た後フォトリソグラフィ等の適用によって形成した例で
、これら各電極1及び2の櫛歯先端部が、主面1S上と
側面1A上とにわたって相対向するようにパターニング
されるようになす。このような構成において、上述の実
施例3と同様に、第1の電極1側に正電位、第2の電極
2側が負電位となるように電圧を印加して、第1の電極
1及び第2の電極2の櫛歯パターンに対応するパターン
の分極反転構造30を形成した。この場合においても、
櫛歯先端部の幅及びピッチ、電圧の大きさを実施例1と
同様に選定して、結晶破壊等をほとんど生じることなく
分極反転構造30を得ることができた。
強誘電体材料10が厚さ方向に全面的に単分域化されて
成る場合で、その分極の正側の主面1S上にAl等より
成る第1の電極1が例えば櫛歯状パターンにパターニン
グされ、分極の負側の裏面1R上にも同様にAl等より
成る櫛歯状パターンの第2の電極2が、その櫛歯部が主
面1S上と裏面1上とで相対向して強誘電体材料10を
挟み込むように被着形成されて成る。そして上述の各実
施例と同様に、分極の正側即ち第1の電極1側を正電位
、分極の負側即ち第2の電極2側を負電位として電圧を
印加し、第1の電極1の櫛歯パターンに対応するパター
ンの分極反転構造を形成した。この場合においても、櫛
歯先端部の幅及びピッチ、電圧の大きさを実施例1と同
様に選定して、結晶破壊を殆ど生じることなく分極反転
構造を得ることができた。更にこの場合、各電極1及び
2の櫛歯部にわたって即ち強誘電体材料10の全厚さに
わたって分極反転領域が形成され、そのピッチに対して
深さを比較的大とすることができた。
いて、図7に対応する部分には同一符号を付して重複説
明を省略する。この場合は強誘電体材料10の裏面1R
上に全面的に第2の電極2を被着形成した例で、この例
においても、上述の実施例5と同様に、第1の電極1の
パターンに対応するパターンの分極反転構造を得ること
ができ、更にそのピッチに対して深さを大とすることが
できた。
いて、図3に対応する部分には同一符号を付して重複説
明を省略する。この例では、図3において説明した実施
例2におけるリッジ6を有する強誘電体材料10全体を
、容器8中のフロリナート(住友3M社製、商品名)等
のフロン系耐高電圧液などの絶縁液9に浸漬した状態で
電圧印加を行うものである。このように絶縁液9中にお
いて電圧を印加することによって、電極1及び2間の放
電を確実に回避することができて、結晶破壊を生じるこ
となく制御性よく分極反転構造を得ることができた。
において、図8に対応する部分には同一符号を付して重
複説明を省略する。この例では、図8において説明した
実施例6における強誘電体材料10全体を、実施例7と
同様に容器8中のフロン系耐高電圧液等の絶縁液9に浸
漬した状態で電圧印加を行うものである。このとき、第
1の電極1のパターンは紙面に直交する平行帯状パター
ンとし、ピッチPを2μm、幅Wを1μm、厚さT1
を500Å、強誘電体材料10の厚さTを50μm、ま
た裏面1R上の第2の電極2の厚さT2 を500Åと
し、このような構成において、電圧値1.5kV、パル
ス幅120m秒のパルス電圧を1回印加した。この場合
図10において矢印hで示すように、第1の電極1直下
の領域において、強誘電体材料10の全厚さにわたって
分極反転が生じ、この第1の電極1のパターンに対応す
るパターンの分極反転構造30が形成された。このよう
に、絶縁液9中において電圧を印加することによって実
施例8と同様に、電極1及び2間の放電を確実に回避す
ることができた。
な形状でかつ結晶破壊を生じることなく分極反転構造3
0を得ることができる。特にこのパルス電圧の電圧値及
びパルス幅を適切に選定することによって、分極反転領
域3の幅及び深さを制御することができる。
において、図1に対応する部分には同一符号を付して重
複説明を省略する。この場合においても、図1において
説明した実施例1における強誘電体材料10全体を、容
器8中の絶縁液9に浸漬した状態で電圧印加を行うもの
である。このとき、第1の電極1のピッチPは2μm、
幅Wは1μm、主面1S上の各電極1及び2の櫛歯先端
部間の距離Lは3.5μm、強誘電体材料10の厚さT
は1mmであり、このような構成において、93kVの
直流電圧を40秒間印加した。この場合、主面1S上の
第1の電極1及び第2の電極2の櫛歯先端部間に、この
櫛歯パターンに対応するパターンの分極反転構造30が
形成された。また、電極1及び2間の放電を確実に回避
することができた。
においては、厚さ方向に全面的に単分域化され、かつそ
の厚さが一方の端面においては小なる厚さt1 、他方
の端面においては大なる厚さt2 を有するように、例
えばその分極の正側となる上面1Uが傾斜して成るテー
パ状の強誘電体材料10を用いた場合で、分極の負側と
なる裏面1R上には、Al等より成る例えば平行帯状パ
ターンの第1の電極1が被着形成され、テーパ面である
上面1U上にはAl等より成る第2の電極2が全面的に
被着形成されて成る。
第2の電極2が正電位、負側即ち第1の電極1が負電位
となるように、5kVの直流電圧を1分間印加して分極
反転領域を形成した。この分極反転領域の顕微鏡写真に
基づくパターン図を図13に示す。図13からわかるよ
うに、強誘電体材料10の厚さがある程度以上の領域に
おいては分極反転領域3が形成されない。このように分
極反転領域3が形成されない最小の厚さTC はこの場
合372μmであり、この部分においての単位厚さ当た
りの印加電圧は13.4kV/mmであった。
形成し得る印加電圧はほぼ10kV/mm程度以上であ
ることがわかる。しかしながら、LN単結晶以外の例え
ばKTP,LiTaO3 等の電気伝導度が比較的大な
る強誘電体材料を用いる場合は分極反転が比較的生じ易
いため、1kV/mm以上程度の電圧印加によって良好
な分極反転構造を得ることができる。
分極反転領域が形成される場合はその後の安定度が低く
、温度等の外部環境の変化に伴ってこの分極反転が元に
戻ってしまう恐れがある。例えば分極反転構造によって
位相整合をなし、かつ基板に電圧を印加して電気光学効
果によって導波路の屈折率を部分的に変化させる電気光
学装置等に本発明を適用する場合は、動作時の電圧印加
によって分極反転領域が消滅する恐れがある。従って安
定な分極反転構造を形成するために、印加電圧は1kV
/mm以上とする。
すると、強誘電体材料の結晶性が破壊されてしまう恐れ
があるため、印加電圧は100kV/mm以下とする。 特にLN単結晶の場合は確実に結晶破壊を防ぐために、
25kV/mm程度以下とすることが望ましい。
同様にLN単結晶を用いて、電圧印加を行うパターン電
極の幅が100μmを越える場合の一例を説明する。
において、図1に対応する部分には同一符号を付して重
複説明を省略する。この場合、櫛歯状の第1及び第2の
電極1及び2が100μmを越える幅Wを有する場合で
、各電極の櫛歯先端部の間隔Lを200μmとした。 このような構成において、4kVの直流電圧を40秒間
印加した。
1及び第2の電極1及び2を除去した後の強誘電体材料
10の表面の顕微鏡写真に基づくパターン図を図15に
示す。この場合、第1の電極1の櫛歯先端部から延長す
るように分極反転領域3が形成されるが、第1の電極1
の直下の電極被着領域13において結晶破壊が生じてい
ることがわかる。即ち、LN単結晶の場合はこのように
100μmを越える幅の電極によって電圧を印加する場
合、結晶破壊を生じる恐れがあることがわかる。
反転構造を形成してSHG素子を構成する場合には、そ
の周期を1μm〜30μm程度とし、分極反転領域の幅
を0.5〜15μm程度とすることが望ましく、この場
合には電極幅が充分小であるため、結晶破壊をほとんど
生じることなく分極反転構造を形成することができる。
して例えばKTPを用いる場合は、電圧印加を行う電極
の幅を数mm程度としても結晶破壊を生じることなく分
極反転構造を形成することができ、このように強誘電体
材料の種類に応じてその電圧印加を行う電極の形状を適
切に選定することが望ましい。
体材料10上に直接的に電極を被着形成した場合である
が、この電極と強誘電体材料10との間に絶縁層を設け
て電圧印加を行ってもよい。
に対してプロトン交換、電子線等の荷電粒子照射を行う
場合は、強誘電体材料内の分極が反転し易くなり、分極
反転に必要な電圧値を低減化することができる。
振幅が減衰する波形パターンの交流成分を加えてこれを
試料に印加することによって、強誘電体材料内の分極に
擾乱を与え、分極を反転し易くすることもできる。
法によれば、屈折率変化や結晶破壊を生じることなく、
分極反転構造を得ることができる。
材料に対して本発明を適用する場合は、その深さ方向に
良好な形状制御性をもって分極反転構造を形成すること
ができる。一方面内方向に単分域化された強誘電体材料
に対しても分極反転を形成することができ、特に強誘電
体材料上にリッジ等の凸部を形成して、これを挟むよう
に電極を被着して電圧を印加する場合は、その凸部の厚
さに応じた深さの分極反転構造を得ることができて、分
極反転構造の形状制御性を向上することができ、SHG
素子を構成する場合は位相整合を確実に行うことができ
て、光変換効率の向上をはかることができる。
、その電圧値及びパルス幅を適切に選定することによっ
て、形成される分極反転領域の幅及び深さを制御するこ
とができる。
荷電粒子の照射を行ったり、または印加電圧に交流成分
を加える等して強誘電体材料の分極を反転し易くするこ
とによって、分極反転領域を形成し得る電圧値を低減化
することもできる。
大斜視図である。
ある。
拡大斜視図である。
程図である。
拡大斜視図である。
拡大斜視図である。
拡大斜視図である。
拡大斜視図である。
拡大斜視図である。
的拡大断面図である。
的拡大斜視図である。
斜視図である。
基づくパターン図である。
上面図である。
基づくパターン図である。
ある。
料の分極反転領域を示す模式的断面図である。
拡大断面図である。
基づくパターン図である。
Claims (1)
- 【請求項1】 単分域化された強誘電体材料に、その
分極方向に第1及び第2の電極を配置し、少なくとも第
1の電極は最終的に得る分極反転構造のパターンに対応
するパターンに形成され、150℃未満の温度下におい
て、上記第1及び第2の電極間に、上記強誘電体材料の
自発分極の負側を負電位、正側を正電位となるように1
kV/mm〜100kV/mmの電圧を印加して、分極
反転構造を形成するようにしたことを特徴とする分極反
転制御方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10739291A JP3277515B2 (ja) | 1991-05-13 | 1991-05-13 | 分極反転制御方法 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP10739291A JP3277515B2 (ja) | 1991-05-13 | 1991-05-13 | 分極反転制御方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH04335620A true JPH04335620A (ja) | 1992-11-24 |
JP3277515B2 JP3277515B2 (ja) | 2002-04-22 |
Family
ID=14457973
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Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0643321A2 (en) * | 1993-09-10 | 1995-03-15 | Sony Corporation | Method of local domain control on nonlinear optical materials |
US6002515A (en) * | 1997-01-14 | 1999-12-14 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method for producing polarization inversion part, optical wavelength conversion element using the same, and optical waveguide |
JP2003057700A (ja) * | 2001-08-15 | 2003-02-26 | Ngk Insulators Ltd | 周期状分極反転構造の形成方法 |
US6529309B2 (en) | 2000-05-22 | 2003-03-04 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Production method of light wavelength converting element |
US6998223B1 (en) | 1999-08-27 | 2006-02-14 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Optical wavelength converting device and process for producing the same |
JP2007183316A (ja) * | 2006-01-04 | 2007-07-19 | Precise Gauges Co Ltd | 波長変換導波路素子及びその製造方法 |
WO2008056830A1 (fr) * | 2006-11-09 | 2008-05-15 | Ngk Insulators, Ltd. | Procédé de fabrication d'un substrat de guide d'onde optique |
WO2008056829A1 (fr) * | 2006-11-09 | 2008-05-15 | Ngk Insulators, Ltd. | Procédé de fabrication d'un substrat de guide d'onde optique |
-
1991
- 1991-05-13 JP JP10739291A patent/JP3277515B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0643321B1 (en) * | 1993-09-10 | 2002-04-03 | Sony Corporation | Method of local domain control on nonlinear optical materials |
EP0643321A2 (en) * | 1993-09-10 | 1995-03-15 | Sony Corporation | Method of local domain control on nonlinear optical materials |
US6002515A (en) * | 1997-01-14 | 1999-12-14 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method for producing polarization inversion part, optical wavelength conversion element using the same, and optical waveguide |
US7177072B2 (en) | 1999-08-27 | 2007-02-13 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Optical wavelength converting device and process for producing the same |
US6998223B1 (en) | 1999-08-27 | 2006-02-14 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Optical wavelength converting device and process for producing the same |
US6529309B2 (en) | 2000-05-22 | 2003-03-04 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Production method of light wavelength converting element |
JP2003057700A (ja) * | 2001-08-15 | 2003-02-26 | Ngk Insulators Ltd | 周期状分極反転構造の形成方法 |
JP4519374B2 (ja) * | 2001-08-15 | 2010-08-04 | 日本碍子株式会社 | 周期状分極反転構造の形成方法 |
JP2007183316A (ja) * | 2006-01-04 | 2007-07-19 | Precise Gauges Co Ltd | 波長変換導波路素子及びその製造方法 |
WO2008056830A1 (fr) * | 2006-11-09 | 2008-05-15 | Ngk Insulators, Ltd. | Procédé de fabrication d'un substrat de guide d'onde optique |
WO2008056829A1 (fr) * | 2006-11-09 | 2008-05-15 | Ngk Insulators, Ltd. | Procédé de fabrication d'un substrat de guide d'onde optique |
JPWO2008056830A1 (ja) * | 2006-11-09 | 2010-02-25 | 日本碍子株式会社 | 光導波路基板の製造方法 |
US7931831B2 (en) | 2006-11-09 | 2011-04-26 | Ngk Insulators, Ltd. | Optical waveguide substrate manufacturing method |
US8101099B2 (en) | 2006-11-09 | 2012-01-24 | Ngk Insulators, Ltd. | Optical waveguide substrate manufacturing method |
JP5297197B2 (ja) * | 2006-11-09 | 2013-09-25 | 日本碍子株式会社 | 光導波路基板の製造方法 |
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