JPH052201A - 第２高調波発生素子およびその製造方法 - Google Patents
第２高調波発生素子およびその製造方法Info
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- JPH052201A JPH052201A JP3178977A JP17897791A JPH052201A JP H052201 A JPH052201 A JP H052201A JP 3178977 A JP3178977 A JP 3178977A JP 17897791 A JP17897791 A JP 17897791A JP H052201 A JPH052201 A JP H052201A
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- niobate single
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/37—Non-linear optics for second-harmonic generation
- G02F1/377—Non-linear optics for second-harmonic generation in an optical waveguide structure
- G02F1/3775—Non-linear optics for second-harmonic generation in an optical waveguide structure with a periodic structure, e.g. domain inversion, for quasi-phase-matching [QPM]
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/355—Non-linear optics characterised by the materials used
- G02F1/3558—Poled materials, e.g. with periodic poling; Fabrication of domain inverted structures, e.g. for quasi-phase-matching [QPM]
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- G02F1/353—Frequency conversion, i.e. wherein a light beam is generated with frequency components different from those of the incident light beams
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- G02F1/3548—Quasi phase matching [QPM], e.g. using a periodic domain inverted structure
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 変換効率の高い第２高調波発生素子を得るこ
と。 【構成】 タンタル酸リチウム基板上にニオブ酸リチウ
ム単結晶薄膜導波路を形成し、さらにこのニオブ酸リチ
ウム単結晶薄膜導波路に周期ドメイン反転構造を形成し
て第２高調波発生素子とする。そして、この素子におい
て前記タンタル酸リチウム基板と前記ニオブ酸リチウム
単結晶薄膜とを格子整合させる。また、このような第２
高調波素子の製造に当たって、特にドメイン反転構造部
は通常のニオブ酸リチウム単結晶薄膜のキュリー温度よ
り低い温度で加熱冷却することにより、周期的な分極の
反転により形成する。
と。 【構成】 タンタル酸リチウム基板上にニオブ酸リチウ
ム単結晶薄膜導波路を形成し、さらにこのニオブ酸リチ
ウム単結晶薄膜導波路に周期ドメイン反転構造を形成し
て第２高調波発生素子とする。そして、この素子におい
て前記タンタル酸リチウム基板と前記ニオブ酸リチウム
単結晶薄膜とを格子整合させる。また、このような第２
高調波素子の製造に当たって、特にドメイン反転構造部
は通常のニオブ酸リチウム単結晶薄膜のキュリー温度よ
り低い温度で加熱冷却することにより、周期的な分極の
反転により形成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、第２高調波発生素子お
よびその製造方法に関し、特に高い変換効率を持つ第２
高調波発生素子（ＳＨＧ素子）の構成とその製法に関し
ての提案である。
よびその製造方法に関し、特に高い変換効率を持つ第２
高調波発生素子（ＳＨＧ素子）の構成とその製法に関し
ての提案である。
【０００２】
【従来の技術】ＳＨＧ素子は、入射された波長λのレー
ザを、非線形光学材料の非線形光学効果を利用してλ／
２の波長に変換して出力する素子であり、この素子を用
いると、出力光の波長が１／２に変換されることから、
光ディスクメモリやＣＤプレーヤ等に応用した場合、記
録密度を向上（約４倍）させることができる。また、レ
ーザプリンタ、フォトリソグラフィー等に応用した場合
には高い解像度を得ることができることから、最近とく
に注目を浴びている光学材料である。
ザを、非線形光学材料の非線形光学効果を利用してλ／
２の波長に変換して出力する素子であり、この素子を用
いると、出力光の波長が１／２に変換されることから、
光ディスクメモリやＣＤプレーヤ等に応用した場合、記
録密度を向上（約４倍）させることができる。また、レ
ーザプリンタ、フォトリソグラフィー等に応用した場合
には高い解像度を得ることができることから、最近とく
に注目を浴びている光学材料である。
【０００３】従来、前記ＳＨＧ素子としては、高出力の
ガスレーザを光源とする非線形光学結晶のバルク単結晶
が用いられてきた。しかし、このＳＨＧの主要用途であ
る光ディスク装置やレーザプリンタ等の分野では、装置
全体を小型化する要請が強いこと、しかもガスレーザ
は、光変調のため外部に変調器が必要で、小型化にも適
していないという問題があった。
ガスレーザを光源とする非線形光学結晶のバルク単結晶
が用いられてきた。しかし、このＳＨＧの主要用途であ
る光ディスク装置やレーザプリンタ等の分野では、装置
全体を小型化する要請が強いこと、しかもガスレーザ
は、光変調のため外部に変調器が必要で、小型化にも適
していないという問題があった。
【０００４】このことから、最近では、上記ガスレーザ
に代えて、直接変調が可能で、ガスレーザに比べると安
価で取扱いの容易な半導体レーザを使用することができ
るＳＨＧ素子が注目されているのである。なかでも、半
導体レーザを光源とするものでは、その出力が数ｍＷか
ら数十ｍＷと低いことから、特に高い変換効率を得るこ
とのできる導波路構造のＳＨＧ素子に対する期待が大き
い。
に代えて、直接変調が可能で、ガスレーザに比べると安
価で取扱いの容易な半導体レーザを使用することができ
るＳＨＧ素子が注目されているのである。なかでも、半
導体レーザを光源とするものでは、その出力が数ｍＷか
ら数十ｍＷと低いことから、特に高い変換効率を得るこ
とのできる導波路構造のＳＨＧ素子に対する期待が大き
い。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来、ＳＨＧ素子とし
ては、膜厚位相整合方式、温度位相整合方式、角
度位相整合方式、チェレンコフ放射方式など、によ
り、発振する高調波の位相を揃えて高調波を取り出す形
式のものが種々提案されている。しかし、上記膜厚位相
整合方式では、導波路の膜厚を数十Åのオーダーで調整
しなければならず、実用的ではない。また、上記温度位
相整合方式および上記角度位相整合方式は、いずれも常
光屈折率と異常光屈折率が近接する条件でのみ高調波を
発振させることができる方法であるから、導波路を構成
する材料や基本波長に多くの制約があった。さらに上記
チェレンコフ放射方式は、出射光が三日月状になり、レ
ンズ光学系によって回折限界内に集光しにくいという問
題があった。
ては、膜厚位相整合方式、温度位相整合方式、角
度位相整合方式、チェレンコフ放射方式など、によ
り、発振する高調波の位相を揃えて高調波を取り出す形
式のものが種々提案されている。しかし、上記膜厚位相
整合方式では、導波路の膜厚を数十Åのオーダーで調整
しなければならず、実用的ではない。また、上記温度位
相整合方式および上記角度位相整合方式は、いずれも常
光屈折率と異常光屈折率が近接する条件でのみ高調波を
発振させることができる方法であるから、導波路を構成
する材料や基本波長に多くの制約があった。さらに上記
チェレンコフ放射方式は、出射光が三日月状になり、レ
ンズ光学系によって回折限界内に集光しにくいという問
題があった。
【０００６】このような問題点を解決するために、従
来、擬似位相整合（ＱＰＭ）とよばれる考え方があり、
このような考え方の下に光の伝搬部分に周期ドメイン反
転構造を形成した種々のＳＨＧ素子が提案されている。
しかしながら、このようなＳＨＧ素子であっても、光デ
ィスク装置やレーザプリンタの光源として高調波を利用
する場合には、出射ビーム形状を回折限界まで絞りこま
なければならず、しかもこのような絞りこみができるレ
ンズは、現在のところ実用化されていないのが実情であ
る。
来、擬似位相整合（ＱＰＭ）とよばれる考え方があり、
このような考え方の下に光の伝搬部分に周期ドメイン反
転構造を形成した種々のＳＨＧ素子が提案されている。
しかしながら、このようなＳＨＧ素子であっても、光デ
ィスク装置やレーザプリンタの光源として高調波を利用
する場合には、出射ビーム形状を回折限界まで絞りこま
なければならず、しかもこのような絞りこみができるレ
ンズは、現在のところ実用化されていないのが実情であ
る。
【０００７】このことが、第２高調波を基板からチェレ
ンコフ出射させる既知技術が抱える問題点である。それ
故に、現在は、第２高調波を導波路から出射させること
が望まれており、この要請に応えられるものとして、従
来、導波路に周期ドメイン反転構造を持つＳＨＧ素子が
提案されたのである。このような要請に応えられる従来
技術としては、例えば、特開平２−９３６２４号公報な
どに記載されているようなプロトン交換導波路にドメイ
ン反転構造を形成したＳＨＧ素子がある。しかしなが
ら、上記プロトン交換型導波路を用いるものや、さらに
Ti拡散導波路のような拡散型の導波路を使用する従来技
術では、導波路の結晶構造が置換や拡散により変化し、
このため非線形光学定数が低下してしまうというさらな
る問題が生じた。
ンコフ出射させる既知技術が抱える問題点である。それ
故に、現在は、第２高調波を導波路から出射させること
が望まれており、この要請に応えられるものとして、従
来、導波路に周期ドメイン反転構造を持つＳＨＧ素子が
提案されたのである。このような要請に応えられる従来
技術としては、例えば、特開平２−９３６２４号公報な
どに記載されているようなプロトン交換導波路にドメイ
ン反転構造を形成したＳＨＧ素子がある。しかしなが
ら、上記プロトン交換型導波路を用いるものや、さらに
Ti拡散導波路のような拡散型の導波路を使用する従来技
術では、導波路の結晶構造が置換や拡散により変化し、
このため非線形光学定数が低下してしまうというさらな
る問題が生じた。
【０００８】
【課題を解決するための手段】そこで本発明者等は、前
述の如き問題点を解決すべく鋭意研究した結果、非線形
光学材料の薄膜を基板上に形成して導波路とし、この導
波路に周期ドメイン反転構造を形成することにより上述
の問題点を解決できることが判り、本発明の第２高調波
発生素子の構成に想達した。
述の如き問題点を解決すべく鋭意研究した結果、非線形
光学材料の薄膜を基板上に形成して導波路とし、この導
波路に周期ドメイン反転構造を形成することにより上述
の問題点を解決できることが判り、本発明の第２高調波
発生素子の構成に想達した。
【０００９】すなわち、本発明は、タンタル酸リチウム
基板上にニオブ酸リチウム単結晶薄膜からなる導波路が
形成されてなる第２高調波発生素子において、そのニオ
ブ酸リチウム単結晶薄膜導波路に周期ドメイン反転構造
を形成してなる第２高調波発生素子であり、このタンタ
ル酸リチウム基板とニオブ酸リチウム単結晶薄膜とは格
子整合されたものを用いることが望ましい。
基板上にニオブ酸リチウム単結晶薄膜からなる導波路が
形成されてなる第２高調波発生素子において、そのニオ
ブ酸リチウム単結晶薄膜導波路に周期ドメイン反転構造
を形成してなる第２高調波発生素子であり、このタンタ
ル酸リチウム基板とニオブ酸リチウム単結晶薄膜とは格
子整合されたものを用いることが望ましい。
【００１０】また、本発明は、上記の第２高調波発生素
子を、タンタル酸リチウム基板上にニオブ酸リチウム単
結晶薄膜を形成したのち、そのニオブ酸リチウム単結晶
薄膜部表面の一部を、その他の個所のキューリー温度よ
りも低い温度で加熱し、そして冷却することを特徴とす
る第２高調波発生素子の製造方法である。
子を、タンタル酸リチウム基板上にニオブ酸リチウム単
結晶薄膜を形成したのち、そのニオブ酸リチウム単結晶
薄膜部表面の一部を、その他の個所のキューリー温度よ
りも低い温度で加熱し、そして冷却することを特徴とす
る第２高調波発生素子の製造方法である。
【００１１】
【作用】本発明は、タンタル酸リチウム基板上にニオブ
酸リチウム単結晶薄膜導波路が形成されたＳＨＧ素子を
用いることが基本である。それは、まずニオブ酸リチウ
ム単結晶は、非線形光学効果が大きく、光変調器には最
適でありることが挙げられる。そして、このようなニオ
ブ酸リチウム単結晶薄膜のための担体、すなわち基板と
しては、このものと結晶構造が酷似しているタンタル酸
リチウムを使用することが好適である。それは、後に詳
述するように、このような両者の組合わせによると格子
整合が比較的容易となるからである。
酸リチウム単結晶薄膜導波路が形成されたＳＨＧ素子を
用いることが基本である。それは、まずニオブ酸リチウ
ム単結晶は、非線形光学効果が大きく、光変調器には最
適でありることが挙げられる。そして、このようなニオ
ブ酸リチウム単結晶薄膜のための担体、すなわち基板と
しては、このものと結晶構造が酷似しているタンタル酸
リチウムを使用することが好適である。それは、後に詳
述するように、このような両者の組合わせによると格子
整合が比較的容易となるからである。
【００１２】そして、本発明においては、前記ニオブ酸
リチウム単結晶薄膜導波路部に、周期ドメイン反転構造
部を形成する。このような薄膜導波路部に周期ドメイン
反転部を形成する理由は、ニオブ酸リチウムの非線形光
学特性を劣化させることなしに周期ドメイン反転構造を
形成できるからであり、非常に高い効率で擬似位相整合
が可能となるからである。
リチウム単結晶薄膜導波路部に、周期ドメイン反転構造
部を形成する。このような薄膜導波路部に周期ドメイン
反転部を形成する理由は、ニオブ酸リチウムの非線形光
学特性を劣化させることなしに周期ドメイン反転構造を
形成できるからであり、非常に高い効率で擬似位相整合
が可能となるからである。
【００１３】なお、薄膜導波路部に形成する周期ドメイ
ン反転構造としては、次式で表わす周期のものを用いる
ことができる。 Λ＝（２ｍ＋１）λ／４｜ｎｆ−ｎｓｈ｜ …(1) 但し Λ：ドメインの半周期 ｍ：周期ドメインの次数 λ：入射波長 ｎｆ：基本波長の屈折率 ｎｓｈ：高調波の屈折率
ン反転構造としては、次式で表わす周期のものを用いる
ことができる。 Λ＝（２ｍ＋１）λ／４｜ｎｆ−ｎｓｈ｜ …(1) 但し Λ：ドメインの半周期 ｍ：周期ドメインの次数 λ：入射波長 ｎｆ：基本波長の屈折率 ｎｓｈ：高調波の屈折率
【００１４】上述したように、本発明のＳＨＧ素子にお
いては、前記タンタル酸リチウム基板と前記ニオブ酸リ
チウム単結晶薄膜からなる導波路は格子整合されている
ことが望ましい。すなわち、この格子整合とは、タンタ
ル酸リチウム基板の格子定数とニオブ酸リチウム単結晶
薄膜の格子定数を一致（整合）させることであり、ニオ
ブ酸リチウム単結晶薄膜のａ軸の格子定数を、タンタル
酸リチウム基板のａ軸の格子定数の99.81 〜100.07％、
より好ましくは 99.92〜100.03％の範囲に調整すること
である。 前記基板と前記単結晶薄膜とを格子整合させ
ることが望ましい理由は、高結晶性、低伝搬損失で厚い
膜厚のニオブ酸リチウム単結晶薄膜が得られやすいから
である。また、タンタル酸リチウム基板と格子整合され
たニオブ酸リチウム単結晶薄膜は、ニオブ酸リチウム単
結晶バルクと同等の非線形分極テンソルを持つため、第
２高調波の変換効率を向上させることができるからであ
る。
いては、前記タンタル酸リチウム基板と前記ニオブ酸リ
チウム単結晶薄膜からなる導波路は格子整合されている
ことが望ましい。すなわち、この格子整合とは、タンタ
ル酸リチウム基板の格子定数とニオブ酸リチウム単結晶
薄膜の格子定数を一致（整合）させることであり、ニオ
ブ酸リチウム単結晶薄膜のａ軸の格子定数を、タンタル
酸リチウム基板のａ軸の格子定数の99.81 〜100.07％、
より好ましくは 99.92〜100.03％の範囲に調整すること
である。 前記基板と前記単結晶薄膜とを格子整合させ
ることが望ましい理由は、高結晶性、低伝搬損失で厚い
膜厚のニオブ酸リチウム単結晶薄膜が得られやすいから
である。また、タンタル酸リチウム基板と格子整合され
たニオブ酸リチウム単結晶薄膜は、ニオブ酸リチウム単
結晶バルクと同等の非線形分極テンソルを持つため、第
２高調波の変換効率を向上させることができるからであ
る。
【００１５】前記基板と前記単結晶薄膜との格子整合の
方法としては、本発明者らが先に提案した国際出願番号
ＰＣＴ／ＪＰ９０／０１２０７号に記載された方法によ
ることが望ましい。すなわち、(a) ニオブ酸リチウム単
結晶薄膜にＮａ、Ｍｇを含有させニオブ酸リチウム単結
晶薄膜（通常ａ軸の格子定数は5.148Å）の格子定数を
大きくして、タンタル酸リチウム基板（通常ａ軸の格子
定数は 5.154Å）と整合させる方法、(b) ニオブ酸リチ
ウム単結晶薄膜中のＬｉ／Ｎｂの比率を変え、格子定数
を大きくして、タンタル酸リチウム基板と整合させる方
法、(c) Ｔｉなどのタンタル酸リチウム基板の格子定数
を小さくする元素を基板に含有させ、基板の格子定数を
小さくしてニオブ酸リチウム単結晶薄膜の格子定数と整
合させる方法などがある。なお、タンタル酸リチウム基
板とニオブ酸リチウム単結晶薄膜を格子整合させる場合
には、タンタル酸リチウム基板の（０００１）面にニオ
ブ酸リチウム単結晶薄膜を形成することが有利である。
方法としては、本発明者らが先に提案した国際出願番号
ＰＣＴ／ＪＰ９０／０１２０７号に記載された方法によ
ることが望ましい。すなわち、(a) ニオブ酸リチウム単
結晶薄膜にＮａ、Ｍｇを含有させニオブ酸リチウム単結
晶薄膜（通常ａ軸の格子定数は5.148Å）の格子定数を
大きくして、タンタル酸リチウム基板（通常ａ軸の格子
定数は 5.154Å）と整合させる方法、(b) ニオブ酸リチ
ウム単結晶薄膜中のＬｉ／Ｎｂの比率を変え、格子定数
を大きくして、タンタル酸リチウム基板と整合させる方
法、(c) Ｔｉなどのタンタル酸リチウム基板の格子定数
を小さくする元素を基板に含有させ、基板の格子定数を
小さくしてニオブ酸リチウム単結晶薄膜の格子定数と整
合させる方法などがある。なお、タンタル酸リチウム基
板とニオブ酸リチウム単結晶薄膜を格子整合させる場合
には、タンタル酸リチウム基板の（０００１）面にニオ
ブ酸リチウム単結晶薄膜を形成することが有利である。
【００１６】本発明の第２高調波発生素子は、ニオブ酸
リチウム単結晶薄膜導波路、タンタル酸リチウム基板に
格子定数や屈折率を変える目的で種々の異種元素を含有
させてもよい。
リチウム単結晶薄膜導波路、タンタル酸リチウム基板に
格子定数や屈折率を変える目的で種々の異種元素を含有
させてもよい。
【００１７】また、本発明の第２高調波発生素子は、入
力部分、出力部分に反射防止膜を形成することは有効で
ある。
力部分、出力部分に反射防止膜を形成することは有効で
ある。
【００１８】本発明の第２高調波発生素子は出力部分に
は、波長選択性のフィルターを設けることは有効であ
る。
は、波長選択性のフィルターを設けることは有効であ
る。
【００１９】さらに、本発明の第２高調波発生素子は、
半導体レーザと結合され、気密封止パッケージに格納さ
れて使用することが望ましい。
半導体レーザと結合され、気密封止パッケージに格納さ
れて使用することが望ましい。
【００２０】つぎに本発明の第２高調波発生素子の製造
方法について説明する。本発明の第２高調波発生素子を
製造するに当たっては、まずタンタル酸リチウム基板上
に、ニオブ酸リチウム単結晶薄膜を形成する。この薄膜
の形成には、ＲＦスパッタ法や液相エピタキシャル法な
どの方法が効果的である。とくに、液相エピタキシャル
法は高結晶性の薄膜が得られるため好適である。また、
タンタル酸リチウム基板とニオブ酸リチウム単結晶薄膜
を格子整合させる場合には、液相エピタキシャル法によ
りニオブ酸リチウム単結晶薄膜を形成することが望まし
い。
方法について説明する。本発明の第２高調波発生素子を
製造するに当たっては、まずタンタル酸リチウム基板上
に、ニオブ酸リチウム単結晶薄膜を形成する。この薄膜
の形成には、ＲＦスパッタ法や液相エピタキシャル法な
どの方法が効果的である。とくに、液相エピタキシャル
法は高結晶性の薄膜が得られるため好適である。また、
タンタル酸リチウム基板とニオブ酸リチウム単結晶薄膜
を格子整合させる場合には、液相エピタキシャル法によ
りニオブ酸リチウム単結晶薄膜を形成することが望まし
い。
【００２１】次に、タンタル酸リチウム基板上にニオブ
酸リチウム単結晶薄膜を形成した後、前記 (1)式の条件
を満たすように周期ドメイン反転構造を形成しなければ
ならない。このドメイン反転は、局所的に分極方向を反
転させる操作であり、いわゆる分極方向を反転させたい
部分のキュリー温度を通常のニオブ酸リチウム単結晶薄
膜のキュリー温度より低くし、通常のニオブ酸リチウム
単結晶薄膜のキュリー温度よりやや低い温度でニオブ酸
リチウム単結晶薄膜を加熱し冷却することにより、分極
の反転を実現することができる。
酸リチウム単結晶薄膜を形成した後、前記 (1)式の条件
を満たすように周期ドメイン反転構造を形成しなければ
ならない。このドメイン反転は、局所的に分極方向を反
転させる操作であり、いわゆる分極方向を反転させたい
部分のキュリー温度を通常のニオブ酸リチウム単結晶薄
膜のキュリー温度より低くし、通常のニオブ酸リチウム
単結晶薄膜のキュリー温度よりやや低い温度でニオブ酸
リチウム単結晶薄膜を加熱し冷却することにより、分極
の反転を実現することができる。
【００２２】このドメイン反転構造形成のための前記キ
ュリー温度低下手段としては、ニオブ酸リチウム単結
晶薄膜中にＴｉを熱拡散する方法、ニオブ酸リチウム
単結晶薄膜表面にSiO2膜を形成し、加熱することによ
り、ニオブ酸リチウム単結晶薄膜中のＬｉをSiO2膜へ拡
散させる方法などが有効である。
ュリー温度低下手段としては、ニオブ酸リチウム単結
晶薄膜中にＴｉを熱拡散する方法、ニオブ酸リチウム
単結晶薄膜表面にSiO2膜を形成し、加熱することによ
り、ニオブ酸リチウム単結晶薄膜中のＬｉをSiO2膜へ拡
散させる方法などが有効である。
【００２３】上記のＴi 熱拡散のための方法は、まず
タンタル酸リチウム基板上にニオブ酸リチウム単結晶薄
膜を形成し、その後ストライプ状にスパッタマスクを形
成し、Ｔｉ膜をＲＦスパッタによりドメイン反転を生起
させる場所に形成し、次いでマスクを除去した後、加熱
してＴｉを熱拡散させ、それからキュリー点よりやや低
い温度で加熱し、ついで冷却する。
タンタル酸リチウム基板上にニオブ酸リチウム単結晶薄
膜を形成し、その後ストライプ状にスパッタマスクを形
成し、Ｔｉ膜をＲＦスパッタによりドメイン反転を生起
させる場所に形成し、次いでマスクを除去した後、加熱
してＴｉを熱拡散させ、それからキュリー点よりやや低
い温度で加熱し、ついで冷却する。
【００２４】また、上記のＬi のSiO2膜への拡散の方
法は、まずタンタル酸リチウム基板上にニオブ酸リチウ
ム単結晶薄膜を形成し、その後ストライプ状にスパッタ
マスクを形成し、SiO2膜をＲＦスパッタによりドメイン
反転を生起させる場所に形成し、マスクを除去した後加
熱し、ＬｉをSiO2膜へ熱拡散させ、ついでキュリー点よ
りやや低い温度で加熱し、ついで冷却する方法が挙げら
れる。次に本発明を実施例に則して説明する。
法は、まずタンタル酸リチウム基板上にニオブ酸リチウ
ム単結晶薄膜を形成し、その後ストライプ状にスパッタ
マスクを形成し、SiO2膜をＲＦスパッタによりドメイン
反転を生起させる場所に形成し、マスクを除去した後加
熱し、ＬｉをSiO2膜へ熱拡散させ、ついでキュリー点よ
りやや低い温度で加熱し、ついで冷却する方法が挙げら
れる。次に本発明を実施例に則して説明する。
【００２５】
実施例 １
タンタル酸リチウム（以下「ＬＴ）にて示す）基板１上
に、液晶エピタキシャル成長法（ＬＰＥ法）によりニオ
ブ酸リチウム（以下「ＬＮ」にて示す）薄膜２を形成し
た。このＬＮ薄膜２を研磨することにより、２μｍの薄
膜導波路とした（第１図Ａ）。この上にフォトリソグラ
フにより1.48μｍのスプライトパターンを形成した。こ
こにＴｉを真空蒸着して 500Åの膜を形成した。Ｔｉ膜
をリフトオフ（除去）することによりＬＮ薄膜２上にＴ
ｉのパターン３を形成した（第１図Ｂ）。これを管状炉
内に装入して1035℃で加熱処理し、冷却することによ
り、ＴｉをＬＮ膜中に拡散させて反転部４を形成した
（第１図Ｃ）。この膜の一部を切り出しＨＦエッチング
を行ない顕微鏡で観察したところＴｉが拡散した反転部
４だけ分極が反転していることが観察された。このＴｉ
のパターンに対し垂直に幅５μｍの一本線のパターンを
フォトリソグラフにより形成し、Ｔｉを真空蒸着してリ
フトオフすることによりＬＮ膜上にＴｉのパターン５を
形成した（第１図Ｄ）。その後、イオンビームエッチン
グによりＬＮ薄膜を削りリッジ型の導波路６を形成した
（第１図Ｅ）。波長 830ｎｍに対してＬＮの屈折率は、
2.173 、波長 415ｎｍに対して、2.314 であった。この
導波路６の端面を研磨し波長 830ｎｍ、50ｍＷの半導体
レーザの光を入射したところ反対側の端面から波長 415
ｎｍのレーザ光が出た。この時の変換効率は7.１％であ
った。このことから本素子は極めて優れたＳＨＧ素子で
あることが確認された。本素子のドメイン周期は、次の
ようにして求められた。 （２ｍ＋１）λ／４（ｎｐ−ｎｓｈ）＝１．４７μｍ
に、液晶エピタキシャル成長法（ＬＰＥ法）によりニオ
ブ酸リチウム（以下「ＬＮ」にて示す）薄膜２を形成し
た。このＬＮ薄膜２を研磨することにより、２μｍの薄
膜導波路とした（第１図Ａ）。この上にフォトリソグラ
フにより1.48μｍのスプライトパターンを形成した。こ
こにＴｉを真空蒸着して 500Åの膜を形成した。Ｔｉ膜
をリフトオフ（除去）することによりＬＮ薄膜２上にＴ
ｉのパターン３を形成した（第１図Ｂ）。これを管状炉
内に装入して1035℃で加熱処理し、冷却することによ
り、ＴｉをＬＮ膜中に拡散させて反転部４を形成した
（第１図Ｃ）。この膜の一部を切り出しＨＦエッチング
を行ない顕微鏡で観察したところＴｉが拡散した反転部
４だけ分極が反転していることが観察された。このＴｉ
のパターンに対し垂直に幅５μｍの一本線のパターンを
フォトリソグラフにより形成し、Ｔｉを真空蒸着してリ
フトオフすることによりＬＮ膜上にＴｉのパターン５を
形成した（第１図Ｄ）。その後、イオンビームエッチン
グによりＬＮ薄膜を削りリッジ型の導波路６を形成した
（第１図Ｅ）。波長 830ｎｍに対してＬＮの屈折率は、
2.173 、波長 415ｎｍに対して、2.314 であった。この
導波路６の端面を研磨し波長 830ｎｍ、50ｍＷの半導体
レーザの光を入射したところ反対側の端面から波長 415
ｎｍのレーザ光が出た。この時の変換効率は7.１％であ
った。このことから本素子は極めて優れたＳＨＧ素子で
あることが確認された。本素子のドメイン周期は、次の
ようにして求められた。 （２ｍ＋１）λ／４（ｎｐ−ｎｓｈ）＝１．４７μｍ
【００２６】実施例 ２
ＬＴ基板１上にＬＰＥ法によりＬＮ薄膜２を形成した。
これを研磨することにより１.9μｍの膜とした。この上
にフォトリソグラフにより４．44μｍのスプライトパタ
ーンを形成した。ここにSiO2をスパッタして0.５μｍの
膜を形成した。SiO2膜をリフトオフすることによりＬＮ
薄膜２上にSiO2パターン３を形成した。これを管状炉内
にて1000℃で加熱処理し、冷却した。次に、この薄膜２
の一部を切り出しＨＦエッチングを行ない顕微鏡で観察
したところ、SiO2が乗っていた分極部４だけ分極が反転
していることが観察された。表面のSiO2を反応性イオン
エッチングにより除去した。この分極反転したパターン
に対し垂直に幅４μｍの一本線のパターンをフォトリソ
グラフにより形成しＴｉを真空蒸着してリフトオフする
ことによりＬＮ膜上にＴｉのパターン５を形成した。こ
の後、イオンビームエッチングによりＬＮ膜を削りリッ
ジ型導波路６を形成した。波長 830ｎｍに対してＬＮの
屈折率は、２.173、波長 415ｎｍに対して、２.314であ
った。この導波路の端面を研磨し波長830ｎｍ、50ｍＷ
の半導体レーザの光を入射したところ、反対側の端面か
ら波長 415ｎｍのレーザ光が出た。この時の変換効率は
4.８％であった。このことから本素子は極めて優れたＳ
ＨＧ素子であることが確認された。本素子のドメイン周
期は、次のようにして求められた。 （２ｍ＋１）λ／４（ｎｐ−ｎｓｈ）＝４．４４μｍ
これを研磨することにより１.9μｍの膜とした。この上
にフォトリソグラフにより４．44μｍのスプライトパタ
ーンを形成した。ここにSiO2をスパッタして0.５μｍの
膜を形成した。SiO2膜をリフトオフすることによりＬＮ
薄膜２上にSiO2パターン３を形成した。これを管状炉内
にて1000℃で加熱処理し、冷却した。次に、この薄膜２
の一部を切り出しＨＦエッチングを行ない顕微鏡で観察
したところ、SiO2が乗っていた分極部４だけ分極が反転
していることが観察された。表面のSiO2を反応性イオン
エッチングにより除去した。この分極反転したパターン
に対し垂直に幅４μｍの一本線のパターンをフォトリソ
グラフにより形成しＴｉを真空蒸着してリフトオフする
ことによりＬＮ膜上にＴｉのパターン５を形成した。こ
の後、イオンビームエッチングによりＬＮ膜を削りリッ
ジ型導波路６を形成した。波長 830ｎｍに対してＬＮの
屈折率は、２.173、波長 415ｎｍに対して、２.314であ
った。この導波路の端面を研磨し波長830ｎｍ、50ｍＷ
の半導体レーザの光を入射したところ、反対側の端面か
ら波長 415ｎｍのレーザ光が出た。この時の変換効率は
4.８％であった。このことから本素子は極めて優れたＳ
ＨＧ素子であることが確認された。本素子のドメイン周
期は、次のようにして求められた。 （２ｍ＋１）λ／４（ｎｐ−ｎｓｈ）＝４．４４μｍ
【００２７】実施例 ３
ＬＰＥ法によりＬＴ基板１の（０００１）面上に格子整
合されたＬＮ薄膜２を形成した。このＬＮ薄膜２には１
モル％Ｎａ，６モル％Ｍｇが含有されていた。このＬＮ
薄膜２のａ軸の格子定数は、5.153 Å、ＬＴ基板１のａ
軸の格子定数は5.154 Åであった。これを研磨すること
により２．１μｍの薄膜とした（第２図Ａ）。この上に
幅4.９μｍの一本線のパターンをフォトリソグラフによ
り形成しＴｉを真空蒸着してリフトオフすることにより
ＬＮ薄膜２上にＴｉのパターン３を形成した（第２図
Ｂ）。その後、イオンビームエッチングにより上記ＬＮ
薄膜２を削りリッジ型の導波路６を形成した（第２図
Ｃ）。次にこの一本線のパターン上７に、フォトリソグ
ラフにより4.44μｍのスプライトパターン５を形成し
た。ここにSiO2をスパッタして0.５μｍのSiO2膜を形成
した。このSiO2膜をリフトオフすることによりＬＮ薄膜
上にSiO2のパターンを形成した（第２図Ｄ）。これを管
状炉により空気中1000℃で熱処理した後、冷却処理した
（第２図Ｅ）。この膜の一部を切り出しＨＦエッチング
を行ない顕微鏡で観察したところ、SiO2が乗っていたと
ころだけ分極が反転していることが観察された。波長 8
30ｎｍに対してＬＮの屈折率は、2.173、波長 415ｎｍ
に対して 2.314であった。この導波路の端面を研磨し波
長 830ｎｍ、５０ｍＷの半導体レーザの光を入射したと
ころ反対側の端面から波長 415ｎｍのレーザ光が出た。
この時の変換効率は3.２％であった。このことから本素
子は極めて優れたＳＨＧ素子であることが確認された。
本素子のドメイン周期は、つぎのようにして求められ
た。 （２ｍ＋１）λ／４（ｎｐ−ｎｓｈ）＝４．４４μｍ
合されたＬＮ薄膜２を形成した。このＬＮ薄膜２には１
モル％Ｎａ，６モル％Ｍｇが含有されていた。このＬＮ
薄膜２のａ軸の格子定数は、5.153 Å、ＬＴ基板１のａ
軸の格子定数は5.154 Åであった。これを研磨すること
により２．１μｍの薄膜とした（第２図Ａ）。この上に
幅4.９μｍの一本線のパターンをフォトリソグラフによ
り形成しＴｉを真空蒸着してリフトオフすることにより
ＬＮ薄膜２上にＴｉのパターン３を形成した（第２図
Ｂ）。その後、イオンビームエッチングにより上記ＬＮ
薄膜２を削りリッジ型の導波路６を形成した（第２図
Ｃ）。次にこの一本線のパターン上７に、フォトリソグ
ラフにより4.44μｍのスプライトパターン５を形成し
た。ここにSiO2をスパッタして0.５μｍのSiO2膜を形成
した。このSiO2膜をリフトオフすることによりＬＮ薄膜
上にSiO2のパターンを形成した（第２図Ｄ）。これを管
状炉により空気中1000℃で熱処理した後、冷却処理した
（第２図Ｅ）。この膜の一部を切り出しＨＦエッチング
を行ない顕微鏡で観察したところ、SiO2が乗っていたと
ころだけ分極が反転していることが観察された。波長 8
30ｎｍに対してＬＮの屈折率は、2.173、波長 415ｎｍ
に対して 2.314であった。この導波路の端面を研磨し波
長 830ｎｍ、５０ｍＷの半導体レーザの光を入射したと
ころ反対側の端面から波長 415ｎｍのレーザ光が出た。
この時の変換効率は3.２％であった。このことから本素
子は極めて優れたＳＨＧ素子であることが確認された。
本素子のドメイン周期は、つぎのようにして求められ
た。 （２ｍ＋１）λ／４（ｎｐ−ｎｓｈ）＝４．４４μｍ
【００２８】実施例 ４
ＬＴ基板１の表面にＭｇを熱拡散させ、厚さ 300Åの拡
散層４を形成した。このＬＴ基板１上に格子整合された
ＬＮ薄膜２を形成した。このＬＮ薄膜２には１モル％Ｎ
ａ，６モル％Ｍｇが含有されていた。この薄膜に対して
実施例３と同様の処置を施すことにより、ＳＨＧ素子を
作成した。波長 830ｎｍに対してＬＮの屈折率は、2.17
3 、波長 415ｎｍに対して、2.314 であった。波長 830
ｎｍ、５０ｍＷの半導体レーザの光を入射したところ反
対側の端面から波長 415ｎｍのレーザ光が出た。この時
の変換効率は３．２％であった。
散層４を形成した。このＬＴ基板１上に格子整合された
ＬＮ薄膜２を形成した。このＬＮ薄膜２には１モル％Ｎ
ａ，６モル％Ｍｇが含有されていた。この薄膜に対して
実施例３と同様の処置を施すことにより、ＳＨＧ素子を
作成した。波長 830ｎｍに対してＬＮの屈折率は、2.17
3 、波長 415ｎｍに対して、2.314 であった。波長 830
ｎｍ、５０ｍＷの半導体レーザの光を入射したところ反
対側の端面から波長 415ｎｍのレーザ光が出た。この時
の変換効率は３．２％であった。
【００２９】比較例 １
ＬＮ基板10上にＬＮ薄膜11を形成し、このＬＮ薄膜11に
は、フォトリソグラフにより1.48μｍのスプライトパタ
ーンを形成した。そしてこのストライプパターンにＴｉ
を真空蒸着して 500Åの膜を形成した。Ｔｉ膜をリフト
オフすることにより前記ＬＮ基板10上にＴｉのパターン
12を形成した（第３図Ｂ）。これを管状炉により1035℃
で処理し、ＴｉをＬＮ基板中に拡散させて分極部とした
（第３図Ｃ）。この薄膜の一部を切り出しＨＦエッチン
グを行ない顕微鏡で観察したところ、Ｔｉが拡散したと
ころだけ分極が反転していることが観察された。次に、
このＴｉのパターンに対し垂直方向の幅５μｍの一本線
のパターン12をフォトリソグラフにより形成し、Ｔｉを
真空蒸着してリフトオフすることによりＬＮ膜上にＴｉ
のパターンを形成した（第３図Ｄ）。パターンのところ
だけ安息香酸で 249℃で処理した。このようにして、プ
ロトン交換導波路を作製した（第３図Ｅ）。この導波路
の端面を研磨し波長 830ｎｍ、５０ｍＷの半導体レーザ
の光を入射したところ反対側の端面から波長 415ｎｍの
レーザ光が出た。この時の変換効率は0.８％であった。
また、波長 830ｎｍに対してＬＮの屈折率は、2.170 、
波長415 ｎｍに対して、2.311 であった。
は、フォトリソグラフにより1.48μｍのスプライトパタ
ーンを形成した。そしてこのストライプパターンにＴｉ
を真空蒸着して 500Åの膜を形成した。Ｔｉ膜をリフト
オフすることにより前記ＬＮ基板10上にＴｉのパターン
12を形成した（第３図Ｂ）。これを管状炉により1035℃
で処理し、ＴｉをＬＮ基板中に拡散させて分極部とした
（第３図Ｃ）。この薄膜の一部を切り出しＨＦエッチン
グを行ない顕微鏡で観察したところ、Ｔｉが拡散したと
ころだけ分極が反転していることが観察された。次に、
このＴｉのパターンに対し垂直方向の幅５μｍの一本線
のパターン12をフォトリソグラフにより形成し、Ｔｉを
真空蒸着してリフトオフすることによりＬＮ膜上にＴｉ
のパターンを形成した（第３図Ｄ）。パターンのところ
だけ安息香酸で 249℃で処理した。このようにして、プ
ロトン交換導波路を作製した（第３図Ｅ）。この導波路
の端面を研磨し波長 830ｎｍ、５０ｍＷの半導体レーザ
の光を入射したところ反対側の端面から波長 415ｎｍの
レーザ光が出た。この時の変換効率は0.８％であった。
また、波長 830ｎｍに対してＬＮの屈折率は、2.170 、
波長415 ｎｍに対して、2.311 であった。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の第２高調
波発生素子は、従来の置換型や拡散型の導波路を用いた
第２高調波発生素子に比べ変換効率が高く実用的なもの
であり、レンズの集光の問題や材料の制約などのない優
れた第２高調波発生素子を得ることができる。
波発生素子は、従来の置換型や拡散型の導波路を用いた
第２高調波発生素子に比べ変換効率が高く実用的なもの
であり、レンズの集光の問題や材料の制約などのない優
れた第２高調波発生素子を得ることができる。
【図１】図１は、実施例１および２に対応する第２高調
波発生素子の製造工程図。
波発生素子の製造工程図。
【図２】図２は、実施例３に対応する第２高調波発生素
子の製造工程図。
子の製造工程図。
【図３】図３は、比較例に対応する第２高調波発生素子
の製造工程図。
の製造工程図。
１ ＬＮ膜
２ ＬＴ基板
３ Ｔｉ拡散導波路
４ Ｔｉマスク
５ ＳｉＯ2 膜
６ Ｌｉの量が拡散により減少している部分
７ リッジ
８ プロトン交換導波路
９ Ｔｉ薄膜
10 ＬＮ基板
11 分極方向を示す矢印
Claims (3)
- 【請求項１】 タンタル酸リチウム基板上にニオブ酸リ
チウム単結晶薄膜からなる導波路を形成してなる第２高
調波発生素子において、そのニオブ酸リチウム単結晶薄
膜導波路に周期ドメイン反転構造を設けてなる第２高調
波発生素子。 - 【請求項２】 前記タンタル酸リチウム基板とニオブ酸
リチウム単結晶薄膜とが格子整合したものである請求項
１に記載の第２高調波発生素子。 - 【請求項３】 タンタル酸リチウム基板上にニオブ酸リ
チウム単結晶薄膜を形成したのち、そのニオブ酸リチウ
ム単結晶薄膜部表面の一部を、その他の個所のキューリ
ー温度よりも低い温度に加熱してかつ冷却することによ
り周期ドメイン反転構造部を形成することを特徴とする
第２高調波発生素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3178977A JPH052201A (ja) | 1991-06-25 | 1991-06-25 | 第２高調波発生素子およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3178977A JPH052201A (ja) | 1991-06-25 | 1991-06-25 | 第２高調波発生素子およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH052201A true JPH052201A (ja) | 1993-01-08 |
Family
ID=16057963
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3178977A Pending JPH052201A (ja) | 1991-06-25 | 1991-06-25 | 第２高調波発生素子およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH052201A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6334008B2 (en) | 1998-02-19 | 2001-12-25 | Nec Corporation | Optical circuit and method of fabricating the same |
| US8463082B2 (en) | 2010-09-13 | 2013-06-11 | Ricoh Company, Ltd. | Manufacturing method for electrooptic element and optical deflector including electrooptic element |
-
1991
- 1991-06-25 JP JP3178977A patent/JPH052201A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6334008B2 (en) | 1998-02-19 | 2001-12-25 | Nec Corporation | Optical circuit and method of fabricating the same |
| US8463082B2 (en) | 2010-09-13 | 2013-06-11 | Ricoh Company, Ltd. | Manufacturing method for electrooptic element and optical deflector including electrooptic element |
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