JPH0611749A - 波長変換素子の製造方法 - Google Patents
波長変換素子の製造方法Info
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- JPH0611749A JPH0611749A JP4170667A JP17066792A JPH0611749A JP H0611749 A JPH0611749 A JP H0611749A JP 4170667 A JP4170667 A JP 4170667A JP 17066792 A JP17066792 A JP 17066792A JP H0611749 A JPH0611749 A JP H0611749A
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- optical waveguide
- waveguide
- wavelength conversion
- conversion element
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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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- G02F1/00—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
- G02F1/353—Frequency conversion, i.e. wherein a light beam is generated with frequency components different from those of the incident light beams
- G02F1/3544—Particular phase matching techniques
- G02F1/3548—Quasi phase matching [QPM], e.g. using a periodic domain inverted structure
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- Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 Ｌi Ｔa Ｏ3 の素子基板１の主面２に、光導
波路３をＴi 拡散法にて形成する。すなわち、まず、光
導波路３のパターンを主面２にＴi 薄膜で形成する。次
に、素子基板１に、分極方向に一様な電界を印加しなが
ら、素子基板１のキュリー点以上の温度で、数時間、加
熱する。光導波路３に、導波方向に周期的に分極方向が
反転する分極反転層６を、プロトン交換法にて複数形成
する。 【効果】 導波路の非線形光学定数の低下を抑制でき、
第２高調波への変換効率が高くできる。
波路３をＴi 拡散法にて形成する。すなわち、まず、光
導波路３のパターンを主面２にＴi 薄膜で形成する。次
に、素子基板１に、分極方向に一様な電界を印加しなが
ら、素子基板１のキュリー点以上の温度で、数時間、加
熱する。光導波路３に、導波方向に周期的に分極方向が
反転する分極反転層６を、プロトン交換法にて複数形成
する。 【効果】 導波路の非線形光学定数の低下を抑制でき、
第２高調波への変換効率が高くできる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、擬似位相整合（ＱＰ
Ｍ：Quasi Phase Matching）により入射波の第２高調波
(Second Harmonic Generation)を発生する波長変換素子
の製造方法に関する。
Ｍ：Quasi Phase Matching）により入射波の第２高調波
(Second Harmonic Generation)を発生する波長変換素子
の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】波長変換素子に入射した光（波長：λ
0 、周波数：ω）に励起されてその第２高調波（波長：
λ0 ／２、周波数：２ω）が発生するためには、波長変
換素子に位相整合条件が成立していることが必要とな
る。そこで、擬似位相整合（ＱＰＭ：Quasi Phase Matc
hing）により位相整合条件を波長変換素子に成立させる
ことが広く行われている。このＱＰＭ素子では、光導波
路の導波方向に沿って分極方向が周期的に反転する分極
反転層が形成された分極反転構造が採られて位相整合条
件が成立している。
0 、周波数：ω）に励起されてその第２高調波（波長：
λ0 ／２、周波数：２ω）が発生するためには、波長変
換素子に位相整合条件が成立していることが必要とな
る。そこで、擬似位相整合（ＱＰＭ：Quasi Phase Matc
hing）により位相整合条件を波長変換素子に成立させる
ことが広く行われている。このＱＰＭ素子では、光導波
路の導波方向に沿って分極方向が周期的に反転する分極
反転層が形成された分極反転構造が採られて位相整合条
件が成立している。
【０００３】上記ＱＰＭ素子は、例えばＬi Ｔa Ｏ3 基
板にプロトン交換法及びキュリー点Ｔc （Ｔc ：６０４
℃）近傍温度でのアニール処理により所定間隔で複数の
分極反転層を形成し、その後、プロトン交換法により３
次元光導波路を各分極反転層と直交する方向に形成して
いる。しかしながら、プロトン交換法にて導波路を形成
するとＬi Ｔa Ｏ3 の結晶構造が歪むので、Ｌi Ｔa Ｏ
3 が本来有する電気光学特性及び非線形光学特性が損な
われる。故に、導波路をプロトン交換法にて作製した波
長変換素子では、入射波から第２高調波への変換効率が
Ｌi Ｔa Ｏ3 固有の変換効率よりも小さくなる。
板にプロトン交換法及びキュリー点Ｔc （Ｔc ：６０４
℃）近傍温度でのアニール処理により所定間隔で複数の
分極反転層を形成し、その後、プロトン交換法により３
次元光導波路を各分極反転層と直交する方向に形成して
いる。しかしながら、プロトン交換法にて導波路を形成
するとＬi Ｔa Ｏ3 の結晶構造が歪むので、Ｌi Ｔa Ｏ
3 が本来有する電気光学特性及び非線形光学特性が損な
われる。故に、導波路をプロトン交換法にて作製した波
長変換素子では、入射波から第２高調波への変換効率が
Ｌi Ｔa Ｏ3 固有の変換効率よりも小さくなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
問題点に鑑みなされたもので、入射波から第２高調波へ
の変換効率の高い波長変換素子の製造方法を提供するこ
とにある。
問題点に鑑みなされたもので、入射波から第２高調波へ
の変換効率の高い波長変換素子の製造方法を提供するこ
とにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の波長変換素子の
製造方法は、光の導波方向に周期的に分極方向が反転す
る分極反転層が形成された光導波路をタンタル酸リチウ
ム（Ｌi Ｔa Ｏ3 ）からなる素子基板に設けられる波長
変換素子の製造方法であって、前記素子基板にチタン
（Ｔi ）拡散法にて光導波路を形成する第１工程と、前
記光導波路を形成した後に前記光導波路の導波方向に分
極方向が反転する複数の分極反転層を周期的に形成する
第２工程と、を含み、前記第１工程の間及び前記第１工
程の直前のいずれかにおいて、前記素子基板をタンタル
酸リチウムのキュリー点以上に加熱しつつ前記素子基板
の所定方向に一様な電界を印加して前記素子基板の分極
方向を揃えるものである。
製造方法は、光の導波方向に周期的に分極方向が反転す
る分極反転層が形成された光導波路をタンタル酸リチウ
ム（Ｌi Ｔa Ｏ3 ）からなる素子基板に設けられる波長
変換素子の製造方法であって、前記素子基板にチタン
（Ｔi ）拡散法にて光導波路を形成する第１工程と、前
記光導波路を形成した後に前記光導波路の導波方向に分
極方向が反転する複数の分極反転層を周期的に形成する
第２工程と、を含み、前記第１工程の間及び前記第１工
程の直前のいずれかにおいて、前記素子基板をタンタル
酸リチウムのキュリー点以上に加熱しつつ前記素子基板
の所定方向に一様な電界を印加して前記素子基板の分極
方向を揃えるものである。
【０００６】
【作用】本発明によれば、Ｌi Ｔa Ｏ3 からなる素子基
板にチタン拡散法にて光導波路を形成しているので、Ｌ
i Ｔa Ｏ3 が本来有する非線形光学定数の低下を抑制し
て第２高調波への変換効率を高くする。
板にチタン拡散法にて光導波路を形成しているので、Ｌ
i Ｔa Ｏ3 が本来有する非線形光学定数の低下を抑制し
て第２高調波への変換効率を高くする。
【０００７】
【実施例】本発明の一実施例を添付図面に基づいて説明
する。図１において、１は素子基板で、この素子基板１
はタンタル酸リチウム（ＬiＴa Ｏ3 ）を主面２が−ｚ
面及び厚み方向をｚ軸方向になるように切断したもので
ある。最初に、この素子基板１にチタン（Ｔi ）拡散法
にて光導波路３を形成する。
する。図１において、１は素子基板で、この素子基板１
はタンタル酸リチウム（ＬiＴa Ｏ3 ）を主面２が−ｚ
面及び厚み方向をｚ軸方向になるように切断したもので
ある。最初に、この素子基板１にチタン（Ｔi ）拡散法
にて光導波路３を形成する。
【０００８】まず、主面上に光導波路３のパターンに対
応するＴi 薄膜４を膜厚２００〜３００オングストロー
ムで形成する。次に、図２に示すように、例えば素子基
板１を対をなす電極板５，５で挟み、向きが結晶のｚ軸
方向に一致する電界を素子基板１に印加しつつ、素子基
板１を酸素（Ｏ2 ）雰囲気中でＬi Ｔa Ｏ3 のキュリー
点Ｔc 以上の温度、例えば１０００℃で例えば７時間放
置する。この時、Ｔi 薄膜４より主２面を介して素子基
板１にＴi が熱拡散し、素子基板１のＴi が拡散した領
域に光導波路３が形成される。また、加熱温度が１００
０℃とＬi Ｔa Ｏ3 のキュリー点Ｔc ：６０４℃よりも
高いために分極の方向が乱れるが、素子基板１のｚ軸方
向に電界を印加しているので、結晶の自発分極の方向は
ｚ軸と平行に揃うことになる。
応するＴi 薄膜４を膜厚２００〜３００オングストロー
ムで形成する。次に、図２に示すように、例えば素子基
板１を対をなす電極板５，５で挟み、向きが結晶のｚ軸
方向に一致する電界を素子基板１に印加しつつ、素子基
板１を酸素（Ｏ2 ）雰囲気中でＬi Ｔa Ｏ3 のキュリー
点Ｔc 以上の温度、例えば１０００℃で例えば７時間放
置する。この時、Ｔi 薄膜４より主２面を介して素子基
板１にＴi が熱拡散し、素子基板１のＴi が拡散した領
域に光導波路３が形成される。また、加熱温度が１００
０℃とＬi Ｔa Ｏ3 のキュリー点Ｔc ：６０４℃よりも
高いために分極の方向が乱れるが、素子基板１のｚ軸方
向に電界を印加しているので、結晶の自発分極の方向は
ｚ軸と平行に揃うことになる。
【０００９】なお、本実施例では、素子基板１に一様な
電界を印加しつつキュリー点Ｔc 以上に加熱してＴi 拡
散法にて光導波路３を形成しているが、これに限らず、
まず素子基板１にＴi 拡散法にて光導波路３を形成し、
その後素子基板１をキュリー点Ｔc 以上に加熱しながら
一様な電界を素子基板１の厚み方向に印加して、素子基
板１の自発分極の方向をｚ軸と平行に揃えることもでき
る。
電界を印加しつつキュリー点Ｔc 以上に加熱してＴi 拡
散法にて光導波路３を形成しているが、これに限らず、
まず素子基板１にＴi 拡散法にて光導波路３を形成し、
その後素子基板１をキュリー点Ｔc 以上に加熱しながら
一様な電界を素子基板１の厚み方向に印加して、素子基
板１の自発分極の方向をｚ軸と平行に揃えることもでき
る。
【００１０】次に、光導波路３に周期的に複数の分極反
転層６をプロトン交換法にて形成するため、図３に示す
ように、プロトン交換を阻止するタンタル（Ｔa ）マス
ク７を分極反転層６の周期に応じて素子基板１の主面２
に形成し、プロトン濃度が高いピロリン酸でプロトン交
換を行った後、温度５８０℃で１０分の熱処理を行い、
次にタンタルマスク７を化学エッチングにて除去する。
故に、分極反転構造が光導波路３に形成される。
転層６をプロトン交換法にて形成するため、図３に示す
ように、プロトン交換を阻止するタンタル（Ｔa ）マス
ク７を分極反転層６の周期に応じて素子基板１の主面２
に形成し、プロトン濃度が高いピロリン酸でプロトン交
換を行った後、温度５８０℃で１０分の熱処理を行い、
次にタンタルマスク７を化学エッチングにて除去する。
故に、分極反転構造が光導波路３に形成される。
【００１１】次に、素子基板１の両端面、すなわち光導
波路３の入射端面及び出射端面を研磨すると、図４に示
す波長変換素子８が作製される。このように、光導波路
３をＴi 拡散法にて形成した波長変換素子８の非線形光
学定数は、プロトン交換法にて光導波路を形成した波長
変換素子の非線形光学定数に比較しておよそ２割程度大
きくなり、Ｌi Ｔa Ｏ3 結晶固有の非線形光学定数に近
い値を有する。
波路３の入射端面及び出射端面を研磨すると、図４に示
す波長変換素子８が作製される。このように、光導波路
３をＴi 拡散法にて形成した波長変換素子８の非線形光
学定数は、プロトン交換法にて光導波路を形成した波長
変換素子の非線形光学定数に比較しておよそ２割程度大
きくなり、Ｌi Ｔa Ｏ3 結晶固有の非線形光学定数に近
い値を有する。
【００１２】また、入射波、及び第２高調波の各屈折利
率をそれぞれｎ（ω）、ｎ（２ω）とし、２次の非線形
光学定数をｄ（＝χ(2) ／２；χ(2) は２次の非線形感
受率）とした場合、第２高調波発生の変換効率は、物質
の性能指数 ｄ2 ／｛ｎ（２ω）ｎ（ω）2 ｝に比例す
る。故に、本実施例の波長変換素子８は、光導波路をプ
ロトン交換法にて形成した波長変換素子に比較して、入
射波から第２高調波への変換効率をおよそ５０％程度大
きくすることができる。
率をそれぞれｎ（ω）、ｎ（２ω）とし、２次の非線形
光学定数をｄ（＝χ(2) ／２；χ(2) は２次の非線形感
受率）とした場合、第２高調波発生の変換効率は、物質
の性能指数 ｄ2 ／｛ｎ（２ω）ｎ（ω）2 ｝に比例す
る。故に、本実施例の波長変換素子８は、光導波路をプ
ロトン交換法にて形成した波長変換素子に比較して、入
射波から第２高調波への変換効率をおよそ５０％程度大
きくすることができる。
【００１３】なお、本発明にて作製された波長変換素子
８は、分極反転構造の反転周期を一定としても、また、
反転周期を入射端面から出射端面に向けて徐々に変化さ
せても、同様の効果を有することができる。また、前記
分極反転層６は、電子ビーム照射法や高電界印加法にて
形成することもでき、この場合、プロトン交換法にて形
成した場合に比較してＬi Ｔa Ｏ3結晶固有の非線形光
学定数の低下をさらに抑制することもできる。
８は、分極反転構造の反転周期を一定としても、また、
反転周期を入射端面から出射端面に向けて徐々に変化さ
せても、同様の効果を有することができる。また、前記
分極反転層６は、電子ビーム照射法や高電界印加法にて
形成することもでき、この場合、プロトン交換法にて形
成した場合に比較してＬi Ｔa Ｏ3結晶固有の非線形光
学定数の低下をさらに抑制することもできる。
【００１４】
【発明の効果】本発明によれば、波長変換素子の光導波
路はチタン拡散法にて形成されるとともに素子基板に一
様な電界が印加されて自発分極の方向が揃えられてから
分極反転層が作製されるので、光導波路となった非線形
光学結晶の非線形光学定数の低下を抑制でき、光導波路
をプロトン交換法にて作製した波長変換素子に比較し
て、第２高調波への変換効率を高くすることができる。
路はチタン拡散法にて形成されるとともに素子基板に一
様な電界が印加されて自発分極の方向が揃えられてから
分極反転層が作製されるので、光導波路となった非線形
光学結晶の非線形光学定数の低下を抑制でき、光導波路
をプロトン交換法にて作製した波長変換素子に比較し
て、第２高調波への変換効率を高くすることができる。
【図１】本発明に基づき導波路を作製する工程を説明す
る図である。
る図である。
【図２】同上導波路を作製する工程のうち図１に続き電
界を印加しながら加熱する工程を説明する図である。
界を印加しながら加熱する工程を説明する図である。
【図３】同上分極反転層を形成する工程を説明する図で
ある。
ある。
【図４】同上作製された波長変換素子の斜視図である。
１ 素子基板 ３ 光導波路 ６ 分極反転層 ８ 波長変換素子
Claims (1)
- 【請求項１】 光の導波方向に周期的に分極方向が反転
する分極反転層が形成された光導波路をタンタル酸リチ
ウム（Ｌi Ｔa Ｏ3 ）からなる素子基板に設けられる波
長変換素子の製造方法であって、 前記素子基板にチタン（Ｔi ）拡散法にて光導波路を形
成する第１工程と、 前記光導波路を形成した後に前記光導波路の導波方向に
分極方向が反転する複数の分極反転層を周期的に形成す
る第２工程と、を含み、 前記第１工程の間及び前記第１工程の直前のいずれかに
おいて、前記素子基板をタンタル酸リチウムのキュリー
点以上に加熱しつつ前記素子基板の所定方向に一様な電
界を印加して前記素子基板の分極方向を揃えることを特
徴とする波長変換素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4170667A JPH0611749A (ja) | 1992-06-29 | 1992-06-29 | 波長変換素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4170667A JPH0611749A (ja) | 1992-06-29 | 1992-06-29 | 波長変換素子の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0611749A true JPH0611749A (ja) | 1994-01-21 |
Family
ID=15909144
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4170667A Pending JPH0611749A (ja) | 1992-06-29 | 1992-06-29 | 波長変換素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0611749A (ja) |
-
1992
- 1992-06-29 JP JP4170667A patent/JPH0611749A/ja active Pending
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