JPH06208150A - 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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- 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]
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- G—PHYSICS
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- 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
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 金属膜の熱酸化によりLiNbO3 に周期的
な分極反転を設け、そこに光導波路を形成して疑似位相
整合型の波長変換素子とする方法において、熱酸化後の
酸化金属を除去する必要をなくす。 【構成】 金属膜をストライプ状の領域に沿って配置
し、そのストライプ状の領域を周期的に分極反転させ、
そのストライプ状の領域に光導波路を形成する。
な分極反転を設け、そこに光導波路を形成して疑似位相
整合型の波長変換素子とする方法において、熱酸化後の
酸化金属を除去する必要をなくす。 【構成】 金属膜をストライプ状の領域に沿って配置
し、そのストライプ状の領域を周期的に分極反転させ、
そのストライプ状の領域に光導波路を形成する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は短波長光の発生に利用す
る。特に、入射基本波光に対して高調波光を発生する波
長変換素子に関する。さらに詳しくは、基本波光と高調
波光との位相を疑似的に整合させるため、光導波路に沿
って周期的に分極を反転させる方法に関する。
る。特に、入射基本波光に対して高調波光を発生する波
長変換素子に関する。さらに詳しくは、基本波光と高調
波光との位相を疑似的に整合させるため、光導波路に沿
って周期的に分極を反転させる方法に関する。
【0002】
【従来の技術】LiNbO3 などの強誘電体は非線形光
学特性をもつことから波長変換素子として利用されてお
り、特に二次の非線形光学特性を利用した二次高調波発
生素子がよく知られている。このような素子では、効率
よく高調波を発生させるため、基本波の位相と高調波の
位相とを少なくとも疑似的に整合させる必要がある。
学特性をもつことから波長変換素子として利用されてお
り、特に二次の非線形光学特性を利用した二次高調波発
生素子がよく知られている。このような素子では、効率
よく高調波を発生させるため、基本波の位相と高調波の
位相とを少なくとも疑似的に整合させる必要がある。
【0003】二つの波の位相を疑似的に整合させる構造
のひとつとして、光導波路に沿って分極を周期的に反転
させたものが知られている。分極を反転させる方法とし
ては、LiNbO3 の場合、Ti拡散法、SiO2 装荷
法、電子打ち込み法などが知られている。また、LiT
aO3 の分極を反転させる方法としては、プロトン交換
法が知られている。SiO2 装荷法、電子打ち込み法お
よびプロトン交換法は比較的新しい方法であり、それぞ
れ、1991年第38回応物春季予稿集28a−SF−
14、同29p−PB−8、同28a−SF−13に詳
しく説明されている。
のひとつとして、光導波路に沿って分極を周期的に反転
させたものが知られている。分極を反転させる方法とし
ては、LiNbO3 の場合、Ti拡散法、SiO2 装荷
法、電子打ち込み法などが知られている。また、LiT
aO3 の分極を反転させる方法としては、プロトン交換
法が知られている。SiO2 装荷法、電子打ち込み法お
よびプロトン交換法は比較的新しい方法であり、それぞ
れ、1991年第38回応物春季予稿集28a−SF−
14、同29p−PB−8、同28a−SF−13に詳
しく説明されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、Ti拡散法
は、LiNbO3 中にTiを拡散させるので、その部分
に屈折率差が生じ、高調波発生のための分極反転位相整
合には適していない。SiO2 装荷法は、1000℃以
上の高温処理を行うため、LiNbO3 からLiイオン
が脱離してSiO2 に拡散するアウトディフュージョン
の問題がある。電子打ち込み法は、反転部の境界がぼけ
る傾向があり、また、装置が大がかりとなって量産には
向いていない。
は、LiNbO3 中にTiを拡散させるので、その部分
に屈折率差が生じ、高調波発生のための分極反転位相整
合には適していない。SiO2 装荷法は、1000℃以
上の高温処理を行うため、LiNbO3 からLiイオン
が脱離してSiO2 に拡散するアウトディフュージョン
の問題がある。電子打ち込み法は、反転部の境界がぼけ
る傾向があり、また、装置が大がかりとなって量産には
向いていない。
【0005】また、プロトン交換法は、Liイオンをプ
ロトンに置換するため、Ti拡散の場合と同様に屈折率
差が生じ、しかも反転形状が最適なものとはいえない。
ロトンに置換するため、Ti拡散の場合と同様に屈折率
差が生じ、しかも反転形状が最適なものとはいえない。
【0006】このような課題を解決するため、本発明者
らは、強誘電体基板、特にLiNbO3 基板の表面に接
して金属材料による周期格子を設け、この周期格子を熱
酸化することにより分極反転を形成する新しい製造方法
を発明し、既に特許出願した(平成4年2月6日出願、
特願平4−21379)。
らは、強誘電体基板、特にLiNbO3 基板の表面に接
して金属材料による周期格子を設け、この周期格子を熱
酸化することにより分極反転を形成する新しい製造方法
を発明し、既に特許出願した(平成4年2月6日出願、
特願平4−21379)。
【0007】この方法では、周期格子を構成する金属材
料の膜の周囲に分極反転が形成された。分極反転が生じ
るのは−C面であった。この分極反転は表面に接した金
属が酸化するときに生じるものであり、熱酸化の温度も
600℃以下でよかった。基板表面に膜を設けて加熱す
る点ではSiO2 装荷法に似ているが、温度がかなり低
く、800℃以上で生じるLiのアウトディフュージョ
ンもないことから、全く別の現象であることがわかる。
料の膜の周囲に分極反転が形成された。分極反転が生じ
るのは−C面であった。この分極反転は表面に接した金
属が酸化するときに生じるものであり、熱酸化の温度も
600℃以下でよかった。基板表面に膜を設けて加熱す
る点ではSiO2 装荷法に似ているが、温度がかなり低
く、800℃以上で生じるLiのアウトディフュージョ
ンもないことから、全く別の現象であることがわかる。
【0008】このようにして周期的な分極反転が形成さ
れた強誘電体基板を高調波発生素子として利用するに
は、周期的な分極反転に交差するように光導波路を作製
する必要があり、酸化物を取り除く必要がある。しか
し、酸化物、特に酸化チタンは安定な物質であるため、
エッチングその他による除去が困難であり、場合によっ
ては基板に損傷を与える可能性があった。
れた強誘電体基板を高調波発生素子として利用するに
は、周期的な分極反転に交差するように光導波路を作製
する必要があり、酸化物を取り除く必要がある。しか
し、酸化物、特に酸化チタンは安定な物質であるため、
エッチングその他による除去が困難であり、場合によっ
ては基板に損傷を与える可能性があった。
【0009】本発明は、このような課題を解決し、基板
に損傷を与えることなく簡単に周期的な分極反転を形成
することのできる方法を提供することを目的とする。
に損傷を与えることなく簡単に周期的な分極反転を形成
することのできる方法を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、強誘電体基板
の表面に金属膜を設け、この金属膜を熱酸化してその周
囲の基板面に分極反転を形成する波長変換素子の製造方
法において、金属膜をストライプ状の領域に沿って配置
し、このストライプ状の領域の基板面を周期的に分極反
転させ、このストライプ状の領域に光導波路を形成する
ことを特徴とする。
の表面に金属膜を設け、この金属膜を熱酸化してその周
囲の基板面に分極反転を形成する波長変換素子の製造方
法において、金属膜をストライプ状の領域に沿って配置
し、このストライプ状の領域の基板面を周期的に分極反
転させ、このストライプ状の領域に光導波路を形成する
ことを特徴とする。
【0011】強誘電体基板としてLiNbO3 基板を用
いると、その−C面に分極反転が形成される。金属膜と
してはTi膜が適している。
いると、その−C面に分極反転が形成される。金属膜と
してはTi膜が適している。
【0012】ストライプ状の領域を周期的に分極反転さ
せるには、ストライプ状の領域にあらかじめ熱酸化によ
る分極反転を防止する処理を周期的に施しておくとよ
い。その方法としては、基板に密着させた周期的な金属
マスクを介してその基板表面をO2 プラズマに曝す処理
がある。この場合、金属マスクを例えばAu蒸着膜によ
り形成し、O2 プラズマに曝した後にそのAu蒸着膜を
除去するとよい。また、ストライプ状の領域に沿って周
期的に金属膜を配置した場合にも、その領域に沿って周
期的に分極反転が得られる。
せるには、ストライプ状の領域にあらかじめ熱酸化によ
る分極反転を防止する処理を周期的に施しておくとよ
い。その方法としては、基板に密着させた周期的な金属
マスクを介してその基板表面をO2 プラズマに曝す処理
がある。この場合、金属マスクを例えばAu蒸着膜によ
り形成し、O2 プラズマに曝した後にそのAu蒸着膜を
除去するとよい。また、ストライプ状の領域に沿って周
期的に金属膜を配置した場合にも、その領域に沿って周
期的に分極反転が得られる。
【0013】
【作用】金属酸化物の下で分極反転せずに残った部分を
非分極反転部として利用するのではなく、金属酸化物に
沿った部分にも非分極反転部を形成し、光導波路を金属
酸化物に沿って形成する。
非分極反転部として利用するのではなく、金属酸化物に
沿った部分にも非分極反転部を形成し、光導波路を金属
酸化物に沿って形成する。
【0014】一つの方法として、熱酸化処理では分極が
反転しない部分をあらかじめ周期的に形成しておくとよ
い。この場合には、熱酸化処理の後に、酸化物に沿って
分極が反転した領域と反転していない領域とが交互に周
期的に得られる。この部分に光導波路を形成する。
反転しない部分をあらかじめ周期的に形成しておくとよ
い。この場合には、熱酸化処理の後に、酸化物に沿って
分極が反転した領域と反転していない領域とが交互に周
期的に得られる。この部分に光導波路を形成する。
【0015】また、金属膜をストライプ状の領域に沿っ
て周期的に設けると、そのストライプ状の領域のうち金
属膜の近傍は分極反転し、他を分極反転させずに残すこ
とができる。
て周期的に設けると、そのストライプ状の領域のうち金
属膜の近傍は分極反転し、他を分極反転させずに残すこ
とができる。
【0016】どちらの場合にも、残った酸化物と実質的
に平行に光導波路を形成する。このため、酸化物を除去
する必要はなく、除去する場合でも光導波路の部分に損
傷を与えることがない。
に平行に光導波路を形成する。このため、酸化物を除去
する必要はなく、除去する場合でも光導波路の部分に損
傷を与えることがない。
【0017】
【実施例】図1は本発明の波長変換素子の製造方法の第
一実施例を説明する図であり、(a)および(b)は金
属膜の熱酸化による分極反転を防止する処理を示し、
(c)および(d)は金属膜の熱酸化による分極反転の
処理を示し、(e)および(f)は導波路形成を示す。
ここでは、強誘電体基板としてLiNbO3 基板を用
い、Ti膜の熱酸化により分極反転を形成して二次高調
波発生素子とする場合について説明する。
一実施例を説明する図であり、(a)および(b)は金
属膜の熱酸化による分極反転を防止する処理を示し、
(c)および(d)は金属膜の熱酸化による分極反転の
処理を示し、(e)および(f)は導波路形成を示す。
ここでは、強誘電体基板としてLiNbO3 基板を用
い、Ti膜の熱酸化により分極反転を形成して二次高調
波発生素子とする場合について説明する。
【0018】この方法では、まず、図1(a)に示すよ
うに、LiNbO3 基板1の−C面に疑似位相整合のコ
ヒーレンス長のピッチでAuマスク2を形成する。これ
を500Wで5分間にわたりO2 プラズマ処理すると、
Auマスク2で覆われていない部分に非反転部3が形成
される。Auマスク2は蒸着膜なので簡単に、例えば拭
くだけで除去できる。この状態を図1(b)に示す。
うに、LiNbO3 基板1の−C面に疑似位相整合のコ
ヒーレンス長のピッチでAuマスク2を形成する。これ
を500Wで5分間にわたりO2 プラズマ処理すると、
Auマスク2で覆われていない部分に非反転部3が形成
される。Auマスク2は蒸着膜なので簡単に、例えば拭
くだけで除去できる。この状態を図1(b)に示す。
【0019】続いて、図1(c)に示すように、LiN
bO3 基板1の表面に接してストライプ状に複数のTi
膜を設け、これをTiマスク4とする。Tiマスク4の
ストライプ方向は非反転部3と交差するようにしてお
く。Tiマスク4を熱酸化すると、図1(d)に示すよ
うに、Ti酸化物5の周囲に分極反転部6が形成され
る。ただし、非反転部3は分極反転せずにそのまま残
る。すなわち、Ti酸化物5の間のストライプ状の領域
に、非反転部3と分極反転部6とが周期的に形成され
る。そこで、このストライプ状の領域に光導波路7を形
成し、図1(e)に示すような疑似位相整合型の二次高
調波発生素子を得る。光導波路7を形成する方法として
は、イオン交換またはTi拡散がよい。
bO3 基板1の表面に接してストライプ状に複数のTi
膜を設け、これをTiマスク4とする。Tiマスク4の
ストライプ方向は非反転部3と交差するようにしてお
く。Tiマスク4を熱酸化すると、図1(d)に示すよ
うに、Ti酸化物5の周囲に分極反転部6が形成され
る。ただし、非反転部3は分極反転せずにそのまま残
る。すなわち、Ti酸化物5の間のストライプ状の領域
に、非反転部3と分極反転部6とが周期的に形成され
る。そこで、このストライプ状の領域に光導波路7を形
成し、図1(e)に示すような疑似位相整合型の二次高
調波発生素子を得る。光導波路7を形成する方法として
は、イオン交換またはTi拡散がよい。
【0020】この方法では最終的な素子形態が図1
(e)に示したものとなるが、可能であれば、図1
(f)に示すようにTi酸化物5を取り除いてもよい。
この場合でも、Ti酸化物5のあった部分に損傷を与え
る可能性はあるが、光導波路7への影響は最小にするこ
とができる。
(e)に示したものとなるが、可能であれば、図1
(f)に示すようにTi酸化物5を取り除いてもよい。
この場合でも、Ti酸化物5のあった部分に損傷を与え
る可能性はあるが、光導波路7への影響は最小にするこ
とができる。
【0021】図2は熱酸化後のLiNbO3 表面の状態
を示す写真である。この写真では、分極反転部とそれ以
外の部分とを明確にするため、熱酸化後に−C面を選択
的にエッチングしている。この写真において、縦に連続
したストライプが酸化チタンであり、このストライプに
沿って、滑らかな面の分極反転部と、エッチピットが見
える−C面とが、周期的に配置される。
を示す写真である。この写真では、分極反転部とそれ以
外の部分とを明確にするため、熱酸化後に−C面を選択
的にエッチングしている。この写真において、縦に連続
したストライプが酸化チタンであり、このストライプに
沿って、滑らかな面の分極反転部と、エッチピットが見
える−C面とが、周期的に配置される。
【0022】図3は本発明の第二実施例を説明する図で
あり、光導波路を形成しようとするストライプ状の領域
に沿ってTiマスクを周期的に配置し、それを熱酸化し
た状態を示す。ただし、この図は非常に簡略化してあ
る。
あり、光導波路を形成しようとするストライプ状の領域
に沿ってTiマスクを周期的に配置し、それを熱酸化し
た状態を示す。ただし、この図は非常に簡略化してあ
る。
【0023】この実施例では、Ti酸化物5に隣接する
部分に分極反転部6が形成されるが、Ti酸化物5から
離れた部分は分極が反転しない。したがって、Ti酸化
物5のないストライプ状の領域に周期的に分極反転部6
が形成され、この領域に光導波路を形成して二次高調波
発生素子とすることができる。
部分に分極反転部6が形成されるが、Ti酸化物5から
離れた部分は分極が反転しない。したがって、Ti酸化
物5のないストライプ状の領域に周期的に分極反転部6
が形成され、この領域に光導波路を形成して二次高調波
発生素子とすることができる。
【0024】この実施例ではTiマスクの形状を四角形
としたが、他の形状でもよい。ただし、光導波路を形成
しようとするストライプ状の領域に面する部分が直線状
であることが望ましく、例えば三角形の底辺がその領域
に面した形状を利用できる。
としたが、他の形状でもよい。ただし、光導波路を形成
しようとするストライプ状の領域に面する部分が直線状
であることが望ましく、例えば三角形の底辺がその領域
に面した形状を利用できる。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の波長変換
素子の製造方法は、金属を熱酸化することにより、それ
に接する強誘電体基板表面の分極を反転させ、その金属
酸化物を除去する必要なしに光導波路を形成できる。し
たがって、金属酸化物、特に酸化チタンのエッチングに
伴う素子特性の劣化をなくすことができる効果がある。
金属を熱酸化することによる分極反転は本質的に屈折率
変化がなく、これも大きな利点となる。
素子の製造方法は、金属を熱酸化することにより、それ
に接する強誘電体基板表面の分極を反転させ、その金属
酸化物を除去する必要なしに光導波路を形成できる。し
たがって、金属酸化物、特に酸化チタンのエッチングに
伴う素子特性の劣化をなくすことができる効果がある。
金属を熱酸化することによる分極反転は本質的に屈折率
変化がなく、これも大きな利点となる。
【図1】本発明第一実施例の製造方法を示す図。
【図2】分極反転が形成されたLiNbO3 表面を示す
写真。
写真。
【図3】本発明第二実施例の製造方法を示す図。
1 LiNbO3 基板 2 Auマスク 3 非反転部 4 Tiマスク 5 Ti酸化物 6 分極反転部 7 光導波路
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成4年3月18日
【手続補正1】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図2
【補正方法】変更
【補正内容】
【図2】
Claims (6)
- 【請求項1】 強誘電体基板の表面に金属膜を設け、 この金属膜を熱酸化してその周囲の基板面に分極反転を
形成する波長変換素子の製造方法において、 前記金属膜をストライプ状の領域に沿って配置し、 このストライプ状の領域の基板面を周期的に分極反転さ
せ、 このストライプ状の領域に光導波路を形成することを特
徴とする波長変換素子の製造方法。 - 【請求項2】 強誘電体基板はLiNbO3 基板であ
り、分極反転が形成される基板表面は−C面である請求
項1記載の波長変換素子の製造方法。 - 【請求項3】 金属膜はTi膜である請求項1記載の波
長変換素子の製造方法。 - 【請求項4】 前記ストライプ状の領域にはあらかじめ
熱酸化による分極反転を防止する処理を周期的に施して
おく請求項1ないし3のいずれか記載の波長変換素子の
製造方法。 - 【請求項5】 分極反転を防止する処理は、基板に密着
させた周期的な金属マスクを介してその基板表面をO2
プラズマに曝す処理を含む請求項4記載の波長変換素子
の製造方法。 - 【請求項6】 ストライプ状の領域に沿って周期的に金
属膜を配置する請求項1ないし3のいずれか記載の波長
変換素子の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4060688A JP2660217B2 (ja) | 1992-03-17 | 1992-03-17 | 波長変換素子の製造方法 |
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JPH06208150A true JPH06208150A (ja) | 1994-07-26 |
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JP4060688A Expired - Lifetime JP2660217B2 (ja) | 1992-03-17 | 1992-03-17 | 波長変換素子の製造方法 |
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JP (1) | JP2660217B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104808289A (zh) * | 2015-04-17 | 2015-07-29 | 天津理工大学 | 一种在铌酸锂晶体上制备周期性波导光栅的方法 |
JP2016524180A (ja) * | 2013-05-08 | 2016-08-12 | オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングOsram Opto Semiconductors GmbH | 波長変換要素の製造方法、波長変換要素、および波長変換要素を備えた部品 |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03191332A (ja) * | 1989-12-20 | 1991-08-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 光波長変換素子およびその製造方法 |
-
1992
- 1992-03-17 JP JP4060688A patent/JP2660217B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
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JPH03191332A (ja) * | 1989-12-20 | 1991-08-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 光波長変換素子およびその製造方法 |
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JP2016524180A (ja) * | 2013-05-08 | 2016-08-12 | オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングOsram Opto Semiconductors GmbH | 波長変換要素の製造方法、波長変換要素、および波長変換要素を備えた部品 |
CN104808289A (zh) * | 2015-04-17 | 2015-07-29 | 天津理工大学 | 一种在铌酸锂晶体上制备周期性波导光栅的方法 |
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Publication number | Publication date |
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JP2660217B2 (ja) | 1997-10-08 |
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