JPH06230445A - 周期的分極反転構造の作製方法および波長変換素子の作製方法 - Google Patents
周期的分極反転構造の作製方法および波長変換素子の作製方法Info
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- JPH06230445A JPH06230445A JP5036132A JP3613293A JPH06230445A JP H06230445 A JPH06230445 A JP H06230445A JP 5036132 A JP5036132 A JP 5036132A JP 3613293 A JP3613293 A JP 3613293A JP H06230445 A JPH06230445 A JP H06230445A
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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
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- G02F1/377—Non-linear optics for second-harmonic generation in an optical waveguide structure
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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】 周期的分極反転層をより短かい周期で作製す
る場合にもこれの深さを十分に大きく形成可能である。 【構成】 ＬｉＮｂＯ3の基板１上に紫外線あるいは青
色光に対して不透明な周期的遮光層３を設けた後、紫外
線あるいは青色光を照射しながらキュリー点よりも低い
適当な温度まで加熱するか、あるいは、基板１をキュリ
−点よりも低い適当な温度まで加熱した後に紫外光ある
いは青色光を照射し、しかる後に急冷して周期的分極反
転層５を形成する。これにより、従来におけるドーパン
トの熱処理時の拡散による広がりが存在せず、より短か
い周期で、かつ周期に対して比較的深く、周期的分極反
転層を形成できる。
る場合にもこれの深さを十分に大きく形成可能である。 【構成】 ＬｉＮｂＯ3の基板１上に紫外線あるいは青
色光に対して不透明な周期的遮光層３を設けた後、紫外
線あるいは青色光を照射しながらキュリー点よりも低い
適当な温度まで加熱するか、あるいは、基板１をキュリ
−点よりも低い適当な温度まで加熱した後に紫外光ある
いは青色光を照射し、しかる後に急冷して周期的分極反
転層５を形成する。これにより、従来におけるドーパン
トの熱処理時の拡散による広がりが存在せず、より短か
い周期で、かつ周期に対して比較的深く、周期的分極反
転層を形成できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、弾性表面波（ＳＡＷ）
デバイスや第２高調波発生（ＳＨＧ）デバイスなどに利
用される周期的分極反転構造の作製方法および波長変換
素子の作製方法に関する。
デバイスや第２高調波発生（ＳＨＧ）デバイスなどに利
用される周期的分極反転構造の作製方法および波長変換
素子の作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、図５，図６に示すような構造の第
２高調波発生素子が知られている（特開平２−２４２２
３６参照）。この第２高調波発生素子では、光透過性の
強誘電体基板１の１つの面上に、コヒーレンス長の偶数
倍のピッチでドーピングゾーンＺＤ１乃至ＺＤｎが作製
されている。各ドーピングゾーンＺＤ１乃至ＺＤｎは、
それぞれがコヒーレンス長の奇数倍に等しい長さを有
し、そのドーピングが非ドーピングゾーンにおける第２
高調波の発生に関してその位相を反転するように機能す
る。また、この第２高調波発生素子では、これらのドー
ピングゾーンＺＤ１乃至ＺＤｎとともに、平面形の光導
波路Ｇ１が表面に埋め込まれている。
２高調波発生素子が知られている（特開平２−２４２２
３６参照）。この第２高調波発生素子では、光透過性の
強誘電体基板１の１つの面上に、コヒーレンス長の偶数
倍のピッチでドーピングゾーンＺＤ１乃至ＺＤｎが作製
されている。各ドーピングゾーンＺＤ１乃至ＺＤｎは、
それぞれがコヒーレンス長の奇数倍に等しい長さを有
し、そのドーピングが非ドーピングゾーンにおける第２
高調波の発生に関してその位相を反転するように機能す
る。また、この第２高調波発生素子では、これらのドー
ピングゾーンＺＤ１乃至ＺＤｎとともに、平面形の光導
波路Ｇ１が表面に埋め込まれている。
【０００３】この第２高調波発生素子において、ドーピ
ングゾーンＺＤ１乃至ＺＤｎは、基板結晶の＋Ｃ面にお
けるドーパントの拡散により強誘電性分極を周期的に反
転させることによって形成され、また、光導波路Ｇ１
は、生成された分極を変化させることのない方法（例え
ばプロトン交換）によって形成される。より具体的に
は、基板１として、ＬｉＮｂＯ3またはＬｉＴａＯ3を用
い、基板１の＋Ｃ面上にチタン（Ｔi）ストリップ格子
を所定のピッチで堆積し、堆積したチタンストリップを
高温（例えば酸素雰囲気内１０００℃で数時間）によっ
て基板１内に拡散させることによってドーピングゾー
ン，すなわち周期的分極反転構造ＺＤ１乃至ＺＤｎを作
製している。しかる後、プロトン交換によって光導波路
Ｇ１を作製している。
ングゾーンＺＤ１乃至ＺＤｎは、基板結晶の＋Ｃ面にお
けるドーパントの拡散により強誘電性分極を周期的に反
転させることによって形成され、また、光導波路Ｇ１
は、生成された分極を変化させることのない方法（例え
ばプロトン交換）によって形成される。より具体的に
は、基板１として、ＬｉＮｂＯ3またはＬｉＴａＯ3を用
い、基板１の＋Ｃ面上にチタン（Ｔi）ストリップ格子
を所定のピッチで堆積し、堆積したチタンストリップを
高温（例えば酸素雰囲気内１０００℃で数時間）によっ
て基板１内に拡散させることによってドーピングゾー
ン，すなわち周期的分極反転構造ＺＤ１乃至ＺＤｎを作
製している。しかる後、プロトン交換によって光導波路
Ｇ１を作製している。
【０００４】また、文献「Appl. Phys. Lett. ５９（１
３），２３，１９９１，第１５３８頁〜」には、ＬｉＴ
ａＯ3の−Ｚ板上にＴａマスクを用いて２６０℃でピロ
リン酸によりプロトン交換を行なった後、キュリー点直
下で熱処理を行なうことにより周期的分極反転構造を形
成する技術が示されている。
３），２３，１９９１，第１５３８頁〜」には、ＬｉＴ
ａＯ3の−Ｚ板上にＴａマスクを用いて２６０℃でピロ
リン酸によりプロトン交換を行なった後、キュリー点直
下で熱処理を行なうことにより周期的分極反転構造を形
成する技術が示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来技術
においては、Ｔｉ拡散，プロトン交換を選択的に行なっ
て周期的なドーパントの拡散部分を形成した後、キュリ
ー点直下の温度で熱処理をすることにより分極反転層の
形成を行なっている。しかしながら、このような作製方
法では、周期，すなわちピッチが小さくなると、プロト
ン交換や熱処理時に基板の深さ方向だけでなく基板の横
方向にも拡散が行なわれるために、周期に比べて拡散の
深さを大きくできないという問題があった。特に、周期
Λが２〜３μｍ程度となると、深さは周期Λの半分程
度，すなわち１〜１．５μｍ程度にしか作製することが
できない。第２高調波（ＳＨ光）等を効率良く発生させ
るためには、分極反転層ＺＤ１乃至ＺＤｎが十分の深さ
に形成されていることが必要であるが、従来において
は、上述のように、反転構造の周期を小さく作製しよう
とする場合、ＳＨ光の発生等に必要な十分な深さに分極
反転層を形成することができないため、ＳＨ光等の変換
波の発生効率を高めることが難かしいという欠点があっ
た。
においては、Ｔｉ拡散，プロトン交換を選択的に行なっ
て周期的なドーパントの拡散部分を形成した後、キュリ
ー点直下の温度で熱処理をすることにより分極反転層の
形成を行なっている。しかしながら、このような作製方
法では、周期，すなわちピッチが小さくなると、プロト
ン交換や熱処理時に基板の深さ方向だけでなく基板の横
方向にも拡散が行なわれるために、周期に比べて拡散の
深さを大きくできないという問題があった。特に、周期
Λが２〜３μｍ程度となると、深さは周期Λの半分程
度，すなわち１〜１．５μｍ程度にしか作製することが
できない。第２高調波（ＳＨ光）等を効率良く発生させ
るためには、分極反転層ＺＤ１乃至ＺＤｎが十分の深さ
に形成されていることが必要であるが、従来において
は、上述のように、反転構造の周期を小さく作製しよう
とする場合、ＳＨ光の発生等に必要な十分な深さに分極
反転層を形成することができないため、ＳＨ光等の変換
波の発生効率を高めることが難かしいという欠点があっ
た。
【０００６】本発明は、周期的分極反転層をより短かい
周期で作製する場合にもこれの深さを十分に大きく形成
することの可能な周期的分極反転構造の作製方法および
波長変換素子の作製方法を提供することを目的としてい
る。
周期で作製する場合にもこれの深さを十分に大きく形成
することの可能な周期的分極反転構造の作製方法および
波長変換素子の作製方法を提供することを目的としてい
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段および作用】上記目的を達
成するために、請求項１記載の発明では、基板にＬｉＴ
ａxＮｂ1-xＯ3（０≦ｘ≦１）を用い、該基板上に紫外
光あるいは紫外域に近い波長をもつ青色光に対し不透明
な周期的遮光層を設け、この状態で、紫外光あるいは青
色光を照射しながら前記基板をキュリー点よりも低い適
当な温度まで加熱し冷却するか、あるいは、キュリ−点
よりも低い適当な温度まで加熱した後、紫外光あるいは
青色光を照射し、しかる後に急冷することにより、基板
表面に周期的分極反転層を作製することを特徴としてい
る。
成するために、請求項１記載の発明では、基板にＬｉＴ
ａxＮｂ1-xＯ3（０≦ｘ≦１）を用い、該基板上に紫外
光あるいは紫外域に近い波長をもつ青色光に対し不透明
な周期的遮光層を設け、この状態で、紫外光あるいは青
色光を照射しながら前記基板をキュリー点よりも低い適
当な温度まで加熱し冷却するか、あるいは、キュリ−点
よりも低い適当な温度まで加熱した後、紫外光あるいは
青色光を照射し、しかる後に急冷することにより、基板
表面に周期的分極反転層を作製することを特徴としてい
る。
【０００８】また、請求項２記載の発明では、基板の表
面にドーピングを行なった後、請求項１と同様の作製法
で周期的分極反転構造を作製する。
面にドーピングを行なった後、請求項１と同様の作製法
で周期的分極反転構造を作製する。
【０００９】また、請求項３記載の発明では、請求項１
または２記載の作製方法で作製した周期的分極反転構造
をもつ基板上に、さらに光導波路を形成して波長変換素
子を作製することを特徴としている。
または２記載の作製方法で作製した周期的分極反転構造
をもつ基板上に、さらに光導波路を形成して波長変換素
子を作製することを特徴としている。
【００１０】また、請求項４記載の発明では、請求項３
記載の波長変換素子の作製方法において、前記光導波路
の形成には、請求項２記載のドーピングが用いられるこ
とを特徴としている。
記載の波長変換素子の作製方法において、前記光導波路
の形成には、請求項２記載のドーピングが用いられるこ
とを特徴としている。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１（ａ）乃至（ｄ）は本発明の第１の実施例の
作製工程を示す図である。この第１の実施例では、基板
１にＬｉＮｂＯ3の＋Ｚ板を用い（図１（ａ））、次
に、Ｔａ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎｉ等の金属やその他の材料で
周期的遮光層３を基板１の表面に形成する（図１
（ｂ））。しかる後、紫外線あるいは紫外域に近い波長
の青色光４を照射しながら基板１をそのキュリー点近く
（１０００℃付近やや下）まで加熱した後、そのまま冷
却させる（図１（ｃ））。このとき、紫外線あるいは青
色光４の照射された部分は、光励起によるこの部分の自
発分極を弱めるような光誘起内部電界が生じるか、ある
いは構成原子の活性化により、この部分の自発分極は、
紫外線あるいは青色光４の照射されていない部分に比べ
て小さくなる。これにより、キュリー点に近い温度（１
０００℃付近やや下）において、紫外線あるいは青色光
４の照射されていない部分の自発分極により生じた内部
電界によって、紫外線あるいは青色光４の照射された部
分の分極が反転し、分極反転層５が形成される。なお、
ＬｉＮｂＯ3基板の場合、処理が高温になるため、不活
性ガス中や真空中の酸素の少ない雰囲気で金属膜の酸化
を防いだり、基板の加熱時間を短かくして拡散や蒸発を
防ぐ工夫が必要である。さらに、基板１をキュリ−点に
近い温度に保持した後に、紫外線あるいは青色光４を照
射し、しかる後、急冷することによっても同様にして分
極反転層５を形成することができる。
する。図１（ａ）乃至（ｄ）は本発明の第１の実施例の
作製工程を示す図である。この第１の実施例では、基板
１にＬｉＮｂＯ3の＋Ｚ板を用い（図１（ａ））、次
に、Ｔａ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎｉ等の金属やその他の材料で
周期的遮光層３を基板１の表面に形成する（図１
（ｂ））。しかる後、紫外線あるいは紫外域に近い波長
の青色光４を照射しながら基板１をそのキュリー点近く
（１０００℃付近やや下）まで加熱した後、そのまま冷
却させる（図１（ｃ））。このとき、紫外線あるいは青
色光４の照射された部分は、光励起によるこの部分の自
発分極を弱めるような光誘起内部電界が生じるか、ある
いは構成原子の活性化により、この部分の自発分極は、
紫外線あるいは青色光４の照射されていない部分に比べ
て小さくなる。これにより、キュリー点に近い温度（１
０００℃付近やや下）において、紫外線あるいは青色光
４の照射されていない部分の自発分極により生じた内部
電界によって、紫外線あるいは青色光４の照射された部
分の分極が反転し、分極反転層５が形成される。なお、
ＬｉＮｂＯ3基板の場合、処理が高温になるため、不活
性ガス中や真空中の酸素の少ない雰囲気で金属膜の酸化
を防いだり、基板の加熱時間を短かくして拡散や蒸発を
防ぐ工夫が必要である。さらに、基板１をキュリ−点に
近い温度に保持した後に、紫外線あるいは青色光４を照
射し、しかる後、急冷することによっても同様にして分
極反転層５を形成することができる。
【００１２】その後、周期的遮光層３をＣＦ4等のガス
やＨＦ等でエッチングして除去することにより、表面に
周期的分極反転層５を有するＬｉＮｂＯ3基板を得るこ
とができる（図１（ｄ））。
やＨＦ等でエッチングして除去することにより、表面に
周期的分極反転層５を有するＬｉＮｂＯ3基板を得るこ
とができる（図１（ｄ））。
【００１３】このように、第１の実施例では、ＬｉＮｂ
Ｏ3の基板１上に紫外線あるいは青色光に対して不透明
な周期的遮光層３を設けた後、紫外線あるいは青色光を
照射しながらキュリー点よりも低い適当な温度まで加熱
するか、あるいは、基板１をキュリ−点よりも低い適当
な温度まで加熱した後に紫外光あるいは青色光を照射
し、しかる後に急冷して周期的分極反転層を形成してい
るので、従来におけるドーパントの熱処理時の拡散によ
る広がりが存在せず、より短かい周期で、かつ周期に対
して比較的深く、周期的分極反転層を形成することがで
きる。
Ｏ3の基板１上に紫外線あるいは青色光に対して不透明
な周期的遮光層３を設けた後、紫外線あるいは青色光を
照射しながらキュリー点よりも低い適当な温度まで加熱
するか、あるいは、基板１をキュリ−点よりも低い適当
な温度まで加熱した後に紫外光あるいは青色光を照射
し、しかる後に急冷して周期的分極反転層を形成してい
るので、従来におけるドーパントの熱処理時の拡散によ
る広がりが存在せず、より短かい周期で、かつ周期に対
して比較的深く、周期的分極反転層を形成することがで
きる。
【００１４】図２（ａ）乃至（ｅ）は本発明の第２の実
施例の作製工程を示す図である。この第２の実施例で
は、周期的分極反転構造を作製するに当たり、ＬｉＴａ
Ｏ3の−Ｚ板を基板１として用い、この基板１の−Ｚ面
側をピロリン酸，リン酸，安息香酸等に浸し、各酸の沸
点以下の温度（２００〜３００℃）でプロトン交換を行
ない、プロトン交換層２を形成する（図２（ａ））。次
いで、３００〜５００℃程度の温度で熱処理（アニー
ル）を行ない、プロトン交換層２をより深くする（図２
（ｂ））。次に、表面のプロトン交換層２上に、Ｔａ，
Ｔｉ，またはその他の金属で、周期的遮光層３を形成す
る（図２（ｃ））。しかる後、紫外線あるいは紫外域に
近い波長の青色光４を照射しながら、基板１を加熱した
後、そのまま冷却させる（図２（ｄ））。
施例の作製工程を示す図である。この第２の実施例で
は、周期的分極反転構造を作製するに当たり、ＬｉＴａ
Ｏ3の−Ｚ板を基板１として用い、この基板１の−Ｚ面
側をピロリン酸，リン酸，安息香酸等に浸し、各酸の沸
点以下の温度（２００〜３００℃）でプロトン交換を行
ない、プロトン交換層２を形成する（図２（ａ））。次
いで、３００〜５００℃程度の温度で熱処理（アニー
ル）を行ない、プロトン交換層２をより深くする（図２
（ｂ））。次に、表面のプロトン交換層２上に、Ｔａ，
Ｔｉ，またはその他の金属で、周期的遮光層３を形成す
る（図２（ｃ））。しかる後、紫外線あるいは紫外域に
近い波長の青色光４を照射しながら、基板１を加熱した
後、そのまま冷却させる（図２（ｄ））。
【００１５】通常、基板部分１とプロトン交換層２とは
キュリー点が、基板部分１では６００℃付近，プロトン
交換層２では５００℃〜５８０℃程度とそれぞれ異なっ
ており、プロトン交換層２の方が基板部分１よりもキュ
リー点が低くなっている。従って、プロトン交換層２の
キュリー点近くの温度では、プロトン交換層２の自発分
極は非常に弱くなるが、基板部分１の自発分極は残って
いる。この原理に基づき、プロトン交換層２のキュリー
点近くの温度まで加熱すると、基板部分１の自発分極に
よる内部電界のため、プロトン交換層２の自発分極が反
転し、所謂分極反転をプロトン交換層２中に生じさせる
ことができる。
キュリー点が、基板部分１では６００℃付近，プロトン
交換層２では５００℃〜５８０℃程度とそれぞれ異なっ
ており、プロトン交換層２の方が基板部分１よりもキュ
リー点が低くなっている。従って、プロトン交換層２の
キュリー点近くの温度では、プロトン交換層２の自発分
極は非常に弱くなるが、基板部分１の自発分極は残って
いる。この原理に基づき、プロトン交換層２のキュリー
点近くの温度まで加熱すると、基板部分１の自発分極に
よる内部電界のため、プロトン交換層２の自発分極が反
転し、所謂分極反転をプロトン交換層２中に生じさせる
ことができる。
【００１６】このとき、図２（ｄ）のように紫外線ある
いは青色光４が周期的遮光層３を通してプロトン交換層
２中に選択的に照射されると、プロトン交換層２中の光
励起によってプロトン交換層２中の自発分極をさらに弱
めるような光誘起内部電界が生じ、紫外線あるいは青色
光４を照射しない場合に比べ、プロトン交換層２はより
分極反転し易くなる。換言すれば、紫外線あるいは青色
光４の照射は、プロトン交換層２のキュリー点を下げた
ことと等価であり、紫外線あるいは青色光４を照射する
ことによって、実質的にプロトン交換層２のキュリー点
近くの温度よりもさらに５〜１０℃程度低い温度でプロ
トン交換層２における分極反転を生じさせることが可能
となる。
いは青色光４が周期的遮光層３を通してプロトン交換層
２中に選択的に照射されると、プロトン交換層２中の光
励起によってプロトン交換層２中の自発分極をさらに弱
めるような光誘起内部電界が生じ、紫外線あるいは青色
光４を照射しない場合に比べ、プロトン交換層２はより
分極反転し易くなる。換言すれば、紫外線あるいは青色
光４の照射は、プロトン交換層２のキュリー点を下げた
ことと等価であり、紫外線あるいは青色光４を照射する
ことによって、実質的にプロトン交換層２のキュリー点
近くの温度よりもさらに５〜１０℃程度低い温度でプロ
トン交換層２における分極反転を生じさせることが可能
となる。
【００１７】このようにして、プロトン交換層２のキュ
リー点よりも低い温度で、図２（ｄ）に示すように、紫
外線あるいは青色光４の照射されたプロトン交換層２の
部分が選択的に分極反転層５として形成される。この
後、周期的遮光層３をＣＦ4等のガスやＨＦ等でエッチ
ングして除去することにより、表面に周期的分極反転層
５を有するＬｉＴａＯ3基板を得ることができる（図２
（ｅ））。
リー点よりも低い温度で、図２（ｄ）に示すように、紫
外線あるいは青色光４の照射されたプロトン交換層２の
部分が選択的に分極反転層５として形成される。この
後、周期的遮光層３をＣＦ4等のガスやＨＦ等でエッチ
ングして除去することにより、表面に周期的分極反転層
５を有するＬｉＴａＯ3基板を得ることができる（図２
（ｅ））。
【００１８】この第２の実施例では、分極反転構造を得
るのに基板１の表面全面にドーピングを行なっており、
上記例では、このドーピングがプロトン交換層２により
行なわれたが、基板がＬｉＮｂＯ3の場合は、基板表面
のドーピングを、チタン（Ｔｉ）拡散によって行なうこ
とによって行なうこともできるし、あるいは、Ｒｂ，
Ｋ，ＣｓやＣｕ等の他の金属イオンのイオン交換やイオ
ン注入法によっても行なうことができる。
るのに基板１の表面全面にドーピングを行なっており、
上記例では、このドーピングがプロトン交換層２により
行なわれたが、基板がＬｉＮｂＯ3の場合は、基板表面
のドーピングを、チタン（Ｔｉ）拡散によって行なうこ
とによって行なうこともできるし、あるいは、Ｒｂ，
Ｋ，ＣｓやＣｕ等の他の金属イオンのイオン交換やイオ
ン注入法によっても行なうことができる。
【００１９】この第２の実施例のように、基板の表面全
面にドーピングを行なったものを用いる場合には、第１
の実施例のようにドーピングがなされない場合に比べ、
さらに低い温度で分極反転が可能であるとともに、全面
ドーピングを行なった基板中で紫外光あるいは青色光に
より周期的に分極反転層を形成するため、熱処理時の拡
散による横方向の広がりの影響がなく、より短かい周期
で、かつ周期に対して比較的深く、周期的分極反転層を
形成することができる。
面にドーピングを行なったものを用いる場合には、第１
の実施例のようにドーピングがなされない場合に比べ、
さらに低い温度で分極反転が可能であるとともに、全面
ドーピングを行なった基板中で紫外光あるいは青色光に
より周期的に分極反転層を形成するため、熱処理時の拡
散による横方向の広がりの影響がなく、より短かい周期
で、かつ周期に対して比較的深く、周期的分極反転層を
形成することができる。
【００２０】上記第１の実施例では基板１にＬｉＮｂＯ
3の＋Ｚ板を用い、また上記第２の実施例では基板１に
ＬｉＴａＯ3の−Ｚ板を用いたが、いずれの実施例にお
いても、基板１としては、ＬｉＴａxＮｂ1-xＯ3（０≦
ｘ≦１）の＋Ｚ板あるいは−Ｚ板を用いることができ
る。また、ＬｉＴａＯ3基板上に液相，気相等で成長さ
せたＬｉＴａxＮｂ1-xＯ3（０≦ｘ≦１）層をもつ基板
も用いることができる。
3の＋Ｚ板を用い、また上記第２の実施例では基板１に
ＬｉＴａＯ3の−Ｚ板を用いたが、いずれの実施例にお
いても、基板１としては、ＬｉＴａxＮｂ1-xＯ3（０≦
ｘ≦１）の＋Ｚ板あるいは−Ｚ板を用いることができ
る。また、ＬｉＴａＯ3基板上に液相，気相等で成長さ
せたＬｉＴａxＮｂ1-xＯ3（０≦ｘ≦１）層をもつ基板
も用いることができる。
【００２１】また、上述の各実施例において、周期的遮
光層３としては、紫外線あるいは青色光４に対して不透
明かつキュリ−点付近の高温に耐える材料であれば良
く、Ｔａ，Ｔｉの他にも、例えばＡｕ／Ｃｒ，Ａｕ／Ｎ
ｉ等をも用いることができる。また、周期的遮光層３の
作製法としては、材料に応じて塗布，乾燥，蒸着，スパ
ッタリング，ＣＶＤその他の方法があり、周期的にパタ
ーニングする方法として、リフトオフやエッチングマス
クを用いたエッチング等あるいは切削等の方法がある。
光層３としては、紫外線あるいは青色光４に対して不透
明かつキュリ−点付近の高温に耐える材料であれば良
く、Ｔａ，Ｔｉの他にも、例えばＡｕ／Ｃｒ，Ａｕ／Ｎ
ｉ等をも用いることができる。また、周期的遮光層３の
作製法としては、材料に応じて塗布，乾燥，蒸着，スパ
ッタリング，ＣＶＤその他の方法があり、周期的にパタ
ーニングする方法として、リフトオフやエッチングマス
クを用いたエッチング等あるいは切削等の方法がある。
【００２２】また、上述した第１または第２の実施例の
方法により作製した周期的分極反転層５をもつ基板１に
さらに光導波路を作製することで、波長変換素子，すな
わち高調波発生素子を形成することができる。なお、こ
の種の高調波発生素子では、光導波路に基本波（所定波
長のレーザ光）を入射させ、光導波路内においてこの基
本波に基づきこの基本波の波長よりも短かい波長の高調
波を発生させるようになっている。この際、周期的分極
反転層５は、基本波と高調波との擬似的な位相整合をと
るのに必要であり、これによって、高調波を効率良く発
生させることができる。
方法により作製した周期的分極反転層５をもつ基板１に
さらに光導波路を作製することで、波長変換素子，すな
わち高調波発生素子を形成することができる。なお、こ
の種の高調波発生素子では、光導波路に基本波（所定波
長のレーザ光）を入射させ、光導波路内においてこの基
本波に基づきこの基本波の波長よりも短かい波長の高調
波を発生させるようになっている。この際、周期的分極
反転層５は、基本波と高調波との擬似的な位相整合をと
るのに必要であり、これによって、高調波を効率良く発
生させることができる。
【００２３】図３（ａ），（ｂ）は前記第２の実施例の
方法により作製した周期的分極反転層５をもつ基板を用
いた波長変換素子の平面図，側面図である。第２の実施
例の方法でストライプ状のプロトン交換により作製した
周期的分極反転層５をもつ基板１には、図２（ｅ）に示
すように、プロトン交換層２が残っており、図３
（ａ），（ｂ）の波長変換素子では、このプロトン交換
層２自体を光導波路６として用いている。なお、この場
合、周期的分極反転層５は、光導波路６の内部に形成さ
れている。このように、周期的分極反転層５を形成する
ためのドーピング自体を光導波路として用いることによ
り、波長変換素子の作製プロセスをより簡略化でき、コ
ストを低減することができる。
方法により作製した周期的分極反転層５をもつ基板を用
いた波長変換素子の平面図，側面図である。第２の実施
例の方法でストライプ状のプロトン交換により作製した
周期的分極反転層５をもつ基板１には、図２（ｅ）に示
すように、プロトン交換層２が残っており、図３
（ａ），（ｂ）の波長変換素子では、このプロトン交換
層２自体を光導波路６として用いている。なお、この場
合、周期的分極反転層５は、光導波路６の内部に形成さ
れている。このように、周期的分極反転層５を形成する
ためのドーピング自体を光導波路として用いることによ
り、波長変換素子の作製プロセスをより簡略化でき、コ
ストを低減することができる。
【００２４】また、図４（ａ），（ｂ）は前記第１の実
施例の方法により作製した周期的分極反転層５をもつ基
板を用いた波長変換素子の平面図，側面図である。この
波長変換素子では、基板１に周期的分極反転層５を作製
した後、さらに光導波路６をプロトン交換法，あるいは
Ｔｉ拡散，Ｒｂ，Ｃｓ，Ｋ，Ｔｌ拡散，Ｃｕ拡散等の種
々のイオン交換法，金属拡散法，イオン注入法等により
基板１に形成している。なお、光導波路６の上記形成方
法は、基板１の種類に応じて適宜選択される。
施例の方法により作製した周期的分極反転層５をもつ基
板を用いた波長変換素子の平面図，側面図である。この
波長変換素子では、基板１に周期的分極反転層５を作製
した後、さらに光導波路６をプロトン交換法，あるいは
Ｔｉ拡散，Ｒｂ，Ｃｓ，Ｋ，Ｔｌ拡散，Ｃｕ拡散等の種
々のイオン交換法，金属拡散法，イオン注入法等により
基板１に形成している。なお、光導波路６の上記形成方
法は、基板１の種類に応じて適宜選択される。
【００２５】ところで、図４（ａ），（ｂ）に示すよう
な形式の波長変換素子は、第２の実施例の方法を利用す
ることによっても作製可能である。すなわち、第２の実
施例の方法により作製された分極反転層５をもつ基板１
のプロトン交換層２をアニールにより分散させた後、光
導波路６をプロトン交換法等を用いキュリー点よりも低
い２３０〜３００℃程度の温度で作製することにより、
図４（ａ），（ｂ）に示す波長変換素子を作製すること
ができる。但し、この場合には、第１の実施例の方法に
よって作製する場合に比べて、アニールによってプロト
ン交換層２を分散させる工程がさらに必要となる。
な形式の波長変換素子は、第２の実施例の方法を利用す
ることによっても作製可能である。すなわち、第２の実
施例の方法により作製された分極反転層５をもつ基板１
のプロトン交換層２をアニールにより分散させた後、光
導波路６をプロトン交換法等を用いキュリー点よりも低
い２３０〜３００℃程度の温度で作製することにより、
図４（ａ），（ｂ）に示す波長変換素子を作製すること
ができる。但し、この場合には、第１の実施例の方法に
よって作製する場合に比べて、アニールによってプロト
ン交換層２を分散させる工程がさらに必要となる。
【００２６】ここで、図３（ａ），（ｂ）または図４
（ａ），（ｂ）に示した波長変換素子の周期的分極反転
層５の周期Λについて説明する。先づ、コヒーレント長
ｌcを次式で定義する。なお、次式においては、λは基
本波の波長，ｎωは光導波路６の基本波に対する等価屈
折率，ｎ2ωは第２高調波に対する等価屈折率である。
（ａ），（ｂ）に示した波長変換素子の周期的分極反転
層５の周期Λについて説明する。先づ、コヒーレント長
ｌcを次式で定義する。なお、次式においては、λは基
本波の波長，ｎωは光導波路６の基本波に対する等価屈
折率，ｎ2ωは第２高調波に対する等価屈折率である。
【００２７】
【数１】ｌc＝λ／〔４（ｎ2ω−ｎω）〕
【００２８】このとき、周期的分極反転層５の周期Λ
は、次式で与えられる。
は、次式で与えられる。
【００２９】
【数２】Λ＝２ｍｌc
【００３０】但し、ｍが奇数の場合（ｍ＝１，３，…）
には、分極反転層５の幅は、周期Λの１／２でよいが、
ｍが偶数の場合には、分極反転層５の幅を周期Λの１／
２以外のものにする必要がある。数２を満たす周期Λで
周期的分極反転層５が作製される場合には、光導波路６
を導波する基本波とこれに基づき光導波路６中で発生す
る第２高調波との擬似的な位相整合をとることができ
て、第２高調波を効率良く発生させることができる。
には、分極反転層５の幅は、周期Λの１／２でよいが、
ｍが偶数の場合には、分極反転層５の幅を周期Λの１／
２以外のものにする必要がある。数２を満たす周期Λで
周期的分極反転層５が作製される場合には、光導波路６
を導波する基本波とこれに基づき光導波路６中で発生す
る第２高調波との擬似的な位相整合をとることができ
て、第２高調波を効率良く発生させることができる。
【００３１】さらに、図３（ａ），（ｂ）または図４
（ａ），（ｂ）の波長変換素子では、第１の実施例また
は第２の実施例の方法で（すなわちキュリー点よりもや
や低い温度で紫外光あるいは青色光により周期的遮光層
を通して選択的に）周期的分極反転層５が形成されてい
るので、周期的分極反転層５の周期Λが小さく設定され
る場合（例えば２〜３μｍ程度に設計される場合）に
も、この小さな周期Λに対して分極反転層５を比較的に
深く形成することができる。すなわち、基板の深さ方向
に拡散等が行なわれる場合にも、横方向は均一であり、
周期的分極反転層５の基板１の横方向の幅が横方向への
ド−パントの拡散に影響されない。この結果、分極反転
層５を深く形成する場合にも、周期Λを小さなものにす
ることができる。これにより、波長の短かな第２高調波
を高効率で発生させることが可能となる。
（ａ），（ｂ）の波長変換素子では、第１の実施例また
は第２の実施例の方法で（すなわちキュリー点よりもや
や低い温度で紫外光あるいは青色光により周期的遮光層
を通して選択的に）周期的分極反転層５が形成されてい
るので、周期的分極反転層５の周期Λが小さく設定され
る場合（例えば２〜３μｍ程度に設計される場合）に
も、この小さな周期Λに対して分極反転層５を比較的に
深く形成することができる。すなわち、基板の深さ方向
に拡散等が行なわれる場合にも、横方向は均一であり、
周期的分極反転層５の基板１の横方向の幅が横方向への
ド−パントの拡散に影響されない。この結果、分極反転
層５を深く形成する場合にも、周期Λを小さなものにす
ることができる。これにより、波長の短かな第２高調波
を高効率で発生させることが可能となる。
【００３２】
【発明の効果】以上に説明したように請求項１記載の発
明によれば、基板にＬｉＴａxＮｂ1-xＯ3（０≦ｘ≦
１）を用い、該基板上に紫外光あるいは紫外域に近い波
長をもつ青色光に対し不透明な周期的遮光層を設け、こ
の状態で、紫外光あるいは青色光を照射しながら前記基
板をキュリー点よりも低い適当な温度まで加熱し冷却す
るか、あるいは、上記基板をキュリ−点よりも低い適当
な温度まで加熱し紫外光あるいは青色光を照射した後に
冷却することにより、基板表面に周期的分極反転層を作
製するので、周期的分極反転層をより短かい周期で、か
つ周期に対して比較的深く形成することができる。
明によれば、基板にＬｉＴａxＮｂ1-xＯ3（０≦ｘ≦
１）を用い、該基板上に紫外光あるいは紫外域に近い波
長をもつ青色光に対し不透明な周期的遮光層を設け、こ
の状態で、紫外光あるいは青色光を照射しながら前記基
板をキュリー点よりも低い適当な温度まで加熱し冷却す
るか、あるいは、上記基板をキュリ−点よりも低い適当
な温度まで加熱し紫外光あるいは青色光を照射した後に
冷却することにより、基板表面に周期的分極反転層を作
製するので、周期的分極反転層をより短かい周期で、か
つ周期に対して比較的深く形成することができる。
【００３３】また、請求項２記載の発明によれば、基板
にＬｉＴａxＮｂ1-xＯ3（０≦ｘ≦１）を用い、該基板
の表面にドーピングを行なった後、ドーピングのなされ
た基板表面上に紫外光あるいは紫外域に近い波長をもつ
青色光に対し不透明な周期的遮光層を設け、この状態
で、紫外光あるいは青色光を照射しながら前記基板をキ
ュリー点よりも低い適当な温度まで加熱し冷却するか、
あるいは、上記基板をキュリ−点よりも低い適当な温度
まで加熱し紫外光あるいは青色光を照射した後に冷却す
ることにより、基板表面に周期的分極反転層を作製する
ので、請求項１記載の発明の場合よりもさらに低い温度
で分極反転を生じさせることができるとともに、全面ド
ーピングを行なった基板中で紫外線あるいは青色光によ
り周期的分極反転層を形成するため、熱処理時の拡散に
よる横方向の広がりの影響がなく、周期的分極反転層を
より短かい周期で、かつ周期に対して比較的深く形成す
ることができる。
にＬｉＴａxＮｂ1-xＯ3（０≦ｘ≦１）を用い、該基板
の表面にドーピングを行なった後、ドーピングのなされ
た基板表面上に紫外光あるいは紫外域に近い波長をもつ
青色光に対し不透明な周期的遮光層を設け、この状態
で、紫外光あるいは青色光を照射しながら前記基板をキ
ュリー点よりも低い適当な温度まで加熱し冷却するか、
あるいは、上記基板をキュリ−点よりも低い適当な温度
まで加熱し紫外光あるいは青色光を照射した後に冷却す
ることにより、基板表面に周期的分極反転層を作製する
ので、請求項１記載の発明の場合よりもさらに低い温度
で分極反転を生じさせることができるとともに、全面ド
ーピングを行なった基板中で紫外線あるいは青色光によ
り周期的分極反転層を形成するため、熱処理時の拡散に
よる横方向の広がりの影響がなく、周期的分極反転層を
より短かい周期で、かつ周期に対して比較的深く形成す
ることができる。
【００３４】また、請求項３記載の発明によれば、請求
項１または２記載の作製方法で作製した周期的分極反転
構造をもつ基板上に、さらに光導波路を形成して波長変
換素子を作製するので、より短かい周期で、かつこの周
期に対して比較的深い周期的分極反転層をもつ波長変換
素子を作製可能であって、これにより、波長の短かい変
換波を高効率に発生させることができる。
項１または２記載の作製方法で作製した周期的分極反転
構造をもつ基板上に、さらに光導波路を形成して波長変
換素子を作製するので、より短かい周期で、かつこの周
期に対して比較的深い周期的分極反転層をもつ波長変換
素子を作製可能であって、これにより、波長の短かい変
換波を高効率に発生させることができる。
【００３５】また、請求項４記載の発明では、光導波路
の形成を分極反転層形成のためのドーピングにより行な
っているため、高調波発生素子の作製プロセスがより簡
略化でき、コストを低減することができる。
の形成を分極反転層形成のためのドーピングにより行な
っているため、高調波発生素子の作製プロセスがより簡
略化でき、コストを低減することができる。
【図１】（ａ）乃至（ｄ）は本発明に係る周期的分極反
転構造の第１の実施例の作製工程を示す図である。
転構造の第１の実施例の作製工程を示す図である。
【図２】（ａ）乃至（ｅ）は本発明に係る周期的分極反
転構造の第２の実施例の作製工程を示す図である。
転構造の第２の実施例の作製工程を示す図である。
【図３】（ａ），（ｂ）は図２に示す方法により作製し
た周期的分極反転層をもつ基板を用いた波長変換素子の
平面図，側面図である。
た周期的分極反転層をもつ基板を用いた波長変換素子の
平面図，側面図である。
【図４】（ａ），（ｂ）は図１に示す方法により作製し
た周期的分極反転層をもつ基板を用いた波長変換素子の
平面図，側面図である。
た周期的分極反転層をもつ基板を用いた波長変換素子の
平面図，側面図である。
【図５】従来の第２高調波発生素子の斜視図である。
【図６】従来の第２高調波発生素子の平面図である。
１ 基板 ２ プロトン交換層 ３ 周期的遮光層 ４ 紫外線あるいは紫外域に近い波長の青色光 ５ 分極反転層 ６ 光導波路
Claims (4)
- 【請求項１】 基板にＬｉＴａxＮｂ1-xＯ3（０≦ｘ≦
１）を用い、該基板上に紫外光あるいは紫外域に近い波
長をもつ青色光に対し不透明な周期的遮光層を設け、こ
の状態で、紫外光あるいは青色光を照射しながら前記基
板をキュリー点よりも低い適当な温度まで加熱し冷却す
るか、あるいは、上記基板をキュリ−点よりも低い適当
な温度まで加熱し紫外光あるいは青色光を照射した後に
冷却することにより、基板表面に周期的分極反転層を作
製することを特徴とする周期的分極反転構造の作製方
法。 - 【請求項２】 基板にＬｉＴａxＮｂ1-xＯ3（０≦ｘ≦
１）を用い、該基板の表面にドーピングを行なった後、
ドーピングのなされた基板表面上に紫外光あるいは紫外
域に近い波長をもつ青色光に対し不透明な周期的遮光層
を設け、この状態で、紫外光あるいは青色光を照射しな
がら前記基板をキュリー点よりも低い適当な温度まで加
熱し冷却するか、あるいは、上記基板をキュリ−点より
も低い適当な温度まで加熱し紫外光あるいは青色光を照
射した後に冷却することにより、基板表面に周期的分極
反転層を作製することを特徴とする周期的分極反転構造
の作製方法。 - 【請求項３】 請求項１または２記載の作製方法で作製
した周期的分極反転構造をもつ基板上に、さらに光導波
路を形成して波長変換素子を作製することを特徴とする
波長変換素子の作製方法。 - 【請求項４】 請求項３記載の波長変換素子の作製方法
において、前記光導波路の形成には、請求項２記載のド
ーピングが用いられることを特徴とする波長変換素子の
作製方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5036132A JPH06230445A (ja) | 1993-02-01 | 1993-02-01 | 周期的分極反転構造の作製方法および波長変換素子の作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5036132A JPH06230445A (ja) | 1993-02-01 | 1993-02-01 | 周期的分極反転構造の作製方法および波長変換素子の作製方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06230445A true JPH06230445A (ja) | 1994-08-19 |
Family
ID=12461262
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5036132A Pending JPH06230445A (ja) | 1993-02-01 | 1993-02-01 | 周期的分極反転構造の作製方法および波長変換素子の作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06230445A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002092923A (ja) * | 1996-05-22 | 2002-03-29 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 光ディスクシステム |
| JP2002109770A (ja) * | 1996-05-22 | 2002-04-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 光ディスクシステム |
-
1993
- 1993-02-01 JP JP5036132A patent/JPH06230445A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002092923A (ja) * | 1996-05-22 | 2002-03-29 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 光ディスクシステム |
| JP2002109770A (ja) * | 1996-05-22 | 2002-04-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 光ディスクシステム |
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