JPH0695191A - Formation of proton exchange layer - Google Patents
Formation of proton exchange layerInfo
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- JPH0695191A JPH0695191A JP4243807A JP24380792A JPH0695191A JP H0695191 A JPH0695191 A JP H0695191A JP 4243807 A JP4243807 A JP 4243807A JP 24380792 A JP24380792 A JP 24380792A JP H0695191 A JPH0695191 A JP H0695191A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、周囲を低屈折率のクラ
ッドで囲まれた誘電体からなる伸長したコア即ち誘電体
導波路、特に3次元プロトン交換層を形成するプロトン
交換層形成方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of forming a proton-exchanged layer, in which an extended core or dielectric waveguide made of a dielectric material surrounded by a clad having a low refractive index, particularly a three-dimensional proton-exchanged layer is formed. .
【0002】[0002]
【従来の技術】3次元導波路は、第2高調波発生やさら
に準位相整合(quasi-phase matching:QPM)を用いた波
長変換素子に利用される。この擬似位相整合を利用した
第2高調波発生素子(QPM-SHG素子)は、チャネル形導波
路の伸長方向に沿って周期ドメイン反転構造を有した波
長変換素子である。擬似位相整合は、例えば第2高調波
の出力がその伝播に伴って可干渉距離(コヒーレンス
長)毎に極大極小を周期的に繰返すことを利用して、コ
ヒーレンス長毎に発生する分極波の符号を交互に反転さ
せて(周期ドメイン反転構造)、第2高調波の出力の加
算により出力を増大させる整合方法である。図1に示す
ように波長変換素子としては、ドメインの反転特性を有
するLiNbO3結晶のZカット基板1(結晶のZ軸を
法線としX−Y軸を含むZカット面2を主面とする基
板)が主に用いられる。このように、3次元導波路は、
誘電体結晶の基板内に伸長したチャネル形導波路2や、
チャネル形導波路の伸長方向に沿った周期ドメイン反転
構造3のプロトン交換層に用いられる(破線矢印は分極
の方向を示す)。2. Description of the Related Art Three-dimensional waveguides are used for wavelength conversion elements using second harmonic generation or quasi-phase matching (QPM). The second harmonic generation element (QPM-SHG element) utilizing this quasi phase matching is a wavelength conversion element having a periodic domain inversion structure along the extension direction of the channel type waveguide. Quasi-phase matching uses, for example, the fact that the output of the second harmonic periodically repeats the maximum and minimum for each coherence length (coherence length) as it propagates, and the sign of the polarization wave generated for each coherence length is used. Is alternately inverted (periodic domain inversion structure), and the output is increased by adding the outputs of the second harmonics. As shown in FIG. 1, as the wavelength conversion element, a Z-cut substrate 1 of LiNbO 3 crystal having a domain inversion characteristic (a Z-cut surface 2 including the Z axis of the crystal as a normal and including an XY axis as a main surface Substrate) is mainly used. Thus, the three-dimensional waveguide is
A channel type waveguide 2 extending in a dielectric crystal substrate,
It is used for the proton exchange layer of the periodic domain inversion structure 3 along the extension direction of the channel type waveguide (dotted arrow indicates the polarization direction).
【0003】光損傷に強いタンタル酸リチウム(LiTaO3)
も結晶基板として用いられるが、LiTaO3のキュリー点は
600℃程度と低いため、ニオブ酸リチウム結晶(LiNbO
3)で良く知られているチタン(Ti)拡散によるプロトン交
換層作製方法は、LiTaO3結晶に適用できない。また、プ
ロトン交換層をTi拡散によりLiTaO3結晶基板に作製した
としても分極方向がランダムとなるので、このプロトン
交換層を有効に利用するためには、基板をキュリー点以
上でポーリング処理が必要である。よって、タンタル酸
リチウム結晶基板においては、300℃以下の低温プロ
セスでプロトン交換層の作製が可能なプロトン交換法が
広く用いられているが、そのXまたはYカット板(図1
に示す結晶のX軸を法線としZ−Y軸を含むXカット面
4を主面とする基板または結晶のY軸を法線としZ−X
軸を含むYカット面5を主面とする基板)に対してはプ
ロトン交換による腐食のためプロトン交換層の作成に適
さないとされてきた(Kazuhisa YAMAMOTO, Kiminori MI
ZUUCHI and Tetsuo TANIUCHI“Low-Loss Channel Waveg
uides in MgO:LiNbO3 ans LiTaO3 by Pyrophosphoric A
cid Proton Exchange” Jpn.J. Appl. Phys. Vol.31(1
992)pp. 1059-1064Part 1, No.4, April 1992)。Lithium tantalate (LiTaO 3 ) which is resistant to light damage
Is also used as a crystal substrate, but since the Curie point of LiTaO 3 is as low as about 600 ° C., lithium niobate crystal (LiNbO 3
The well-known method of forming a proton exchange layer by diffusion of titanium (Ti) cannot be applied to LiTaO 3 crystals. Further, even if the proton exchange layer is formed on the LiTaO 3 crystal substrate by Ti diffusion, the polarization direction is random, so in order to effectively use this proton exchange layer, the substrate needs to be subjected to a poling treatment at a Curie point or higher. is there. Therefore, for a lithium tantalate crystal substrate, a proton exchange method capable of producing a proton exchange layer in a low temperature process of 300 ° C. or lower is widely used.
Z-X with the Y-axis of the substrate or the crystal having the X-axis of the crystal shown in FIG.
It has been said that the substrate having the Y-cut surface 5 including the axis as the main surface is not suitable for forming a proton exchange layer because of corrosion due to proton exchange (Kazuhisa YAMAMOTO, Kiminori MI
ZUUCHI and Tetsuo TANIUCHI “Low-Loss Channel Waveg
uides in MgO: LiNbO 3 ans LiTaO 3 by Pyrophosphoric A
cid Proton Exchange ”Jpn. J. Appl. Phys. Vol.31 (1
992) pp. 1059-1064 Part 1, No. 4, April 1992).
【0004】また、ニオブ酸リチウム結晶のXまたはY
カット板では、直接プロトン交換を行うとタンタル酸リ
チウム結晶同様に腐食が発生し、やはりプロトン交換層
の作製には適さない。しかし、ニオブ酸リチウム結晶の
場合にはTi拡散後のプロトン交換、またはMgOドー
プ後のニオブ酸リチウム結晶への直接プロトン交換が知
られている。ただし、この場合、前者ではTi拡散プロ
セスが必要であり、さらに両者ともTi,MgOを含ん
だニオブ酸リチウム結晶にしかプロトン交換できない。In addition, X or Y of lithium niobate crystal
When the proton exchange is directly performed on the cut plate, corrosion occurs similarly to the lithium tantalate crystal, which is not suitable for the production of the proton exchange layer. However, in the case of a lithium niobate crystal, proton exchange after diffusion of Ti or direct proton exchange to a lithium niobate crystal after MgO doping is known. However, in this case, the former requires a Ti diffusion process, and both can only perform proton exchange with lithium niobate crystals containing Ti and MgO.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】このように、ニオブ酸
リチウム結晶またはタンタル酸リチウム結晶のXまたは
Yカット板で、直接プロトン交換を行うことができな
い。As described above, it is impossible to directly carry out the proton exchange with the X or Y cut plate of the lithium niobate crystal or the lithium tantalate crystal.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明によるプロトン交
換層形成方法は、プロトン交換により誘電体結晶からな
る基板の表面に3次元プロトン交換層を形成するプロト
ン交換層形成方法であって、前記基板がタンタル酸リチ
ウム結晶またはニオブ酸リチウム結晶からなるXまたは
Yカット基板であり、プロトン交換源による腐食が生じ
ないスリット幅すなわち0μmを越え10μm以下の幅
のスリットを有するパターンマスクを、Y−Z軸を含む
Xカット面またはX−Z軸を含むYカット面の主面上に
形成する工程と、プロトン交換源を前記スリットを介し
て前記主面に接触させプロトン交換を行う工程とを含む
ことを特徴とする。The method for forming a proton exchange layer according to the present invention is a method for forming a three-dimensional proton exchange layer on the surface of a substrate made of a dielectric crystal by proton exchange, the substrate comprising: Is a X- or Y-cut substrate made of lithium tantalate crystal or lithium niobate crystal, and a pattern mask having a slit width not corroded by a proton exchange source, that is, a slit having a width of more than 0 μm and not more than 10 μm, is used in the YZ axis Forming on the main surface of the X-cut surface including X or the Y-cut surface including X-Z axis, and a step of contacting the main surface with the proton exchange source through the slit to perform proton exchange. Characterize.
【0007】[0007]
【作用】本発明によれば、結晶のYカット面またはXカ
ット面にチャネル型プロトン交換層を容易に形成でき
る。According to the present invention, the channel type proton exchange layer can be easily formed on the Y-cut surface or the X-cut surface of the crystal.
【0008】[0008]
【実施例】以下に、本発明の実施例を図面を参照しつつ
説明する。図2に、LiTaO3結晶基板に3次元プロ
トン交換層を形成するプロトン交換層形成方法を示す。
まず、LiTaO3結晶のYカット板を基板(厚さ0.5m
m)とし、基板1のYカット面5全面上にTa膜20を所
定膜厚に蒸着した。次に、Ta膜20上にスピンコータ
ーでフォトレジスト膜を所定膜厚に塗布して、密着露光
装置を用いたフォトプロセス又は電子ビーム描画装置を
用いてスリット開孔パターンのパターニングを行った。
次にCF4又はSF6ガス中にてドライエッチングを行
い、アセトン又はリムーバーによってフォトレジスト膜
を除去し、伸長開孔のスリットを有するTa膜20を基
板1上に形成した(図2(a))。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 2 shows a method for forming a proton exchange layer in which a three-dimensional proton exchange layer is formed on a LiTaO 3 crystal substrate.
First, a Y-cut plate of LiTaO 3 crystal was used as a substrate (thickness 0.5 m
m), a Ta film 20 having a predetermined film thickness was vapor-deposited on the entire Y-cut surface 5 of the substrate 1. Next, a photoresist film was applied to the Ta film 20 with a spin coater to a predetermined thickness, and a slit opening pattern was patterned using a photoprocess using a contact exposure device or an electron beam drawing device.
Next, dry etching was performed in CF 4 or SF 6 gas, the photoresist film was removed by acetone or remover, and a Ta film 20 having slits with elongated openings was formed on the substrate 1 (FIG. 2A). ).
【0009】次に、ピロリン酸をプロトン源とし、プロ
トン交換温度230℃〜265℃、プロトン交換時間15分〜
2時間でプロトン交換を行い、Ta膜20を除去してY
カット板5上にX軸方向伝搬の3次元導波路のためのプ
ロトン交換導波路3を形成した(図2(b))。ここで
スリット伸長方向はZ軸方向とした。さらに図2(c)
に示すように、スリット伸長方向をX軸方向としたプロ
トン交換3をも形成した。また、破線矢印は分極の方向
を示す。Next, using pyrophosphoric acid as a proton source, a proton exchange temperature of 230 ° C. to 265 ° C., a proton exchange time of 15 minutes to
Proton exchange is performed for 2 hours to remove the Ta film 20 and Y
The proton exchange waveguide 3 for the three-dimensional waveguide propagating in the X-axis direction was formed on the cut plate 5 (FIG. 2B). Here, the slit extension direction was the Z-axis direction. Further, FIG. 2 (c)
As shown in FIG. 5, the proton exchange 3 having the slit extension direction as the X-axis direction was also formed. The broken line arrow indicates the direction of polarization.
【0010】このプロトン交換層形成において、発明者
は、上記スリット幅Wを1,2,3,4,5,6,8,
10,12,14,16,18,20,25,30,4
0,50,60,70,80,90,100,200,
300,400,500及び1000μmと変化させた
種々のプロトン交換導波路3を形成したところ、スリッ
ト幅10μm以上でも相対的に低温・短時間の条件にお
いて腐食無しでプロトン交換できることがあるが、スリ
ット幅が広くなるにつれ腐食が発生する確率が高くなる
ことを知見した。この腐食はX軸方向に略伸長した複数
のクラックであった。In forming the proton exchange layer, the inventor has determined that the slit width W is 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8,
10, 12, 14, 16, 18, 20, 25, 30, 4
0,50,60,70,80,90,100,200,
When various kinds of proton exchange waveguides 3 having different widths of 300, 400, 500 and 1000 μm are formed, even if the slit width is 10 μm or more, proton exchange may be performed without corrosion under relatively low temperature and short time conditions. It was found that the probability of corrosion increases as the value becomes wider. This corrosion was a plurality of cracks extending substantially in the X-axis direction.
【0011】図3にスリット幅に対するプロトン交換導
波路3の腐食割合を示す。図3(a)はプロトン交換温
度230℃、プロトン交換時間1時間としてスリット伸
長方向をZ軸方向とした場合で、スリット幅80μm以
下において殆ど腐食が発生しなかった。図3(b)はプ
ロトン交換温度260℃、プロトン交換時間1時間とし
てスリット伸長方向をZ軸方向とした場合で、スリット
幅20μm以下において殆ど腐食が発生しなかった。図
3(c)はプロトン交換温度260℃、プロトン交換時
間30分としてスリット伸長方向をZ軸方向とした場合
で、スリット幅70μm以下において殆ど腐食が発生し
なかった。FIG. 3 shows the rate of corrosion of the proton exchange waveguide 3 with respect to the slit width. FIG. 3A shows a case where the slit exchange direction is 230 ° C. and the proton exchange time is 1 hour, and the slit extension direction is the Z-axis direction, and almost no corrosion occurs in the slit width of 80 μm or less. FIG. 3B shows the case where the proton exchange temperature was 260 ° C. and the proton exchange time was 1 hour, and the slit extension direction was the Z-axis direction, and almost no corrosion occurred in the slit width of 20 μm or less. FIG. 3 (c) shows the case where the proton exchange temperature was 260 ° C. and the proton exchange time was 30 minutes, and the slit extension direction was the Z-axis direction, and almost no corrosion occurred in the slit width of 70 μm or less.
【0012】これらのスリット幅に対するプロトン交換
導波路の腐食割合を平均すると、上記スリット幅は、0
μmを越え腐食のクラック幅以上で10μm以下が望ま
しいことが明らかとなった。また、3次元導波路として
は幅10μmもあれば充分である。何れの条件でも光の
伝搬が可能な3次元導波路を得ることができるが、低温
または短時間のプロトン交換を行うことで、低損失な3
次元プロトン交換層をより安定に作成可能となる。When the corrosion rate of the proton exchange waveguide with respect to these slit widths is averaged, the slit width is 0.
It has become clear that it is preferable that the width exceeds the crack width of corrosion and is 10 μm or less. A width of 10 μm is sufficient for the three-dimensional waveguide. It is possible to obtain a three-dimensional waveguide capable of propagating light under any of the conditions, but by performing proton exchange at low temperature or for a short time, it is possible to obtain low loss.
It is possible to more stably create the three-dimensional proton exchange layer.
【0013】また、他の実施例として上記Yカット基板
と同様な条件で、タンタル酸リチウム結晶のXカット基
板を用いた場合も、幅10μm以下スリット状マスクを
用いた方法は同様の腐食減少効果を有し、プロトン交換
が可能であり、図4に示すようにXカット面4上にプロ
トン交換導波路3を形成できた(破線矢印は分極の方向
を示す)。さらにXカットのタンタル酸リチウム結晶の
場合は相対的にYカット板よりも耐食性が大であるた
め、Yカット板と同条件の場合、より幅広のスリットで
も腐食無しにプロトン交換可能である。Further, as another embodiment, even when an X-cut substrate of lithium tantalate crystal is used under the same conditions as the above Y-cut substrate, a method using a slit-shaped mask with a width of 10 μm or less has the same corrosion reduction effect. It was possible to exchange protons, and a proton exchange waveguide 3 could be formed on the X-cut surface 4 as shown in FIG. 4 (dotted arrow indicates the direction of polarization). Furthermore, since the X-cut lithium tantalate crystal has a relatively higher corrosion resistance than the Y-cut plate, under the same conditions as the Y-cut plate, protons can be exchanged without corrosion even with a wider slit.
【0014】さらに、これら2つの実施例はタンタル酸
リチウム結晶基板の場合であるが、ニオブ酸リチウム結
晶のXまたはYカット板に対しても同様の効果を示す。
タンタル酸リチウム結晶と同条件でプロトン交換を行っ
た場合、ニオブ酸リチウム結晶の方が相対的に腐食を受
け易いが、ニオブ酸リチウム結晶の場合、タンタル酸リ
チウム結晶よりもプロトン交換速度が速く、導波路とし
て必要な屈折率変化は低温短時間のプロトン交換が達成
されるため、このスリットによる直接プロトン交換方法
で実用的な3次元導波路が得られる。Further, although these two examples are for the case of a lithium tantalate crystal substrate, the same effect is exhibited for an X or Y cut plate of a lithium niobate crystal.
When the proton exchange is performed under the same conditions as the lithium tantalate crystal, the lithium niobate crystal is more susceptible to corrosion, but in the case of the lithium niobate crystal, the proton exchange rate is faster than the lithium tantalate crystal, Since the change in refractive index required for the waveguide achieves the proton exchange at a low temperature in a short time, a practical three-dimensional waveguide can be obtained by the direct proton exchange method using this slit.
【0015】なお、プロトン交換はピロリン酸で行った
が安息香酸等のプロトン交換源でも良い。マスクはタン
タル(Ta)の他の金(Au),白金(Pt)などピロ
リン酸のプロトン交換に耐えるものであれば使用でき
る。安息香酸のプロトン交換であればアルミニウム(A
l),クロム(Cr),チタン(Ti)も使用できる。
また、プロトン交換後に例えば340℃,30分程度の
アニール工程を加えれば、より低損失化も可能である。The proton exchange was carried out with pyrophosphoric acid, but a proton exchange source such as benzoic acid may be used. The mask can be used as long as it can withstand proton exchange of pyrophosphoric acid, such as gold (Au) other than tantalum (Ta) and platinum (Pt). If benzoic acid is proton exchanged, aluminum (A
l), chromium (Cr), titanium (Ti) can also be used.
Further, if an annealing step at 340 ° C. for about 30 minutes is added after the proton exchange, the loss can be further reduced.
【0016】このように、幅10μm以下のスリットを
有するTa製マスクを、タンタル酸リチウム結晶または
ニオブ酸リチウム結晶からなるXまたはYカット基板の
XまたはYカット面上に形成し、これをプロトン交換を
行うことにより、チャネル型のプロトン交換層の作製が
可能となり、スリット長手方向をZ軸に対して直交方向
としたものはTEモードの光を閉じ込めるのに適した3
次元導波路として利用できる。As described above, a Ta mask having slits with a width of 10 μm or less is formed on the X or Y cut surface of an X or Y cut substrate made of lithium tantalate crystal or lithium niobate crystal, and this is subjected to proton exchange. By doing so, a channel type proton exchange layer can be produced, and a slit longitudinal direction orthogonal to the Z axis is suitable for confining TE mode light.
It can be used as a dimensional waveguide.
【0017】さらに、図5(a)に示すようにTa製マ
スクのスリットの両端を開放せずに閉塞して基板のYカ
ット周囲縁端部をマスクによって被覆し(矢印A)、上
記同様プロトン交換後マスクを除去し、図5(b)に示
すプロトン交換層3をYカット面5内に形成することに
より、より安定にプロトン交換層の作製を行うことがで
きた(破線矢印は分極の方向を示す)。例えばマスク端
部をプロトン交換面内として例えば、265℃,30分の
プロトン交換を行った場合、スリット幅に対する腐食割
合の低い良好な3次元プロトン交換層を得られる割合が
3倍以上に向上した。これも基板をYカットのタンタル
酸リチウム結晶としたが、そのXカット板でも使用でき
る。また、ニオブ酸リチウム結晶のYまたはXカット板
でもよい。Further, as shown in FIG. 5A, both ends of the slit of the Ta mask are closed without being opened, and the Y-cut peripheral edge of the substrate is covered with the mask (arrow A). By removing the mask after the exchange and forming the proton exchange layer 3 shown in FIG. 5 (b) in the Y-cut plane 5, the proton exchange layer could be produced more stably (the broken line arrow indicates polarization). Indicates the direction). For example, when proton exchange is performed at 265 ° C. for 30 minutes with the mask edge portion in the proton exchange plane, the ratio of obtaining a good three-dimensional proton exchange layer with a low corrosion ratio to the slit width is tripled or more. . Although the substrate is also a Y-cut lithium tantalate crystal, the X-cut plate can also be used. Alternatively, a Y or X cut plate of lithium niobate crystal may be used.
【0018】図6に示すように具体的に擬似位相整合を
利用した第2高調波発生素子(QPM-SHG素子)の周期的ド
メイン反転層を形成した。例えば基本波をλ=860nmと
して一次のQPM素子とする場合は、まず、Yカット面に
Ta膜を300オングストローム結晶の厚さで全面に形成
した。これをフォトリソグラフィ法及びリアクティブイ
オンエッチング(RIE)法等の手段により、1.8μ
mのラインアンドスペース(3.6μmピッチ)の複数
のスリットをTaマスクに加工した。ここで、幅1.8
μmのスリットの長手方向はZ方向とした。尚、三次の
QPMの場合、ラインアンドスペースは5.4μmとな
る。すなわち、LiTaO3結晶基板1上に蒸着したT
a膜20上にフォトレジスト膜を塗布後、電子ビーム描
画等で所定周期開孔のパターニングを行い、ドライエッ
チングを行って所定周期の分極反転層形成用開孔を形成
した。その後、フォトレジスト膜を除去してTa膜20
のグレーティングを形成した(図6(a))。As shown in FIG. 6, the periodic domain inversion layer of the second harmonic generating element (QPM-SHG element) using quasi phase matching was formed specifically. For example, when a fundamental wave is set to λ = 860 nm to form a primary QPM element, first, a Ta film is formed on the entire Y-cut surface with a thickness of 300 Å crystal. This is subjected to 1.8 μm by means such as photolithography and reactive ion etching (RIE).
A plurality of slits of m line and space (3.6 μm pitch) were processed into a Ta mask. Where the width is 1.8
The longitudinal direction of the μm slit was the Z direction. In addition, the third
In the case of QPM, the line and space is 5.4 μm. That is, T deposited on the LiTaO 3 crystal substrate 1
After applying a photoresist film on the a film 20, patterning of the periodic openings was performed by electron beam drawing or the like, and dry etching was performed to form the polarization inversion layer forming apertures of a specific period. Then, the photoresist film is removed to remove the Ta film 20.
Was formed (FIG. 6A).
【0019】次に、この基板をピロリン酸中にて260
℃,30分の条件でプロトン交換(1.8μmのライン
アンドスペースのプロトン交換層を形成)した。すなわ
ち、Ta膜のグレーティング上にピロリン酸を塗布し熱
処理してプロトン交換を行い所定周期のプロトン交換層
3aをYカット面5に形成した(図6(b))。このあ
とTa膜20のグレーティングを除去して、キュリー点
近傍での熱処理によりプロトン交換層3aの分極反転を
行って所定周期の分極反転層3を形成した(図6
(c))。すなわち、アルゴン(Ar)雰囲気中、550
℃,2分の条件でアニールを行い上記プロトン交換層を
周期的ドメイン反転層とした。Next, this substrate was heated in pyrophosphoric acid 260
Proton exchange was performed under the conditions of 30 ° C. and 30 minutes (a line-and-space proton exchange layer of 1.8 μm was formed). That is, pyrophosphoric acid was applied onto the grating of the Ta film and heat-treated for proton exchange to form a proton exchange layer 3a having a predetermined period on the Y-cut surface 5 (FIG. 6 (b)). After that, the grating of the Ta film 20 was removed, and the polarization inversion of the proton exchange layer 3a was performed by heat treatment in the vicinity of the Curie point to form the polarization inversion layer 3 having a predetermined period (FIG. 6).
(C)). That is, in an argon (Ar) atmosphere, 550
Annealing was performed at 2 ° C. for 2 minutes to use the above proton exchange layer as a periodic domain inversion layer.
【0020】次に、3次元導波路を作成した。所定周期
の分極反転層3に直交した開孔パターンのTa膜20を
基板1上に形成した(図6(d))。すなわち、再度Y
カット面全面に300オングストローム膜厚のTa膜を形
成し、これをフォトリソグラフィ法及びリアクティブイ
オンエッチング法等の手段により幅4μmのスリット状
に加工した。ここで、スリットの長手方向はX方向と
し、スリットの数は1本以上でもよい。Next, a three-dimensional waveguide was prepared. A Ta film 20 having an opening pattern orthogonal to the domain-inverted layer 3 having a predetermined period was formed on the substrate 1 (FIG. 6D). That is, Y again
A Ta film having a film thickness of 300 Å was formed on the entire cut surface, and the Ta film was processed into a slit having a width of 4 μm by a method such as a photolithography method and a reactive ion etching method. Here, the longitudinal direction of the slits is the X direction, and the number of slits may be one or more.
【0021】次にこの基板をピロリン酸中にて、260℃,
30分の条件でプロトン交換を行って導波路7を形成し
た(図6(e))。このあとO2雰囲気中340℃,30分
の条件でアニールし、後者のプロトン交換層を3次元導
波路とした。さらにプロトン交換Ta膜20を除去して
分極反転層3に直交した導波路7からなる導波路型の波
長変換素子を作成した(図6(f))。導波路7の両端
面に光学研磨を施し、TEモードの基本波を上記導波路
に入射させることにより第2高調波(SHG)光を反対
側端面から取り出せた。Next, this substrate was placed in pyrophosphoric acid at 260 ° C.
Proton exchange was performed under the condition of 30 minutes to form the waveguide 7 (FIG. 6 (e)). Then, annealing was performed in an O 2 atmosphere at 340 ° C. for 30 minutes, and the latter proton exchange layer was used as a three-dimensional waveguide. Further, the proton-exchanged Ta film 20 was removed to prepare a waveguide type wavelength conversion element composed of the waveguide 7 orthogonal to the polarization inversion layer 3 (FIG. 6 (f)). Both ends of the waveguide 7 were optically polished, and the fundamental wave of TE mode was made incident on the waveguide to extract the second harmonic (SHG) light from the opposite end face.
【0022】[0022]
【発明の効果】以上のように、本発明のプロトン交換に
より誘電体結晶からなる基板の表面に3次元プロトン交
換層を形成するプロトン交換層形成方法によれば、基板
がタンタル酸リチウム結晶またはニオブ酸リチウム結晶
からなるXまたはYカット基板であり、プロトン交換源
による腐食が生じないスリット幅すなわち0μmを越え
10μm以下の幅のスリットを有するパターンマスク
を、Y−Z軸を含むXカット面またはX−Z軸を含むY
カット面の主面上に形成する工程と、プロトン交換源を
スリットを介して主面に接触させプロトン交換を行う工
程とを含むので、結晶のYカット面またはXカット面に
チャネル型プロトン交換層を形成できる。As described above, according to the method of forming a three-dimensional proton exchange layer on the surface of a substrate made of a dielectric crystal by proton exchange according to the present invention, the substrate is a lithium tantalate crystal or niobium. An X- or Y-cut substrate made of a lithium oxide crystal, which has a pattern mask having a slit width that does not cause corrosion by a proton exchange source, that is, a slit having a width of more than 0 μm and 10 μm or less, and an X-cut surface including the Y-Z axis -Y including Z axis
Since it includes a step of forming on the main surface of the cut surface and a step of performing proton exchange by bringing a proton exchange source into contact with the main surface via a slit, a channel-type proton exchange layer is formed on the Y-cut surface or the X-cut surface of the crystal. Can be formed.
【0023】更に、3次元導波路も結晶のYカット面ま
たはXカット面に形成できるので、波長変換素子を一連
の製造工程で容易に作成することが出来る。Furthermore, since the three-dimensional waveguide can also be formed on the Y-cut surface or the X-cut surface of the crystal, the wavelength conversion element can be easily manufactured by a series of manufacturing steps.
【図1】 波長変換素子の概略斜視図である。FIG. 1 is a schematic perspective view of a wavelength conversion element.
【図2】 実施例のプロトン交換層形成方法の各工程に
おける部材の概略斜視図である。FIG. 2 is a schematic perspective view of a member in each step of the method for forming a proton exchange layer of the example.
【図3】 実施例のプロトン交換層形成方法によって得
られたタンタルマスクのスリット幅に対するプロトン交
換導波路の腐食割合を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing the corrosion rate of the proton exchange waveguide with respect to the slit width of the tantalum mask obtained by the method of forming the proton exchange layer of the example.
【図4】 他の実施例のプロトン交換層形成方法の各工
程における部材の概略斜視図である。FIG. 4 is a schematic perspective view of a member in each step of a method of forming a proton exchange layer of another embodiment.
【図5】 他の実施例のプロトン交換層形成方法の各工
程における部材の概略斜視図である。FIG. 5 is a schematic perspective view of a member in each step of a method of forming a proton exchange layer according to another embodiment.
【図6】 実施例の波長変換素子の製造方法の各工程に
おける部材の概略斜視図である。FIG. 6 is a schematic perspective view of a member in each step of the method for manufacturing the wavelength conversion element according to the embodiment.
1 基板 2 Zカット面 3 3次元プロトン交換層 4 Xカット面 5 Yカット面 20 タンタルマスク 1 substrate 2 Z cut surface 3 three-dimensional proton exchange layer 4 X cut surface 5 Y cut surface 20 tantalum mask
Claims (5)
基板の表面に3次元プロトン交換層を形成するプロトン
交換層形成方法であって、前記基板がタンタル酸リチウ
ム結晶またはニオブ酸リチウム結晶からなるXまたはY
カット基板であり、プロトン交換源による腐食が生じな
いスリット幅のスリットを有するパターンマスクを、Y
−Z軸を含むXカット面またはX−Z軸を含むYカット
面の主面上に形成する工程と、プロトン交換源を前記ス
リットを介して前記主面に接触させプロトン交換を行う
工程とを含むことを特徴とするプロトン交換層形成方
法。1. A method for forming a three-dimensional proton exchange layer on the surface of a substrate made of a dielectric crystal by proton exchange, the substrate comprising a lithium tantalate crystal or a lithium niobate crystal, X or Y
The pattern mask, which is a cut substrate and has slits with a slit width that does not cause corrosion due to the proton exchange source, is
A step of forming on the main surface of an X-cut surface including the -Z axis or a Y-cut surface including the X-Z axis, and a step of bringing a proton exchange source into contact with the main surface through the slit to perform proton exchange. A method for forming a proton exchange layer, comprising:
以下であることを特徴とする請求項1記載のプロトン交
換層形成方法。2. The slit width exceeds 0 μm and is 10 μm
The method for forming a proton exchange layer according to claim 1, wherein:
ことを特徴とする請求項1記載のプロトン交換層形成方
法。3. The method for forming a proton exchange layer according to claim 1, wherein the pattern mask is made of tantalum.
ることを特徴とする請求項1記載のプロトン交換層形成
方法。4. The method of forming a proton exchange layer according to claim 1, wherein the proton exchange source is composed of pyrophosphoric acid.
Xカット面またはYカット面の主面上において閉端して
いることを特徴とする請求項1記載のプロトン交換層形
成方法。5. The method of forming a proton exchange layer according to claim 1, wherein the slit of the pattern mask is closed on the main surface of the X-cut surface or the Y-cut surface.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP24380792A JP3347771B2 (en) | 1992-09-11 | 1992-09-11 | Method for forming proton exchange layer |
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JPH0695191A true JPH0695191A (en) | 1994-04-08 |
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CN110421411A (en) * | 2019-07-23 | 2019-11-08 | 浙江新泰通讯科技有限公司 | A kind of lithium columbate crystal thin slice production technology |
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1992
- 1992-09-11 JP JP24380792A patent/JP3347771B2/en not_active Expired - Fee Related
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