JPH07294970A - Second harmonic wave generating element and its production - Google Patents

Second harmonic wave generating element and its production

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JPH07294970A
JPH07294970A JP11168194A JP11168194A JPH07294970A JP H07294970 A JPH07294970 A JP H07294970A JP 11168194 A JP11168194 A JP 11168194A JP 11168194 A JP11168194 A JP 11168194A JP H07294970 A JPH07294970 A JP H07294970A
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JP
Japan
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lens
optical waveguide
single crystal
polarization
polarization inversion
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JP11168194A
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Japanese (ja)
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Yukihiro Yamamoto
幸弘 山本
Noriko Yamada
紀子 山田
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To produce a second harmonic wave generating element which lessens scattering loss of light generated in case of respective segments of a square shape, is free from leaking light and has high conversion efficiency by forming the respective segments to a lens shape. CONSTITUTION:The scattering loss of the light generated in the case of the respective segments of the square shape is lessened by forming the respective segments to the lens shape even if a single crystal of lithium niobate(LN) or lithium tantalum (LT) is used. More specifically, non-polarization inversion regions and polarization inversion regions having a higher refractive index than the refractive index of the bulk of the lens molds or the polarization inversion regions or non-polarization inversion regions having the higher refractive index than the refractive index of the bulk of the lens molds are alternately formed to the lens shape in the segments shape on the single crystal z plate 1 consisting of the LN or the LT. There are no differences in the refractive index between the polarization inversion regions and the non- polarization inversion regions at the time the polarization inversion is executed by impression of the voltage and, therefore, optical waveguides 2 are newly set. In such a case, the lens type optical waveguides 2 may be arranged at proper periods.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、レーザ光を利用する光
情報処理分野、光応用計測制御分野、印刷・製版分野、
医用分野等に使用する光波長変換素子、特に第二高調波
発生素子に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the field of optical information processing using laser light, the field of optical applied measurement control, the field of printing / platemaking,
The present invention relates to an optical wavelength conversion element used in the medical field or the like, particularly a second harmonic generation element.

【0002】[0002]

【従来の技術】光の波長を第二高調波に効率よく変換し
てやるためには、波長変換素子内での位相整合条件が満
足される必要がある。この方法としては従来より角度位
相整合、温度位相整合、導波路を用いる方法等が提案さ
れ用いられてきた。最近、位相整合方法として注目され
ているものに周期構造を用いた擬似位相整合と呼ばれる
方法があり、例えば、Phys.Rev.,Vol.127,p.1918(1962)
において J.A.Armstrongらによって示されている。これ
は周期的に結晶内の分極方向を反転して基本波と高調波
の位相不整合量を補償しようとするものである。
2. Description of the Related Art In order to efficiently convert the wavelength of light into a second harmonic, it is necessary to satisfy the phase matching condition in the wavelength conversion element. As this method, angle phase matching, temperature phase matching, a method using a waveguide, etc. have been proposed and used conventionally. Recently, a method called quasi-phase matching using a periodic structure has been attracting attention as a phase matching method. For example, Phys. Rev., Vol. 127, p. 1918 (1962)
At JA Armstrong et al. In this method, the polarization direction in the crystal is periodically inverted to compensate for the phase mismatch between the fundamental wave and the harmonic.

【0003】ここで分極反転とは使用する一定方向に分
極した単結晶誘電体材料の分極の方向を反転させること
をいう。この手法を第二高調波発生(SHG)素子に適
用したものが分極反転型SHG素子である。
Here, the polarization reversal means reversing the direction of polarization of the single crystal dielectric material polarized in a fixed direction to be used. A polarization inversion type SHG element is obtained by applying this method to a second harmonic generation (SHG) element.

【0004】この分極反転を起こさせるには、これまで
に種々の方法が行われている。例えば、Lim E.J.,Fejer
M.M.,Beyer R.L. and Kozolovsky W.J.: Electron. Le
tt.,25,11,p.731(1989) におけるように、ニオブ酸リチ
ウム(LN)単結晶ではTi金属の熱拡散が用いられて
いる。例えば、K.Mizuuchi et al.: Appl. Phys. Let
t.,58,p.2732(1991)におけるようにタンタル酸リチウム
(LT)単結晶ではプロトン交換後、急速加熱という手
法が用いられている。図1に示すように、LN又はLT
結晶基板1においては、櫛状に分極反転領域3と非分極
反転領域4とを形成し、そのパターンに直交する方向に
チャンネル導波路2を作製して、分極反転型SHG素子
としている。図1にこのSHG素子の構造を示す。
Various methods have been used so far for causing this polarization inversion. For example, Lim EJ, Fejer
MM, Beyer RL and Kozolovsky WJ: Electron. Le
As in tt., 25, 11, p. 731 (1989), thermal diffusion of Ti metal is used in lithium niobate (LN) single crystals. For example, K. Mizuuchi et al .: Appl. Phys. Let
As in t., 58, p. 2732 (1991), a method of rapid heating after proton exchange is used in lithium tantalate (LT) single crystal. As shown in FIG. 1, LN or LT
In the crystal substrate 1, the domain-inverted regions 3 and the non-domain-inverted regions 4 are formed in a comb shape, and the channel waveguide 2 is formed in the direction orthogonal to the pattern to form a domain-inverted SHG element. FIG. 1 shows the structure of this SHG element.

【0005】また、図2に示すように、KTP基板5に
おいては、硝酸ルビジウムの溶融塩に浸すことによると
いうイオン交換法によりセグメントタイプのチャンネル
導波路2を作製すると同時にその溶融塩に硝酸バリウム
を添加し、その部分を分極反転させることにより、分極
反転型SHG素子の作製が行われている(Appl. Phys.
Lett., Vol.57,No.20,p.2074(1990))。図2にこのSH
G素子の構造を示す。ここで、図2において、3は分極
反転領域、4は非分極反転領域である。
Further, as shown in FIG. 2, in the KTP substrate 5, a segment type channel waveguide 2 is manufactured by an ion exchange method by immersing it in a molten salt of rubidium nitrate, and at the same time, barium nitrate is added to the molten salt. A polarization-inverted SHG element is manufactured by adding and reversing the polarization of that portion (Appl. Phys.
Lett., Vol.57, No.20, p.2074 (1990)). This SH in Figure 2
The structure of a G element is shown. Here, in FIG. 2, 3 is a polarization inversion region, and 4 is a non-polarization inversion region.

【0006】これまでに、我々はKTPにおいてセグメ
ントタイプの導波路において問題となっていた漏れ光の
問題を各セグメントをレンズ状にすることによって解決
することができた(特開平5−164017)。
So far, we have been able to solve the problem of leaked light, which has been a problem in segment type waveguides in KTP, by forming each segment into a lens shape (JP-A-5-164017).

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、LN又
はLT結晶を用いた場合に於いてもセグメントタイプで
は各セグメントが角型であれば、フレネル領域での散乱
により原理的に入射基本波及び発生した第二高調波の双
方に漏れ光が出る。その結果変換効率の低下をまねいて
いた。また、第二高調波も散乱することから出射ビーム
を回析限界まで絞りきれない現象をもまねいていた。
However, even in the case of using LN or LT crystal, if each segment is a square type, the incident fundamental wave and the generated fundamental wave are generated in principle due to scattering in the Fresnel region. Leaked light appears on both second harmonics. As a result, the conversion efficiency was lowered. In addition, since the second harmonic is also scattered, the phenomenon that the output beam cannot be narrowed down to the diffraction limit is also caused.

【0008】この発明の目的は、LN、LT又はKTP
を用いた第二高調波発生素子に於いてセグメント型で漏
れ光の無い第二高調波発生素子及びその作製方法を提供
する事である。
An object of the present invention is LN, LT or KTP.
A second harmonic generating element using the above is provided, which is a segment type second harmonic generating element with no leakage light, and a method for manufacturing the same.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記の問題点を解決する
ためには、LN、LT単結晶を用いた場合でも、各セグ
メントの形状をレンズ状とすることによって、各セグメ
ントが角型の場合に生ずる光の散乱損失を低減させるこ
とができることを発見した。具体的には、図3に示すよ
うに、LN、LT単結晶z板1に、セグメント状にレン
ズ型のバルクより高屈折率の非分極反転領域と分極反転
領域あるいは、レンズ型のバルクより高屈折率の分極反
転領域と非分極反転領域を交互に作製する事により、イ
オン交換されたひとつのセグメントから出るレーザ光が
そのセグメントの持つ屈折率分布により集光される結
果、光の散乱損失を低減できることを発見した。また、
このイオン交換による屈折率分布は深さ方向にグレーデ
ッド型であるため、深さ方向の光の閉じ込めもレンズ型
となり非常に漏れ光の少ない構造をとることを発見し
た。
In order to solve the above problems, even when LN and LT single crystals are used, the shape of each segment is made into a lens shape so that each segment is rectangular. It was discovered that the scattering loss of light generated in the can be reduced. Specifically, as shown in FIG. 3, in the LN / LT single crystal z-plate 1, a non-polarization inversion region and a polarization inversion region having a higher refractive index than the lens type bulk in a segment shape, or higher than the lens type bulk. By alternately creating polarization inversion regions and non-polarization inversion regions of the refractive index, the laser light emitted from one ion-exchanged segment is focused by the refractive index distribution of that segment, resulting in light scattering loss. It was discovered that it can be reduced. Also,
Since the refractive index distribution due to this ion exchange is a graded type in the depth direction, it was discovered that the confinement of light in the depth direction also becomes a lens type and has a structure with very little leakage light.

【0010】セグメントの形状は、楕円、円等、図4に
示すように種々の形状が可能である。ただし、セグメン
ト周期と分極反転周期の一致する場合には、図4の長方
形の形状は従来例を示しており、これは省く。セグメン
トの間隔は、擬似位相整合で計算される基本波に対する
値に設定すれば良い。セグメントの幅に付いては、1〜
20μmの内、光の変換効率の必要な値の出るところを
選ぶことができる。イオン交換深さは、表面層より30
μm程度までで十分である。イオン交換方法は、安息香
酸、リン酸、ピロリン酸等のプロトン交換源を使用する
事ができる。
The shape of the segment can be various shapes such as an ellipse and a circle as shown in FIG. However, when the segment period and the polarization inversion period match, the rectangular shape of FIG. 4 shows a conventional example, which is omitted. The segment interval may be set to a value for the fundamental wave calculated by quasi phase matching. About the width of the segment,
Within 20 μm, the place where the required value of light conversion efficiency appears can be selected. Ion exchange depth is 30 from the surface layer
Up to about μm is sufficient. For the ion exchange method, a proton exchange source such as benzoic acid, phosphoric acid or pyrophosphoric acid can be used.

【0011】分極反転の方法は、イオン交換後に5分以
内でLT結晶では400〜630℃前後、LN結晶では
600〜1100℃前後のキュリー温度にアニールする
事によって達成できる。あるいは、単結晶の両面に付着
させた導電性金属間に真空あるいはオイル中で直流の高
電界を印加する事により達成する事が出来る。非分極反
転領域と分極反転領域の間隔は、ほぼ擬似位相整合で計
算される基本波に対する値に設定すれば良い。
The polarization reversal method can be achieved by annealing within 5 minutes after ion exchange to a Curie temperature of about 400 to 630 ° C. for the LT crystal and about 600 to 1100 ° C. for the LN crystal. Alternatively, it can be achieved by applying a high direct current electric field in a vacuum or oil between the conductive metals attached to both sides of the single crystal. The distance between the non-polarization-inverted region and the polarization-inverted region may be set to a value for the fundamental wave calculated by quasi-phase matching.

【0012】電圧印加で分極反転を行った場合には分極
反転部分と非分極反転部分との屈折率差が無いので、光
導波路を新しく設定する。これにはレンズ型導波路を適
度な周期で配置すればよく、図5にその一例を示す。こ
の他に図4の種々の形状も使用することができる。この
配置間隔は導波路部分とバルク部分との屈折率差により
決定される焦点距離により決める事ができる。配置間隔
を長くとることができればイオン交換部分の占める割合
が素子長全体に対して少なくする事ができる。
When polarization inversion is performed by applying a voltage, there is no difference in the refractive index between the polarization inversion portion and the non-polarization inversion portion, so a new optical waveguide is set. For this purpose, lens type waveguides may be arranged at an appropriate period, and an example thereof is shown in FIG. Alternatively, the various shapes of FIG. 4 can be used. This arrangement interval can be determined by the focal length determined by the refractive index difference between the waveguide portion and the bulk portion. If the arrangement interval can be made long, the ratio occupied by the ion exchange portion can be reduced with respect to the entire device length.

【0013】また、単結晶の両面に付着させる導電性金
属については、使用するイオン交換源により適度にT
i、Al、Ta、Ni、Cr等または、それらの合金等
のマスクパターン形成用金属を使用する事ができる。
Further, the conductive metal deposited on both sides of the single crystal should have a suitable T depending on the ion exchange source used.
A mask pattern forming metal such as i, Al, Ta, Ni, Cr, or an alloy thereof can be used.

【0014】[0014]

【作用】前記の方法を用いると、LN、LT単結晶を用
いた場合でも、各セグメントの形状をレンズ状とするこ
とによって、各セグメントが角型の場合に生ずる光の散
乱損失を低減させることができる。
When the above method is used, even if LN or LT single crystals are used, by making the shape of each segment a lens, the scattering loss of light that occurs when each segment is prismatic can be reduced. You can

【0015】また、電圧印加による深い分極反転領域を
持つLN、LT、KTPの単結晶の場合にもレンズ状光
導波路の使用により集光性の良い素子を作製する事がで
きる。
Further, even in the case of a single crystal of LN, LT, KTP having a deep domain inversion region by voltage application, it is possible to manufacture an element having a good light-collecting property by using the lens-shaped optical waveguide.

【0016】[0016]

【実施例】本発明による実施例を以下に説明する。 (第一実施例)本発明の第一実施例であるSHG素子の
斜視図を図3に示す。基板1はLNを用いている。この
SHG素子を作製するには、まず、LN基板1のプラス
z面状上にレジストをスピンコートし、フォトリソグラ
フィによりレジストのセグメント型レンズ状のパターニ
ングを行う。セグメントの周期は、4ミクロンである。
Tiを150μm厚さにスパッタの後、レジストを除去
し、Tiのレンズ状のパターンを作製した。加熱炉に入
れ1050℃で10分間保持してチタンを拡散させると
ともに、拡散部分の分極を反転させることにより、素子
が完成する。そして、端面を研磨の後レーザ光を導入し
た。873nmのレーザ光10mWに対して、5μWの
第二高調波を得た。
EXAMPLES Examples according to the present invention will be described below. (First Embodiment) FIG. 3 shows a perspective view of an SHG element according to a first embodiment of the present invention. The substrate 1 uses LN. In order to manufacture this SHG element, first, a resist is spin-coated on the plus z plane of the LN substrate 1, and the resist is patterned into a segment lens shape by photolithography. The period of the segment is 4 microns.
After Ti was sputtered to a thickness of 150 μm, the resist was removed to form a lens pattern of Ti. The device is completed by placing it in a heating furnace and holding it at 1050 ° C. for 10 minutes to diffuse titanium and invert the polarization of the diffused portion. Then, after polishing the end face, laser light was introduced. A second harmonic wave of 5 μW was obtained with respect to the laser light of 873 nm of 10 mW.

【0017】(第二実施例)本発明の第二実施例である
SHG素子の斜視図を図3に示す。基板1はLNを用い
ている。このSHG素子を作製するには、まず、LN基
板1のプラスz面状上にレジストをスピンコートし、フ
ォトリソグラフィによりレジストのセグメント型レンズ
状のパターニングを行う。セグメントの周期は、4ミク
ロンである。Tiを500μmの厚さにスパッタの後、
リフトオフし、Ti膜にセグメント型でレンズ状の穴あ
けパターンを作製した。250℃の安息香酸に1〜3時
間浸し窓あけした部分のプロトン交換を行う。さらに、
880℃に急速昇温し30秒〜10分間保定した後定温
まで急速冷却することにより、素子が完成する。そし
て、端面を研磨の後レーザ光を導入した。872nmの
レーザ光10mWに対して、3μWの第二高調波を得
た。
(Second Embodiment) FIG. 3 shows a perspective view of an SHG element according to a second embodiment of the present invention. The substrate 1 uses LN. In order to manufacture this SHG element, first, a resist is spin-coated on the plus z plane of the LN substrate 1, and the resist is patterned into a segment lens shape by photolithography. The period of the segment is 4 microns. After sputtering Ti to a thickness of 500 μm,
After lift-off, a segment-shaped lens-shaped hole pattern was formed in the Ti film. Dip in benzoic acid at 250 ° C. for 1 to 3 hours to perform proton exchange on the window-opened portion. further,
The device is completed by rapidly raising the temperature to 880 ° C., holding it for 30 seconds to 10 minutes, and then rapidly cooling it to a constant temperature. Then, after polishing the end face, laser light was introduced. A second harmonic of 3 μW was obtained for 10 mW of 872 nm laser light.

【0018】(第三実施例)本発明の第三実施例である
SHG素子の斜視図を図3に示す。基板1はLTを用い
ている。このSHG素子を作製するには、まず、LT基
板1のマイナスz面状にレジストをスピンコートし、フ
ォトリソグラフィによりレジストのセグメント型レンズ
状のパターンニングを行う。セグメントの周期は、4ミ
クロンである。Tiを500μmの厚さにスパッタの
後、リフトオフし、Ti膜にセグメント型でレンズ状の
穴あけパターンを作製した。250℃の安息香酸に1〜
3時間浸し窓あけした部分のプロトン交換を行う。さら
に、550℃に急速昇温し10秒〜10分間保定した後
定温まで急速冷却することにより、素子が完成する。そ
して、端面を研磨の後レーザ光に導入した。875nm
のレーザ光10mWに対して、4μWの第二高調波を得
た。
(Third Embodiment) FIG. 3 is a perspective view of an SHG device according to a third embodiment of the present invention. The substrate 1 uses LT. In order to manufacture this SHG element, first, a resist is spin-coated on the minus z surface of the LT substrate 1, and a segment type lens-shaped patterning of the resist is performed by photolithography. The period of the segment is 4 microns. Ti was sputtered to a thickness of 500 μm and then lifted off to form a segment-shaped lens-shaped perforation pattern on the Ti film. 1 to 250 ℃ benzoic acid
Dip for 3 hours and exchange the protons in the window-opened part. Further, the device is completed by rapidly raising the temperature to 550 ° C., holding it for 10 seconds to 10 minutes, and then rapidly cooling it to a constant temperature. Then, the end face was polished and then introduced into a laser beam. 875 nm
The second harmonic of 4 μW was obtained with respect to the laser light of 10 mW.

【0019】(第四実施例)本発明の第四実施例である
SHG素子の斜視図を図3に示す。このSHG素子を作
製するには、まず、LT基板1のプラスz面にレジスト
をスピンコートし、フォトリソグラフィによりレジスト
のセグメント型レンズ状のパターニングを行った。セグ
メントの周期は、4ミクロンである。Tiを500μm
の厚さにスパッタの後、リフトオフし、Ti膜にセグメ
ント型でレンズ状の穴あけパターンを作製した。マイナ
スz面にも一様に500μm厚さでチタン膜を付着させ
た。真空中あるいは、オイル中でプラスz面をプラスに
マイナスz面をマイナスとして、25kV/mmの直流
電圧を印加する。そのあと、250℃の安息香酸に1〜
3時間浸し窓あけした部分のイオン交換を行い、350
℃で15分間アニールして導波路2を形成することによ
り、素子が完成する。そして、端面を研磨の後レーザ光
を導入した。875nmのレーザ光10mWに対して、
4μWの第二高調波を得た。
(Fourth Embodiment) FIG. 3 is a perspective view of an SHG device according to a fourth embodiment of the present invention. In order to manufacture this SHG element, first, a resist was spin-coated on the plus z surface of the LT substrate 1, and a segment type lens-shaped patterning of the resist was performed by photolithography. The period of the segment is 4 microns. 500 μm Ti
After being sputtered to a thickness of 1, the film was lifted off to form a segment-shaped lens-shaped hole pattern on the Ti film. A titanium film having a thickness of 500 μm was evenly attached to the minus z surface. A direct current voltage of 25 kV / mm is applied in a vacuum or in oil, with the plus z plane as plus and the minus z plane as minus. After that, 1 to benzoic acid at 250 ℃
Immerse for 3 hours and perform ion exchange of the window opening, 350
The device is completed by annealing at 15 ° C. for 15 minutes to form the waveguide 2. Then, after polishing the end face, laser light was introduced. For 10 mW of 875 nm laser light,
A second harmonic of 4 μW was obtained.

【0020】(第五実施例)本発明の第五実施例である
SHG素子の斜視図を図3に示す。このSHG素子を作
製するには、まず、LN基板1のマイナスz面にレジス
トをスピンコートし、フォトリソグラフィによりレジス
トのセグメント型レンズ状のパターニングを行った。セ
グメントの周期は、4ミクロンである。Tiを500μ
mの厚さにスパッタの後、リフトオフし、Ti膜にセグ
メント型でレンズ状の穴あけパターンを作製した。プラ
スz面にも一様に500μm厚さでチタン膜を付着させ
た。真空中あるいは、オイル中でプラスz面をプラスに
マイナスz面をマイナスとして、25kV/mmの直流
電圧を印加する。そのあと、250℃の安息香酸に1〜
3時間浸し窓あけした部分のイオン交換を行い、350
℃で15分間アニールして導波路2を形成することによ
り、素子が完成する。そして、端面を研磨の後レーザ光
を導入した。870nmのレーザ光10mWに対して、
2μWの第二高調波を得た。
(Fifth Embodiment) FIG. 3 shows a perspective view of an SHG device according to a fifth embodiment of the present invention. In order to manufacture this SHG element, first, a resist was spin-coated on the minus z surface of the LN substrate 1, and a segment type lens-shaped patterning of the resist was performed by photolithography. The period of the segment is 4 microns. 500μ for Ti
After sputtering to a thickness of m, lift-off was performed to form a segment-shaped lens-shaped drilling pattern on the Ti film. A titanium film having a thickness of 500 μm was uniformly deposited on the plus z surface. A direct current voltage of 25 kV / mm is applied in a vacuum or in oil, with the plus z plane as plus and the minus z plane as minus. After that, 1 to benzoic acid at 250 ℃
Immerse for 3 hours and perform ion exchange of the window opening, 350
The device is completed by annealing at 15 ° C. for 15 minutes to form the waveguide 2. Then, after polishing the end face, laser light was introduced. For 10 mW laser light of 870 nm,
A second harmonic of 2 μW was obtained.

【0021】(第六実施例)本発明の第六実施例である
SHG素子の斜視図を図5に示す。このSHG素子を作
製するには、まず、LT基板1のプラスz面にレジスト
をスピンコートし、フォトリソグラフィによりレジスト
の櫛状のパターニングを行った。この周期は、4ミクロ
ンである。Tiを500μmの厚さにスパッタの後、レ
ジストを除去し、Tiの櫛状のパターンを作製した。マ
イナスz面にも一様に500μm厚さでチタン膜を付着
させた。真空中あるいは、オイル中でプラスz面をプラ
スにマイナスz面をマイナスとして、25kV/mmの
直流電圧を印加する。ここで、図5において、3は分極
反転領域、4は非分極反転領域である。次に、チタン膜
を除去し、新しくプラスz面にチタンを付着させる。レ
ンズ状の穴あけを10μm周期で形成し、そのあと、2
50℃の安息香酸に1〜3時間浸し窓あけした部分のイ
オン交換を行い、350℃で15分間アニールして導波
路2を形成することにより、素子が完成する。そして、
端面を研磨の後レーザ光を導入した。875nmのレー
ザ光10mWに対して、4μWの第二高調波を得た。
(Sixth Embodiment) FIG. 5 shows a perspective view of an SHG device according to a sixth embodiment of the present invention. In order to manufacture this SHG element, first, a resist was spin-coated on the plus z surface of the LT substrate 1, and the resist was comb-shaped patterned by photolithography. This period is 4 microns. After Ti was sputtered to a thickness of 500 μm, the resist was removed and a Ti comb pattern was formed. A titanium film having a thickness of 500 μm was evenly attached to the minus z surface. A direct current voltage of 25 kV / mm is applied in a vacuum or in oil, with the plus z plane as plus and the minus z plane as minus. Here, in FIG. 5, 3 is a polarization inversion region, and 4 is a non-polarization inversion region. Next, the titanium film is removed, and titanium is newly attached to the plus z surface. Lenticular holes are formed with a cycle of 10 μm, and then 2
The element is completed by immersing it in benzoic acid at 50 ° C. for 1 to 3 hours to perform ion exchange on the windowed portion, and annealing at 350 ° C. for 15 minutes to form the waveguide 2. And
Laser light was introduced after polishing the end faces. A second harmonic of 4 μW was obtained for 10 mW of 875 nm laser light.

【0022】尚、本発明は、上記の各実施例に限定され
るものではなく、その要旨の範囲内において種々の変形
が可能である。たとえば、上記の第四、第五実施例で
は、それぞれLT、LN基板を用い、電圧印加で分極反
転を行った後にイオン交換により導波路を形成する場合
について説明したが、LT、LN基板の代わりに、KT
P基板を用いてもよい。KTP基板を用いた場合も、第
四、第五実施例と同様の作用・効果を奏する。
The present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made within the scope of the invention. For example, in the above fourth and fifth embodiments, the LT and LN substrates are used, and the case where the waveguide is formed by ion exchange after the polarization inversion is performed by the voltage application has been described. However, instead of the LT and LN substrates, To KT
A P substrate may be used. Even when the KTP substrate is used, the same operation and effect as those of the fourth and fifth embodiments can be obtained.

【0023】また、上記の第六実施例では、LT基板を
用いた場合について説明したが、LT基板の代わりに、
LN又はKTP基板を用いてもよい。LN又はKTP基
板を用いた場合も、第六実施例と同様の作用・効果を奏
する。
In the sixth embodiment, the case where the LT substrate is used has been described, but instead of the LT substrate,
LN or KTP substrates may be used. Even when an LN or KTP substrate is used, the same action and effect as those of the sixth embodiment can be obtained.

【0024】[0024]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、L
N又はLT単結晶を用いた場合でも、各セグメントの形
状をレンズ状とすることによって、各セグメントが角型
の場合に生ずる光の散乱損失を低減させることができ、
その結果漏れ光の無い変換効率の高い第二高調波発生素
子を作製する事ができる。また、セグメント型であるに
もかかわらず、集光特性の良い素子を得る事ができる。
As described above, according to the present invention, L
Even when N or LT single crystal is used, by making the shape of each segment a lens, it is possible to reduce light scattering loss that occurs when each segment is rectangular,
As a result, it is possible to fabricate a second harmonic generation element having no light leakage and high conversion efficiency. In addition, it is possible to obtain an element having a good light-condensing characteristic despite the segment type.

【0025】また、電圧印加による深い分極反転領域を
持つLN、LT又はKTPの単結晶の場合にもレンズ状
光導波路の使用により集光性の良い素子を作製する事が
できる。同様に、セグメント型であるにもかかわらず、
集光特性の良い素子を得る事ができる。
Further, even in the case of a single crystal of LN, LT or KTP having a deep domain inversion region by applying a voltage, it is possible to manufacture an element having a good light collecting property by using the lens-shaped optical waveguide. Similarly, despite being a segment type,
It is possible to obtain an element with good light condensing characteristics.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】ニオブ酸リチウム(LN)における従来の分極
反転型SHG素子の概略図である。
FIG. 1 is a schematic diagram of a conventional domain-inverted SHG device in lithium niobate (LN).

【図2】KTPにおける従来の分極反転型SHG素子の
概略図である。
FIG. 2 is a schematic diagram of a conventional polarization inversion SHG element in KTP.

【図3】本発明による分極反転型SHG素子の概略図で
ある。
FIG. 3 is a schematic view of a domain-inverted SHG element according to the present invention.

【図4】各種セグメントのマスクの形状図である。FIG. 4 is a shape diagram of masks of various segments.

【図5】本発明による分極反転型SHG素子の概略図で
ある。
FIG. 5 is a schematic view of a domain-inverted SHG element according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 LN又はLT基板 2 光導波路 3 分極反転領域 4 非分極反転領域 5 KTP基板 1 LN or LT substrate 2 Optical waveguide 3 Polarization inversion region 4 Non-polarization inversion region 5 KTP substrate

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 LN又はLT単結晶z板に、セグメント
型で各セグメントの単結晶の上方向から見た形状がレン
ズ型となるように光導波路を形成し、光導波路を形成す
る方向に非分極反転領域と分極反転領域を交互に形成し
てなる事を特徴とする擬似位相整合型の第二高調波発生
素子。
1. An optical waveguide is formed on an LN or LT single crystal z plate so that the shape of each segment of the single crystal of each segment is a lens type when viewed from above, and the optical waveguide is formed in a direction not forming the optical waveguide. A quasi-phase-matching second harmonic generation element characterized in that domain-inverted regions and domain-inverted regions are alternately formed.
【請求項2】 請求項1記載の第二高調波発生素子を作
製する方法であって、LN単結晶z板において、分極反
転を行うに際してTi膜を50〜500μmの厚さで形
成し加熱拡散して拡散部分の分極を反転させ、同時に光
導波路とする事を特徴とする第二高調波発生素子の作製
方法。
2. The method for manufacturing the second harmonic generation element according to claim 1, wherein a Ti film is formed in a thickness of 50 to 500 μm on the LN single crystal z plate when polarization inversion is performed, and the diffusion is performed by heating. Then, the polarization of the diffused portion is inverted to form an optical waveguide at the same time, which is a method for producing a second harmonic generation element.
【請求項3】 請求項1記載の第二高調波発生素子を作
製する方法であって、LN又はLT単結晶z板におい
て、分極反転を行うに際してプロトン交換後加熱処理を
行う事によりイオン交換部分の分極を反転させる事を特
徴とする第二高調波発生素子の作製方法。
3. The method for producing the second harmonic generating element according to claim 1, wherein in the LN or LT single crystal z-plate, a heat treatment after proton exchange is performed when polarization inversion is performed, and thus the ion exchange portion is formed. A method of manufacturing a second harmonic generation element, which comprises reversing the polarization of.
【請求項4】 LN、LTあるいはKTP単結晶z板
に、片面を導電性金属でセグメント状にレンズ型に穴あ
けを行ったマスクパターンを作製し、反対面に一面に導
電性金属を付着させ、両面に直流高電圧を印加して、穴
あけした面の金属で覆われた部分の分極を反転させ、さ
らに、穴あけを行った部分をイオン交換あるいはイオン
交換とアニール処理により光導波路を形成させる事を特
徴とする擬似位相整合型の第二高調波発生素子の作製方
法。
4. A LN, LT or KTP single crystal z plate is formed with a mask pattern in which one surface is segmented with a conductive metal into a lens shape to form a lens pattern, and the other surface is coated with a conductive metal. Applying a high DC voltage to both sides to invert the polarization of the metal-covered part of the holed surface, and further forming an optical waveguide by ion-exchange or ion-exchange and annealing the holed part. A method for producing a quasi phase matching type second harmonic generation device characterized.
【請求項5】 LN、LTあるいはKTP単結晶z板
に、片面を導電性金属で櫛状にマスクパターンを作製
し、反対面に一面に導電性金属を付着させ、両面に直流
高電圧を印加して金属で覆われた部分の分極を反転さ
せ、導電性金属除去後さらに、セグメント状で各セグメ
ントがレンズ型光導波路を形成する周期に穴あけを行っ
たマスクパターンを作製し、その部分をイオン交換ある
いはイオン交換とアニール処理により光導波路を形成さ
せる事を特徴とする擬似位相整合型の第二高調波発生素
子の作製方法。
5. A LN, LT or KTP single crystal z plate is prepared by forming a mask pattern in a comb shape with a conductive metal on one surface, and depositing the conductive metal on one surface on the other surface, and applying a high DC voltage to both surfaces. Then, the polarization of the part covered with metal is reversed, and after removing the conductive metal, a mask pattern is created by segmenting each segment to form a lens-type optical waveguide and forming a mask pattern. A method of manufacturing a quasi-phase-matching second harmonic generation element, characterized in that an optical waveguide is formed by exchange or ion exchange and annealing.
【請求項6】 前記レンズ型光導波路の周期は、イオン
交換による屈折率の増加あるいは低下の程度にあわせた
長さとしたことを特徴とする請求項5記載の第二高調波
発生素子の作製方法。
6. The method for producing a second harmonic generation element according to claim 5, wherein the period of the lens type optical waveguide is set to a length according to the degree of increase or decrease of the refractive index due to ion exchange. .
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010019260A1 (en) * 2008-08-15 2010-02-18 Corning Incorporated Wavelength conversion device having multi -component output face and laser projection system incorporating the same

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