JPH0812366B2 - 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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- JPH0812366B2 JPH0812366B2 JP3026055A JP2605591A JPH0812366B2 JP H0812366 B2 JPH0812366 B2 JP H0812366B2 JP 3026055 A JP3026055 A JP 3026055A JP 2605591 A JP2605591 A JP 2605591A JP H0812366 B2 JPH0812366 B2 JP H0812366B2
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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
- 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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- G02F1/3775—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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- 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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- G02F1/3558—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
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- General Physics & Mathematics (AREA)
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、コヒーレント光源を応
用した、光情報処理、光応用計測制御分野に使用される
波長変換素子の製造方法に関するものである。
用した、光情報処理、光応用計測制御分野に使用される
波長変換素子の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】誘電体の分極を強制的に反転させる分極
反転は誘電体に周期的な分極反転層を形成することによ
り表面弾性波を利用した光周波数変調器や非線形分極の
分極反転を利用した波長変換素子などに利用される。特
に非線形光学物質の非線形分極を周期的に反転すること
が可能になれば非常に変換効率の高い第二高調波発生素
子を作製することができる。これによって半導体レーザ
などの光を変換すると小型の短波長光源が実現でき、印
刷、光情報処理、光応用計測制御分野などに応用できる
ため盛んに研究が行われている。
反転は誘電体に周期的な分極反転層を形成することによ
り表面弾性波を利用した光周波数変調器や非線形分極の
分極反転を利用した波長変換素子などに利用される。特
に非線形光学物質の非線形分極を周期的に反転すること
が可能になれば非常に変換効率の高い第二高調波発生素
子を作製することができる。これによって半導体レーザ
などの光を変換すると小型の短波長光源が実現でき、印
刷、光情報処理、光応用計測制御分野などに応用できる
ため盛んに研究が行われている。
【０００３】このような分極反転を利用した従来の波長
変換素子の製造方法としては、例えばLiNbO3基板表面に
周期的な分極反転層を形成して波長変換素子を製造する
方法がある。これは図７に示すようにLiNbO3基板100表
面に周期的Ti膜101を形成し、Tiを基板に拡散すること
により、LiNbO3基板100に周期的な分極反転層102を形成
し、この周期的な分極反転層102を横切るように光導波
路103を形成して波長変換素子を製造する方法である。
変換素子の製造方法としては、例えばLiNbO3基板表面に
周期的な分極反転層を形成して波長変換素子を製造する
方法がある。これは図７に示すようにLiNbO3基板100表
面に周期的Ti膜101を形成し、Tiを基板に拡散すること
により、LiNbO3基板100に周期的な分極反転層102を形成
し、この周期的な分極反転層102を横切るように光導波
路103を形成して波長変換素子を製造する方法である。
【０００４】またLiTaO3結晶によって、波長変換素子を
作製する方法として、従来の波長変換素子製造方法を示
す。例えば、（アプライドフィジィックスレター（App
l.Phys.Lett.）1990年56号P1535の）Kiyoshi Nakamura
氏による波長変換素子製造方法がある。図７はこの従来
の波長変換素子製造方法の工程図である。図７において
２１はLiTaO3基板、２２はプロトン交換層、２３は分極
反転層である。製造方法は、図８（ｂ）LiTaO3基板を59
0℃の安息香酸中で熱処理しプロトン交換層を形成す
る。（ｃ）LiTaO3基板をキュリー温度（600℃）近傍の5
70℃〜590℃で熱処理するとLiTaO3基板の−Ｃ面表面に
分極の反転した層が形成されるという波長変換素子製造
方法である。
作製する方法として、従来の波長変換素子製造方法を示
す。例えば、（アプライドフィジィックスレター（App
l.Phys.Lett.）1990年56号P1535の）Kiyoshi Nakamura
氏による波長変換素子製造方法がある。図７はこの従来
の波長変換素子製造方法の工程図である。図７において
２１はLiTaO3基板、２２はプロトン交換層、２３は分極
反転層である。製造方法は、図８（ｂ）LiTaO3基板を59
0℃の安息香酸中で熱処理しプロトン交換層を形成す
る。（ｃ）LiTaO3基板をキュリー温度（600℃）近傍の5
70℃〜590℃で熱処理するとLiTaO3基板の−Ｃ面表面に
分極の反転した層が形成されるという波長変換素子製造
方法である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】LiNbO3結晶には光損傷
という問題があり、光のパワー密度を上げるのが困難な
ため変換効率の高い波長変換素子を製造するのが難しい
という問題があり、LiNbO3結晶に結晶構造が類似してお
り、かつ高い非線形性を有し、さらに光損傷にも強いLi
TaO3結晶に分極反転を形成して波長変換素子を製造する
研究が行われている。またLiTaO3結晶は光学特性に優れ
ており、かつ結晶育成時の不純物の混入が少なくLiNbO3
に比べ結晶性に優れているため光損傷やＤＣドリフトに
おいて優れた特性を有し光ICデバイス用の光学材料とし
て有用な材料である。しかしながら、上記のような方法
ではスラブ状の反転層は形成できても、LiTaO3結晶に周
期的な分極反転層を形成することができないという問題
があった。さらに周期的な分極反転層により高効率の波
長変換素子を形成するには、数μｍの周期と光の波長以
上の深さの分極反転層が必要であるという問題があっ
た。
という問題があり、光のパワー密度を上げるのが困難な
ため変換効率の高い波長変換素子を製造するのが難しい
という問題があり、LiNbO3結晶に結晶構造が類似してお
り、かつ高い非線形性を有し、さらに光損傷にも強いLi
TaO3結晶に分極反転を形成して波長変換素子を製造する
研究が行われている。またLiTaO3結晶は光学特性に優れ
ており、かつ結晶育成時の不純物の混入が少なくLiNbO3
に比べ結晶性に優れているため光損傷やＤＣドリフトに
おいて優れた特性を有し光ICデバイス用の光学材料とし
て有用な材料である。しかしながら、上記のような方法
ではスラブ状の反転層は形成できても、LiTaO3結晶に周
期的な分極反転層を形成することができないという問題
があった。さらに周期的な分極反転層により高効率の波
長変換素子を形成するには、数μｍの周期と光の波長以
上の深さの分極反転層が必要であるという問題があっ
た。
【０００６】本発明は上記課題を解決するもので、LiTa
O3結晶による周期的な分極反転を形成し、数μｍという
短周期で、かつ深い分極反転層を形成することにより、
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
を目的とする。
O3結晶による周期的な分極反転を形成し、数μｍという
短周期で、かつ深い分極反転層を形成することにより、
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
を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
め、Ｃ板（結晶のＣ軸に垂直な面で切り出した基板）の
LiTaO3基板の＋Ｃ表面にストライプ状の電極パターンを
形成する工程と、前記LiTaO3基板の裏面に電極を形成す
る工程と、前記ストライプ状の電極パターンと、前記Li
TaO3基板の裏面に形成した電極の間に電界を印加し、同
時に前記LiTaO3基板をLiTaO3のキュリー温度以下で加熱
する工程とを有する波長変換素子の製造方法とするもの
である。
め、Ｃ板（結晶のＣ軸に垂直な面で切り出した基板）の
LiTaO3基板の＋Ｃ表面にストライプ状の電極パターンを
形成する工程と、前記LiTaO3基板の裏面に電極を形成す
る工程と、前記ストライプ状の電極パターンと、前記Li
TaO3基板の裏面に形成した電極の間に電界を印加し、同
時に前記LiTaO3基板をLiTaO3のキュリー温度以下で加熱
する工程とを有する波長変換素子の製造方法とするもの
である。
【０００８】またＣ板（結晶のＣ軸に垂直な面）のLiTa
O3基板の−Ｃ面表面にストライプ状のマスクを形成する
工程と、前記LiTaO3基板本体をプロトン交換処理して、
非マスク部分から前記LiTaO3基板内のLiとH+イオンを交
換しプロトン交換層を形成する工程と、前記LiTaO3基板
表面に形成したストライプ状のマスクを除去する工程
と、前記LiTaO3基板の表面と裏面に電極を形成する工程
と、前記LiTaO3基板の表裏の電極間に電界を印加し同時
にLiTaO3のキュリー温度以下で加熱する分極反転処理工
程とを有する波長変換素子製造方法とするものである。
O3基板の−Ｃ面表面にストライプ状のマスクを形成する
工程と、前記LiTaO3基板本体をプロトン交換処理して、
非マスク部分から前記LiTaO3基板内のLiとH+イオンを交
換しプロトン交換層を形成する工程と、前記LiTaO3基板
表面に形成したストライプ状のマスクを除去する工程
と、前記LiTaO3基板の表面と裏面に電極を形成する工程
と、前記LiTaO3基板の表裏の電極間に電界を印加し同時
にLiTaO3のキュリー温度以下で加熱する分極反転処理工
程とを有する波長変換素子製造方法とするものである。
【０００９】
【作用】本発明は前述した方法により、LiTaO3結晶基板
をキュリー点近傍で加熱することにより基板の分極はラ
ンダムになり、この状態で電界を印加することによりLi
TaO3結晶の分極を周期的に反転させる。これによって波
長変換素子を作製できる。
をキュリー点近傍で加熱することにより基板の分極はラ
ンダムになり、この状態で電界を印加することによりLi
TaO3結晶の分極を周期的に反転させる。これによって波
長変換素子を作製できる。
【００１０】また本発明は前述した方法によりLiTaO3結
晶にプロトン交換処理を部分的に施すと、プロトン交換
層はキュリー点が基板より低くなるため、プロトン交換
層のキュリー点より高く基板のより低い温度で熱処理す
ることにより、プロトン交換層の分極だけをランダムに
できる。そこで電界を印加してプロトン交換層の分極だ
けを反転させる。そうすれば、プロトン交換層の横方向
の広がりを電界により制限し、同時に熱処理が行えるた
め、周期的な分極反転層が深さ方向により深く形成さ
れ、かつ分極反転層の横方向広がりが低減できる。この
ため、深くかつ短周期の分極反転を形成できる。
晶にプロトン交換処理を部分的に施すと、プロトン交換
層はキュリー点が基板より低くなるため、プロトン交換
層のキュリー点より高く基板のより低い温度で熱処理す
ることにより、プロトン交換層の分極だけをランダムに
できる。そこで電界を印加してプロトン交換層の分極だ
けを反転させる。そうすれば、プロトン交換層の横方向
の広がりを電界により制限し、同時に熱処理が行えるた
め、周期的な分極反転層が深さ方向により深く形成さ
れ、かつ分極反転層の横方向広がりが低減できる。この
ため、深くかつ短周期の分極反転を形成できる。
【００１１】以上の結果、従来実現していなかった、Li
TaO3結晶による周期的な分極反転を形成し、数μｍとい
う短周期で、かつ深い分極反転層を形成することによ
り、変換効率の高い波長変換素子を製造することができ
る。
TaO3結晶による周期的な分極反転を形成し、数μｍとい
う短周期で、かつ深い分極反転層を形成することによ
り、変換効率の高い波長変換素子を製造することができ
る。
【００１２】
【実施例】図１は、第１の実施例における波長変換素子
製造方法の工程図を示すものである。図１において、１
はLiTaO3基板、２はストライプ状の電極、３は電極、４
は分極反転層である。以上のように構成された第１実施
例の波長変換素子製造方法について、以下その製造方法
を説明する。図１（ａ）＋Ｃ板のLiTaO3基板１上にスパ
ッタリング法によりTa膜を形成する。（ｂ）Ta膜上にレ
ジストを塗布した後、フォトリソグラフィ法により４μ
ｍ周期ごとに幅２μｍのストライプを１０ｍｍに渡って
基板のＹ伝搬方向に形成する。この周期はLiTaO3におけ
る波長0.8μｍの基本波と波長0.4μｍの第２高調波の位
相整合条件より決定した。位相整合条件とは、高調波出
力が 最も大きくなる周期の長さであり、基板の材質固
有の屈折率と、基本波、高調波の波長によって一義的に
決まる距離である。つぎにＣＦ4雰囲気中でドライエッ
チングを行いストライプ状の電極２を形成する。（ｃ）
LiTaO3基板の裏面にも平面電極を設け、ストライプ電極
と平面電極間に直流電界を印加しながら恒温漕中で熱処
理を行った。用いたLiTaO3基板のキュリー点が６１０℃
であったので、熱処理の温度は６００℃で行った。熱処
理は電極の酸化を防止するため窒素中で行った。ここで
の熱処理とは、LiTaO3結晶をキュリー温度近くまで温度
を上げて、一定方向にそろっている結晶の分極を部分的
に反転させる処理である。（ｄ）電極を除去する。作製
した周期的分極反転層は深さ０．５μｍであった。周期
的分極反転層に直交するように基板表面にプロトン交換
導波路を形成し波長変換素子を作製した。
製造方法の工程図を示すものである。図１において、１
はLiTaO3基板、２はストライプ状の電極、３は電極、４
は分極反転層である。以上のように構成された第１実施
例の波長変換素子製造方法について、以下その製造方法
を説明する。図１（ａ）＋Ｃ板のLiTaO3基板１上にスパ
ッタリング法によりTa膜を形成する。（ｂ）Ta膜上にレ
ジストを塗布した後、フォトリソグラフィ法により４μ
ｍ周期ごとに幅２μｍのストライプを１０ｍｍに渡って
基板のＹ伝搬方向に形成する。この周期はLiTaO3におけ
る波長0.8μｍの基本波と波長0.4μｍの第２高調波の位
相整合条件より決定した。位相整合条件とは、高調波出
力が 最も大きくなる周期の長さであり、基板の材質固
有の屈折率と、基本波、高調波の波長によって一義的に
決まる距離である。つぎにＣＦ4雰囲気中でドライエッ
チングを行いストライプ状の電極２を形成する。（ｃ）
LiTaO3基板の裏面にも平面電極を設け、ストライプ電極
と平面電極間に直流電界を印加しながら恒温漕中で熱処
理を行った。用いたLiTaO3基板のキュリー点が６１０℃
であったので、熱処理の温度は６００℃で行った。熱処
理は電極の酸化を防止するため窒素中で行った。ここで
の熱処理とは、LiTaO3結晶をキュリー温度近くまで温度
を上げて、一定方向にそろっている結晶の分極を部分的
に反転させる処理である。（ｄ）電極を除去する。作製
した周期的分極反転層は深さ０．５μｍであった。周期
的分極反転層に直交するように基板表面にプロトン交換
導波路を形成し波長変換素子を作製した。
【００１３】図２に実施例１で製造した波長変換素子の
構成斜視図を示す。１はLiTaO3基板、４は分極反転層、
５はプロトン交換導波路、６は波長８００ｎｍの基本
波、７は波長４００ｎｍの第２高調波である。プロトン
交換導波路は幅２μｍ深さ１μｍである。波長８００ｎ
ｍ、出力４０ｍＷの半導体レーザの光６を集光光学系に
より集光し作製した波長変換素子に入射した。導波路よ
り、出射される基本波及び第二高調波７をレンズでコリ
メートしパワーメータで測定した。その結果、波長４０
０ｎｍの第二高調波の出力は０．１ｍＷであり分極反転
による位相整合がとれていない場合の１０００倍以上に
なり高い変換効率が得られた。さらに基本光のパワーを
増大させて２００ｍＷまで導波させたが光損傷による変
動は観測されなかった。以上の結果安定で高効率の出力
が得られた。
構成斜視図を示す。１はLiTaO3基板、４は分極反転層、
５はプロトン交換導波路、６は波長８００ｎｍの基本
波、７は波長４００ｎｍの第２高調波である。プロトン
交換導波路は幅２μｍ深さ１μｍである。波長８００ｎ
ｍ、出力４０ｍＷの半導体レーザの光６を集光光学系に
より集光し作製した波長変換素子に入射した。導波路よ
り、出射される基本波及び第二高調波７をレンズでコリ
メートしパワーメータで測定した。その結果、波長４０
０ｎｍの第二高調波の出力は０．１ｍＷであり分極反転
による位相整合がとれていない場合の１０００倍以上に
なり高い変換効率が得られた。さらに基本光のパワーを
増大させて２００ｍＷまで導波させたが光損傷による変
動は観測されなかった。以上の結果安定で高効率の出力
が得られた。
【００１４】なお、本実施例では分極反転層の作製方向
をＹ伝搬方向としたがＸ伝搬方向でも同様な素子が作製
できる。また、本実施例では基板にLiTaO3基板を用いた
が他にMgOをドープしたLiTaO3基板でも同様な素子が作
製できる。
をＹ伝搬方向としたがＸ伝搬方向でも同様な素子が作製
できる。また、本実施例では基板にLiTaO3基板を用いた
が他にMgOをドープしたLiTaO3基板でも同様な素子が作
製できる。
【００１５】また図３は、第２の実施例における波長変
換素子製造方法の工程図を示すものである。図３におい
て、１はLiTaO3基板、８はストライプ状のＴａマスク、
９はプロトン交換層、１０，１１は白金の電極、１２は
分極反転層である。以上のように構成された第２実施例
の波長変換素子製造方法について、以下その製造方法を
説明する。図３（ａ）−Ｃ板のLiTaO3基板１上にスパッ
タリング法によりTa膜を形成する。（ｂ）Ta膜上にレジ
ストを塗布した後、フォトリソグラフィ法により４μｍ
周期ごとに幅２μｍのストライプを１０ｍｍに渡って基
板のＹ伝搬方向に形成する。この周期はLiTaO3における
波長0.8μｍの基本波と波長0.4μｍの第２高調波の位相
整合条件より決定した。つぎにＣＦ4雰囲気中でドライ
エッチングを行いストライプ状のマスクパターン８を形
成する。（ｃ）２６０℃のピロ燐酸中で２０分間熱処理
し、プロトン交換層９を形成する。ピロ燐酸は解離度が
高く、かつ沸点が高いため、高温処理により、深いプロ
トン交換層が短時間で形成でき、作製の効率がよい、ま
たプロトン交換の交換率が高いため、プロトン交換層の
キュリー点低下が大きくかつ、均一なプロトン交換層が
形成できる。（ｄ）TaマスクをＨＦで除去する。（ｅ）
LiTaO3基板の表面と裏面に白金の電極を設ける。（ｆ）
基板の表裏の平面電極間に直流電界を印加しながら恒温
漕中で熱処理を行った。用いたLiTaO3基板のキュリー点
が６１０℃であったので、熱処理の温度は６００℃で１
分間行った。このときプロトン交換層のキュリー点は基
板より低く、分極反転層の形成は４６０℃〜６００℃の
間で可能であった。４５０℃以下または６００℃以上で
は周期的な反転層の形成は不可能であった。これは４６
０℃以下ではプロトン交換層がキュリー点に達しないた
め分極の反転が起こらないためである。また６１０℃以
上ではプロトン交換層のみならず基板自体がキュリー点
に達するため基板全面が分極反転が発生し、周期的な分
極反転が消滅するためである。作製した周期的分極反転
層１２は深さ０．８μｍであった。周期的分極反転層に
直交するように基板表面にプロトン交換導波路を形成し
図２と同様な波長変換素子を作製した。プロトン交換導
波路は幅２μｍ深さ１μｍである。波長８００ｎｍ、出
力４０ｍＷの半導体レーザの光６を集光光学系により集
光し作製した波長変換素子に入射した。導波路より、出
射される基本波及び第二高調波をレンズでコリメートし
パワーメータで測定した。その結果、７の波長４００ｎ
ｍの第二高調波の出力は０．２ｍＷであり従来の２倍の
高効率の変換が可能となった。
換素子製造方法の工程図を示すものである。図３におい
て、１はLiTaO3基板、８はストライプ状のＴａマスク、
９はプロトン交換層、１０，１１は白金の電極、１２は
分極反転層である。以上のように構成された第２実施例
の波長変換素子製造方法について、以下その製造方法を
説明する。図３（ａ）−Ｃ板のLiTaO3基板１上にスパッ
タリング法によりTa膜を形成する。（ｂ）Ta膜上にレジ
ストを塗布した後、フォトリソグラフィ法により４μｍ
周期ごとに幅２μｍのストライプを１０ｍｍに渡って基
板のＹ伝搬方向に形成する。この周期はLiTaO3における
波長0.8μｍの基本波と波長0.4μｍの第２高調波の位相
整合条件より決定した。つぎにＣＦ4雰囲気中でドライ
エッチングを行いストライプ状のマスクパターン８を形
成する。（ｃ）２６０℃のピロ燐酸中で２０分間熱処理
し、プロトン交換層９を形成する。ピロ燐酸は解離度が
高く、かつ沸点が高いため、高温処理により、深いプロ
トン交換層が短時間で形成でき、作製の効率がよい、ま
たプロトン交換の交換率が高いため、プロトン交換層の
キュリー点低下が大きくかつ、均一なプロトン交換層が
形成できる。（ｄ）TaマスクをＨＦで除去する。（ｅ）
LiTaO3基板の表面と裏面に白金の電極を設ける。（ｆ）
基板の表裏の平面電極間に直流電界を印加しながら恒温
漕中で熱処理を行った。用いたLiTaO3基板のキュリー点
が６１０℃であったので、熱処理の温度は６００℃で１
分間行った。このときプロトン交換層のキュリー点は基
板より低く、分極反転層の形成は４６０℃〜６００℃の
間で可能であった。４５０℃以下または６００℃以上で
は周期的な反転層の形成は不可能であった。これは４６
０℃以下ではプロトン交換層がキュリー点に達しないた
め分極の反転が起こらないためである。また６１０℃以
上ではプロトン交換層のみならず基板自体がキュリー点
に達するため基板全面が分極反転が発生し、周期的な分
極反転が消滅するためである。作製した周期的分極反転
層１２は深さ０．８μｍであった。周期的分極反転層に
直交するように基板表面にプロトン交換導波路を形成し
図２と同様な波長変換素子を作製した。プロトン交換導
波路は幅２μｍ深さ１μｍである。波長８００ｎｍ、出
力４０ｍＷの半導体レーザの光６を集光光学系により集
光し作製した波長変換素子に入射した。導波路より、出
射される基本波及び第二高調波をレンズでコリメートし
パワーメータで測定した。その結果、７の波長４００ｎ
ｍの第二高調波の出力は０．２ｍＷであり従来の２倍の
高効率の変換が可能となった。
【００１６】なお、本実施例では電界の印加に平面電極
を用いたが、図４に示すように分極反転層を形成しよう
とするところだけにストライプ状の電極１３を用いる
と、局部電界がプロトン交換部分のみに選択的に印加さ
れる。これによってより深い、分極反転層１２が形成さ
れた、周期４μｍで反転層深さ１μｍとなり、同様な第
２高調波の発生実験を行ったところ０．３ｍＷの出力が
得られ非常に高い効率の変換が可能になった。さらに選
択的に電界を印加することにより、分極反転の周期の短
周期化が可能になり、従来４μｍの周期しかできなかっ
たが、局部電界の印加により、周期３μｍ深さ０．８μ
ｍの分極反転層の作製が可能になり、これによって波長
０．７６μｍの半導体レーザの光を変換したところ、
０．２ｍＷの第２高調波出力が得られ短波長化も可能に
なった。
を用いたが、図４に示すように分極反転層を形成しよう
とするところだけにストライプ状の電極１３を用いる
と、局部電界がプロトン交換部分のみに選択的に印加さ
れる。これによってより深い、分極反転層１２が形成さ
れた、周期４μｍで反転層深さ１μｍとなり、同様な第
２高調波の発生実験を行ったところ０．３ｍＷの出力が
得られ非常に高い効率の変換が可能になった。さらに選
択的に電界を印加することにより、分極反転の周期の短
周期化が可能になり、従来４μｍの周期しかできなかっ
たが、局部電界の印加により、周期３μｍ深さ０．８μ
ｍの分極反転層の作製が可能になり、これによって波長
０．７６μｍの半導体レーザの光を変換したところ、
０．２ｍＷの第２高調波出力が得られ短波長化も可能に
なった。
【００１７】なお、本実施例では電界の印加に平面電極
を用いたが、図５に示すように櫛形の電極１４，１５を
２つ交互に並べ、一方の電極をプロトン交換層の直上に
形成すると、局部電界がプロトン交換部分９のみに選択
的に印加され、かつ電極間距離が非常に短いためる高い
電界が印加されるこれによって、形成された分極反転層
は周期４μｍで深さ１．５μｍ、と平面電極で形成した
場合に比べ約２倍になった。この反転層をもちいて波長
変換素子を作製すると波長０．８μｍ、４０ｍＷの半導
体レーザの光を入射すると１ｍＷの第二高調波（波長
０．４μｍ）が得られ平面電極で形成した波長変換素子
の約５倍という非常に高い変換効率が得られた。
を用いたが、図５に示すように櫛形の電極１４，１５を
２つ交互に並べ、一方の電極をプロトン交換層の直上に
形成すると、局部電界がプロトン交換部分９のみに選択
的に印加され、かつ電極間距離が非常に短いためる高い
電界が印加されるこれによって、形成された分極反転層
は周期４μｍで深さ１．５μｍ、と平面電極で形成した
場合に比べ約２倍になった。この反転層をもちいて波長
変換素子を作製すると波長０．８μｍ、４０ｍＷの半導
体レーザの光を入射すると１ｍＷの第二高調波（波長
０．４μｍ）が得られ平面電極で形成した波長変換素子
の約５倍という非常に高い変換効率が得られた。
【００１８】なお、本実施例では分極反転層の作製方向
をＹ伝搬方向としたがＸ伝搬方向でも同様な素子が作製
できる。また、本実施例では、イオン交換にピロ燐酸を
用いたが、他に燐酸、安息香酸、硝酸、塩酸、硫酸、な
ども用いることができる。
をＹ伝搬方向としたがＸ伝搬方向でも同様な素子が作製
できる。また、本実施例では、イオン交換にピロ燐酸を
用いたが、他に燐酸、安息香酸、硝酸、塩酸、硫酸、な
ども用いることができる。
【００１９】なお、本実施例では耐イオン化のマスクと
して、Ｔａ膜を用いたが、他にTa2O 5、Ptなど耐酸性を
有する膜なら用いることができる。さらに、本実施例で
は、基板として、LiTaO3を用いたが、他にMgOをドーピ
ングした、LiTaO3基板でも用いることができる。
して、Ｔａ膜を用いたが、他にTa2O 5、Ptなど耐酸性を
有する膜なら用いることができる。さらに、本実施例で
は、基板として、LiTaO3を用いたが、他にMgOをドーピ
ングした、LiTaO3基板でも用いることができる。
【００２０】図６に示すように、Ｘ板のLiTaO3結晶上の
表面に高さ１μｍ幅２μｍの凸型のストライプをＹ軸方
向に形成する形成し、ストライプの両側面に周期的な電
極１６，１７を形成する。この電極に２Ｖの電界を印加
しながら６００℃で１０分間加熱したところ、C軸方向
を向いている分極を周期的に-C方向に反転させた。この
方法によって凸型のストライプにおいて最低周期２μｍ
の周期的な分極反転層を形成できた。さらにストライプ
の両端面を研磨することにより、これを導波路とし波長
変換素子を作製した。作製した波長変換素子に波長６８
０ｎｍの半導体レーザの光２０ｍＷを入射したところ、
波長３４０ｎｍのＳＨＧ出力が０．１ｍＷ発生し高出力
で短波長の波長変換素子が作製できた。これによって、
従来分極反転が作製できなかった。Ｘ板またはＹ板のLi
TaO3結晶を用いて波長変換素子が構成できる。また凸型
の両側面から電界を印加するため、電界密度を上げるこ
とができ、低電圧で分極反転が形成できる。さらに側面
からの電界印加によって分極反転を形成するため、短周
期で深いの反転層が形成でき高効率でかつ短波長の波長
変換素子が構成できる。
表面に高さ１μｍ幅２μｍの凸型のストライプをＹ軸方
向に形成する形成し、ストライプの両側面に周期的な電
極１６，１７を形成する。この電極に２Ｖの電界を印加
しながら６００℃で１０分間加熱したところ、C軸方向
を向いている分極を周期的に-C方向に反転させた。この
方法によって凸型のストライプにおいて最低周期２μｍ
の周期的な分極反転層を形成できた。さらにストライプ
の両端面を研磨することにより、これを導波路とし波長
変換素子を作製した。作製した波長変換素子に波長６８
０ｎｍの半導体レーザの光２０ｍＷを入射したところ、
波長３４０ｎｍのＳＨＧ出力が０．１ｍＷ発生し高出力
で短波長の波長変換素子が作製できた。これによって、
従来分極反転が作製できなかった。Ｘ板またはＹ板のLi
TaO3結晶を用いて波長変換素子が構成できる。また凸型
の両側面から電界を印加するため、電界密度を上げるこ
とができ、低電圧で分極反転が形成できる。さらに側面
からの電界印加によって分極反転を形成するため、短周
期で深いの反転層が形成でき高効率でかつ短波長の波長
変換素子が構成できる。
【００２１】なお、本実施例ではＸ板のLiTaO3結晶を用
いたがＹ板のLiTaO3結晶でも同様な素子が作製できる、
但しその場合は凸型のストライプはＸ軸伝搬となる。
いたがＹ板のLiTaO3結晶でも同様な素子が作製できる、
但しその場合は凸型のストライプはＸ軸伝搬となる。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように、LiTaO3結晶にスト
ライプ状の電極を形成し電界を印加しながら同時にキュ
リー点近傍で熱処理することにより、LiTaO3結晶の分極
を周期的に反転させる。これによって周期的な分極反転
層の形成が可能になり光導波路と組み合わせることによ
り波長変換素子を作製できる。以上の結果、従来実現し
ていなかった、LiTaO3結晶による周期的な分極反転を形
成し、かつ耐光損傷性に優れるLiTaO3結晶により高出力
の波長変換素子を製造することができ、その実用効果は
大きい。
ライプ状の電極を形成し電界を印加しながら同時にキュ
リー点近傍で熱処理することにより、LiTaO3結晶の分極
を周期的に反転させる。これによって周期的な分極反転
層の形成が可能になり光導波路と組み合わせることによ
り波長変換素子を作製できる。以上の結果、従来実現し
ていなかった、LiTaO3結晶による周期的な分極反転を形
成し、かつ耐光損傷性に優れるLiTaO3結晶により高出力
の波長変換素子を製造することができ、その実用効果は
大きい。
【００２３】またLiTaO3結晶にプロトン交換処理を部分
的に施した後、電界を印加し、同時にキュリー温度以下
かつキュリー温度近傍で加熱するすことにより、プロト
ン交換層の横方向の広がりを電界により制限し、同時に
熱処理が行えるため、周期的な分極反転層が深さ方向に
より深く形成され、かつ分極反転層の横方向広がりが低
減できる。以上の結果、従来実現していなかったLiTaO3
結晶を用いて、深くかつ短周期の分極反転を形成でき
る。この周期的な分極反転によって波長変換素子を形成
すると高効率の変換が可能になり、かつ耐光損傷性に優
れるLiTaO3結晶により高出力の波長変換素子を製造する
ことができ、その実用効果は大きい。
的に施した後、電界を印加し、同時にキュリー温度以下
かつキュリー温度近傍で加熱するすことにより、プロト
ン交換層の横方向の広がりを電界により制限し、同時に
熱処理が行えるため、周期的な分極反転層が深さ方向に
より深く形成され、かつ分極反転層の横方向広がりが低
減できる。以上の結果、従来実現していなかったLiTaO3
結晶を用いて、深くかつ短周期の分極反転を形成でき
る。この周期的な分極反転によって波長変換素子を形成
すると高効率の変換が可能になり、かつ耐光損傷性に優
れるLiTaO3結晶により高出力の波長変換素子を製造する
ことができ、その実用効果は大きい。
【図１】本発明の実施例の波長変換素子製造方法の工程
断面図である。
断面図である。
【図２】波長変換素子の構成斜視図である。
【図３】波長変換素子製造方法の工程断面図である。
【図４】波長変換素子製造方法の斜視図である。
【図５】波長変換素子製造方法の斜視図である。
【図６】波長変換素子製造方法の斜視図である。
【図７】従来の波長変換素子製造方法の工程断面図であ
る。
る。
【図８】従来の波長変換素子製造方法の工程断面図であ
る。
る。
１ LiTaO3基板 ２ ストライプ状の電極 ３ 電極 ４ 分極反転層 ５ プロトン交換光導波路 ６ 基本波 ７ 第二高調波 ８ Ｔａマスク出射部 ９ プロトン交換層 １０ 電極 １１ 電極 １２ 分極反転層 １３ ストライプ状の電極 １４ 櫛形電極 １５ 櫛形電極 １６ 電極 １７ 電極 １８ 凸型のストライプ ２１ LiTaO3基板 ２２ プロトン交換層 ２３ 分極反転層 ３１ LiTa3基板
Claims (5)
- 【請求項１】 Ｃ板（結晶のＣ軸に垂直な面で切り出し
た基板）のLiTaO3基板の＋Ｃ表面にストライプ状の電極
パターンを形成する工程と、前記LiTaO3基板の裏面に電
極を形成する工程と、前記ストライプ状の電極パターン
と、前記LiTaO3基板の裏面に形成した電極の間に電界を
印加し、同時に前記LiTaO3基板をLiTaO3のキュリー温度
以下で加熱する工程とを有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】 Ｃ板のLiTaO3基板の表面にストライプ状
のマスクを形成する工程と、前記LiTaO3基板本体をプロ
トン交換処理して、非マスク部分から前記LiTaO3基板内
のLiとH+イオンを交換しプロトン交換層を形成する工程
と、前記LiTaO3基板表面に形成したストライプ状のマス
クを除去する工程と、前記LiTaO3基板の表面と裏面にそ
れぞれ平面電極を形成する工程と、前記平面電極間に電
界を印加し同時に前記LiTaO3基板をLiTaO3のキュリー温
度以下で加熱する分極反転処理工程とを有することを特
徴とする波長変換素子の製造方法。 - 【請求項３】 Ｃ板のLiTaO3基板の表面にストライプ状
のマスクを形成する工程と、前記LiTaO3基板本体をプロ
トン交換処理して、非マスク部分から前記LiTaO3基板内
のLiとH+イオンを交換してプロトン交換層を形成する工
程と、前記LiTaO3基板表面に形成したストライプ状のマ
スクを除去する工程と、前記プロトン交換層上面にのみ
電極を形成する工程と、前記LiTaO3基板の裏面に電極を
形成する工程と、前記LiTaO3基板の表裏の電極間に電界
を印加し同時に前記LiTaO3基板をLiTaO3のキュリー温度
以下で加熱する分極反転処理工程とを有することを特徴
とする波長変換素子の製造方法。 - 【請求項４】 Ｃ板のLiTaO3基板の表面にストライプ状
のマスクを形成する工程と、前記LiTaO3基板本体をプロ
トン交換処理して、非マスク部分から前記LiTaO3基板内
のLiとH+イオンを交換してプロトン交換層を形成する工
程と、前記LiTaO3基板表面に形成したストライプ状のマ
スクを除去する工程と、前記プロトン交換層直上に櫛形
電極を形成する工程と、前記櫛形電極に交差しない他の
櫛形電極を形成する工程と、前記両櫛形電極間に電界を
印加し、同時に前記LiTaO3基板をLiTaO3のキュリー温度
以下で加熱する分極反転処理工程とを有することを特徴
とする波長変換素子の製造方法。 - 【請求項５】 Ｘ板（結晶のＸ軸に垂直な面で切り出し
た基板）またはＹ板（結晶のＹ軸に垂直な面）のLiTaO3
基板の表面に凸型のストライプを形成する工程と、前記
ストライプの両側面に周期的な電極を形成する工程と、
前記電極間に電界を印加し、同時に前記LiTaO3基板をLi
TaO3のキュリー温度以下で加熱する分極反転処理工程と
を有す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 |
|---|---|---|---|
| JP3026055A JPH0812366B2 (ja) | 1991-02-20 | 1991-02-20 | 波長変換素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3026055A JPH0812366B2 (ja) | 1991-02-20 | 1991-02-20 | 波長変換素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04264534A JPH04264534A (ja) | 1992-09-21 |
| JPH0812366B2 true JPH0812366B2 (ja) | 1996-02-07 |
Family
ID=12183002
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3026055A Expired - Lifetime JPH0812366B2 (ja) | 1991-02-20 | 1991-02-20 | 波長変換素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0812366B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0699934B1 (en) * | 1994-08-31 | 2003-10-15 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method of manufacturing domain-inverted regions and an optical wavelength conversion device with the same |
| JPH08160480A (ja) * | 1994-12-09 | 1996-06-21 | Hewlett Packard Co <Hp> | 分極反転層の形成方法および波長変換素子の製造方法 |
-
1991
- 1991-02-20 JP JP3026055A patent/JPH0812366B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04264534A (ja) | 1992-09-21 |
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