JPH09127564A - 光デバイス - Google Patents
光デバイスInfo
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- JPH09127564A JPH09127564A JP28274395A JP28274395A JPH09127564A JP H09127564 A JPH09127564 A JP H09127564A JP 28274395 A JP28274395 A JP 28274395A JP 28274395 A JP28274395 A JP 28274395A JP H09127564 A JPH09127564 A JP H09127564A
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- periodic
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 きわめて簡便に第２高調波発生の波長設定調
整を精度よく行うことのできる光デバイスを提供するこ
と。 【解決手段】 強誘電体から成る基板３に、光を伝搬さ
せ且つ自発分極を交互に反転させた周期構造４を形成
し、周期構造４の繰り返される方向と光の伝搬方向とが
所定角度θ（０°＜θ＜９０°）を成すとともに、周期
構造の反転周期Λが下記式（Ａ）を満足することを特徴
とする。 Λ＝２π×ＣＯＳθ／（β（２ω）−２β（ω））
・・・ （Ａ） （ただし、ω，２ω：光の周波数，β：波数（周波数ω
もしくは２ωの関数））
整を精度よく行うことのできる光デバイスを提供するこ
と。 【解決手段】 強誘電体から成る基板３に、光を伝搬さ
せ且つ自発分極を交互に反転させた周期構造４を形成
し、周期構造４の繰り返される方向と光の伝搬方向とが
所定角度θ（０°＜θ＜９０°）を成すとともに、周期
構造の反転周期Λが下記式（Ａ）を満足することを特徴
とする。 Λ＝２π×ＣＯＳθ／（β（２ω）−２β（ω））
・・・ （Ａ） （ただし、ω，２ω：光の周波数，β：波数（周波数ω
もしくは２ωの関数））
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば高密度光記
録装置等のコヒーレント光を利用する光情報処理分野等
に用いられる光第２高調波発生素子（以下、ＳＨＧ素子
という）等の光デバイスに関するものである。
録装置等のコヒーレント光を利用する光情報処理分野等
に用いられる光第２高調波発生素子（以下、ＳＨＧ素子
という）等の光デバイスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその問題点】近年、青色発光半導体レー
ザーなどのように、光第２高調波発生（ＳＨＧ）を利用
したコヒーレントな青色光源の研究が盛んに行われてい
る。なかでも自発分極が交互に反転した、いわゆる周期
分極反転構造を備えた疑似位相整合型のＳＨＧ素子は、
高い変換効率が得られることから非常に注目されてい
る。
ザーなどのように、光第２高調波発生（ＳＨＧ）を利用
したコヒーレントな青色光源の研究が盛んに行われてい
る。なかでも自発分極が交互に反転した、いわゆる周期
分極反転構造を備えた疑似位相整合型のＳＨＧ素子は、
高い変換効率が得られることから非常に注目されてい
る。
【０００３】さらに、この疑似位相整合型のＳＨＧ素子
の要素技術である周期分極反転構造の作製方法として、
Ｔｉの拡散法、Ｌｉ2 Ｏの外拡散法、ＳｉＯ2 の装荷熱
処理法等が提案されている。特に、強誘電体基板の両主
面に所望の電極を形成し、直流電圧またはパルス状の電
圧を印加することにより、局所的に基板の分極方向を反
転させる直接電界印加法は、室温で微細かつ深い分極反
転構造が作製できることから注目されている（例えば、
M.Yamada et al.;Appl.Phys.Lett.62(5) P.435-436等を
参照）。
の要素技術である周期分極反転構造の作製方法として、
Ｔｉの拡散法、Ｌｉ2 Ｏの外拡散法、ＳｉＯ2 の装荷熱
処理法等が提案されている。特に、強誘電体基板の両主
面に所望の電極を形成し、直流電圧またはパルス状の電
圧を印加することにより、局所的に基板の分極方向を反
転させる直接電界印加法は、室温で微細かつ深い分極反
転構造が作製できることから注目されている（例えば、
M.Yamada et al.;Appl.Phys.Lett.62(5) P.435-436等を
参照）。
【０００４】ここで、疑似位相整合型のＳＨＧ素子は、
通常、発生させる高調波の整合波長の値を自発分極反転
の周期を変化させて設定している。例えば、図２に示す
ようにＳＨＧ素子Ｄの発生高調波１２の波長Γは、チャ
ンネル導波路１５内での基本波１１（周波数ω）に対す
る波数をβ（ω）、発生させる高調波（周波数２ω）に
対する波数をβ（２ω）、分極反転１４の反転周期をΛ
とすると、下記式（１）の関係を満足する（例えば、特
開平２−６３０２６号公報参照）。
通常、発生させる高調波の整合波長の値を自発分極反転
の周期を変化させて設定している。例えば、図２に示す
ようにＳＨＧ素子Ｄの発生高調波１２の波長Γは、チャ
ンネル導波路１５内での基本波１１（周波数ω）に対す
る波数をβ（ω）、発生させる高調波（周波数２ω）に
対する波数をβ（２ω）、分極反転１４の反転周期をΛ
とすると、下記式（１）の関係を満足する（例えば、特
開平２−６３０２６号公報参照）。
【０００５】 Γ＝β（２ω）−２β（ω）＝２π／Λ ・・・ （１） そして、自発分極反転の周期方向、すなわち、周期構造
が繰り返される方向とチャンネル光導波路の光伝搬軸と
が一致することが前提で、反転周期Λの値を設定し加工
することにより所望の波長Γを得るようにするのが一般
的であった。
が繰り返される方向とチャンネル光導波路の光伝搬軸と
が一致することが前提で、反転周期Λの値を設定し加工
することにより所望の波長Γを得るようにするのが一般
的であった。
【０００６】ところが、疑似位相整合等において原理的
に光の波長レベルの非常に短い長さを取り扱う場合、例
えば反転周期Λは数μm 前後、例えば約３μm 前後とき
わめて微細であり、安価な微細加工（ステッパー等を用
いずにマスクを用いた通常のフォトリソグラフィ技術に
よる形成方法）を想定するならば、高々±０．２μm程
度の精度しか出せず、疑似位相整合に要求される精度を
出すことが困難である。
に光の波長レベルの非常に短い長さを取り扱う場合、例
えば反転周期Λは数μm 前後、例えば約３μm 前後とき
わめて微細であり、安価な微細加工（ステッパー等を用
いずにマスクを用いた通常のフォトリソグラフィ技術に
よる形成方法）を想定するならば、高々±０．２μm程
度の精度しか出せず、疑似位相整合に要求される精度を
出すことが困難である。
【０００７】そして、これ以上の微細加工を行おうとす
れば、そのための製造装置が相当大がかりで煩雑とな
り、さらに、０．２μm の変化は高調波に換算して数ｎ
ｍの変化となるため、これ以下のオーダーでの波長設定
の調整はきわめて困難となり、良好な精度を出すことが
できない。にもかかわらず、光情報処理に応用するため
には少なくとも±１ｎｍ毎の波長設定を補償する必要が
あり、いっそう高精度が要求される。
れば、そのための製造装置が相当大がかりで煩雑とな
り、さらに、０．２μm の変化は高調波に換算して数ｎ
ｍの変化となるため、これ以下のオーダーでの波長設定
の調整はきわめて困難となり、良好な精度を出すことが
できない。にもかかわらず、光情報処理に応用するため
には少なくとも±１ｎｍ毎の波長設定を補償する必要が
あり、いっそう高精度が要求される。
【０００８】そこで、本発明は上記諸問題を克服し、き
わめて簡便に第２高調波発生の波長設定調整を精度よく
行うことのできる光デバイスを提供することを目的とす
る。
わめて簡便に第２高調波発生の波長設定調整を精度よく
行うことのできる光デバイスを提供することを目的とす
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成させるた
めに、本発明の光デバイスは、強誘電体から成る基板
に、光を伝搬させ且つ自発分極を交互に反転させた周期
構造を形成し、該周期構造の繰り返される方向と光の伝
搬方向とが所定角度θ（０°＜θ＜９０°）を成すとと
もに、周期構造の反転周期Λが下記式（Ａ）を満足する
ことを特徴とする。
めに、本発明の光デバイスは、強誘電体から成る基板
に、光を伝搬させ且つ自発分極を交互に反転させた周期
構造を形成し、該周期構造の繰り返される方向と光の伝
搬方向とが所定角度θ（０°＜θ＜９０°）を成すとと
もに、周期構造の反転周期Λが下記式（Ａ）を満足する
ことを特徴とする。
【００１０】 Λ＝２π×ＣＯＳθ／（β（２ω）−２β（ω）） ・・・ （Ａ） （ただし、ω，２ω：光の周波数，β：波数（周波数ω
もしくは２ωの関数）） また、基板がニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3 ），タン
タル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3 ），もしくはチタン酸リ
ン酸カリウム（ＫＴｉＯＰＯ4 ，いわゆるＫＴＰ）の単
結晶のＸ，Ｙ，もしくはＺカットのものを用いれば、優
れた光デバイスを提供することができる。特に、±Ｚ面
のニオブ酸リチウムやタンタル酸リチウムの単結晶基板
を用いると、分極反転や導波路が自在かつ容易に形成可
能であり、結晶面での特異性による設定角度の制限を受
けることも無いので最適である。
もしくは２ωの関数）） また、基板がニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3 ），タン
タル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3 ），もしくはチタン酸リ
ン酸カリウム（ＫＴｉＯＰＯ4 ，いわゆるＫＴＰ）の単
結晶のＸ，Ｙ，もしくはＺカットのものを用いれば、優
れた光デバイスを提供することができる。特に、±Ｚ面
のニオブ酸リチウムやタンタル酸リチウムの単結晶基板
を用いると、分極反転や導波路が自在かつ容易に形成可
能であり、結晶面での特異性による設定角度の制限を受
けることも無いので最適である。
【００１１】
【作用】上記構成の光デバイスによれば、分極反転の周
期構造が繰り返される方向と光伝搬方向とが０°より大
きく設定されるので、導波路に実質的に効いてくる周期
は０°よりわずかに長くなり、これに伴い疑似位相整合
する波長がわずかに長い方へシフトする。
期構造が繰り返される方向と光伝搬方向とが０°より大
きく設定されるので、導波路に実質的に効いてくる周期
は０°よりわずかに長くなり、これに伴い疑似位相整合
する波長がわずかに長い方へシフトする。
【００１２】これにより、特にチャンネル導波路の方向
を予め決定した上で、分極反転の周期方向（周期構造が
繰り返される方向）を回転させ確定するようにすれば、
予め設定された導波路方向も変えることなく、大がかり
な超微細加工も不要とし、きわめて簡便に精度良く波長
設定調整が可能となる。
を予め決定した上で、分極反転の周期方向（周期構造が
繰り返される方向）を回転させ確定するようにすれば、
予め設定された導波路方向も変えることなく、大がかり
な超微細加工も不要とし、きわめて簡便に精度良く波長
設定調整が可能となる。
【００１３】特に、基板材料として＋または−Ｚカット
のニオブ酸リチウムやタンタル酸リチウムの単結晶を用
いれば、分極反転や導波路が自在かつ容易に形成可能で
あり、結晶面での特異性による設定角度の制限を受ける
ことも無い。
のニオブ酸リチウムやタンタル酸リチウムの単結晶を用
いれば、分極反転や導波路が自在かつ容易に形成可能で
あり、結晶面での特異性による設定角度の制限を受ける
ことも無い。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明に係る
最適な実施例について説明する。図１に示すように、ま
ず単分域化した強誘電性の基板、例えばＺカットのニオ
ブ酸リチウム単結晶から成る０．２mm厚程度の基板３を
用意し、基板３の一方の主面、例えば＋Ｚ面に第１の金
属膜をリフトオフ法もしくはエッチング法により所望の
櫛状または梯子状の形状などにパターニングする。な
お、この金属膜の材料としては高価な白金等の耐熱性の
貴金属を使用する必要はなく、アルミニウム等の安価な
材料で充分である。一方、基板３の他方の主面（例えば
−Ｚ主面）には、一様に第２の金属膜を被着形成する。
最適な実施例について説明する。図１に示すように、ま
ず単分域化した強誘電性の基板、例えばＺカットのニオ
ブ酸リチウム単結晶から成る０．２mm厚程度の基板３を
用意し、基板３の一方の主面、例えば＋Ｚ面に第１の金
属膜をリフトオフ法もしくはエッチング法により所望の
櫛状または梯子状の形状などにパターニングする。な
お、この金属膜の材料としては高価な白金等の耐熱性の
貴金属を使用する必要はなく、アルミニウム等の安価な
材料で充分である。一方、基板３の他方の主面（例えば
−Ｚ主面）には、一様に第２の金属膜を被着形成する。
【００１５】このようにして基板３の両主面に電極用の
金属膜を被着形成した後に、真空中あるいはシリコーン
オイル等の絶縁油中において、第１及び第２の金属膜の
間に約２０ｋＶ／mm程度の電界をパルス状に印加し、自
発分極が交互に反転した周期構造である周期分極反転構
造４を形成する。
金属膜を被着形成した後に、真空中あるいはシリコーン
オイル等の絶縁油中において、第１及び第２の金属膜の
間に約２０ｋＶ／mm程度の電界をパルス状に印加し、自
発分極が交互に反転した周期構造である周期分極反転構
造４を形成する。
【００１６】そして、しかる後にエッチング法によりこ
れら第１及び第２の金属膜を除去し、例えば安息香酸等
を使用したプロトン交換法等によりチャンネル導波路５
を形成する。ここで、両端面の研磨処理と結晶性回復の
ためのアニール等を行うとよい。
れら第１及び第２の金属膜を除去し、例えば安息香酸等
を使用したプロトン交換法等によりチャンネル導波路５
を形成する。ここで、両端面の研磨処理と結晶性回復の
ためのアニール等を行うとよい。
【００１７】このようにしてＳＨＧ素子Ｄ１を完成させ
るが、このＳＨＧ素子Ｄ１は、Ｘ方向を周期分極反転構
造４の周期方向とし、この周期方向と光の伝搬方向（チ
ャンネル導波路５の長手方向）とは０°より大きく９０
°より小さい角度θを成す。このθは周期Λが数μm 程
度の場合は、０°＜θ＜４０°程度が精度よく波長設定
調整を行うことができる。
るが、このＳＨＧ素子Ｄ１は、Ｘ方向を周期分極反転構
造４の周期方向とし、この周期方向と光の伝搬方向（チ
ャンネル導波路５の長手方向）とは０°より大きく９０
°より小さい角度θを成す。このθは周期Λが数μm 程
度の場合は、０°＜θ＜４０°程度が精度よく波長設定
調整を行うことができる。
【００１８】なお、チャンネル導波路５はリッジ状であ
っても構わない。
っても構わない。
【００１９】ここで、図３に基づいて、周期分極反転構
造４の周期Λと、周期分極反転構造４の周期方向２１と
チャンネル導波路５の光伝搬方向２２との成す角度θと
を決定する方法について説明する。
造４の周期Λと、周期分極反転構造４の周期方向２１と
チャンネル導波路５の光伝搬方向２２との成す角度θと
を決定する方法について説明する。
【００２０】所望の高調波が得られる実効的な反転周期
をΛ’とすると、Λ’は下記式（２）を満足する。
をΛ’とすると、Λ’は下記式（２）を満足する。
【００２１】 Λ’＝２π／（β（２ω）−２β（ω）） ・・・ （２） （ただし、ω，２ω：伝搬させる光の周波数，β：波数
（周波数ωもしくは２ωの関数））。
（周波数ωもしくは２ωの関数））。
【００２２】次に、上記式（２）より、例えば反転周期
Λ’が３．０５μm と決定されれば、実際に作製する反
転周期Λを作製しやすい３μm に設定し、下記式（３）
を満足するようにθを決定する。
Λ’が３．０５μm と決定されれば、実際に作製する反
転周期Λを作製しやすい３μm に設定し、下記式（３）
を満足するようにθを決定する。
【００２３】 Λ’＝Λ／ＣＯＳθ ・・・ （３） すなわち、式（３）にΛ’＝３．０５，Λ＝３を代入し
て、θ＝１０．４°が得られる。また、式（２），
（３）より下記式（４）の関係を満足するので、実際に
作製する反転周期Λは式（４）から求めるようにすれば
よい。
て、θ＝１０．４°が得られる。また、式（２），
（３）より下記式（４）の関係を満足するので、実際に
作製する反転周期Λは式（４）から求めるようにすれば
よい。
【００２４】 Λ＝２π×ＣＯＳθ／（β（２ω）−２β（ω）） ・・・ （４） このようにして、精度の出せない０．０５μm 分のため
に、θ＝１０．４°となるようにチャンネル導波路５を
形成すれば、ＳＨＧ素子Ｄ１のチャンネル導波路５に入
射伝搬させる光の基本波１に対して、所望の波長を有し
た発生高調波２を得ることがきわめて容易となる。
に、θ＝１０．４°となるようにチャンネル導波路５を
形成すれば、ＳＨＧ素子Ｄ１のチャンネル導波路５に入
射伝搬させる光の基本波１に対して、所望の波長を有し
た発生高調波２を得ることがきわめて容易となる。
【００２５】なお、上記実施例では基板としてＺ面を主
面とするニオブ酸リチウムを用いた例について説明した
が、それ以外のＸ面やＹ面の面方位を有するものであっ
てもよい。また、Ｘ方向を周期分極反転構造の周期方向
としたが、上記実施例の場合において反転構造を得る最
適の方向であるが、これに限定されるものではない。ま
た、ニオブ酸リチウム以外に、例えばタンタル酸リチウ
ムやチタン酸リン酸カリウムを用いても同様に説明する
ことができる。なおまた、本実施例では＋Ｚ面に分極反
転構造を作製するようにしたが、−Ｘ面，−Ｙ面，−Ｚ
面等に分極反転構造を作製するようにしてもよい。
面とするニオブ酸リチウムを用いた例について説明した
が、それ以外のＸ面やＹ面の面方位を有するものであっ
てもよい。また、Ｘ方向を周期分極反転構造の周期方向
としたが、上記実施例の場合において反転構造を得る最
適の方向であるが、これに限定されるものではない。ま
た、ニオブ酸リチウム以外に、例えばタンタル酸リチウ
ムやチタン酸リン酸カリウムを用いても同様に説明する
ことができる。なおまた、本実施例では＋Ｚ面に分極反
転構造を作製するようにしたが、−Ｘ面，−Ｙ面，−Ｚ
面等に分極反転構造を作製するようにしてもよい。
【００２６】また、光デバイスとしてＳＨＧ素子以外に
例えば同様の位相整合条件を利用できる差周波発生ＤＦ
Ｇ（Difference Frequency Generation ）素子やその他
の波長変換素子に適用させることができる。
例えば同様の位相整合条件を利用できる差周波発生ＤＦ
Ｇ（Difference Frequency Generation ）素子やその他
の波長変換素子に適用させることができる。
【００２７】
【発明の効果】本発明の光デバイスの製造方法によれ
ば、例えば基板に形成したチャンネル導波路の方向を予
め決定した上で、分極反転の周期方向（周期構造が繰り
返される方向）を回転させ確定するようにすれば、予め
設定された導波路方向も変えることなく、大がかりな超
微細加工も不要とし、きわめて簡便に精度良く所望の波
長設定を行うことができる。
ば、例えば基板に形成したチャンネル導波路の方向を予
め決定した上で、分極反転の周期方向（周期構造が繰り
返される方向）を回転させ確定するようにすれば、予め
設定された導波路方向も変えることなく、大がかりな超
微細加工も不要とし、きわめて簡便に精度良く所望の波
長設定を行うことができる。
【００２８】特に、基板材料としてニオブ酸リチウムや
タンタル酸リチウム等の単結晶を用いれば、分極反転や
導波路が自在かつ容易に形成可能であり、結晶面での特
異性による設定角度の制限を受けることも無く、非常に
優れたＳＨＧ素子等の光デバイスを提供することができ
る。
タンタル酸リチウム等の単結晶を用いれば、分極反転や
導波路が自在かつ容易に形成可能であり、結晶面での特
異性による設定角度の制限を受けることも無く、非常に
優れたＳＨＧ素子等の光デバイスを提供することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る一実施例を説明する概略斜視図で
ある。
ある。
【図２】従来例を説明する概略斜視図である。
【図３】周期分極反転構造の反転周期Λと、周期分極反
転構造の周期方向とチャンネル導波路の光伝搬方向との
成す角度θとを決定する仕方についての説明図である。
転構造の周期方向とチャンネル導波路の光伝搬方向との
成す角度θとを決定する仕方についての説明図である。
３ ・・・ 基板 ４ ・・・ 周期分極反転構造 ５ ・・・ 導波路 Ｄ１・・・ ＳＨＧ素子
Claims (2)
- 【請求項１】 光を伝搬させる強誘電体から成る基板
に、自発分極を交互に反転させた周期構造を形成し、該
周期構造の繰り返される方向と光の伝搬方向とが所定角
度θ（０°＜θ＜９０°）を成すとともに、前記周期構
造の反転周期Λが下記式（Ａ）を満足することを特徴と
する光デバイス。 Λ＝２π×ＣＯＳθ／（β（２ω）−２β（ω）） ・・・ （Ａ） （ただし、ω，２ω：光の周波数、β：波数（周波数ω
もしくは２ωの関数）） - 【請求項２】 請求項１の光デバイスであって、前記基
板がニオブ酸リチウム，タンタル酸リチウム，もしくは
チタン酸リン酸カリウムの単結晶であることを特徴とす
る光デバイス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28274395A JPH09127564A (ja) | 1995-10-31 | 1995-10-31 | 光デバイス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28274395A JPH09127564A (ja) | 1995-10-31 | 1995-10-31 | 光デバイス |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09127564A true JPH09127564A (ja) | 1997-05-16 |
Family
ID=17656480
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28274395A Pending JPH09127564A (ja) | 1995-10-31 | 1995-10-31 | 光デバイス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09127564A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10989985B2 (en) | 2019-06-07 | 2021-04-27 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Wavelength converter |
-
1995
- 1995-10-31 JP JP28274395A patent/JPH09127564A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10989985B2 (en) | 2019-06-07 | 2021-04-27 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Wavelength converter |
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