JPH09179156A - 光導波路部品、第二高調波発生デバイスおよび光導波路部品の製造方法 - Google Patents
光導波路部品、第二高調波発生デバイスおよび光導波路部品の製造方法Info
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- JPH09179156A JPH09179156A JP34094995A JP34094995A JPH09179156A JP H09179156 A JPH09179156 A JP H09179156A JP 34094995 A JP34094995 A JP 34094995A JP 34094995 A JP34094995 A JP 34094995A JP H09179156 A JPH09179156 A JP H09179156A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】強誘電体光学単結晶基板上に周期分極反転構造
等を構成するのに際して、その耐光損傷性を向上させる
ことである。 【解決手段】光導波路部品は、単分域化されている強誘
電体光学単結晶基板1と、基板1上にエピタキシャル成
長した少なくとも一層の強誘電体光学単結晶膜9とを備
える。基板1の主面1dに、交互に隣接する第一の傾斜
面4Aと第二の傾斜面4Bとの繰り返し単位31からな
る周期的構造を形成する。第一の傾斜面4Aの法線6A
の分極軸2に平行な方向の成分が負となり、かつ第二の
傾斜面4Bの法線6Bの分極軸2に平行な方向の成分が
正となるように、周期的構造を形成する。
等を構成するのに際して、その耐光損傷性を向上させる
ことである。 【解決手段】光導波路部品は、単分域化されている強誘
電体光学単結晶基板1と、基板1上にエピタキシャル成
長した少なくとも一層の強誘電体光学単結晶膜9とを備
える。基板1の主面1dに、交互に隣接する第一の傾斜
面4Aと第二の傾斜面4Bとの繰り返し単位31からな
る周期的構造を形成する。第一の傾斜面4Aの法線6A
の分極軸2に平行な方向の成分が負となり、かつ第二の
傾斜面4Bの法線6Bの分極軸2に平行な方向の成分が
正となるように、周期的構造を形成する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、疑似位相整合方式の第
二高調波発生デバイスに使用できる光導波路部品、その
製造方法および第二高調波発生デバイスに関するもので
ある。
二高調波発生デバイスに使用できる光導波路部品、その
製造方法および第二高調波発生デバイスに関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】光ピックアップ等に用いられる青色レー
ザー用光源として、ニオブ酸リチウムやタンタル酸リチ
ウム単結晶に周期的な分極反転構造を形成した光導波路
を使用した疑似位相整合(Quasi-Phase-Matched :QP
M)方式の第二高調波発生(Second-Harmonic-Generati
on:SHG)デバイスが期待されている。こうしたデバイス
は、光ディスクメモリー用、医学用、光化学用、各種光
計測用等の幅広い応用が可能である。
ザー用光源として、ニオブ酸リチウムやタンタル酸リチ
ウム単結晶に周期的な分極反転構造を形成した光導波路
を使用した疑似位相整合(Quasi-Phase-Matched :QP
M)方式の第二高調波発生(Second-Harmonic-Generati
on:SHG)デバイスが期待されている。こうしたデバイス
は、光ディスクメモリー用、医学用、光化学用、各種光
計測用等の幅広い応用が可能である。
【0003】ニオブ酸リチウム単結晶やタンタル酸リチ
ウム単結晶からなる基板の上に周期分極反転構造を形成
する方法としては、チタン内拡散法、Li2 O外拡散
法、SiO2 装荷熱処理法、プロトン交換熱処理法、電
子ビーム走査照射法、電圧印加法等が一般に行われてい
る。しかし、これらの方法は、いずれも単分域処理され
た基板の分極方向を周期的に反転させるために、単結晶
の材質それ自体を変質させる方法である。また、単結晶
基板の材質としては、分極方向に対して垂直な方向に延
びる主面を有する基板を使用している。例えば、図8に
示す模式図を参照しつつ説明すると、単結晶基板20の
分極方向はRであり、基板20の主面21は+Z面であ
る。最初の段階では、単結晶基板20の全体がR方向
(Z方向)へと向かって分極している。これに所定パタ
ーンのマスクを形成してチタン内拡散法やLi2 O内拡
散法等によって一部分を分極させて、周期分極反転構造
を構成する。また、電子ビームによって必要な箇所を走
査することで、その走査した部分の分極方向を他の部分
に対して反転させる。この結果、前記の各処理を受けな
い部分22Aでは、基板と同じ方向Pに分極し、処理を
受けた部分22Bにおいては、基板と反対方向Qに向か
って分極している。
ウム単結晶からなる基板の上に周期分極反転構造を形成
する方法としては、チタン内拡散法、Li2 O外拡散
法、SiO2 装荷熱処理法、プロトン交換熱処理法、電
子ビーム走査照射法、電圧印加法等が一般に行われてい
る。しかし、これらの方法は、いずれも単分域処理され
た基板の分極方向を周期的に反転させるために、単結晶
の材質それ自体を変質させる方法である。また、単結晶
基板の材質としては、分極方向に対して垂直な方向に延
びる主面を有する基板を使用している。例えば、図8に
示す模式図を参照しつつ説明すると、単結晶基板20の
分極方向はRであり、基板20の主面21は+Z面であ
る。最初の段階では、単結晶基板20の全体がR方向
(Z方向)へと向かって分極している。これに所定パタ
ーンのマスクを形成してチタン内拡散法やLi2 O内拡
散法等によって一部分を分極させて、周期分極反転構造
を構成する。また、電子ビームによって必要な箇所を走
査することで、その走査した部分の分極方向を他の部分
に対して反転させる。この結果、前記の各処理を受けな
い部分22Aでは、基板と同じ方向Pに分極し、処理を
受けた部分22Bにおいては、基板と反対方向Qに向か
って分極している。
【0004】また、「Appl. Phys. Lett. 」62(19
93年)1860頁〜1862頁には、タンタル酸リチ
ウム単結晶基板の表面に、プロトン交換法によって周期
分極反転構造を構成する例が記載されている。しかし、
これも上述したものと同様に、単分域処理された基板の
分極を反転させる処理を施したものである。
93年)1860頁〜1862頁には、タンタル酸リチ
ウム単結晶基板の表面に、プロトン交換法によって周期
分極反転構造を構成する例が記載されている。しかし、
これも上述したものと同様に、単分域処理された基板の
分極を反転させる処理を施したものである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、こうした第二
高調波発生デバイスにおいては、前記したように単結晶
基板自体を一方向に分極させる単分域処理の後に、主面
の所定箇所を化学的に処理したり、熱的に処理すること
によって分極反転部分を形成する。しかし、こうした工
程は必然的に強誘電体光学単結晶の劣化を伴う。こうし
た周期分極反転構造によると、第二高調波発生デバイス
等に用いた場合に、光損傷が大きくなり易く、このため
に第二高調波の出力の入力に対する比率が小さいため
に、実用的なデバイスを提供することが困難であった。
高調波発生デバイスにおいては、前記したように単結晶
基板自体を一方向に分極させる単分域処理の後に、主面
の所定箇所を化学的に処理したり、熱的に処理すること
によって分極反転部分を形成する。しかし、こうした工
程は必然的に強誘電体光学単結晶の劣化を伴う。こうし
た周期分極反転構造によると、第二高調波発生デバイス
等に用いた場合に、光損傷が大きくなり易く、このため
に第二高調波の出力の入力に対する比率が小さいため
に、実用的なデバイスを提供することが困難であった。
【0006】従って、実用的な高出力の第二高調波発生
デバイスを提供する上で、強誘電体光学単結晶の劣化を
招くことなしに周期分極反転構造を構成することが要望
されていた。
デバイスを提供する上で、強誘電体光学単結晶の劣化を
招くことなしに周期分極反転構造を構成することが要望
されていた。
【0007】本発明の課題は、強誘電体光学単結晶基板
に周期分極反転構造を構成するのに際して、強誘電体光
学単結晶の劣化を招くことなく、高出力の出射光が得ら
れるようにし、光導波路部品の効率を向上させることで
ある。
に周期分極反転構造を構成するのに際して、強誘電体光
学単結晶の劣化を招くことなく、高出力の出射光が得ら
れるようにし、光導波路部品の効率を向上させることで
ある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明に係る光導波路部
品は、単分域化されている強誘電体光学単結晶基板と、
この強誘電体光学単結晶基板上にエピタキシャル成長し
た少なくとも一層の強誘電体光学単結晶膜とを備えてお
り、前記基板および前記膜が膜と略水平な方向に向かっ
て分極しており、かつ前記膜中における分極の方向が周
期的に反転していることを特徴とする。
品は、単分域化されている強誘電体光学単結晶基板と、
この強誘電体光学単結晶基板上にエピタキシャル成長し
た少なくとも一層の強誘電体光学単結晶膜とを備えてお
り、前記基板および前記膜が膜と略水平な方向に向かっ
て分極しており、かつ前記膜中における分極の方向が周
期的に反転していることを特徴とする。
【0009】また、本発明は、前記した光導波路部品
と、この光導波路部品の前記強誘電体光学単結晶膜に対
して基本波を照射するための光源とを備えている、第二
高調波発生デバイスに係るものである。
と、この光導波路部品の前記強誘電体光学単結晶膜に対
して基本波を照射するための光源とを備えている、第二
高調波発生デバイスに係るものである。
【0010】また、本発明は、単分域化されている強誘
電体光学単結晶基板と、この強誘電体光学単結晶基板上
にエピタキシャル成長した少なくとも一層の強誘電体光
学単結晶膜とを備えている光導波路部品を製造する方法
であって、前記基板の主面に、交互に隣接する第一の傾
斜面と第二の傾斜面との繰り返し単位からなる周期的構
造を形成し、この際第一の傾斜面の法線の基板の分極軸
に対して平行な方向の成分が負となり、かつ第二の傾斜
面の法線の基板の分極軸に対して平行な方向の成分が正
となるように周期的構造を形成することを特徴とする、
光導波路部品の製造方法に係るものである。
電体光学単結晶基板と、この強誘電体光学単結晶基板上
にエピタキシャル成長した少なくとも一層の強誘電体光
学単結晶膜とを備えている光導波路部品を製造する方法
であって、前記基板の主面に、交互に隣接する第一の傾
斜面と第二の傾斜面との繰り返し単位からなる周期的構
造を形成し、この際第一の傾斜面の法線の基板の分極軸
に対して平行な方向の成分が負となり、かつ第二の傾斜
面の法線の基板の分極軸に対して平行な方向の成分が正
となるように周期的構造を形成することを特徴とする、
光導波路部品の製造方法に係るものである。
【0011】本発明者は、各種の強誘電体光学単結晶基
板上に液相エピタキシャル成長法によって強誘電体光学
単結晶膜を形成する研究を続けていたが、この研究の過
程で、主面とほぼ水平な方向に分極するように単分域処
理された強誘電体光学単結晶基板に所定の周期的構造を
形成し、この上に液相エピタキシャル成長法によって膜
を形成したとときに、膜の分極方向が周期的に反転する
ことを発見し、本発明に到達した。
板上に液相エピタキシャル成長法によって強誘電体光学
単結晶膜を形成する研究を続けていたが、この研究の過
程で、主面とほぼ水平な方向に分極するように単分域処
理された強誘電体光学単結晶基板に所定の周期的構造を
形成し、この上に液相エピタキシャル成長法によって膜
を形成したとときに、膜の分極方向が周期的に反転する
ことを発見し、本発明に到達した。
【0012】具体的には、膜ないし主面に対して略平行
な方向に分極方向が延びるように強誘電体光学単結晶基
板を切断し、基板の主面に、交互に隣接する第一の傾斜
面と第二の傾斜面との繰り返し単位からなる周期的構造
を形成する。この際、第一の傾斜面の法線の分極軸に平
行な方向の成分が負となり、かつ第二の傾斜面の法線の
分極軸に平行な方向の成分が正となるように周期的構造
を形成する。これによって、後の液相エピタキシャル成
長工程において、第一の傾斜面上のエピタキシャル膜と
第二の傾斜面上のエピタキシャル膜との間で分極方向が
逆になり、このために周期分極反転構造が形成されるこ
とが判明した。
な方向に分極方向が延びるように強誘電体光学単結晶基
板を切断し、基板の主面に、交互に隣接する第一の傾斜
面と第二の傾斜面との繰り返し単位からなる周期的構造
を形成する。この際、第一の傾斜面の法線の分極軸に平
行な方向の成分が負となり、かつ第二の傾斜面の法線の
分極軸に平行な方向の成分が正となるように周期的構造
を形成する。これによって、後の液相エピタキシャル成
長工程において、第一の傾斜面上のエピタキシャル膜と
第二の傾斜面上のエピタキシャル膜との間で分極方向が
逆になり、このために周期分極反転構造が形成されるこ
とが判明した。
【0013】しかも、このようなデバイスは、耐光損傷
性が優れており、このために光の出力、特に第二高調波
発生デバイスの場合には変換効率が著しく優れたもので
あった。
性が優れており、このために光の出力、特に第二高調波
発生デバイスの場合には変換効率が著しく優れたもので
あった。
【0014】なお、特開平4−104233号公報によ
れば、単分域処理された誘電体結晶基板上に膜を液相エ
ピタキシャル成長させ、この際膜のキュリー温度を成膜
温度(液相エピタキシャル温度)よりも高くすることに
よって、基板と逆方向に単分域化された誘電体結晶膜を
形成する方法が記載されている。ここで、膜の分極方向
は、基板の分極方向に対して逆になる。しかし、これは
基板の分極方向が基板の主面に対して垂直方向であり、
また膜の分極方向はすべて基板の分極方向に対して逆転
しているものであって、本発明とは直接関係ない。
れば、単分域処理された誘電体結晶基板上に膜を液相エ
ピタキシャル成長させ、この際膜のキュリー温度を成膜
温度(液相エピタキシャル温度)よりも高くすることに
よって、基板と逆方向に単分域化された誘電体結晶膜を
形成する方法が記載されている。ここで、膜の分極方向
は、基板の分極方向に対して逆になる。しかし、これは
基板の分極方向が基板の主面に対して垂直方向であり、
また膜の分極方向はすべて基板の分極方向に対して逆転
しているものであって、本発明とは直接関係ない。
【0015】
【発明の実施形態】以下、本発明のプロセスおよびデバ
イスについて、図1〜図4を参照しつつ更に説明する。
イスについて、図1〜図4を参照しつつ更に説明する。
【0016】図1(a)においては、強誘電体光学単結
晶基板1が単分域処理されている。この分極方向を矢印
2で表す。基板1を構成する単結晶は、基板1の主面に
対して略平行な方向に分極している。この単分域処理の
方法は公知である。ただし、本実施形態においては、基
板1の側面1aはZ面に対して角度θ傾斜しており、底
面1cはx面に対して角度θ傾斜している。側面1bは
y面である。
晶基板1が単分域処理されている。この分極方向を矢印
2で表す。基板1を構成する単結晶は、基板1の主面に
対して略平行な方向に分極している。この単分域処理の
方法は公知である。ただし、本実施形態においては、基
板1の側面1aはZ面に対して角度θ傾斜しており、底
面1cはx面に対して角度θ傾斜している。側面1bは
y面である。
【0017】この基板1を製造するためには、まず直方
体の基板を単結晶ブールから切り出すときに、その主面
1d、1c、側面1b、1aが前記の分極方向となるよ
うに基板を切り出す。次いで、この基板1の主面1dに
凹部30を形成する。この際、凹部30とその他の部分
とが交互に隣接するようにして繰り返し単位31を作
り、この繰り返し単位31が一対の側面1bの間に繰り
返して現れるようにして、周期的構造を作製する。
体の基板を単結晶ブールから切り出すときに、その主面
1d、1c、側面1b、1aが前記の分極方向となるよ
うに基板を切り出す。次いで、この基板1の主面1dに
凹部30を形成する。この際、凹部30とその他の部分
とが交互に隣接するようにして繰り返し単位31を作
り、この繰り返し単位31が一対の側面1bの間に繰り
返して現れるようにして、周期的構造を作製する。
【0018】この結果、基板1の主面1dには、分極軸
2に対して傾斜している傾斜面4Aと4Bとが交互に現
れる周期的構造が形成される。この際、分極軸2に対し
て垂直な軸3を考えたときに、傾斜面4Aの法線6Aと
軸3とがなす角度がθとなり、かつ傾斜面4Bの法線6
Bと軸3とがなす角度がθとなるようにする。なお、こ
こで傾斜面4Aの法線6Aと軸3とがなす角度と、傾斜
面4Bの法線6Bと軸3とがなす角度とを、互いに異な
らせてもよい。
2に対して傾斜している傾斜面4Aと4Bとが交互に現
れる周期的構造が形成される。この際、分極軸2に対し
て垂直な軸3を考えたときに、傾斜面4Aの法線6Aと
軸3とがなす角度がθとなり、かつ傾斜面4Bの法線6
Bと軸3とがなす角度がθとなるようにする。なお、こ
こで傾斜面4Aの法線6Aと軸3とがなす角度と、傾斜
面4Bの法線6Bと軸3とがなす角度とを、互いに異な
らせてもよい。
【0019】このように基板1上に周期的構造を形成す
る方法は特に限定はされない。しかし、例えば、まず前
記したように基板の主面1dを分極軸2に対してθ傾斜
させた基板を切り出した後に、図1(a)に示す平面的
形状となるようにストライプ状にマスクパターンを形成
する。反応性イオンエッチングを行う際に、このマスク
パターンの厚さを厚くすると、凹部30が相対的に浅く
なり、マスクパターンの厚さを小さくすると、凹部30
が相対的に深くなる。これを利用し、マスクパターンの
厚さを0.1μm〜50μmの範囲内で調整することに
よって、凹部の深さを0.1μm〜50μmの範囲内で
調節することができる。そして、基板1の一対の側面1
aの間でマスクパターンの厚さを傾斜させることによっ
て、徐々に深さが変化する凹部30を形成することがで
きる。
る方法は特に限定はされない。しかし、例えば、まず前
記したように基板の主面1dを分極軸2に対してθ傾斜
させた基板を切り出した後に、図1(a)に示す平面的
形状となるようにストライプ状にマスクパターンを形成
する。反応性イオンエッチングを行う際に、このマスク
パターンの厚さを厚くすると、凹部30が相対的に浅く
なり、マスクパターンの厚さを小さくすると、凹部30
が相対的に深くなる。これを利用し、マスクパターンの
厚さを0.1μm〜50μmの範囲内で調整することに
よって、凹部の深さを0.1μm〜50μmの範囲内で
調節することができる。そして、基板1の一対の側面1
aの間でマスクパターンの厚さを傾斜させることによっ
て、徐々に深さが変化する凹部30を形成することがで
きる。
【0020】この角度θは、0.1°以上とすることが
好ましく、これによって膜の分極を確実に行うことがで
き、一部の膜が多分域化する事態を防止できる。このθ
は、本発明においては、30°以下とすることが好まし
い。ただし、反応性イオンエッチング法を使用した場合
には、θの上限は10°程度である。周期的構造のピッ
チは、用途によるが、通常は1〜20μmである。
好ましく、これによって膜の分極を確実に行うことがで
き、一部の膜が多分域化する事態を防止できる。このθ
は、本発明においては、30°以下とすることが好まし
い。ただし、反応性イオンエッチング法を使用した場合
には、θの上限は10°程度である。周期的構造のピッ
チは、用途によるが、通常は1〜20μmである。
【0021】次いで、この基板1を所定組成の溶融体中
に浸漬することによって、図1(b)および図2(a)
に示すように光導波路部品を製造する。この際には、傾
斜面4A上では、傾斜面4Aの法線6Aの分極軸と平行
な方向の成分が負であり、即ち、傾斜面4Aが分極軸2
の方向とは遠ざかる方向に傾斜している。そして、溶融
体の電気的性質によるが、特定の溶融体(例えば、溶媒
としてLi 2 O−V2 O5 を用いた溶融体)を使用した
場合には、傾斜面4A上の膜8Aは矢印A方向、即ち基
板1と同じ方向に分極する。一方、傾斜面4B上では、
傾斜面4Bの法線6Bの分極軸と平行な方向の成分が正
であるために、即ち、傾斜面4Bが分極軸2の方向と接
近する方向に向かって傾斜している。そして、前記の溶
融体を使用した場合には、傾斜面4B上の膜8Bは、矢
印B方向、即ち基板1とは反対の方向に向かって分極す
る。
に浸漬することによって、図1(b)および図2(a)
に示すように光導波路部品を製造する。この際には、傾
斜面4A上では、傾斜面4Aの法線6Aの分極軸と平行
な方向の成分が負であり、即ち、傾斜面4Aが分極軸2
の方向とは遠ざかる方向に傾斜している。そして、溶融
体の電気的性質によるが、特定の溶融体(例えば、溶媒
としてLi 2 O−V2 O5 を用いた溶融体)を使用した
場合には、傾斜面4A上の膜8Aは矢印A方向、即ち基
板1と同じ方向に分極する。一方、傾斜面4B上では、
傾斜面4Bの法線6Bの分極軸と平行な方向の成分が正
であるために、即ち、傾斜面4Bが分極軸2の方向と接
近する方向に向かって傾斜している。そして、前記の溶
融体を使用した場合には、傾斜面4B上の膜8Bは、矢
印B方向、即ち基板1とは反対の方向に向かって分極す
る。
【0022】しかし、溶融体の電気的性質によっては
(例えば、溶媒としてLi 2 O−B2 O3 を用いた溶融
体の場合)、上記とは逆の方向に分極することがある。
これは、後述する各実施形態においてもまったく同様で
ある。この場合には、傾斜面4A上では、傾斜面4Aの
法線6Aの分極軸と平行な方向の成分が負であるが、傾
斜面4A上の膜8Aは、矢印B方向、即ち基板1と反対
の方向に分極する。一方、傾斜面4B上の膜8Bは、矢
印A方向、即ち基板1と同じ方向に向かって分極する。
(例えば、溶媒としてLi 2 O−B2 O3 を用いた溶融
体の場合)、上記とは逆の方向に分極することがある。
これは、後述する各実施形態においてもまったく同様で
ある。この場合には、傾斜面4A上では、傾斜面4Aの
法線6Aの分極軸と平行な方向の成分が負であるが、傾
斜面4A上の膜8Aは、矢印B方向、即ち基板1と反対
の方向に分極する。一方、傾斜面4B上の膜8Bは、矢
印A方向、即ち基板1と同じ方向に向かって分極する。
【0023】また、図2(b)に示すように、第一の強
誘電体光学単結晶膜9上に第二の強誘電体光学単結晶膜
10を液相エピタキシャル成長法によって形成すること
ができる。これにって、第二の膜10には、下側の第一
の膜9の周期分極反転構造がそのまま引き継がれ、転写
される。即ち、膜11Aは8Aと同じ方向に分極し、膜
11Bは8Bと同じ方向に分極する。
誘電体光学単結晶膜9上に第二の強誘電体光学単結晶膜
10を液相エピタキシャル成長法によって形成すること
ができる。これにって、第二の膜10には、下側の第一
の膜9の周期分極反転構造がそのまま引き継がれ、転写
される。即ち、膜11Aは8Aと同じ方向に分極し、膜
11Bは8Bと同じ方向に分極する。
【0024】図3(a)においては、強誘電体光学単結
晶基板12が単分域処理されている。この分極方向を矢
印2で表す。基板12を構成する単結晶は、基板12の
主面12dに対して略平行な方向に分極している。本実
施形態においては、基板12の側面12aはZ面に対し
て角度θ傾斜しており、底面12cはx面に対して角度
θ傾斜している。側面12bはy面である。
晶基板12が単分域処理されている。この分極方向を矢
印2で表す。基板12を構成する単結晶は、基板12の
主面12dに対して略平行な方向に分極している。本実
施形態においては、基板12の側面12aはZ面に対し
て角度θ傾斜しており、底面12cはx面に対して角度
θ傾斜している。側面12bはy面である。
【0025】この基板12を製造するためには、まず直
方体の基板を単結晶ブールから切り出すときに、その主
面12d、12c、側面12b、12aが前記の分極方
向となるように基板を切り出す。次いで、この基板12
の主面12dに前記したようにして周期的構造を形成す
る。
方体の基板を単結晶ブールから切り出すときに、その主
面12d、12c、側面12b、12aが前記の分極方
向となるように基板を切り出す。次いで、この基板12
の主面12dに前記したようにして周期的構造を形成す
る。
【0026】この結果、基板12の主面12dには、分
極軸2に対して傾斜している傾斜面14Aと14Bとが
交互に現れる周期的構造が形成される。この際、分極軸
2に対して垂直な軸3を考えたときに、傾斜面14Aの
法線6Aと軸3とがなす角度がθとなり、かつ傾斜面1
4Bの法線6Bと軸3とがなす角度がθとなるようにす
る。傾斜面14Aの法線6Aと軸3とがなす角度と、傾
斜面14Bの法線6Bと軸3とがなす角度とを、互いに
異ならせてもよい。
極軸2に対して傾斜している傾斜面14Aと14Bとが
交互に現れる周期的構造が形成される。この際、分極軸
2に対して垂直な軸3を考えたときに、傾斜面14Aの
法線6Aと軸3とがなす角度がθとなり、かつ傾斜面1
4Bの法線6Bと軸3とがなす角度がθとなるようにす
る。傾斜面14Aの法線6Aと軸3とがなす角度と、傾
斜面14Bの法線6Bと軸3とがなす角度とを、互いに
異ならせてもよい。
【0027】次いで、この基板12を所定組成の溶融体
中に浸漬することによって、図3(b)に示すように膜
32を形成し、光導波路部品を製造する。この際には、
傾斜面14A上では、傾斜面14Aの法線6Aの分極軸
と平行な方向の成分が負であり、即ち、傾斜面14Aが
分極軸2の方向とは遠ざかる方向に傾斜している。そし
て、溶融体の電気的性質によるが、特定の溶融体を使用
した場合には、傾斜面14A上の膜8Aは、矢印A方
向、即ち基板1と同じ方向に分極する。一方、傾斜面1
4B上では、傾斜面14Bの法線6Bの分極軸と平行な
方向の成分が正であり、即ち、傾斜面14Bが分極軸2
の方向と接近する方向に向かって傾斜している。そし
て、前記の溶融体を使用した場合には、傾斜面14B上
の膜8Bは、矢印B方向、即ち基板1とは反対の方向に
向かって分極する。
中に浸漬することによって、図3(b)に示すように膜
32を形成し、光導波路部品を製造する。この際には、
傾斜面14A上では、傾斜面14Aの法線6Aの分極軸
と平行な方向の成分が負であり、即ち、傾斜面14Aが
分極軸2の方向とは遠ざかる方向に傾斜している。そし
て、溶融体の電気的性質によるが、特定の溶融体を使用
した場合には、傾斜面14A上の膜8Aは、矢印A方
向、即ち基板1と同じ方向に分極する。一方、傾斜面1
4B上では、傾斜面14Bの法線6Bの分極軸と平行な
方向の成分が正であり、即ち、傾斜面14Bが分極軸2
の方向と接近する方向に向かって傾斜している。そし
て、前記の溶融体を使用した場合には、傾斜面14B上
の膜8Bは、矢印B方向、即ち基板1とは反対の方向に
向かって分極する。
【0028】図1〜3の実施形態においては、基板の分
極の方向が、作製されたデバイスにおける光の進行方向
に対してほぼ垂直になっており、かつ膜内における周期
分極反転構造の分極方向が、膜に対して略水平になって
いる。このために、例えば基本波光源として半導体レー
ザーを使用する疑似位相整合第二高調波発生デバイスに
利用する場合には、半導体レーザーの偏光方向と第二高
調波の偏光方向(TEモード)とが一致するため、組み
立ての際に、半導体レーザーと光導波路部品との間の光
学的アライメントが極めて容易であり、かつ光の結合損
失を著しく小さくすることができる。
極の方向が、作製されたデバイスにおける光の進行方向
に対してほぼ垂直になっており、かつ膜内における周期
分極反転構造の分極方向が、膜に対して略水平になって
いる。このために、例えば基本波光源として半導体レー
ザーを使用する疑似位相整合第二高調波発生デバイスに
利用する場合には、半導体レーザーの偏光方向と第二高
調波の偏光方向(TEモード)とが一致するため、組み
立ての際に、半導体レーザーと光導波路部品との間の光
学的アライメントが極めて容易であり、かつ光の結合損
失を著しく小さくすることができる。
【0029】図4(a)においては、強誘電体光学単結
晶基板16が単分域処理されている。この分極方向を矢
印17で表す。基板16を構成する単結晶は、基板16
の主面16dに対して略平行な方向に分極している。な
お、16a、16bは側面であり、16cは底面であ
る。
晶基板16が単分域処理されている。この分極方向を矢
印17で表す。基板16を構成する単結晶は、基板16
の主面16dに対して略平行な方向に分極している。な
お、16a、16bは側面であり、16cは底面であ
る。
【0030】そして、基板16の主面16dには、前記
したようにして、分極軸17に対して傾斜している傾斜
面18Aと18Bとが交互に現れる周期的構造が形成さ
れる。この際、分極軸17に対して垂直な軸3を考えた
ときに、傾斜面18Aの法線6Aと軸3とがなす角度が
θとなり、かつ傾斜面18Bの法線6Bと軸3とがなす
角度がθとなるようにする。傾斜面18Aの法線6Aと
軸3とがなす角度と、傾斜面18Bの法線6Bと軸3と
がなす角度とを、互いに異ならせてもよい。
したようにして、分極軸17に対して傾斜している傾斜
面18Aと18Bとが交互に現れる周期的構造が形成さ
れる。この際、分極軸17に対して垂直な軸3を考えた
ときに、傾斜面18Aの法線6Aと軸3とがなす角度が
θとなり、かつ傾斜面18Bの法線6Bと軸3とがなす
角度がθとなるようにする。傾斜面18Aの法線6Aと
軸3とがなす角度と、傾斜面18Bの法線6Bと軸3と
がなす角度とを、互いに異ならせてもよい。
【0031】次いで、この基板16を所定組成の溶融体
中に浸漬することによって、図4(b)に示すように膜
33を形成し、光導波路部品を製造する。この際には、
傾斜面18A上では、傾斜面18Aの法線6Aの分極軸
と平行な方向の成分が負であるために、溶融体の電気的
性質によるが、特定の溶融体を使用した場合には、傾斜
面18A上の膜19Aは、矢印A方向、即ち基板1と同
じ方向に分極する。一方、傾斜面18B上では、傾斜面
18Bの法線6Bの分極軸と平行な方向の成分が正であ
るために、前記の溶融体を使用した場合には、傾斜面1
8B上の膜19Bは、基板1とは反対の方向に向かって
分極する。
中に浸漬することによって、図4(b)に示すように膜
33を形成し、光導波路部品を製造する。この際には、
傾斜面18A上では、傾斜面18Aの法線6Aの分極軸
と平行な方向の成分が負であるために、溶融体の電気的
性質によるが、特定の溶融体を使用した場合には、傾斜
面18A上の膜19Aは、矢印A方向、即ち基板1と同
じ方向に分極する。一方、傾斜面18B上では、傾斜面
18Bの法線6Bの分極軸と平行な方向の成分が正であ
るために、前記の溶融体を使用した場合には、傾斜面1
8B上の膜19Bは、基板1とは反対の方向に向かって
分極する。
【0032】前記のマスクパターンを形成する材質とし
ては、レジスト、SiO 2 、Ta等を例示でき、マスク
パターンを形成する方法としては、フォトリソグラフィ
ー法を例示できる。
ては、レジスト、SiO 2 、Ta等を例示でき、マスク
パターンを形成する方法としては、フォトリソグラフィ
ー法を例示できる。
【0033】本発明において使用できる基板の材質とし
ては、LiNbO3 、LiTaO3 、KLN、LiNb
O3 −LiTaO3 固溶体を例示できる。また、基板上
に形成できる膜の材質としては、LiNbO3 、LiT
aO3 、KLN、LiNbO3 −LiTaO3 固溶体を
例示できる。
ては、LiNbO3 、LiTaO3 、KLN、LiNb
O3 −LiTaO3 固溶体を例示できる。また、基板上
に形成できる膜の材質としては、LiNbO3 、LiT
aO3 、KLN、LiNbO3 −LiTaO3 固溶体を
例示できる。
【0034】本発明の光導波路部品を各種のデバイスに
使用する場合には、膜9、32、33のように基板上に
直接形成されている膜の屈折率を基板の屈折率よりも大
きくすることによって、膜中に光を伝搬させることがで
きる。また、図2(b)に示すように、第一の膜上に第
二の強誘電体光学単結晶膜を形成する場合には、この第
二の膜の屈折率を第一の膜の屈折率よりも大きくするこ
とによって、この第二の膜を光導波路として使用でき
る。しかし、いわゆる放射型の第二高調波発生デバイス
の場合には、下側の基板ないし第一の膜よりも屈折率が
小さいな強誘電体光学単結晶膜に対して光を入射させる
ことも可能である。
使用する場合には、膜9、32、33のように基板上に
直接形成されている膜の屈折率を基板の屈折率よりも大
きくすることによって、膜中に光を伝搬させることがで
きる。また、図2(b)に示すように、第一の膜上に第
二の強誘電体光学単結晶膜を形成する場合には、この第
二の膜の屈折率を第一の膜の屈折率よりも大きくするこ
とによって、この第二の膜を光導波路として使用でき
る。しかし、いわゆる放射型の第二高調波発生デバイス
の場合には、下側の基板ないし第一の膜よりも屈折率が
小さいな強誘電体光学単結晶膜に対して光を入射させる
ことも可能である。
【0035】本発明の特に好適な態様においては、前記
基板として、ニオブ酸リチウム単結晶基板を使用し、前
記強誘電体光学単結晶膜として、ニオブ酸リチウム─タ
ンタル酸リチウム固溶体膜を作製する。これは、従来
は、溶解度の関係から困難であるとされてきた組み合わ
せである。実際には、ニオブ酸リチウム─タンタル酸リ
チウム固溶体膜の組成をLiNb1-x Tax O3 と表示
したときに、0<x≦0.8の範囲内で固溶体膜を作成
できることが分かった。
基板として、ニオブ酸リチウム単結晶基板を使用し、前
記強誘電体光学単結晶膜として、ニオブ酸リチウム─タ
ンタル酸リチウム固溶体膜を作製する。これは、従来
は、溶解度の関係から困難であるとされてきた組み合わ
せである。実際には、ニオブ酸リチウム─タンタル酸リ
チウム固溶体膜の組成をLiNb1-x Tax O3 と表示
したときに、0<x≦0.8の範囲内で固溶体膜を作成
できることが分かった。
【0036】また、他の好適な態様においては、前記基
板としてニオブ酸リチウム─タンタル酸リチウム固溶体
からなる単結晶基板を使用し、ニオブ酸リチウム─タン
タル酸リチウム固溶体膜を作製する。ニオブ酸リチウム
─タンタル酸リチウム単結晶基板の組成は、LiNb
1-z Taz O3 (0<z≦0.8)と表示することがで
き、ここで、xおよびzがz<xの関係を満足している
ので、(0<z<0.8)となる。即ち、固溶体膜の方
が基板よりもタンタルの置換割合が大きい。
板としてニオブ酸リチウム─タンタル酸リチウム固溶体
からなる単結晶基板を使用し、ニオブ酸リチウム─タン
タル酸リチウム固溶体膜を作製する。ニオブ酸リチウム
─タンタル酸リチウム単結晶基板の組成は、LiNb
1-z Taz O3 (0<z≦0.8)と表示することがで
き、ここで、xおよびzがz<xの関係を満足している
ので、(0<z<0.8)となる。即ち、固溶体膜の方
が基板よりもタンタルの置換割合が大きい。
【0037】この態様において、基板を接触させるため
の溶融体は、主としてLi2 O、Nb2 O5 、Ta2 O
5 フラックスからなる。Li2 Oの仕込み量は、Nb2
O5 、Ta2 O5 およびフラックスの仕込み量の合計
(モル数)にほぼ等しくなるように調合する。溶融体
は、溶質成分であるLiNbO3 およびLiTaO
3 と、溶媒成分(フラックス)からなる、LiNbO3
─LiTaO3 ─溶融媒体の擬三元系組成であると考え
ることができる。また、溶融体は、溶質成分であるLi
Nb1-x Tax O3 と、溶媒成分(フラックス)からな
る、LiNb 1-x Tax O3 ─溶融媒体の擬二元系組成
であると考えることができる。こうしたフラックスとし
ては、V2 O5 、B2 O3 、MoO3 、WO3 を好適な
ものとして例示できる。
の溶融体は、主としてLi2 O、Nb2 O5 、Ta2 O
5 フラックスからなる。Li2 Oの仕込み量は、Nb2
O5 、Ta2 O5 およびフラックスの仕込み量の合計
(モル数)にほぼ等しくなるように調合する。溶融体
は、溶質成分であるLiNbO3 およびLiTaO
3 と、溶媒成分(フラックス)からなる、LiNbO3
─LiTaO3 ─溶融媒体の擬三元系組成であると考え
ることができる。また、溶融体は、溶質成分であるLi
Nb1-x Tax O3 と、溶媒成分(フラックス)からな
る、LiNb 1-x Tax O3 ─溶融媒体の擬二元系組成
であると考えることができる。こうしたフラックスとし
ては、V2 O5 、B2 O3 、MoO3 、WO3 を好適な
ものとして例示できる。
【0038】図5は、LiNb1-x Tax O3 ─LiV
O3 の擬二元系組成の相図である。横軸は、LiNb
1-x Tax O3 の割合をモル%で示す。縦軸は温度を示
す。図6は、図5に示す相図を、LiNbO3 ─LiT
aO3 ─LiVO3の擬三元系組成の三角図として表示
しなおしたものである。図6における「900」から
「1300」までの各数値は、それぞれ各組成点におけ
る飽和温度を示す数値である。
O3 の擬二元系組成の相図である。横軸は、LiNb
1-x Tax O3 の割合をモル%で示す。縦軸は温度を示
す。図6は、図5に示す相図を、LiNbO3 ─LiT
aO3 ─LiVO3の擬三元系組成の三角図として表示
しなおしたものである。図6における「900」から
「1300」までの各数値は、それぞれ各組成点におけ
る飽和温度を示す数値である。
【0039】まず、飽和状態における液相の組成は、こ
の三角図において、飽和温度1200℃以下の部分であ
ることが必要である。なぜなら、ニオブ酸リチウム単結
晶基板のキュリー温度は約1200℃であるため、12
00℃を越える温度の液相部分に対して基板を接触させ
ると、基板が多分域化してしまい、基板の結晶性にダメ
ージを与えるのと共に、高品質膜の作成が困難になるか
らである。この組成範囲は、図6の三角図においては、
曲線Iで表示されている。
の三角図において、飽和温度1200℃以下の部分であ
ることが必要である。なぜなら、ニオブ酸リチウム単結
晶基板のキュリー温度は約1200℃であるため、12
00℃を越える温度の液相部分に対して基板を接触させ
ると、基板が多分域化してしまい、基板の結晶性にダメ
ージを与えるのと共に、高品質膜の作成が困難になるか
らである。この組成範囲は、図6の三角図においては、
曲線Iで表示されている。
【0040】この観点から、高品質の膜を作成するため
には、更に、過冷却状態の液相部分の温度を1150℃
以下とすることが好ましい。1150℃以下の膜形成温
度を採用することによって、膜の結晶性が一層向上し、
この膜内に光導波路を形成したときに、光導波路におけ
る光損傷が顕著に減少するからである。また、膜形成温
度は750℃以上とすることが好ましく、750℃未満
の成膜温度では、上記の固溶体膜を形成することが困難
であった。
には、更に、過冷却状態の液相部分の温度を1150℃
以下とすることが好ましい。1150℃以下の膜形成温
度を採用することによって、膜の結晶性が一層向上し、
この膜内に光導波路を形成したときに、光導波路におけ
る光損傷が顕著に減少するからである。また、膜形成温
度は750℃以上とすることが好ましく、750℃未満
の成膜温度では、上記の固溶体膜を形成することが困難
であった。
【0041】その溶融体の組成範囲は、図6の擬三元系
組成の三角図に示される組成範囲内である。ここで、カ
ッコの中の数値は、(LiVO3 のモル数、LiNbO
3 のモル数、LiTaO3 のモル数)に該当する。
組成の三角図に示される組成範囲内である。ここで、カ
ッコの中の数値は、(LiVO3 のモル数、LiNbO
3 のモル数、LiTaO3 のモル数)に該当する。
【0042】LiNbO3 のモル数:LiTaO3 のモ
ル数比率は、40%以上:60%以下である必要がある
ことが判明した。この理由は明確ではないが、次のよう
に推定した。図7(a)〜(c)の模式的なグラフを参
照しつつ説明する。図7の各グラフにおいて、縦軸は溶
出または析出の速度を示しており、横軸はLiTaO3
のモル数のLiNbO3 のモル数に対する比率を示す。
ル数比率は、40%以上:60%以下である必要がある
ことが判明した。この理由は明確ではないが、次のよう
に推定した。図7(a)〜(c)の模式的なグラフを参
照しつつ説明する。図7の各グラフにおいて、縦軸は溶
出または析出の速度を示しており、横軸はLiTaO3
のモル数のLiNbO3 のモル数に対する比率を示す。
【0043】ニオブ酸リチウム単結晶基板上に前記固溶
体膜を析出させるためには、ニオブ酸リチウムが過冷却
状態の液相中に溶出する溶出速度よりも、液相から固体
が析出する析出速度の方が速くなくてはならない。ま
た、LiNbO3 のモル数が少ないほど、即ち、グラフ
において右の方に行くほど、溶融体に対するニオブ酸リ
チウムの溶解度が高くなり、この結果、ニオブ酸リチウ
ムの溶出速度は大きくなる。この一方、LiNbO3 の
モル数が少ないほど、析出速度の方は小さくなってく
る。この結果、ある点Fにおいてニオブ酸リチウムの溶
出速度が、固溶体膜の析出速度を上回り、成膜が不可能
になる。
体膜を析出させるためには、ニオブ酸リチウムが過冷却
状態の液相中に溶出する溶出速度よりも、液相から固体
が析出する析出速度の方が速くなくてはならない。ま
た、LiNbO3 のモル数が少ないほど、即ち、グラフ
において右の方に行くほど、溶融体に対するニオブ酸リ
チウムの溶解度が高くなり、この結果、ニオブ酸リチウ
ムの溶出速度は大きくなる。この一方、LiNbO3 の
モル数が少ないほど、析出速度の方は小さくなってく
る。この結果、ある点Fにおいてニオブ酸リチウムの溶
出速度が、固溶体膜の析出速度を上回り、成膜が不可能
になる。
【0044】また、液相の過冷却度が重要であるらし
い。図7(a)は過冷却度が大きい場合のグラフであ
り、図7(b)は図7(a)よりも過冷却度が小さい場
合のグラフであり、図7(c)は図7(b)よりも過冷
却度が小さい場合のグラフである。液相の過冷却度が小
さくなるほど、固溶体膜の析出速度が小さくなり、かつ
液相の温度が上昇するため、ニオブ酸リチウムの溶出速
度が上昇してくる。この結果、成膜可能なLiTaO3
のモル比率が減少してくる。
い。図7(a)は過冷却度が大きい場合のグラフであ
り、図7(b)は図7(a)よりも過冷却度が小さい場
合のグラフであり、図7(c)は図7(b)よりも過冷
却度が小さい場合のグラフである。液相の過冷却度が小
さくなるほど、固溶体膜の析出速度が小さくなり、かつ
液相の温度が上昇するため、ニオブ酸リチウムの溶出速
度が上昇してくる。この結果、成膜可能なLiTaO3
のモル比率が減少してくる。
【0045】このグラフだけを見ると、LiTaO3 の
モル比率を上昇させるためには、過冷却度を大きくすれ
ば良いことになる。しかし、過冷却度を大きくしすぎる
と、過冷却状態を安定に制御することができなくなり、
実際上には50℃を越えると、過冷却状態を維持するこ
とができなかった。
モル比率を上昇させるためには、過冷却度を大きくすれ
ば良いことになる。しかし、過冷却度を大きくしすぎる
と、過冷却状態を安定に制御することができなくなり、
実際上には50℃を越えると、過冷却状態を維持するこ
とができなかった。
【0046】以上の理由から、成膜可能な、液相におけ
るLiTaO3 の含有割合には限界がある。具体的に
は、LiNbO3 のモル数が40%未満になると、過冷
却度を50℃近くにまで下げるように精密に制御したと
しても、成膜はできなかった。この組成範囲は、図6の
三角図においては、点T(95、2、3)と点E(0、
40、60)とを結ぶ直線Jで表示されている。
るLiTaO3 の含有割合には限界がある。具体的に
は、LiNbO3 のモル数が40%未満になると、過冷
却度を50℃近くにまで下げるように精密に制御したと
しても、成膜はできなかった。この組成範囲は、図6の
三角図においては、点T(95、2、3)と点E(0、
40、60)とを結ぶ直線Jで表示されている。
【0047】また、溶媒と溶質との比率についても成膜
可能な範囲があった。即ち、LiVO3 の比率が60%
以下である場合には、高品質膜の作成ができなかった。
この理由も明確ではないが、おそらく、溶媒の割合が少
なくなり、溶質成分の割合が多くなることから、液相中
の溶質の濃度が濃くなり、液相部分の粘度が上昇するた
めに、膜の成長がスムーズに行われず、膜の結晶性が悪
化するものと考えられる。この組成範囲は、図6の三角
図においては、点C(60、40、0)と点D(60、
0、40)とを結ぶ直線Hによって表示されている。
可能な範囲があった。即ち、LiVO3 の比率が60%
以下である場合には、高品質膜の作成ができなかった。
この理由も明確ではないが、おそらく、溶媒の割合が少
なくなり、溶質成分の割合が多くなることから、液相中
の溶質の濃度が濃くなり、液相部分の粘度が上昇するた
めに、膜の成長がスムーズに行われず、膜の結晶性が悪
化するものと考えられる。この組成範囲は、図6の三角
図においては、点C(60、40、0)と点D(60、
0、40)とを結ぶ直線Hによって表示されている。
【0048】また、溶質の割合が5%以下である場合に
は、溶質の濃度が薄くなりすぎるために、膜成長に伴っ
て、溶融体内における溶質の濃度が大きく変化し易くな
り、成膜できないものと考えられる。この組成範囲は、
図6の三角図においては、点S(95、5、0)と点T
(95、2、3)とを結ぶ直線Kによって表示されてい
る。なお、この組成範囲は、当然、点S(95、5、
0)と点C(60、40、0)とを結ぶ直線Gによって
囲まれている。
は、溶質の濃度が薄くなりすぎるために、膜成長に伴っ
て、溶融体内における溶質の濃度が大きく変化し易くな
り、成膜できないものと考えられる。この組成範囲は、
図6の三角図においては、点S(95、5、0)と点T
(95、2、3)とを結ぶ直線Kによって表示されてい
る。なお、この組成範囲は、当然、点S(95、5、
0)と点C(60、40、0)とを結ぶ直線Gによって
囲まれている。
【0049】以上は、ニオブ酸リチウム単結晶基板の場
合について説明したが、これらの関係は、ニオブ酸リチ
ウム─タンタル酸リチウム固溶体単結晶の場合にも、同
様にあてはまることが判明してきた。
合について説明したが、これらの関係は、ニオブ酸リチ
ウム─タンタル酸リチウム固溶体単結晶の場合にも、同
様にあてはまることが判明してきた。
【0050】また、上記の例では、フラックスとしてV
2 O5 を使用した場合について説明してきた。しかし、
フラックスとしてM2 O3 、MoO3 、WO3 を使用し
た場合には、基本的に同様な結果が得られた。
2 O5 を使用した場合について説明してきた。しかし、
フラックスとしてM2 O3 、MoO3 、WO3 を使用し
た場合には、基本的に同様な結果が得られた。
【0051】図1〜図4の各光導波路部品においては、
前記のLiNb1-z Ta z O3 (0<z≦0.8)の組
成またはLiNbO3 の組成を有する基板上に液相エピ
タキシャル成長法によって、LiNb1-x Tax O3 の
組成を有する膜、6を形成する。xは、最大でも0.8
であり、0.02以上が好ましい。
前記のLiNb1-z Ta z O3 (0<z≦0.8)の組
成またはLiNbO3 の組成を有する基板上に液相エピ
タキシャル成長法によって、LiNb1-x Tax O3 の
組成を有する膜、6を形成する。xは、最大でも0.8
であり、0.02以上が好ましい。
【0052】図2(b)の光導波路部品においては、前
記のLiNb1-z TazO3 (0<z≦0.8)の組成
またはLiNbO3 の組成を有する基板上に、液相エピ
タキシャル成長法によって、LiNb1-x Tax O3 の
組成を有する第一の強誘電体光学単結晶膜を形成し、第
一の膜10上に、液相エピタキシャル成長法によって第
二の膜を形成する。ここで、この第二の膜の組成は、L
iNb1-yTay O3 (0≦y≦0.8)であり、xと
yとがy<xの関係を満足している。
記のLiNb1-z TazO3 (0<z≦0.8)の組成
またはLiNbO3 の組成を有する基板上に、液相エピ
タキシャル成長法によって、LiNb1-x Tax O3 の
組成を有する第一の強誘電体光学単結晶膜を形成し、第
一の膜10上に、液相エピタキシャル成長法によって第
二の膜を形成する。ここで、この第二の膜の組成は、L
iNb1-yTay O3 (0≦y≦0.8)であり、xと
yとがy<xの関係を満足している。
【0053】なお、前記した各組成式(LiNb1-z T
az O3 、LiNb1-xTax O3 、LiNb1-y Ta
y O3 )は、それぞれ本技術分野において慣用されてい
る表現方法であり、通常通り、各組成式においては、A
サイトを構成する原子(Li)とBサイトを構成する原
子(NbとTa)との比率は表現していない。
az O3 、LiNb1-xTax O3 、LiNb1-y Ta
y O3 )は、それぞれ本技術分野において慣用されてい
る表現方法であり、通常通り、各組成式においては、A
サイトを構成する原子(Li)とBサイトを構成する原
子(NbとTa)との比率は表現していない。
【0054】前記した固溶体膜や単結晶基板中には、ド
ープ成分として、希土類元素を含有させることができ
る。この希土類元素は、レーザー発振用の添加元素とし
て作用する。この希土類元素としては、特にNd、E
r、Tm、Ho、Dy、Prが好ましい。
ープ成分として、希土類元素を含有させることができ
る。この希土類元素は、レーザー発振用の添加元素とし
て作用する。この希土類元素としては、特にNd、E
r、Tm、Ho、Dy、Prが好ましい。
【0055】また、前記した固溶体膜や単結晶基板中
に、ドープ成分として、マグネシウム、亜鉛、チタン、
バナジウム、鉄、スカンジウムおよびインジウムからな
る群から選ばれた一種以上の金属原子を含有させること
ができる。これらの元素は、耐光損傷特性を向上させる
作用を有している。
に、ドープ成分として、マグネシウム、亜鉛、チタン、
バナジウム、鉄、スカンジウムおよびインジウムからな
る群から選ばれた一種以上の金属原子を含有させること
ができる。これらの元素は、耐光損傷特性を向上させる
作用を有している。
【0056】
【実施例】(実施例1) 図1(a)、(b)、図2(a)、(b)を参照しつつ
説明した方法に従って光導波路部品を作製した。ただ
し、θを1°とした。また、光学グレードのニオブ酸リ
チウム単結晶基板を使用した。この基板のうち、光導波
層を形成する有効部分の寸法は、10mm×1mmであ
った。この基板上に、前記したフォトリソグラフィー技
術および反応性イオンエッチンク技術を使用して、図1
(a)に示す基板1を製造した。ただし、この周期的構
造のピッチを3.5μmとした。
説明した方法に従って光導波路部品を作製した。ただ
し、θを1°とした。また、光学グレードのニオブ酸リ
チウム単結晶基板を使用した。この基板のうち、光導波
層を形成する有効部分の寸法は、10mm×1mmであ
った。この基板上に、前記したフォトリソグラフィー技
術および反応性イオンエッチンク技術を使用して、図1
(a)に示す基板1を製造した。ただし、この周期的構
造のピッチを3.5μmとした。
【0057】この基板1の主面1d上に、液相エピタキ
シャル法によってニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウ
ム単結晶膜を形成した。LiNbO3 ─LiTaO3 ─
LiVO3 擬三元系の溶融体を準備した。この溶融体の
仕込み組成は、LiNbO3 :LiTaO3 :LiVO
3 =4:16:80とした。この溶融体を、十分に高い
温度(1300℃)で3時間以上攪拌し、十分均一な液
相の状態とした。その後、溶融体を930℃まで冷却し
た後、12時間以上保持した。この結果、溶融体の内部
で、過飽和分の固溶体が核発生し、固相がルツボの壁面
に析出した。このとき、溶融体の液相部分は、930℃
における飽和状態であり、溶融体内は、液相部分と固相
部分とが共存した状態である。
シャル法によってニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウ
ム単結晶膜を形成した。LiNbO3 ─LiTaO3 ─
LiVO3 擬三元系の溶融体を準備した。この溶融体の
仕込み組成は、LiNbO3 :LiTaO3 :LiVO
3 =4:16:80とした。この溶融体を、十分に高い
温度(1300℃)で3時間以上攪拌し、十分均一な液
相の状態とした。その後、溶融体を930℃まで冷却し
た後、12時間以上保持した。この結果、溶融体の内部
で、過飽和分の固溶体が核発生し、固相がルツボの壁面
に析出した。このとき、溶融体の液相部分は、930℃
における飽和状態であり、溶融体内は、液相部分と固相
部分とが共存した状態である。
【0058】その後、溶融体の温度を、930℃から成
膜温度920℃まで冷却した。ただちにニオブ酸リチウ
ム単結晶基板を液相部分に接触させ、成膜を行った。得
られた固溶体膜は、Ta/(Nb+Ta)=0.25の
組成を有していた。また膜の厚さは15μmであった。
膜温度920℃まで冷却した。ただちにニオブ酸リチウ
ム単結晶基板を液相部分に接触させ、成膜を行った。得
られた固溶体膜は、Ta/(Nb+Ta)=0.25の
組成を有していた。また膜の厚さは15μmであった。
【0059】作製した第一の膜の分極方向をエッチング
によって確認したところ、+Z面方向に傾斜した傾斜面
上では、基板と逆方向に分極した膜が生成しており、−
Z面方向に傾斜した傾斜面上では、基板と同じ方向に寸
極した膜が生成していた。従って、周期分極反転構造が
生成していた。次いで、この第一の膜の表面を、X面に
対して略平行な方向に向かって研削し、研磨した。
によって確認したところ、+Z面方向に傾斜した傾斜面
上では、基板と逆方向に分極した膜が生成しており、−
Z面方向に傾斜した傾斜面上では、基板と同じ方向に寸
極した膜が生成していた。従って、周期分極反転構造が
生成していた。次いで、この第一の膜の表面を、X面に
対して略平行な方向に向かって研削し、研磨した。
【0060】この固溶体膜の上に、液相エピタキシャル
法によって、ニオブ酸リチウム膜を形成した。LiNb
O3 ─LiVO3 擬二元系の溶融体を準備した。この溶
融体の仕込み組成は、LiNbO3 :LiVO3 =2
0:80とした。この溶融体を、十分に高い温度(12
00℃)で3時間以上攪拌し、十分均一な液相の状態と
した。その後、溶融体を905℃まで冷却した後、12
時間以上保持した。この結果、溶融体の内部で、過飽和
分の固溶体が核発生し、固相がルツボの壁面に析出し
た。
法によって、ニオブ酸リチウム膜を形成した。LiNb
O3 ─LiVO3 擬二元系の溶融体を準備した。この溶
融体の仕込み組成は、LiNbO3 :LiVO3 =2
0:80とした。この溶融体を、十分に高い温度(12
00℃)で3時間以上攪拌し、十分均一な液相の状態と
した。その後、溶融体を905℃まで冷却した後、12
時間以上保持した。この結果、溶融体の内部で、過飽和
分の固溶体が核発生し、固相がルツボの壁面に析出し
た。
【0061】その後、溶融体の温度を、905℃から成
膜温度900℃まで冷却した。ただちにニオブ酸リチウ
ム単結晶基板を液相部分に接触させ、成膜を行った。得
られた第二の膜の厚さは約5μmであった。
膜温度900℃まで冷却した。ただちにニオブ酸リチウ
ム単結晶基板を液相部分に接触させ、成膜を行った。得
られた第二の膜の厚さは約5μmであった。
【0062】作製した第二の膜の分極方向をエッチング
によって確認したとこ、ろ、下側の第一の膜の周期分極
反転構造が転写されていることが判明した。
によって確認したとこ、ろ、下側の第一の膜の周期分極
反転構造が転写されていることが判明した。
【0063】以上のようにして作製した周期分極反転構
造の第二の膜を第二高調波発生デバイス用途に使用し
た。この組み立ての際には、基本波である半導体レーザ
ー光の偏光方向(TEモード)と第二高調波の偏光方向
とを一致させることができた。波長830nmの半導体
レーザー光をこの第二の膜の周期分極反転構造に対して
入射させたところ、入射光パワー100mWにおいて、
波長415nmの出力約25mWの第二高調波が得られ
た。また、光損傷等の特性の劣化は認められなかった。
造の第二の膜を第二高調波発生デバイス用途に使用し
た。この組み立ての際には、基本波である半導体レーザ
ー光の偏光方向(TEモード)と第二高調波の偏光方向
とを一致させることができた。波長830nmの半導体
レーザー光をこの第二の膜の周期分極反転構造に対して
入射させたところ、入射光パワー100mWにおいて、
波長415nmの出力約25mWの第二高調波が得られ
た。また、光損傷等の特性の劣化は認められなかった。
【0064】(比較例)Zカットの光学グレードのニオ
ブ酸リチウム単結晶基板上に、電圧印加法によって、基
板の主面に対して垂直な方向に分極を周期的に反転させ
た周期分極反転構造を作製した。次いで、プロトン交換
法によって、分極反転層に対して垂直な方向に延びる光
導波路を形成した。これを半導体レーザーと組み合わせ
て第二高調波発生デバイスを作製する際には、基本波と
第二高調波との偏光方向を合わせるために、半導体レー
ザーを回転させてアライメントを行う必要があった。そ
して、このアライメントの後で、波長830nmの半導
体レーザー光をこの周期分極反転構造に対して入射させ
たところ、入射光パワー100mWにおいて、波長41
5nmの出力約1mWの第二高調波が得られた。
ブ酸リチウム単結晶基板上に、電圧印加法によって、基
板の主面に対して垂直な方向に分極を周期的に反転させ
た周期分極反転構造を作製した。次いで、プロトン交換
法によって、分極反転層に対して垂直な方向に延びる光
導波路を形成した。これを半導体レーザーと組み合わせ
て第二高調波発生デバイスを作製する際には、基本波と
第二高調波との偏光方向を合わせるために、半導体レー
ザーを回転させてアライメントを行う必要があった。そ
して、このアライメントの後で、波長830nmの半導
体レーザー光をこの周期分極反転構造に対して入射させ
たところ、入射光パワー100mWにおいて、波長41
5nmの出力約1mWの第二高調波が得られた。
【0065】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、強
誘電体光学単結晶基板上に周期分極反転構造等を構成す
るのに際して、その耐光損傷性を向上させることがで
き、また、この際に強誘電体光学単結晶基板へのダメー
ジを減少させることができる。
誘電体光学単結晶基板上に周期分極反転構造等を構成す
るのに際して、その耐光損傷性を向上させることがで
き、また、この際に強誘電体光学単結晶基板へのダメー
ジを減少させることができる。
【図1】(a)は、強誘電体光学単結晶膜1を示す斜視
図であり、(b)は、この基板1上に作製した周期分極
反転構造の膜を模式的に示す斜視図である。
図であり、(b)は、この基板1上に作製した周期分極
反転構造の膜を模式的に示す斜視図である。
【図2】(a)は、図1(b)の光導波路部品の側面図
であり、(b)は、図2(a)の光導波路部品の第一の
膜上に更に第二の強誘電体光学単結晶膜を形成して作製
した光導波路部品を模式的に示す側面図である。
であり、(b)は、図2(a)の光導波路部品の第一の
膜上に更に第二の強誘電体光学単結晶膜を形成して作製
した光導波路部品を模式的に示す側面図である。
【図3】(a)は、強誘電体光学単結晶膜12を示す斜
視図であり、(b)は、基板12上に作製した周期分極
反転構造の膜を模式的に示す斜視図である。
視図であり、(b)は、基板12上に作製した周期分極
反転構造の膜を模式的に示す斜視図である。
【図4】(a)は、強誘電体光学単結晶膜16を示す斜
視図であり、(b)は、基板16上に作製した周期分極
反転構造の膜を模式的に示す斜視図である。
視図であり、(b)は、基板16上に作製した周期分極
反転構造の膜を模式的に示す斜視図である。
【図5】LiNb1-x Tax O3 ─LiVO3 の擬二元
系組成の相図である。
系組成の相図である。
【図6】図5に示す相図を、LiNbO3 ─LiTaO
3 ─LiVO3 の擬三元系組成について表示しなおし
た、三角図である。
3 ─LiVO3 の擬三元系組成について表示しなおし
た、三角図である。
【図7】(a)、(b)および(c)は、上記の擬三元
系組成において、LiTaO3 の割合と、基板からのニ
オブ酸リチウムの溶出速度と、基板上への固溶体膜の析
出速度との関係を模式的に示すグラフである。
系組成において、LiTaO3 の割合と、基板からのニ
オブ酸リチウムの溶出速度と、基板上への固溶体膜の析
出速度との関係を模式的に示すグラフである。
【図8】従来の第二高調波発生デバイスを示す模式図で
ある。
ある。
1、12、16 強誘電体光学単結晶基板,1d、12
d、16d 主面,3 基板の分極方向に対して垂直な
軸,4A、14A、18A 第一の傾斜面,4B、14
B、18B 第二の傾斜面,9、10、32、33 強
誘電体光学単結晶膜
d、16d 主面,3 基板の分極方向に対して垂直な
軸,4A、14A、18A 第一の傾斜面,4B、14
B、18B 第二の傾斜面,9、10、32、33 強
誘電体光学単結晶膜
Claims (6)
- 【請求項1】単分域化されている強誘電体光学単結晶基
板と、この強誘電体光学単結晶基板上にエピタキシャル
成長した少なくとも一層の強誘電体光学単結晶膜とを備
えている光導波路部品であって、前記強誘電体光学単結
晶基板および前記強誘電体光学単結晶膜が前記強誘電体
光学単結晶膜と略水平な方向に向かって分極しており、
かつ前記強誘電体光学単結晶膜中における分極の方向が
周期的に反転していることを特徴とする、光導波路部
品。 - 【請求項2】前記強誘電体光学単結晶膜が前記強誘電体
光学単結晶基板上にエピタキシャル成長した第一の強誘
電体光学単結晶膜であり、この第一の強誘電体光学単結
晶膜上に第二の強誘電体光学単結晶膜がエピタキシャル
成長しており、前記第二の強誘電体光学単結晶膜に対し
て前記第一の強誘電体光学単結晶膜の前記分極が転写さ
れていることを特徴とする、請求項1記載の光導波路部
品。 - 【請求項3】前記強誘電体光学単結晶基板の前記強誘電
体光学単結晶膜が形成されている主面が、交互に隣接す
る第一の傾斜面と第二の傾斜面との繰り返し単位からな
る周期的構造であり、前記第一の傾斜面の法線の前記基
板の分極軸に平行な方向の成分が負であり、前記前記第
二の傾斜面の法線の前記基板の分極軸に平行な方向の成
分が正であることを特徴とする、請求項1または2記載
の光導波路部品。 - 【請求項4】前記強誘電体光学単結晶基板が、LiNb
1-z Taz O3 (0≦z≦0.8)の組成を有する単結
晶からなり、前記強誘電体光学単結晶膜が、LiNb
1-x Tax O3 (0≦x≦0.8)の組成を有する単結
晶からなることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか
一つの請求項に記載の光導波路部品。 - 【請求項5】請求項1〜4のいずれか一つの請求項に記
載の光導波路部品と、この光導波路部品の前記強誘電体
光学単結晶膜に対して基本波を照射するための光源とを
備えている、第二高調波発生デバイス。 - 【請求項6】単分域化されている強誘電体光学単結晶基
板と、この強誘電体光学単結晶基板上にエピタキシャル
成長した少なくとも一層の強誘電体光学単結晶膜とを備
えている光導波路部品を製造する方法であって、強誘電
体光学単結晶基板の主面に、交互に隣接する第一の傾斜
面と第二の傾斜面との繰り返し単位からなる周期的構造
を形成し、この際前記第一の傾斜面の法線の前記基板の
分極軸に平行な方向の成分が負となり、かつ前記第二の
傾斜面の法線の前記基板の分極軸に平行な方向の成分が
正となるように前記周期的構造を形成することを特徴と
する、光導波路部品の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP34094995A JP2951583B2 (ja) | 1995-12-27 | 1995-12-27 | 光導波路部品、第二高調波発生デバイスおよび光導波路部品の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP34094995A JP2951583B2 (ja) | 1995-12-27 | 1995-12-27 | 光導波路部品、第二高調波発生デバイスおよび光導波路部品の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09179156A true JPH09179156A (ja) | 1997-07-11 |
JP2951583B2 JP2951583B2 (ja) | 1999-09-20 |
Family
ID=18341795
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP34094995A Expired - Fee Related JP2951583B2 (ja) | 1995-12-27 | 1995-12-27 | 光導波路部品、第二高調波発生デバイスおよび光導波路部品の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2951583B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006220744A (ja) * | 2005-02-08 | 2006-08-24 | Oki Electric Ind Co Ltd | 波長変換素子の製造方法 |
JP2022180544A (ja) * | 2019-01-09 | 2022-12-06 | 住友電気工業株式会社 | 波長変換光デバイス |
-
1995
- 1995-12-27 JP JP34094995A patent/JP2951583B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006220744A (ja) * | 2005-02-08 | 2006-08-24 | Oki Electric Ind Co Ltd | 波長変換素子の製造方法 |
JP2022180544A (ja) * | 2019-01-09 | 2022-12-06 | 住友電気工業株式会社 | 波長変換光デバイス |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2951583B2 (ja) | 1999-09-20 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
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