JPH10301154A - 光第２高調波発生素子及びそれを用いた光デバイス - Google Patents
光第２高調波発生素子及びそれを用いた光デバイスInfo
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- JPH10301154A JPH10301154A JP10873197A JP10873197A JPH10301154A JP H10301154 A JPH10301154 A JP H10301154A JP 10873197 A JP10873197 A JP 10873197A JP 10873197 A JP10873197 A JP 10873197A JP H10301154 A JPH10301154 A JP H10301154A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体レーザー素子との光結合において安定
な出力を得ることができる光第２高調波発生素子及び光
デバイスを提供すること。 【解決手段】 単一分域化された非線形強誘電体の基板
１に微細周期状の分極反転領域２を作製し、それを横切
る光導波路３上に溝状の分布帰還型の反射器４を備えた
ことを特徴とする光第２高調波発生素子Ａ。
な出力を得ることができる光第２高調波発生素子及び光
デバイスを提供すること。 【解決手段】 単一分域化された非線形強誘電体の基板
１に微細周期状の分極反転領域２を作製し、それを横切
る光導波路３上に溝状の分布帰還型の反射器４を備えた
ことを特徴とする光第２高調波発生素子Ａ。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば光情報シス
テム等に使用される光第２高調波発生素子及びそれを用
いた光デバイスに関する。
テム等に使用される光第２高調波発生素子及びそれを用
いた光デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、光記憶媒体に使用される半導体レ
ーザー発生手段などの光情報システム等に要求される小
型短波調コヒーレント光源として、光第２高調波発生(
以下、ＳＨＧと略記する) 素子が注目されている。
ーザー発生手段などの光情報システム等に要求される小
型短波調コヒーレント光源として、光第２高調波発生(
以下、ＳＨＧと略記する) 素子が注目されている。
【０００３】一般にＳＨＧ素子は、バルク型ＳＨＧ素子
と導波路型ＳＨＧ素子に大別される。ＳＨＧ素子の材料
としては、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3 ），タンタ
ル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3 ）、ＫＴｉＯＰＯ4 ，ニオ
ブ酸カリウム（ＫＮｂＯ3 ）等の無機酸化物や種々の有
機非線形材料が大きな非線形光学定数を有するために好
適に使用されている。これらの材料の中で特にＬｉＮｂ
Ｏ3 やＬｉＴａＯ3 は導波路作製技術が確立されている
上、比較的大きな非線形光学定数を有するので、導波路
型ＳＨＧ素子の材料としてたいへん有望視されている。
と導波路型ＳＨＧ素子に大別される。ＳＨＧ素子の材料
としては、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3 ），タンタ
ル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3 ）、ＫＴｉＯＰＯ4 ，ニオ
ブ酸カリウム（ＫＮｂＯ3 ）等の無機酸化物や種々の有
機非線形材料が大きな非線形光学定数を有するために好
適に使用されている。これらの材料の中で特にＬｉＮｂ
Ｏ3 やＬｉＴａＯ3 は導波路作製技術が確立されている
上、比較的大きな非線形光学定数を有するので、導波路
型ＳＨＧ素子の材料としてたいへん有望視されている。
【０００４】この導波路型ＳＨＧ素子の特徴は、以下に
述べる疑似位相整合法により非線形光学係数ｄ33を用い
ることができる点にある。ｄ33は他の非線形光学係数よ
り数倍程度大きく（例えばＬｉＮｂＯ3 におけるｄ33は
ｄ31に対して約６倍大きい。）、このため高い変換効率
の達成を可能とする。また、光の閉じ込めにより長い伝
搬距離に渡って高い光強度密度を実現できる。
述べる疑似位相整合法により非線形光学係数ｄ33を用い
ることができる点にある。ｄ33は他の非線形光学係数よ
り数倍程度大きく（例えばＬｉＮｂＯ3 におけるｄ33は
ｄ31に対して約６倍大きい。）、このため高い変換効率
の達成を可能とする。また、光の閉じ込めにより長い伝
搬距離に渡って高い光強度密度を実現できる。
【０００５】従来の導波路型ＳＨＧ素子は、素子本体の
表層に導波路がＴｉ等の金属の熱拡散法により作製され
ている。このようなＳＨＧ素子において、導波路の一端
に角周波数ωの基本波（伝搬定数β（ω））を入射させ
ると、他端から基本波を含む角周波数２ω（伝搬定数β
（２ω））のＳＨＧが出射される。
表層に導波路がＴｉ等の金属の熱拡散法により作製され
ている。このようなＳＨＧ素子において、導波路の一端
に角周波数ωの基本波（伝搬定数β（ω））を入射させ
ると、他端から基本波を含む角周波数２ω（伝搬定数β
（２ω））のＳＨＧが出射される。
【０００６】しかし、一般に２β（ω）≠β（２ω）の
関係があるために位相整合条件が満足されず、導波路内
の任意位置から生じたβ（２ω）の素波は互いに干渉し
打ち消され、有効にＳＨＧ変換されない。
関係があるために位相整合条件が満足されず、導波路内
の任意位置から生じたβ（２ω）の素波は互いに干渉し
打ち消され、有効にＳＨＧ変換されない。
【０００７】そこで有効にＳＨＧ変換させるために、基
本波と高調波との伝搬定数の差を光学的な周期構造で補
償して位相整合をとる必要がある。この方法は疑似位相
整合と呼ばれ、ＬｉＮｂＯ3 あるいはＬｉＴａＯ3 等の
強誘電体結晶では、非線形光学係数の正負が誘電分極の
極性に対応する性質を利用し、周期的に分極を反転させ
ることによる光学的周期構造が注目されている。
本波と高調波との伝搬定数の差を光学的な周期構造で補
償して位相整合をとる必要がある。この方法は疑似位相
整合と呼ばれ、ＬｉＮｂＯ3 あるいはＬｉＴａＯ3 等の
強誘電体結晶では、非線形光学係数の正負が誘電分極の
極性に対応する性質を利用し、周期的に分極を反転させ
ることによる光学的周期構造が注目されている。
【０００８】この分極反転の一方法として、図３に示す
ような電界印加法が提案されている。ここで、図中３１
は導波路３２を含む非線形強誘電体の基板、３３は基板
上にパターニングされた周期電極、３４は基板の裏面全
体に装着された共通電極、３５は高圧電源である。
ような電界印加法が提案されている。ここで、図中３１
は導波路３２を含む非線形強誘電体の基板、３３は基板
上にパターニングされた周期電極、３４は基板の裏面全
体に装着された共通電極、３５は高圧電源である。
【０００９】この方法は、例えばＺカットのＬｉＮｂＯ
3 もしくはＬｉＴａＯ3 単結晶の基板３１の導波路を形
成させた面３１ａ（ＬｉＮｂＯ3 では＋Ｚ面、ＬｉＴａ
Ｏ3では−Ｚ面）に周期電極３３を、他主面に共通電極
３４を設け、電界を印加した場合に周期電極１３と同一
パターンの反転分極が得られる現象を利用し、疑似位相
整合に必要な分極の周期的反転構造を得る方法である
（例えば、M.Yamada, N.noda, and K.Watanabe : Integ
rated Photonics Research TuC2-1 (1992)を参照）。
3 もしくはＬｉＴａＯ3 単結晶の基板３１の導波路を形
成させた面３１ａ（ＬｉＮｂＯ3 では＋Ｚ面、ＬｉＴａ
Ｏ3では−Ｚ面）に周期電極３３を、他主面に共通電極
３４を設け、電界を印加した場合に周期電極１３と同一
パターンの反転分極が得られる現象を利用し、疑似位相
整合に必要な分極の周期的反転構造を得る方法である
（例えば、M.Yamada, N.noda, and K.Watanabe : Integ
rated Photonics Research TuC2-1 (1992)を参照）。
【００１０】また、非線形強誘電体から成る基板に対し
て、１５０℃以下の比較的低温で高電圧を与え、分極反
転を行うようにした方法が提案されている（例えば、特
開平４−３３５６２０号公報を参照）。この方法によれ
ば、反転形状の制御性に優れ、かつ表面の汚染や熱によ
る屈折率や結晶性の変化がなく、容易にしかも低コスト
で周期的微細分極反転構造が得られるものとして注目さ
れている。
て、１５０℃以下の比較的低温で高電圧を与え、分極反
転を行うようにした方法が提案されている（例えば、特
開平４−３３５６２０号公報を参照）。この方法によれ
ば、反転形状の制御性に優れ、かつ表面の汚染や熱によ
る屈折率や結晶性の変化がなく、容易にしかも低コスト
で周期的微細分極反転構造が得られるものとして注目さ
れている。
【００１１】周期分極反転構造を作製した後に電極マス
クを除去し、再度光導波路の形状にチタン（Ｔｉ）をパ
ターニングし拡散により光導波路を形成する。
クを除去し、再度光導波路の形状にチタン（Ｔｉ）をパ
ターニングし拡散により光導波路を形成する。
【００１２】あるいは、光導波路の形状にタンタル（Ｔ
ａ）またはアルミニウム（Ａｌ）のマスクを形成し、ピ
ロ燐酸または安息香酸によるプロトン交換を施すことに
よって光導波路を形成する。
ａ）またはアルミニウム（Ａｌ）のマスクを形成し、ピ
ロ燐酸または安息香酸によるプロトン交換を施すことに
よって光導波路を形成する。
【００１３】その後、マスクによる光の吸収や散乱を防
ぐためＴａやＡｌをエッチングにより除去しＳＨＧ素子
としている。
ぐためＴａやＡｌをエッチングにより除去しＳＨＧ素子
としている。
【００１４】得られたＳＨＧ素子は一般に半導体レーザ
ー素子と光結合される。すなわち、ＳＨＧ素子は波長８
００〜８６０ｎｍの光がレンズを介して、または、バッ
トジョイントで半導体レーザー素子と光結合される。こ
の際、半導体レーザー素子は出力数１０ｍＷ〜１００ｍ
Ｗ程度の単一モード発振が必要であり、 また、波長の揺
らぎは１ｎｍ以下という極めて厳しい安定性が必要とさ
れる。
ー素子と光結合される。すなわち、ＳＨＧ素子は波長８
００〜８６０ｎｍの光がレンズを介して、または、バッ
トジョイントで半導体レーザー素子と光結合される。こ
の際、半導体レーザー素子は出力数１０ｍＷ〜１００ｍ
Ｗ程度の単一モード発振が必要であり、 また、波長の揺
らぎは１ｎｍ以下という極めて厳しい安定性が必要とさ
れる。
【００１５】半導体レーザー素子は、通常、素子の温度
と注入電流の微小変化に対して敏感に反応し、発振波長
に急激な変化が見られる。 半導体レーザー素子の波長利
得には幅が有り、得られる光はその利得波長内で、レー
ザー端面にて形成されるファブリーペロー型共振器の共
振条件を満たす波長で発振する。ファブリーペロー共振
器の共振条件を満たす波長は複数あるが、そのうち、一
番利得が高いところで発振する。しかしながら、得られ
る利得は複数波長で大きな差が無いため、素子温度や注
入電流の微小変化によって最大利得の波長が変化する。
それに伴い、発振波長も変化する。 この波長の変化をモ
ードホップという。
と注入電流の微小変化に対して敏感に反応し、発振波長
に急激な変化が見られる。 半導体レーザー素子の波長利
得には幅が有り、得られる光はその利得波長内で、レー
ザー端面にて形成されるファブリーペロー型共振器の共
振条件を満たす波長で発振する。ファブリーペロー共振
器の共振条件を満たす波長は複数あるが、そのうち、一
番利得が高いところで発振する。しかしながら、得られ
る利得は複数波長で大きな差が無いため、素子温度や注
入電流の微小変化によって最大利得の波長が変化する。
それに伴い、発振波長も変化する。 この波長の変化をモ
ードホップという。
【００１６】そこで、 通常は半導体レーザー素子に特定
の波長の光フィードバックをかけることで、その波長に
発振をロックし、安定化させる方法が取られる。 レーザー発振は誘導放出をもとに起こっている現象であ
るので、 発振波長は共振器中の光強度の強い波長でおこ
る。そのため、いったん出射した光のある波長を選択的
に共振器中へ戻してやることで、選択した波長のみ極端
に光強度を他の波長の光に比べて極端に強め、温度、注
入電流の微小変化に発振波長に影響されないようにす
る。 このようにして、選択した波長のみで発振を得るこ
とをモードロックといい、 数多くのモードロックのため
の方法が存在している。
の波長の光フィードバックをかけることで、その波長に
発振をロックし、安定化させる方法が取られる。 レーザー発振は誘導放出をもとに起こっている現象であ
るので、 発振波長は共振器中の光強度の強い波長でおこ
る。そのため、いったん出射した光のある波長を選択的
に共振器中へ戻してやることで、選択した波長のみ極端
に光強度を他の波長の光に比べて極端に強め、温度、注
入電流の微小変化に発振波長に影響されないようにす
る。 このようにして、選択した波長のみで発振を得るこ
とをモードロックといい、 数多くのモードロックのため
の方法が存在している。
【００１７】モードロックの方法はフィードバックの方
法によって数多く存在する。 たとえば、 出射した光を光
バンドパスフィルターによってある波長のみ切り出した
後、光路に戻し選択した波長にて発振を得る方法が有
る。 または、出射した光を回折格子を波長が元の光路に
変えるような角度に設定することによってフィードバッ
クを得る方法が挙げられる。 特に現在よく行われている
方法として、分布帰還型の共振器を用いる方法がある。
これは半導体レーザー素子から出射した光を導入する導
波路型素子の導波路上に、レジスト等の周期的リッジ構
造を作成する方法である。 リッジの形成された領域の導
波路の等価屈折率変化によってその部分で散乱がおこ
る。これが周期的に存在しているため、進んできた光路
を戻る方向にある条件を満たした特定波長の光だけが反
射されることになる。 上記モードロックの様子を図４に示す。半導体レーザー
４１から出た光はレンズ４２を介して、または、直接Ｓ
ＨＧ素子４３の導波路４４へ入射する。ＳＨＧ素子の導
波路上にはレジストなどによりリッジ状の周期構造を成
す反射器４５を形成し、分布帰還型の反射器としてい
る。この反射器４５によってレーザー光のある特定の波
長の光だけ半導体レーザー４１へ戻される。 これによ
り半導体レーザー４１の発振波長がロックされ安定な出
力が得られる。
法によって数多く存在する。 たとえば、 出射した光を光
バンドパスフィルターによってある波長のみ切り出した
後、光路に戻し選択した波長にて発振を得る方法が有
る。 または、出射した光を回折格子を波長が元の光路に
変えるような角度に設定することによってフィードバッ
クを得る方法が挙げられる。 特に現在よく行われている
方法として、分布帰還型の共振器を用いる方法がある。
これは半導体レーザー素子から出射した光を導入する導
波路型素子の導波路上に、レジスト等の周期的リッジ構
造を作成する方法である。 リッジの形成された領域の導
波路の等価屈折率変化によってその部分で散乱がおこ
る。これが周期的に存在しているため、進んできた光路
を戻る方向にある条件を満たした特定波長の光だけが反
射されることになる。 上記モードロックの様子を図４に示す。半導体レーザー
４１から出た光はレンズ４２を介して、または、直接Ｓ
ＨＧ素子４３の導波路４４へ入射する。ＳＨＧ素子の導
波路上にはレジストなどによりリッジ状の周期構造を成
す反射器４５を形成し、分布帰還型の反射器としてい
る。この反射器４５によってレーザー光のある特定の波
長の光だけ半導体レーザー４１へ戻される。 これによ
り半導体レーザー４１の発振波長がロックされ安定な出
力が得られる。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】上述のＳＨＧ素子にお
いて分布帰還型の共振器の形成のためレジストを用いて
いる。 レジストは光の照射によってその性質が変化する
ことを利用してパターニング等に用いていることからわ
かるように、光の継続照射によってその化学的構造等に
劣化が起こることが容易に予想される。 また、このレジストは有機材料であり、基板材料である
ＬｉＮｂＯ3 単結晶やＬｉＴａＯ3 単結晶などと材質が
大きく異なるため構造的にも不安定である上、温度や湿
度等の外的環境の変化の影響を受けやすく信頼性の点で
も問題である。さらに、レジストが高調波発生素子上に
リッジ状（凸形状）にて作製されているため、実装の際
にフェイスダウンで搭載する等の採用することが困難と
なり、 アセンブリにおいて多くの制約を受けることにな
る。
いて分布帰還型の共振器の形成のためレジストを用いて
いる。 レジストは光の照射によってその性質が変化する
ことを利用してパターニング等に用いていることからわ
かるように、光の継続照射によってその化学的構造等に
劣化が起こることが容易に予想される。 また、このレジストは有機材料であり、基板材料である
ＬｉＮｂＯ3 単結晶やＬｉＴａＯ3 単結晶などと材質が
大きく異なるため構造的にも不安定である上、温度や湿
度等の外的環境の変化の影響を受けやすく信頼性の点で
も問題である。さらに、レジストが高調波発生素子上に
リッジ状（凸形状）にて作製されているため、実装の際
にフェイスダウンで搭載する等の採用することが困難と
なり、 アセンブリにおいて多くの制約を受けることにな
る。
【００１９】そこで、本発明は上述の諸問題を解消し、
光導波路上に構造的に安定で信頼性の優れた分布帰還型
の反射器が形成された第２高調波発生素子、及びそれを
用いた光デバイスを提供することを目的とする。
光導波路上に構造的に安定で信頼性の優れた分布帰還型
の反射器が形成された第２高調波発生素子、及びそれを
用いた光デバイスを提供することを目的とする。
【００２０】
【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、本発明の光第２高調波発生素子は、周期状の分極
反転領域を有する非線形強誘電体の基板に前記分極反転
領域を横切るように光導波路を形成するとともに、該光
導波路に特定波長の光を反射させる複数条の溝から成る
反射器を形成したことを特徴とする。
めに、本発明の光第２高調波発生素子は、周期状の分極
反転領域を有する非線形強誘電体の基板に前記分極反転
領域を横切るように光導波路を形成するとともに、該光
導波路に特定波長の光を反射させる複数条の溝から成る
反射器を形成したことを特徴とする。
【００２１】また、反射器の溝をプロトン交換法とエッ
チングにより形成されていることを特徴とする。
チングにより形成されていることを特徴とする。
【００２２】また、本発明の光デバイスは、光第２高調
波発生素子と受光素子及び／又は発光素子とから成り、
光第２高調波発生素子の光導波路と受光素子及び／又は
発光素子とが光結合されて成る。
波発生素子と受光素子及び／又は発光素子とから成り、
光第２高調波発生素子の光導波路と受光素子及び／又は
発光素子とが光結合されて成る。
【００２３】ここで、基板として例えば単一分極化され
たＬｉＮｂx Ｔｉ1-x Ｏ3 （０≦x≦１）単結晶を用い
た場合、この基板は強酸であるフッ酸でエッチングされ
るが、その進行は極めて遅い。 そのためエッチングする
部分にあらかじめピロ燐酸、安息香酸にてプロトン交換
を行いプロトン交換層を形成し、その後フッ酸でプロト
ン交換層をエッチングするなどして周期状の溝（凹部）
を成す反射器を形成すると、この凹部が分布帰還型反射
器となり、半導体レーザー素子からの光を選択的にフィ
ードバックし、安定な光を導波路に入射させることがで
きる。
たＬｉＮｂx Ｔｉ1-x Ｏ3 （０≦x≦１）単結晶を用い
た場合、この基板は強酸であるフッ酸でエッチングされ
るが、その進行は極めて遅い。 そのためエッチングする
部分にあらかじめピロ燐酸、安息香酸にてプロトン交換
を行いプロトン交換層を形成し、その後フッ酸でプロト
ン交換層をエッチングするなどして周期状の溝（凹部）
を成す反射器を形成すると、この凹部が分布帰還型反射
器となり、半導体レーザー素子からの光を選択的にフィ
ードバックし、安定な光を導波路に入射させることがで
きる。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る実施の形態に
ついて図面に基づき説明する。図１は本発明のＳＨＧ素
子Ａと半導体レーザー素子Ｂとを光結合させた光デバイ
スＳの斜視図である。ＳＨＧ素子Ａは、単一分極化され
た非線形強誘電体であるＬｉＮｂx Ｔｉ1-x Ｏ3 （０≦
x ≦１）単結晶から成る基板１の所定領域に分極状態が
周期的に反転した分極反転領域２（図中、斜線部分が分
極方向が反転した領域）が形成されており、また、この
分極反転領域２を横切る光導波路３が形成され、さら
に、光導波路３上に特定波長の光を半導体レーザー素子
Ｂ側へ反射させる複数条の溝（凹部）から成る反射器４
が形成されている。ここで、反射器４の溝４ａは後記す
るプロトン交換法により形成させている。このような構
成のＳＨＧ素子Ａを例えばレンズＣを介して半導体レー
ザー素子Ｂと光結合させて光デバイスＳが構成されてい
る。
ついて図面に基づき説明する。図１は本発明のＳＨＧ素
子Ａと半導体レーザー素子Ｂとを光結合させた光デバイ
スＳの斜視図である。ＳＨＧ素子Ａは、単一分極化され
た非線形強誘電体であるＬｉＮｂx Ｔｉ1-x Ｏ3 （０≦
x ≦１）単結晶から成る基板１の所定領域に分極状態が
周期的に反転した分極反転領域２（図中、斜線部分が分
極方向が反転した領域）が形成されており、また、この
分極反転領域２を横切る光導波路３が形成され、さら
に、光導波路３上に特定波長の光を半導体レーザー素子
Ｂ側へ反射させる複数条の溝（凹部）から成る反射器４
が形成されている。ここで、反射器４の溝４ａは後記す
るプロトン交換法により形成させている。このような構
成のＳＨＧ素子Ａを例えばレンズＣを介して半導体レー
ザー素子Ｂと光結合させて光デバイスＳが構成されてい
る。
【００２５】次に、このＳＨＧ素子Ａの具体的な作製方
法について説明する。まず図２（ａ）に示すように、基
板１にはＳＨＧ素子として高出力が期待できるニオブ酸
リチウム（ＬｉＮｂＯ3 ）単結晶で、その主面１ａ，１
ｂがそれぞれＺ面となるように切り出したものを使用す
る。そして、基板１の主面１ａを＋Ｚ面とし主面１ｂを
−Ｚ面として、主面１ａから容易に反転が生じるよう単
一分極化させる。なお、基板１はその主面１ａの面積が
例えば１cm2 、その厚さが例えば１００〜５００μｍ程
度のものを用いる。
法について説明する。まず図２（ａ）に示すように、基
板１にはＳＨＧ素子として高出力が期待できるニオブ酸
リチウム（ＬｉＮｂＯ3 ）単結晶で、その主面１ａ，１
ｂがそれぞれＺ面となるように切り出したものを使用す
る。そして、基板１の主面１ａを＋Ｚ面とし主面１ｂを
−Ｚ面として、主面１ａから容易に反転が生じるよう単
一分極化させる。なお、基板１はその主面１ａの面積が
例えば１cm2 、その厚さが例えば１００〜５００μｍ程
度のものを用いる。
【００２６】次に、リフトオフの手法を用い、基板１の
主面１ａの特定領域上にＡｌ（アルミニウム）から成る
周期電極を所望形状にパターニング形成する。すなわ
ち、例えば電極幅１．５μｍ、周期３μｍの電極パター
ンを形成する。この電極パターンの領域面積は、例えば
１０ｍｍ×８ｍｍ程度である。
主面１ａの特定領域上にＡｌ（アルミニウム）から成る
周期電極を所望形状にパターニング形成する。すなわ
ち、例えば電極幅１．５μｍ、周期３μｍの電極パター
ンを形成する。この電極パターンの領域面積は、例えば
１０ｍｍ×８ｍｍ程度である。
【００２７】次に、既に図３にて説明したように、対向
電極としてＡｌの共通電極を基板の主面１ｂ全面に形成
する。ここで、基板１の両主面に形成させた周期電極及
び共通電極はともに３０００〜４０００Å程度の厚みで
あれば抵抗が小さく、電極として十分に機能させること
ができる。なお、周期電極及び共通電極の厚さが３００
０Åより小さい場合には抵抗が大きくなり、必要な電圧
を均一に印加させることが困難となる。また、特に周期
電極の厚さが４０００Å以上になると、周期パターンを
形成する際に剥離しやすくなるので、均一な周期反転構
造を実現しにくくなり好ましくない。
電極としてＡｌの共通電極を基板の主面１ｂ全面に形成
する。ここで、基板１の両主面に形成させた周期電極及
び共通電極はともに３０００〜４０００Å程度の厚みで
あれば抵抗が小さく、電極として十分に機能させること
ができる。なお、周期電極及び共通電極の厚さが３００
０Åより小さい場合には抵抗が大きくなり、必要な電圧
を均一に印加させることが困難となる。また、特に周期
電極の厚さが４０００Å以上になると、周期パターンを
形成する際に剥離しやすくなるので、均一な周期反転構
造を実現しにくくなり好ましくない。
【００２８】次に、周期電極を形成した基板１を一定温
度（例えば、２００℃）に保った安息香酸中に、周期電
極側を上に向けて約２０分程度浸漬し、周期電極で覆わ
れていない領域にプロトン交換による反転阻止領域を形
成する。その後、周期電極が正、共通電極が負となるよ
うに高電圧電源で約３０ｋＶ／ｍｍの電界を直流または
パルスにより印加する。ここで、電界の印加は高電圧に
よる放電を避けるためシリコーンオイル等の絶縁油中等
（真空中でも良い）で行う。これにより、図２（ａ）に
示すように、周期電極の直下部分の分極のみ下向きに反
転し、反転阻止領域下の分極は上向きのままとなる。
度（例えば、２００℃）に保った安息香酸中に、周期電
極側を上に向けて約２０分程度浸漬し、周期電極で覆わ
れていない領域にプロトン交換による反転阻止領域を形
成する。その後、周期電極が正、共通電極が負となるよ
うに高電圧電源で約３０ｋＶ／ｍｍの電界を直流または
パルスにより印加する。ここで、電界の印加は高電圧に
よる放電を避けるためシリコーンオイル等の絶縁油中等
（真空中でも良い）で行う。これにより、図２（ａ）に
示すように、周期電極の直下部分の分極のみ下向きに反
転し、反転阻止領域下の分極は上向きのままとなる。
【００２９】次に、周期電極及び共通電極をエッチング
液（Ｈ2 ＰＯ4 ：ＨＮＯ3 ：ＣＨ3ＣＯＯＨ：Ｈ2 Ｏを
１６：１：２：１の割合で混合したもの等）で除去す
る。このようにして、微細でかつ均一な周期分極反転構
造を広範囲にわたって形成することができる。
液（Ｈ2 ＰＯ4 ：ＨＮＯ3 ：ＣＨ3ＣＯＯＨ：Ｈ2 Ｏを
１６：１：２：１の割合で混合したもの等）で除去す
る。このようにして、微細でかつ均一な周期分極反転構
造を広範囲にわたって形成することができる。
【００３０】次いで、図２（ｂ）に示すように、周期状
の分極反転領域２を形成した基板１の主面１ａ上にフォ
トリソグラフィの手法によって、１〜５μm 程度の幅を
有するチャネル導波路パターンをＡｌによって形成し、
安息香酸（約２２０℃）中に約２０分浸漬することによ
ってチャネル導波路３を形成する。
の分極反転領域２を形成した基板１の主面１ａ上にフォ
トリソグラフィの手法によって、１〜５μm 程度の幅を
有するチャネル導波路パターンをＡｌによって形成し、
安息香酸（約２２０℃）中に約２０分浸漬することによ
ってチャネル導波路３を形成する。
【００３１】次に、図２（ｃ）に示すように、導波路３
の作製された基板１の端部領域上に、Ａｌによる周期約
０．８〜２μm 程度の格子パターン１１が形成されるよ
うに金属膜１２をフォトリソグラフィの手法により被着
形成する。そして、これを再度安息香酸中でプロトン交
換を施すことによって、周期状のプロトン交換層１３を
作製する。その後、フッ酸中でエッチングを行い、先ほ
ど作製した金属膜１２とプロトン交換層１３部分を除去
することで、図２（ｄ）に示すように、基板１の端部領
域に周期構造を成す溝から構成される分布帰還型の反射
器４が形成される。 ここで、基板１の主面１ａは反射器
４の表面と同一平面であり、上記フッ酸処理により導波
路のごく表面のみエッチングするのみにとどめることで
導波路３そのものの導波損失を極力押さえることが可能
となる。なお、この反射器４の幅は分極反転領域との兼
ね合いで決定されるが例えば０．８〜２μm 程度とす
る。またその溝の深さは最大でも２μm 以下であり、２
μm を越えなければ光損失は小さい。
の作製された基板１の端部領域上に、Ａｌによる周期約
０．８〜２μm 程度の格子パターン１１が形成されるよ
うに金属膜１２をフォトリソグラフィの手法により被着
形成する。そして、これを再度安息香酸中でプロトン交
換を施すことによって、周期状のプロトン交換層１３を
作製する。その後、フッ酸中でエッチングを行い、先ほ
ど作製した金属膜１２とプロトン交換層１３部分を除去
することで、図２（ｄ）に示すように、基板１の端部領
域に周期構造を成す溝から構成される分布帰還型の反射
器４が形成される。 ここで、基板１の主面１ａは反射器
４の表面と同一平面であり、上記フッ酸処理により導波
路のごく表面のみエッチングするのみにとどめることで
導波路３そのものの導波損失を極力押さえることが可能
となる。なお、この反射器４の幅は分極反転領域との兼
ね合いで決定されるが例えば０．８〜２μm 程度とす
る。またその溝の深さは最大でも２μm 以下であり、２
μm を越えなければ光損失は小さい。
【００３２】このように作製したＳＨＧ素子Ｓと半導体
レーザー素子Ｂとを光結合させるようにして、図１に示
す光デバイスＳを構成することにより、実際に使用する
環境、すなわち、日常生活中にて照射を受ける紫外線や
可視光線によって分布帰還型の反射器に劣化が起こるこ
とが無く、信頼性の非常に優れたＳＨＧ素子及び光デバ
イスを提供できる。また従来のように導波路面に突起物
が無いため、光デバイスを構成する際のＳＨＧ素子の搭
載方法等の自由度が広がり、例えば基体上にＳＨＧ素子
をフェイスダウンによる搭載が可能となる。
レーザー素子Ｂとを光結合させるようにして、図１に示
す光デバイスＳを構成することにより、実際に使用する
環境、すなわち、日常生活中にて照射を受ける紫外線や
可視光線によって分布帰還型の反射器に劣化が起こるこ
とが無く、信頼性の非常に優れたＳＨＧ素子及び光デバ
イスを提供できる。また従来のように導波路面に突起物
が無いため、光デバイスを構成する際のＳＨＧ素子の搭
載方法等の自由度が広がり、例えば基体上にＳＨＧ素子
をフェイスダウンによる搭載が可能となる。
【００３３】なお、本発明の実施形態では反射器として
直線状の凹部を例にとり説明したが、曲線状であっても
よく、またその間隔は一定でなくともよい。また、光導
波路と光結合させる素子として発光素子の例について説
明したが、受光素子であってもよく、本発明の要旨を逸
脱しない範囲内で適宜変更し実施が可能である。
直線状の凹部を例にとり説明したが、曲線状であっても
よく、またその間隔は一定でなくともよい。また、光導
波路と光結合させる素子として発光素子の例について説
明したが、受光素子であってもよく、本発明の要旨を逸
脱しない範囲内で適宜変更し実施が可能である。
【００３４】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明の光第２高
調波発生素子によれば、導波路が形成されている基板自
体を分布帰還型の反射器としているので、従来のレジス
ト等の基板とは全く異なる材料を反射器として形成する
ものに比べ、構造的に安定とすることができるうえ高信
頼性に優れた光第２高調波発生素子を提供することがで
きる。
調波発生素子によれば、導波路が形成されている基板自
体を分布帰還型の反射器としているので、従来のレジス
ト等の基板とは全く異なる材料を反射器として形成する
ものに比べ、構造的に安定とすることができるうえ高信
頼性に優れた光第２高調波発生素子を提供することがで
きる。
【００３５】また、本発明の反射器はフッ酸などによっ
てエッチングされやすいプロトン交換層を作製すること
によって、通常は周期構造を作り込むことが難しいＬｉ
ＮｂＯ3 やＬｉＴａＯ3 などの単結晶の加工が非常に容
易になる。
てエッチングされやすいプロトン交換層を作製すること
によって、通常は周期構造を作り込むことが難しいＬｉ
ＮｂＯ3 やＬｉＴａＯ3 などの単結晶の加工が非常に容
易になる。
【図１】本発明に係る光デバイスを説明する斜視図であ
る。
る。
【図２】（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ本発明の光第２高調
波発生素子の作製工程図である。
波発生素子の作製工程図である。
【図３】分極反転の作製方法の一例を示す斜視図であ
る。
る。
【図４】従来の光デバイスを説明する斜視図。
１ ： 基板 ２ ： 分極反転領域 ３ ： 光導波路 ４ ： 反射器 Ａ ： 光第２高調波発生素子 Ｂ ： 半導体レーザー素子 Ｃ ： レンズ Ｓ ： 光デバイス
Claims (3)
- 【請求項１】 周期状の分極反転領域を有する非線形強
誘電体の基板に前記分極反転領域を横切るように光導波
路を形成するとともに、該光導波路に特定波長の光を反
射させる複数条の溝から成る反射器を形成したことを特
徴とする光第２高調波発生素子。 - 【請求項２】 前記反射器の溝をプロトン交換法とエッ
チングにより形成されていることを特徴とする請求項１
に記載の光第２高調波発生素子。 - 【請求項３】 請求項１に記載の光第２高調波発生素子
と受光素子及び／又は発光素子とから成り、光第２高調
波発生素子の光導波路と受光素子及び／又は発光素子と
が光結合されて成る光デバイス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10873197A JPH10301154A (ja) | 1997-04-25 | 1997-04-25 | 光第２高調波発生素子及びそれを用いた光デバイス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10873197A JPH10301154A (ja) | 1997-04-25 | 1997-04-25 | 光第２高調波発生素子及びそれを用いた光デバイス |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10301154A true JPH10301154A (ja) | 1998-11-13 |
Family
ID=14492110
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10873197A Pending JPH10301154A (ja) | 1997-04-25 | 1997-04-25 | 光第２高調波発生素子及びそれを用いた光デバイス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10301154A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107144550A (zh) * | 2016-12-16 | 2017-09-08 | 湘潭大学 | 一种利用光学二次谐波测定铁电薄膜畴取向的系统及方法 |
| JP2019040046A (ja) * | 2017-08-24 | 2019-03-14 | 公立大学法人大阪府立大学 | フォトニック結晶光回路および発光装置 |
-
1997
- 1997-04-25 JP JP10873197A patent/JPH10301154A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107144550A (zh) * | 2016-12-16 | 2017-09-08 | 湘潭大学 | 一种利用光学二次谐波测定铁电薄膜畴取向的系统及方法 |
| JP2019040046A (ja) * | 2017-08-24 | 2019-03-14 | 公立大学法人大阪府立大学 | フォトニック結晶光回路および発光装置 |
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