JPH11258646A - 分極反転ドメイン及び光学素子、並びにこれらの作製方法 - Google Patents
分極反転ドメイン及び光学素子、並びにこれらの作製方法Info
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- JPH11258646A JPH11258646A JP6521398A JP6521398A JPH11258646A JP H11258646 A JPH11258646 A JP H11258646A JP 6521398 A JP6521398 A JP 6521398A JP 6521398 A JP6521398 A JP 6521398A JP H11258646 A JPH11258646 A JP H11258646A
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- ferroelectric substrate
- inverted
- substrate
- ferroelectric
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-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- 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
- G02F1/355—Non-linear optics characterised by the materials used
- 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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- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 分極反転ドメインをこれまでにはない独得の
領域（特に深さ）に形成した構造及び素子と、これらの
再現性の良い作製方法を提供すること。 【解決手段】 強誘電性基板１の少なくとも一部に、そ
の一方の主面３から基板厚さｔの全体もしくはほぼ全体
に亘る深さに分極反転ドメイン２を形成した後、強誘電
性基板１をそのキュリー温度以下の温度に所定時間保持
して、分極反転ドメイン２を強誘電性基板１の主面３か
ら基板厚さｔの１／２以上、１未満の深さｄとする。
領域（特に深さ）に形成した構造及び素子と、これらの
再現性の良い作製方法を提供すること。 【解決手段】 強誘電性基板１の少なくとも一部に、そ
の一方の主面３から基板厚さｔの全体もしくはほぼ全体
に亘る深さに分極反転ドメイン２を形成した後、強誘電
性基板１をそのキュリー温度以下の温度に所定時間保持
して、分極反転ドメイン２を強誘電性基板１の主面３か
ら基板厚さｔの１／２以上、１未満の深さｄとする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、分極反転ドメイン
及び光学素子、並びにこれらの作製方法に関し、例えば
非線形光学効果を利用して波長変換する光学素子に好適
なものである。
及び光学素子、並びにこれらの作製方法に関し、例えば
非線形光学効果を利用して波長変換する光学素子に好適
なものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、強誘電体の光学効果を利用した種
々の光ビームの制御が盛んに行われている。例えば、Ｓ
ＨＧ素子（第２高調波発生素子）等の光デバイス装置に
おいて、その表面に周期ドメイン反転構造を形成して光
出力等の特性の向上を図ることが提案されている。
々の光ビームの制御が盛んに行われている。例えば、Ｓ
ＨＧ素子（第２高調波発生素子）等の光デバイス装置に
おいて、その表面に周期ドメイン反転構造を形成して光
出力等の特性の向上を図ることが提案されている。
【０００３】ＳＨＧ素子は、周波数ωの光を導入する
と、２ωの周波数の第２高調波の光を発生するものであ
って、単一波長光の波長範囲の拡大化を実現し、これに
伴ってレーザの利用範囲の拡大化と各技術分野でのレー
ザ光利用の最適化を図ることができる。例えば、レーザ
光の短波長化によって、レーザ光を用いた光記録再生、
光磁気記録再生等において、その記録密度を向上させる
ことができる。
と、２ωの周波数の第２高調波の光を発生するものであ
って、単一波長光の波長範囲の拡大化を実現し、これに
伴ってレーザの利用範囲の拡大化と各技術分野でのレー
ザ光利用の最適化を図ることができる。例えば、レーザ
光の短波長化によって、レーザ光を用いた光記録再生、
光磁気記録再生等において、その記録密度を向上させる
ことができる。
【０００４】こうした光デバイスにおいて、例えばニオ
ブ酸リチウム、タンタル酸リチウム等の強誘電体基板結
晶中に、基板の一方の主面から基板の厚さの途中までの
深さに亘る分極反転ドメインの作製法としては、基板結
晶をキュリー温度近傍で長時間保持する方法、チタンや
プロトンを基板中に拡散させる方法、基板の両主面に形
成された電極間に電圧を印加する方法、基板の少なくと
も一方の主面に電荷を帯びた荷電粒子を照射する方法が
ある。
ブ酸リチウム、タンタル酸リチウム等の強誘電体基板結
晶中に、基板の一方の主面から基板の厚さの途中までの
深さに亘る分極反転ドメインの作製法としては、基板結
晶をキュリー温度近傍で長時間保持する方法、チタンや
プロトンを基板中に拡散させる方法、基板の両主面に形
成された電極間に電圧を印加する方法、基板の少なくと
も一方の主面に電荷を帯びた荷電粒子を照射する方法が
ある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、基板の結晶を
キュリー温度近傍に長時間に亘って保持する上記の方法
では、所望部分以外にも基板全体に亘ってドメインが形
成されてしまい、ドメイン形成の制御性が悪く、また、
基板の一つの主面にほぼ垂直なドメイン壁が形成されな
いために光ビームが安定して伝搬され難くなる。
キュリー温度近傍に長時間に亘って保持する上記の方法
では、所望部分以外にも基板全体に亘ってドメインが形
成されてしまい、ドメイン形成の制御性が悪く、また、
基板の一つの主面にほぼ垂直なドメイン壁が形成されな
いために光ビームが安定して伝搬され難くなる。
【０００６】また、基板結晶の表面からチタンやプロト
ンを拡散させる上記の方法では、任意の場所に分極反転
ドメインを形成できるという長所はあるが、形成される
ドメインは基板の主面近傍のごく薄い領域しか形成され
ない。また、基板の一つの主面にほぼ垂直なドメイン壁
が形成され難い。
ンを拡散させる上記の方法では、任意の場所に分極反転
ドメインを形成できるという長所はあるが、形成される
ドメインは基板の主面近傍のごく薄い領域しか形成され
ない。また、基板の一つの主面にほぼ垂直なドメイン壁
が形成され難い。
【０００７】更に、基板結晶の両主面に形成された電極
に電圧を印加する上記の方法や、基板の少なくとも一方
の主面に電荷を帯びた荷電粒子を照射する上記の方法で
は、基板の厚さ方向のほぼ全てに亘るドメインしか形成
されない。
に電圧を印加する上記の方法や、基板の少なくとも一方
の主面に電荷を帯びた荷電粒子を照射する上記の方法で
は、基板の厚さ方向のほぼ全てに亘るドメインしか形成
されない。
【０００８】本発明の目的は、分極反転ドメインをこれ
までにはない独得の領域（特に深さ）に形成した構造及
び素子と、これらの再現性の良い作製方法を提供するこ
とにある。
までにはない独得の領域（特に深さ）に形成した構造及
び素子と、これらの再現性の良い作製方法を提供するこ
とにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、強誘電
性基体の一方の主面から基体厚さの１／２以上、１未満
の深さに亘って形成された分極反転ドメイン（以下、本
発明の分極反転ドメインと称する。）、及び、この分極
反転ドメインが強誘電性基体中に所定形状に形成されて
いる光学素子（以下、本発明の光学素子と称する。）に
係るものである。
性基体の一方の主面から基体厚さの１／２以上、１未満
の深さに亘って形成された分極反転ドメイン（以下、本
発明の分極反転ドメインと称する。）、及び、この分極
反転ドメインが強誘電性基体中に所定形状に形成されて
いる光学素子（以下、本発明の光学素子と称する。）に
係るものである。
【００１０】本発明の分極反転ドメイン及び光学素子に
よれば、分極反転ドメインが強誘電性基体の一方の主面
から基体厚さ（ｔ）の１／２以上、１未満の深さ（ｄ）
に亘って、即ち（ｔ／２）≦ｄ＜１を満たす深さ（ｄ）
に亘って形成されているので、従来にはない独得のドメ
イン構造として、十分な深さ（ｄ）の分極反転ドメイン
により入射光の受光及び透過面積が増え、非線形光学効
果（例えば特定波長の光ビームの出射）や電気光学効果
（光ビームの偏向、回折、屈折等）又は光ビームによる
信号量を十分なものとすることができ、しかも、基体の
厚さ方向において互いに異なる分極反転ドメイン領域と
非分極反転領域が存在することになるため、光ビームの
進行時に複数の機能（偏向、回折、屈折等）を生ぜし
め、光ビームを制御する上での自由度を向上させ得るこ
とができる。
よれば、分極反転ドメインが強誘電性基体の一方の主面
から基体厚さ（ｔ）の１／２以上、１未満の深さ（ｄ）
に亘って、即ち（ｔ／２）≦ｄ＜１を満たす深さ（ｄ）
に亘って形成されているので、従来にはない独得のドメ
イン構造として、十分な深さ（ｄ）の分極反転ドメイン
により入射光の受光及び透過面積が増え、非線形光学効
果（例えば特定波長の光ビームの出射）や電気光学効果
（光ビームの偏向、回折、屈折等）又は光ビームによる
信号量を十分なものとすることができ、しかも、基体の
厚さ方向において互いに異なる分極反転ドメイン領域と
非分極反転領域が存在することになるため、光ビームの
進行時に複数の機能（偏向、回折、屈折等）を生ぜし
め、光ビームを制御する上での自由度を向上させ得るこ
とができる。
【００１１】また、本発明は、強誘電性基体の少なくと
も一部に、その一方の主面から基体厚さの全体もしくは
ほぼ全体に亘る深さに分極反転ドメインを形成する第１
工程と、前記強誘電性基体をそのキュリー温度以下の温
度に所定時間保持して、前記分極反転ドメインを前記強
誘電性基体の前記主面から基体厚さの１／２以上、１未
満の深さとする第２工程とを有する、分極反転ドメイン
の作製方法（以下、本発明の分極反転ドメインの作製方
法と称する。）、及びこの作製方法によって前記分極反
転ドメインを前記強誘電性基体中に所定形状に形成する
光学素子の作製方法（以下、本発明の光学素子の作製方
法と称する。）も提供するものである。
も一部に、その一方の主面から基体厚さの全体もしくは
ほぼ全体に亘る深さに分極反転ドメインを形成する第１
工程と、前記強誘電性基体をそのキュリー温度以下の温
度に所定時間保持して、前記分極反転ドメインを前記強
誘電性基体の前記主面から基体厚さの１／２以上、１未
満の深さとする第２工程とを有する、分極反転ドメイン
の作製方法（以下、本発明の分極反転ドメインの作製方
法と称する。）、及びこの作製方法によって前記分極反
転ドメインを前記強誘電性基体中に所定形状に形成する
光学素子の作製方法（以下、本発明の光学素子の作製方
法と称する。）も提供するものである。
【００１２】本発明の分極反転ドメインの作製方法及び
光学素子の作製方法によれば、前記第１工程において、
前記基体に電圧を印加する等の方法によって、基体の厚
さ方向の全体もしくはほぼ全体に亘る分極反転ドメイン
を形成した後、前記第２工程において前記基体をそのキ
ュリー温度以下（例えば室温以上でかつキュリー温度未
満の温度）で所定時間保持（即ち、アニール）するの
で、前記第１工程で形成された分極反転ドメインの深さ
を効果的かつ制御性良く縮小し、分極反転ドメインを基
体の一方の主面から、基体厚さの１／２以上、１未満に
亘る深さ形状に加工することができる。即ち、前記第２
工程におけるアニールの条件を選択し、例えば分極反転
ドメインの深さはアニール温度が高いほど、またアニー
ル時間が長いほど小さくなり、基体厚さの１／２に近付
けることができる。
光学素子の作製方法によれば、前記第１工程において、
前記基体に電圧を印加する等の方法によって、基体の厚
さ方向の全体もしくはほぼ全体に亘る分極反転ドメイン
を形成した後、前記第２工程において前記基体をそのキ
ュリー温度以下（例えば室温以上でかつキュリー温度未
満の温度）で所定時間保持（即ち、アニール）するの
で、前記第１工程で形成された分極反転ドメインの深さ
を効果的かつ制御性良く縮小し、分極反転ドメインを基
体の一方の主面から、基体厚さの１／２以上、１未満に
亘る深さ形状に加工することができる。即ち、前記第２
工程におけるアニールの条件を選択し、例えば分極反転
ドメインの深さはアニール温度が高いほど、またアニー
ル時間が長いほど小さくなり、基体厚さの１／２に近付
けることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明の分極反転ドメイン及び光
学素子、並びにこれらの作製方法においては、前記分極
反転ドメインのドメイン壁の少なくとも一つが前記強誘
電性基体の前記主面に対して垂直もしくはほぼ垂直であ
ると、光ビームがドメイン壁で基体の面内方向とは垂直
の方向に屈折散乱されることがないので、光ビームを長
い距離に亘って基体中を伝搬させることができ、光ビー
ムの制御が容易になる。
学素子、並びにこれらの作製方法においては、前記分極
反転ドメインのドメイン壁の少なくとも一つが前記強誘
電性基体の前記主面に対して垂直もしくはほぼ垂直であ
ると、光ビームがドメイン壁で基体の面内方向とは垂直
の方向に屈折散乱されることがないので、光ビームを長
い距離に亘って基体中を伝搬させることができ、光ビー
ムの制御が容易になる。
【００１４】また、前記強誘電性基体がＬｉＮｂx Ｔａ
1-x Ｏ3 （但し、０≦ｘ≦１）の結晶からなり、ドメイ
ン壁の辺の方向が前記結晶のミラー面と平行であると、
ドメイン壁の平面度を向上させ、偏向を良好に行える。
1-x Ｏ3 （但し、０≦ｘ≦１）の結晶からなり、ドメイ
ン壁の辺の方向が前記結晶のミラー面と平行であると、
ドメイン壁の平面度を向上させ、偏向を良好に行える。
【００１５】また、本発明の分極反転ドメイン及び光学
素子の作製方法においては、前記第１工程において、前
記強誘電性基体の対向した両主面に電極をそれぞれ設
け、これらの対向電極間に電圧を印加することによっ
て、前記分極反転ドメインを形成するのがよい。
素子の作製方法においては、前記第１工程において、前
記強誘電性基体の対向した両主面に電極をそれぞれ設
け、これらの対向電極間に電圧を印加することによっ
て、前記分極反転ドメインを形成するのがよい。
【００１６】例えば、前記強誘電性基体の対向した両主
面に電極をそれぞれ設け、少なくとも一方の主面には所
定形状の電極を設け、前記両主面間に電圧を印加するこ
とによってそれぞれの分極反転ドメインを所定形状に形
成する（所望の形状に分極を反転させる）。
面に電極をそれぞれ設け、少なくとも一方の主面には所
定形状の電極を設け、前記両主面間に電圧を印加するこ
とによってそれぞれの分極反転ドメインを所定形状に形
成する（所望の形状に分極を反転させる）。
【００１７】或いは、前記第１工程において、前記強誘
電性基体の自発分極の負側又は正側の面に、負又は正の
電荷を有する荷電粒子を照射することによって、前記分
極反転ドメインを形成するのがよい。
電性基体の自発分極の負側又は正側の面に、負又は正の
電荷を有する荷電粒子を照射することによって、前記分
極反転ドメインを形成するのがよい。
【００１８】例えば、強誘電性基体の自発分極の負側の
面に、電子線又は負電荷を有する荷電粒子を照射するこ
とによってそれぞれの分極反転ドメインを所定形状に形
成する（所望の形状に分極を反転させる）。或いは、強
誘電性基体の自発分極の正側の面に、正電荷を有する荷
電粒子を照射することによってそれぞれの分極反転ドメ
インを形成する（所望の形状に分極を反転させる）。
面に、電子線又は負電荷を有する荷電粒子を照射するこ
とによってそれぞれの分極反転ドメインを所定形状に形
成する（所望の形状に分極を反転させる）。或いは、強
誘電性基体の自発分極の正側の面に、正電荷を有する荷
電粒子を照射することによってそれぞれの分極反転ドメ
インを形成する（所望の形状に分極を反転させる）。
【００１９】また、前記第２工程において、前記強誘電
性基体をそのキュリー温度より低い温度に保持するのが
よい。
性基体をそのキュリー温度より低い温度に保持するのが
よい。
【００２０】例えば、前記強誘電性基体がＬｉＮｂx Ｔ
ａ1-x Ｏ3 （但し、０≦ｘ≦１）の結晶からなる場合、
前記強誘電性基体をキュリー温度以下で大気中又は酸素
雰囲気中に保持するとよい。例えば、前記強誘導性基体
がＬｉＮｂＯ3 の結晶からなる場合、前記強誘電性基体
を３００〜１１５０℃で０分〜３０時間、大気中または
酸素雰囲気中に保持するとよい。
ａ1-x Ｏ3 （但し、０≦ｘ≦１）の結晶からなる場合、
前記強誘電性基体をキュリー温度以下で大気中又は酸素
雰囲気中に保持するとよい。例えば、前記強誘導性基体
がＬｉＮｂＯ3 の結晶からなる場合、前記強誘電性基体
を３００〜１１５０℃で０分〜３０時間、大気中または
酸素雰囲気中に保持するとよい。
【００２１】前記強誘電性基体は、ＬｉＮｂx Ｔａ1-x
Ｏ3 （但し、０≦ｘ≦１）の結晶であるニオブ酸リチウ
ム（ＬｉＮｂＯ3 ）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ
3 ）が使用可能であり、或いはＫＴＰ（ＫＴｉＯＰ
Ｏ4 ）等の結晶を用いることもできる。
Ｏ3 （但し、０≦ｘ≦１）の結晶であるニオブ酸リチウ
ム（ＬｉＮｂＯ3 ）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ
3 ）が使用可能であり、或いはＫＴＰ（ＫＴｉＯＰ
Ｏ4 ）等の結晶を用いることもできる。
【００２２】次に、本発明の好ましい実施の形態を図面
によって説明する。
によって説明する。
【００２３】強誘電性基板の厚さ方向の全体（基板厚さ
全体）に亘る深さの分極反転ドメインを作製する方法に
は、直接に基板に電圧を印加する方法と、電子線等の荷
電粒子を照射する方法とがある。
全体）に亘る深さの分極反転ドメインを作製する方法に
は、直接に基板に電圧を印加する方法と、電子線等の荷
電粒子を照射する方法とがある。
【００２４】分極反転ドメインの形成方法として、第１
の方法によれば、例えば図２にニオブ酸リチウム（Ｌｉ
ＮｂＯ3 ）基板１への電界印加方向を概念的に示すよう
に、ニオブ酸リチウムのｚ板１の＋ｚ面（＋ｃ面）上に
形成するドメインの形状の電極４３を導電膜（例えばア
ルミニウム膜の被着と通常のリソグラフィ技術によるも
の）で形成すると共に、ｚ板１の−ｚ面（−ｃ面）上に
平面電極４４を形成し、＋ｚ面上の電極４３が−ｚ面上
の電極４４より高電位になるように、電源６１によって
例えば２０ｋＶ／ｍｍ以上の電界を室温中で印加する。
の方法によれば、例えば図２にニオブ酸リチウム（Ｌｉ
ＮｂＯ3 ）基板１への電界印加方向を概念的に示すよう
に、ニオブ酸リチウムのｚ板１の＋ｚ面（＋ｃ面）上に
形成するドメインの形状の電極４３を導電膜（例えばア
ルミニウム膜の被着と通常のリソグラフィ技術によるも
の）で形成すると共に、ｚ板１の−ｚ面（−ｃ面）上に
平面電極４４を形成し、＋ｚ面上の電極４３が−ｚ面上
の電極４４より高電位になるように、電源６１によって
例えば２０ｋＶ／ｍｍ以上の電界を室温中で印加する。
【００２５】これによって、電極４３の直下には、分極
反転された複数のドメイン２を電極４３とほぼ同一パタ
ーンに形成し、図１に示した如き素子１０を作製する。
反転された複数のドメイン２を電極４３とほぼ同一パタ
ーンに形成し、図１に示した如き素子１０を作製する。
【００２６】なお、図２に示した外部電界印加によるド
メイン形成方法と類似の方法が、特開平２−１８７７３
５号公報や、文献（山田正裕等、”疑似位相整合導波路
型ＳＨＧ素子”、電子情報通信学会論文誌 C-I 、Vol.
J77-C-I、No.5、pp. 206-213(1994))にも述べられてい
るので、これらの方法は本実施の形態でも参照できる。
但し、本実施の形態をＳＨＧ素子に適用するときには、
上記のドメイン２の形成後に分極反転用の電極４３、４
４も含めてすべての電極を除去しなければ、電極の領域
で光が減衰してしまう。
メイン形成方法と類似の方法が、特開平２−１８７７３
５号公報や、文献（山田正裕等、”疑似位相整合導波路
型ＳＨＧ素子”、電子情報通信学会論文誌 C-I 、Vol.
J77-C-I、No.5、pp. 206-213(1994))にも述べられてい
るので、これらの方法は本実施の形態でも参照できる。
但し、本実施の形態をＳＨＧ素子に適用するときには、
上記のドメイン２の形成後に分極反転用の電極４３、４
４も含めてすべての電極を除去しなければ、電極の領域
で光が減衰してしまう。
【００２７】他方、このようなＳＨＧ素子に比べ、偏向
素子に適用するときには、ドメイン形成方法は同様であ
っても、電気光学効果のために必ず電極が必要である。
即ち、基板１の両側面５、６には、例えばアルミニウム
等の導電性の膜を蒸着法やスパッタリング法等で被着す
ることによって、電極（図示せず）を形成するが、これ
らの両電極が短絡されないようにする必要がある。両側
面５、６は予め平面研磨することが望ましい。この場
合、図２に示した電極４３、４４は予め除去してよい
が、そのまま残してもよい。
素子に適用するときには、ドメイン形成方法は同様であ
っても、電気光学効果のために必ず電極が必要である。
即ち、基板１の両側面５、６には、例えばアルミニウム
等の導電性の膜を蒸着法やスパッタリング法等で被着す
ることによって、電極（図示せず）を形成するが、これ
らの両電極が短絡されないようにする必要がある。両側
面５、６は予め平面研磨することが望ましい。この場
合、図２に示した電極４３、４４は予め除去してよい
が、そのまま残してもよい。
【００２８】分極反転ドメイン２の形成方法として、第
２の方法によれば、図３にニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂ
Ｏ3 ）基板１への電子線照射による方法を概念的に示す
ように、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3 ）のｚ板１の
＋ｚ面（＋ｃ面）上に平面電極４５を例えばアルミニウ
ム膜の被着により形成し、これを接地した状態で−ｚ面
（−ｃ面）上のドメイン２を形成したい部分に、２０ｋ
Ｖ（加速電圧）×ｔ（ｔ：基板１の厚さｔ（ｍｍ））以
上の電子線６２を室温中で走査して照射する。
２の方法によれば、図３にニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂ
Ｏ3 ）基板１への電子線照射による方法を概念的に示す
ように、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3 ）のｚ板１の
＋ｚ面（＋ｃ面）上に平面電極４５を例えばアルミニウ
ム膜の被着により形成し、これを接地した状態で−ｚ面
（−ｃ面）上のドメイン２を形成したい部分に、２０ｋ
Ｖ（加速電圧）×ｔ（ｔ：基板１の厚さｔ（ｍｍ））以
上の電子線６２を室温中で走査して照射する。
【００２９】これによって、基板１中には分極反転され
た複数のドメイン２（但し、分極方向は図２のものとは
逆）を所定のパターンに形成する。この後は、偏向素子
の場合には基板の両側面に上述した電極を設けるが、上
記の平面電極４５はそのまま残して用いてもよい。
た複数のドメイン２（但し、分極方向は図２のものとは
逆）を所定のパターンに形成する。この後は、偏向素子
の場合には基板の両側面に上述した電極を設けるが、上
記の平面電極４５はそのまま残して用いてもよい。
【００３０】なお、図３に示した電子線照射によるドメ
イン形成方法と類似の方法が、特開平４−２７０３２２
号公報、特開平４−２７０３２３号公報や、文献（M.Ya
madaand K.Kishima、“Fabrication of periodically r
eversed domein structurefor SHG in LiNbO3 by direc
t beam lithography at room temperature”、Electro
n. lett. 、Vol. 27, No.10, pp. 828-829(1991))にも
述べられている。但し、この公知の方法もＳＨＧ素子を
対象としている。
イン形成方法と類似の方法が、特開平４−２７０３２２
号公報、特開平４−２７０３２３号公報や、文献（M.Ya
madaand K.Kishima、“Fabrication of periodically r
eversed domein structurefor SHG in LiNbO3 by direc
t beam lithography at room temperature”、Electro
n. lett. 、Vol. 27, No.10, pp. 828-829(1991))にも
述べられている。但し、この公知の方法もＳＨＧ素子を
対象としている。
【００３１】上記した２種類のドメイン形成方法は、Ｌ
ｉＮｂx Ｔａ1-x Ｏ3 （但し、０≦ｘ≦１）やＫＴＰ
（ＫＴｉＯＰＯ4 ）などの強誘電体材料に対して有効な
方法である。
ｉＮｂx Ｔａ1-x Ｏ3 （但し、０≦ｘ≦１）やＫＴＰ
（ＫＴｉＯＰＯ4 ）などの強誘電体材料に対して有効な
方法である。
【００３２】以上に例示した方法で、基板１の厚さ方向
の全体に亘る分極反転ドメイン２を形成するが、次に、
このドメイン２を基板１の一方の主面３から基板厚の１
／２以上、１未満に亘る深さ形状に加工する方法を説明
する。
の全体に亘る分極反転ドメイン２を形成するが、次に、
このドメイン２を基板１の一方の主面３から基板厚の１
／２以上、１未満に亘る深さ形状に加工する方法を説明
する。
【００３３】そのためには、基板１を室温以上でかつ基
板のキュリー温度未満の温度で所望の時間、保持する方
法によりアニールすることがよい。
板のキュリー温度未満の温度で所望の時間、保持する方
法によりアニールすることがよい。
【００３４】例えば、図１に示すように、ニオブ酸リチ
ウム（ＬｉＮｂＯ3 ）のアニール温度として望ましいの
は３００〜１１５０℃であり、大気中か酸素雰囲気中で
アニールするのが望ましい。アニール時間は、どの程度
の深さ（又は厚さ）のドメインを形成したいかによる
が、０分〜３０時間でよい。アニール後のドメイン２の
深さｄは、温度が高いほど、またアニール時間が長いほ
ど小さくなり、基板１の厚さの１／２に近付く。例え
ば、アニール温度が１０２５℃のときには、３時間でド
メイン２の深さｄは基板１の厚さｔの１／２になる。
ウム（ＬｉＮｂＯ3 ）のアニール温度として望ましいの
は３００〜１１５０℃であり、大気中か酸素雰囲気中で
アニールするのが望ましい。アニール時間は、どの程度
の深さ（又は厚さ）のドメインを形成したいかによる
が、０分〜３０時間でよい。アニール後のドメイン２の
深さｄは、温度が高いほど、またアニール時間が長いほ
ど小さくなり、基板１の厚さの１／２に近付く。例え
ば、アニール温度が１０２５℃のときには、３時間でド
メイン２の深さｄは基板１の厚さｔの１／２になる。
【００３５】以上説明した方法により基板１の一方の主
面３から基板１の厚さｔの１／２以上、１未満に亘る深
さ形状のドメイン２を形成すれば、十分な深さ（ｄ）の
分極反転ドメイン２により入射光の受光及び透過面積が
増え、非線形光学効果（特定波長の光ビームの出射）や
電気光学効果（光ビームの偏向、回折、屈折等）又は光
ビームによる信号量を十分なものとすることができ、し
かも、基体１の厚さ方向において互いに異なる分極反転
ドメイン領域２と非分極反転領域２’が存在することに
なるため、光ビームの進行時に複数の機能（偏向、回
折、屈折等）を生ぜしめ、光ビームを制御する上での自
由度を向上させ得ることができる。
面３から基板１の厚さｔの１／２以上、１未満に亘る深
さ形状のドメイン２を形成すれば、十分な深さ（ｄ）の
分極反転ドメイン２により入射光の受光及び透過面積が
増え、非線形光学効果（特定波長の光ビームの出射）や
電気光学効果（光ビームの偏向、回折、屈折等）又は光
ビームによる信号量を十分なものとすることができ、し
かも、基体１の厚さ方向において互いに異なる分極反転
ドメイン領域２と非分極反転領域２’が存在することに
なるため、光ビームの進行時に複数の機能（偏向、回
折、屈折等）を生ぜしめ、光ビームを制御する上での自
由度を向上させ得ることができる。
【００３６】また、ドメイン壁４が基板１の一つの主面
３に垂直であると、光ビームがドメイン壁４で基板１の
面内方向とは垂直の方向に屈折散乱されることがないの
で、光ビームを長い距離に亘って基板中を伝搬させるこ
とができ、光ビームの制御が容易になるというメリット
がある。
３に垂直であると、光ビームがドメイン壁４で基板１の
面内方向とは垂直の方向に屈折散乱されることがないの
で、光ビームを長い距離に亘って基板中を伝搬させるこ
とができ、光ビームの制御が容易になるというメリット
がある。
【００３７】以上、本発明の実施の形態を説明したが、
上述の実施の形態は本発明の技術的思想に基づいて種々
の変形が可能である。
上述の実施の形態は本発明の技術的思想に基づいて種々
の変形が可能である。
【００３８】例えば、ドメイン２は直方体以外の例えば
三角柱等の形状としたり、電極４３の形状を矩形以外の
形状にすることができるし、他方の電極４４も同様に変
形してもよい。ドメイン壁の形状や個数も上述したもの
に限定されない。
三角柱等の形状としたり、電極４３の形状を矩形以外の
形状にすることができるし、他方の電極４４も同様に変
形してもよい。ドメイン壁の形状や個数も上述したもの
に限定されない。
【００３９】また、上述した電子線以外の負電荷を有す
る荷電粒子を照射したり、或いは、ドメインの自発分極
の正側の面に、正電荷を有する荷電粒子（例えば陽子）
を照射することによってそれぞれのドメインを形成する
ことができる。
る荷電粒子を照射したり、或いは、ドメインの自発分極
の正側の面に、正電荷を有する荷電粒子（例えば陽子）
を照射することによってそれぞれのドメインを形成する
ことができる。
【００４０】さらに、光ビーム入射側に偏光子、光ビー
ム出射側に検光子を配置してよいが、いずれか一方のみ
を配置した場合でも、電気光学素子の動作は可能であ
る。
ム出射側に検光子を配置してよいが、いずれか一方のみ
を配置した場合でも、電気光学素子の動作は可能であ
る。
【００４１】また、上述の素子を透過型波長フィルタ及
び光強度変調器として直列に並べることによって、光ビ
ームの位相整合と強度変調とを同時に行うことができ
る。
び光強度変調器として直列に並べることによって、光ビ
ームの位相整合と強度変調とを同時に行うことができ
る。
【００４２】
【発明の作用効果】本発明は上述した如く、分極反転ド
メインが強誘電性基体の一方の主面から基体厚さ（ｔ）
の１／２以上、１未満の深さ（ｄ）に亘って、即ち（ｔ
／２）≦ｄ＜１を満たす深さ（ｄ）に亘って形成されて
いるので、従来にはない独得のドメイン構造として、十
分な深さ（ｄ）の分極反転ドメインにより入射光の受光
及び透過面積が増え、非線形光学効果（特定波長の光ビ
ームの出射）や電気光学効果（光ビームの偏向、回折、
屈折等）又は光ビームによる信号量を十分なものとする
ことができ、しかも、基体の厚さ方向において互いに異
なる分極反転ドメイン領域と非分極反転領域が存在する
ことになるため、光ビームの進行時に複数の機能（偏
向、回折、屈折等）を生ぜしめ、光ビームを制御する上
での自由度を向上させ得ることができる。
メインが強誘電性基体の一方の主面から基体厚さ（ｔ）
の１／２以上、１未満の深さ（ｄ）に亘って、即ち（ｔ
／２）≦ｄ＜１を満たす深さ（ｄ）に亘って形成されて
いるので、従来にはない独得のドメイン構造として、十
分な深さ（ｄ）の分極反転ドメインにより入射光の受光
及び透過面積が増え、非線形光学効果（特定波長の光ビ
ームの出射）や電気光学効果（光ビームの偏向、回折、
屈折等）又は光ビームによる信号量を十分なものとする
ことができ、しかも、基体の厚さ方向において互いに異
なる分極反転ドメイン領域と非分極反転領域が存在する
ことになるため、光ビームの進行時に複数の機能（偏
向、回折、屈折等）を生ぜしめ、光ビームを制御する上
での自由度を向上させ得ることができる。
【００４３】また、分極反転ドメインの作製に際し、第
１工程において前記基体に電圧を印加する等の方法によ
って、基体の厚さ方向の全体もしくはほぼ全体に亘る分
極反転ドメインを形成した後、第２工程において前記基
体をそのキユリー温度以下（例えば室温以上でかつキュ
リー温度未満の温度）で所定時間保持（即ち、アニー
ル）するので、前記第１工程で形成された分極反転ドメ
インの深さを効果的かつ制御性良く縮小し、分極反転ド
メインを基体の一方の主面から基体厚さの１／２以上、
１未満に亘る深さ形状に加工することができる。
１工程において前記基体に電圧を印加する等の方法によ
って、基体の厚さ方向の全体もしくはほぼ全体に亘る分
極反転ドメインを形成した後、第２工程において前記基
体をそのキユリー温度以下（例えば室温以上でかつキュ
リー温度未満の温度）で所定時間保持（即ち、アニー
ル）するので、前記第１工程で形成された分極反転ドメ
インの深さを効果的かつ制御性良く縮小し、分極反転ド
メインを基体の一方の主面から基体厚さの１／２以上、
１未満に亘る深さ形状に加工することができる。
【図１】本発明に基づいて分極反転ドメインを作製する
方法を示す概略図である。
方法を示す概略図である。
【図２】同、分極反転ドメインを有する光学素子のドメ
インの形成方法を示す概略斜視図である。
インの形成方法を示す概略斜視図である。
【図３】同、分極反転ドメインを有する光学素子のドメ
インの他の形成方法を示す概略斜視図である。
インの他の形成方法を示す概略斜視図である。
１…強誘電性基板、２…分極反転ドメイン、３…主面、
４…ドメイン壁、５、６…側面、１０…光学素子、４
３、４４、４５…電極、６１…電源、６２…電子線
４…ドメイン壁、５、６…側面、１０…光学素子、４
３、４４、４５…電極、６１…電源、６２…電子線
Claims (22)
- 【請求項１】 強誘電性基体の一方の主面から基体厚さ
の１／２以上、１未満の深さに亘って形成された分極反
転ドメイン。 - 【請求項２】 ドメイン壁の少なくとも一つが前記強誘
電性基体の前記主面に対して垂直もしくはほぼ垂直であ
る、請求項１に記載した分極反転ドメイン。 - 【請求項３】 前記強誘電性基体がＬｉＮｂx Ｔａ1-x
Ｏ3 （但し、０≦ｘ≦１）の結晶からなり、ドメイン壁
の辺の方向が前記結晶のミラー面と平行である、請求項
１に記載した分極反転ドメイン。 - 【請求項４】 強誘電性基体の少なくとも一部に、その
一方の主面から基体厚さの全体もしくはほぼ全体に亘る
深さに分極反転ドメインを形成する第１工程と、 前記強誘電性基体をそのキュリー温度以下の温度に所定
時間保持して、前記分極反転ドメインを前記強誘電性基
体の前記主面から基体厚さの１／２以上、１未満の深さ
とする第２工程とを有する、分極反転ドメインの作製方
法。 - 【請求項５】 前記第１工程において、前記強誘電性基
体の対向した両主面に電極をそれぞれ設け、これらの対
向電極間に電圧を印加することによって、前記分極反転
ドメインを形成する、請求項４に記載した分極反転ドメ
インの作製方法。 - 【請求項６】 前記第１工程において、前記強誘電性基
体の自発分極の負側又は正側の面に、負又は正の電荷を
有する荷電粒子を照射することによって、前記分極反転
ドメインを形成する、請求項４に記載した分極反転ドメ
インの作製方法。 - 【請求項７】 前記第２工程において、前記強誘電性基
体をそのキュリー温度より低い温度に保持する、請求項
４に記載した分極反転ドメインの作製方法。 - 【請求項８】 前記強誘電性基体がＬｉＮｂx Ｔａ1-x
Ｏ3 （但し、０≦ｘ≦１）の結晶からなる場合、前記強
誘電性基体をキュリー温度以下で大気中又は酸素雰囲気
中に保持する、請求項７に記載した分極反転ドメインの
作製方法。 - 【請求項９】 前記強誘電性基体がＬｉＮｂＯ3 の結晶
からなる場合、前記強誘導性基体を３００〜１１５０℃
で０分〜３０時間、大気中又は酸素雰囲気中に保持す
る、請求項７に記載した分極反転ドメインの作製方法。 - 【請求項１０】 ドメイン壁の少なくとも一つが前記強
誘電性基体の前記主面に対して垂直もしくはほぼ垂直で
ある前記分極反転ドメインを形成する、請求項４に記載
した分極反転ドメインの作製方法。 - 【請求項１１】 ＬｉＮｂx Ｔａ1-x Ｏ3 （但し、０≦
ｘ≦１）の結晶からなる前記強誘電性基体に、ドメイン
壁の辺の方向が前記結晶のミラー面と平行である前記分
極反転ドメインを形成する、請求項４に記載した分極反
転ドメインの作製方法。 - 【請求項１２】 強誘電性基体と、この強誘電性基体中
に所定形状に形成された分極反転ドメインとを有し、こ
の分極反転ドメインが、前記強誘電性基体の一方の主面
から基体厚さの１／２以上、１未満の深さに亘って形成
されている光学素子。 - 【請求項１３】 前記分極反転ドメインのドメイン壁の
少なくとも一つが前記強誘電性基体の前記主面に対して
垂直もしくはほぼ垂直である、請求項１２に記載した光
学素子。 - 【請求項１４】 前記強誘電性基体がＬｉＮｂx Ｔａ
1-x Ｏ3 （但し、０≦ｘ≦１）の結晶からなり、前記分
極反転ドメインのドメイン壁の辺の方向が前記結晶のミ
ラー面と平行である、請求項１２に記載した光学素子。 - 【請求項１５】 強誘電性基体と、この強誘電性基体中
に所定形状に形成された分極反転ドメインとを有する光
学素子の作製方法において、 前記強誘電性基体の少なくとも一部に、その一方の主面
から基体厚さの全体もしくはほぼ全体に亘る深さに分極
反転ドメインを形成する第１工程と、 前記強誘電性基体をそのキュリー温度以下の温度に所定
時間保持して、前記分極反転ドメインを前記強誘電性基
体の前記主面から基体厚さの１／２以上、 １未満の深さとする第２工程とを有することを特徴とす
る、光学素子の作製方法。 - 【請求項１６】 前記第１工程において、前記強誘電性
基体の対向した両主面に電極をそれぞれ設け、これらの
対向電極間に電圧を印加することによって、前記分極反
転ドメインを形成する、請求項１５に記載した光学素子
の作製方法。 - 【請求項１７】 前記第１工程において、前記強誘電性
基体の自発分極の負側又は正側の面に、負又は正の電荷
を有する荷電粒子を照射することによって、前記分極反
転ドメインを形成する、請求項１５に記載した光学素子
の作製方法。 - 【請求項１８】 前記第２工程において、前記強誘電性
基体をそのキュリー温度より低い温度に保持する、請求
項１５に記載した光学素子の作製方法。 - 【請求項１９】 前記強誘電性基体がＬｉＮｂx Ｔａ
1-x Ｏ3 （但し、０≦ｘ≦１）の結晶からなる場合、前
記強誘電性基体をキュリー温度以下で大気中又は酸素雰
囲気中に保持する、請求項１８に記載した光学素子の作
製方法。 - 【請求項２０】 前記強誘電性基体がＬｉＮｂＯ3 の結
晶からなる場合、前記強誘導性基体を３００〜１１５０
℃で０分〜３０時間、大気中又は酸素雰囲気中に保持す
る、請求項１８に記載した光学素子の作製方法。 - 【請求項２１】 ドメイン壁の少なくとも一つが前記強
誘電性基体の前記主面に対して垂直もしくはほぼ垂直で
ある前記分極反転ドメインを形成する、請求項１５に記
載した光学素子の作製方法。 - 【請求項２２】 ＬｉＮｂx Ｔａ1-x Ｏ3 （但し、０≦
ｘ≦１）の結晶からなる前記強誘電性基体に、ドメイン
壁の辺の方向が前記結晶のミラー面と平行である前記分
極反転ドメインを形成する、請求項１５に記載した光学
素子の作製方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6521398A JPH11258646A (ja) | 1998-03-16 | 1998-03-16 | 分極反転ドメイン及び光学素子、並びにこれらの作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6521398A JPH11258646A (ja) | 1998-03-16 | 1998-03-16 | 分極反転ドメイン及び光学素子、並びにこれらの作製方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11258646A true JPH11258646A (ja) | 1999-09-24 |
Family
ID=13280421
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6521398A Pending JPH11258646A (ja) | 1998-03-16 | 1998-03-16 | 分極反転ドメイン及び光学素子、並びにこれらの作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11258646A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7230753B2 (en) | 2002-11-25 | 2007-06-12 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method for forming domain-inverted structure and optical element with domain-inverted structure |
| CN100390651C (zh) * | 2002-11-25 | 2008-05-28 | 松下电器产业株式会社 | 光学元件的制造方法和具有极化反转结构的光学元件 |
-
1998
- 1998-03-16 JP JP6521398A patent/JPH11258646A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7230753B2 (en) | 2002-11-25 | 2007-06-12 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method for forming domain-inverted structure and optical element with domain-inverted structure |
| CN100390651C (zh) * | 2002-11-25 | 2008-05-28 | 松下电器产业株式会社 | 光学元件的制造方法和具有极化反转结构的光学元件 |
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