JPWO2011118530A1 - 光学素子、光源装置、及び光学素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、所要の圧力を加え続けることが可能な光学素子及び光学素子等に関する。当該光学素子１は、常誘電体結晶Ｓと、常誘電体結晶をその間に挟む第１及び第２の押圧手段１０、２０と、締結手段３０Ａ〜３０Ｄとを備える。常誘電体結晶Ｓは、極性周期方向に沿って極性が周期的に反転している周期構造を有する。締結手段３０Ａ〜３０Ｄは、第１及び第２の押圧手段１０、２０を介して、常誘電体結晶Ｓに所定の圧力が極性周期方向と交差する方向に加わるよう、第１及び第２の押圧手段１０、２０を相互に固定する。

Description

本発明は、光学素子、光学素子の製造方法ならびに光学素子を備えた光源装置に関するものである。

非線形光学結晶に対し二次の非線形光学効果を利用し、固体レーザーへの入射光の半分の波長の光である第二高調波を発生（Second harmonic generation；ＳＨＧ）させて短波長レーザー光として使う方法が知られている。非線形光学効果とは、物質の分極応答の非線形性による効果のことで、物質中にレーザー光のような強い光を入射した場合、入射光の電界に対して分極の応答が比例しなくなることにより、入射光の一部が波長変換される現象をいう。

実際に発生する第二高調波は、結晶の分散特性のため入射光の波長の１／２よりも若干短い波長になってしまう。そのため、第二高調波同士の位相は序々にずれてしまい、その結果、第二高調波同士の打ち消し合いが生じてしまう。この場合、十分な光量の第二高調波を発生させることは難しくなってしまう。

そこで、十分な光量の第二高調波を得るため、擬似位相整合素子（Quasi-Phase Matching素子；ＱＰＭ素子）が提案されている。擬似位相整合とは、第二高調波同士の電場の打ち消し合いを回避すべく、結晶中において極性反転構造を作り、電場が打ち消し合わない向きに極性を変えてやることにより擬似的に位相を整合させて第二高調波を発生させることを可能にする方法をいう。擬似位相整合素子においても、近年特に常誘電体である水晶に外力を印加することにより周期的な極性反転構造を形成した擬似位相整合素子が検討されている（例えば、特許文献１、２参照）。

擬似位相整合の実現には、結晶の極性が周期的に反転している構造が必要である。紫外光等の短波長発生のためには、通常単結晶内部に極性の反転したドメインを作り込む方法がとられる。強誘電体に対して分極反転構造を作る場合、電界を外部から印加することにより自発分極を反転させる方法がとられる。しかしながら、例えばニオブ酸リチウム、ニオブ酸タンタル等の強誘電体では、第二高調波の発生波長を決定する吸収端波長が３００ｎｍ程度と長くなってしまう。そのため、真空紫外域と言われるような２００ｎｍ以下での第二高調波発生は不可能となってしまう。一方、例えば常誘電体である水晶は、その吸収端波長が１５０ｎｍ以下の非線形光学結晶である。

特開２００４−１０７１８７号公報 特開２００４−２７９６１２号公報

本発明は、常誘電体結晶に所要の圧力を加え続けることが可能な光学素子及びその製造方法、ならびに前記光学素子を備えた光源装置を提供することを目的としている。

ところで、常誘電体に対し機械的外力を印加することで常誘電体内に極性反転構造が形成されることが知られている。そこで、本願発明者らは、常誘電体に対し機械的外力を印加することで極性反転構造を作製することについて鋭意研究を行った結果、機械的外力を印加して極性反転構造を得た常誘電体では、得られた周期的極性反転構造が何らかの原因により失われてしまうことがあるという新たな知見を得るに至った。このような周期的極性反転構造の消失現象は、極性反転構造を形成後、機械的外力が低減ないし除去された状態で起こり得るものであること、機械的外力の除去と同時に起こる場合もあることを本発明者らは見出した。

かかる研究結果を踏まえ、本実施形態に係る光学素子は、常誘電体結晶と、一対の押圧手段と、締結手段と、を備える。常誘電体結晶は、極性周期方向に沿って極性が周期的に反転している周期構造を有する。一対の押圧手段は、常誘電体結晶をその間に挟む。締結手段は、当該一対の押圧手段を介して常誘電体結晶に所定の圧力が極性周期方向と交差する方向に加わるよう、一対の押圧手段を相互に固定する。

一方、本実施形態に係る製造方法は、常誘電体からなる常誘電体結晶と、一対の押圧手段と、一対の押圧手段の間の間隔を固定する締結手段と、を備える光学素子を製造する。具体的に、当該方法は、押圧工程と、締結工程を備える。押圧工程は、常誘電体結晶を一対の押圧手段の間に配置した状態で、一対の押圧手段を介して常誘電体結晶を所定の圧力で一対の押圧手段の互いに向かい合う面を最短距離で結ぶ直線方向、すなわち押圧方向に沿って押圧する。締結工程は、締結手段によって一対の押圧手段を相互に固定する。

これらの光学素子及びその製造方法それぞれによれば、締結手段により一対の押圧手段が相互に固定される。そのため、常誘電体結晶に対し、一対の押圧手段により所要の圧力を加え続けることが可能となる。また、その結果、これらの光学素子及びその製造方法それぞれでは、常誘電体結晶が極性反転構造を永続的に有することが可能となる。

本実施形態に係る製造方法において、押圧工程では、その間に常誘電体結晶を挟んだ一対の押圧手段を一対の加圧手段の間に挟んだ状態で当該一対の加圧手段が一対の押圧手段を加圧することで、常誘電体結晶が所定の圧力で押圧される。また、当該製造方法は、締結工程の後、一対の押圧手段によって保持された常誘電体結晶を当該一対の押圧手段ごと一対の加圧手段の間から取り出す取り出し工程をさらに備えていてもよい。

押圧工程において、一対の押圧手段を一方が他方より高温になるように加温し、温度差を有した状態で一対の押圧手段を介して常誘電体結晶を押圧することが好ましい。特に、一対の押圧手段のうち温度が高い方の押圧手段と向かい合う、常誘電体結晶の面には凹凸が周期的に形成されていることが好ましい。あるいは、一対の押圧手段のうち温度が高い方の押圧手段は、常誘電体結晶と向かい合う面を有し、当該面には凹凸が周期的に形成されていることが好ましい。

極性反転構造は、常誘電体結晶の一端側からそれと対向する他端側に向かって作成することが好ましい。よって、上記製造方法では、高温相になる程極性を反転しやすくなる特性を利用し、常誘電体結晶に一対の押圧手段の間で温度差を設け、高温の押圧手段側から極性反転構造を作成する。

一対の押圧手段の少なくとも一方と向かい合う、常誘電体結晶の面には凹凸が周期的に形成されていることが好ましい。あるいは、一対の押圧手段の少なくとも一方は、常誘電体結晶と向かい合う面を有し、当該面には凹凸が周期的に形成されていることが好ましい。押圧手段又は常誘電体結晶の周期的に形成された凸の部分のみで押圧手段が常誘電体結晶を押圧することができる。よって、周期的な極性反転構造を容易に得ることができる。

一対の押圧手段は互いに向かい合う面を有し、当該互いに向かい合う面を最短距離で結ぶ直線方向に直交する所定の方向に沿って常誘電体結晶を見たときに、当該所定の方向に沿って一直線上に常誘電体結晶以外配置されていないことが好ましい。常誘電体結晶を観察する際に視界に遮蔽物がないため好適である。または、常誘電体結晶に入射させる光の進行経路上に遮蔽物がないため使用する上で好適である。

光学素子は、一対の押圧手段間の相対的位置を固定する位置固定手段をさらに備えることが好ましい。これにより、一対の押圧手段が押圧の間にずれてしまうことが抑制される。

常誘電体結晶は、水晶を含むのが好ましい。水晶は、その吸収端波長が１５０ｎｍ以下である。そのため、水晶を利用して得られる擬似位相整合素子は、２００ｎｍ以下の第二高調波発生、特にＡｒＦエキシマレーザー波長に相当する１９３ｎｍやＦ_２エキシマレーザー波長に相当する１５７ｎｍの第二高調波を発生することが可能となる。

締結手段は、一対の押圧手段を介して、常誘電体結晶に所定の圧力が極性周期方向と略直交する方向に加わるよう、一対の押圧手段を相互に固定することが好ましい。一対の押圧手段によって、より効率的に常誘電体結晶に圧力を加えることが可能となる。

また、締結手段は、一対の押圧手段の間の間隔を固定することで一対の押圧手段を相互に固定することが好ましい。また、締結工程において、所定の圧力に対応する一対の押圧手段の間の間隔は、締結手段によって固定されるのが好ましい。一対の押圧手段の間の間隔を固定することで、一対の押圧手段によって常誘電体結晶に一定の圧力を加え続けることができる。

本発明に係る各実施形態によれば、所要の圧力を加え続けることが可能な光学素子及び光学素子の製造方法、ならびに前記光学素子を備えた光源装置を提供することができる。

は、第１実施形態に係る光学素子及びその製造装置の分解斜視図である。 は、図１のII−II矢印断面図である。 は、第１実施形態に係る光学素子及びその製造装置の一部の上面図である。 は、結晶中に形成された周期的な極性反転構造を説明するための図である。 は、第１実施形態に係る光学素子の製造方法を説明するためのフローチャートである。 は、（ａ）水晶の高温相、（ｂ）水晶の低温相、及び（ｃ）水晶のドフィーネ双晶の構造を示すための図である。 は、第１実施形態に係る光学素子及びその製造装置の変形例の分解斜視図である。 は、第２実施形態に係る光学素子及びその製造装置の分解斜視図である。 は、図８のXV−XV矢印断面図である。 は、第２実施形態に係る光学素子及びその製造装置の一部の上面図である。 は、第２実施形態に係る光学素子の製造方法を説明するためのフローチャートである。 は、波長１５４４ｎｍの固体レーザー光源から波長１９３ｎｍの８倍波を発生させる光源装置の構成図である

ＭＡ１…製造装置、２…第１の加圧ヒーターブロック、１、５…光学素子、１０、５０…第１の押圧手段、１１、５１…第１の板状部材、１２、５２…第１の支持部、１３、５３…第１の主押圧部材、２０、６０…第２の押圧手段、２１、６１…第２の板状部材、２２、６２…第２の支持部、２３、６３…第２の主押圧部材、３０Ａ〜３０Ｄ、７０Ａ〜７０Ｄ…締結手段、３１Ａ〜３１Ｄ…ボルト、３２Ａ〜３２Ｄ…座金、４０…位置固定手段、４１Ａ〜４１Ｄ…断熱用カラー、４２Ａ〜４２Ｄ…ピン、８…押圧支持手段、８１…第１の押圧支持板、８２…第２の押圧支持板８２、８３Ａ〜８３Ｄ…ボルト、８４Ａ〜８４Ｄ…座金、８５Ａ〜８５Ｄ…断熱用カラー、８６Ａ〜８６Ｄ…ピン。

以下、添付図面を参照して、好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

（第１実施形態）
図１〜図３を参照して、第１実施形態に係る光学素子１の構成及びその製造方法について説明する。図１は、第１実施形態に係る光学素子及びその製造装置の分解斜視図である。図２は、図１のII−II矢印断面図である。図３は、第１実施形態に係る光学素子及びその製造装置の一部の上面図である。

製造装置ＭＡ１は、第１及び第２の加圧ヒーターブロック（加圧手段）２、３を備える。製造装置ＭＡ１は、第２の加圧ヒーターブロック３上に常誘電体結晶Ｓを備える光学素子１を配置し、第１の加圧ヒーターブロック２を光学素子１の上に載せて、第１の加圧ヒーターブロック２を介して光学素子１に圧力を印加して常誘電体結晶Ｓを加圧する装置である。第１の加圧ヒーターブロック２による加圧は、例えば駆動制御装置に接続して行ってもよい。

第１及び第２の加圧ヒーターブロック２、３は何れも略直方体状を呈する。第１及び第２の加圧ヒーターブロック２、３は、ヒーターとしても機能する。

光学素子１は、常誘電体結晶Ｓと、第１の押圧手段１０と、第２の押圧手段２０と、締結手段３０Ａ〜３０Ｄと、位置固定手段４０Ａ〜４０Ｄとを備える。光学素子１は、常誘電体結晶Ｓを第１及び第２の押圧手段１０、２０の間に挟む挟み込み構造をとる。第１及び第２の押圧手段１０、２０は互いに向き合い、これらの間の間隔を締結手段３０Ａ〜３０Ｄが固定する。第１及び第２の押圧手段１０、２０が相互に固定され、第１及び第２の押圧手段１０、２０の間隔が固定されることにより、第１及び第２の押圧手段１０、２０を介して常誘電体結晶Ｓに所定の圧力が加わる。常誘電体結晶Ｓに圧力が加わることにより、常誘電体結晶Ｓ内においては当該所定の圧力に対応した応力が生じる。

第１の押圧手段１０は、第１の板状部材１１と、第１の支持部１２と、第１の主押圧部材（主押圧部）１３とを有する。第２の押圧手段２０は、第２の板状部材２１と、第２の支持部２２と、第２の主押圧部材（主押圧部）２３とを有する。

第１及び第２の板状部材１１、２１の主面は何れも、四隅がカットされた長方形状を呈する。第１の板状部材１１は、図３に示されている。第１及び第２の板状部材１１、２１は、耐熱性を有するとともに熱膨張の小さ材料からなることが好ましい。したがって、第１及び第２の板状部材１１、２１は、例えばスタバックス（登録商標）等の金属材料又はアルミナ等のセラミックス材料からなっていてもよい。第１及び第２の板状部材１１、２１の主面は、同じ大きさ及び形状であることが好ましい。

第１の板状部材１１の四隅それぞれには、厚さ方向に貫通する貫通孔が設けられている。第２の板状部材２１の四隅それぞれには、雌ねじが厚さ方向に貫通するように設けられている。各雌ねじの位置は、第１の板状部材１１に形成された貫通孔の位置に対応している。

第１及び第２の板状部材１１、２１は、それぞれの主面の長辺方向の端部が第１及び第２の加圧ヒーターブロック２、３からはみ出るように、第１及び第２の加圧ヒーターブロック２、３の間に配置される。第１の板状部材１１上の四隅に設けられた４つの貫通孔は何れも、第１及び第２の加圧ヒーターブロック２、３からはみ出る位置に形成される。第２の板状部材２１の４つの雌ねじは何れも、第１及び第２の加圧ヒーターブロック２、３からはみ出る位置に形成される。

第１の支持部１２は、第１の板状部材１１の第２の押圧手段２０と向かい合うする側の主面上に取り付けられている。第１の支持部１２は、第１の板状部材１１の主面の長手方向の略中央に対して互いに対称となるように配置された２つのレール部材１２Ａ、１２Ｂからなる。レール部材１２Ａは、第１の板状部材１１の主面の長手方向の略中央に対して図１及び図２の−Ｘ側に取り付けられている。レール部材１２Ｂは、第１の板状部材１１の主面の長手方向の略中央に対して図１及び２の＋Ｘ側に取り付けられている。各レール部材１２Ａ、１２Ｂは、第１の板状部材１１の短手方向に沿って延びている。

第２の支持部２２は、第２の板状部材２１の第１の押圧手段１０と向かい合うする側の主面上に取り付けられている。第２の支持部２２は、第２の板状部材２１の主面の長手方向の略中央に対して互いに対称となるように配置された２つのレール部材２２Ａ、２２Ｂからなる。レール部材２２Ａは、第２の板状部材２１の主面の長手方向の略中央に対して図１及び図２の−Ｘ側に取り付けられている。レール部材２２Ｂは、第２の板状部材２１の主面の長手方向の略中央に対して図１及び図２の＋Ｘ側に取り付けられている。各レール部材２２Ａ、２２Ｂは、第２の板状部材２１の短手方向に沿って延びている。

図２に示されているように、第１の支持部１２の各レール部材１２Ａ、１２Ｂ並びに第２の支持部２２の各レール部材２２Ａ、２２ＢのII−II矢印断面形状はそれぞれ、第１及び第２の板状部材１１、２１側に位置する長方形と、当該長方形と一辺を共有する台形とが組み合わされた形状を呈する。第１の支持部１２の各レール部材１２Ａ、１２ＢのII−II矢印断面形状における台形は、第１の板状部材１１に向かって狭くなるテーパ状である。一方、第２の支持部２２の各レール部材２２Ａ、２２ＢのII−II矢印断面形状における台形は、第２の支持部２２に向かって狭くなるテーパ状である。

第１及び第２の主押圧部材１３、２３はそれぞれ、第１及び第２の板状部材１１、２１の短辺方向に沿って延びる、断面が六角形である棒状を呈する。図２に示されているように、第１及び第２の主押圧部材１３、２３のII−II矢印断面形状はそれぞれ、第１及び第２の板状部材１１、２１側に位置する長方形と、当該長方形と一辺を共有する台形とが組み合わされた形状を呈する。第１の主押圧部材１３のII−II矢印断面形状における台形は、第１の板状部材１１から離れる方向に向かって狭くなるテーパ状である。一方、第２の主押圧部材２３のII−II矢印断面形状における台形は、第２の支持部２２から離れる方向に向かって狭くなるテーパ状である。

第１及び第２の主押圧部材１３、２３はそれぞれ、第１及び第２の支持部１２、２２によって支持されている。具体的には、第１及び第２の主押圧部材１３、２３はそれぞれ、図２に示されているように、第１及び第２の支持部１２、２２の２つのレール部材１２Ａ、１２Ｂ、２２Ａ、２２Ｂに嵌合されている。したがって、第１及び第２の支持部１２、２２それぞれの２つのレール部材１２Ａ、１２Ｂ、２２Ａ、２２Ｂに嵌め込まれた第１及び第２の主押圧部材１３、２３は、レール部材１２Ａ、１２Ｂ、２２Ａ、２２Ｂに沿って移動させることで第１及び第２の支持部１２、２２から着脱することができる。

第１及び第２の主押圧部材１３、２３は何れも、常誘電体結晶Ｓを介して対向し且つ直接接する面１３ａ、２３ａをそれぞれ含む。第１及び第２の主押圧部材１３、２３の常誘電体結晶Ｓに接する面１３ａ、２３ａは何れも、常誘電体結晶Ｓの全面を覆うように形成されている。

締結手段３０Ａ〜３０Ｄは、常誘電体結晶Ｓを介して対向するよう配置された第１の板状部材１１と第２の板状部材２１とを相互に固定する。すなわち、締結手段３０Ａ〜３０Ｄは、第１及び第２の板状部材１１、２１の間の間隔を固定する。これにより、第１及び第２の主押圧部材１３、２３の間の間隔が固定される。

締結手段３０Ａ〜３０Ｄはそれぞれ、ボルト３１Ａ〜３１Ｄと、座金３２Ａ〜３２Ｄとを有する。

各ボルト３１Ａ〜３１Ｄは、第１の板状部材１１から第２の板状部材２１に向かってに延びるように、第１の板状部材１１に形成された貫通孔を通過し、第２の板状部材２１に形成された雌ねじに螺合される。すなわち、第２の板状部材２１の四隅に設けられた雌ねじも共に締結手段３０Ａ〜３０Ｄとして機能する。

位置固定手段４０Ａ〜４０Ｄはそれぞれ、断熱用カラー４１Ａ〜４１Ｄと、ピン４２Ａ〜４２Ｄとを有する。断熱用カラー４１Ａ〜４１Ｄはそれぞれ、第１の板状部材１１に固定されている。各断熱用カラー４１Ａ〜４１Ｄは、円柱状を呈し、一方の底面が第１の板状部材１１に接するように第１の板状部材１１に取り付けられている。断熱用カラー４１Ａ〜４１Ｄは、耐熱性を有するとともに、熱伝導率の極めて小さい材料からなる。

断熱用カラー４１Ａ、４１Ｂは、ボルト３１Ａ、３１Ｂと第１の支持部１２のレール部材１２Ａとの間に配置される。断熱用カラー４１Ａ、４１Ｂは、第１の板状部材１１の長辺方向に見たときに、その間に常誘電体結晶Ｓが位置するように配置される。

断熱用カラー４１Ｃ、４１Ｄは、ボルト３１Ｃ、３１Ｄと第１の支持部１２のレール部材１２Ｂとの間に配置される。断熱用カラー４１Ｃ、４１Ｄは、第１の板状部材１１の長辺方向に見たときに、その間に常誘電体結晶Ｓが位置するように配置される。

ピン４２Ａ〜４２Ｄはそれぞれ、第２の板状部材２１に固定されている。各ピン４２Ａ〜４２Ｄは、断熱用カラー４１Ａ〜４１Ｄと底面の大きさが同じ円柱状を呈し、一方の底面が第２の板状部材２１に接するように第２の板状部材２１に取り付けられている。ピン４２Ａ〜４２Ｄは、第２の板状部材２１を第１の板状部材１１に対面させたときに、断熱用カラー４１Ａ〜４１Ｄそれぞれと嵌めあわされて一本の円柱を構成するような位置に配置される。すなわち、断熱用カラー４１Ａ〜４１Ｄはピン４２Ａ〜４２Ｄに直列に入っている。ピン４２Ａ〜４２Ｄは、耐熱性を有する材料からなる。

第１及び第２の主押圧部材１１、２１は、これらの間において各断熱用カラー４１Ａ〜４１Ｄが対応するピン４２Ａ〜４２Ｄと共に一本の円柱を形成するように配置する。そのため、断熱用カラー４１Ａ〜４１Ｄ及びピン４２Ａ〜４２Ｄを有する位置固定手段４０Ａ〜４０Ｄは、第１及び第２の押圧手段１０、２０の間の相対的な位置を固定することができる。また、断熱用カラー４１Ａ〜４１Ｄは、第１及び第２の押圧手段１０、２０の間の伝熱抵抗を大きくする作用がある。

図１及び２から明らかなように、第１及び第２の押圧手段１０、２０に保持された状態の常誘電体結晶Ｓにおいて、Ｘ方向及びＹ方向で常誘電体結晶Ｓを見たとき、Ｘ方向に沿った一直線上及びＹ方向に沿った一直線上の何れにも常誘電体結晶Ｓ以外配置されていない。すなわち、光学素子１は、Ｘ方向及びＹ方向に沿って開放部を有する。Ｘ方向及びＹ方向は、第１及び第２の板状部材１１、２１を最短距離で結ぶ直線方向（Z方向）に直交する。

常誘電体結晶Ｓは、極性周期方向に沿って極性が周期的に反転している周期構造を有する常誘電体である水晶からなる。すなわち、常誘電体結晶Ｓには、図４に示すような、極性周期方向Ｋに沿って極性が周期的に反転している周期構造が形成されている。常誘電体結晶Ｓでは図４の矢印Ｐ１、Ｐ２で示されるように、コヒーレンス長Ｌｃごとに極性を反転させる。したがって、極性の反転周期ｄは、コヒーレンス長Ｌｃの２倍となる。これにより、極性の反転周期が現れる方向に沿って基本波Ｌ_１を常誘電体結晶Ｓに入射させた際、位相が整合され、第二高調波Ｌ_２を発生することが可能となる。すなわち、常誘電体結晶Ｓは、第二高調波同士の打ち消し合いを回避する擬似位相整合素子として機能する。

光学素子１では、第１及び第２の押圧手段１０、２０の間の間隔を位置固定手段４０Ａ〜４０Ｄによって固定することで、常誘電体結晶Ｓに第１及び第２の押圧手段１０、２０を介して所定の圧力が極性周期方向Ｋと交差する方向、より好ましくは略直交する方向に加わる。

また、常誘電体結晶Ｓは、その極性周期方向Ｋが図１〜図３におけるＸ方向又はＹ方向と平行になるように配置されることが好ましい。

次に、図５を参照して、本実施形態に係る光学素子の製造方法について説明する。図５は、本実施形態に係る光学素子の製造方法を説明するためのフローチャートである。

まず、常誘電体結晶Ｓを第１及び第２の押圧手段１０、２０の第１及び第２の主押圧部材１３、２３の間に配置し、第１及び第２の押圧手段１０、２０を介して常誘電体結晶Ｓを所定の圧力で、第１及び第２の押圧手段１０、２０を最短距離で結ぶ直線方向に沿って押圧する（押圧工程Ｓ１０１）。

具体的には、まず第１及び第２の押圧手段１０、２０の間に挟まれた常誘電体結晶Ｓを用意する。すなわち、第２の押圧手段２０の第２の主押圧部材２３上に常誘電体結晶Ｓを載置し、さらにその常誘電体結晶Ｓ上に第１の押圧手段１０を、第１の主押圧部材１３の一部が常誘電体結晶Ｓと接するように載置する。これにより、第１及び第２の押圧手段１０、２０の間に挟まれた常誘電体結晶Ｓが得られる。

常誘電体結晶Ｓ上に第１の押圧手段１０を載置する際、第１の板状部材１１に設けられた断熱用カラー４１Ａ〜４１Ｄと第２の板状部材２１に設けられたピン４２Ａ〜４２Ｄとが嵌め合わされるようにする。

こうして得られた第１及び第２の押圧手段１０、２０の間に挟まれた常誘電体結晶Ｓを、常誘電体結晶Ｓが第２の加圧ヒーターブロック３と反対側に位置するように、第２の加圧ヒーターブロック３の上面上に載置する。次に、第１の加圧ヒーターブロック２を第１の押圧手段１０上に載置する。そして、空気圧シリンダ又は油圧シリンダを用いた加圧装置（図示を省略）により第１の加圧ヒーターブロック２を押すことにより、第１の押圧手段１０の第１の板状部材１１に圧力を徐々に印加する。第１の加圧ヒーターブロック２が押されることで第１及び第２の押圧手段１０、２０を加圧することにより、常誘電体結晶Ｓが所定の圧力で押圧されることとなる（押圧工程Ｓ１０１）。この際、第１の加圧ヒーターブロック２と第１の押圧手段１０の間、および第２の加圧ヒーターブロック３と第２の押圧手段２０との間に、二硫化モリブデン等の潤滑剤を塗布しておくことが好ましい。潤滑剤を塗布しておくことにより、それぞれの加圧ヒーターブロックと押圧手段の間に滑り方向の自由度が確保されるので、第１の加圧ヒーターブロック２と第２の加圧ヒーターブロック３の間に横方向の位置ずれを生じた場合でも、結晶に加わる圧力の方向が変化することが無く、周期構造を正確に形成することができる。

ここで、押圧工程Ｓ１０１において、第１の押圧手段１０が第２の押圧手段２０より高温になるように第１及び第２の板状部材１１、２１を加温しながら第１の加圧ヒーターブロック２が押されて、第１の板状部材１１に圧力が印加される。すなわち、押圧工程Ｓ１０１では、常誘電体結晶Ｓが第１の押圧手段１０側と第２の押圧手段２０側とで温度差を有した状態で、常誘電体結晶Ｓを第１及び第２の押圧手段１０、２０を介して押圧する。

相対的に温度が高くなる第１の押圧手段１０の第１の主押圧部材１３の、常誘電体結晶Ｓと向かい合う面には凹凸が周期的に形成されている。そのため、第１の加圧ヒーターブロック２が押されて第１の板状部材１１に圧力が印加されることにより、第１の主押圧部材１３に形成された周期的な凸部が常誘電体結晶Ｓを押圧することとなる。第１の主押圧部材１３の凹凸は、その周期がＸ方向又はＹ方向に沿うように形成されていることが好ましい。

次に、常誘電体結晶Ｓ内に第１の主押圧部材１３の凹凸の周期方向と同じ周期方向に沿って周期的極性反転構造が形成されているか否かをクロスニコル法を用いて目視により確認する。その際、例えば、常誘電体結晶Ｓを第１の主押圧部材１３の凹凸の周期方向と直交する方向から見て確認する。常誘電体結晶Ｓ内に形成される周期的極性反転構造の周期方向である極性周期方向Ｋは、第１の主押圧部材１３の凹凸の周期方向によって決定される。

そして、常誘電体結晶Ｓ内に周期的極性反転構造が形成されていることを確認後、締結手段３０Ａ〜３０Ｄのボルト３１Ａ〜３１Ｄを締める。これにより、第１及び第２の押圧手段１０、２０の間の間隔、より具体的には第１及び第２の主押圧部材１１、２１の間の間隔が締結手段３０Ａ〜３０Ｄによって固定される（締結工程Ｓ１０２）。このとき、締結手段３０Ａ〜３０Ｄによって固定された第１及び第２の押圧手段１０、２０の間の間隔が、常誘電体結晶Ｓ内の周期的極性反転構造を形成する圧力に対応する。締結手段３０Ａ〜３０Ｄによる第１及び第２の押圧手段１０、２０の間の間隔の固定は、温度制御により第１及び第２の押圧手段１０、２０が冷却されるのを待たずに行うことができる。

締結工程Ｓ１０２の後、第１及び第２の押圧手段１０、２０によって保持された常誘電体結晶Ｓを第１及び第２の押圧手段１０、２０ごと第１及び第２の加圧ヒーターブロック２、３の間から取り出す（取り出し工程Ｓ１０３）。このとき、第１及び第２の押圧手段１０、２０は、締結手段３０Ａ〜３０Ｄによってその間隔が固定されている。そして、そのまま取り出された第１及び第２の押圧手段１０、２０によって保持された常誘電体結晶Ｓは、自然放冷した状態で素子として利用することができる。

光学素子１では、常誘電体結晶Ｓ内に周期的極性反転構造が形成された状態で、締結手段３０Ａ〜３０Ｄにより第１及び第２の押圧手段１０、２０の間、より具体的には第１及び第２の主押圧部材１３、２３の間の間隔が固定される。そのため、光学素子１は、常誘電体結晶Ｓに対し、周期的極性反転構造の形成及び維持に要する圧力を加え続けることが可能となる。締結工程Ｓ１０２は取り出し工程Ｓ１０３と同時並行的に行うこともできる。すなわち、ボルト３１Ａ〜３１Ｄを締め付けて常誘電体結晶Ｓに加わる荷重を僅かに増加させ、これと同時またはこれに引き続いて、加圧ヒーターブロック２、３によって印加されている荷重を同じだけ減少させる。以上のステップを繰り返し、最終的に全ての荷重がボルト３１Ａ〜３１Ｄによって負荷されている状態とした後、常誘電体結晶Ｓを第１及び第２の押圧手段１０、２０ごと第１及び第２の加圧ヒーターブロック２、３の間から取り出す。この手順によれば、常誘電体結晶Ｓに周期的極性反転構造が形成されている状態を維持したまま、加圧ヒーターブロック２，３によって印加されていた荷重を、押圧手段１０、２０による荷重に、滑らかに置き換えることが可能になる。

そのため、光学素子１では、外力によって得られた常誘電体結晶Ｓ内の極性反転構造が消失してしまうことなくて、常誘電体結晶Ｓ内で永続的に存続させることが可能となる。すなわち、反転状態を安定化させるための物理的機構が存在しない常誘電体である常誘電体結晶Ｓにおいて、極性反転状態をエネルギー的に安定化させることができる。

また、これにより、常誘電体材料による擬似位相整合素子を、容易に安定的に提供することが可能となる。その結果、極性反転分域を残存させるため、素子製造時に周期や素子サイズごとの実験パラメーターの探索に大変な労力がかかり、また再現も難しいという、素子開発・製造上の最大の問題を解決・改善し、波長変換素子の可能性を大きく広げることが可能となる。また、このように、極性反転構造の残存がより困難である短周期構造、特に周期１０μｍ以下の周期構造を有する素子の開発を容易にしたことで、真空紫外光等の短波長発生用の素子の開発を大きく前進させることが可能となる。

第１の押圧手段１０の第１の主押圧部材１３には、凹凸が周期的に形成されている。そのため、周期的に形成された凸の部分のみで第１の押圧手段１０が常誘電体結晶Ｓを押圧することになる。よって、周期的な極性反転構造を有する常誘電体結晶Ｓを容易に得ることができる。

また、極性反転構造の形成は、常誘電体結晶Ｓの一端側からそれと対向する他端側に向かって作成することが好ましい。よって、高温相になる程極性を反転しやすくなる特性を利用し、常誘電体結晶Ｓを間に挟む第１及び第２の押圧手段１０、２０の間で温度差を設け、高温である第１の押圧手段１０側から極性反転構造を作成していくことができる。

光学素子１は、第１及び第２の押圧手段１０、２０の間の相対的な位置関係を固定する位置固定手段４０Ａ〜４０Ｄを備える。第１及び第２の押圧手段に圧力を印加している間に、第１及び第２の押圧手段１０、２０がずれてしまうことを抑制することが可能となる。

光学素子１では、第１及び第２の押圧手段１０、２０の第１及び第２の板状部材１１、２１を最短距離で結ぶ直線方向（Ｚ方向）に直交するＸ方向及びＹ方向で常誘電体結晶Ｓを見たときに、Ｘ方向及びＹ方向に沿った一直線上には常誘電体結晶Ｓ以外が配置されていない。そのため、光学素子をＸ方向又はＹ方向で見て観察する際に視界に遮蔽物がなく、好適である。また、光をＸ方向又はＹ方向に沿って常誘電体結晶Ｓに入射させる場合、光の進行経路上に遮蔽物がないため使用する上で好適である。なお、光は、常誘電体結晶Ｓの極性周期方向Ｋに沿って入射されることが好ましい。

締結手段３０Ａ〜３０Ｄによる締結は、光学素子１がある程度徐冷された後に行った方が、ネジ止めによるトルク（印加外力）がはるかに小さくて済む。ただし、温度・圧力が急激な低下した場合であっても、極性反転構造は残存することができる。

常誘電体結晶Ｓは、水晶である。水晶は、その吸収端波長が１５０ｎｍ以下である。そのため、水晶を利用して得られる擬似位相整合素子は、２００ｎｍ以下の短波長の第二高調波を発生することが可能となる。

ここでは、水晶として、水晶固有の双晶であるドフィーネ双晶を反転構造の作製に利用する。この双晶は、水晶を擬似位相整合素子として使う際に必須である、非線形分極の主軸に相当するａ軸の反転構造を持つ。ドフィーネ双晶は、図６に示すように、水晶のβ相（高温相）がα相（低温型）に相転移する際に発生する双晶として知られており、ｃ軸を双晶軸に持ち、双晶関係にあるドメイン同士はａ軸が互いに反転した１８０°回転の関係にある。水晶の高温相は高温型石英六方晶系であり、水晶の低温相は低温型石英三方晶系である。ドフィーネ双晶は、双晶軸がｃ軸の双晶である。

双晶の形成には外力印加にともなう、系のギブスエネルギー変化を利用する。これは押圧による系のギブスエネルギーの増加の際に、そのままの状態でいるよりも、双晶になることで結晶方位を回転させた方がエネルギー増加が少なくて済むという性質を利用したものである。系のギブスエネルギーの変化量は、以下の式（１）で表現される。

ここでＳ_ｋｌは歪みテンソル、Ｔ_ｋｌは応力テンソル、Ｄ_ｉは電束密度テンソル、Ｅ_ｉは電界テンソル、Ｂ_ｉは磁束密度テンソル、Ｈ_ｉは磁界テンソル、κはエントロピー、Θは温度を表す。ここでは温度変化、磁界変化、電界変化はないため、式（１）は以下の式（２）のように簡略化される。

ここで、歪みテンソルＳ_ｋｌは応力テンソルＴ_ｉｊと弾性コンプライアンスｓ_ｋｌｉｊにより式（３）のように表すことができる。

したがって、式（２）及び式（３）から、以下の式（４）が得られる。

他方、ドフィーネ双晶が形成され、結晶方位の回転が起こった場合、系の弾性コンプライアンスｓ_ｉｊｋｌのテンソル成分に変化が発生することになる。この時の弾性コンプライアンスをｓ_ｉｊｋｌ（ｔｗｉｎ）と定義し、双晶が発生（結晶方位が反転）した場合のギブスエネルギーの変化量をＧ（ｔｗｉｎ）とすると、以下の式（５）が得られる。

双晶が発生する条件はＧ（ｔｗｉｎ）がＧよりも小さくなる時である。よって、以下の式（６）がマイナスになるように応力テンソル成分を選ぶ、すなわち押圧の結晶方位を選ぶことにより、双晶の発生、それに伴う結晶方位の回転と、結果もたらされる極性軸（ａ軸）の反転とを得ることができる。

この原理を利用することで、水晶の単結晶内に周期的極性反転構造を形成することが可能となる。また、周期的極性反転構造が形成された水晶を利用した擬似位相整合素子によって高調波を発生させることも可能である。

このような外力印加にともなうギブスエネルギーの変化を利用した極性反転の形成技術は、電界印加分極反転が不可能な多くの常誘電体材料においても周期的極性反転構造を形成することが可能となり、その結果擬似位相整合素子の作製が可能となるという、大きな可能性を秘めた技術なのである。

強誘電体の分極反転構造の場合、強誘電体は自発分極を有するため、隣り合う分域間で自発分極の反転が起こる。その結果、強誘電体では、静電的なエネルギーの減少を生み出し反転構造の安定化を促すことが可能となる。

一方、常誘電体の周期的極性反転構造では、単結晶内に、隣り合う極性反転分域の境界が多数存在し、それは反転前の状態に比べエネルギー的な不利をもたらしてしまう。すなわち、隣り合う極性反転分域の境界の存在は、再反転のための活性化エネルギーを超えて、一度反転した分域を再び反転させて分域境界の存在しない元の状態に戻そうとするドライビングフォースとして作用し得るものとなってしまう。よって、自発分極を持たない常誘電体の極性反転構造では、強誘電体の分極反転構造の場合のように静電的なエネルギーの安定化が起こりえない。そのため、反転分域の再反転、及びそれによる周期的極性反転構造の消失が起こりやすいという問題がある。

このことは、系に蓄積されるエネルギーとして以下のように論じることができる。常誘電体を利用した外力印加極性反転で作製された周期的極性反転構造の、系のエネルギーは、以下の式（７）で表現することができる。

ここで、γ_Domai-Wall ⁱはｉ番目の分域境界による界面エネルギーを表し、ｉの数が増えるほど系のエネルギーを増加させ、反転分域の再反転（反転構造の消失）のドライビングフォースとなる。

他方、強誘電体を利用した電界印加分極反転で作製された周期的分極反転構造の系のエネルギーは、以下の式（８）で表現することができる。

ここで、P^Spontanouss _ｊは自発分極のテンソルのｊ成分、ε_ijは誘電テンソル、そしてη_{Domai n} ⁱは分域発生に伴う静電的な安定化エネルギーを表す。

式（７）と式（８）とを比較すると、周期構造作製のための外力を無くした際、つまり製造装置から素子がフリーになった状態での系のエネルギーには大きな差が有ることが分かる。素子として常誘電体を利用した外力印加極性反転で、外力である印加圧力Ｔ_ｋｌを０にすると、系のエネルギーは式（７）より、以下の式（９）のようになる。

式（９）より、分域境界の数だけ系のエネルギーが上昇している事が分かる。

他方、強誘電体を利用した電界印加分極反転では、外力である印加電界Ｅ_ｊを０にすると、系のエネルギーは以下の式（１０）のようになる。

式（１０）より、この場合、分域境界の数だけ系のエネルギーが上昇するものの、静電的エネルギーによる系のエネルギー低下も確認できることが理解される。

したがって、反転した分域が、再反転の活性化エネルギーを超えて再反転をおこす、つまり反転構造が消失する可能性は、強誘電体を用いた分極反転構造に比べ、常誘電体を用いた極性反転構造の方がはるかに高いことが分かる。

このように、外力印加極性反転で作製された周期的極性反転構造は、一度形成した反転分域を残存させておくことが難しいことが上記理論によっても確かめることができる。したがって、周期や素子サイズごとの実験パラメーターの探索に大変な労力がかかり、再現も難しい。したがって、周期的極性反転構造を維持することは、素子の開発及び製造において極めて有効である。

上述したように、常誘電体を利用する場合、静電的エネルギーによる反転構造のエネルギー的安定化機構が存在する強誘電体を利用する場合と異なり、形成された極性反転構造において反転状態を安定化させるための物理的機構が存在しない。これに対し、自発分極が存在しない常誘電体において、極性反転状態をエネルギー的に安定化させる方法は、外力印加による系のギブスエネルギー変化の応用が最も合理的である。

そして、本願発明者等は、反転構造をエネルギー的に安定化させるために、一度反転構造を形成した常誘電体の素子に対し、引き続き外力を印加することにより反転分域のエネルギー的安定化機構を持たせ続けることに想到した。この場合、最も効果的なのは、反転構造作製の直後から、製造装置の荷重とは別の機構で素子に外力を印加し続けることである。

研究の結果、製造装置による反転構造の形成後、反転構造の安定化のために必要な外力は、製造時の外力に比べ大分小さくて済むことも発見した。

本実施形態では、製造装置ＭＡ１の第１及び第２の加圧ヒーターブロック２、３と常誘電体結晶Ｓとの間に、第１及び第２の板状部材１１、２１を挟み込むことで、常誘電体結晶Ｓは第１及び第２の板状部材１１、２１を介して間接的に製造装置ＭＡ１に押圧されることになる。本実施形態による常誘電体結晶Ｓの系のエネルギー増加は、以下の式（１１）となる。

式（９）と式（１１）との比較から明らかなように、本実施形態に係る光学素子１の常誘電体結晶Ｓの系では、エネルギーを引き下げる項を追加することが可能となった。また、この場合、締結手段３０Ａ〜３０Ｄのトルクを調整することにより、式（１１）のＴ_ｋｌの量を制御できることから、状況に応じた系のエネルギーコントロールも可能となった。

図７に、第１実施形態に係る光学素子及びその製造装置の変形例の分解斜視図を示す。第１実施形態の変形例に係る光学素子１Ａは、図７に示すように、位置固定手段４０Ａ〜４０Ｄを備えていない。この場合、図７に示すように、第１及び第２の支持部１２、２２のレール部材１２Ａ、１２Ｂ、２２Ａ、２２ＢのＸ方向での幅が、第１実施形態に係る光学素子１の場合に比べて長くてもよい。レール部材１２Ａの−Ｘ側端部からレール部材１２Ｂの＋Ｘ側端部までの長さが、第１の加圧ヒーターブロック２のＸ方向の幅と同じであることが好ましい。レール２２Ａの−Ｘ側端部からレール２２Ｂの＋Ｘ側端部までの長さが、第２の加圧ヒーターブロック３のＸ方向の幅と同じであることが好ましい。

（第２実施形態）
図８〜図１０を参照して、第２実施形態に係る光学素子５の構成及びその製造方法について説明する。第２実施形態に係る光学素子５は、光学素子５が押圧支持手段によって支持されている点について第１実施形態に係る光学素子５とは異なる。

図８は、第２実施形態に係る光学素子及びその製造装置の分解斜視図である。図９は、図８のXV−XV矢印断面図である。図１０は、第２実施形態に係る光学素子及びその製造装置の一部の上面図である。

製造装置ＭＡ１は、第１及び第２の加圧ヒーターブロック（加圧手段）２、３を備える。常誘電体結晶Ｓを備える光学素子５は、押圧支持手段８に支持される。押圧支持手段８は光学素子５を一体となるように支持する。そして、光学素子５は、押圧支持手段８に支持された状態で第１及び第２の加圧ヒーターブロック（加圧手段）２、３の間に配置される。

光学素子５は、常誘電体結晶Ｓと、第１の押圧手段５０と、第２の押圧手段６０と、締結手段７０Ａ〜７０Ｆとを備える。光学素子５は、常誘電体結晶Ｓを第１及び第２の押圧手段５０、６０の間に挟む挟み込み構造をとる。第１及び第２の押圧手段５０、６０は常誘電体結晶Ｓを介して対向し、これら間隔を締結手段７０Ａ〜７０Ｆが固定する。第１及び第２の押圧手段５０、６０の間隔が固定されることにより、第１及び第２の押圧手段５０、６０を介して常誘電体結晶Ｓに所定の圧力が加わる。常誘電体結晶Ｓに圧力が加わることにより、常誘電体結晶Ｓ内においては当該圧力に対応した応力が生じる。

第１の押圧手段５０は、第１の板状部材５１と、第１の支持部５２と、第１の主押圧部材５３とを有する。第２の押圧手段６０は、第２の板状部材６１と、第２の支持部６２と、第２の主押圧部材６３とを有する。第１及び第２の板状部材５１、６１の主面は、図１０に示されるように、四隅が丸みを帯びた略長方形状を呈する。第１及び第２の板状部材５１、６１の主面は、同じ大きさ及び形状であることが好ましい。

第１の板状部材５１には、図１０に示すように、主面の中央位置を中心に６つの厚さ方向に貫通する貫通孔５１ａ〜５１ｆが設けられている。第２の板状部材６１には、第１の板状部材５１の貫通孔５１ａ〜５１ｆに対応する位置に、厚さ方向に貫通する雌ねじが設けられている。

第１及び第２の板状部材５１、６１は、第１及び第２の加圧ヒーターブロック２、３の光学素子５を載置する面よりも小さく形成されている。

第１の支持部５２は、第１の板状部材５１の第２の押圧手段６０と向かい合う側の主面上に取り付けられている。第１の支持部５２は、第１の板状部材５１の主面の長手方向の略中央に対して互いに対称となるように配置された２つのレール部材５２Ａ、５２Ｂからなる。第２の支持部６２は、第２の板状部材６１の第１の押圧手段５０と向かい合う側の主面上に取り付けられている。第２の支持部６２は、第２の板状部材６１の主面の長手方向の略中央に対して互いに対称となるように配置された２つのレール部材６２Ａ、６２Ｂからなる。

第１及び第２の主押圧部材５３、６３はそれぞれ、第１及び第２の板状部材５１、６１の短辺方向に沿って延びる、断面が六角形である棒状を呈する。

第１及び第２の主押圧部材５３、６３はそれぞれ、第１及び第２の支持部５２、６２によって支持されている。具体的には、第１及び第２の主押圧部材５３、６３はそれぞれ、図９に示されているように、第１及び第２の支持部５２、６２の２つのレール部材５２Ａ、５２Ｂ、６２Ａ、６２Ｂに嵌合されている。

第１及び第２の主押圧部材５３、６３はそれぞれ、常誘電体結晶Ｓを介して対向し且つ直接接する面５３ａ、６３ａを含む。第１及び第２の主押圧部材５３、６３の常誘電体結晶Ｓに接する面５３ａ、６３ａは何れも、常誘電体結晶Ｓの全面を覆うように形成されている。

６本のボルトである締結手段７０Ａ〜７０Ｆは、常誘電体結晶Ｓを介して対向するよう配置された第１の板状部材５１の主面と第２の板状部材６１の主面とを固定する。すなわち、締結手段７０Ａ〜７０Ｆは、第１及び第２の板状部材５１、６１の間の間隔を固定する。これにより、第１及び第２の主押圧部材５３、６３の間の間隔が固定される。

各締結手段７０Ａ〜７０Ｆは、第１の板状部材５１から第２の板状部材６１に向かってに延びるように、第１の板状部材５１に形成された貫通孔を貫通し、第２の板状部材６１に形成された雌ねじに螺合されている。すなわち、第２の板状部材６１の四隅に設けられた雌ねじも共に締結手段７０Ａ〜７０Ｄとして機能する。

各締結手段７０Ａ〜７０Ｆは、第１及び第２の押圧手段５０、６０が第１及び第２の加圧ヒーターブロック２、３の間に配置された際に、第１及び第２の板状部材５１、６１の第１及び第２の加圧ヒーターブロック２、３で覆われた領域の内側に位置する。

図８及び図９から明らかなように、第１及び第２の押圧手段５０、６０に保持された状態の常誘電体結晶Ｓにおいて、Ｙ方向で常誘電体結晶Ｓを見たとき、Ｙ方向に沿った一直線上には常誘電体結晶Ｓ以外のものが配置されていない。すなわち、光学素子５は、Ｙ方向に沿って開放部を有する。Ｙ方向は、第１及び第２の板状部材５１、６１を最短距離で結ぶ直線方向（Ｚ方向）に直交する。

押圧支持手段８は、第１の押圧支持板８１と、第２の押圧支持板８２と、ボルト８３Ａ〜８３Ｄと、座金８４Ａ〜８４Ｄと、断熱用カラー８５Ａ〜８５Ｄと、ピン８６Ａ〜８６Ｄとを備える。

第１及び第２の押圧支持板８１、８２は、中央部が厚さ方向に長方形状に開口した板状部材である。第１及び第２の押圧支持板８１、８２の主面は、図１０に示されるように、四隅がカットされた長方形状を呈する。第１及び第２の押圧支持板８１、８２は、第１及び第２の板状部材５１、６１同様、耐熱性を有するとともに熱膨張の小さ材料からなることが好ましい。したがって、第１及び第２の押圧支持板８１、８２は、例えばスタバックス（登録商標）等の金属材料又はアルミナ等のセラミックス材料からなっていてもよい。

第１の押圧支持板８１の開口部には第１の板状部材５１が嵌め込まれ、一体となった板状を呈する。図９に示されるように、第１の押圧支持板８１の開口部の側面及び第１の板状部材５１の側面には段差が雌雄の関係で形成されており、これらの段差により第１の押圧支持板８１及び第１の板状部材５１は係合される。

第２の押圧支持板８２の開口部には第２の板状部材６１が嵌め込まれ、一体となった板状を呈する。図９に示されるように、第２の押圧支持板８２の開口部の側面及び第２の板状部材６１の側面には段差が雌雄の関係で形成されており、これらの段差により第２の押圧支持板８２及び第２の板状部材６１は係合される。

第１の押圧支持板８１の四隅それぞれには、厚さ方向に貫通する貫通孔が設けられている。第２の押圧支持板８２の四隅であって、第１の押圧支持板８１に形成された貫通孔それぞれに対応する位置には、厚さ方向に貫通する雌ねじが設けられている。

第１及び第２の押圧支持板８１、８２は、それぞれの主面の長辺方向の端部が第１及び第２の加圧ヒーターブロック２、３からはみ出るように、第１及び第２の加圧ヒーターブロック２，３の間に配置される。四隅に設けられた各４つの貫通孔は何れも、第１及び第２の加圧ヒーターブロック２、３からはみ出る位置に形成される。

各ボルト８３Ａ〜８３Ｄは、第１の押圧支持板８１から第２の押圧支持板８２に向かってに延びるように、第１の押圧支持板８１に形成された貫通孔を通過し、第２の押圧支持板８２に形成された雌ねじに螺合される。各ボルト８３Ａ〜８３Ｄは、第１及び第２の押圧手段５０、６０が第１及び第２の加圧ヒーターブロック２、３の間に配置された際には、第１及び第２の板状部材５１、６１並びに第１及び第２の押圧支持板８１、８２の第１及び第２の加圧ヒーターブロック２、３で覆われた領域の外側に位置する。

断熱用カラー８５Ａ〜８５Ｄはそれぞれ、第１の押圧支持板８１に固定されている。各断熱用カラー８５Ａ〜８５Ｄは、円柱状を呈し、一方の底面が第１の押圧支持板８１に接するように第１の押圧支持板８１に取り付けられている。断熱用カラー８５Ａ、８５Ｂは、ボルト８３Ａ、８３Ｂと光学素子５との間に配置される。断熱用カラー８５Ｃ、８５Ｄは、ボルト８３Ｃ、８３Ｄと光学素子５との間に配置される。

ピン８６Ａ〜８６Ｄはそれぞれ、第２の押圧支持板８２に固定されている。各ピン８６Ａ〜８６Ｄは、断熱用カラー８５Ａ〜８５Ｄと底面の大きさが同じ円柱状を呈し、一方の底面が第２の押圧支持板８２に接するように第２の押圧支持板８２に取り付けられている。ピン８６Ａ〜８６Ｄは、第２の押圧支持板８２を第１の押圧支持板８１に常誘電体結晶Ｓを介して対向させたときに、断熱用カラー８５Ａ〜８５Ｄそれぞれと嵌めあわされて一本の円柱を構成するような位置に配置される。ピン８６Ａ〜８６Ｄは、耐熱性を有する材料からなる。

第１及び第２の押圧支持板８１、８２は、これらの間で各断熱用カラー８５Ａ〜８５Ｄが対応するピン８６Ａ〜８６Ｄと共に一本の円柱を形成するように配置する。そのため、断熱用カラー８５Ａ〜８５Ｄ及びピン８６Ａ〜８６Ｄは、第１及び第２の押圧支持板８１、８２の間の相対的な位置を固定することができる。

図８及び図９から明らかなように、第１及び第２の押圧手段５０、６０に保持された状態の常誘電体結晶Ｓにおいて、Ｘ方向で常誘電体結晶Ｓを見たとき、常誘電体結晶Ｓ以外配置されていない直線がＸ方向に沿って存在する。すなわち、光学素子５は、Ｘ方向に沿って開放部を有する。Ｘ方向は、第１及び第２の板状部材５１、６１を最短距離で結ぶ直線方向（Ｚ方向）に直交する。

常誘電体結晶Ｓは、図４に示すように、極性周期方向Ｋに沿って極性が周期的に反転している周期構造を有する常誘電体である水晶からなる。

次に、図１１を参照して、本実施形態に係る光学素子の製造方法について説明する。図１１は、本実施形態に係る光学素子の製造方法を説明するためのフローチャートである。

まず、第１の押圧手段５０と第１の押圧支持板８１とを、第２の押圧手段６０と第２の押圧支持板８２とを、それぞれ係合させる。次に、第２の押圧支持板８２と係合された第２の押圧手段６０の第２の主押圧部材６３上に常誘電体結晶Ｓを載置し、さらにその常誘電体結晶Ｓ上に第１の押圧支持板８１と係合された第１の押圧手段５０を、第１の主押圧部材５３が常誘電体結晶Ｓと接するように載置する。これにより、第１及び第２の押圧手段５０、６０の間に挟まれた常誘電体結晶Ｓが得られる。常誘電体結晶Ｓ上に第１の押圧手段５０を載置する際、第１の押圧支持板８１に設けられた断熱用カラー８５Ａ〜８５Ｄが第２の押圧支持板８２に設けられたピン８６Ａ〜８６Ｄと嵌め合わされるよう
にする。

こうして得られた第１及び第２の押圧手段５０、６０の間に挟まれた常誘電体結晶Ｓを、常誘電体結晶Ｓが第２の加圧ヒーターブロック３と反対側に位置するように、第２の加圧ヒーターブロック３の上面上に載置する。次に、第１の加圧ヒーターブロック２を第１の押圧手段５０上に載置する。そして、空気圧シリンダ又は油圧シリンダを用いた加圧装置（図示を省略）により第１の加圧ヒーターブロック２を押すことにより、第１の押圧手段５０の第１の板状部材５１に圧力を徐々に印加する。第１の加圧ヒーターブロック２が押されることで第１及び第２の押圧手段５０、６０を加圧することにより、常誘電体結晶Ｓが所定の圧力で押圧されることとなる（押圧工程Ｓ２０１）。この際、第１の加圧ヒーターブロック２と第１の板状部材５１の間、および第２の加圧ヒーターブロック３と第２の板状部材６１との間に、二硫化モリブデン等の潤滑剤を塗布しておくことが好ましい。潤滑剤を塗布しておくことにより、それぞれの加圧ヒーターブロックと板状部材の間に滑り方向の自由度が確保されるので、第１の加圧ヒーターブロック２と第２の加圧ヒーターブロック３の間に横方向の位置ずれを生じた場合でも、結晶に加わる圧力の方向が変化することが無く、周期構造を正確に形成することができる。

ここで、押圧工程Ｓ２０１において、第１の押圧手段５０が第２の押圧手段６０より高温になるように第１及び第２の加圧ヒーターブロック２、３が第１及び第２の板状部材５１、６１を加温しながら、第１の加圧ヒーターブロック２が押されて第１の板状部材５１に圧力が印加される。すなわち、押圧工程Ｓ２０１では、常誘電体結晶Ｓが第１の押圧手段５０側と第２の押圧手段６０側とで温度差を有した状態で、常誘電体結晶Ｓを第１及び第２の押圧手段５０、６０を介して押圧する。

相対的に温度が高くなる第１の押圧手段５０の第１の主押圧部材５３の、常誘電体結晶Ｓと向かい合う面には凹凸が周期的に形成されている。そのため、第１の加圧ヒーターブロック２の荷重が第１の板状部材５１に印加されることにより、第１の主押圧部材５３に形成された周期的な凸部が常誘電体結晶Ｓを押圧することとなる。第１の主押圧部材５３の凹凸は、その周期がＹ方向に沿うように形成されていることが好ましい。

次に、常誘電体結晶Ｓ内に周期的極性反転構造が形成されているか否かをクロスニコル法を用いて目視により確認する。その際、例えば、常誘電体結晶Ｓを第１の主押圧部材５３の凹凸の周期方向と直交する方向から見て確認する。そして、常誘電体結晶Ｓ内に周期的極性反転構造が形成されていることを確認後、ボルト８３Ａ〜８３Ｄを締める。これにより、第１及び第２の押圧支持板８１、８２の間の間隔、さらには第１及び第２の押圧手段５０、６０の間の間隔がボルト８３Ａ〜８３Ｄによって固定される（押圧支持手段締結工程Ｓ２０２）。このとき、ボルト８３Ａ〜８３Ｄによって固定された第１及び第２の押圧支持板８１、８２の間の間隔が、常誘電体結晶Ｓ内に周期的極性反転構造を形成する圧力に対応する。ボルト８３Ａ〜８３Ｄによる第１及び第２の押圧支持板８１、８２の間の間隔の固定は、温度制御により第１及び第２の押圧支持板８１、８２並びに第１及び第２の押圧手段５０、６０が冷却されるのを待たずに行うことができる。

押圧支持手段締結工程Ｓ２０２の後、光学素子５を押圧支持手段８ごと第１及び第２の加圧手段２、３の間から取り出す（取り出し工程Ｓ２０３）。このとき、第１及び第２の押圧手段５０、６０の間の間隔は、押圧支持手段８によってその間隔が固定されている。そして、取り出された押圧支持手段８及び光学素子５が自然放冷により冷却された後、光学素子５の締結手段であるボルト７０Ａ〜７０Ｄを締める。これにより、第１及び第２の押圧手段５０、６０の間の間隔、より具体的には第１及び第２の主押圧部材５１、６１の間の間隔が締結手段７０Ａ〜７０Ｆによって固定される（押圧手段締結工程Ｓ２０４）。

その後、ボルト８３Ａ〜８３Ｄを外して、押圧支持手段８が光学素子５から取り外される（取り外し工程Ｓ２０５）。これにより、光学素子５が得られる。

光学素子５では、常誘電体結晶Ｓ内に周期的極性反転構造が形成された状態で、締結手段７０Ａ〜７０Ｆにより第１及び第２の押圧手段５０、６０の間、より具体的には第１及び第２の主押圧部材５３、６３の間の間隔が固定される。そのため、光学素子５では、常誘電体結晶Ｓに対し、周期的極性反転構造の形成及び維持に要する圧力を加え続けることが可能となる。そのため、光学素子５では、極性反転構造を常誘電体結晶Ｓ内に永続的に有することが可能となる。

締結工程Ｓ２０２は取り出し工程Ｓ２０３と同時並行的に行うこともできる。すなわち、ボルト８３Ａ〜８３Ｄを締め付けて常誘電体結晶Ｓに加わる荷重を僅かに増加させ、これと同時またはこれに引き続いて、加圧ヒーターブロック２、３によって印加されている荷重を同じだけ減少させる。以上のステップを繰り返し、最終的に全ての荷重がボルト８３Ａ〜８３Ｄによって負荷されている状態とした後、常誘電体結晶Ｓを第１及び第２の押圧手段５０、６０ごと第１及び第２の加圧ヒーターブロック２、３の間から取り出す。この手順によれば、常誘電体結晶Ｓに周期的極性反転構造が形成されている状態を維持したまま、加圧ヒーターブロック２，３によって印加されていた荷重を、押圧手段５０、６０による荷重に、滑らかに置き換えることが可能になる。

第１の押圧手段５０の第１の主押圧部材５３には、凹凸が周期的に形成されている。そのため、周期的に形成された凸の部分のみで第１の押圧手段５０が常誘電体結晶Ｓを押圧することになる。よって、周期的な極性反転構造を有する常誘電体結晶Ｓを容易に得ることができる。

また、極性反転構造の形成は、常誘電体結晶Ｓの一端側からそれと対向する他端側に向かって作成することが好ましい。よって、高温相になる程極性を反転しやすくなる特性を利用し、常誘電体結晶Ｓを間に挟む第１及び第２の押圧手段１０、２０の間で温度差を設け、高温である第１の押圧手段５０側から極性反転構造を作成していくことができる。

光学素子５では、第１及び第２の押圧手段５０、６０の第１及び第２の板状部材５１、６１を最短距離で結ぶ直線方向（Ｚ方向）に直交するＹ方向で常誘電体結晶Ｓを見たときに、常誘電体結晶Ｓ以外が配置されていない直線が存在する。そのため、光をＹ方向に沿って常誘電体結晶Ｓに入射させる場合、光の進行経路上に遮蔽物がないため使用する上で好適である。なお、光は、常誘電体結晶Ｓの極性周期方向Ｋに沿って入射されることが好ましい。

常誘電体結晶Ｓは、水晶である。したがって、２００ｎｍ以下の短波長の第二高調波を発生することが可能となる。

光学素子５は、押圧支持手段８を用いることで、加圧ヒーターブロック２、３よりも小さい押圧手段５０、６０を有することが可能となる。すなわち、第１及び第２の押圧手段５０、６０の間の間隔を固定する締結手段７０Ａ〜７０Ｆは、第１及び第２の加圧ヒーターブロック２、３によって所要の圧力が印可されている際の第１及び第２の押圧手段５０、６０の間の間隔を維持するために締結されるものである。しかしながら、第１及び第２の押圧手段５０、６０の小型化を推し進めると、加圧ヒーターブロック２、３よりも押圧手段５０、６０が小さくなってしまい、その結果加圧ヒーターブロック２、３による加圧の際、締結手段７０Ａ〜７０Ｆが加圧ヒーターブロック２、３の間に挟まれてしまう。そのような場合、加圧ヒーターブロック２、３が所要の圧力を印加している際に締結手段７０Ａ〜７０Ｆを締結することが実際にはできなくなってしまう。

こうした問題に対し、本実施形態のように、押圧支持手段８を用いることで、押圧手段５０、６０を小型化することが可能となる。すなわち、押圧支持手段８のボルト８３Ａ〜８３Ｄを締めることによって、第１及び第２の押圧手段５０、６０の間の間隔も固定されるので、光学素子５を第１及び第２の加圧ヒーターブロック２，３の間から取り出した後でも、第１及び第２の押圧手段５０、６０の間隔を固定したまま締結手段７０Ａ〜７０Ｆを締めることができる。

また、押圧支持手段８は、ボルト８３Ａ〜８３Ｄで固定されているだけなので、ボルト８３Ａ〜８３Ｄを外すことで、光学素子５から簡単に取り外すことができる。これにより、小型化された光学素子５を利用することが可能となる。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態として、第１実施形態の光学素子を波長変換素子として用いる光源装置について説明する。図１２は、波長１５４４ｎｍの固体レーザー光源から波長１９３ｎｍの８倍波を発生させる光源装置の構成図である。図１２において、ＤＦＢ構造を持つＩｎＧａＡｓＰ系半導体レーザー１００は、波長１５４４ｎｍで発振するように、不図示の温度調節機構によって温度コントロールされている。半導体レーザー１００から出射された波長１５４４ｎｍの光は、シングルモード光ファイバー１０１中を伝播し、アイソレーター１０２を通り再びシングルモード光ファイバー１０１中を伝播する。半導体レーザー１０３は、波長９８０ｎｍの光又は波長１４８０ｎｍの光を発振させることができる。半導体レーザー１０３からの光は、シングルモードファイバー１０４を通り、光合波装置１０５で波長１５４４ｎｍの光と合流し、希土類元素のエルビウム（Ｅｒ）をドープした光ファイバー１０６に入射される。ここでエルビウムドープ光ファイバー１０６は、半導体レーザー１０３からの光によって励起され、波長１５４４ｎｍの光を増幅する働きを持つ。

光ファイバー１０６によって増幅された光は、光ファイバー端面又はコネクタ端面１０７より出射光１０８として空間に出射され、レンズ１０９によって第一の波長変換素子１１０に入射して、波長７７２ｎｍの２倍波１１１を発生する。ここで第一の波長変換素子１１０は、前述した第１実施形態の光学素子からなる波長変換素子である。第一の波長変換素子１１０に含まれる常誘電体結晶には、波長１５４４ｎｍの入射光に対して第二高調波が擬似位相整合条件を満たすように周期的極性反転構造が形成され、さらに一対の押圧手段を介して所定の圧力が加えられている。

第一の波長変換素子１１０で発生した波長７７２ｎｍの２倍波１１１は、レンズ１１２を介して第二の波長変換素子１１３に入射し、波長３８６ｎｍの４倍波１１４を発生する。ここで第二の波長変換素子１１３は、前述した第１実施形態の光学素子からなる波長変換素子である。第二の波長変換素子１１３に含まれる常誘電体結晶には、波長７７２ｎｍの入射光に対して第二高調波が擬似位相整合条件を満たすように周期的極性反転構造が形成され、さらに一対の押圧手段を介して所定の圧力が加えられている。

第二の波長変換素子１１３で発生した波長３８６ｎｍの４倍波１１４は、レンズ１１５を介して第三の波長変換素子１１６に入射し、波長１９３ｎｍの８倍波１１７を発生する。ここで第三の波長変換素子１１６は、前述した第１実施形態の光学素子からなる波長変換素子である。第三の波長変換素子１１６に含まれる常誘電体結晶には、波長３８６ｎｍの入射光に対して第二高調波が擬似位相整合条件を満たすように周期的極性反転構造が形成され、さらに一対の押圧手段を介して所定の圧力が加えられている。より具体的には、第三の波長変換素子１１６に含まれる常誘電体結晶が水晶である場合、５次の擬似位相整
合を行うためには、約９．６μｍの周期で極性反転構造を形成すれば良い。

以上の構成を有する光源装置は、波長変換素子として第１実施形態の光学素子を用いているため、常誘電体結晶からなる擬似位相整合素子の極性反転構造を永続的に維持することができ、短波長のレーザー光を安定して発生することができる。

以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態及び変形例に限定されるものではない。例えば、第１の押圧手段１０、５０の主押圧部材１１、５１と向かい合う、常誘電体結晶Ｓの面に、凹凸を周期的に形成することなく、第１の押圧手段１０、５０の主押圧部材１１、５１の、常誘電体結晶Ｓと向かい合う面に、凹凸を周期的に形成してもよい。あるいは、主押圧部材１１、５１及び常誘電体結晶Ｓの何れにも凹凸を形成しなくてもよい。あるいは、第１の押圧手段の主押圧部材１１、５１ではなく、第２の押圧手段の主押圧部材２１、６１と向かい合う、常誘電体結晶Ｓの面に凹凸を周期的に形成してもよい。

第１及び第２の押圧手段１０、５０、２０、６０の互いに向かい合う面を最短距離で結ぶ直線方向（Ｚ方向）に直交する方向で光学素子を見たときに、この方向に沿った一直線上に光学素子以外が配置されていてもよい。光学素子１は、位置固定手段４０Ａ〜４０Ｄを備えていなくてもよい。常誘電体結晶Ｓは常誘電体であればよく、水晶でなくてもよい。

第１及び第２の加圧ヒーターブロック２、３は、ヒーター機能を有さず、光学素子１、５は押圧工程において加温されなくてもよい。

締結手段３０Ａ〜３０Ｄ、７０Ａ〜７０Ｆの数は、上記実施形態及び変形例に記載した数に限られず、例えば３つ以下であっても、あるいは７つ以上であってもよい。また、締結手段３０Ａ〜３０Ｄ、７０Ａ〜７０Ｆは、ボルト及び雌ねじの組み合わせに限られず、第１及び第２の押圧手段１０、５０、２０、６０の間の間隔を固定できればよく、これらの間に所定の圧力が加わるように相互を締結できればよい。

第１及び第２の押圧手段１０、５０、２０、６０は、上記実施形態及び変形例に記載した構成に限られない。したがって、例えば、第１及び第２の主押圧部材１３、５２、２３、６３は、支持部１２、５２、２２、６２によって支持されるのではなく、例えば板状部材１１、５１、２１、６１に直接固定されていてもよい。また、第１及び第２の板状部材１１、５１、２１、６１を有さず、締結手段３０Ａ〜３０Ｄ、７０Ａ〜７０Ｆが直接第１及び第２の主押圧部材１３、５２、２３、６３の間の間隔を固定してもよい。あるいは、第１及び第２の主押圧部材１３、５２、２３、６３を有さず、第１及び第２の主押圧部材１３、５２、２３、６３が常誘電体結晶Ｓと直接接する部分（主押圧部）を有してもよい。

本発明の別の実施形態としては、上記実施形態の光源装置を備えた露光装置、検査装置、および加工装置を挙げることができる。これらの装置の光源装置を除く部分の構成は、例えば国際公開第２００８／０１０４１７号パンフレットに記載されているものとしても良い。実施形態の一つとしての露光装置は、半導体又は表示デバイスの製造工程の一つであるフォトリソグラフィ工程で使用される露光装置であって、前記光源装置と、所定の露光パターンを形成するパターン形成部と、露光対象部を保持する対象物保持部と、光源装置から出射される光をパターン形成部に照射する照明光学系と、パターン形成部からの光を前記対象物保持部に保持された露光対象物に投影する投影光学系とを有するものである。ここで露光パターン形成部は、フォトマスクを保持するマスク保持部を含んでも良く、入力信号に応じて所望の反射パターンを形成するマイクロミラーデバイス等のパターン形成手段を含んでも良い。上記露光装置においては、光源装置から出力される光が照明光学系を通してパターン形成部に導入され、パターン形成部で形成された露光パターンが、投影光学系を介して半導体ウェハ等の露光対象物に投影される。実施形態の一つとしての露光装置は、安定した出力が得られ小型軽量で配置の自由度が高いという光源装置の特性を生かし、小型でメンテナンス性、操作性が良好で、かつ長期間安定して稼動するという特徴を有する。本実施形態の露光装置は、安定した出力が得られ小型軽量で配置の自由度が高いという光源装置の特性を生かし、小型でメンテナンス性、操作性が良好で、かつ長期間安定して稼動するという特徴を有する。長期間安定して稼動するという特徴を有する。実施形態の一つとしての検査装置は、前記光源装置と、光源装置から出射される光を被検物に照射する照明光学系と、被検物からの光を検出器に投影する投影光学系と、被検物からの光を検出する検出器とを有するものである。このような検査装置の一態様としてマスク欠陥検査装置を挙げることができる。マスク欠陥検査装置は、フォトマスク上に精密に描かれたデバイスパターンをＴＤＩセンサ（Time Delay and Integration）上に光学的に投影し、センサ画像と所定の参照画像とを比較して、その差からパターンの欠陥を抽出する。ここで光源装置からの光は、複数のレンズからなる照明光学系を通して、マスク支持台に支持されたフォトマスク上の所定領域に照射される。フォトマスクを透過した光は投影光学系を介し、検出器であるＴＤＩセンサ上に投影され、センサ上にマスクパターンの像が結像する。かかる態様の検査装置は、フォトマスクの検査に限られず、半導体ウェハや液晶パネル等の検査にも用いることができる。本実施形態の検査装置は、安定した出力が得られ小型軽量で配置の自由度が高いという光源装置の特性を生かし、小型でメンテナンス性、操作性が良好で、かつ長期間安定して稼動するという特徴を有する。れ小型軽量で配置の自由度が高いという光源装置の特性を生かし、小型でメンテナンス性、操作性が良好で、かつ長期間安定して稼動するという特徴を有する。実施形態の一つとしての加工装置は、前記光源装置と、光源装置から放出される光を被加工物の被加工場所に照射する照射光学系と、照射光学系と被加工物の相対位置を変化させる機構とを有するものである。このような加工装置の一態様として、高分子結晶加工装置がある。高分子結晶加工装置は、光源装置から放出される光を被加工物に集光して照射する照射光学系と、照射する光の強度を調整する強度調整素子と、照射位置を調整する照射位置調整機構とを備え、被加工物である高分子結晶の所望の位置に所望の強度の光を照射できるように構成される。ここで被加工物は３次元ステージ及び／又は回転ステージに固定され、加工位置に応じて被加工物を移動できるように構成しても良い。また、本実施形態の加工装置は、加工位置を確認するために、可視光の照明装置及び位置決め用レチクルを備えた光学顕微鏡をさらに有し、被加工物を光学顕微鏡で観察した際に、レチクルの目標位置（十字線の中心等）と加工光の焦点位置とが一致するように構成されていても良い。本実施形態の加工装置は、安定した出力が得られ小型軽量で配置の自由度が高いという光源装置の特性を生かし、小型でメンテナンス性、操作性が良好で、かつ長期間安定して稼動するという特徴を有する。

以下、第１実施形態に係る光学素子の実施例について、具体的に説明する。

エッチングにより４１．７μｍ周期の凹凸が表面に形成された水晶板（５°Ｙカット板）を常誘電体結晶Ｓとして用意した。水晶は、波長１０６４ｎｍの入射光から、５３２ｎｍの第二高調波発生を得るための素子として利用が期待される。

水晶を第１及び第２の押圧手段１０、２０の間に挟んだ状態で第１及び第２の加圧ヒーターブロック２、３の間に配置した。各押圧手段とヒータブロックの間には二硫化モリブデンを主成分とする耐熱性潤滑剤を塗布した。第１及び第２の加圧ヒーターブロックを介して印加される圧力を弱くかけながら、これらのヒーターの温度を２００℃〜３００℃程度に調整した。その状態で４００ＭＰａ以上の圧力を第１及び第２の押圧手段１０、２０に印加して、水晶内に極性周期方向Ｋに沿って４１．７μｍ周期の極性反転構造を形成した。極性反転構造の形成は、水晶をその側面から光学的に「その場観察」することで確認した。観察には、クロスニコル法を利用し、極性反転部と極性非反転部の光弾性定数の差を利用して、外力印加に伴う歪み起因の複屈折量の差を見て観察した。こうして観察した結果、水晶側面全域に周期的極性反転構造の形成が確認されたところで、加圧ヒーターブロック２、３の圧力を一定に保ったまま室温まで冷却し、締結手段３０Ａ〜３０Ｄのボルト３１Ａ〜３１Ｄを締めつけた。この際、各ボルトには均等な締め付けトルクを与え、締め付けトルクを約０．１Ｎ・ｍ（合計軸力に換算して約０．１４ｋＮ相当）増加させる毎に、加圧ヒーターブロックを介して印加する加重を同じだけ減少させた。そして最終的に極性反転構造を維持可能な荷重である約１ｋＮの全てがボルト３１Ａ〜３１Ｄによって印加されている状態で、光学素子１を取り出した。

こうして得られた光学素子１を波長変換素子として用いて、以下の実験を実施した。すなわち、波長１０６４ｎｍの基本波を、光学素子１の常誘電体結晶である水晶の極性周期方向Ｋに平行な常光で入射し、波長５３２ｎｍの第二高調波が極性周期方向Ｋに平行な常光として発生することを確認するための波長変換実験を行った。水晶Ｓは光線の進む長さ方向に８ｍｍ、幅方向である極性周期方向Ｋに１ｍｍ、厚さ方向に１ｍｍの板状のものを用いた。基本波の入射と第二高調波の射出が行われる端面は光学研磨されている。基本波の光路中で随時発生する第二高調波間の位相差がπになる、つまり第二高調波の打ち消し合いが始まる距離であるコヒーレンス長（Ｌｃ）は、本実験条件の下では、基本波の波長をλとし、基本波の常光の屈折率をｎ_０（ω）とし、第二高調波の屈折率をｎ_０（２ω）とすると、以下の式（１２）で表される。

また、周期構造の周期ｄは、以下の式（１３）で表される。

ここでｍはＱＰＭの次数を表す数で自然数である。本実験では一次の擬似位相整合を行っており、周期ｄは４１．７μｍで作成した。ただし、厳密な位相整合は、基本波の入射方向を僅かに傾けることで調整した。

実験の結果、パルスレーザー平均出力３．１Ｗ、繰り返し周波数３０ｋＨｚ、パルス時間幅８．８ｎｓｅｃ、ビーム直径２００μｍの入射基本波に対し、検出器で第二高調波１２０ｍＷの信号が確認され、１０６４ｎｍから５３２ｎｍの波長変換が実現できていることが確認できた。

波長変換実験の結果、第１実施形態に係る光学素子１の水晶Ｓでは、反転分域残存のための精密な温度・圧力制御を行わずとも、容易に極性反転構造を維持できることが確認された。

Claims (27)

1. 極性周期方向に沿って極性が周期的に反転している周期構造を有する常誘電体結晶と、
   前記常誘電体結晶をその間に挟み、前記常誘電体結晶の前記極性周期方向と交差する方向に所定の圧力を、前記常誘電体結晶に加えるための一対の押圧手段と、を備えた光学素子。
2. 極性周期方向に沿って極性が周期的に反転している周期構造を有する常誘電体結晶と、
   前記常誘電体結晶をその間に挟む一対の押圧手段と、
   前記一対の押圧手段を介して、前記常誘電体結晶に所定の圧力が前記極性周期方向と交差する方向に加わるよう、前記一対の押圧手段を相互に固定する締結手段と、を備えた光学素子。
3. 請求項２に記載の光学素子において、
   前記締結手段は、前記一対の押圧手段を介して、前記常誘電体結晶に所定の圧力が前記極性周期方向と略直交する方向に加わるよう、前記一対の押圧手段を相互に固定する。
4. 請求項１〜３のいずれか一項記載の光学素子において、
   前記一対の押圧手段の少なくとも一方と向かい合う、前記常誘電体結晶の面には凹凸が周期的に形成されている。
5. 請求項１〜３のいずれか一項記載の光学素子において、
   前記一対の押圧手段の少なくとも一方は、前記常誘電体結晶と向かい合う面を有し、当該面には凹凸が周期的に形成されている。
6. 請求項１〜５のいずれか一項記載の光学素子において、
   前記一対の押圧手段は互いに向き合った面を有し、当該互いに向き合った面を最短距離で結ぶ直線方向に直交する所定の方向に沿って前記常誘電体結晶を見たときに、当該所定の方向に沿って一直線上に前記常誘電体結晶以外配置されていない。
7. 請求項１〜６のいずれか一項記載の光学素子は、さらに、
   前記一対の押圧手段間の相対的位置を固定する位置固定手段を備える。
8. 請求項１〜７のいずれか一項記載の光学素子において、
   前記常誘電体結晶は、水晶を含む。
9. 請求項１〜８のいずれか一項記載の光学素子において、
   前記常誘電体結晶は、前記周期構造に対応する周期的な双晶を含む。
10. 請求項９記載の光学素子において、
    前記双晶は、ドフィーネ双晶を含む。
11. 請求項２〜１０のいずれか一項記載の光学素子において、
    前記締結手段は、前記一対の押圧手段の間の間隔を固定することで前記一対の押圧手段を相互に固定する。
12. 請求項１〜１１のいずれか一項記載の光学素子において、
    前記所定の圧力は、前記結晶の周期構造を維持するために十分な圧力である。
13. 請求項１〜１２のいずれか一項記載の光学素子において、
    前記周期構造の周期は、１０μｍ以下である。
14. 請求項４又は５記載の光学素子において、
    前記凹凸の周期は、１０μｍ以下である。
15. 請求項１〜１４のいずれか一項記載の光学素子において、
    当該光学素子は、波長２００ｎｍ以下の光を発生する波長変換素子を含む。
16. 常誘電体からなる常誘電体結晶と、一対の押圧手段と、前記一対の押圧手段の間の間隔を固定する締結手段と、を備える光学素子を製造する方法であって、
    前記常誘電体結晶を前記一対の押圧手段の間に配置した状態で、前記一対の押圧手段を介して前記常誘電体結晶を、前記一対の押圧手段の互いに向き合った面を最短距離で結ぶ直線方向に沿って所定の圧力で押圧す押圧工程と、
    前記締結手段によって前記一対の押圧手段を相互に固定する締結工程と、を備えた方法。
17. 請求項１６記載の方法において、
    前記押圧工程において、その間に前記常誘電体結晶を挟んだ前記一対の押圧手段を一対の加圧手段の間に挟んだ状態で当該一対の加圧手段が前記一対の押圧手段を加圧することで、前記常誘電体結晶が前記所定の圧力で押圧され、
    当該方法は、前記締結工程の後、前記一対の押圧手段によって保持された前記常誘電体結晶を当該一対の押圧手段ごと前記一対の加圧手段の間から取り出す取り出し工程を、さらに備える。
18. 請求項１６又は１７記載の方法において、
    前記押圧工程において、前記一対の押圧手段は、その一方が他方より高温になるように加温され、温度差を有する前記一対の押圧手段は、前記常誘電体結晶を押圧する。
19. 請求項１６〜１８のいずれか一項記載の方法において、
    前記一対の押圧手段のうち温度が高い方の押圧手段と向かい合う、前記常誘電体結晶の面には凹凸が周期的に形成されている。
20. 請求項１６〜１８のいずれか一項記載の方法において、
    前記一対の押圧手段のうち温度が高い方の押圧手段は、前記常誘電体結晶に向いた面を有し、当該面には凹凸が周期的に形成されている。
21. 請求項１６〜２０のいずれか一項記載の方法において、
    前記一対の押圧手段の少なくとも一方と向かい合う、前記常誘電体結晶の面には凹凸が周期的に形成されている。
22. 請求項１６〜２１のいずれか一項記載の方法において、
    前記一対の押圧手段の少なくとも一方は、前記常誘電体結晶と向かい合う面を有し、当該面には凹凸が周期的に形成されている。
23. 請求項１６〜２２のいずれか一項記載の方法において、
    前記一対の押圧手段は互いに向かい合う面を有し、当該互いに向かい合う面を最短距離で結ぶ直線方向に直交する所定の方向に沿って前記常誘電体結晶を見たときに、当該所定の方向に沿って一直線上に前記常誘電体結晶以外配置されていない。
24. 請求項１６〜２３のいずれか一項記載の方法において、
    前記一対の押圧手段間の相対的位置は、位置固定手段によって固定される。
25. 請求項１６〜２４のいずれか一項記載の方法において、
    前記常誘電体結晶は、水晶を含む。
26. 請求項１６〜２５のいずれか一項記載の方法において、
    前記締結工程において、前記所定の圧力に対応する前記一対の押圧手段の間の間隔を前記締結手段によって固定することで、前記一対の押圧手段が相互に固定される。
27. 第一の波長の光を第二の波長の光に変換する波長変換部を備え、前記波長変換部が請求項１〜２６のいずれか一項記載の光学素子を含むことを特徴とする光源装置。

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