KR100192989B1 - 비선형 강유전성 광학 기판의 도메인 제어방법 - Google Patents

비선형 강유전성 광학 기판의 도메인 제어방법 Download PDF

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Abstract

단일 도메인의 비선형 강유전성 광학 기판의 주면에서 반전된 도메인 구조를 형성하도록 비선형의 강유전성 광학 기판의 도메인을 제어하기 위한 방법이 개시된다. 형성될 반전 도메인 구조의 원하는 패턴에 대응하는 패턴으로 비선형의 강유전성 광학 기판에는 제1전극이 형성되며, 제1전극의 패턴에 대응하는 패턴으로 제1주면과 대향하는 제2주면에서 제2전극이 형성되고, 제 1및 제2전극 양단간에는 dc-전압 또는 펄스 전압이 인가되어, 비선형의 강유전성 광학 기판의 제1주면에서 원하는 패턴으로 반전된 국부 도메인이 형성된다. 제1 전극과 제1주면 사이에 절연막이 형성되어 dc 전압 또는 펄스 전압이 제1전극 및 제2전극 양단간에 인가될 때, 비선형의 광학 기판을 가로질러 흐르는 전류에 의해서 비선형의 강유전성 광학 기판이 결정이 손상되는 것을 회피할 수 있다.

Description

비선형 강유전성 광학 기판의 도메인 제어 방법
제1도는 본 발명을 실시하는 비선형 강유전성 기판 도메인을 제어하는 방법을 설명하기 위한 사시도.
제2도는 본 발명을 실시하는 비선형 강유전성 기판 도메인을 제어하는 방법에 의해 형성되는 SHG 의 사시도.
제3a, 3b, 3ca및 3cb도는 본 발명을 실시하는 비선형 강유전성 광학 기판도메인을 제어하는 방법을 수행하는 제조 공정의 다른 단계에서 광학 도파관 SHG 의 측면도.
제4도는 종래의 세렌코브 SHG의 위상 매칭 기능을 설명하기 위한 도면.
제5도는 가이드 모드용 막 두께와 등가 굴절률 사이의 관계를 나타내는 그래프.
제6도는 본 발명을 실시하는 비선형 강유전성 광학 기판 도메인을 제어하는 방법에 의해 도메인 반전을 설명하기 위한 단면도.
제7도는 도메인 제어 전극의 사시도.
제8및 9도는 본 발명을 실시하는 비선형 강유전성 광학 기관 도메인을 제어하는 방법을 설명하기 위한 사시도.
제10도는 가열 장치의 개략도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 비선형 강유전성 광학 기판 2 : 광학 도파관
4 : 절연막 11 : 제 1 전극
31 : 마스킹 스트립
SHG 같은 비선형 광학 기술은 레이저 광 파장의 변환에 적용된다. 레이저 광 파장을 감소시킬 수 있는 SHG의 사용은 레이저 빔을 사용하는 광학 기록 및 재생과 자기 광학 기록 및 재생에서 기록 밀도를 증가시킨다.
효율적인 비선형 광학 상호 작용를 위해 기본파와 제2고조파간 위상 매칭 조건이 만족되어야 한다. 그러나, 일반적으로 광학 재료의 굴절률은 파장에 종속(확산은 광학 재료에서 발생한다)되므로, 광학 재료는 기본파와 제2고조파 사이에서 위상 매칭을 위한 조건을 만족시킬 수 없다.
순환식 반전된 부호들의 비선형 광학 계수 도메인을 갖는 비선형 강유전성 광학 벌크의 순환식 반전된 도메인 구조에서, 층의 비선형 편광에 의해서 발생된 파는, 층의 두께가 코히런스 길이 (위상 미스매칭 각이 π인 길이)의 적(積)과 동일할 때, 상호 동일 위상과 세기임이 알려져 있다. 이러한 지식은 예를 들면, J.A. Armstrong, N. Bloembergen. J. Ducuing and P.S. Pershan 등이 기고한 1962년 발간된 Physical Review, 127, 1918쪽 이후에 기재되어 있고, D.Feng, N.B Ming, J.F. Hong 등이 기고한 1980년 발간된 Applied Physics Letters, 37, 607쪽 내지 609쪽에 기술되어 있다. 따라서 다이렉트 위상 매칭을 할 수 없는 재료들과 이용 불가능한 최대 비선형 감지 텐서(tersor)성분 d33이 이용될 수가 있다.
한편, 광학 도파관 구조를 이용하면 도파관에서 고 에너지 밀도로 광을 구속하는 것이 가능하며, 고 에너지 밀도 상태로 장거리의 광 전파가 가능하다. 그러나, 물질에서의 확산이 크므로, 기본파와 제2고조파 위상을 매칭시키는 것은 어렵다.
비선형 도파관의 세렌코브(Cerenkov)방사를 이용하는 SHG 가 1987년 발간된 응용 물리학(Applied Physics) 56호 1637쪽 내지 641쪽과, P.K. Tien, R. Ulrichand R.J. Martin 등의 1970년 발간된 응용 물리학(Applied Physics) 17호, 447쪽 내지 450쪽에 기술되어 있다. 이 SHG는 자동적으로 위상 매칭을 만족하고 중대된 파를 방사하기 위하여 세렌코브 각도 α를 갖는 비선형 편광에 의해 발생된 파를 증대한다. 그러므로, 높은 비선형 광학 상수를 갖는 물질로 형성되는 기판을 사용하는 SHG는 높은 효율성으로 동작한다. 전술의 참조문헌(Applied Physics)에 기술된 세렌코브 방사 형태의 비선형 도파관 SHG는 LiNb03의 최대 비선형 감지 텐서 성분 d33을 사용한다. 세렌코브 방사 형태의 SHG의 기관에 의해 방사되는 광빔의 스폿 패턴 (즉, 파(far) 필드 패턴)은 초승달 모양의 스폿 패턴과 같은 특정패턴이며, 그에 따라 광학 렌즈 시스템의 회절 제한까지 광 빔을 모으는 것은 어렵다. 세렌코브 방사 형태의 도파관 SHG에서 세렌코브 파와 기본파의 중첩은 SHG의 효율성에 영향을 미치므로, 중첩도가 크도록 세렌코브 각도 α가 작은 것이 바람직하다.
이후, 세렌코브 방사 형태의 광학 도파관 SHG의 기능에 대해서 설명하기로 한다. 비선형 광학 기판(1)에 형성된 도파관(2)에 있어서, 도파관(2)에서의 가이드 모드 (기본파)의 전파 상수가 βF일때, 고조파는 제4도에 도시된 바와같이 각도 α에서 발생되며, 기판(1)에서 벌크파(고조파)의 전파 상수는 KSHS이다. 이때
Figure kpo00002
Figure kpo00003
여기서, k는 위상 매칭 성분, kFO는 진공에서 고조파의 전파 상수(2π/λF)및 nSHS는 고조파에 대한 기판의 굴절률이다. 이때,
Figure kpo00004
Figure kpo00005
여기서, nSHO및 nSHe는 고조파 파장의 주 광선과 외부 광선 각각의 굴절률이다.
도파관(2)을 통하여 기본파를 전파하기 위한 조건은 다음과 같다.
Figure kpo00006
여기서, nFS및 βF는 기판(1)과 도파관(2)의 기본파에 대한 각각의 굴절률이다. 세렌코브 방사를 위한 조건은 다음과 같다.
Figure kpo00007
수학식 (5) 및 (6)으로 표현된 조건과 맞을 때, 세렌코브 방사 제2 고조파가 발생한다. 이러한 조건은 제5도에 그래프로 도시되며, LiNb03도파관에 입사되는 광의 파장은 TM모드에서 1.064㎛(YAG 레이저 광)이며, 기판의 굴절률은 2.155이고, 도파관의 굴절률은 2.288이다. 제5도에서, 굴절률(등가 굴절률)은 수평축에서 측정되며, 도파관의 두께는 수직 축에 측정된다. 도파관의 두께가 1.0㎛이하일때, 단일-모드 동작이 가능하다. 부수적으로, LiNb03기판의 표면을 양자 치환함으로써 형성되는 광학 도파관를 사용하는 SHG 상의 세렌코브 각도 α는, 기본파의 과장이 1.064㎛일때 13°이며, 0.83 ㎛일때 16°이다.
세렌코브 방사형태의 비선형 도파관 SHG 에서 세렌코브 방사 각도 α가 감소된다면, 기본파와 고조파의 각 전파 방향은 상호 일치하며, 기본파와 고조파의 중첩도는 증가하며, 변환 효율성이 향상되어 출력 광 빔의 스폿 패턴도 향상된다.
상기 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 출원인은 제2도에 도시된 바와 같은 개선된 SHG를 일본 특허출원 번호 제 63-246545호에서 제안 했었다. 상기 SHG는 비선형 강유전성 광학 기판(1)과 상기 비선형 강유전성 광학 기판(1)에 형성되나 공학 도파관(2)을 구비하며, 세렌코브 방사에 의해 제2고조파를 발생한다.
상기 SHG는 세렌코브 각도 α를 감소시켜, 제2고조파 광 빔의 스폿 패턴을 개선하며, 기판(1)에서 순환식으로 반전된 도메인 구조(3)와 순환식으로 반전된 도메인 구조(3)에서 광학 도파관(2)를 형성함으로써 전환 효율성을 개선시키거나 도파관(2)에서 순환식으로 반전된 도메인 구조(3)를 형성함으로써 전환 효율성을 개선시킨다.
그러나, 상기 SHG는 반전된 도메인 구조(3)의 실용상 제조에 있어서 많은 문제점을 갖는다. Zochralski 방법에 의해 비선형 강유전성 광학 결정을 형성하는 데 있어서 전류를 제어함으로써 도메인을 번갈아 반전하는 방법은 D. Feng, N.B. Ming, J.F.Hong, Applied Physics Letters, 37, 607 (1980), K. Kassau, H.I.Levinstein 및 G.H. Loiacono, Applied Physics Letters, 6, 228(1965), 및 A. Feisst 및 P. Koidl, Applied Physics Letters, 47, 1125 (1985). 에 기술되어 있다. 그러나 이러한 프로세스는 도메인 형성을 위한 매우 큰 장비와 복잡한 제어를 요구한다.
도메인 반전의 또 다른 방법은 비선형 강유전성 광학 결정에서 Ti를 학산시키며, SH빔이 다수 빔으로 분할됨으로써 도메인이 반전되는 부분의 굴절률을 변화를 수반한다.
상기 언급된 바와같이, 반전된 도메인 구조를 형성하는 종래의 방법은 도메인을 정확하게 제어할 수 없으며, 제2고조파 빔을 다수의 빔으로 분할시키는 굴절률의 변화를 초래함으로써, 고변환율로 동작가능한 SHG를 제공할 수 없다.
본 발명 의제1 형태에 따르면, 제 1도에 도시된 바와 같이, 제1전극(11)과 제2전극(12)은 단일 도메인 비선형 강유전성 광학 기판(1)의 대향 주면에서 각각 상호 대향하여 형성되며, 제1전극(11)과 제2전극(12)중 최소한 하나는 형성될 반전된 도메인 구조의 패턴에 대응하는 원하는 전극 패턴으로 형성되며, 도메인은 대향 전극(11, 12) 양단간 소정의 펄스 전압 또는 소정의 dc전압을 인가함으로써 제어되고, 대향 전극(11, 12)의 양단간 소정의 dc 전압 또는 펄스 전압을 인가함으로써 전극 패턴에 대응하는 패턴으로 국부적으로 반전된 도메인 구조(3)를 형성한다.
본 발명에 따른 방법에서, dc 전압 또는 펄스 전압을 제1및 제2전극(11, 12)양단간에 인가함으로써 전계가 인가되는 자발적인 편광 부분, 즉 전극 패턴에 대응하는 부분은 반전된 도메인을 형성하도록 반전된다. 이러한 반전은 전계의 인가에 의해 비선형 강유전성 광학 기판(10의 단위 격자에서 이온의 미소 변화로 인한 것이다.
전극 패턴을 이용하여 원하는 패턴으로 간단히 반전된 도메인 구조가 형성됨으로 정확하게 반전된 구조는, 포토리소그래피 공정과 같은 고도의 정밀한 미세 처리에 의해 전극 패턴을 형성함으로써 미세 피치 및 미세 패턴으로 형성되며, 반전된 도메인 구조의 두께는 전극 양단에 인가될 전압을 제어함으로써 매우 정확하게 제어된다.
본 발명의 제2형태에 따르면, 제6도에 도시된 바와같이, 제1및 제2 전극(11, 12)은 비선형 강유전성 광학 기판(1)의 대향 주면(1a, 1b)에서, 각각 서로 대향하고 있으며, 제1전극(11)이나 제2전극(12)이든, 구체적으로는 제 1전극(11)은, 반전된 도메인 구조의 패턴에 대응하는 패턴으로 형성된 주면(1a)에서 형성되는 절연막(4)에서 형성되며, 소정의 dc 전압 또는 소정의 펄스 전압이 전원(13)에 의해 제1및 제2 전극(11, 12) 양단에 인가되어 제3b도에 도시된 바와같이 비선형 강유전성 광학 기판(1)의 주면(1a)에서 제1전극(11)의 패턴으로 국부적으로 반전된 도메인 구조(3)가 형성된다. 절연막(4)은, 열에 견딜 수 있고, 전극(11, 12)과 비선형 강유전성 광학 기판(1)을 형성하는 물질의 반응에 안정하게 유지하는 내열성 물질로 형성된다.
이처럼, 비선형 강유전성 광학 기판(1)의 도메인은, 간단한 장치 및 간단한 공정에 의해 비선형 강유전성 광학 기판(1)의 주면(1a, 1b)에서 각각 형성되는 전극(11, 12)양단에 dc 전압 또는 펄스 전압을 인가함으로써 국부적으로 반전된다.
비선형 강유전성 광학 기판(1)의 주면(1a)과 제1전극(11)사이에 삽입된 절연막(4)은, 펄스 전압의 dc 전압이 전극(11, 12)양단에 인가될 때, 흐르는 전류에 의한 비선형 강유전성 광학 기판(1)의 결정 손상과, 인접한 구성요소들을 형성하는 물질들간 원자들의 확산과, 비선형 강유전성 광학 기판(1)의 순도 저하를 방지한다. 그러므로, 주면(1a)에서 형성되는 반전된 도메인 구조를 사용하는 광학 도파관을 포함하는 도파관 형태의 세렌코브 방사 SHG (제 2조파 발생기)는, 우수한 특성을 가지며, 고효율성으로 동작 가능하며, 만족한 형태의 빔 스폿을 형성할 수 있다.
펄스 전압이 반전된 도메인을 형성하기 위해 사용될 때, dc 전압을 사용하면 흐르는 과잉 연속전류에 기인하여 일어나기 쉬운 비선형 강유전성 광학 기판(1)의 결정 손상은 비교적 높은 펄스 전압이 인가 된다할지라도 방지 될 수 있으며, 비선형 강유전성 광학 기판(1)상에서의 열에 의한 역영향과, 전극의 용해는 회피할 수가 있는데, 이는 비교적 높은 펄스 전압이 인가됨으로써 비선형 강유전성 광학 기판(1)이 매우 높은 온도로 가열될 필요가 없기 때문이다.
본 발명의 제3형태에 따르면, 제8도에 도시된 바와같이, 히터에 의해 방사되는 열광선(heat ray), 레이저에 의해 방출되는 레이저 광선 또는 전자기 파에 의해 비선형 강유전성 광학 기판(1)을 가열시키는 가열 전자기파를 흡수 또는 반사시킬 수 있는 병렬 마스킹 스트립(31)은, 원하는 패턴 즉, 비선형 강유전성 광학기판(1)의 주면(1a)에 형성될 반전된-도메인 구조의 패턴에 대응하는 패턴으로 비선형 강유전 광학 기판(1)의 주면(1a)에서 형성되며, 전자기파는 마스킹 스트립(31)의 패턴에 대응하는 패턴으로 비선형 강유전 성광학 기판(1)을 가열함으로써 제3b도에서 도시된 바와같이 마스킹 스트립(31)의 구조에 대응하는 패턴으로 국부적으로 반전된 도메인 구조(31)을 형성하도록 마스킹 스트립(31)위에서 방사된다.
비선형 강유전성 광학 기판(1)의 주면(1a)에서 가열 전자기파를 흡수 또는 반사할 수 있는 마스킹 스트립(31)을 형성하는 것에 의해, 비선형 강유전성 광학기판(1)의 국부 가열이 5℃/분의 가열 및 냉각 속도로 빠른 국부 가열에 의해 편광될 수 있는 부분을 형성하는 것이 가능하며, 초전기 효과에 의해 유도된 충전 전압에 의한 도메인 반전에 대해 효과적으로 상기 부분의 편광이 초래된다. 본 발명의 상세한 설명은 첨부된 도면을 참조하여 상세히 기술하기로 한다.
[실시예 1]
반전된 도메인 구조(3)를 갖는 도파관 SHG를 형성하는 본 발명에 따른 제1 실시예에서 비선형 강유전성 광학 기판 도메인을 제어하는 방법의 사용은 제3a, 3b, 3ca및 3cb도를 참조하여 기술하기로 한다.
제3a도에 도시된 바와 같이, 단일 도메인 비선형 강유전성 광학 기판(1)은, 퀴리(Curie)온도 이하의 온도, 예를 들면, 1200℃온도에서 주면 (1a, 1b)양단에 dc 전압을 인가함으로써 준비되는 소위, 고 비선형의 리튬 니오베이트의 Z-기판이며, 모든 C-축은 두께 방향으로 정렬된다. 제1및 제2전극(11, 12)이 주면 (1a, 1b)상에서 금속, 예를 들면 Pt로 형성된다. 주면(1a)은 +C면이다. 제1전극(11)은 형성될 반전된 도메인의 피치 2∧에 대응하고, 단자 t1에서 접속되는 접속 전극에 의해 상호 접속되는 단부를 가진 피치로 정렬되는 전극 스트립의 평행 구성이다. 그러므로, 제1전극(11)의 패턴은 콤(빗살)형태를 가진다. 제1전극(11)은 포토리소그래피 공정과 같은 공지 공정에 의해 형성된다. 포토리소그래피공정에 의해 제1전극(11)을 형성하는데 있어서, Pt층 같은 금속 막은 금속 기상증착법에 의해 기판(1)의 주면(1a)의 전체 영역에 걸쳐서 형성되며, 형성될 반전된 도메인의 패턴에 대응하는 패턴의 포토리스트, 즉, 콤 형태와 유사한 패턴은 포토그래픽 처리에 의해 금속막의 표면에 형성되며, 그때, 금속막은 포토리스트를 사용함으로써 패턴에서 에칭된다. 제1전극(11)의 것과 상보성인 패턴으로 기판(1)의 주면(1a)에서 리프트-오프 마스크(lift-off mask)를 형성시키고, 기판(1)의 주면(1a)의 전체 도메인에서 금속 막을 형성시키며, 리프트-오프 마스크를 제거함으로써 제1전극(11)을 형성시키는 것은 가능하다. 제1전극(11)및 제2전극(12)은 Pt, W, Ta, Ti, ITO 또는 SnO같은 고 용융점을 갖는 적절한 금속으로 형성될 수도 있다.
기판(1)의 다른 주면(1b)은 -C면이다. 제2전극(12)은 주면(1b)의 전체 도메인을 걸쳐 형성된 금속막이다. 제2전극(12)은 단자 t2에 접속된다.
필요하다면, 기판(1)은 산소 분위기, 질소 분위기, 희토류 가스 분위기, 또는, 산소를 포함하는 수증기 분위기와 같은 소정의 분위기에서 150 내지 1200℃범위 온도로 가열되며, dc 전압은 dc 전원(13)에 의해 주어진 시간 간격동안 단자 t1및 t2양단에 인가되어, 센터미터당 수십 볼트 내지 수백 볼트 범위에서 전계의 밀도는 반전된-도메인 구조(3)를 형성하도록 기판(1)양단에서 발생된다. 반전된-도메인 구조(3)는 제1전극(11)의 것에 대응하는 패턴으로 형성된 +C 축 방향에 반대 방향으로 반전된 도메인을 구비하며, 평해 반전된 도메인의 피치는 2∧(2는 0.1 내지 500㎛범위)이다. 예를 들면 10V의 dc 전압이 20 분 동안 공기중에서 650℃로 가열 된 1mm두께 LiNbO3기판에 인가될 때, 2∧피치에 배열된 반전된 도메인의 평행 스트립을 구비하는 반전된-도메인 구조(3)는 주면(1a)에서 형성된다.
제3b도는 제1및 제2전극(11, 12)이 제거된 것을 도시한다. 제1 및 제2전극(11, 12)이 Pt로 형성될 때, 두 전극은 왕수를 사용하는 습식 에칭에 의해 제거된다. (HNO3: HC1= 1:3)
제3ca도에 있어서, 기판(1)의 굴절률보다 큰 굴절률을 갖는 광학 도파관(2)은, 순환식으로 반전된 도메인 구조(3)을 가진 기판(1)의 주면(1a)에 피로인산을 도포하고, 피로인산을 열확산시켜서 주면에서 형성하거나, 양자 치환을 위해 고온 인산에 주면(1a)을 담궈서 주면(1a)에서 형성한다.
그러므로, 형성된 광학 도파관(2)은 순환식으로 반전된 도메인 구조(3)를 포함한다. 광학 도파관(2)은 0Ti/ (Ti+ta)≤ 60(원자 %)가 되도록 Ti02로 도프된 Ta205, 실린콘 질화물, 티탄 이산화물, 비소 아셀렌산염 글래스, 아연 황산염 또는 이산 산화물과 같은 작은 기본파 흡수 계수를 갖는 선형 또는 비선형 물질층을 증착 처리 또는 에피텍셜 성장 처리에 의해 형성함으로써 제 3cb도에 도시된 바와같이 또 다른 방법에 의해 기판(1)의 순환식으로 반전된 도메인 구조(3)를 갖는 주면(1a)상에서 형성된다.
평행 스트립 패턴를 갖는 반전된 도메인 구조(3) 이외의 반전된 도메인, 즉, 접속 전극에 대응하는 반전된 도메인은, 제2도에 도시된 바와같이 광 전송 방향을 가로질러 연장하는 반전된 도메인의 평행 스트립을 갖는 순환식으로 반전된-도메인 구조(3)를 갖는 SHG를 끝손질하기 위해 차단된다.
광학 도파관(2)이 제한된 폭을 갖는 릿지 구조인 것이 바람직하다.
상기 실시예에서, 제1전극은 평행 스트립 패턴으로 기판(1)의 주면(1a) 즉 +C면에서 형성되며, 제1전극(11)의 패턴에 대응하는 패턴을 갖는 순환식으로 반전된 도메인 구조(3)는 +C면에서 형성된다. 주면(1b)의 스트립 패턴으로 제2전극(12)을 형성하며 그리고 기판(1)의 주면, 즉 -C면에서 순환식으로 반전된 도메인 구조를 형성함으로써, 기판(1)의 다른 주면(1b)에서 광학 도파관(2)을 형성하는 것이 가능하다.
제2도에 도시된 구성을 갖는 SHG의 동작 조건은 아래에서 기술하기로 한다. 전파 상수βF(또는 등가 굴절률 βF/C2π/λF)=βF/ KFO, 여기서 λF는 기본파의 파장이며, KFO는 진공에서 기본파의 전파상수이다)와 전파 상수 KSH=2π.nSHS/λSH사이에서 미스매칭 성분Δk는 다음과 같다(여기서 nSH는 세렌코브의 고조파에 대한 기판(1)의 굴절률이다)
Figure kpo00008
제5도에 도시된 바와같이, 세렌코브 방사는Δn이 부(negative)일 때 방사된다.
SHG에 전술한 구성의 순환식으로 반전된 도메인 구조(3)가 제공될 때, 반전된 도메인의 피치 2∧, 막 두께 즉, 가이드 모드용 전파 상수를 한정하는 매개변수, 및 도파관의 굴절률 nSHS는 다음 조건을 만족해야 한다.
종래의 순환식으로 반전된 도메인 구조(벌크)로 제공된 도파관 구조의 세렌코브 SHG에 관해서, 각 반전된 도메인의 두께가 코히런스 길이 1c에 기수배인 조건, 즉 발생된 편광파가 동일 위상이며 상호 강하게 하는 조건은 벌크파의 고조파 및 가이드 모드에서 기본파와 동일하다.
수학식(1) 및(7)로부터
Figure kpo00009
그러므로
Figure kpo00010
q = 0 일때
Figure kpo00011
따라서, 기본파와 고조파 사이의 각은 제로이며, 위상은 매칭된다.
수학식(10)은 다음과 같이 바꾸어 쓸 수 있다.
Figure kpo00012
또는
Figure kpo00013
한편, 전파 상수는 순환식 구조의 Pπ/∧ (P는 브래그 반사 크기)의 동요(브래그 반사)에 따른다. (A Yariv, Optical Electronics pp. 414-421, Holt, Rinehart and Wilson, 1985. 참조) 수학식(11) 및 (12)의 성분은 위상 매칭을 위해 βF및 KSH를 나누며, P=1일 때, 수학실(1), (11) 및 (12)로부터 다음과 같은 식이 표현된다.
Figure kpo00014
그러므로, 순환식으로 반전된 도메인 구조의 동작 조건은 순환식 구조를 기초로 한 전파 상수 π/∧의 동요에 의한 위상 매칭 조건과 동일하다. 수학식(13)의 조건을 만족시키기 위하여
Figure kpo00015
이며, 수학식(6)에 의해 표현되는 세렌코브 방사를 위한 조건과는 반대이다.
전술한 예에서, 제1 및 제2 전극(11, 12)은 비선형 강유전성 광학 기판(1)의 주면(1a, 1b)에 바로 위에 형성된다. 제2전극(12)은 기판(1)의 주면(1b)에 인접하여 인가되는 분리 전극 판으로 구성된다.
반전된 도메인 구조가 상기 실시예에서 판 형태를 갖는 기판(1)상에 형성된 다할지라도, 반전된 도메인 구조는 박막으로 폭넓은 단일 도메인을 형성함으로써 유리, 사파이어, 또는 리튬 니오베이트로 형성된 베이스 판에 형성되는 비선형 강유전성 광학 물질의 박막에서 형성되며, 박막에서 제1전극(11)을 형성하며, 베이스판의 이면에 2전극(12)을 형성하며, 박막에 전계를 인가한다. 베이스판이 전도판일 때, 베이스판은 제2전극(12)으로서 사용된다.
본 발명의 방법에 따르면, 전계에 노출된 비선형 강유전성 광학 기판(1)의 자발적인 편광 부분, 즉, 제1전극(11)의 패턴에 대응하는 부분은 반전된 도메인을 형성하도록 반전된다. 그러므로, 원하는 패턴을 가진 반전된-도메인 구조는, 반전된-도메인 구조의 원하는 패턴에 대응하는 패턴을 갖는 전극을 사용함으로써 형성된다. 매우 작은 피치로 배열되는 미세 스트립을 갖는 전극 패턴은 포토리소그래피 공정과 같은 정밀한 미세 처리에 의해 정확하게 형성됨으로써, 반전된-도메인 구조는 미세 패턴으로 형성될 수 있다. 반전된-도메인 구조는 전극 양단에 인가될 전압을 제어함으로써 정확한 두께로 형성될 수 있다.
반전된 도메인은 Ti도핑과 같은 도핑에 의해 형성되지 않기 때문에, 반전된 도메인의 굴절률은 변화하지 않고, 굴절률의 변화로 인해 SH 빔이 다수의 빔으로 분할되는 것이 제2도에 도시된 순환식으로 반전된 도메인 구조(3)를 갖는 도파관 SHG에서 방지된다. 위상 미스매칭이 회피되므로, 도파관과 도메인 변조의 자유도가 현저히 감소되는 것을 회피할 수가 있다. 기판(1)내로 제2 고조파가 깊이 침투함으로써 생기는 출력 광 빔의 초생달 모양의 파 필드 패턴이 회피되고, 출력 광빔은 회절 한계 근처까지 쉽게 모아진다. 기본파 및 제2 고조파가 중첩됨으로써 전환 효율성이 향상된다.
[실시예]
원하는 패턴을 갖는 제1전극(11)과 제2전극(12)은 제1실시예에 적용되는 방법과 동일하게 형성된 단일 도메인 비선형 강유전성 기판(1)상에서 형성된다.
기판(1)은 150°내지 1200℃ 양호하게는 300 내지 1200℃범위의 온도에서 기판(1)을 형성하는 물질에 적합한 소정의 분위기(예를 들면, 산소 에어, 질소, 희토류 가스, 또는 산소를 포함하는 증기)에서 가열되어, 강압의 전계 밀도를 감소시키는데, 수 마이크로초 내지 수분의 범위에서 펄스폭의 펄스 전압이 펄스 전원(13)에 의해 단자 t1및 t2양단에 수 천회 인가되며, 센티미터당 수 백볼트 내지 수천 킬로볼트의 전계가 기판(1)의 두께 방향, 즉, C-축 방향으로 발생된다. 그러므로, 제1전극(11)에 대응하는 패턴을 갖는 평행 스트립 형태의 반전된 도메인의 순환식으로 반전된 도메인 구조(3)가 형성된다. 제1전극(11)의 패턴의 스트립 피치2∧는 1내지 500㎛범위에 있다. 예를 들면 제1전극(11)의 스트립에 대응하는 피치 2∧에서 배열되며 +C축 방향에 반대인 극성을 갖는 반전된 도메인을 구비하는 순환식으로 반전된 도메인 구조(3)는, 기판(1)이 공기중에서 600℃로 가열되는 동안 제1전극(11)및 제2전극(12)에 접속되는 단자 양단에서 0.1μsec펄스 폭을 갖는 40KV의 펄스 전압을 인가함으로써 1mm두께 LiNb03기판의 주면(1a), 즉 fc면에서 형성된다.
순환식으로 반전된-도메인 구조(3)가 제공된 기판(1)은 광학 도파관 또는 SHG를 형성하는데 사용된다.
펄스 전압이 상당히 높다할지라도, 반전된 도메인을 형성하기 위한 펄스 전압을 사용함으로써, dc 전압이 사용될 때 흐르는 연속적인 전류에 의해 야기된 비선형 강유전성 광학 기판(1)의 결정 손상을 방지하며, 전극의 용해 및 비선형 강유전성 광학 기판(1)에 대한 열의 역 영향을 방지하는데, 이는 비교적 높은 펄스 전압이 안가되며 비선형 강유전성 광학 기판(1)은 전계를 감소시키기 위해 매우 높은 온도로 가열될 필요가 없어 반전된 도메인이 미세 패턴으로 형성되기 때문이다.
[실시예 2]
제6도에 도시된 바와 같이, 제1전극(11)및 제2전극(12)은 제1실시예에 적용된 것과 동일한 방법으로 준비된 단일 도메인 비선형 강유전성 광학 기판(1)의 대향 주면(1a, 1b)에서 각각 형성된다. 제1 및 제2 전극(11, 12) 각각은 제7도에 도시된 바와같이 Si02, Al203또는 사파이어 같은 본래의 특성을 안정하게 유지할 수 있는 물질로 형성된 분리 절연 기판(5)상에 순환식으로 반전된-도메인 구조의 패턴에 대응하는 패턴으로 백금(Pt), 텅스텐(W), 티타늄(Ti) 또는 ITO같은 고 용융점을 갖는 금속으로 형성된다. 전극(11, 12)은 기상 증착 공정과 이어지는 포토리소그래피 에칭 공정에 의한 패턴으로 형성된다. 최소한 제1전극이나 제2전극(11, 12), 특히, 순환식으로 반전된-도메인 구조(3)가 형성될 주면(1a)에 대응하는 제1전극(11)은, 순환식으로 반전된-도메인 구조(3)의 반전된 도메인에 대응하는 피치에 배열되고, 순환식으로 반전된 도메인 구조(3)에 대응하는 절연(5)부의 외부에서 비효율적인 부분의 접속 전극(23)에 의해 상호 접속되는 상호 접속된 단부를 가지며 반전된 도메인의 폭에 대응하는 각 전극 스트립 폭의 평행 구성이다. 그러므로 제1전극(11)의 패턴은 콤 형태를 가진다.
전극(11, 12)은, 이후 설명될 가열 온도하에서 안정한 상태를 유지할 수 있는 물질로 형성된 절연막(4)(예를 들면, Al203, SixNy 또는 Si02)으로 각각 코팅된다. 그러므로 제1및 제2전극(11, 12)은 제1및 제2전극구조(21, 22)를 구성할 절연 기판(5)상에 각각 형성된다. 제6도에 도시된 바와같이, 전극 구조(21, 22)는 주면(1a, 1b)과 접촉하는 절연막(4)을 갖는 비선형 강유전성 광학 기판(1)의 주면(1a, 1b)에서 상호 대향 배치된다. 두 전극(11 및 12)이 순환식으로 반전된 도메인 구조의 패턴에 대응하는 패턴으로 형성될 시에, 전극 구조(21 및 22)는 각각의 전극 스트립이 서로 직접 대향하도록 배치된다.
제1전극(11)및 제2전극(12)을 각각 포함하는 제1 전극 구조체(21)및 제2 전극 구조체(22)가 비선형 강유전성 광학 기판(1)으로부터 분리하여 형성될시에, 전극(11 및 12)은 다수의 비선형 강유전성 광학 기판용으로 반복적으로 이용될 수 있다. 두 전극 모두(11 및 12)또는, 제1전극(11)이나 제2전극(12)중의 어느 하나가 비선형 강유전성 광학 기판(1)상에 전도막을 형성함으로써 그리고 포토리소그래피에칭 공정에 의해서 소정 패턴으로 전도막을 선택적으로 에칭함으로써 비선형 강유전성 광학 기판(1)상에 형성될 수 있다. 이러한 경우에, 제1전극(11)이나 제2전극(12)중의 적어도 어느 하나가 SiN막 또는 Si02막과 같은 절연막(2)을 통해 비선형 강유전성 광학 기판(1)의 대응 주면에 부착된다.
광학 산화물 판과 같은 비선형 강유전성 광학 기판(1)은 150 내지 1200℃의 범위, 양호하게는 950 내지 1200℃의 범위, 더욱 양호하게는 1000 내지 1200℃의 범위의 소정의 온도, 예를 들어 1040℃에서의 산소 분위기 또는 대기 상태에서 가열되어, 강압적인 전계의 세기를 줄이는 동시에, 절연막(4)을 파괴 시키지 않는 dc 전압은 소정의 시간동안에 전원(13)에 의해 전극(11 및 12)양단에 인가되어, 비선형강유전성 광학 기판(1)을 가로질러 센티미터당 수십 볼트 내지 센티미터당 수백 볼트의 범위내의 세기를 가진 전계 발생시켜 제3b도에 도시된 바와같이 반전된 도메인 구조체(3)를 형성한다. 주면(1a), 즉 +C표면상의 제1전극(11)은 전원(13)의 정 전극에 연결된다. 반전된 도메인 구조(3)는 제1전극(11)의 평행 전극 스트립의 범위에 대응하는 1 내지 500㎛의 범위내의 피치에서의 제1전극의 패턴에 대응하는 패턴내의 주면(1a), 즉 +C표면내에 형성된 +C축의 방향에 대한 역 방향의 반전된 도메인을 포함한다. 300V dc가 1시간 동안 전극(11 및 12)양단에 인가되는 동시에 비선형 강유전성 광학 기판(1)이 1040℃에서 가열될 시에, 6㎛길이의 반전된 도메인이 형성된다. 반전된 도메인 구조(3)를 형성한 후,전극 구조(21 및 22), 제1전극(11) 및 제2전극(12)은 비선형 강유전성 광학 기판(1)으로부터 제거된다.
이런 방법으로 반전된 도메인을 형성함에 있어서, 비선형 강유전성 광학 기판(1)의 부분에 전류가 집중하며, 여기에서 반전된 도메인은 비교적 고 전압이 전극(11 및 12)양단에 인가될 시에 비선형 강유전성 광학 기판(1)의 결정을 손상시키도록 형성된다. 그래서, 전압은 제한되고, 비선형 강유전성 광학 기판(1)은 예를 들어 1040℃의 비교적 고 온도로 가열된다. 그러나, 그러한 높은 가열 온도로 인해 비선형 강유전성 광학 기판(1)에 직접 부착된 전극이 용해되는데, 이는 미세 피치에서 반전된 도메인을 형성할 때 문제가 된다. 이후 이러한 문제를 해소하기 위한 또 다른 실시예에 대해서 설명하기로 한다.
[실시예 3]
절연막(4)을 파괴하지 않는 크기의 펄스 전압과, 0.1sec의 펄스폭의 펄스 전압은 전원(13)에 의해 전극 (11 및 12)양단에 두번 인가되어, 두께 방향, 즉 C축의 방향으로 센티미터당 수백 볼트 내지 센티미터당 수백 킬로볼트의 범위, 예를 들어 400v/cm의 세기의 전계를 발생시키는 동시에, 비선형 강유전성 광학 기판(1)은 150 내지 1200℃의 범위, 양호하게는 300 내지 900℃의 범위, 더욱 양호하게는 500 내지 800℃의 범위, 예를들어 600℃의 소정의 온도에서 바람직한 기압, 예를 들어 산소, 질소, 희토류 가스 또는, 산소를 포함한 증기의 기압에서 강압적인 전계의 세기를 감소시키도록 가열된다. +C면상에 형성된 제1전극(11)은 전원(13)의 정 전극에 연결된다. 따라서, 0.1 내지 500㎛의 범위내의 피치에서 배치된 평해 전극스트립을 포함하는 제1전극(11)의 패턴에 대응하는 제3b도에 도시된 바와같은 패턴으로 배치된 반전 도메인을 포함한 반전된 도메인 구조(3)는 주면(1a), 즉 +C- 표면내에 형성된다.
펄스 전압은 수백 볼트 내지 수백 킬로볼트의 범위내에 있고, 수백만분의 1초의 펄스폭을 갖는다. 펄스 전압은 1회 내지 10회 인가될 수 있다.
펄스 전압을 이용하면, 비교적 낮은 온도하에서도 반전된 도메인을 형성 할 수 있어, 비선형 강유전성 광학 기판(1)에 전극이 직접 부착될지라도 전극의 용해가 회피되고, 비선형 강유전성 광학 기판(1)의 표면의 오염을 방지할 수 있어, 샤프한 반전 도메인을 0.1㎛만큼 작은 피치에서도 형성할 수 있다.
제 3ca도에 도시된 바와같이, 비선형 강유전성 광학 기판(1)의 굴절률보다 큰 굴절률을 가진 광학 도파관(6)은 예를 들어 순환식으로 반전된 도메인 구조(3)를 가지는, 주면에 피로 인산을 도포시키고 열확산을 동일하게 적용함으로써 또는 프로톤 치환을 위한 열 인산내에 주면을 담금으로써 주면내에 형성된다. 그러므로 형성된 광학 도파관(6)은 순환식으로 반전된 도메인 구조체(3)를 포함한다. 기상증착 공정 또는 에피택셜 성장 공정에 의해, 0Ti/ (Ti+Ta)≤60(원자 % )이도록 Ti02로 도프된 Ta205, 실리콘 질화물, 티타늄 산화물, 비소 셀렌화 유리, 아연 황산염 또는 아연 산화물과 같은 작은 기본파 흡수 계수를 가진 선형 또는 비선형 물질의 층을 형성함으로써 제3cb도에 도시된 바와같은 다른 방법으로 비선형 강유전성 광학 기판(1)의 순환식으로 반전된 도메인 구조체(3)를 가진 주면(1a)상에 광학 도파관(6)은 형성된다.
비선형 강유전성 광학 기판(1)상에 형성된 평행 스트립 패턴을 가진 반전된 도메인 구조(3)와 다른 반전 도메인, 즉 연결 전극(23)(제 7도)에 대응하는 반전된 도메인은 광 투과 방향을 가로질러 연장하는 반전된 도메인의 평행 스트립을 포함한 순환식으로 반전된 도메인 구조(3)를 가진 SHG를 완성하도록 차단된다.
전술한 실시예에서, 두 전극(11 및 12)은 순환식으로 반전된 도메인 구조(3)의 소정 패턴에 대응하는 패턴으로 형성되지만, 주면(1b), 즉 -C 표면상에 형성된 제2전극 (12)은 제1전극(11)의 모든 스트립에 대응하도록 주면(1b)의 전체 도매인상에 형성된 플레이트 전극일 수 있다.
본 발명에 따른 전술된 기술에서 명백하듯이, 제1전극(11)및 제2전극(12)은 반전된 도메인 구조(3)로 제공될 비선형 강유전성 광학 기판(1)상에 형성되고, 제1전극(11)은 반전된 도메인 구조(3)의 패턴에 대응하는 패턴으로 주면(1a), 즉 +C표면 상에 형성되며, 그리고 제1전극(11)은 전원의 정 전극에 연결되고, 제2전극(12)은 전원의 부 전극에 연결되어, 주면(1a)내에 반전된 도메인 구조(3)를 형성하도록 제1전극(11)및 제2 전극(12) 양단에 dc 전압을 인가한다. 반전된 도메인 구조(3)를 형성하기 위한 이러한 절차는 매우 간단한 장치를 필요로 한다. 전극(11 및 12)이 비선형 강유전성 광학 기판(1)으로부터 분리한 절연 기판(5)상에 제각기 형성될 시에, 전극(11 및 12)은 다수의 비선형 강유전성 광학 기판내에 반전된 도메인 구조를 형성하기 위해 반복적으로 이용될 수 있으며, 이는 공정을 간략화한다. 전극(11 및 12)을 절연막(4)으로 코팅함으로써 반전된 도메인 형성 공정동안 고온으로 가열될 시 전극(11 및 12)이 절연 기판(5)에서 떨어지는 일을 회피할 수가 있다.
제1전극(11)및 제2 전극(12), 특히 반전된 도메인 구조(3)가 형성될 수 있는 주면상에 형성된 1제전극이 절연막(4)에 의해 비선형 강유전성 광학 기판(1)에서 분리되므로, 고온 가열에 의한 비선형 강유전성 광학 기판(1)과 전극(11및 12)사이의 원자들의 확산을 방지할 수 있다. 따라서, 물질 선택 및 기압 선택이 더욱 쉽게 이루어질 수 있으며, 산소를 포함한 분위기는 도메인 반전 공정에 이용될 수 있다. 절연막(4)은 비선형 강유전성 광학 기판(1)을 통한 전류의 흐름을 방지하여, 반전된 도메인 구조가 형성될 수 있는 주면(1a)내의 결정 손상을 회피한다. 전극(11 및 12)과 비선형 강유전성 광학 기판(1)간 원자 들의 확산을 방지함으로써 순도가 향상되어 만족할 만한 특성을 가진 반전된 도메인 구조의 SHG가 제공된다.
더욱이, 반전된 도메인이 Ti도핑과 같은 도핑으로 형성되지 않으므로, 반전된 도메인의 굴절률은 변화되지 않아, SH 빔이 다수의 빔으로 분할되지 않는다.
또한, 반전된 도메인 구조를 형성하도록 펄스 전압을 이용할 시에, 고 펄스전압이 인가 될지라도 큰 전류는 비선형 강유전성 광학 기판(1)을 통해 연속하여 흐르지 않아 ,비선형 강유전성 광학 기판(1)의 결정 및, 이의 특성은 펄스 전압의 인가로 영향을 받지 않는다. 펄스 전압을 이용하면 가열 온도도 비교적 저온이어도 가능하므로, 공정 및 장치는 간단해지고, 고온에 의한 특성의 왜곡이 방지될 수 있다.
[실시예 4]
단일 도메인 비선형 강유전성 광학 기판(1)은 제1실시예에 적용된 바와 같은 방법으로 준비된다. 마스킹 막(31), 즉 소정의 폭을 가진 백금과 같은 열-저항, 열-선-흡수 또는 반사 물질의 평행 스트립은 순환식으로 반전된 도메인 구조(3)의 패턴에 대응하는 패턴으로 비선형 강유전성 광학 기판(1)의 주면(1a)상에 배치되며, 상기 도메인 구조(3)는 제3b도에 도시된 바와같이 소정의 피치에서 도파관 방향을 가로질러 배치된 반전된 도메인(3a)의 평행 스트립으로 이루어진다.
마스킹막(31)은 기상 증착 공정에 의해 주면상에 열-저항 물질, 예를 들어 백금의 막을 형성함으로써 그리고, 습식 및 건식 리소그래피 에칭 공정에 의해 막을 선택적으로 에칭함으로써 형성된다.
마스킹막(31)이 이런 실시예에서 비선형 강유전성 광학 기판(1)의 주면(1a)에 직접 부착될지라도, 마스킹 막(31)은 비선형 강유전성 광학 기판(1)의 주면(1a)상에 형성된 Al203또는 Si02로 형성되는 열-저항 절연막(4)상에 동일한 처리로 형성될 수 있다. 비선형 강유전성 광학 기판(1)으로부터 분리한 Al203또는 사파이어의 절연 플레이트(4)상에서 동일한 처리에 의해 소정 패턴으로 마스킹막(31)을 형성하고, 비선형 강유전성 광학 기판(1)의 주면(1a)과 접촉한 마스킹 막(31)을 가진 비선형 강유전성 광학 기판(1)상에 절연 플레이트(4)를 위치시킬 수 있다.
그러므로 마스킹막(31)과 결합된 비선형 강유전성 광학 기판(1)은 램프 또는 히터로 방사된 열 광선이나, 레이저로 방출된 레이저 빔을 이용하는 전자기파에 쪼이게 된다.
제10도는 비선형 강유전성 광학 기판(1)을 가열하는 가열 장치의 개략 단면도이다. 가열 장치는 수정 파이프 등으로 형성된 가열 용기(16) 및, 예를 들어 수정으로 형성된 열저항 테이블(14)을 갖는다. 마스킹 막(31)과 결합된 비선형 강유전성 광학 기판(1)은 테이블(14)의 상부면과 접촉한 마스킹막(31)으로 제공된 주면(1a)과 대향한 주면(1b)을 가진 테이블(14)상에 위치된다. 가열 램프와 같은 가열 장치(15)는 비선형 강유전성 광학 기판(1)으로 열선을 방사할 가열용기(16)주변에 배치된다. 마스킹막(31)으로 마스크된 주면(1a)부분은 주면(1a)의 부분이 고온에서 가열되도록 열선을 효율적으로 흡수하거나 반사시키거나, 마스킹막(31)으로 마스크된 부분과 다른 부분은 마스킹막(31)의 패턴과 대응하는 패턴으로 가열되거나 가열되지 않은 부분을 형성하도록 고온에서 가열된다. 백금 스트립은 마스킹막(31)에 의해 마스크되지 않은 비선형 강유전성 광학 기판(1)의 주면(1a)의 부분을 선택적으로 가열하도록 형성 전자기파, 즉 상기 실시예에서 열광선을 반사시키는 반사 마스킹막 역할을 한다. 국부 가열을 위한 바람직한 온도는 1000 내지 1200℃의 범위내이다. 5℃/min 또는 그보다 높은 가열 및 냉각 속도에 의해 반전된 도메인을 형성하도록 편광용 리튬 니오베이트(niobate)의 초전기 효과에 의해서 유기된 전하들을 유효하게 사용할 수 있다.
이처럼, 반전된 도메인(3a)의 구성으로 이루어진 순환식 반전된 도메인 구조체(3)로 제공된 비선형 강유전성 광학 기판(1)이 얻어진다.
제3ca 도에 도시된 바와 같이, 비선형 강유전성 광학 기판(1)의 굴절률보다 큰 굴절률을 가진 광학 도파관(5)은 예를 들어 순환식으로 반전된 도메인 구조체(3)를 가지는 주면(1a)에 피로 인산을 첨가시키고, 열 확산시키거나, 양자 치환을 위해 열 인산내에 주면을 담금으로써 주면내에 형성된다. 그러므로 형성된 광학 도파관(5)은 순환식으로 반전된 도메인 구조(3)를 포함한다. 기상 증착 공정 또는 에피택셜 성장 공정에 의해, 0Ti / (Ti+Ta) ≤60( 원자% )이도록 TiO2로 도프된 Ta205실리콘 질화물, 티타늄 산화물, 비소 셀렌화 유리, 아연 황산염 또는 아연 산화물과 같은 작은 기본파 흡수 계수를 가진 선형 또는 비선형 물질의 충을 형성함으로써 제3cb도에 도시된 바와 같은 다른 방법으로 비선형 강유전성 광학 기판(1)의 순환식으로 반전된 도메인 구조 (3)를 가진 주면(1a)상에 광학 도파관(5)은 형성된다.
따라서, 도파관 방향을 가로질러 연장하는 평행 스트립으로 이루어진 순환식으로 반전된 도메인 구조로 제공된 바람직한 SHG가 성취된다.
가열 장치에 의해 비선형 강유전성 광학 기판(1)을 가열함에 있어서, 비선형 강유전성 광학 기판(1)을 소정 온도로 일정하게 가열시키는 것이 바람직하다. 따라서, 테이블(14)은 어느 정도 범위까지의 전자기파를 흡수할 수 있는 물질로 형성될 수 있다.
본 발명에 따라 전술된 기술에서 명백하듯이, 반전된 도메인 구조가 형성될수 있는 비선형 강유전성 광학 기판(1)의 주면(1a)을 국부적으로 가열시키기 위해 전자기파를 흡수하거나 반사시킬 수 있는 마스킹막(31)은 비선형 강유전성 광학 기판(1)의 주면(1a)상에 간단히 형성되며, 전압 인가는 필요치 않다. 그래서, 전압인가에 의한 비선형 강유전성 광학 기판(1)의 결정의 손상과, 전극 및 비선형 강유전성 광학 기판(1)간 원자들의 확산에 의한 비선형 강유전성 광학 기판(1)의 순도 저하가 회피되어 안정한 특성을 가진 SHG 가 형성 될 수 있다.
비선형 강유전성 광학 기판(1)에 전압이 인가될 필요가 없으므로, 전압 인가를 위한 복잡한 장치가 필요 없고, 인정하게 반전된 도메인 구조가 간단한 공정을 통해 형성될 수 있다.
전자기파를 흡수하거나 반사시킬 수 있는 마스킹막(31)은 일반적으로 반도체소자 제조에 이용되는 포토리소그래피 공정에 의해서 미세한 패턴으로 정확히 형성될 수 있어, 미세 반전된 도메인(3a)으로 이루어진 미세 구성의 정확히 순환 반전된 도메인 구조(3)가 형성될 수 있다. 반전된 도메인 구조(3)를 형성하는데 있어서 Ti등의 확산이 일어나지 않으므로, 비선형 강유전성 광학 기판(1)의 굴절률이 불변상태로 남아 있게 되어, 우수한 특성을 가진 SHG가 얻어질 수가 있다.

Claims (1)

  1. 비선형 강유전성 광학 기판의 도메인을 제어하기 위한 방법으로, 단일 도메인 비선형 강유전성 광학 기판의 대향 주면상에 서로 대향하는 제1전극 및 제2전극을 형성하는 단계에서, 제1전극 또는 제2전극 중 적어도 어느 하나는 소정의 전극 패턴으로 형성되는 상기 단계와, 상기 제1전극 및 제2전극 양단간에 소정의 펄스 전압을 인가함으로써 국부 반전된 도메인들이 번갈아 일정한 대향의 편광 방향을 가지는 전극 패턴에 대응하는 패턴으로 연속해서 국부적으로 번갈아 반전된 도메인들을 형성하는 단계를 포함하는 비선형 강유전성 광학 기판의 도메인 제어 방법.
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