KR100269383B1 - Fabricating method of second harmonic generation device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 주기적 분극반전을 이용한 제 2 고조파 발생장치의 제조방법에 관한 것으로, 특히 깊고 균일한 주기적인 분전반전층을 형성하여 효율적으로 제 2 고조파를 발생시킬 수 있는 제 2 고조파 발생장치의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a second harmonic generator using periodic polarization inversion, and more particularly, to a method for manufacturing a second harmonic generator capable of efficiently generating second harmonics by forming a deep and uniform periodic inversion layer. It is about.
리튬나오베이트(LiNbO3), 리튬탄탈레이트(LiTaO3)와 같은 물질은 2차 비선형 계수가 큰 물질이다.Materials such as lithium naobate (LiNbO 3 ) and lithium tantalate (LiTaO 3 ) are materials with a large secondary nonlinear coefficient.
이와 같은 물질에 적외선 레이저를 입사하면 비선형 효과에 의해 파장이 입사된레이저 파장의 절반인 청색광이 발생된다. 이런 현상을 제 2 고조파발생(Second Harmonic Generation)이라고 한다. 제 2 고조파 발생효율은 비선형 물질내에서 입사파와 제 2 고조파의 위상속도가 일치할 때 가장 크다. 두 파의 위상속도가 같지 않으면 입사파가 매질을 진행하면서 만들어내는 제 2 고조파들이 서로 상쇄간섭을 일으키기 때문에 제 2 고조파의 세기가 매우 작아진다. 두 파의 위상속도를 일치시키는 것을 위상정합(Phase matching)이라 한다. 굴절율은 빛의 파장에 따라 다르며 위상속도는 굴절율에 의해 결정되므로 파장이 서로 다른 입사파와 제 2 고조파의 위상속도가 같을 수 없다.When an infrared laser is incident on such a material, blue light, which is half of the wavelength of the laser beam, is generated by nonlinear effects. This phenomenon is called second harmonic generation. The second harmonic generation efficiency is greatest when the phase velocity of the incident wave and the second harmonic coincides in the nonlinear material. If the phase speeds of the two waves are not the same, the intensity of the second harmonic becomes very small because the second harmonics generated while the incident wave proceeds as a medium cause mutual interference. Matching the phase velocity of two waves is called phase matching. Since the refractive index depends on the wavelength of light and the phase speed is determined by the refractive index, the phase velocities of the incident wave and the second harmonic having different wavelengths cannot be the same.
그러나, 두 파의 위상차를 비선형 계수의 주기적 변조를 통해 보상할 수 있으며 이를 준위상정합(Quasi Phase matching)이라고 한다.However, the phase difference between the two waves can be compensated by periodic modulation of nonlinear coefficients, which is called quasi phase matching.
분극의 방향을 주기적으로 교대로 배열하면 준위상정합이 가능하며 입사파의 파장에 따라 그 주기가 달라진다.If phases of polarization are alternately arranged, phase matching is possible, and the period varies depending on the wavelength of the incident wave.
분극의 방향을 바꾸는 것을 분극반전(domain inversion)이라고 하며 제 2 고조파 발생효율을 크게 하기 위해서는 분극반전층이 깊고 균일해야 한다.Changing the direction of polarization is called domain inversion, and the polarization inversion layer must be deep and uniform in order to increase the second harmonic generation efficiency.
분극반전 방법은 외부에서 직접 물질의 자연분극보다 큰 세기의 전기장을 물질에 걸어주어 분극을 반전시키는 방법과, Ti내부확산, Li2O 외부확산, 양자교환, 방향성 열처리 등의 방법과 같이 물질에 불순물을 첨가한후 열처리를 통하여 내부적인 전기장을 형성하여 분극을 반전시키는 방법이 있으며, 외부 자기장에 의한 방법은 분극반전층의 깊이가 깊고 결정특성을 크게 변형시키지 않는다는 장점이 있으나, 절연파괴가 일어날 정도로 강한전기장을 걸어 주어야 하고 균일한 분극반전층을 얻기가 어려우며 매우 정밀하게 전기장을 조절하여야만 하므로 구현하기가 어려우며, 내부전기장을 이용하는 방법은 특별한 장치없이도 구현이 가능하고 제작단가도 저렴하나 분극반전층의 깊이가 깊지않는다는 단점이 있다.The polarization reversal method is used to invert the polarization by applying an electric field of greater intensity than the natural polarization of the material directly from the outside, and in the material such as Ti internal diffusion, Li 2 O external diffusion, proton exchange, and directional heat treatment. There is a method of inverting polarization by forming an internal electric field through heat treatment after adding impurities, and the method using an external magnetic field has an advantage that the polarization inversion layer has a deep depth and does not significantly change crystal characteristics, but insulation breakdown may occur. It is difficult to implement because it has to apply strong electric field, it is difficult to obtain uniform polarization inversion layer, and it has to be adjusted very precisely.How to use the internal electric field can be realized without special device and production cost is low, but polarization inversion layer The disadvantage is that the depth of the depth is not deep.
다만 양자교환을 이용하는 경우, 분극반전층도 비교적 깊고 균일하지만 깊고 균일한 분극반전층을 얻기 위해서는 양자교환양이 많아야 하고, 과다한 양자교환은 결정질을 떨어뜨린다는 단점이 있다.However, in the case of using proton exchange, the polarization inversion layer is relatively deep and uniform, but in order to obtain a deep and uniform polarization inversion layer, the amount of proton exchange must be large, and excessive proton exchange has the disadvantage of degrading the crystalline.
한편, 입사파의 에너지 밀도를 높이고 얕은 분극반전층과, 입사파와의 중첩을 크게 하기 위해 광도파로를 만든다.On the other hand, an optical waveguide is made to increase the energy density of the incident wave and to increase the overlap between the shallow polarization inversion layer and the incident wave.
광도파로 내에서 제 2 고조파 발생효율은 유효비선형 계수의 제곱에 비례하는데 주기적으로 분극반전된 광도파로에서 유효비선형 계수는 수학식 1과 같다.The second harmonic generation efficiency in the optical waveguide is proportional to the square of the effective nonlinear coefficient. The effective nonlinear coefficient in the optical waveguide periodically polarized is represented by Equation 1 below.
Λ는 분극반전주기이고, K는 2π/Λ 이고, U(x)는 광도파로에서 도파모드이며, d(x,z)는 분극형태를 나타내는 함수이다.Λ is a polarization inversion period, K is 2π / Λ, U (x) is a waveguide mode in the optical waveguide, and d (x, z) is a function representing the polarization pattern.
수학식 1에서 입사파와 제 2 고조파의 공간적인 분포(모드, mode)와 분극반전층의 형태에 따라 제 2 고조파 발생효율이 결정됨을 알 수 있다.It can be seen from Equation 1 that the second harmonic generation efficiency is determined according to the spatial distribution (mode, mode) of the incident wave and the second harmonic and the shape of the polarization inversion layer.
즉 입사파모드의 제곱과 제 2 고조파모드의 곱(모드중첩)이 클수록 제 2 고조파 발생효율이 높다.That is, the larger the product (mode overlap) of the square of the incident wave mode and the second harmonic mode, the higher the second harmonic generation efficiency.
또한 모드 중첩의 깊이와 분극반전층의 깊이가 일치할수록, 그리고 분극반전층의 모양이 수직에 가까울수록 제 2 고조파 효율이 크다.In addition, as the depth of the mode overlap and the depth of the polarization inversion layer coincide, and the shape of the polarization inversion layer is close to the vertical, the second harmonic efficiency is greater.
리튬나오베이트 또는 리튬탄탈네이트 기판을 벤젠산에 넣어 열처리를 하면 기판표면에서 양자교환이 일어나고 양자교환된 곳은 굴절율이 커지게 되어 여기에 빛이 입사하면 굴절율이 큰 광도파로로 빛이 모이게 된다.When heat treatment is performed by placing a lithium naobate or lithium tantalate substrate in benzene acid, proton exchange occurs on the surface of the substrate, and the refractive index becomes large at the proton exchanged place, and when light enters the light, the light waveguide collects light with a large refractive index.
입사파의 굴절율 분포와 제 2 고조파의 굴절율 분포가 다르기 때문에 두 파의 모드형태가 다르며, 두파의 모드가 겹쳐지는 부분이 많을수록 제 2 고조파 발생효율이 높다.Since the refractive index distribution of the incident wave and the refractive index distribution of the second harmonic are different, the modes of the two waves are different, and the more portions of the two waves overlap, the higher the second harmonic generating efficiency.
도 1은 종래의 양자교환으로 분극반전 영역을 주기적으로 형성하고 양자교환에 의해 광도파로를 형성하여 제 2 고조파 발생장치를 제조하는 방법을 나타낸 도면으로, 종래의 제 2 고조파 발생장치의 제조방법은, 먼저 도 1(a)와 같이, 소정크기로 절단하여 세척한 LiTaO3기판(10)위에 포토리소그래피(Photolithography)방법으로 4㎛주기로 메탈마스크(11)를 형성한다.1 is a view showing a method of manufacturing a second harmonic generator by periodically forming a polarization inversion region by conventional proton exchange and forming an optical waveguide by proton exchange. First, as shown in FIG. 1 (a), the metal mask 11 is formed on the LiTaO 3 substrate 10 which has been cut to a predetermined size and cleaned by a photolithography method in a 4 μm cycle.
이어, 도 1(b)와 같이, 약 220℃의 벤젠산에 약 30분간 담그어 양자교환을 행하여 양자교환영역(12)을 형성한다.Subsequently, as illustrated in FIG. 1B, the proton exchange region 12 is formed by immersing in benzene acid at about 220 ° C. for about 30 minutes.
그 다음, 도 1(c)와 같이, 메탈마스크(11)를 제거하고 큐리온도보다 약간낮은 580℃에서 30초간 급속열처리를 행하여 주기적인 분극반전영역(13)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 1C, the metal mask 11 is removed and a rapid heat treatment is performed at 580 ° C. for 30 seconds, which is slightly lower than the Curie temperature to form a periodic polarization inversion region 13.
그후, 도 1(d)와 같이, 상기 분극반전영역(13)을 포함하여 전면에 메탈마스크를 형성한후 포트리스그래피 방법으로 폭 4㎛의 채널형태로 광도파로 형성용 메탈마스크를 형성하고 220℃ 벤젠산에 약 30∼80분간 담그어 광도파로(14)를 형성한후 소자의 양끝단(15,16)을 연마한다.Thereafter, as shown in FIG. 1 (d), a metal mask is formed on the entire surface including the polarization inversion region 13, and a metal mask for forming an optical waveguide is formed in a channel shape having a width of 4 μm by a portless method and is 220 ° C. After soaking in benzene acid for about 30 to 80 minutes to form the optical waveguide 14, both ends 15 and 16 of the device are polished.
상기와 같은 종래의 제 2 고조파 발생장치의 제조방법은 양자교환에 의해 양자교환영역(12)을 형성한후 열처리를 행하여 분극반전영역(13)을 만들었으나, 깊은 분극반전영역(13)을 얻기 위해서는 양자교환을 많이 하여야 하였으며, 이것에 의해 기판(10)의 결정성질이 파괴되어 제 2 고조파 발생효율을 높일 수 없을 뿐만 아니라 양자교환으로 형성된 광도파로(14)는 굴절율분포가 매우 비대칭이어서 입사파와 제 2 고조파의 도파모드 중첩이 매우 작아 제 2 고조파 발생효율이 저하 된다는 문제점이 있었다.In the conventional method of manufacturing the second harmonic generator as described above, the polarization inversion region 13 is formed by forming a proton exchange region 12 by proton exchange and then performing heat treatment to obtain a deep polarization inversion region 13. To this end, a large number of proton exchanges had to be performed. As a result, the crystallinity of the substrate 10 was destroyed, and thus the second harmonic generation efficiency could not be increased, and the optical waveguide 14 formed by proton exchange had a very asymmetrical refractive index distribution. There was a problem that the waveguide mode superposition of the second harmonic is very small and the second harmonic generation efficiency is lowered.
따라서 본 발명은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 감안하여 발명한 것으로, 본 발명의 목적은 깊고 균일한 분극반전층을 형성하여 제 2 고조파 발생효율을 향상시키는 제 2 고조파 발생장치의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.Therefore, the present invention has been invented in view of the above problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a second harmonic generator which improves the second harmonic generation efficiency by forming a deep and uniform polarization inversion layer. It is for.
도 1은 종래의 제 2 고조파 발생장치의 각 제조단계에서의 단면을 도시한 단면도,1 is a cross-sectional view showing a cross section at each manufacturing step of a conventional second harmonic generator;
도 2는 본 발명의 한 실시예에 대한 제 2 고조파 발생장치의 각 제조단계에서의 단면을 도시한 단면도,2 is a cross-sectional view showing a cross section at each manufacturing step of the second harmonic generator according to an embodiment of the present invention;
도 3은 제 2 고조파 발생장치의 굴절율 분포를 나타낸 그래프,3 is a graph showing a refractive index distribution of a second harmonic generator;
도 4는 제 2 고조파 발생장치의 광도파로에서 도파 모드분포를 나타낸 그래프,4 is a graph showing waveguide mode distribution in an optical waveguide of a second harmonic generator;
도 5는 분극반전층에 따른 제 2 고조파 발생효율을 나타낸 그래프,5 is a graph showing second harmonic generation efficiency according to the polarization inversion layer;
도 6은 본 발명의 다른 실시예의 제 2 고조파 발생장치의 각 제조단계에서의 단면을 나타낸 단면도이다.Fig. 6 is a cross-sectional view showing a cross section at each manufacturing step of the second harmonic generating device according to another embodiment of the present invention.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for main parts of the drawings
10, 20 : 기판 11, 21, 30 : 메탈마스크10, 20: substrate 11, 21, 30: metal mask
12, 22 : 양자교환영역 13, 23, 24 : 분극반전영역(층)12, 22: proton exchange region 13, 23, 24: polarization inversion region (layer)
14, 32 : 광도파로 15, 16, 26, 27 : 광도파로의 끝면14, 32: optical waveguide 15, 16, 26, 27: the end surface of the optical waveguide
25, 34 : 클래드층 31 : 요홈부25, 34: cladding layer 31: groove
33 : 비정질영역33: amorphous region
이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 고조파 발생장치의 제조 방법은, 기판상에 메탈층을 형성한 후 포트리소그래피 방법으로 주기적인 패턴의 메탈마스크를 형성하는 단계와, 상기 메탈마스크를 이용하여 상기 기판상의 주기적인 노출영역에 양자를 교환하여 양자교환영역을 형성하는 단계와, 상기 메탈마스크를 제거한후 급속열처리를 행하여 주기적인 분극반전층을 형성하는 단계와, 상기 주기적인 분극반전층이 형성된 기판위에 비선형 물질을 성장시키는 단계를 구비함을 특징으로 하고 있다.The method of manufacturing a second harmonic generator of the present invention for achieving the object of the present invention comprises the steps of forming a metal mask of a periodic pattern by a photolithography method after forming a metal layer on a substrate, the metal Forming a proton exchange region by exchanging protons in a periodic exposure region on the substrate using a mask, and performing a rapid thermal treatment after removing the metal mask to form a periodic polarization inversion layer, and the periodic polarization And growing a non-linear material on the substrate having the inversion layer formed thereon.
이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부도면에 근거하여 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2(a) ∼ 도 2(e)는 본 발명의 제 2 고조파 발생장치의 각 제조단계에서의 단면을 개략적으로 도시한 것으로 먼저, 도 2(a)에 도시한 바와 같이, LiTaO3기판(10)위에 포토리소그래피 방법으로 4㎛ 주기의 메탈마스크(21)를 형성한다.2 (a) to 2 (e) schematically show cross sections at each manufacturing step of the second harmonic generator of the present invention. First, as shown in FIG. 2 (a), a LiTaO 3 substrate ( 10) on the photolithography method to form a metal mask 21 of 4㎛ cycle.
이어, 도 2(b)에 도시된 바와 같이, 약 220℃의 벤젠산에 20∼30분간 담금으로써 상기 메탈마스크(21) 사이의 주기적인 노출영역에 양자교환을 행하여 양자교환영역(22)을 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 2 (b), the proton exchange region 22 is formed by performing proton exchange in the periodic exposed region between the metal masks 21 by soaking in benzene acid at about 220 ° C. for 20 to 30 minutes. Form.
이때, 기판(20)에 형성되는 분극반전층(23)이 후술하는 비선형 물질의 성장시에 시드(seed)역할만 하여 주면 되므로 분극반전층(23)이 깊게 형성되도록 할 필요는 없다.In this case, since the polarization inversion layer 23 formed on the substrate 20 only needs to serve as a seed during growth of the nonlinear material described later, the polarization inversion layer 23 need not be deeply formed.
그 다음, 도 2(c)에 도시된 바와 같이, 상기 메탈마스크(21)를 제거한후 580℃에서 30초간 금속열처리를 행하여 주기적인 분극반전층(23)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 2 (c), the metal mask 21 is removed and the metal heat treatment is performed at 580 ° C. for 30 seconds to form a periodic polarization inversion layer 23.
그후, 도 2(d)에 도시된 바와 같이, 통상의 LPE(Liquid Phase Epitaxy) 방법이나 PLD(Pulsed Laser Deposition) 방법 등을 이용하여 상기 주기적인 분극반전층(23)이 형성된 기판위에 비선형물질인 LiNbO3을 성장시켜 성장에 의한 분극반전층(24)을 형성한다.Then, as shown in Figure 2 (d), using a conventional Liquid Phase Epitaxy (LPE) method, PLD (Pulsed Laser Deposition) method or the like is a non-linear material on the substrate on which the periodic polarization inversion layer 23 is formed LiNbO 3 is grown to form a polarization inversion layer 24 by growth.
그 다음, 도 2(e)에 도시된 바와 같이, LiTaO3를 스퍼터링, LPE 또는 PLD 방법을 이용, 1㎛ 이상으로 성장시켜 클래드층(25)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 2E, LiTaO 3 is grown to 1 μm or more by sputtering, LPE, or PLD to form a clad layer 25.
미설명부호 26, 27은 광도파로 양끝면을 나타낸 것이다.Reference numerals 26 and 27 denote both ends of the optical waveguide.
이와 같은 방법에 의해 제조된 본 발명의 제 2 고조파 발생장치는 상기 LiTaO3기판(10)위에 양자교환 및 급속열처리를 하여 분극반전층(23)을 형성하고, 상기 분전반전층(23)을 포함하는 기판(20)상에 LiNbO3을 성장시킴으로써, 기판(20)의 분극반전층(23)을 시드(seed)로 하여 새로운 분극반전층(24)이 기판(20)위에 형성하게 되므로 양자교환 및 급속열처리에 의한 분극반전층(23)의 깊이가 깊게 하지 아니하여도 되므로 양자교환량을 많이 하지 않해도 되고 이로 인해 기판의 결정질이 파괴되는 일이 없을 뿐만 아니라 분극반전층의 깊이는 LiNbO3의성장에 의해 얼마든지 조절이 가능하므로 제 2 고조파 발생효율이 높은 1.2㎛ ∼ 1.4㎛ 두께의 분극반전층이 용이하게 형성될 수 있으며, 그리고 상기 LiTaO3의 기판위에 LiNbO3을 성장시켜 형성한 분극반전층(24)은 입사파의 파장이 860㎚일 경우, LiTaO3의 이상 굴절율은 2.1525이고 LiNbO3의 이상 굴절율은 2.1696으로 LiNbO3의 경우가 더 크므로 광도파로의 역할까지하게 되어 제 2 고조파 발생효율이 높고, 게다가 상기 분극반전층(24)위에 LiTaO3으로 형성되는 클래드층(25)으로 인하여 광도파로의 대칭성을 높여주어 입사파와 제 2 고조파의 모드중심을 일치시켜주고 동시에 모드중첩을 크게 하여주게 되므로 제 2 고조파 발생효율이 더욱 높게된다.The second harmonic generator of the present invention manufactured by the above method forms a polarization inversion layer 23 by proton exchange and rapid heat treatment on the LiTaO 3 substrate 10, and includes the distribution inversion layer 23. By growing LiNbO 3 on the substrate 20, a new polarization inversion layer 24 is formed on the substrate 20 by seeding the polarization inversion layer 23 of the substrate 20. Since the depth of the polarization inversion layer 23 by heat treatment does not have to be deep, it is not necessary to increase the amount of proton exchange, thereby not only destroying the crystalline of the substrate, but also increasing the depth of the LiNbO 3 . Since the polarization inversion layer having a thickness of 1.2 μm to 1.4 μm having high second harmonic generation efficiency can be easily formed, and a polarization inversion layer formed by growing LiNbO 3 on the substrate of LiTaO 3 . 24 is incident If the wavelength of the wave 860㎚, than the refractive index of the LiTaO 3 is 2.1525 in the case of the LiNbO 3 or more refractive index of LiNbO 3 is 2.1696 is the role of the optical waveguide to a more large high second harmonic generation efficiency, in addition the Since the cladding layer 25 formed of LiTaO 3 on the polarization inversion layer 24 increases the symmetry of the optical waveguide to match the mode center of the incident wave and the second harmonic and at the same time increases the mode overlap, thereby generating the second harmonic. Efficiency becomes even higher.
도 3은 제 2 고조파 발생장치의 굴절율 분포를 나타낸 것이고, 도 4는 제 2 고조파 발생장치에서의 모드분포를 나타낸 것으로, A는 종래의 제 2 고조파 발생장치에 대한 것이고, B는 본 발명의 제 2 고조파 발생장치에 대한 것을 나타낸 그래프이다.Figure 3 shows the refractive index distribution of the second harmonic generator, Figure 4 shows the mode distribution in the second harmonic generator, A is for the conventional second harmonic generator, B is the first of the present invention 2 is a graph showing the harmonic generator.
본 발명의 제 2 고조파 발생장치의 제 2 고조파 변환효율을 수학식 1를 이용하여 계산할 수 있다.The second harmonic conversion efficiency of the second harmonic generator of the present invention can be calculated using Equation 1.
도 3에서 확인되는 바와 같이, 종래의 제 2 고조파 발생장치는 굴절율 분포(A)가 매우 비대칭적인 것임에 반하여 본 발명의 제 2 고조파 발생장치는 굴절율 분포(B)가 대칭적이며, 이와 같은 굴절율 분포를 이용하여 광도파로모드를 계산 할 수 있고 그 결과는 도 4에 도시된 바와 같다.As shown in FIG. 3, the conventional second harmonic generator has a very asymmetrical refractive index distribution (A), whereas the second harmonic generator of the present invention has a symmetrical refractive index distribution (B). The optical waveguide mode can be calculated using the distribution, and the result is shown in FIG. 4.
또한, 도 4에서 확인되는 바와 같이, 종래의 제 2 고조파 발생장치(A)는 입사파와 제 2 고조파의 모드분포가 비대칭적이고 모드중심이 일치하지 않는데 반하여 본 발명의 제 2 고조파 발생장치(B)는 입사파와 제 2 고조파의 모드분포가 대칭적이고 모드중심이 일치한다.In addition, as shown in FIG. 4, in the conventional second harmonic generator A, the mode distribution of the incident wave and the second harmonic is asymmetrical and the mode center does not coincide with the second harmonic generator B of the present invention. The mode distribution of the incident wave and the second harmonic is symmetrical and the mode center coincides.
도 5은 분극반전층의 두께에 따른 제 2 고조파 변환효율을 나타낸 것이고, A는 종래의 경우, B는 본 발명의 경우로서, 종래의 발생효율을 1로할때의 결과를 나타낸 것이다.5 shows the second harmonic conversion efficiency according to the thickness of the polarization inversion layer, A is the conventional case, B is the case of the present invention, and shows the result when the conventional generation efficiency is set to one.
도 5에서 확인되는 바와 같이, 본 발명의 제 2 고조파 발생장치는 분극반전층의 두께가 충분히 크지 않으면(0.6㎛ 이하) 도파모드의 분포가 분극반전층에 잘 집속되지 아니하므로 제 2 고조파 변환효율이 작아 오히려 종래의 경우보다 작게되나, 분극반전층이 커질수록 도파모드가 분극반전층에 잘 집속이 되므로 제 2 고조파 변환효율이 커지게 되며, 특히 분극반전층의 깊이가 1.2∼1.4㎛일 때 제 2 고조파 변환효율은 종래보다 약 1.5배로 최대가 되고 그 이상이되면 오히려 줄어든다.As can be seen from FIG. 5, in the second harmonic generator of the present invention, if the thickness of the polarization inversion layer is not large enough (0.6 µm or less), the distribution of the waveguide mode is not concentrated in the polarization inversion layer, so that the second harmonic conversion efficiency Smaller than the conventional case, the larger the polarization inversion layer, the more the waveguide mode focuses on the polarization inversion layer, so the second harmonic conversion efficiency is increased, especially when the depth of the polarization inversion layer is 1.2 ~ 1.4㎛. The second harmonic conversion efficiency is maximized by about 1.5 times as compared with the conventional one, but decreases more than that.
제 2 고조파 발생소자의 광도파로는 깊이 방향뿐만 아니라 폭방향으로도 광도파로 형태를 갖추어야 입사파의 집속을 원할이 할 수 있다.The optical waveguide of the second harmonic generator may have an optical waveguide shape not only in the depth direction but also in the width direction to focus the incident wave.
도 6(a) ∼ 도 6(c)는 본 발명의 또다른 실시예를 나타낸 것으로 이 실시예와 앞의 실시예와는 광도파가 제 2 고조파 발생장치의 중앙부에 채널을 가지도록 형성한 것 이외에는 동일하다.6 (a) to 6 (c) show another embodiment of the present invention, in which the optical waveguide has a channel in the center of the second harmonic generating device. Other than that is the same.
따라서 동일부분에 대하여서는 동일부호를 인용하며 이들에 대한 구체적인 설명은 생략한다.Therefore, the same reference numerals are used for the same parts and detailed description thereof is omitted.
먼저, 상술한 방법으로 기판(20)상에 주기적으로 분극반전층(23)을 형성하고 도 6(a)에 도시된 바와 같이 제 2 고조파 발생장치의 각 분극반전층(23)이 형성된 방향과는 직각방향으로 제 2 고조파 발생장치의 중심부에 3∼6㎛의 폭을 가지는 광도파로 채널을 형성하기 위한 요홈부(31)를 가지는 메탈마스크(30)을 포토리스그래피를 이용하여 형성한다.First, the polarization inversion layer 23 is periodically formed on the substrate 20 by the above-described method, and as shown in FIG. 6 (a), each polarization inversion layer 23 of the second harmonic generator is formed in the direction and A photomask is used to form a metal mask 30 having a recess 31 for forming an optical waveguide channel having a width of 3 to 6 μm at the center of the second harmonic generator in a perpendicular direction.
이어 도 6(b)와 같이, 상기 메탈마스크(30) 및 요홈부(31)을 포함하는 기판위에 LiNbO3을 성장시켜 광도파로(32)를 형성한다.6B, an optical waveguide 32 is formed by growing LiNbO 3 on the substrate including the metal mask 30 and the recess 31.
그 다음, 도 6(c)와 같이, LiTaO3을 성장시켜 클래드층(34)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 6C, LiTaO 3 is grown to form a cladding layer 34.
상기와 같은 실시예의 제 2 고조파 발생장치의 제조방법에 의하면 상기 메탈마스크(30)가 있는 곳에서는 결정질이 제대로 형성되지 않아 굴절율이 작은 비정질 형태로 성장되는 비정질영역(33)이 형성되고 메탈마스크(30)가 없는 요홈부(31)위에서는 결정질 형태로 성장되어 광도파로(32)가 형성된다.According to the manufacturing method of the second harmonic generator of the embodiment as described above, where the crystalline metal is not properly formed in the place where the metal mask 30 is formed, an amorphous region 33 is formed in which an amorphous form having a small refractive index is formed and the metal mask ( 30, there is no groove portion 31 is grown in a crystalline form to form an optical waveguide (32).
상기 실시예에 의하면 깊이방향 뿐만아니라 폭방향으로도 입사파를 집속할 수 있으므로 보다 제 2 고조파 발생효율을 더욱 크게 할 수 있다.According to the above embodiment, since the incident wave can be focused not only in the depth direction but also in the width direction, the second harmonic generation efficiency can be further increased.
이상과 같이 본 발명에 의하면 기판위에 양자교환 및 급속열처리로 분극반전층을 형성하고 상기 분극반전층을 시드로 하여 비선형 물질(LiNbO3)을 성장시켜 새로운 깊고 균일한 분극반전층을 형성하기 때문에 양자교환양의 과다로 인한 결정성질의 파괴를 방지할 수 있음과 동시에 충분한 깊이의 분극반전을 용이하게 구현 할 수 있어 제 2 고조파 발생장치의 효율을 크게 항상시킬 수 있다는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, a polarization inversion layer is formed on the substrate by proton exchange and rapid heat treatment, and a nonlinear material (LiNbO 3 ) is grown using the polarization inversion layer as a seed to form a new deep and uniform polarization inversion layer. It is possible to prevent the destruction of the crystalline quality due to the excessive amount of exchange and at the same time can easily implement the polarization inversion of a sufficient depth has the effect that can always greatly increase the efficiency of the second harmonic generator.
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