WO2009107473A1 - 波長変換素子 - Google Patents

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吉野隆史
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日本碍子株式会社
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    • G02F1/377—Non-linear optics for second-harmonic generation in an optical waveguide structure
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Definitions

  • the present invention relates to a wavelength conversion element.
  • Nonlinear optical crystals such as lithium niobate and lithium tantalate single crystals have high second-order nonlinear optical constants.
  • quasi-phase-matched (Quasi-Phase-Matched) : QPM) type Second-Harmonic-Generation (SHG) device By forming a waveguide within this periodically poled structure, a highly efficient SHG device can be realized, and a wide range of applications such as optical communication, medical use, photochemistry use, and various optical measurement applications are possible.
  • the present applicant enters the output light from a Fabry-Perot type broad area semiconductor laser oscillation element as a fundamental wave into a slab optical waveguide made of a nonlinear optical crystal. And outputting blue laser light from the slab optical waveguide.
  • the slab optical waveguide is fabricated by thinly polishing a non-linear optical single crystal Z plate such as lithium niobate. Disclosure of the invention
  • the inventor has attempted to generate a first harmonic by causing a fundamental wave emitted from a solid-state semiconductor laser light source to enter a slab optical waveguide.
  • a Z-plate of lithium niobate single crystal doped with magnesium oxide was used as the slab optical waveguide, and the voltage was applied to the slab optical waveguide.
  • a periodically poled structure was formed.
  • This Z plate was bonded to a separate thick support substrate with a resin adhesive.
  • the variation in the second harmonic output was unexpectedly large, and the second harmonic output was significantly reduced in some elements.
  • the amount of light is measured by making the laser light incident on the device. At this time, the resin adhesive layer burned in the vicinity of the end face of the device, and the adhesive failure sometimes occurred in the vicinity of the end face.
  • An object of the present invention is to provide a wavelength conversion element having a structure in which a periodically poled structure is formed in a slab optical waveguide and the slab optical waveguide is bonded to a support substrate. It is to prevent end face destruction due to the burning of the adhesive layer and to obtain a stable high output.
  • the present invention is a.
  • a wavelength conversion substrate consisting of a Z plate made of a ferroelectric single crystal, having a periodically poled structure, and having a thickness of not less than 10 / im and not more than 100/2 m, and this wavelength conversion substrate A buffer layer provided on the bottom surface of the substrate, and an organic resin adhesive layer having a thickness of not less than 0.6 zm and not more than 2.0 ⁇ m.
  • the present inventor examined the cause of the decrease in the wavelength-converted light output and the burning of the adhesive layer described above. In response, it was found that the output of the converted light was reduced and the adhesion layer burned.
  • the film thickness of the periodically poled structure and the resin adhesive layer immediately below the buffer layer is set to 0.6 ⁇ or more and 2.0 / zm or less.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a wavelength conversion element 1 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram schematically illustrating a wavelength conversion element according to a comparative example.
  • FIG. 3 is a diagram schematically illustrating a wavelength conversion element according to a comparative example.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a wavelength conversion element 1 according to the present invention.
  • a polarization inversion portion 3 extending from the upper surface 2a to the bottom surface 2b is formed in the Z plate 2 made of a ferroelectric single crystal at a constant period.
  • the Z plate is a substrate whose polarization reversal direction extends from the upper surface to the lower surface of the substrate. Between the adjacent polarization inversion parts 3, the non-polarization inversion parts 4 remain.
  • a periodic polarization reversal structure 5 is formed by alternately forming a large number of polarization reversal portions 3 and non-polarization reversal portions 4 with a constant period.
  • a buffer layer 6 is formed on the bottom surface 2 b of the wavelength conversion substrate 2.
  • a support substrate 8 is attached under the buffer layer 6 with an organic resin adhesive layer 7.
  • a buffer layer can be formed also on the upper surface 2a side of the substrate 2, and another support substrate can be bonded thereon.
  • a fundamental wave is incident from a light source (not shown) onto the incident surface 2 c as indicated by an arrow A, it passes through the periodic polarization inversion structure 5 and undergoes wavelength conversion, and the wavelength change The converted light exits as indicated by arrow B from the exit surface 2 d.
  • the wavelength of the converted light is determined by the polarization inversion period when viewed in the light propagation direction.
  • the support substrate and the buffer layer are bonded with the organic resin adhesive, and the thickness t of the organic resin adhesive layer 7 is limited to 0.6 ⁇ or more and 2. ⁇ or less. The reason for this limitation and the effect will be described.
  • the domain-inverted part 3 tends to slightly recede from the non-polarized-inverted part 4 at the bottom of the substrate. As a result, minute irregularities are generated on the bottom surface of the substrate.
  • the buffer layer 6 is provided thereon, the fine irregularities on the bottom surface of the wavelength conversion substrate 2 are also transferred to the surface of the buffer layer 6.
  • the present inventor can fill the fine irregularities on the surface of the buffer layer by setting the thickness t of the organic resin adhesive layer 7 to 0.6 ⁇ m or more, and can prevent the generation of bubbles 9. We found that the output of the converted light can be improved and stabilized.
  • the organic resin adhesive layer 7 when the organic resin adhesive layer 7 is thick, particularly when the thickness t exceeds 2.0 m, the surface irregularities of the buffer layer 6 are surely filled to generate bubbles. Can be prevented.
  • the wavelength-converted light that has been wavelength-converted in the periodically poled structure 5 adheres to the organic resin. It was found that the resin layer 7 generates heat and burns at the end by being absorbed in the agent layer 7. Such heat generation and combustion does not occur in the fundamental wave, but is a phenomenon peculiar to wavelength-converted light generated by the periodically poled structure.
  • the wavelength conversion substrate 2 made of a ferroelectric single crystal is not a Z plate, but an X plate, a Y plate, an offset X plate, etc.
  • a periodic polarization inversion structure is formed on the bottom surface 2 b of the wavelength conversion substrate 2. Will not be exposed and will not cause unevenness. For this reason, the output of the wavelength-converted light does not decrease due to combustion of the resin adhesive layer or light loss due to the surface irregularities of the buffer layer 6.
  • the present invention is an invention based on the discovery of a problem peculiar to the specific structure described above, and has an inventive step in this respect.
  • the thickness T of the wavelength conversion substrate 2 is 10 ⁇ m or more and ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ or less. By making this 10 ⁇ m or more, it becomes easy to make the fundamental wave incident on the waveguide, and the coupling efficiency of the fundamental wave increases. From this viewpoint, the thickness of the wavelength conversion substrate 2 is more preferably 20 m or more.
  • the thickness T of the wavelength conversion substrate 2 is 100 ⁇ m or less.
  • the energy density of the guided light can be increased and the conversion efficiency can be improved. From this viewpoint, it is more preferable that the thickness of the wavelength conversion substrate 2 is 80 ⁇ or less.
  • the ferroelectric single crystal constituting the wavelength conversion substrate is not particularly limited as long as it can modulate light.
  • lithium niobate, lithium tantalate, lithium niobate-lithium tantalate solid solution, power lithium niobate lithium examples include KTP, G As and quartz.
  • a group consisting of magnesium (Mg), zinc (Zn), scandium (Sc) and indium (In) is used.
  • Mg magnesium
  • Zn zinc
  • Sc scandium
  • In indium
  • a rare earth element can be contained as a doping component. This rare earth element acts as an additive element for laser oscillation. As this rare earth element, Nd, Er, Tm, Ho, Dy, and Pr are particularly preferable.
  • Examples of the material of the buffer layer 6 include silicon oxide, magnesium fluoride, silicon nitride, alumina, and tantalum pentoxide.
  • the thickness c of the buffer layer 6 is not particularly limited. However, if the thickness c of the buffer layer is too small, the optical propagation loss increases. From this viewpoint, c is preferably 0.2 ⁇ m or more. If the buffer layer thickness c is too large, it is difficult to form the buffer layer. From this viewpoint, c is preferably 2.0 // m or less, and more preferably 1.5 ⁇ m or less.
  • the organic resin adhesive constituting the organic resin adhesive layer is not particularly limited, and may be an ultraviolet curable adhesive, a thermosetting adhesive, or the like. Specific examples of the organic resin adhesive are not particularly limited, and examples thereof include acrylic adhesives, thermosetting adhesives, and ultraviolet curable adhesives. Example
  • a light conversion element having a configuration as shown in FIG. 1 was produced.
  • a comb-like periodic electrode having a period of 7.0 m was formed on a MgO 5% doped lithium niobate Z substrate having a thickness of 0.5 mm by photolithography. After forming an electrode film on the entire back surface of this substrate, pulse A voltage was applied. Etching with a hydrofluoric acid solution confirmed that a periodically poled structure 5 was formed. After forming the periodically poled structure 5, a Si 0 2 buffer layer 6 having a thickness of 0.4 / _im was formed by sputtering. An acrylic adhesive was applied to a non-doped lithium niobate substrate having a thickness of 0.5 mm, and then bonded to the Mg 2 O doped lithium niobate substrate.
  • the thickness t of the adhesive layer was 0.6 ⁇ .
  • the surface of the Mg 2 O doped lithium niobate substrate was ground and polished to a thickness of 50 0 // m.
  • a Ta 2 O 5 overcladding with a thickness of 0.5 mm was formed by sputtering. The device was cut with a dicer at a length of 5 mm and a width of 8.0 mm, the end face was polished, and an antireflection film was applied.
  • the optical properties were measured in this waveguide using a Nd: YAG laser. As a result of adjusting the oscillation output from the laser to 5 W and condensing the basic light on the waveguide end face with a lens, 9 6% can be coupled to the waveguide, resulting in a 3 HG output of 1 0 0 111 ⁇ ⁇ It was.
  • a wavelength conversion element was produced in the same manner as in Example 1.
  • the thickness t of the adhesive layer 7 was 2.0 / m.
  • 9 5% can be coupled to the waveguide, resulting in an S HG output of 93 mW. It was.
  • An adhesive was applied to a non-doped lithium niobate substrate having a thickness of 0.5 mm, and then bonded to the Mg 2 O doped lithium niobate substrate.
  • the adhesive layer thickness at that time was 0.3 // in.
  • the surface of the MgO-doped lithium niobate substrate was ground and polished to a thickness of 5 Orn.
  • a Ta 2 O 5 overcladding with a thickness of 0.5 ⁇ m was formed by sputtering. Dicer is 5 mm long and 8.0 mm wide After cutting the element, the end face was polished. At that time, bubbles 9 were exposed at the end face, and the slab waveguide was partially peeled off.
  • the optical properties were measured in this waveguide using a Nd: YAG laser. As a result of adjusting the oscillation output from the laser to 2 W and condensing the basic light on the waveguide end face with a lens, 65% could be coupled to the waveguide, and an SHG output of 58 mW was obtained.
  • the thickness t of the adhesive layer was set to 0.5 / m.
  • the element was cut with a dicer to a length of 5 mm and a width of 8.0 mm, and then the end face was polished. At that time, bubbles 9 were exposed at the end face, and a part of the slab waveguide was peeled off.
  • the optical properties were measured in this waveguide using a Nd: YAG laser. As a result of adjusting the oscillation output from the laser to 2 W and condensing the fundamental light onto the waveguide end face with a lens, 70% could be coupled to the waveguide, and an SHG output of 65 mW was obtained.
  • the thickness t of the adhesive layer was set to 3.0 / x rn.
  • the optical properties were measured in this waveguide using a Nd: YAG laser.
  • 95% could be coupled to the waveguide, and an SHG output of 98 mW was obtained. After that, combustion destruction occurred in the adhesive layer on the end face.
  • the thickness t of the adhesive layer was set to 2.2 im.
  • the optical properties were measured in this waveguide using a Nd: YAG laser.
  • 9 6. /. could be coupled to the waveguide, and 911011 8110 output was obtained. Declined.
  • the coupling efficiency decreased.
  • the thickness of the adhesive layer was 0.5 ⁇ , bubbles were exposed on the end face, and as a result, the SHG output decreased.
  • the thickness of the adhesive layer was 2.1 / xm, the adhesive layer on the end face partially burned and broke down.

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Abstract

波長変換素子１は、支持基板８、強誘電性単結晶からなるＺ板からなり、周期分極反転構造５が形成されており、厚さＴが１０μｍ以上、１００μｍである波長変換用基板２、波長変換用基板２の底面２ｂに設けられているバッファ層６、および支持基板８とバッファ層６とを接着し，厚さｔが０．６μｍ以上、２．０μｍ以下である有機樹脂接着剤層７を備えている。

Description

明細書
波長変換素子 ' 発明の属する技術分野
本発明は波長変換素子に関するものである。 背景技術
ニオブ酸リチウムゃタンタル酸リチウム単結晶のような非線形光学結 晶は二次の非線形光学定数が高く、 これら結晶に周期的な分極反転構造 を形成することで、 疑似位相整合 （Quasi-Phase-Matched ： Q P M ) 方式の第二高調波発生 （Second-Harmonic-Generation:SHG) デバイス を実現できる。 また、 この周期分極反転構造内に導波路を形成すること で、 高効率な SHGデバイスが実現でき、 光通信用、 医学用、 光化学用、 各種光計測用等の幅広い応用が可能である。
本出願人は、 特開 2 0 0 5— 5 5 5 2 8において、 フアブリ一ペロー 型ブロードエリァ半導体レーザ発振素子からの出力光を、 非線形光学結 晶からなるスラブ光導波路に対して基本波として入射させ、 スラブ光導 波路から青色レーザ光を出力させることを開示した。 ここで、 スラブ光 導波路は、 ニオブ酸リチウムカリ ゥムなどの非線型光学単結晶の Z板を 薄く研磨して作製する。 発明の開示
本発明者は、 固体半導体レーザ光源から出射した基本波をスラブ光導 波路へと向かって入射させ、第 高調波を発生させることを試みていた。 この際、 酸化マグネシウム ドープしたニオブ酸リチウム単結晶の Z板を スラブ光導波路と して使用し、 このスラブ光導波路内に電圧印加法によ つて周期分極反転構造を形成した。 この Z板は、 別体の厚い支持基板に 対して樹脂接着剤で接着した。
し し、 このような波長変換素子を実際に作製し、 第二高調波を発振 させたところ、 以下のような予期しない現象が見られた。 即ち、 第二高 調波出力のバラツキが予測外に大きく、 一部の素子では第二高調波出力 が著しく低下することがあった。 また、 素子を作製して外部の光フアイ バに対して光軸調整するときに、 レーザ光を素子に入射させて光量を計 測する。 このとき、 素子の端面の近傍で樹脂接着層が燃焼し、 端面付近 で接着破壊が生ずることがあった。
本発明の課題は、 スラブ光導波路内に周期分極反転構造を形成し、 こ のスラブ光導波路を支持基板に対して接着する構造の波長変換素子にお いて、 波長変換光の出力の低下や変動、 接着層の燃焼による端面破壊を 防止し、 安定して高出力を得ることである。
本発明は、
支持基板、
強誘電性単結晶からなる Z板からなり、 周期分極反転構造が形成され ており、 厚さが 1 0 /i m以上、 1 0 0 /2 m以下である波長変換用基板、 この波長変換用基板の底面に設けられているバッファ層、 および 支持基板とバッファ層とを接着し， 厚さが 0 . 6 z m以上、 2 . 0 μ m以下である有機樹脂接着剤層 備えていることを特徴とする。
本発明者は、 前述した波長変換光の出力低下や接着層の燃焼の原因を 検討したところ、 周期分極反転構造、 バッブァ層および樹脂接着層の間 の相互作用により、 樹脂接着層の膜厚に応じて、 変換光の出力低下と接 着層の燃焼を生ずることを見いだした。
そして、 この知見に基づき、 周期分極反転構造およびバッファ層の直 下にある樹脂接着層の膜厚を 0 . 6 μ ιη以上、 2 . 0 /z m以下とするこ とによって、 変換光の出力を安定して高く維持でき、 かつ樹脂接着層の 燃焼による端部破壊も防止できることを見いだし、 本発明に到達した。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の実施形態に係る波長変換素子 1 を模式的に示す図で ある。
図 2は、 比較例に係る波長変換素子を模式的に示す図である。
図 3は、 比較例に係る波長変換素子を模式的に示す図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 図面を参照しつつ、 本発明の作用効果を更に詳細に説明する。 図 1は、 本発明に係る波長変換素子 1を模式的に示す図である。 本例では、 強誘電性単結晶からなる Z板 2の中に、 上面 2 aから底面 2 bへと向かって延びる分極反転部 3が、 一定周期で形成されている。 Z板とは、 分極反転方向が、 基板の上面から下面へと向かって延びる基 板のことである。 隣接する分極反転部 3の間には、 それぞれ、 非分極反 転部 4が残されている。 分極反転部 3 と非分極反転部 4とを交互に一定 周期で多数形成することによって、 周期分極反転構造 5が形成されてい る。波長変換用基板 2の底面 2 bにバッファ層 6が形成されている。 本 例では、 バッファ層 6の下に支持基板 8が有機樹脂接着層 7によって接 着されている。
なお、 図 1には図示しないが、 基板 2の上面 2 a側にもバッファ層を 形成することができるし、 その上に更に別の支持基板を接着することも 可能である。
そして、 図示しない光源から入射面 2 cへと矢印 Aのように基本波を 入射させると、 周期分極反転構造 5を通過して波長変換を受け、 波長変 換光が出射面 2 dから矢印 Bのように出射する。 変換光の波長は、 光の 伝搬方向に見たときの分極反転周期によって定まる。
本発明においては、 有機樹脂接着剤によって支持基板とバッファ層と を接着すると共に、有機樹脂接着剤層 7の厚さ tを 0 . 6 μ πι以上、 2 . Ο μ ιη以下に限定する。 この限定理由と作用効果について述べる。
周期分極反転構造を通過した波長変換光の損失が増大する理由につ いて種々検討したところ、 以下の知見を得た。 これについて、 図 2を参 照しつつ説明する。
まず、 周期分極反転構造を強誘電性単結晶の Ζ基板に形成した場合に は、 基板の底面において、 分極反転部 3が非分極反転部 4に対して僅か に後退する傾向がある。 この結果、 基板の底面には、 微小な凹凸が生じ ている。 この上にバッファ層 6を設けると、 ノくッファ層 6の表面にも、 波長変換用基板 2の底面の微細な凹凸が転写される。
有機樹脂接着剤 7が薄い場合、 特に 0 . 6 / mに達しない場合には、 バッファ層 6の表面の微細な凹部内に樹脂接着剤が入り込みにく く、 微 細な気泡 9を形成する傾向があった。 周期分極反転構造 5内での伝搬光 は、 この多数の気泡 9の影響を受けて外部へと散乱し、 光損失をもたら す。 この光損失が、 波長変換光の出力低下の原因となっていた。
ここで、 本発明者は、 有機樹脂接着剤層 7の厚さ tを 0 . 6 μ m以上 とすることによって、 バッファ層表面の微細な凹凸を充填し、 気泡 9の 発生を防止でき、 波長変換光の出力を向上させ、 安定させ得ることを見 いだした。
一方、 図 3に示すように、 有機樹脂接着剤層 7が厚い場合、 特に厚さ tが 2 . 0 mを超える場合には、 確かにバッファ層 6の表面の凹凸を 充填して気泡の発生を防止することができる。 しかし、 予期せざること に、 周期分極反転構造 5内で波長変換された波長変換光が有機樹脂接着 剤層 7内に吸収されることにより、 樹脂層 7が発熱し、 端部で燃焼する ことが判明した。 このような発熱、 燃焼は、 基本波では発生せず、 周期 分極反転構造によって発生する波長変換光による特有の現象である。 なお、 強誘電性単結晶からなる波長変換用基板 2が Z板ではなく、 X 板、 Y板、 オフセッ ト X板などの場合には、 波長変換用基板 2の底面 2 bに周期分極反転構造が露出せず、 これによる凹凸が発生しない。 この ため、 バッファ層 6の表面凹凸に起因する上記の樹脂接着剤層の燃焼や 光損失による波長変換光の出力低下が生じない。
また、 波長変換部が周期分極反転構造でない場合にも、 やはり波長変 換用基板 2の底面 2 bに周期分極反転構造が露出せず、 これによる凹凸 が発生しない。 このため、 バッファ層 6の表面凹凸に起因する上記の樹 脂接着剤層の燃焼や光損失による波長変換光の出力低下が生じない。 つ まり、 本発明は、 上記した特定の構造に特有の問題点を発見したことに 基づく発明であり、 この点で進歩性を有する。
本発明では、 波長変換用基板 2の厚さ Tを 1 0 μ m以上、 Ι Ο Ο μ πι 以下とする。 これを 1 0 μ m以上とすることによって、 基本波を導波路 に入射する事が容易になり、 基本波の結合効率が上がる。 この観点から は、 波長変換用基板 2の厚さは、 2 0 m以上とすることが更に好まし い。
また、 波長変換用基板 2の厚さ Tを 1 0 0 μ m以下とすることによつ て、 導波光のエネルギー密度を高め、 変換効率を向上させることができ る。 この観点からは、 波長変換用基板 2の厚さを 8 0 μ πι以下とする ことが更に好ましい。
波長変換用基板を構成する強誘電性単結晶は、 光の変調が可能であれ ば特に限定されないが、 ニオブ酸リチウム、 タンタル酸リチウム、 ニォ ブ酸リチウム—タンタル酸リチウム固溶体、ニオブ酸力リ ウムリチウム、 K T P、 G a A s及び水晶などを例示することができる。
強誘電体単結晶中には、 光導波路の耐光損傷性を更に向上させるため に、 マグネシウム （M g )、 亜鉛 （ Z n )、 スカンジウム （ S c ) 及びィ ンジゥム （ I n ) からなる群より選ばれる 1種以上の金属元素を含有さ せることができ、マグネシウムが特に好ましい。強誘電体単結晶中には、 ドープ成分として、 希土類元素を含有させることができる。 この希土類 元素は、 レーザー発振用の添加元素として作用する。 この希土類元素と しては、 特に N d、 E r、 T m、 H o、 D y、 P rが好ましい。
バッファ層 6の材質は、酸化シリ コン、弗化マグネシウム、窒化珪素、 アルミナ、 五酸化タンタルを例示できる。
バッファ層 6の厚さ cは特に限定されない。 しかし、 バッファ層の厚 さ cが小さすぎると光伝搬損失が増加するので、 この観点からは、 cは 0 . 2 μ m以上が好ましい。また、バッファ層の厚さ cが大きすぎると、 バッファ層の形成が難しくなるので、 この観点からは、 cは 2 . 0 // m 以下が好ましく、 1 . 5 μ m以下が更に好ましい。
有機樹脂接着剤層を構成する有機樹脂接着剤は、 特に限定されず、 紫 外線硬化型接着剤、 熱硬化型接着剤などであってよい。 有機樹脂接着剤 の具体例は特に限定されないが、 アク リル系接着剤、 熱硬化型接着剤、 紫外線硬化性接着剤を例示できる。 実施例
(実施例 1 )
図 1に示すような形態の光変換素子を作製した。
具体的には、 厚さ 0 . 5 m mの M g O 5 %ドープニオブ酸リチウム Z 基板上に、 周期 7 . 0 mの櫛状周期電極をフォ トリ ソグラフィ法によ つて形成した。 この基板裏面には全面に電極膜を形成したのち、 パルス 電圧を印加した。 フッ硝酸溶液でエッチングし、 周期分極反転構造 5が 形成されていることを確認した。 周期分極反転構造 5を形成した後、 厚 さ 0. 4 /_i mの S i 〇 2バッファ層 6をスパッタ法によって成膜した。 厚さ 0. 5 mmのノンドープニオブ酸リチウム基板に アク リル系の 接着剤を塗布した後、 前記の Mg O ドープニオブ酸リチウム基板と貼り 合せた。 その際の接着剤層の厚さ tは 0. 6 μ πιであった。 Mg O ドー プニオブ酸リチウム基板の表面を、 厚さ 5 0 // mとなるまで研削、 研磨 した。 光導波路の形成後、 厚さ 0 · 5 mの T a 2 O 5オーバークラッ ドをスパッタ法によって成膜した。 ダイサ一で長さ 5 mm、 幅 8. 0 m mで素子を切断した後、 端面を研磨した後、 反射防止膜を施した。
この導波路において Nd： YAG レーザーを使用して光学特性を測定し た。 レーザーからの発振出力を 5 Wに調整し、 その基本光をレンズで導 波路端面に集光した結果、 9 6 %が導波路に結合でき、 1 0 0 111\^の3 HG出力が得られた。
(実施例 2)
実施例 1 と同様にして波長変換素子を作製した。 ただし、 接着剤層 7 の厚さ tは 2. 0 / mであった。 Nd： YAG レーザーからの発振出力を 5 Wに調整し、その基本光をレンズで導波路端面に集光した結果、 9 5 % が導波路に結合でき、 9 3 mWの S HG出力が得られた。
(比較例 1 )
厚さ 0. 5 mmのノンドープニオブ酸リチウム基板に接着剤を塗布し た後、 前記の Mg O ドープニオブ酸リチウム基板ど貼り合せた。 その際 の接着層厚は 0. 3 // inであった。 M g O ドープニオブ酸リチウム基板 の表面を厚さ 5 O rnとなるまで研削、 研磨した。
光導波路の形成後、 厚さ 0. 5 μ mの T a 2 O 5オーバークラッ ドを スパッタ法によって成膜した。 ダイサ一で長さ 5 mm、 幅 8. 0 m mで 素子を切断した後、端面を研磨した。その際、端面部に気泡 9が露出し、 スラブ導波路が一部剥離した。
この導波路において Nd： YAG レーザーを使用して光学特性を測定し た。 レーザーからの発振出力を 2 Wに調整し、 その基本光をレンズで導 波路端面に集光した結果、 6 5 %が導波路に結合でき、 5 8 mWの SHG 出力が得られた。
(比較例 2 )
比較例 1において、 接着剤層の厚さ tを 0 . 5 / mとした。 ダイサー で長さ 5 m m、 幅 8 . 0 m mで素子を切断した後、 端面を研磨した。 そ の際、 端面部に気泡 9が露出し、 スラブ導波路が一部剥離した。
この導波路において Nd ： YAG レーザーを使用して光学特性を測定し た。 レーザーからの発振出力を 2 Wに調整し、 その基本光をレンズで導 波路端面に集光した結果、 7 0 %が導波路に結合でき、 6 5 mW の SHG出力が得られた。
(比較例 3 )
比較例 1において、 接着剤層の厚さ tを 3 . 0 /x rnとした。 この導波 路において Nd : YAG レーザーを使用して光学特性を測定した。 レーザ 一からの発振出力を 5 Wに調整し、 その基本光をレンズで導波路端面に 集光した結果、 9 5 %が導波路に結合でき、 9 8 mWの SHG出力が得 られたが、 その後端面の接着層にて燃焼破壊が発生した。
(比較例 4 )
比較例 1において、 接着剤層の厚さ tを 2 . 2 i mとした。 この導波 路において Nd ： YAG レーザーを使用して光学特性を測定した。 レーザ 一からの発振出力を 5 Wに調整し、 その基本光をレンズで導波路端面に 集光した結果、 9 6 。/。が導波路に結合でき、 9 9 111 の 8110出カ が得られたが、 端面の接着層が一部燃焼し、 SHG 出力が 4 0 mW まで 低下した。
次に、 実施例 1 と同様にして波長変換素子を作製し、 実施例 1 と同様 にして S HG出力を測定すると共に、 波長変換素子の外観を観測した。 ただし、 波長変換用基板の厚さ、 支持基板の厚さは、 表 1に示すように 変更した。 S HG出力および観察された現象を表 1に示す。 表 1
Figure imgf000010_0001
波長変換用基板の厚さが 1 0 μ m未満であると、結合効率が低下した。 また、 接着剤層の厚さが 0. 5 μ πιであると、 端面に気泡が露出し、 こ の結果、 S HG出力が低下した。 また、 接着剤層の厚さが 2. 1 /x mで あると、 端面の接着層が一部燃焼し、 破壊した。
本発明の特定の実施形態を説明してきたけれども、 本発明はこれら特 定の実施形態に限定されるものではなく、 請求の範囲の範囲から離れる ことなく、 種々の変更や改変を行いながら実施できる。

Claims

請求の範囲
1. 支持基板、
強誘電性単結晶からなる z板からなり、 周期分極反転構造が形成され ており、 厚さが 1 0 / m以上、 Ι Ο Ο μ m以下である波長変換用基板、 この波長変換用基板の底面に設けられているバッファ層、 および 前記支持基板と前記バッファ層とを接着し， 厚さが 0. 6 μ πι以上、
2. 0 m以下である有機樹脂接着剤層を備えていることを特徴とする、 波長変換素子。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010002594A1 (de) 2009-03-05 2010-09-09 NGK Insulators, Ltd., Nagoya-city Wellenlängenumwandlungsvorrichtungen und Verfahren zu deren Herstellung
US8184360B2 (en) 2009-03-06 2012-05-22 Ngk Insulators, Ltd. Wavelength converting devices
JP2015210492A (ja) * 2014-04-30 2015-11-24 日本電信電話株式会社 波長変換素子
JP2017227935A (ja) * 2017-10-04 2017-12-28 日本碍子株式会社 波長変換素子の製造方法

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2202568B1 (en) * 2008-12-26 2018-09-05 SCREEN Holdings Co., Ltd. Optical modulator
JP6566313B2 (ja) * 2015-03-13 2019-08-28 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 表示装置および発光装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003107545A (ja) * 2001-09-27 2003-04-09 Ngk Insulators Ltd リッジ型光導波路素子の製造方法
JP2007241078A (ja) * 2006-03-10 2007-09-20 Ngk Insulators Ltd 波長変換素子

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000066254A (ja) * 1998-08-18 2000-03-03 Matsushita Electric Ind Co Ltd 分極反転構造の形成方法
US6631231B2 (en) * 2000-03-21 2003-10-07 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Optical waveguide elements, optical wavelength conversion elements, and process for producing optical waveguide elements
JP2004295088A (ja) * 2003-03-11 2004-10-21 Ngk Insulators Ltd 波長変換素子
JP2005055528A (ja) * 2003-08-06 2005-03-03 Ngk Insulators Ltd 青色レーザ光の発振方法および装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003107545A (ja) * 2001-09-27 2003-04-09 Ngk Insulators Ltd リッジ型光導波路素子の製造方法
JP2007241078A (ja) * 2006-03-10 2007-09-20 Ngk Insulators Ltd 波長変換素子

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010002594A1 (de) 2009-03-05 2010-09-09 NGK Insulators, Ltd., Nagoya-city Wellenlängenumwandlungsvorrichtungen und Verfahren zu deren Herstellung
US8294978B2 (en) 2009-03-05 2012-10-23 Ngk Insulators, Ltd. Wavelength conversion devices and a method of producing the same
DE102010002594B4 (de) 2009-03-05 2020-06-25 Ngk Insulators, Ltd. Verfahren zur Herstellung von Wellenlängenumwandlungsvorrichtungen
US8184360B2 (en) 2009-03-06 2012-05-22 Ngk Insulators, Ltd. Wavelength converting devices
JP2015210492A (ja) * 2014-04-30 2015-11-24 日本電信電話株式会社 波長変換素子
JP2017227935A (ja) * 2017-10-04 2017-12-28 日本碍子株式会社 波長変換素子の製造方法

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