WO2011045893A1 - 光学素子の製造方法 - Google Patents

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electrode
substrate
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森川顕洋
水内公典
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パナソニック株式会社
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    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/35—Non-linear optics
    • G02F1/355—Non-linear optics characterised by the materials used
    • G02F1/3558—Poled materials, e.g. with periodic poling; Fabrication of domain inverted structures, e.g. for quasi-phase-matching [QPM]
    • G—PHYSICS
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    • G02F1/35—Non-linear optics
    • G02F1/353—Frequency conversion, i.e. wherein a light beam is generated with frequency components different from those of the incident light beams
    • G02F1/3544—Particular phase matching techniques
    • G02F1/3548—Quasi phase matching [QPM], e.g. using a periodic domain inverted structure

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing an optical element having a domain-inverted structure formed by applying an electric field. Specifically, formation of an optical element having a polarization inversion region used for a wavelength conversion element, a deflection element, an optical switch, a phase modulator, etc. constituting a coherent light source used in processing, optical information processing, optical applied measurement control field, etc. It is about the method.
  • a periodic polarization inversion region (a polarization inversion structure) can be formed inside the ferroelectric material.
  • the polarization inversion region formed in this way is an optical frequency modulator using surface acoustic waves, a wavelength conversion element using polarization inversion of nonlinear polarization, or an optical deflector using a prism shape or lens shape inversion structure. It is used for etc.
  • a wavelength conversion element having a very high conversion efficiency when an input fundamental wave is converted into wavelength converted light can be produced.
  • this wavelength conversion element is used to convert the wavelength of light from semiconductor lasers, fiber lasers, and solid-state lasers, a high-power laser light source that can be applied to processing, printing, optical information processing, optical applied measurement control, etc. be able to.
  • One method for forming a periodic domain-inverted region is to form a periodic domain-inverted region by utilizing the fact that the spontaneous polarization of a ferroelectric substance is inverted by an electric field. Specifically, there are a method of irradiating the ⁇ Z plane of the substrate cut out along the Z axis with an electron beam and a method of irradiating the + Z plane with positive ions. In any case, a domain-inverted region having a depth of several hundreds ⁇ m is formed by an electric field formed by irradiated charged particles. As another method, it is known to form a deep domain inversion region having a high aspect ratio by forming a periodic electrode on the + Z plane and a planar electrode on the ⁇ Z plane and applying a direct current or a pulsed electric field. Yes.
  • various additional methods have been proposed in order to improve the characteristics of the wavelength conversion element.
  • heat treatment is performed on the ferroelectric substrate at 200 ° C. or higher to electrically connect the front and back surfaces of the substrate.
  • a method of short-circuiting is known (for example, see Patent Document 1). Thereby, the disappearance of the domain-inverted region can be prevented, the transparency in the substrate can be increased, and the optical loss can be reduced.
  • a method of covering the entire surface of the substrate with a conductive material and performing a heat treatment is known (for example, see Patent Document 2).
  • a method of manufacturing a low-loss optical waveguide by performing high-temperature annealing in order to make the refractive index distribution uniform after polarization inversion is formed (see, for example, Patent Document 3).
  • high-temperature heat treatment is indispensable for producing a domain-inverted structure used for a practical wavelength conversion element or the like.
  • the present invention solves the above-described conventional problems, and provides a method for manufacturing an optical element that does not lower the conversion efficiency even when a high-output fundamental wave is input to an optical element using a polarization-reversed structure subjected to heat treatment.
  • the purpose is to do.
  • an optical element manufacturing method of the present invention includes an electrode forming step of forming an electrode by forming a metal film on the + Z plane and the ⁇ Z plane of a ferroelectric substrate, and the + Z plane.
  • a polarization inversion forming step to be formed a surface treatment step for removing the surface layer of the + Z plane and the ⁇ Z plane of the electrode, the periodic electrode, and the ferroelectric substrate, and a ferroelectric substrate from which the surface layer has been deleted And an annealing process for applying the heat.
  • an increase in spontaneous polarization which is a cause of distortion inside the optical element having a polarization inversion structure manufactured by performing a thermal annealing process, is suppressed. Therefore, an optical element can be obtained in which distortion inside the optical element is suppressed, and even if the input power of the fundamental wave is increased, the fundamental wave absorbed in the optical element and its wavelength-converted light are suppressed, and conversion efficiency does not decrease. Can do.
  • Ferroelectrics have a charge bias in the crystal due to spontaneous polarization. By applying an electric field opposite to such spontaneous polarization, the direction of spontaneous polarization in the ferroelectric can be changed.
  • the direction of spontaneous polarization varies depending on the type of crystal (material).
  • a crystal of a LiTa (1-x) NbxO 3 (0 ⁇ x ⁇ 1) substrate that is LiTaO 3 , LiNbO 3 or the like or a mixed crystal thereof has spontaneous polarization only in the Z-axis direction. For this reason, in these crystals, there are only two polarizations in the + direction along the Z axis or in the negative direction. By applying an electric field, the polarization of these crystals rotates 180 degrees and turns in the opposite direction. This phenomenon is called polarization reversal.
  • the electric field necessary for causing the polarization inversion is called a polarization inversion threshold electric field.
  • an electric field of about 20 kV / mm at room temperature and about 5 kV / mm for MgO: LiNbO 3 is required. It is.
  • a method for manufacturing a wavelength conversion element will be described as an optical element having a periodically poled structure inside a ferroelectric substrate.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a method for manufacturing an optical element of the present invention, taking as an example the production of a wavelength conversion element.
  • the method for manufacturing an optical element of the present invention includes an electrode forming step, a periodic electrode forming step, a polarization inversion forming step, a surface treatment step, and an annealing step.
  • FIG. 1A shows an electrode forming process.
  • reference numeral 1 denotes a ferroelectric substrate.
  • a 1 mm thick Z-plate MgO: LiNbO 3 substrate is used.
  • an electrode 2 made of a metal film for polarization inversion formation is formed on the + Z plane and the ⁇ Z plane of the ferroelectric substrate 1 made of an MgO: LiNbO 3 substrate.
  • the electrode 2 having a thickness of 100 nm is formed by sputtering a Ta film.
  • FIG. 1B shows a periodic electrode forming process.
  • the right view of FIG. 1B is a view of the + Z plane viewed from above, and the left view is a cross-sectional view taken along the line XX ′ of the right view.
  • the periodic electrode 3 is manufactured by processing the electrode 2 on the + Z plane into a comb shape so that the domain-inverted structure is periodically formed on the + Z plane.
  • the periodic electrode 3 is produced by photolithography and dry etching. Further, in order to convert the wavelength of near infrared light (wavelength 1064 nm) to green light (wavelength 532 nm), the electrode period of the periodic electrode 3 was set to 7 ⁇ m.
  • the period of the electrode (in practice, the period of polarization inversion to be produced) is determined by the refractive index and phase matching wavelength of the near-infrared light and green light of the MgO: LiNbO 3 substrate.
  • FIG. 1C shows a polarization inversion formation process.
  • a polarization inversion 5 is formed by applying a pulse electric field equal to or greater than the polarization inversion threshold electric field by the pulse voltage application system 4 between the electrodes of the + Z plane and the ⁇ Z plane.
  • the polarization inversion threshold electric field can be reduced to 5 kV / mm or less. Therefore, in the present embodiment, the ferroelectric substrate 1 is put in an insulating liquid, and an electric field is applied in the insulating liquid at an insulating liquid temperature of 100 ° C.
  • the polarization inversion threshold electric field is 5 kV / mm or less by heating the substrate, here, the pulse electric field is 6 kV / mm and the pulse width is 1 msec with a margin.
  • the polarization inversion 5 is formed from the + Z plane to the ⁇ Z plane of the substrate.
  • FIG. 1D shows a surface treatment process.
  • the left figure of FIG.1 (d) is sectional drawing of the wavelength conversion element 6 before a surface treatment process
  • the right figure is sectional drawing of the wavelength conversion element 6 after a surface treatment process.
  • the surfaces of the electrode 2, the periodic electrode 3, and the wavelength conversion element 6 are removed.
  • the + Z plane and the ⁇ Z plane of the wavelength conversion element 6 are polished by mechanical polishing with diamond coating grains, and the layers up to about 100 nm from the substrate surface are removed including the electrode 2 and the periodic electrode 3.
  • This surface treatment process has not been performed conventionally. Although details will be described later, the conversion efficiency of the wavelength conversion element can be improved by performing this surface treatment step before the high temperature annealing step.
  • the electrode and substrate surface are removed by polishing.
  • the present invention is not limited to polishing, and the same effect can be obtained by removing the electrode and substrate surface by dry etching or wet etching. Any method may be used for dry etching as long as both the electrode and the substrate can be etched. In the wet etching, any solution may be used as long as it can etch the electrode and the substrate regardless of acid or alkali.
  • FIG. 1 (e) shows an annealing process.
  • the annealing process was performed for 1 hour in a 400 ° C. environment using the wavelength conversion element 6 using an oven 7 (manufactured by Enomoto Kasei Co., Ltd.) that can be heated at a high temperature.
  • FIG. 2 is a diagram for comparing the optical output characteristics of the optical element of the prior art and the first embodiment.
  • the relationship of output power is shown.
  • the vertical axis represents the wavelength converted light output power, and the horizontal axis represents the fundamental wave input power.
  • the dotted line indicates the characteristics of the wavelength conversion element manufactured by the conventional manufacturing method, and the solid line indicates the characteristics of the wavelength conversion element manufactured by the manufacturing method of the present invention.
  • the fundamental wave input exceeds 5 W, the increase rate of the wavelength-converted light is reduced.
  • the input power is reduced until the fundamental wave input reaches 10 W.
  • the output of wavelength converted light increases in proportion to the square. That is, when a wavelength conversion element is manufactured by the manufacturing method of the present invention, a decrease in conversion efficiency is suppressed. This is an effect obtained by performing a surface treatment step before the annealing treatment step and removing the surface layer of the + Z plane and the ⁇ Z plane of the wavelength conversion element. Next, the effect of removing the surface layer will be described.
  • FIG. 3 is a diagram showing a change in spontaneous polarization depending on the presence / absence of an electrode
  • FIG. 3 (a) is a diagram showing a change in spontaneous polarization before and after the annealing step in a wavelength conversion element manufactured by a conventional method.
  • the upper diagram of FIG. 3A shows the spontaneous polarization before the annealing step
  • the lower diagram shows the spontaneous polarization during the annealing step.
  • the direction indicated by the arrow in the figure is the direction of spontaneous polarization, and the length of the arrow is the magnitude of spontaneous polarization.
  • the electrode 2 and the periodic electrode 3 are electrodes used for polarization inversion formation.
  • the spontaneous polarization 8 increases and becomes the spontaneous polarization 9 during annealing.
  • the ferroelectric substrate 1 is solid, pyroelectric charges are generated and accumulated on the surface so as to face the spontaneous polarization 9 during annealing. This phenomenon is generally called a pyroelectric effect, and occurs to keep the ferroelectric crystal electrically neutral.
  • a large number of the boundary surfaces are adjacent to each other, so that crystal distortion increases.
  • the light absorption of the wavelength conversion element increases due to the crystal distortion, and the conversion efficiency of the wavelength conversion element decreases.
  • FIG. 3B is a diagram showing changes in spontaneous polarization during a high-temperature annealing step in the wavelength conversion element manufactured by the manufacturing method of the present invention.
  • the upper diagram of FIG. 3B shows the spontaneous polarization before the high temperature annealing step
  • the lower diagram shows the spontaneous polarization during the high temperature annealing step.
  • the electrode 2, the periodic electrode 3, and the substrate surface are removed before the annealing step. Since the electrode 2 and the periodic electrode 3 do not exist on the surface 14 of the ferroelectric substrate 1 made of the MgO: LiNbO 3 substrate, the pyroelectric charge 10 generated by the pyroelectric effect is accumulated on the surface 14 of the ferroelectric substrate 1.
  • FIG. 4 is a diagram showing a change in the light output characteristics depending on the polishing depth, and shows the relationship between the fundamental wave input power and the output power of the wavelength-converted light when the polishing depth is changed.
  • the polishing depth of the graph shown in the figure is 100 nm for the solid line, 8 nm for the broken line, and 5 nm for the dotted line. As the polishing depth is reduced, the conversion efficiency decreases. This becomes significant when the polishing depth is 10 nm or less.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the optical element of the present invention before and after the surface treatment process, and is a cross-sectional view of the wavelength conversion element before and after the surface treatment process by polishing.
  • a surface-modified layer 12 is generated on the surface layer of the ferroelectric substrate 1 before the surface treatment process by mirror polishing or electrode film formation during the wafer fabrication of the ferroelectric substrate 1. ing. Since the surface-modified layer 12 contains a large amount of conductive impurities, the pyroelectric charge generated by the pyroelectric effect described above moves through this layer for a short distance.
  • the movement of the pyroelectric charge is not limited to the large charge movement which is simply caused by the decrease in the surface resistance described with reference to FIG. 3, but the movement of the pyroelectric charge caused by the surface-modified layer 12 is also caused by the expansion and contraction of the spontaneous polarization during annealing. Is not suppressed, and substrate distortion occurs at the interface where the spontaneous polarization is reversed. This charge transfer by the surface altered layer 12 is generally called DC drift.
  • a wavelength conversion element having a short polarization inversion period of several microns it affects the increase in light absorption of the polarization inversion part. Therefore, as shown in FIG.
  • the surface resistivity means a resistance value per unit area of the + Z plane and the ⁇ Z plane of the ferroelectric substrate, and the unit is represented by ⁇ / ⁇ .
  • the surface resistivity is 10 5 ⁇ / ⁇ or more.
  • a wavelength conversion element having a surface resistivity of 10 3 ⁇ / ⁇ , 10 4 ⁇ / ⁇ , or 10 5 ⁇ / ⁇ or more is manufactured in this way, and output characteristics are compared. .
  • FIG. 6 is a diagram showing the surface resistivity dependency of the light output characteristics, and shows the relationship between the fundamental wave input power and the output power of the wavelength converted light of the wavelength conversion element manufactured by changing the surface resistivity.
  • a + Z plane and a ⁇ Z plane were polished at a depth of 100 nm from the substrate surface by mechanical polishing with diamond coating grains.
  • the conversion efficiency tends to decrease as the surface resistivity decreases. That is, when the surface resistivity is 10 3 ⁇ / ⁇ , 10 4 ⁇ / ⁇ , light absorption increases and conversion efficiency decreases. However, when the surface resistivity was 10 5 ⁇ / ⁇ or more, no reduction in conversion efficiency was observed.
  • the annealing process be performed with the substrate placed on an insulator. Therefore, it is possible to suppress an increase in spontaneous polarization as the pyroelectric charge moves through the material in contact with the substrate, and it is possible to suppress a decrease in conversion efficiency of the wavelength conversion element.
  • the heat treatment temperature in the annealing process is also important. In order to reduce the light absorption and prevent the conversion efficiency from being lowered, it is necessary to perform an annealing process at 300 ° C. or higher. In the Mg-doped LiNbO 3 substrate of this embodiment, the annealing process was performed at 400 ° C.
  • FIG. 7 is a graph showing the dependence of the light output characteristics on the high temperature annealing temperature, and shows the relationship between the fundamental wave input power of the wavelength conversion element manufactured by changing the heat treatment temperature in the annealing step and the output power of the wavelength converted light.
  • the wavelength conversion element used was made of an MgO: LiNbO 3 substrate, and the + Z plane and the ⁇ Z plane were polished at a depth of 100 nm from the substrate surface by mechanical polishing with diamond particles.
  • the conversion efficiency tends to decrease as the heat treatment temperature decreases. That is, as the annealing temperature decreased to 250 ° C., 200 ° C., and 150 ° C., the conversion efficiency decreased.
  • the annealing temperature that serves as a threshold for the reduction in conversion efficiency varies depending on the material of the crystal substrate. This threshold temperature is 100 ° C. or higher for the Mg-doped LiTaO 3 substrate or LiTaO 3 system, and 300 ° C. or higher for the LiNbO 3 system. This seems to depend on the difference in the Curie temperature of the crystal.
  • the annealing step it is preferable to perform the heat treatment at a predetermined annealing temperature determined by the substrate material.
  • the wavelength conversion element in the present embodiment is a polarization inversion structure having a period of 7 ⁇ m and a domain inversion width of 3.5 ⁇ m in the period direction. It was confirmed that the produced domain-inverted regions did not disappear even after annealing at 400 ° C. Further, after that, even when a heat cycle step of ⁇ 20 ° C. to 100 ° C. was added, the domain-inverted structure did not disappear, and no reduction in conversion efficiency was confirmed. However, when the domain-inverted width in the periodic direction was 1 ⁇ m, annihilation was observed in some domain-inverted regions even in the annealing process at 100 ° C.
  • the present invention is very effective as a method for manufacturing an optical element having both effects of stabilizing a domain-inverted structure having a domain-inverted width of 2 ⁇ m or more and removing crystal distortion at the interface of the domain-inverted structure.
  • the surface treatment process is performed by mechanical polishing, but the present embodiment is different in that anisotropic wet etching is performed in the Z-axis direction of the substrate as the surface treatment process.
  • anisotropic wet etching is performed in the Z-axis direction of the substrate as the surface treatment process.
  • FIG. 8 is a diagram showing the light output characteristics of the optical element according to the second embodiment.
  • the input power and the output power of the wavelength converted light are shown. The relationship is shown.
  • the fundamental wave input exceeds 10 W
  • an output of wavelength-converted light proportional to the square of the input power can be obtained. That is, even at an input power higher than that of the first embodiment, the conversion efficiency is not reduced.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of the optical element before and after the surface treatment process having anisotropy in the Z-axis direction, and is a cross-sectional view of the optical element when the surface treatment is performed using a wet etching solution having anisotropy in the Z-axis direction.
  • “having anisotropy in the Z-axis direction” means that the etching rate differs depending on the orientation (+ Z plane, ⁇ Z plane) of the plane orthogonal to the direction of spontaneous polarization. That is, since the directions of spontaneous polarization are alternately reversed, layers having different etching rates exist alternately on the + Z plane and the ⁇ Z plane of the ferroelectric substrate 1.
  • the + Z plane and the ⁇ Z plane are repeated with periodicity, and the step 13 having periodicity is formed on the substrate surface because the etching rates on the respective surfaces are different. Since the nitric acid solution has a higher etching rate on the -Z plane than the etching rate on the + Z plane of the MgO: LiNbO 3 substrate (because of anisotropy), it is periodic in the domain-inverted optical element when wet etching is performed.
  • a step 13 is formed. The size of the step 13 is proportional to the etching time. In this embodiment, a step of several tens of nm was obtained by etching for 20 minutes using a fluorinated nitric acid solution.
  • FIG. 10 is a diagram showing generation of pyroelectric charges in the optical element having a step according to the present invention, and shows the state of spontaneous polarization during the high-temperature annealing process in the wavelength conversion element subjected to the surface treatment of the present embodiment.
  • the upper diagram of FIG. 10 shows the spontaneous polarization before the high temperature annealing step
  • the lower diagram shows the spontaneous polarization during the high temperature annealing step. Since the step 13 formed by anisotropic wet etching prevents the pyroelectric charge 10 from moving during high-temperature annealing, the pyroelectric charge 10 reliably stays at the generated position. Therefore, light absorption can be reduced more stably and effectively than an optical element without a step.
  • a step is provided on the substrate by wet etching using a hydrofluoric acid solution in this embodiment mode, a similar step can be formed by using chemical mechanical polishing (CMP).
  • CMP chemical mechanical polishing
  • an acidic or alkaline chemical mechanical polishing solution having a large difference in etching rate in the Z-axis direction is effective because a step can be easily formed.
  • the ferroelectric substrate includes an MgO-doped LiTaO 3 substrate, an Nd-doped LiNbO 3 substrate, a KTP substrate, a KNbO 3 substrate, an LiNbO 3 substrate doped with Nd and MgO, or an LiTaO 3 substrate doped with Nd and MgO.
  • a similar substrate having a stoichiometric composition such as Mg-doped LiTa (1-x) NbxO 3 (0 ⁇ x ⁇ 1) may be used.
  • the present invention can generate a pyroelectric effect at the time of annealing treatment stably, and is therefore suitable for the production of an optical element having a highly transparent domain-inverted structure free from crystal distortion. Furthermore, since the altered layer, impurities, or electrodes on the substrate surface are completely removed, the insulation of the substrate is ensured, and a high-power and stable optical element can be realized.
  • the optical element manufacturing method of the present invention can be used as a method for manufacturing a highly efficient and stable wavelength conversion element having a periodically poled structure in, for example, a Mg-doped crystal. Furthermore, the optical element manufacturing method of the present invention can realize stable formation and maintenance of the domain-inverted regions, and provide a highly transparent optical element free from crystal distortion. Further, it is possible to provide an optical element including a domain-inverted region having high reliability in which light output is stable at high output.
  • the wavelength conversion element is described as an example of the optical element using the polarization inversion structure.
  • the optical element having the polarization reversal structure can be made a deflector if it is formed in a prism shape or a grating shape. This deflector can be applied to, for example, its phase shift, optical modulator, lens, and the like. Further, if a voltage is applied to the domain-inverted region, a change in refractive index due to the electro-optic effect can be caused. For this reason, the optical element using this is realizable.
  • an optical element in which the refractive index change is formed can be applied to switches, deflectors, modulators, phase shifters, beam shaping, and the like. Since the method for manufacturing an optical element of the present invention makes it possible to form a stable and highly transparent domain-inverted structure, it is possible to improve the performance of these optical elements.
  • the method for producing an optical element according to the present invention is useful in a field where it is required to provide an optical element having a domain-inverted structure.
  • the method of manufacturing an optical element according to the present invention can realize stable formation and maintenance of a domain-inverted region, and can realize an optical element having a domain-inverted region that has a stable optical output at high output and high reliability. Therefore, it is useful as an optical element having a polarization inversion region applied to a wavelength conversion element, a deflecting element, an optical switch, a phase modulator, etc., applied to a coherent light source used in the field of processing, optical information processing and optical applied measurement control. It is.

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Abstract

強誘電体基板の＋Ｚ面と－Ｚ面に金属膜を形成して電極を作製する電極形成工程と、前記＋Ｚ面に形成された前記金属膜を周期電極に形成する周期電極形成工程と、前記周期電極と前記－Ｚ面の電極との間に電圧を印加して前記強誘電体基板の内部に分極反転領域を形成する分極反転形成工程と、前記電極および前記周期電極ならびに前記強誘電体基板の＋Ｚ面と－Ｚ面の表面層を除去する表面処理工程と、前記表面層を削除した強誘電体基板に所定の熱を加えるアニール工程とから成る光学素子の製造方法。

Description

光学素子の製造方法
　本発明は、電界印加で形成する分極反転構造を有する光学素子の製造方法に関する。詳しくは、加工、光情報処理、光応用計測制御分野などに使用されるコヒーレント光源を構成する波長変換素子、偏向素子、光スイッチ、位相変調器等に用いられる分極反転領域を有する光学素子の形成方法に関するものである。
　強誘電体の分極を強制的に反転させる分極反転現象を利用すると、強誘電体の内部に周期的な分極反転領域（分極反転構造）を形成することができる。このようにして形成された分極反転領域は、表面弾性波を利用した光周波数変調器や、非線形分極の分極反転を利用した波長変換素子、プリズム形状やレンズ形状の反転構造を利用した光偏向器などに利用される。特に、この技術を用いれば、入力の基本波が、波長変換光に変換されたときの変換効率が非常に高い波長変換素子を作製できる。さらに、この波長変換素子を用いて半導体レーザやファイバレーザ、固体レーザなどの光を波長変換すれば、加工、印刷、光情報処理、光応用計測制御分野などに応用できる高出力レーザ光源を実現することができる。
　周期的な分極反転領域を形成する方法の一つに、強誘電体の自発分極が電界により反転することを利用して周期状の分極反転領域を形成する方法がある。具体的には、Ｚ軸に沿って切り出された基板の－Ｚ面に電子ビームを照射する方法や、＋Ｚ面に正イオンを照射する方法がある。いずれの場合でも、照射された荷電粒子により形成される電界により、深さ数１００μｍの分極反転領域が形成される。また、他の方法としては、＋Ｚ面に周期電極および－Ｚ面に平面電極を形成し、直流またはパルス電界を印加することで高アスペクト比を有する深い分極反転領域を形成することが知られている。
　さらに、波長変換素子の特性を向上させるために、様々な付加的方法が提案されている。例えば、短周期で幅の広い分極反転構造を、深く均一に形成するには、分極反転領域を形成した後、強誘電体基板に２００℃以上で熱処理を施し、基板の表面と裏面を電気的に短絡させる方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。これにより、分極反転領域の消滅を防止し、かつ基板内の透明度を高くし光損失を低減することができる。また、分極反転形成後に残留する所望でない分極反転構造を取り除くために、導電物質で基板の表面全体を覆い、熱処理を行う方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。あるいは、分極反転形成後に屈折率分布を均一化させるために、高温アニールを行い、低損失の光導波路を作製する方法が知られている（例えば、特許文献３参照）。以上のように、実用的な波長変換素子等に用いる分極反転構造を製造するには、高温の熱処理が欠かせない。
特開２００４－２４６３３２号公報 特開２００４－０２０８７６号公報 特開平８－２２０５７８号公報
　しかしながら、例えば、上記のような従来の熱処理を伴う方法で製造した波長変換素子では、熱処理により波長変換素子内部にわずかな歪が生じる。この歪のため、基本波の入力パワーを増やすのに伴い、基本波とその波長変換光が波長変換素子内部に吸収される量が増加し、波長変換光の出力パワーが低下していた。
　そのため、１Ｗを越える高出力の波長変換光を得るために基本波パワーを増やしたとしても、波長変換素子の変換効率が低下し、高出力の波長変換光を得ることが困難であるという問題点があった。
　本発明は、前記従来の課題を解決するもので、熱処理を施した分極反転構造を用いた光学素子に、高出力の基本波を入力しても変換効率が低下しない光学素子の製造方法を提供することを目的とする。
　前記従来の課題を解決するために、本発明の光学素子の製造方法は、強誘電体基板の＋Ｚ面と－Ｚ面に金属膜を形成して電極を作製する電極形成工程と、前記＋Ｚ面に形成された前記金属膜を周期電極に形成する周期電極形成工程と、前記周期電極と前記－Ｚ面の電極との間に電圧を印加して前記強誘電体基板の内部に分極反転領域を形成する分極反転形成工程と、前記電極および前記周期電極ならびに前記強誘電体基板の＋Ｚ面と－Ｚ面の表面層を除去する表面処理工程と、前記表面層を削除した強誘電体基板に所定の熱を加えるアニール工程とから成ることを特徴としたものである。
　本発明の光学素子の製造方法によれば、熱アニール処理を施して製造した分極反転構造を備える光学素子内部の歪みの原因である自発分極の増加を抑制する。そのため、光学素子内部の歪みが抑えられ、基本波の入力パワーを増やしても、光学素子内部に吸収される基本波とその波長変換光が抑制され、変換効率が低下しない、光学素子を得ることができる。
本発明の光学素子の製造方法を説明する図 従来技術と実施の形態１の光学素子の光出力特性を比較する図 電極の有無による自発分極の変化を示す図 研磨深さによる光出力特性の変化を示す図 本発明の光学素子の表面処理工程前後の断面図 光出力特性の表面抵抗率依存性を示す図 光出力特性の高温アニール温度依存性を示す図 実施の形態２における光学素子の光出力特性を示す図 Ｚ軸方向に異方性をもつ表面処理工程前後の光学素子の断面図 本発明の段差を有する光学素子の焦電電荷の発生を示す図
　本発明の実施の形態を説明する前に、まず、強誘電体の分極反転について説明する。強誘電体は、自発分極による電荷の偏りを結晶内に有している。このような自発分極に対向する電界を印加することにより、強誘電体における自発分極の方向を変えることができる。
　自発分極の方向は、結晶（材料）の種類により異なる。ＬｉＴａＯ３、ＬｉＮｂＯ３等、またはその混晶であるＬｉＴａ（１－ｘ）ＮｂｘＯ３（０≦ｘ≦１）基板の結晶は、Ｚ軸方向のみに自発分極を有する。このため、これらの結晶では、分極は、Ｚ軸に沿った＋方向あるいはその逆向きの－方向の２通りしか存在しない。電界を印加することで、これらの結晶の分極は、１８０度回転して、それまでとは逆の方向を向くようになる。この現象を、分極反転という。分極反転を生じさせるために必要な電界を分極反転閾値電界と称し、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３等の結晶では、室温で約２０ｋＶ／ｍｍ程度、ＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３で約５ｋＶ／ｍｍ程度の電界が必要である。
　以下に、本発明の光学素子の製造方法の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。
　（実施の形態１）
　本実施の形態では、周期分極反転構造を強誘電体基板の内部に有した光学素子として、波長変換素子の製造方法について述べる。
　図１に波長変換素子の作製を例にとり、本発明の光学素子の製造方法を説明する図を示す。本発明の光学素子の製造方法は、電極形成工程と、周期電極形成工程と、分極反転形成工程と、表面処理工程と、アニール工程とから成る。
　図１（ａ）に、電極形成工程を示す。図中の１は強誘電体基板であり、本実施の形態では、１ｍｍ厚のＺ板のＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３基板を用いた。ＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３基板からなる強誘電体基板１の＋Ｚ面、－Ｚ面には、分極反転形成のための金属膜からなる電極２を形成する。本実施の形態では、Ｔａ膜をスパッタリングにより１００ｎｍ厚の電極２を成膜した。
　図１（ｂ）に、周期電極形成工程を示す。図１（ｂ）の右図は＋Ｚ面を上から見た図であり、左図は右図のＸ－Ｘ’断面図である。＋Ｚ面に周期的に分極反転構造が形成されるように、＋Ｚ面の電極２を櫛形状に加工し周期電極３を作製する。本実施の形態では、フォトリソグラフィーとドライエッチングにより周期電極３を作製した。また、近赤外光（波長１０６４ｎｍ）を緑色光（波長５３２ｎｍ）に波長変換するため、周期電極３の電極周期は７μｍとした。電極の周期（実際には、作製する分極反転の周期）はＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３基板の近赤外光と緑色光の屈折率および位相整合波長で決定される。分極反転周期を正確に制御して分極反転を形成することで近赤外光と緑色光の結晶内における位相不整合を補償し高効率な波長変換を行うことができる。
　図１（ｃ）は、分極反転形成工程である。＋Ｚ面と－Ｚ面との電極間に分極反転閾値電界以上のパルス電界をパルス電圧印加系４により印加することで分極反転５が形成される。この時、電界印加中に、基板温度を上げると分極反転閾値電界を５ｋＶ／ｍｍ以下に低減できる。そのため、本実施の形態では、強誘電体基板１を絶縁液に入れ、絶縁液温度を１００℃として絶縁液中で電界印加を行った。基板を加温することにより分極反転閾値電界は５ｋＶ／ｍｍ以下になっているが、ここでは、マージンを取ってパルス電界は６ｋＶ／ｍｍ、パルス幅は１ｍｓｅｃとした。このパルス電界を加えることにより、分極反転５は、基板の＋Ｚ面から－Ｚ面に向かって形成される。
　図１（ｄ）は、表面処理工程である。図１（ｄ）の左図は表面処理工程前の波長変換素子６の断面図であり、右図は表面処理工程後の波長変換素子６の断面図である。表面処理工程では、電極２と周期電極３と波長変換素子６の表面を除去する。本実施の形態では、波長変換素子６の＋Ｚ面および－Ｚ面をダイヤモンド塗粒による機械的研磨で研磨し、基板表面から約１００ｎｍまでの層を電極２と周期電極３と含めて除去した。この表面処理工程は、従来は行われていなかった。詳細は後述するが、この表面処理工程を高温アニール工程の前に行うことで波長変換素子の変換効率の改善ができる。
　なお、本実施の形態では電極および基板表面の除去を研磨で行ったが、研磨に限らず、ドライエッチング、ウェットエッチングにより電極、基板表面の除去を行っても同様の効果を得ることができる。ドライエッチングは電極および基板のいずれもエッチングできる方法であればどのようなものを用いてもよい。ウェットエッチングにおいては、酸、アルカリを問わず電極および基板をエッチングすることができる溶液であればどのようなものを用いてもよい。
　図１（ｅ）は、アニール工程である。本実施の形態でのアニール処理は、高温加熱可能なオーブン７（楠本化成株式会社製）を用いて波長変換素子６を４００℃環境下で１時間行った。
　図２は従来技術と実施の形態１の光学素子の光出力特性を比較する図であり、波長変換素子に基本波として赤外光を入力した際の赤外光の入力パワーと波長変換光の出力パワーの関係を示す。縦軸は波長変換光出力パワー、横軸は基本波入力パワーである。点線は従来の製造方法で作製した波長変換素子の特性を示し、実線は本発明の製造方法で作製した波長変換素子の特性を示す。図に示すとおり、従来の製造方法では、基本波入力が５Ｗを越えると波長変換光の増加率が低下するが、本発明の製造方法では、基本波入力が１０Ｗに至るまで、その入力パワーの２乗に比例して波長変換光の出力が増加する。すなわち、本発明の製造方法で波長変換素子を作製すると、変換効率の低下が抑制される。これは、アニール処理工程の前に、表面処理工程を行い、波長変換素子の＋Ｚ面および－Ｚ面の表層を除去することによる効果である。この表層を除去する効果を次に説明する。
　図３は電極の有無による自発分極の変化を示す図であり、図３（ａ）は従来の方法で作製した波長変換素子におけるアニール工程前後の自発分極の変化を示した図である。図３（ａ）の上図はアニール工程前の自発分極、下図はアニール工程中の自発分極を示している。図中の矢印の指す方向は自発分極の向き、矢印の長さは自発分極の大きさである。電極２および周期電極３は分極反転形成に用いた電極である。高温アニール工程により強誘電体基板１の温度が上昇すると、自発分極８が増大し、アニール中自発分極９となる。このとき、強誘電体基板１が無垢であれば、その表面にアニール中自発分極９に対向するように焦電電荷が発生し蓄積する。この現象は一般的に焦電効果と呼ばれ、強誘電体結晶を電気的中性に保つために発生する。
　ところが、図３（ａ）で示すように、強誘電体基板１の表面１４に電極２や周期電極３があると、焦電効果により生じた焦電電荷が基板表面上を電極２や周期電極３に沿って自由に移動してしまう。その結果、焦電電荷が強誘電体基板１の表面１４に蓄積されないため、アニール中自発分極９に対向するための電界が発生しない。その結果、アニール中にアニール中自発分極９が継続的に増加し、増加するアニール中自発分極９により、逆向きの自発分極が隣接することで、異なる極性の分極反転領域境界面での結晶構造に歪み（結晶歪み）が生じる。波長変換素子のように多数の周期的な分極反転構造を持つ素子では、この境界面が多数隣接するので、結晶歪みが増加する。このような波長変換素子にレーザ光を入力して、入力パワーを増やしていくと、この結晶歪みにより波長変換素子の光吸収が増加し、波長変換素子の変換効率が低下する。
　図３（ｂ）は本発明の製造方法で作製した波長変換素子における高温アニール工程時の自発分極の変化を示した図である。図３（ｂ）の上図は高温アニール工程前の自発分極、下図は高温アニール工程中の自発分極を示している。ここで、本発明の波長変換素子は電極２および周期電極３と基板表面がアニール工程前に除去されている。ＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３基板からなる強誘電体基板１の表面１４に電極２および周期電極３が存在しないので、焦電効果により発生した焦電電荷１０が強誘電体基板１の表面１４に蓄積される（図３（ｂ）の下図）。焦電電荷１０による電界１１は自発分極８と対向するため、自発分極８の増加を抑制するので、結晶内に歪みが生じることを抑制することができる。その結果、入力パワーを増やしても、従来の製造方法で作製した波長変換素子のような光吸収の増加は抑制され、波長変換素子の変換効率の低下を抑制することができる。
　また、基板表面（電極を除く結晶基板表面）からの研磨深さも重要である。表面電極の除去でも相当な効果が得られるが、研磨深さを１０ｎｍより大きくすることで、さらに顕著な効果が得られる。図４は研磨深さによる光出力特性の変化を示す図であり、研磨深さを変えたときの基本波入力パワーと波長変換光の出力パワーの関係を示す。図中に示したグラフの研磨深さは、実線が１００ｎｍ、破線が８ｎｍ、点線が５ｎｍである。研磨深さを浅くしていくと、変換効率が低下している。これは、研磨深さが１０ｎｍ以下になると顕著になる。
　この研磨深さによる光吸収低減効果のメカニズムについて説明する。図５は本発明の光学素子の表面処理工程前後の断面図であり、研磨による表面処理工程前後の波長変換素子の断面図である。図５（ａ）に示されるように、表面処理工程前の強誘電体基板１の表層には、強誘電体基板１のウェハ作製時の鏡面研磨や電極の成膜により表面変質層１２が生じている。この表面変質層１２は導電性不純物を多く含んでいるので、前述した焦電効果で発生する焦電電荷は、この層を通して短距離を移動する。焦電電荷の移動は、図３で説明した単純に表面抵抗が小さくなることで生じる大きな電荷移動だけではなく、この表面変質層１２によって生じる焦電電荷の移動も、アニール時の自発分極の伸縮が抑制されず、自発分極が逆向きとなる界面で基板歪を生じさせる。この表面変質層１２による電荷移動は、一般にＤＣドリフトと呼ばれているが、分極反転周期が数ミクロンと短い波長変換素子では、分極反転部の光吸収の増加に影響を与える。従って、図５（ｂ）に示されるように電極２、周期電極３および基板表面に形成された表面変質層１２を全て除去すれば、高温アニール処理で発生する焦電電荷の移動を抑制することができる。発明者らの実験では、基板表面から１０ｎｍより大きい深さで研磨すれば、表面変質層１２を完全除去することでき、変換効率の低下を防止できることがわかった。
　さらに、表面処理工程を終えた時の表面抵抗率の調整も重要である。表面抵抗率が低くなると高温アニール処理で発生する焦電電荷の移動が促進されるからである。ここで、表面抵抗率とは、強誘電体基板の＋Ｚ面、－Ｚ面の単位面積当たりの抵抗値を言い、単位はΩ／□で表す。焦電電荷の移動を抑制して基板歪みを抑制するためには、この表面抵抗率を１０５Ω／□以上にして、アニール工程を行う必要がある。表面抵抗率を調整するために、強誘電体基板の表面にＳｉＯ２膜を成膜し、成膜条件を変えてＳｉとＯ２の含有率を調整することにより表面抵抗率を調整することができる。次に、説明する図６では、このようにして、１０３Ω／□、１０４Ω／□、１０５Ω／□以上の表面抵抗率となる波長変換素子を作製し、出力特性を比較する。
　図６は光出力特性の表面抵抗率依存性を示す図であり、表面抵抗率を変えて作製した波長変換素子の基本波入力パワーと波長変換光の出力パワーの関係を示す。使用した波長変換素子は、＋Ｚ面及び－Ｚ面をダイヤモンド塗粒による機械的研磨により、基板表面から１００ｎｍの深さで研磨したものを用いた。図から明らかなように、表面抵抗率が低下すると変換効率が低下する傾向を示す。すなわち、表面抵抗率が１０３Ω／□、１０４Ω／□では光吸収が増えて、変換効率が低下する。しかし、表面抵抗率が１０５Ω／□以上では変換効率の低下は見られなかった。
　さらに、基板表面の導電性に注意するとともに抵抗の低い材料との接触を避けることが望ましい。高温アニール処理で発生する焦電電荷が、抵抗の低い材料を介して移動するからである。
　従って、アニール工程では、基板を絶縁体の上に設置した状態で行うことが望ましい。これにより、基板が接触する材料を介して焦電電荷が移動することに伴い自発分極が増加することを抑制することができ、波長変換素子の変換効率の低下を抑制することができる。
　さらに、アニール工程での熱処理温度も重要である。光吸収を低減して変換効率低下を防止するには３００℃以上でアニール処理を行う必要があり、本実施の形態のＭｇドープＬｉＮｂＯ３基板では、４００℃でアニール処理を行った。
　図７は光出力特性の高温アニール温度依存性を示す図であり、アニール工程での熱処理温度を変えて作製した波長変換素子の基本波入力パワーと波長変換光の出力パワーの関係を示す。使用した波長変換素子は、ＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３基板で作製され、＋Ｚ面及び－Ｚ面をダイヤモンド塗粒による機械的研磨により、基板表面から１００ｎｍの深さで研磨したものを用いた。図から明らかなように、熱処理温度が低下すると変換効率が低下する傾向を示す。すなわち、アニール温度が２５０℃、２００℃、１５０℃と低温に成るに連れ、変換効率の低下が見られた。一方、３００℃以上のアニール温度では、変換効率の低下は見られなかった。この変換効率の低下の閾値となるアニール温度は、結晶基板の材料によって異なる。この閾値温度は、ＭｇドープＬｉＴａＯ３基板やＬｉＴａＯ３系では１００℃以上であり、ＬｉＮｂＯ３系では３００℃以上である。これは結晶のキュリー温度の差異に依存していると思われる。
　このように、アニール工程においては、基板材料によって決まる所定のアニール温度で熱処理を行うことが好ましい。
　本実施の形態での波長変換素子は、周期７μｍで周期方向の分極反転幅３．５μｍである分極反転構造のものを用いた。作製された分極反転領域が、４００℃のアニール処理を施しても消滅しないことを確認した。さらに、その後、－２０℃～１００℃のヒートサイクル工程を加えても分極反転構造は消滅することなく、変換効率の低下は確認されなかった。ところが、周期方向の分極反転幅を１μｍにすると、１００℃のアニール処理でも、一部の分極反転領域に消滅が観測された。分極反転幅を、次第に広くして実験した結果、周期方向の分極反転幅が２μｍ以上では４００℃でアニール処理を施しても分極反転構造が消滅しないことが確認された。そして、その後の－２０℃～１００℃のヒートサイクル工程を加えても分極反転構造は消滅することなく、変換効率の低下は確認されなかった。従って、本発明は、分極反転幅２μｍ以上を有する分極反転構造の安定化および分極反転構造の境界面における結晶歪み除去の両方の効果を有する光学素子の製造方法として非常に有効である。
　（実施の形態２）
　実施の形態１では、表面処理工程を機械的研磨により行ったが、本実施の形態では、表面処理工程として基板のＺ軸方向に異方性ウェットエッチングを行う点が相違する。この方法により、さらに高出力時の変換効率低下を防止することができる。
　図８は実施の形態２における光学素子の光出力特性を示す図であり、フッ硝酸溶液を用いて基板表面から約１００ｎｍの厚みを除去した波長変換素子において、入力パワーと波長変換光の出力パワーの関係を示す。図から明らかなように、基本波入力が１０Ｗを越えても、その入力パワーの２乗に比例した波長変換光の出力が得られる。すなわち、実施の形態１よりも高い入力パワーにおいても、変換効率の低下が見られない。
　図９はＺ軸方向に異方性をもつ表面処理工程前後の光学素子の断面図であり、Ｚ軸方向に異方性をもつウェットエッチング溶液を用いて表面処理した場合の光学素子の断面図を示す。ここで、「Ｚ軸方向に異方性をもつ」とは自発分極の向きに直交する面の方位（＋Ｚ面、－Ｚ面）でエッチング速度が異なることを言う。つまり、自発分極の向きが交互に反転しているため、強誘電体基板１の＋Ｚ面、－Ｚ面それぞれにおいて、エッチング速度の異なる層が交互に存在することになる。この場合、周期分極反転を有する光学素子では＋Ｚ面と－Ｚ面が周期性をもって繰り返され、それぞれの面におけるエッチング速度が異なるために基板表面に周期性をもった段差１３ができる。フッ硝酸溶液は、ＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３基板の＋Ｚ面のエッチング速度よりも－Ｚ面のエッチング速度が速いために（異方性をもつために）ウェットエッチングを行うと分極反転光学素子では周期状の段差１３を形成する。段差１３の大きさはエッチング時間に比例する。本実施の形態では、フッ硝酸溶液を使用して２０分エッチングすることにより、数１０ｎｍの段差が得られた。
　図１０は本発明の段差を有する光学素子の焦電電荷の発生を示す図であり、本実施の形態の表面処理を施した波長変換素子における高温アニール工程時の自発分極の様子を示す。図１０の上図は高温アニール工程前、下図は高温アニール工程中の自発分極を示している。異方性ウェットエッチングにより形成された段差１３が、高温アニール中に生じる焦電電荷１０の移動を妨げるので、焦電電荷１０は、発生した位置に確実に留まる。そのため、段差のない光学素子に比べてより安定かつ効果的に光吸収の低減を行うことができる。
　なお、本実施の形態ではフッ硝酸溶液によるウェットエッチングで基板に段差を設けたが、化学機械研磨（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）を用いることで同様の段差を作製することができる。特に、Ｚ軸方向のエッチング速度差の大きい、酸性あるいはアルカリ性の化学機械研磨溶液は容易に段差を形成することができるために効果的である。
　本実施の形態１及び２では、強誘電体基板としてＺ板のＭｇＯドープＬｉＮｂＯ３基板を用いた説明を行った。しかし、これに限定されることはない。強誘電体基板は、その他に、ＭｇＯドープＬｉＴａＯ３基板、ＮｄドープＬｉＮｂＯ３基板、ＫＴＰ基板、ＫＮｂＯ３基板、ＮｄとＭｇＯとをドープしたＬｉＮｂＯ３基板、あるいはＮｄとＭｇＯとをドープしたＬｉＴａＯ３基板、ＭｇドープＬｉＴａ（１－ｘ）ＮｂｘＯ３（０≦ｘ≦１）等のストイキオメトリック組成の同様の基板などであってもよい。
　本発明は、アニール処理の時の焦電効果を安定に発生させることができるため、結晶歪みのない透明性の高い分極反転構造を持つ光学素子の作製に好適である。さらに、基板表面の変質層、不純物、あるいは電極が完全に除去されているため、基板の絶縁性が確保され、高出力で安定な光学素子を実現することができる。
　また、本発明の光学素子の製造方法は、例えば、Ｍｇをドープした結晶において、周期分極反転構造を有し、高効率かつ安定な波長変換素子等の製造方法として利用可能である。さらに、本発明の光学素子の製造方法により、分極反転領域の安定した形成保持を実現し、結晶歪みのない、透明性の高い光学素子を提供できる。また、高出力時に光出力が安定である高い信頼性を有する分極反転領域を備えた光学素子を提供できる。
　また本実施の形態１及び２では、分極反転構造を利用した光学素子として波長変換素子を例にあげて説明した。しかし波長変換素子への応用だけではなく、分極反転構造を持つ光学素子は、プリズム形状やグレーティング形状に形成すれば、偏向器を作製できる。この偏向器は、例えば、その位相シフト、光変調器、レンズ、等に応用できる。また、分極反転領域に電圧を印加すれば電気光学効果による屈折率変化を起こすことができる。このため、これを利用した光学素子が実現できる。例えば、電界により屈折率変化を制御できるため、屈折率変化を形成した光学素子は、スイッチ、偏向器、変調器、位相シフタ、ビーム整形等に応用できる。本発明の光学素子の製造方法は、安定かつ透明性の高い分極反転構造の形成を可能とするため、これらの光学素子の高性能化を可能にする。
　本発明にかかる光学素子の製造方法は、分極反転構造を備える光学素子を提供することが求められる分野で有用である。特に、本発明にかかる光学素子の製造方法は、分極反転領域の安定した形成保持を実現し、高出力時の光出力が安定で高い信頼性を有する分極反転領域を備えた光学素子を実現できるので、加工、光情報処理や光応用計測制御分野に使用されるコヒーレント光源を応用した波長変換素子、偏向素子、光スイッチ、位相変調器、等に応用される分極反転領域を有する光学素子として有用である。

Claims (13)

  1. 強誘電体基板の＋Ｚ面と－Ｚ面に金属膜を形成して電極を作製する電極形成工程と、
    前記＋Ｚ面に形成された前記金属膜を周期電極に形成する周期電極形成工程と、
    前記周期電極と前記－Ｚ面の電極との間に電圧を印加して前記強誘電体基板の内部に分極反転領域を形成する分極反転形成工程と、
    前記電極および前記周期電極ならびに前記強誘電体基板の＋Ｚ面と－Ｚ面の表面層を除去する表面処理工程と、
    前記表面層を削除した強誘電体基板に所定の熱を加えるアニール工程とから成る光学素子の製造方法。
  2. 前記強誘電体基板がＭｇドープＬｉＴａ（１－ｘ）ＮｂｘＯ３（０≦ｘ≦１）である請求項１記載の光学素子の製造方法。
  3. 前記強誘電体基板の結晶が、ストイキオメトリック組成である請求項２記載の光学素子の製造方法。
  4. 前記分極反転領域の分極反転幅は、２μｍ以上である請求項１記載の光学素子の製造方法。
  5. 前記表面処理工程における表面層の除去深さは、前記強誘電体表面から１０ｎｍより大きい請求項１記載の光学素子の製造方法。
  6. 前記表面処理工程における表面層の除去を、ドライエッチングまたはウェットエッチングあるいは研磨により行う請求項１記載の光学素子の製造方法。
  7. 前記強誘電体基板の＋Ｚ面と－Ｚ面とにおいて、隣接する分極反転領域とに段差を形成する請求項１記載の光学素子の製造方法。
  8. 前記段差の形成を、前記強誘電体基板のＺ軸方向にエッチング速度の異方性をもつエッチング溶液でウェットエッチングすることにより行う請求項７記載の光学素子の製造方法。
  9. 前記エッチング溶液が、フッ硝酸溶液である請求項８記載の光学素子の製造方法。
  10. 前記段差の形成を、前記強誘電体基板のＺ軸方向に研磨速度の異方性をもつ研磨剤を用いた研磨により行う請求項７記載の光学素子の製造方法。
  11. 前記アニール工程前における前記強誘電体基板の＋Ｚ面と－Ｚ面には、所定の抵抗率を持つ酸化シリコン膜が設けられている請求項１記載の光学素子の製造方法。
  12. 前記所定の抵抗率が、１０５Ω／□以上であることを特徴とする請求項１１記載の光学素子の製造方法。
  13. 前記強誘電体基板が絶縁体の上に保持された状態で前記アニール工程が行われる請求項１記載の光学素子の製造方法。
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