WO2022249234A1 - 波長変換装置及び波長変換装置の製造方法 - Google Patents

波長変換装置及び波長変換装置の製造方法 Download PDF

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heat transfer
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飛鳥 井上
啓 渡邉
修 忠永
晃次 圓佛
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    • G02F1/377—Non-linear optics for second-harmonic generation in an optical waveguide structure

Definitions

  • the present disclosure relates to a wavelength conversion device and a method for manufacturing the wavelength conversion device.
  • Optical elements capable of generating and modulating coherent light over a wavelength band from ultraviolet to visible light and even terahertz are applied in various fields of optical communication systems. Such fields include, for example, wavelength conversion of optical signals, optical modulation, optical measurement, and optical processing. Among them, optical elements utilizing nonlinear optical effects are known to have excellent characteristics in terms of wavelength conversion and electro-optical effects.
  • an optical material having a nonlinear optical effect and an electrooptic effect for example, oxide-based materials such as lithium niobate (LiNbO 3 : hereinafter also referred to as “LN”) and lithium tantalate (LiTaO 3 : hereinafter also referred to as “LT”) are used.
  • LNbO 3 lithium niobate
  • LT lithium tantalate
  • Such an oxide-based compound substrate has a high second-order nonlinear optical constant and a high electro-optic constant, and is transparent in a wide wavelength band, so that it is
  • Periodically Poled Lithium Niobate (hereinafter also referred to as "PPLN”) having a periodically poled structure, and Periodically Poled Lithium Tantalate: hereinafter also referred to as “PPLT”) is widely used.
  • the periodically poled structures of PPLN and PPLT are formed by taking advantage of the property of spontaneous polarization at room temperature.
  • An optical material having a periodically poled structure has high phase matching, and as a result, has a high second-order nonlinear optical effect.
  • Second-Harmonic Generation (hereinafter also referred to as “SHG”) and Difference Frequency Generation (hereinafter also referred to as “DFG”) as optical devices using high nonlinearity of PPLN and PPLT ) and a wavelength conversion element using Sum-Frequency-Generation (hereinafter also referred to as “SFG”) are known.
  • SHG Second-Harmonic Generation
  • DFG Difference Frequency Generation
  • mid-infrared light there are absorption bands caused by normal vibrations of various environmental gases represented by carbon dioxide.
  • mid-infrared light sources that apply this absorption band to optical measurement
  • difference frequency generation excitation light with a wavelength of around 1 ⁇ m and an optical signal with a wavelength in the communication wavelength band are used.
  • wavelength conversion technology using DFG can collectively convert light in the 1.55 ⁇ m wavelength band used in optical communication systems into another wavelength band.
  • Such wavelength conversion technology can realize optical routing in wavelength division multiplexing, collision avoidance of wavelengths in optical routing, and the like, and is therefore applied to construct a large-capacity optical communication network.
  • wavelength conversion technology using DFG includes signal distortion compensation that utilizes the fact that converted light becomes light that is phase conjugate with respect to signal light.
  • Signal distortion compensation converts the signal light into phase conjugate light at the intermediate point of the optical transmission line, and corrects the signal distortion caused by the dispersion of the optical fiber and the nonlinear optical effect in the optical transmission line before the conversion. This is done by propagating destructively in . Therefore, wavelength conversion technology is also used as a technology capable of reducing signal distortion caused by dispersion and nonlinear optical effects in optical communications using optical fibers.
  • a wavelength conversion element with high wavelength conversion efficiency can constitute an optical amplifier for signal light using optical parametric amplification caused by energy transfer from pump light to signal light.
  • a phase sensitive amplifier having amplification characteristics corresponding to the phase relationship between pump light and signal light is desired to be developed as a low-noise optical amplifier in which noise is not mixed in principle.
  • An optical waveguide type optical device is promising for improving the efficiency of wavelength conversion of a wavelength conversion element using a PPLN. This is because the wavelength conversion efficiency is proportional to the power density of light propagating through a nonlinear medium, and an optical waveguide type optical device can confine light in a limited region due to the optical waveguide structure.
  • oxide-based compound material substrates such as LN and LT have large electro-optic constants in addition to second-order nonlinear optical constants, and are widely used as optical modulators using the electro-optic effect.
  • an optical waveguide type optical device a device using a diffusion type optical waveguide represented by a titanium diffusion waveguide has been commercialized.
  • a ridge-type optical waveguide is described, for example, in Non-Patent Document 1, and has features such as high resistance to optical damage, long-term reliability, and ease of device design.
  • a ridge-type optical waveguide formed by a direct bonding method enables high-power optical input, and is expected to be applied to generation of optical modulation signals with high optical intensity and laser processing technology.
  • a ridge-type optical waveguide structure has a structure in which a core is sandwiched between two clad layers. This structure is formed by thinning one of the dissimilar material bonded substrates formed by bonding two substrates with different refractive indices, performing ridge processing, and then forming an over-cladding layer.
  • the refractive index of nonlinear optical materials generally has temperature dependence. Especially when it is necessary to strictly satisfy the quasi phase matching condition, it is necessary to keep the temperature of the wavelength conversion element constant. For this reason, the wavelength conversion element, which is a nonlinear optical element, is usually installed together with a temperature measuring element such as a thermistor or thermocouple, and the temperature is monitored by measuring the resistance value. A temperature control unit such as a heater or a Peltier element performs feedback control based on the measured temperature to keep the operating wavelength conversion element at a constant temperature.
  • wavelength conversion elements using ferroelectric crystal materials such as PPLN are used for wavelength conversion
  • the refractive index inside the wavelength conversion element changes due to the irradiation of short-wave light, causing optical damage in which the characteristics deteriorate. cause a phenomenon called As a method for suppressing the effect of optical damage on the characteristics, it is known to operate the wavelength conversion element at a high temperature, and a method using a temperature control unit has also been proposed to achieve high-temperature operation.
  • a technique for stably operating a wavelength conversion element at an arbitrary temperature, especially at a high temperature is important from the viewpoint of improving the efficiency of wavelength conversion and ensuring long-term reliability.
  • the wavelength conversion device described in Patent Document 1 includes a wavelength conversion element, a multiplexer for combining signal light and excitation light input to the wavelength conversion element, and wavelength-changed signal light and excitation light by the wavelength conversion element. It comprises a demultiplexer for demultiplexing, a temperature control element, an upper member provided between the temperature control element and the wavelength conversion element, and a metal housing for sealing the above configuration.
  • the upper member is a metal member for uniformly controlling the temperature of the entire wavelength conversion element.
  • the linear expansion coefficient of the top member and the bottom member is set to the linear expansion coefficient of the temperature control element It is described that it is preferably approximately equal to .
  • FIG. 7 is a diagram for explaining deformation due to thermal stress in the wavelength conversion device.
  • the wavelength conversion device shown in FIG. 7 includes an optical waveguide core 310, a wavelength conversion element 330 having an overcladding layer 340 and a substrate 320, an upper member 270, a temperature control element 260, and a metal housing 290 for sealing the above configuration.
  • the temperature control element 260 is provided on the top surface of the bottom member 280 of the metal housing 290 .
  • the direction in which the signal light (not shown) is input to the wavelength conversion element 330 is taken as the x-axis, and the larger side of the z-axis is set "above" the smaller side.
  • the upper member 270 and the bottom member 280 are deformed by thermal stress due to heat generated by the temperature control element 260 .
  • the thermal expansion coefficients of the bottom member 280 and the top member 270 are both set substantially equal to the thermal expansion coefficient of the temperature control element 260 to prevent deformation of the top member 270 and the bottom member 280 due to thermal stress. is suppressed.
  • temperature control element 260 is interposed between top member 270 and bottom member 280 .
  • the temperature control element 260 is, for example, a Peltier element, and in order to efficiently transmit heat generation and heat absorption effects to the upper member 270 and the bottom member 280, it is soldered, silver paste, or a conductive adhesive such as a resin material. are joined by
  • bonding structure When the upper member 270 and the wavelength conversion element 330 having different coefficients of thermal expansion are bonded together, a structure (hereinafter referred to as “bonding structure”).
  • a structure hereinafter referred to as “bonding structure”.
  • the upper member 270 and the wavelength conversion element 330 are bonded with a conductive adhesive made of metal such as solder or silver paste, since the elastic modulus of the conductive adhesive is relatively large, the warp of the bonding structure can be followed. It is not possible to suppress the warpage. Warpage of the junction structure causes an increase in insertion loss due to misalignment of the optical axis of the wavelength conversion device, malfunction of temperature control due to poor junction with the temperature control element 260 , and deterioration of optical characteristics such as stress distortion of the wavelength conversion element 330 . Such deterioration of optical characteristics ultimately leads to deterioration of long-term reliability of the wavelength conversion device.
  • the present disclosure has been made in view of the above points.
  • the purpose is to improve the quality of life.
  • one aspect of the present invention is a wavelength conversion device, comprising: a wavelength conversion element for inputting excitation light and signal light and outputting wavelength-converted converted output signal light; a temperature control section for controlling the temperature of the element; a heat transfer member provided between the wavelength conversion element and the temperature control section for transferring heat between the temperature control section and the wavelength conversion element; a sheet-shaped resin layer provided between the wavelength conversion element and the heat transfer member, and at least a part of the sheet-shaped resin layer is bonded to the wavelength conversion element on the surface facing the wavelength conversion element. Then, the surface facing the heat transfer member is adhered to the heat transfer member.
  • Another aspect of the present invention is a method of manufacturing a wavelength conversion device having a wavelength conversion element, comprising: a heat transfer member for transferring heat of a temperature control section for controlling the temperature of the wavelength conversion element to the wavelength conversion element; a step of inserting a sheet-shaped resin layer between the wavelength conversion element and a step of pressing and hardening the sheet-shaped resin layer to adhere the wavelength conversion element and the heat transfer member; a step of housing the wavelength conversion element and the heat transfer member in a partially open housing, and inserting the temperature control unit between the bottom surface member of the housing and the heat transfer member; and sealing the opening of the housing.
  • the stress applied to the wavelength conversion element during temperature control of the wavelength conversion element can be alleviated, the controlled temperature can be made uniform, and stable operation and long-term reliability improvement of the wavelength conversion device can be realized. .
  • FIG. 3 is a schematic exploded perspective view of part of the wavelength conversion element device shown in FIG. 2;
  • (a) is a schematic cross-sectional view of part of the wavelength conversion device of the first embodiment taken along the yz plane in the figure.
  • (b) is a schematic cross-sectional view of part of the wavelength conversion device of the first embodiment taken along the xz plane in the figure.
  • (a), (b) and (c) are diagrams for explaining a method of manufacturing a wavelength conversion element.
  • (a) is a schematic cross-sectional view of part of the wavelength conversion device of the second embodiment taken along the yz plane in the figure.
  • (b) is a schematic cross-sectional view of part of the wavelength conversion device of the second embodiment taken along the xz plane in the figure. It is a figure for demonstrating the deformation
  • the present embodiment a first embodiment and a second embodiment of the present invention (hereinafter, the first embodiment and the second embodiment will be collectively referred to as "the present embodiment”) will be described.
  • the same members are denoted by the same reference numerals, and the description thereof may be partly omitted.
  • all of the drawings are schematic diagrams for explaining the shape and configuration of the wavelength conversion device of the present embodiment, the positional relationship of each part of this configuration, and the technical concept. It is not limited to the one that shows the width, thickness, etc. accurately.
  • FIGS. 1(a) and 1(b) are diagrams for explaining the outline of the present embodiment.
  • FIG. 1(a) is a schematic diagram showing warpage in a conventional wavelength conversion device during high-temperature operation
  • FIG. 1(b) is a schematic diagram showing a structure for eliminating warpage in the wavelength conversion device of this embodiment.
  • the wavelength conversion device includes an upper member 100 provided for heat conduction between a temperature control element such as a Peltier element and a wavelength conversion element 200. are connected through
  • a temperature control element such as a Peltier element
  • the wavelength conversion element 200 and the upper member 100 are adhered with a conductive adhesive.
  • the wavelength conversion element 200 and the upper member 100 are bonded by an adhesive sheet 300 including a sheet or film-like resin layer instead of being bonded with a conductive adhesive.
  • the adhesive sheet 300 has a lower modulus of elasticity than solder or silver paste, is flatter than a conductive adhesive made of resin, and is sufficiently flexible to reduce deformation of the upper member 100 . It has a thickness that gives it rigidity.
  • sheet and film both refer to relatively thin and uniform members, and do not define their thickness or flatness.
  • the wavelength conversion element 200 is adhered to the upper member 100 with a conductive adhesive, and the temperature control element is operated under conditions where the environmental temperature of the wavelength conversion element is, for example, 600° C. or higher. 2, the wavelength conversion element 200 and the upper member 100 are heated by the heat H generated by the temperature control element and expand by different factors. At this time, the conductive adhesive is deformed according to the stress caused by the difference in the expansion ratio, and the joint structure that joins the two is warped.
  • the adhesive sheet 300 has a lower elastic modulus than solder or silver paste, and can be thicker and more uniform than a liquid conductive adhesive using resin. Such an adhesive sheet 300 has higher rigidity than a liquid conductive adhesive, and can reduce deformation of the upper member 100, suppress stress applied to the wavelength conversion element 200, and suppress warping of the joint structure. can.
  • the wavelength conversion element 200 is adhered to the upper member 100 by applying a liquid conductive adhesive.
  • the in-plane distribution of thermal conductivity can be reduced, and the control temperature applied to the wavelength conversion element 200 can be made uniform.
  • the adhesive sheet 300 having a uniform thickness can easily fix the wavelength conversion element 200 horizontally to the upper member 100 .
  • the wavelength conversion device of this embodiment will be specifically described below.
  • FIG. 2 is a schematic perspective view for explaining the wavelength conversion device 30 of the first embodiment.
  • the wavelength conversion device 30 includes a metal housing 28 and a multiplexer 14 that multiplexes the signal light 1a input to the wavelength conversion element 33 provided inside the metal housing 28 and the excitation light (not shown in the figure). and a demultiplexer 15 for demultiplexing the converted output signal light 3c wavelength-converted by the wavelength conversion element 33 and the excitation light (not shown).
  • the signal light 1a is a fundamental wave with a wavelength of 1550 nm
  • the converted output signal light 3c is a signal light with a wavelength of 775 nm, which is the second harmonic of the fundamental wave.
  • the metal housing 28 has a bottom member 28A and a cover member 28B provided on the bottom member 28A.
  • the wavelength conversion element 33 including the optical waveguide core 31, the substrate 32 and the over-cladding layer 34, the temperature control element 26, the upper member 27, the substrate 32 and the upper member 27 of the wavelength conversion element 33. and a sheet-like resin layer provided between.
  • a sheet-shaped resin layer is formed from an adhesive material, and the wavelength conversion element 33 and the upper member 27 are bonded by the sheet-shaped resin layer.
  • the sheet-like adhesive layer is the adhesive sheet 35 .
  • the temperature control element 26 of the first embodiment is, for example, a Peltier element, which generates heat on the surface facing the wavelength conversion element 33 and absorbs heat on the surface facing the bottom member 28A. The amount of heat generated and absorbed is controlled by the current supplied to the temperature control element 26 .
  • the upper member 27 is located between the wavelength conversion element 33 and the temperature control element 26 and functions as a heat transfer member that transfers heat generated by the temperature control element 26 to the wavelength conversion element 33 .
  • the material of the upper member 27 preferably contains one or more metals selected from stainless steel, copper-molybdenum steel, carbon steel, chromium-molybdenum steel, copper, phosphorus-deoxidized copper, oxygen-free copper, phosphor bronze, or brass. In the first embodiment, oxygen-free copper is used as the upper member 27 .
  • the bottom member 28A and the cover member 28B are joined to seal the above configuration.
  • the cover member 28B has an input port 400 for inputting the signal light 1a and an output port 401 for outputting the converted output signal light 3c.
  • the upper and lower sides are defined according to the coordinate system shown in FIG. 2, and the side with the larger z coordinate is defined as "above” or "above” the side with the smaller z coordinate.
  • An optical fiber connects between the optical waveguide core 31 and the input port 400 and between the output port 401 and the optical waveguide core 31, respectively.
  • the branching filter 15 provided between the optical waveguide core 31 and the optical fiber on the output port 401 side reflects the pumping light (not shown) and transmits the converted output signal light 3c.
  • the branching filter 15 on the output port 401 side transmits the excitation light, reflects the converted output signal light 3c, and the reflected light is optically transmitted to the optical fiber on the output port 401 side.
  • the first embodiment uses a 45-degree mirror as the demultiplexer 15 .
  • the demultiplexer 15 functions as a selective transmission/reflection section in the first embodiment.
  • the bottom member 28A is preferably a member with high mechanical strength.
  • the material of the bottom member 28A preferably contains one or more metals selected from tungsten, molybdenum, kovar, copper tungsten steel, stainless steel, or copper molybdenum steel.
  • stainless steel is used as the bottom member 28A.
  • a dry gas 302 is sealed inside the metal housing 28 to prevent dew condensation during temperature control.
  • the inside of the metal housing 28 means the atmosphere around the wavelength conversion element 33, the temperature control element 26, the upper member 27, and the bottom member 28A sealed in the metal housing 28.
  • FIG. Dry gas 302 preferably contains one or more selected from nitrogen, oxygen, argon, and helium. In the first embodiment, nitrogen gas is used as the dry gas 302 .
  • the optical waveguide core 31 is an optical waveguide through which the signal light 1a is selectively transmitted without loss of intensity.
  • the wavelength conversion element 33 having the optical waveguide core 31 is an optical waveguide type wavelength conversion element.
  • the structure of the optical waveguide core 31 is not particularly limited as long as it has a function of outputting wavelength-converted converted output signal light 3c having a wavelength different from that of the signal light 1a when the wavelength of the signal light 1a is input.
  • a structure in which the second-order nonlinear constant changes periodically along the traveling direction of light or with a period given a predetermined modulation to achieve quasi-phase matching for a single wavelength or multiple wavelengths, for example , multi-QPM (Quasi Phase Matching) elements can also be employed.
  • the size of the optical waveguide core 31 is not particularly limited, and even if the core diameter is relatively large (10 ⁇ m) or larger, which allows light to propagate in multimode, light can propagate in single mode. It may have a small core diameter (10 ⁇ m) or less. Further, it may be an optical waveguide in which the core layer is thinned by the smart cut method or the like to try to reduce the core size, and the core diameter is very small (in units of nm). Also, the shape of the core is not particularly limited, and may be square, rectangular, trapezoidal, or any shape that can be processed.
  • the substrate 32 is a ferroelectric substrate that is transparent to the signal light 1a, that is, does not absorb light.
  • the substrate 32 functions as an undercladding layer for the optical waveguide core 31 when constructing the ridge-type optical waveguide, and receives the signal light 1a, excitation light (not shown), and wavelength conversion light rather than the optical waveguide core 31 . It is necessary that the converted output signal light 3c has a low refractive index.
  • Ferroelectric materials employed for the substrate 32 include LiNbO 3 , KNbO 3 (potassium niobate), LiTaO 3 (lithium tantalate), LiNb(x)Ta( 1-x )O 3 (0 ⁇ x ⁇ 1) ( non-stoichiometric lithium tantalate), or KTiOPO 4 (potassium titanate phosphate), and at least one selected from Mg (magnesium), Zn (zinc), Sc (scandium), and In (indium) Those containing it as an additive are preferred.
  • the overcladding layer 34 may be made of the same material as the substrate 32, which is the undercladding layer.
  • the overcladding layer 34 may be air, chemical vapor deposition (CVD), flame hydrolysis deposition (FHD), glass deposited by sputtering, or the like.
  • the over-cladding layer 34 is not particularly limited in terms of refractive index, and may be of any size as long as it has dimensions and shape for optical waveguide structural design.
  • the overcladding layer 34 may be formed as required.
  • the target is the wavelength conversion element 33 of the ridge-type optical waveguide in which the core layer that becomes the optical waveguide core 31 and the substrate 32 (undercladding layer) are directly bonded. That is, the wavelength conversion element 33 has a structure composed of an under clad layer, an over clad layer, and a core layer, and has an optical waveguide structure in which light propagates inside the core layer. Since the under-cladding layer and the core layer are directly bonded to each other, they have high resistance to optical damage, so that excitation light with a very high power density can be input into the optical waveguide.
  • FIG. 3 is a schematic exploded perspective view of the wavelength conversion element 33, adhesive sheet 35, upper member 27 and temperature control element 26 shown in FIG.
  • FIG. 4(a) is a schematic cross-sectional view of the wavelength conversion element 33, the adhesive sheet 35, the upper member 27 and the temperature control element 26 shown in FIG. 2 taken along the yz plane in the figure.
  • FIG. 4(b) is a schematic cross-sectional view of the wavelength conversion element 33, the adhesive sheet 35, the upper member 27 and the temperature control element 26 shown in FIG. 2 taken along the xz plane.
  • the adhesive sheet 35 of the first embodiment is provided on the entire surface between the wavelength conversion element 33 and the upper member 27.
  • the adhesive sheet 35 is an adhesive sheet made of a material containing at least one of epoxy resin and polyimide resin. Such an adhesive sheet 35 also functions as an adhesive for bonding the substrate 32 of the wavelength conversion element 33 and the upper member 27 together.
  • the surface 35 a of the adhesive sheet 35 facing the wavelength conversion element 33 adheres to the wavelength conversion element 33 and the surface 35 b facing the upper member 27 adheres to the upper member 27 .
  • such a configuration is not limited to covering the entire surface of the adhesive sheet 35 , and may be a part of the adhesive sheet 35 .
  • the lower surface of the substrate 32 of the wavelength conversion element 33 and the upper surface of the upper member 27 are connected via the adhesive sheet 35, and there are at least some portions that do not come into direct contact.
  • the range in which the surface 35a of the adhesive sheet 35 adheres to the wavelength conversion element 33 and the surface 35b adheres to the upper member 27 is a range in which deformation of the upper member 27 is reduced. meets
  • the adhesive sheet 35 of the first embodiment has elasticity necessary for alleviating the stress applied to the wavelength conversion element by the upper member 27, and can efficiently conduct heat from the temperature control element 26 to the substrate 32. Anything is fine.
  • the adhesive sheet 35 may have any thickness as long as it fits inside the metal housing and does not interfere with other members. From the viewpoint of flatness and prevention of warping of the bonding structure, the thickness of the adhesive sheet 35 of the first embodiment is preferably 10 ⁇ m or more and 200 ⁇ m or less, for example.
  • the adhesive sheet 35 of the first embodiment is not limited to one made of at least one of epoxy resin and polyimide resin as described above, and the elastic modulus, thermal conductivity and rigidity satisfy the required performance. Any material may be used if desired.
  • a thermosetting resin is used for the adhesive sheet 35, but the present invention is not limited to this.
  • a material that cures by any method may also be used. Such a curing method includes, for example, a photocuring method.
  • the adhesive sheet 35 mainly includes curing agents, elastomers, fillers, curing accelerators, coupling agents, etc., in addition to epoxy resins or polyimide resins.
  • Adhesive sheet 35 is produced by mixing such materials to form a layer of the adhesive composition on a support film, followed by heating and drying to bring it into a semi-cured state.
  • the support film include films of polytetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, polymethylpentene, polyethylene terephthalate, polyimide, and the like.
  • the thickness of the support film may be, for example, about 10 ⁇ m to 200 ⁇ m.
  • the adhesive composition may be applied to the support film by a known method to prepare the adhesive sheet 35.
  • Examples of the application method include a knife coating method, a roll coating method, and a spray coating method. , a gravure coating method, a bar coating method, a curtain coating method, or the like may be used. Conditions for drying by heating are not particularly limited as long as the solvent used is sufficiently volatilized. After the surfaces 35a and 35b of the adhesive sheet 35 are attached to the substrate 32 and the upper member 27 of the wavelength conversion element 33, the adhesive sheet 35 is further heated to change from a semi-cured state to a fully cured state.
  • the adhesive sheet 35 of the first embodiment is attached to the wavelength conversion element 33 and the upper member 27, and has excellent stress relaxation properties due to its smaller elastic modulus than solder or silver paste. Therefore, it is the most suitable adhesive for bonding dissimilar materials with different coefficients of thermal expansion.
  • the adhesive sheet 35 is extremely flat due to the properties of the sheet or film, it is possible to realize an adhesive layer that is flatter than the applied liquid adhesive.
  • the adhesive sheet 35 is made of a resin material, it has a relatively good elongation and can be easily embedded in the fine irregularities of the substrate 32 and the upper member 27 of the wavelength conversion element 33, thereby increasing the adhesive area. can. By such an action, the adhesion to the substrate 32 and the upper member 27 and the thermal conductivity can be enhanced.
  • the adhesive sheet 35 can adhere the surfaces 35a and 35b to the substrate 32 or the upper member 27 and ensure the thickness between the surfaces 35a and 35b. For this reason, the adhesive sheet 35 has higher rigidity than a liquid adhesive made of a similar resin, and can reduce deformation of the upper member 27 and reduce warping of the joint structure with the wavelength conversion element 33 . can.
  • the wavelength conversion device 30 of the first embodiment can relieve the stress applied to the wavelength conversion element during temperature control of the wavelength conversion element, and can realize stable operation and improved long-term reliability.
  • the post-curing elastic modulus and thermal expansion coefficient of the adhesive sheet 35 can be adjusted.
  • the elastic modulus of the adhesive sheet 35 is made smaller than the elastic modulus of a liquid adhesive made of a similar resin, the warping of the bonding structure between the substrate 32 and the upper member 27 can be further alleviated. can be done. Further, for example, it is preferable to adjust the amount of filler mixed so that the coefficient of thermal expansion of the adhesive sheet 35 approaches that of the substrate 32 and the upper member 27 .
  • the sheet-like adhesive sheet 35 having a flat structure and having a smaller elastic modulus than known adhesive materials, the stress applied to the wavelength conversion element is relaxed and the temperature (control) applied to the wavelength conversion element 33 is reduced. temperature) is made uniform, and flat bonding between the wavelength conversion element 33 and the upper member 27 becomes possible. With such a configuration, it is possible to realize a wavelength conversion device with high optical characteristics and long-term reliability compared to known wavelength conversion devices.
  • the manufacturing method of the wavelength conversion device of the first embodiment which will be described with reference to FIG. a step of processing the core substrate 311 to form an optical waveguide; a step of dividing the substrate 32 and the core substrate 311 into chips of the wavelength conversion element 33; 27 and a step of attaching the adhesive sheet 35 therebetween. Such steps will be sequentially described below.
  • (Substrate bonding process) 5(a), 5(b) and 5(c) are diagrams for explaining the manufacturing method of the wavelength conversion element 33 having a ridge type optical waveguide.
  • a substrate 32 and a core substrate 311, which is a substrate serving as a core layer are directly bonded.
  • the core substrate 311 is a substrate of nonlinear optical material.
  • Direct bonding is a bonding technique that does not use an adhesive, and can improve resistance to light loss when high-intensity light is input. By selecting substrates 32 and core substrates 311 whose coefficients of thermal expansion are as close as possible in the bonding step, cracking of the substrate 32 can be suppressed in the subsequent heat treatment process.
  • Direct bonding is a method in which the surfaces of the substrate 32 and the core substrate 311 are treated using chemicals, then the substrate 32 and the core substrate 311 are placed on top of each other, and the two are bonded using the attractive force between the surfaces.
  • the surface treatment is performed by optimizing the conditions such as the temperature and the type of chemicals according to the types and combinations of the substrates 32 and core substrates 311 to be bonded.
  • the bonding of the substrate 32 and the core substrate 311 must be performed in a clean atmosphere in which microparticles are minimized.
  • direct bonding is performed at room temperature, but since the bonding strength at this time is small, it is necessary to perform heat treatment at a high temperature after that and perform diffusion bonding to improve the bonding strength.
  • the bonded substrate 32 and core substrate 311 are free from microparticles and the like on the bonded surfaces, are void-free, and do not generate cracks or the like at room temperature.
  • Direct bonding which allows substrates to be strongly bonded without using adhesives, etc., has features such as high optical damage resistance, long-term reliability, and ease of device design. This leads to stabilization of wave path characteristics.
  • in light generation in the mid-infrared region using difference frequency generation, which is a type of nonlinear optical effect there is also the advantage of being able to avoid contamination by impurities and absorption by adhesives and the like.
  • the core substrate 311 bonded to the substrate 32 is thinned as shown in FIG. 5(b).
  • the method of thinning is not particularly limited, and thinning by grinding or polishing or thinning by smart cut may be used.
  • thinning by grinding and polishing an apparatus in which the flatness of the surface plate for grinding and polishing is controlled is used to carry out grinding and polishing until an optical waveguide exists at an arbitrary depth.
  • a mirror polished surface (optical end face) can be obtained by performing a polishing process after the grinding and polishing step.
  • the parallelism of the substrate as a whole can be obtained by measuring the parallelism of the substrate (the difference between the maximum height and the minimum height of the substrate) using an optical parallelism measuring instrument.
  • the thinning process using SmartCut mainly includes two processes: the ion implantation process and the thin film peeling process.
  • the ion implantation process helium or hydrogen ions are implanted into a substrate that needs to be thinned with a second-order nonlinear optical effect. Ions are implanted from the surface of the core substrate 311 under a controlled acceleration voltage and a controlled dose, and trapped at a certain depth from the surface.
  • the ions used are desirably smaller than the atoms forming the core substrate 311, such as hydrogen and helium.
  • the substrate peeling step is a step of heat-treating the core substrate 311 implanted with ions and peeling the core substrate 311 along the damaged layer in the core substrate 311 .
  • the heat treatment temperature in the substrate peeling step is performed at the Curie temperature of the secondary nonlinear optical crystal or less so as not to destroy the patterned polarization direction.
  • the thinned core substrate 311 is then processed to form the optical waveguide core 31, as shown in FIG. 5(c).
  • the formation method of the optical waveguide is not particularly limited, and a known method such as a dry etching process or cutting out the optical waveguide with a dicing saw may be used.
  • the formation of the optical waveguide core 31 by dry etching is performed by etching the surface of the core substrate 311 using a dry etching apparatus.
  • a resist pattern of an optical waveguide is formed on the surface of the core substrate 311 by a known photolithography process.
  • An optical waveguide is formed by dry etching using the formed resist pattern as a mask.
  • each of the divided substrate 32 and core substrate 311 is chipped so as to form the wavelength conversion element 33 of one chip. Dicing may be performed using a dicing saw, but the processing method is not particularly limited. Further, optical loss can be reduced when light enters or exits the chip by optically polishing the end face of the chip or coating it with an antireflection film after chipping. In the first embodiment, the optical characteristics of the chipped wavelength conversion element 33 are further evaluated.
  • the wavelength conversion element 33 manufactured by the above steps is fixed to the upper surface of the upper member 27.
  • an adhesive sheet 35 is inserted between the substrate 32 of the wavelength conversion element 33 and the upper surface of the upper member 27, and pressurized and heated to bond the substrate 32 and the upper member 27 together.
  • Such bonding is a well-known bonding technique for conductive adhesives.
  • the upper member 27, the bottom member 28A, and the temperature control element 26 between them are inserted and fixed inside the cover member 28B whose upper surface is open. Store later.
  • the metal housing 28 is hermetically sealed by seam welding the upper surface of the cover member 28B of the metal housing 28 and the surrounding side surfaces in the atmosphere of the dry gas 302 .
  • FIG. 6(a) is a schematic cross-sectional view of the wavelength conversion element 33, the adhesive sheet 35, the upper member 27, and the temperature control element 26 of the second embodiment shown in FIG. is.
  • FIG. 6(b) is a schematic cross-sectional view of the wavelength conversion element 33, the adhesive sheet 35, the upper member 27 and the temperature control element 26 shown in FIG. 2 taken along the xz plane.
  • the second embodiment is different from the first embodiment in that a non-formation region 350, in which no adhesive sheet is formed, is formed between the substrate 32 and the upper member 27 instead of the adhesive sheet 35 of the first embodiment. It differs from the embodiment.
  • the non-formation region corresponds to the resin layer non-formation region of the second embodiment.
  • the second embodiment includes a plurality of adhesive sheets 351, 352, and 353 having a smaller area than the adhesive sheet 35 of the first embodiment, and bonds the substrate 32 and the upper member 27 together.
  • non-formation regions 350 are formed on both sides of the adhesive sheets 351, 352, and 353 where no adhesive sheet is formed.
  • the adhesive sheets 351, 352, and 353 all have the same length in the y direction as the adhesive sheet, but the length in the x direction is the same as that of the adhesive sheet 35. is shorter than
  • Such adhesive sheets 351 , 352 , 353 are arranged in stripes on the upper surface of the upper member 27 .
  • the surface 351a of the adhesive sheet 351 facing the substrate 32 adheres to the substrate 32
  • the surface 351b facing the upper member 27 adheres to the upper member 27.
  • FIG. Although illustration is omitted, the surfaces facing the substrate 32 and the surfaces facing the upper member 27 of the adhesive sheets 352 and 353 are also bonded to the opposing surfaces.
  • the adhesive sheet can be processed into any size and shape by punching or laser processing. Therefore, the substrate 32 and the upper member 27 can be partially bonded together in addition to bonding the entire surface of the substrate 32 described in the first embodiment. With such a configuration, it is possible to selectively adjust the temperature of only a portion of the wavelength conversion element 33 .
  • a temperature distribution exists inside the wavelength conversion element 33 during its operation. Specifically, the temperature near the light input port and the light output port of the optical waveguide core 31 is higher than the other portions.
  • the second embodiment is effective in selectively adjusting the temperature of a part of the wavelength conversion element 33 and suppressing the temperature distribution in the optical waveguide.
  • a higher effect can be obtained by introducing the dry gas 302 into the metal housing 28 and installing the wavelength conversion element 33 in the atmosphere.

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Abstract

波長変換素子の温度制御時に波長変換素子に加わる応力を緩和し、波長変換装置の安定動作及び長期信頼性の向上を実現する。波長変換装置（３０）を、励起光及び信号光を入力し、波長変換された出力信号光を出力する波長変換素子（３３）と、波長変換素子（３３）の温度を制御する温度制御素子（２６）と、波長変換素子（３３）と温度制御素子（２６）との間に設けられ、温度制御素子（２６）と波長変換素子（３３）との間で熱を伝達する上部部材（２７）と、波長変換素子（３３）と上部部材（２７）との間に設けられるシート状の接着シート（３５）と、を備え、接着シート（３５）の少なくとも一部は、波長変換素子（３３）に向かう面（３５ａ）が波長変換素子（３３）と接着し、上部部材（２７）に向かう面（３５ｂ）が上部部材と接着するように構成する。

Description

波長変換装置及び波長変換装置の製造方法
　本開示は、波長変換装置及び波長変換装置の製造方法に関する。
　紫外線から可視光線、さらにテラヘルツの波長帯域にわたってコヒーレント光の発生や変調が可能な光学素子は、様々な光通信システムの分野に適用される。このような分野としては、例えば、光信号の波長変換や光変調、光計測、光加工がある。中でも非線形光学効果を利用する光学素子は、波長変換や電気光学効果において優れた特性を有することが知られている。非線形光学効果及び電気光学効果を有する光学材料として、例えば、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３：以下、「ＬＮ」とも記す）やタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３：以下、「ＬＴ」とも記す）といった酸化物系化合物基板がある。このような酸化物系化合物基板は、高い二次非線形光学定数及び高い電気光学定数を有し、広い波長帯域において透明であることから光学材料に好適である。
　ＬＮやＬＴの中でも、周期的に分極反転された構造を有する周期分極反転ニオブ酸リチウム（Periodically Poled Lithium Niobate：以下、「ＰＰＬＮ」とも記す）や、周期分極反転タンタル酸リチウム（Periodically Poled Lithium Tantalate：以下、「ＰＰＬＴ」とも記す）が広く用いられている。なお、ＰＰＬＮやＰＰＬＴの周期分極反転構造は、室温で自発分極することが可能な特性を生かして形成される。周期分極反転構造を有する光学材料は、高い位相整合性を有し、この結果として高い二次非線形光学効果等を有する。ＰＰＬＮ、ＰＰＬＴの高い非線形性を用いた光デバイスとして、第二次高調波発生（Second-Harmonic Generation:以下、「ＳＨＧ」とも記す）、差周波発生（Difference Frequency Generation：以下、「ＤＦＧ」とも記す）、和周波発生（Sum-Frequency-Generation：以下、「ＳＦＧ」とも記す）を利用した波長変換素子が知られている。
　例えば、中赤外光である２μｍから５μｍの波長域には、二酸化炭素に代表される様々な環境ガスの基準振動に起因する吸収帯が存在する。この吸収帯を光計測に応用した中赤外光源の一つとして、差周波発生を利用した光源がある。差周波発生には、波長が１μｍ付近にある励起光と、波長が通信波長帯にある光信号が用いられる。また、波長が５００ｎｍ付近の可視光における波長域には、半導体レーザでは実現が難しい波長域が存在する。この波長域の光を発生するため、波長が１μｍ付近の励起光を発生する光源と、第二次高調波発生及び和周波発生により可視光を発生することができる波長変換技術の開発が望まれている。
　また、例えば、ＤＦＧを用いる波長変換技術は、光通信システムに用いられている波長が１．５５μｍ帯の光を一括して別の波長帯に変換することが可能である。このような波長変換技術は、波長分割多重方式における光ルーティングや、光ルーティングにおける各波長の衝突回避等を実現できるため、大容量光通信ネットワークを構築することに適用される。
　また、ＤＦＧを用いる波長変換技術には、変換光が信号光に対して位相共役な光になることを利用した信号歪補償がある。信号歪補償は、光伝送路の中間地点において信号光を位相共役な光に変換し、変換前の光伝送路において光ファイバの分散や非線形光学効果によって発生した信号歪みを変換後の光伝送路において打ち消しあうように伝搬させることによって行われる。このため、波長変換技術は、光ファイバを用いる光通信において分散や非線形光学効果により生じる信号歪みを低減することが可能な技術としても用いられる。
　また、高い波長変換効率を有する波長変換素子は、励起光から信号光へのエネルギー移行により生じる光パラメトリック増幅を用いる信号光の光増幅器を構成することが可能である。特に、励起光と信号光の位相関係に応じた増幅特性を有する位相感応増幅器は、原理的に雑音が混入しない低雑音な光増幅器として開発が望まれている。さらに、光を用いる量子コンピューティングシステムの分野において、非線形光学効果の一つである光パラメトリック発振をする光導波路をファイバリング共振器内に挿入することで、従来のノイマン型の計算機よりも高速に特定の問題を解くことが可能であることが報告されている。
　以上の応用例に適用される技術の更なる高性能化のためには、より高い波長変換効率を有し、かつ長期の信頼性を保持した波長変換装置を実現することが重要となっている。そして、このような波長変換装置の実現には、波長変換効率が高い非線形光学素子の開発が必須である。その候補材料として、ＰＰＬＮが挙げられる。ＰＰＬＮを用いた波長変換素子の波長変換を高効率化するには、光導波路型の光デバイスが有望である。波長変換効率は非線形媒質を伝搬する光のパワー密度に比例し、光導波路型の光デバイスは、光導波路構造によって限られた領域に光を閉じ込めることができるからである。
　上述のように、ＬＮやＬＴ等の酸化物系化合物材料基板は、二次非線形光学定数に加えて電気光学定数も大きく、電気光学効果を用いた光変調器として広く使われている。また、光導波路型の光デバイスとしては、チタン拡散導波路に代表される拡散型の光導波路を用いたものが商用化されている。ただし、これらは高パワー耐性の光入力が困難であるという課題を有し、この課題を解決するため、光導波路をリッジ型にすることが検討されている。リッジ型光導波路は、例えば、非特許文献１に記載されていて、高い光損傷耐性、長期信頼性、デバイス設計の容易さといった特長を有する。特に、直接接合法により形成されるリッジ型光導波路は、高パワーの光入力が可能になり、高光強度の光変調信号の生成やレーザ加工技術等への応用が予想される。
　リッジ型光導波路構造は、コアを二層のクラッド層で挟んだ構造を有する。この構造は、屈折率が異なる２枚の基板を接合して形成された異種材料接合基板の一方の基板を薄膜化した後にリッジ加工し、さらにオーバークラッド層を形成することにより形成される。
　また、一般的に非線形光学材料の屈折率は、温度依存性を有している。特に擬似移送整合条件を厳密に満たす必要がある場合、波長変換素子の温度を一定に保つ必要がある。このため、非線形光学素子である波長変換素子は、通常、サーミスタや熱電対等の測温体と共に設置され、その抵抗値を測定することによって温度をモニターされる。ヒーターやペルチェ素子等の温度制御部は、測定された温度に基づいてフィードバック制御を行って動作中の波長変換素子を一定の温度に保っている。
　また、ＰＰＬＮ等の強誘電体結晶材料を用いた波長変換素子は、波長変換に用いられる場合、短波長の光の照射により波長変換素子内部の屈折率が変化し、特性が劣化する光損傷と呼ばれる現象を生じる。光損傷による特性への影響を抑制する方法として、波長変換素子を高温で動作させることが知られており、高温動作を実現するために温度制御部を用いる方法も提案されている。このように、波長変換素子を任意の温度、特に高温において安定的に動作させる技術は、波長変換の高効率化、長期信頼性の担保の観点から重要である。
　上述のリッジ型光導波路を備える波長変換回路を実際に使用する場合、外気温や外圧の変化に代表される使用環境変化により特性が劣化するのを防ぐため、光の入出力が可能な入出力ポートを備えた金属筐体内に光の入力光と出力光を合分波する合波器及び分波器とともに波長変換素子を格納して使用することが知られている。また、このような構成において、波長変換素子の温度を制御して波長変換効率を最大化するため、金属筐体内部に温度制御素子を備える波長変換装置がある。このような波長変換装置は、例えば、特許文献１に記載されている。
　特許文献１に記載の波長変換装置は、波長変換素子、波長変換素子に入力する信号光と励起光とを合波する合波器、波長変換素子で波長変化された信号光と励起光とを分波する分波器、温度制御素子及び温度制御素子と波長変換素子との間に設けられた上部部材と、以上の構成を密封する金属筐体と、備えている。上部部材は、波長変換素子の全体の温度を均一に制御するための金属部材である。特許文献１には、温度制御素子の温度変化で生じる熱応力による上部部材及び金属筐体の底面部材の変形を抑制するため、上部部材及び底面部材の線膨張係数が温度制御素子の線膨張係数とほぼ等しいことが好ましいことが記載されている。
特開２０２０－８６０３１号公報
S. Kurimura, Y. Kato, M. Maruyama, Y. Usui, and H. Nakajima, "Quasi-Phase-Matched adhered ridge waveguide in LiNbO3," Appl. Phys. Lett. 89, 191123(2006)
　図７は、波長変換装置における熱応力による変形について説明するための図である。図７に示す波長変換装置は、光導波路コア３１０、オーバークラッド層３４０及び基板３２０を有する波長変換素子３３０、上部部材２７０、温度制御素子２６０、以上の構成を密封する金属筐体２９０を備えている。温度制御素子２６０は金属筐体２９０の底面部材２８０の上面に設けられる。なお、図７中に示す座標系は、波長変換素子３３０に不図示の信号光が入力する方向をｘ軸とし、ｚ軸の座標が大きい側が小さい側よりも「上」に設定されている。上部部材２７０と底面部材２８０は、温度制御素子２６０が発生する熱による熱応力を受けて変形する。このため、公知の技術では、底面部材２８０及び上部部材２７０の熱膨張係数を、共に温度制御素子２６０の熱膨張係数とほぼ等しく設定することにより、熱応力による上部部材２７０と底面部材２８０の変形を抑制している。
　図７に示す公知の構成において、温度制御素子２６０は、上部部材２７０と底面部材２８０との間に介挿されている。温度制御素子２６０は、例えばペルチェ素子であり、上部部材２７０と底面部材２８０とに発熱及び吸熱効果を効率的に伝達するために、半田接合や銀ペースト、あるいは樹脂系材料等の導電性接着剤により接合されている。
　上記の接合には、二つの課題がある。その一つは、上部部材２７０と波長変換素子３３０との熱膨張係数の違いにより生じる構造の反りである。この反りは、上部部材２７０と波長変換素子３３０との材料選定により、両者の熱膨張係数を限りなく等しいものにすることによって抑制することができる。しかし、高い熱伝導率を有しながら波長変換素子３３０と熱膨張係数が等しい材料を選定することは困難であり、上部部材２７０と波長変換素子３３０には熱膨張係数の違いが存在する。
　熱膨張係数が相違する上部部材２７０と波長変換素子３３０とを接着すると、温度制御時、特に高温動作時に両者の熱膨張係数の違いにより上部部材２７０と波長変換素子３３０とを接合した構造（以下、「接合構造」と記す）に反りが生じることが考えられる。半田や銀ペーストといった金属を材料とする導電性接着剤によって上部部材２７０と波長変換素子３３０とを接着した場合、導電性接着剤の弾性率が比較的大きいことから、接合構造の反りに追随して変形し、反りを抑止することができない。接合構造の反りは、波長変換装置の光軸ずれによる挿入損失の増大や温度制御素子２６０との接合不良による温度制御動作不良、波長変換素子３３０の応力歪といった光学特性の劣化を生じる。このような光学特性の劣化は、最終的に波長変換装置の長期信頼性の低下につながる。
　他の課題は、導電性接着剤の塗布むらである。すなわち、半田や銀ペースト及び樹脂系の導電性接着剤は、主に液体の形態をとるため、塗布後の層に少なからず塗布むらが存在する。塗布むらは、熱伝導率の面内分布を発生し、波長変換素子内の制御温度を一様にすることを妨げる。また、塗布むらは、波長変換素子３３０を水平固定することを困難にし、波長変換装置の特性を劣化させる一因になる。
　本開示は、上記の点に鑑みてなされたものであり、波長変換素子の温度制御時に波長変換素子に加わる応力を緩和すると共に、制御温度を一様にし、波長変換装置の安定動作及び長期信頼性の向上を実現することを目的とする。
　上記目的を達成するために、本発明の一態様は、波長変換装置であって、励起光及び信号光を入力し、波長変換された変換出力信号光を出力する波長変換素子と、前記波長変換素子の温度を制御する温度制御部と、前記波長変換素子と前記温度制御部との間に設けられ、前記温度制御部と前記波長変換素子との間で熱を伝達する熱伝達部材と、前記波長変換素子と前記熱伝達部材との間に設けられるシート状の樹脂層と、を備え、前記シート状の樹脂層の少なくとも一部は、前記波長変換素子に向かう面が前記波長変換素子と接着し、前記熱伝達部材に向かう面が前記熱伝達部材と接着する。
　本発明の他の態様は、波長変換素子を有する波長変換装置の製造方法であって、前記波長変換素子の温度を制御する温度制御部の熱を前記波長変換素子に伝達する熱伝達部材と前記波長変換素子との間にシート状の樹脂層を挿入する工程と、前記シート状の樹脂層を加圧すると共に硬化させ、前記波長変換素子と前記熱伝達部材とを接着する工程と、接着された前記波長変換素子及び前記熱伝達部材を一部が開口している筐体の内部に収容し、前記筐体の底面部材と前記熱伝達部材との間に前記温度制御部を挿入する工程と、前記筐体の開口部分を封止する工程と、を含む。
　以上の態様によれば、波長変換素子の温度制御時に波長変換素子に加わる応力を緩和すると共に、制御温度を一様にし、波長変換装置の安定動作及び長期信頼性の向上を実現することができる。
（ａ）は従来の波長変換装置における高温動作時の反りを示す模式図、（ｂ）は本発明の一実施形態の波長変換装置の反りを解消するための構造を示す模式図である 本発明の第１の実施形態の波長変換装置を説明するための模式的な斜視図である。 図２に示す波長変換素子装置の一部の模式的な分解斜視図である。 （ａ）は、第１の実施形態の波長変換装置の一部を図中のｙ－ｚ平面で切断した模式的な断面図である。（ｂ）は、第１の実施形態の波長変換装置の一部を図中のｘ－ｚ平面で切断した模式的な断面図である。 （ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、波長変換素子の製造方法を説明するための図である。 （ａ）は、第２の実施形態の波長変換装置の一部を図中のｙ－ｚ平面で切断した模式的な断面図である。（ｂ）は、第２の実施形態の波長変換装置の一部を図中のｘ－ｚ平面で切断した模式的な断面図である。 波長変換装置における熱応力による変形について説明するための図である。
　以下、本発明の第１の実施形態、第２の実施形態（以下、第１の実施形態、第２の実施形態を総称して「本実施形態」とも記す）を説明する。本実施形態の説明に用いる図面において、同様の部材には同様の符号を付し、その説明を一部略す場合がある。また、図面は、いずれも本実施形態の波長変換装置の形状、構成、この構成の各部分の位置関係及び技術思想を説明するための模式図であり、その具体的な形状やサイズ及び縦、横、厚み等を正確に示すものに限らない。
[概要]
　図１（ａ）、図１（ｂ）は、本実施形態の概要を説明するための図である。図１（ａ）は従来の波長変換装置における高温動作時の反りを示す模式図、図１（ｂ）は本実施形態の波長変換装置の反りを解消するための構造を示す模式図である。図１（ａ）、図１（ｂ）のいずれにあっても、波長変換装置は、例えばペルチェ素子等の温度制御素子と波長変換素子２００とを熱伝導のために設けられた上部部材１００を介して接合している。図１（ａ）の従来の波長変換装置は、波長変換素子２００と上部部材１００とが導電性接着剤で接着されている。図１（ｂ）の波長変換装置は、波長変換素子２００と上部部材１００とを導電性接着剤で接着することに代えて、シートあるいはフィルム状の樹脂層を含む接着シート３００により接合している。接着シート３００は、半田や銀ペーストと比較して弾性率が小さく、また、樹脂を材料とする導電性接着剤よりも平坦であって、かつ、上部部材１００の変形を緩和することに充分な剛性を得る厚さを有している。なお、ここで、シートとフィルムとは、いずれも厚さが比較的薄く、かつ均一な部材を指し、その厚さや平坦性を規定するものではない。
　図１（ａ）に示すように、波長変換素子２００を導電性接着剤で上部部材１００に接着し、温度制御素子を、例えば波長変換素子の環境温度が６００℃以上の高温になる条件で動作させた場合、波長変換素子２００及び上部部材１００は温度制御素子が発生する熱Ｈによって加熱され、異なる倍率で膨張する。このとき、導電性接着剤は、膨張の倍率の相違によって生じる応力に追随して変形し、両者を接合した接合構造に反りが発生する。一方、図１（ｂ）に示す接合構造は、波長変換素子２００と上部部材１００との間に接着シート３００を挿入している。接着シート３００は、半田や銀ペーストよりも弾性率が小さく、また、樹脂を用いる液状の導電性接着剤よりも厚さを厚く、かつ均一に保つことができる。このような接着シート３００は、液状の導電性接着剤よりも高い剛性を有し、上部部材１００の変形を緩和して波長変換素子２００の加わる応力を抑え、接合構造の反りを抑止することができる。
　また、接着シート３００は、厚さの面内分布を接着剤の塗布むら以下にすることができるため、液状の導電性接着剤を塗布して波長変換素子２００を上部部材１００に接着するよりも熱伝導率の面内分布を小さくし、波長変換素子２００に加わる制御温度を一様にすることができる。また、厚さが均一な接着シート３００は、波長変換素子２００を容易に上部部材１００に対して水平に固定することができる。以下、本実施形態の波長変換装置について、具体的に説明する。
[第１の実施形態]
（波長変換装置）
　図２は、第１の実施形態の波長変換装置３０を説明するための模式的な斜視図である。波長変換装置３０は、金属筐体２８と、金属筐体２８の内部に設けられた波長変換素子３３に入力される信号光１ａと励起光（図中省略）とを合波する合波器１４と、波長変換素子３３により波長変換された変換出力信号光３ｃと励起光（図中省略）とを分波する分波器１５と、を備えている。信号光１ａは、波長１５５０ｎｍの基本波であり、変換出力信号光３ｃは、基本波の第二高調波である波長７７５ｎｍの信号光である。
　金属筐体２８は、底面部材２８Ａ及び底面部材２８Ａ上に設けられるカバー部材２８Ｂを有している。底面部材２８Ａ上には、光導波路コア３１、基板３２及びオーバークラッド層３４を含む波長変換素子３３と、温度制御素子２６と、上部部材２７と、波長変換素子３３の基板３２と上部部材２７との間に設けられるシート状の樹脂層と、を備えている。第１の実施形態は、接着性を有する材料でシート状の樹脂層を形成し、シート状の樹脂層によって波長変換素子３３と上部部材２７とを接着するように構成する。このような第１の実施形態においては、シート状の接着層を接着シート３５とする。
　第１の実施形態の温度制御素子２６は、例えばペルチェ素子であり、波長変換素子３３に向かう面で発熱し、底面部材２８Ａに向かう面で吸熱する。発熱及び吸熱の熱量は、温度制御素子２６に供給する電流によって制御される。上部部材２７は、波長変換素子３３と温度制御素子２６との間にあって温度制御素子２６で発生した熱を波長変換素子３３に伝達する熱伝達部材として機能する。上部部材２７の材料は、ステンレス鋼、銅モリブデン鋼、炭素鋼、クロムモリブデン鋼、銅、リン脱酸銅、無酸素銅、リン青銅、または黄銅から選ばれる一種以上の金属を含むことが好ましい。第１の実施形態では、上部部材２７として無酸素銅を用いている。
　底面部材２８Ａ、カバー部材２８Ｂは、接合して以上の構成を密閉する。カバー部材２８Ｂは、信号光１ａを入力する入力ポート４００と、変換出力信号光３ｃが出力される出力ポート４０１と、を有している。なお、図２において、上下は図２中に示した座標系に従って定められ、ｚ座標の大きい側をｚ座標の小さい側よりも「上」、あるいは「上方」とする。
　光導波路コア３１と入力ポート４００の間、及び出力ポート４０１と光導波路コア３１との間は、それぞれ図示しない光ファイバによって接続されている。第１の実施形態は、光導波路コア３１と出力ポート４０１の側の光ファイバとの間に設けられた分波器１５によって図示しない励起光を反射し、変換出力信号光３ｃを透過させるようにしてもよい。また、第１の実施形態は、出力ポート４０１の側の分波器１５によって励起光を透過させ、変換出力信号光３ｃを反射させ、かつ反射光が出力ポート４０１の側の光ファイバに光学的に接続されるようにしてもよい。このような構成によれば、光導波路コア３１を導波して出力する光の成分から波長が変換された変換出力信号光３ｃの成分だけを抽出し、光導波路コア３１から出力される光のノイズを低減することができる。なお、第１の実施形態は、分波器１５として４５度ミラーを用いている。分波器１５は、第１の実施形態において、選択的透過反射部として機能する。
　底面部材２８Ａは、機械的強度が高い部材であることが好ましい。底面部材２８Ａの材料は、タングステン、モリブデン、コバール、銅タングステン鋼、ステンレス鋼、または銅モリブデン鋼から選ばれる一種以上の金属を含むことが好ましい。第１の実施形態では、底面部材２８Ａとしてステンレス鋼を用いている。金属筐体２８の内部には温度制御時の結露を防ぐため、乾燥ガス３０２が封入される。ここで金属筐体２８の内部とは、金属筐体２８に密閉されている波長変換素子３３、温度制御素子２６、上部部材２７、及び底面部材２８Ａの周囲の雰囲気のことである。乾燥ガス３０２は、窒素、酸素、アルゴン、またはヘリウムから選ばれる一種以上を含むことが望ましい。第１の実施形態では、乾燥ガス３０２として窒素ガスを用いている。
　光導波路コア３１は、信号光１ａの強度を損失させることなく、選択的にその内部を透過させる光導波路である。光導波路コア３１を備える波長変換素子３３は、光導波路型の波長変換素子である。光導波路コア３１の構造は、信号光１ａの波長が入力された時に信号光１ａと異なる波長を有する波長変換された変換出力信号光３ｃを出力する機能を有するものであれば特に限定はされない。二次の非線形定数が光の進行方向に沿って周期的にまたは所定の変調が付与された周期で変化し、単一の波長または複数の波長について擬似位相整合を実現する構造であって、例えば、マルチＱＰＭ（Quasi Phase Matching）素子を採用することも可能である。また、第１の実施形態は、光導波路コア３１のサイズに関して特に制限はなく、マルチモードで光が伝搬する比較的大きなコア径（１０μｍ）以上のものであっても、シングルモードで光が伝搬する小コア径（１０μｍ）以下のものであってもよい。さらに、コア層の薄膜化をスマートカット法等にて行い小コア化を試みた光導波路であって、そのコア径が非常に小さなコア径（ｎｍ単位）でもよい。また、コア形状に関しても特に制限はなく、正方形、長方形、台形、その他加工可能な形状であればいずれでもよい。
　基板３２は、強誘電体であり、信号光１ａに対して透明、すなわち光吸収を生じない基板である。基板３２は、リッジ型光導波路を構成する際に、光導波路コア３１に対するアンダークラッド層として機能させるものであり、光導波路コア３１よりも信号光１ａ、励起光（図示せず）、及び波長変換された変換出力信号光３ｃに対して屈折率が低いことが必要である。基板３２に採用する強誘電体材料として、ＬｉＮｂＯ３、ＫＮｂＯ３（ニオブ酸カリウム）、ＬｉＴａＯ３（タンタル酸リチウム）、ＬｉＮｂ（ｘ）Ｔａ（１－ｘ）Ｏ３（０≦ｘ≦１）（不定比組成のタンタル酸リチウム）、またはＫＴｉＯＰＯ４（チタン酸リン酸カリウム）、さらに、それらにＭｇ（マグネシウム）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｓｃ（スカンジウム）、Ｉｎ（インジウム）から選ばれる少なくとも１つを添加物として含有しているものが好ましい。
　オーバークラッド層３４は、アンダークラッド層である基板３２と同様の部材を材料にしてもよい。オーバークラッド層３４は、空気(エアークラッド)や化学気相成長法(Chemical Vapor Deposition:CVD)や火炎堆積法（Flame Hydrolysis Deposition:FHD）、スパッタリング法により堆積されたガラス等であってもよい。さらに、オーバークラッド層３４は、屈折率に関して特に制限はなく、サイズに関しても光導波路構造設計に寸法形状を有していればいずれでもよい。さらに、オーバークラッド層３４は、必要に応じて形成すればよい。
　上記のように、第１の実施形態では、直接接合により光導波路コア３１となるコア層と基板３２（アンダークラッド層）が接合されたリッジ型光導波路の波長変換素子３３を対象とする。すなわち、波長変換素子３３は、アンダークラッド層、オーバークラッド層、コア層から構成される構造をとり、コア層内部を光が伝搬する光導波路構造となっている。アンダークラッド層とコア層は直接接合により接合されることにより、高い光損傷耐性を有するため、光導波路内部にパワー密度の非常に高い励起光を入力することが可能となる。
　図３は、図２に示す波長変換素子３３、接着シート３５、上部部材２７及び温度制御素子２６の模式的な分解斜視図である。図４（ａ）は、図２に示す波長変換素子３３、接着シート３５、上部部材２７及び温度制御素子２６を図中のｙ－ｚ平面で切断した模式的な断面図である。図４（ｂ）は、図２に示す波長変換素子３３、接着シート３５、上部部材２７及び温度制御素子２６をｘ－ｚ平面で切断した模式的な断面図である。図３、図４（ａ）、図４（ｂ）に示すように、第１の実施形態の接着シート３５は、波長変換素子３３と上部部材２７の間の全面に設けられる。第１の実施形態は、接着シート３５をエポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂の少なくとも一方を含む材料により製造された接着剤のシートとした。このような接着シート３５は、波長変換素子３３の基板３２及び上部部材２７を貼り合わせる接着剤としても機能する。
　すなわち、第１の実施形態は、接着シート３５の波長変換素子３３に向かう面３５ａが波長変換素子３３と接着し、上部部材２７に向かう面３５ｂが上部部材２７と接着する。なお、このような構成は、接着シート３５の全面にわたるものに限定されず、接着シート３５の一部であってもよい。すなわち、第１の実施形態においては、波長変換素子３３の基板３２の下面と上部部材２７の上面とが、接着シート３５を介して接続され、直接接触しない箇所が少なくとも一部に存在する。ただし、当然のことながら、接着シート３５のうち、面３５ａが波長変換素子３３と接着し、かつ面３５ｂが上部部材２７と接着する範囲は、上部部材２７の変形を緩和する効果を発揮する範囲を満たしている。
　第１の実施形態の接着シート３５は、上部部材２７が波長変換素子に加える応力の緩和に必要な弾性が得られ、温度制御素子２６からの熱を効率よく基板３２に伝導することが可能なものであればよい。特に、接着シート３５の厚さは、その厚さが金属筐体内に収まり、他の部材と干渉しない厚みであればいずれでもよい。平坦性及び接合構造の反りの抑止の観点から、第１の実施形態の接着シート３５の厚さは、例えば、１０μｍ以上、２００μｍ以下が好ましい。
　第１の実施形態の接着シート３５は、上述のように、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂の少なくとも一方を材料とするものに限定されず、弾性率、熱伝導率及び剛性が必要性能を満たしていればいずれの材料を用いてもよい。また、第１の実施形態は、接着シート３５に熱硬化性の樹脂を用いているが、これに限定されず、波長変換素子３３や上部部材２７に影響を与えない方法であれば、どのような方法によって硬化する材料を用いてもよい。このような硬化方法としては、例えば、光硬化方法が挙げられる。
　また、接着シート３５は、エポキシ系樹脂あるいはポリイミド系樹脂の他、主に硬化剤、エラストマー、フィラー、硬化促進剤及びカップリング剤等を材料に含む。接着シート３５は、このような材料を混合して接着剤組成物の層を支持フィルム上に形成し、加熱、乾燥させて半硬化状態にすることによって作製される。支持フィルムとしては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド等のフィルムが挙げられる。支持フィルムの厚さは、例えば、１０μｍから２００μｍ程度であってもよい。第１の実施形態は、接着剤組成物を公知の方法により支持フィルムに塗布して接着シート３５を作製してもよく、塗布方法としては、例えば、ナイフコート法、ロールコート法、スプレーコート法、グラビアコート法、バーコート法、カーテンコート法等を用いてもよい。加熱乾燥の条件は、使用した溶剤が充分に揮発する条件であれば特に制限はない。接着シート３５は、波長変換素子３３の基板３２及び上部部材２７に面３５ａ、３５ｂが貼り付けられた後、さらに加熱され、半硬化状態から完全硬化状態になる。
　以上説明したように、第１の実施形態の接着シート３５は、波長変換素子３３及び上部部材２７に貼り付けられて、かつ、半田や銀ペーストよりも小さい弾性率に起因した優れた応力緩和性を有するため、熱膨張係数の異なる異種材料の接着に最適な接着剤である。また、接着シート３５は、シート、あるいはフィルムの特性上非常に平坦であるため、塗布される液状接着剤よりも平坦な接着層を実現することが可能である。また、接着シート３５は、樹脂系材料にて構成されるため、比較的伸びが良く、波長変換素子３３の基板３２及び上部部材２７の微細な凹凸へ埋まり込み易く、接着面積を大きくすることができる。そして、このような作用により、基板３２及び上部部材２７に対する接着力、熱伝導率を高めることができる。
　また、接着シート３５は、面３５ａ、３５ｂが基板３２または上部部材２７と接着し、面３５ａ、３５ｂの間の厚さを確保することができる。このため、接着シート３５は、同様の樹脂を材料とする液状接着剤よりも高い剛性を有し、上部部材２７の変形を緩和して波長変換素子３３との接合構造の反りを低減することができる。このような第１の実施形態の波長変換装置３０は、波長変換素子の温度制御時に波長変換素子に加わる応力を緩和し、安定動作及び長期信頼性の向上を実現することができる。
　さらに、第１の実施形態は、エポキシ系樹脂等の他の材料を調整することにより、接着シート３５の硬化後の弾性率や熱膨張係数を調整することができる。この際、接着シート３５の弾性率が同様の樹脂を材料とする液状の接着剤の弾性率よりも小さくなるようにすれば、基板３２と上部部材２７との接合構造の反りをいっそう緩和することができる。さらに、例えば、フィラーの混合量を調整し、接着シート３５の熱膨張係数を基板３２及び上部部材２７の熱膨張係数に近づけることが好ましい。公知の接着材料に比べて弾性率が小さく、平坦な構造であるシート状の接着シート３５を用いることで、波長変換素子に加わる応力が緩和されると同時に、波長変換素子３３に加わる温度（制御温度）を一様にし、かつ波長変換素子３３と上部部材２７との平坦な接着が可能になる。このような構成により、公知の波長変換装置に比べて、光学特性及び長期信頼性の高い波長変換装置が実現できる。
（波長変換装置の製造方法）
　次に、以上説明した波長変換装置の製造方法を説明する。図５を参照して説明する第１の実施形態の波長変換装置の製造方法は、アンダークラッド層となる基板３２と、光導波路コア３１となるコア基板３１１とを接合する工程と、コア基板３１１を薄膜化する工程と、コア基板３１１を加工して光導波路を形成する工程と、基板３２及びコア基板３１１を分割して波長変換素子３３をチップ化する工程と、波長変換素子３３を上部部材２７に接着シート３５を挟んで取り付ける工程と、を含んでいる。以下、このような工程を順次説明する。
（基板の接合工程）
　図５（ａ）、図５（ｂ）及び図５（ｃ）は、リッジ型の光導波路を有する波長変換素子３３の製造方法を説明するための図である。第１の実施形態は、図５（ａ）に示すように、基板３２と、コア層となる基板であるコア基板３１１と、を直接接合により接合する。コア基板３１１は、非線形光学材料の基板である。直接接合は、接着剤を用いない接合技術であり、高強度の光を入力した場合の光損失耐性を向上させることができる。接合工程において、基板３２とコア基板３１１とに熱膨張係数が可能な限り近いものを選定することにより、後の熱処理プロセスにおいて基板３２の割れを抑制することが可能になる。
　直接接合は、化学薬品を用いて基板３２及びコア基板３１１の表面処理を行った後、基板３２、コア基板３１１同士を重ね合わせ、表面間引力を使って両者を接合する方法である。表面処理は、温度や化学薬品の種類といった条件を接合の対象となる基板３２、コア基板３１１の種類や組み合わせに応じて最適化して行われる。また、基板３２、コア基板３１１の貼り合わせは、マイクロパーティクルが極力存在しない清浄雰囲気化にて、作業を行う必要がある。また、直接接合は常温で行われるが、このときの接合強度は小さいため、その後に高温での熱処理を行い、拡散接合を行い、接合強度を向上させる必要がある。接合された基板３２及びコア基板３１１は、接合面にマイクロパーティクル等の挟み込みがなく、ボイドフリーであり、室温状態においてクラック等が発生しない。接着剤等を用いずに基板同士を強固に接合することのできる直接接合は、高光損傷耐性、長期信頼性、デバイス設計の容易性などの特長を有し、本検討では界面近傍における三次元光導波路の特性安定化につながる。他にも、非線形光学効果の一種である差周波発生を用いた中赤外域の光発生において、不純物の混入や接着剤等の吸収を回避できるといったメリットもある。
（薄膜化工程）
　基板３２と貼り合わされたコア基板３１１は、図５（ｂ）に示すように、薄膜化される。第１の実施形態の薄膜化工程は、薄膜化の手法に特に制限はなく、研削、研磨による薄膜化でもスマートカットによる薄膜化のいずれであってもよい。研削、研磨による薄膜化では、研削研磨用の定盤の平坦度が管理された装置を用いて、任意の深さに光導波路が存在するようになるまで研削研磨加工を施す。研削研磨工程終了後にポリッシング加工を行うことで、鏡面の研磨表面(光学端面)を得ることができる。最終的に基板の平行度(基板の最大高さと最小高さの差)を光学的な平行度測定器を用いて測定することで、基板全体としての平行度を得ることができる。
　スマートカットによる薄膜化工程は、主にイオンの打ち込み工程と薄膜の剥離工程の二つの工程を含んでいる。イオン打ち込み工程においては、二次非線形光学効果を有する薄膜化をする必要がある基板に対しヘリウムもしくは水素イオンが打ち込まれる。イオンは制御された加速電圧と制御されたドーズ量の下、コア基板３１１の表面から打ち込まれ、表面からある一定の深さにトラップされる。使用されるイオンは水素やヘリウムといったコア基板３１１を構成する原子よりも小さいものが望ましい。基板剥離工程は、イオンが打ち込まれたコア基板３１１を熱処理し、コア基板３１１内のダメージ層を境にコア基板３１１を剥離する工程である。非線形光学材料が周期分極反転構造を有する場合には、パターニングされた分極方向を崩さないために、基板剥離工程における熱処理温度は二次非線形光学結晶のキュリー温度以下で行われる。
（光導波路形成工程）
　第１の実施形態は、次に、図５（ｃ）に示すように、薄膜化されたコア基板３１１を加工して光導波路コア３１を形成する。光導波路の形成は、形成方法に特に制限はなく、ドライエッチングプロセスやダイシングソーによる光導波路の切り出し等の公知の方法を用いてもよい。ドライエッチングによる光導波路コア３１の形成は、ドライエッチング装置を用いてコア基板３１１の表面をエッチングすることにより行われる。この際、コア基板３１１の表面には公知のフォトリソグラフィのプロセスによって光導波路のレジストパターンが形成される。形成されたレジストパターンをマスクとし、ドライエッチングすることによって光導波路が形成される。
　ダイシングソー等の機械加工による光導波路コア３１の形成は、例えば、公知のダイシングプロセスに用いられるダイシングブレードを用いて行われる。ダイシングプロセスでは、主に加工に使用される機械の精度、特にサンプルを固定するステージや加工部の位置精度により、作製される光導波路コア３１の構造の精度が決定する。さらに、第１の実施形態は、図５（ｃ）に示すように、光導波路コア３１上からオーバークラッド層３４となるガラス層を堆積する。
　次に、第１の実施形態は、上記工程により作製された構成を分割する。分割された基板３２及びコア基板３１１の各々は、１チップの波長変換素子３３となるようにチップ化される。チップ化は、ダイシングソーを用いて行ってもよいが、加工手法に特に制限はない。また、チップ化の後にチップの端面を光学研磨する、あるいは反射防止膜をコートすることによってチップに光が入射もしくは出射する際の光損失を低減することができる。第１の実施形態では、さらに、チップ化された波長変換素子３３について光学特性の評価を行っている。
　次に、第１の実施形態では、上記の工程により作製された波長変換素子３３は、上部部材２７の上面に固定される。この際、図３に示すように、波長変換素子３３の基板３２と上部部材２７の上面との間に接着シート３５が挿入され、加圧及び加熱されて基板３２と上部部材２７とを接着する。このような接着は、導電性接着剤の公知の接合の手法である。そして、上部部材２７の上に固定された後、上面が開口している状態のカバー部材２８Ｂの内側に、上部部材２７、底面部材２８Ａ、及びそれらの間に温度制御素子２６を挿入し、固定後収納する。固定後、乾燥ガス３０２雰囲気中で金属筐体２８のカバー部材２８Ｂの上面と周囲の側面とをシーム溶接することにより金属筐体２８の気密封止が行われる。
[第２の実施形態]
　次に、第２の実施形態を説明する。第２の実施形態の波長変換装置の斜視図は、第１の実施形態で説明した図２に示す構成と同様であるため、図示及び説明を省く。図６（ａ）は、図２に示す第２の実施形態の波長変換素子３３、接着シート３５、上部部材２７及び温度制御素子２６を図中のｙ－ｚ平面で切断した模式的な断面図である。図６（ｂ）は、図２に示す波長変換素子３３、接着シート３５、上部部材２７及び温度制御素子２６をｘ－ｚ平面で切断した模式的な断面図である。第２の実施形態は、第１の実施形態の接着シート３５に代えて、基板３２と上部部材２７との間において、接着シートが形成されない、非形成領域３５０が形成される点で第１の実施形態と相違する。非形成領域は、第２の実施形態の樹脂層非形成領域に相当する。
　すなわち、第２の実施形態は、第１の実施形態の接着シート３５よりも小面積の接着シート３５１、３５２、３５３を複数備え、基板３２と上部部材２７とを接着する。このように構成することにより、接着シート３５１、３５２、３５３の両側に接着シートが形成されない非形成領域３５０が形成される。図６（ａ）、図６（ｂ）に示すように、接着シート３５１、３５２、３５３は、いずれも接着シートとｙ方向の長さは同様であるが、ｘ方向の長さが接着シート３５よりも短くなっている。このような接着シート３５１、３５２、３５３は、上部部材２７の上面においてストライプ状に配置される。なお、第２の実施形態においても、接着シート３５１は、その基板３２に向かう面３５１ａが基板３２と接着し、上部部材２７に向かう面３５１ｂが上部部材２７と接着する。なお、図示を略すが、接着シート３５２、３５３においても基板３２に向かう面、上部部材２７に向かう面がそれぞれ対向する面と接着する。
　接着シートは、打ち抜き加工やレーザ加工することによって任意のサイズ及び形状に加工することができる。このため、第１の実施形態で説明した基板３２の全面を接着する以外にも、基板３２と上部部材２７とを部分的に接着することができる。このような構成によれば、波長変換素子３３の一部分だけを選択的に温度を調整することが可能になる。現在、波長変換素子３３の動作中、内部に温度分布が存在することが知られている。具体的には、光導波路コア３１の光の入力ポート付近及び出力ポート付近が他の部分よりも温度が高くなっている。
　この点は、入力ポートにおいてはハイパワーな光を入力した際に光吸収が生じ、熱緩和される過程により温度が高くなるためであると考えられる。また、出力ポートにおいては、波長変換されて短波長になった高エネルギーの光が発生するため、材料吸収に伴う熱緩和が生じ、温度が高くなると考えられる。第２の実施形態は、波長変換素子３３の一部を選択的に温度調整し、光導波路内の温度分布を抑制することに有効である。なお、選択的に温度を調整する場合、金属筐体２８内に乾燥ガス３０２を導入し、雰囲気中に波長変換素子３３を設置すると、より高い効果を得ることができる。
１ａ　信号光
３ｃ　変換出力信号光
１４　合波器
１５　分波器
２６，２６０　温度制御素子
２７，１００，２７０　上部部材
２８，２９０　金属筐体
２８Ａ，２８０　底面部材
２８Ｂ　カバー部材
３０，２００　波長変換装置
３１，３１０　光導波路コア
３２，３２０　基板
３３，３３０　波長変換素子
３４，３４０　オーバークラッド層
３５，３００，３５１，３５２，３５３　接着シート
３５ａ，３５ｂ，３５１ａ，３５１ｂ　面
３１１　コア基板
４００　入力ポート
４０１　出力ポート
３５０　非形成領域

Claims (8)

  1. 　波長変換装置であって、
    　励起光及び信号光を入力し、波長変換された変換出力信号光を出力する波長変換素子と、
    　前記波長変換素子の温度を制御する温度制御部と、
    　前記波長変換素子と前記温度制御部との間に設けられ、前記温度制御部と前記波長変換素子との間で熱を伝達する熱伝達部材と、
    　前記波長変換素子と前記熱伝達部材との間に設けられるシート状の樹脂層と、を備え、
    　前記シート状の樹脂層の少なくとも一部は、前記波長変換素子に向かう面が前記波長変換素子と接着し、前記熱伝達部材に向かう面が前記熱伝達部材と接着する、波長変換装置。
  2. 　前記シート状の樹脂層における前記波長変換素子から前記熱伝達部材に向かう長さは、１０μｍ以上、２００μｍ以下である、請求項１に記載の波長変換装置。
  3. 　前記波長変換素子と前記熱伝達部材との間において、前記シート状の樹脂層が形成されない、樹脂層非形成領域が形成される、請求項１または２に記載の波長変換装置。
  4. 　前記シート状の樹脂層は、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂の少なくとも一方を材料に含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の波長変換装置。
  5. 　前記波長変換素子は、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３もしくはＬｉＮｂ（ｘ）Ｔａ（１－ｘ）Ｏ３（０≦ｘ≦１）のいずれか、または、これらにＭｇ、Ｚｎ、Ｓｃ、Ｉｎからなる群から選ばれた少なくとも一種を添加物として含有したものである、請求項１から４のいずれか一項に記載の波長変換装置。
  6. 　前記波長変換素子は、光導波路を備える光導波路型波長変換素子であり、かつ、分極が周期的に反転されている、請求項１から５のいずれか一項に記載の波長変換装置。
  7. 　前記変換出力信号光を導出する光ファイバと、
    　前記波長変換素子と光ファイバとの間に設けられ、前記励起光及び前記変換出力信号光のうちの一方を透過すると共に他方を反射する選択的透過反射部と、をさらに備え、
    　前記選択的透過反射部は、透過または反射した前記変換出力信号光を前記光ファイバと光学的に接続する、請求項１から６のいずれか一項に記載の波長変換装置。
  8. 　波長変換素子を有する波長変換装置の製造方法であって、
    　前記波長変換素子の温度を制御する温度制御部の熱を前記波長変換素子に伝達する熱伝達部材と前記波長変換素子との間にシート状の樹脂層を挿入する工程と、
    　前記シート状の樹脂層を加圧すると共に硬化させ、前記波長変換素子と前記熱伝達部材とを接着する工程と、
    　接着された前記波長変換素子及び前記熱伝達部材を一部が開口している筐体の内部に収容し、前記筐体の底面部材と前記熱伝達部材との間に前記温度制御部を挿入する工程と、
    　前記筐体の開口部分を封止する工程と、を含む、波長変換装置の製造方法。
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