JPH08101415A - 高調波発生素子の製造方法 - Google Patents

高調波発生素子の製造方法

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JPH08101415A
JPH08101415A JP23711894A JP23711894A JPH08101415A JP H08101415 A JPH08101415 A JP H08101415A JP 23711894 A JP23711894 A JP 23711894A JP 23711894 A JP23711894 A JP 23711894A JP H08101415 A JPH08101415 A JP H08101415A
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JP
Japan
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electrode
waveguide
periodic
main surface
substrate
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JP23711894A
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English (en)
Inventor
Ryuji Yoneda
竜司 米田
Hirohiko Katsuta
洋彦 勝田
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Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 導波路基板上に周期電極のパターニング工程
や周期電極のエッチング工程を全く不要とし、極めて簡
便な工程で、且つ精度よく疑似位相整合型の優れたSH
G素子を提供することのできる製造方法を提供するこ
と。 【構成】 一主面に導波路6が、他主面に裏面電極3が
形成されている非線形光学物質から成る基板1上に、一
主面に櫛状の周期電極5が形成されている電極板4を周
期電極5が導波路6と対向するように載置させるととも
に、周期電極5と裏面電極3との間に電圧を印加し、導
波路6に周期的に自発分極が反転した分極反転領域を形
成することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、非線形光学結晶に角周
波数ωのレーザ光を照射し、2倍の周波数の2ωの光波
を得ることの可能な、光情報システム等に使用される第
2高調波発生素子に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、光記録媒体に使用される半導体レ
ーザー発生手段などの光情報システム等に要求される小
型短波調コヒーレント光源として、第2高調波(以下、
SHGと略記する)素子が注目されている。
【0003】一般にSHG素子は、バルク型SHG素子
と導波路型SHG素子に大別され、SHG素子の材料と
しては、最近ではニオブ酸リチウム(LiNbO3 )、
タンタル酸リチウム(LiTaO3 )、KTiOP
4 、ニオブ酸カリウム(KNbO3 )等の無機酸化
物、種々の有機非線形材料が大きな非線形光学定数を有
するために好適に使用される。これら材料の中で、特に
LiNbO3 やLiTaO3は導波路作製技術が確立さ
れており、且つ比較的大きな非線形光学定数を有するの
で、導波路型SHG素子として大変有望視されている。
【0004】特に、導波路型SHG素子の特徴は、以下
に述べる疑似位相整合法により非線形光学係数d33を用
いることができる点にある。d33は他の非線形光学係数
より数倍程度大きく(例えばLiNbO3 におけるd33
は、d31に比して約6倍大きい)、このため高い変換効
率の達成が可能である。また、光の閉じ込めにより長い
伝搬距離に渡って高い光強度密度を実現できる。
【0005】図2に示すように、従来からの導波路型S
HG素子S1は、素子本体11の表層に導波路12がT
i等の金属の熱拡散法等により作製されている。導波路
12の一端13に、角周波数ωの基本波(伝搬定数β 2
ω)を入射させると、他端14から基本波を含む角周波
数2ω(伝搬定数β 2ω)のSHGが出射される。
【0006】しかし、一般に2β≠β 2ωの関係がある
ために位相整合条件が満足されず、導波路12内の任意
位置から生じた2βωの素波は互いに干渉し、打ち消さ
れ、有効にSHGに変換されない。
【0007】そこで、有効にSHGに変換させるため
に、基本波と高調波との伝搬定数の差を光学的な周期構
造で補償して位相整合をとる必要がある。この方法は疑
似位相整合と呼ばれ、LiNbO3 あるいはLiTaO
3 等の強誘電体結晶では、非線形光学係数の正負が誘電
分極の極性に対応する性質を利用し、周期的に分極を反
転させることによる光学的周期構造が注目されている
(図2の14を参照)。
【0008】この分極反転の一方法として図3に示す電
圧印加法が提案されている。ここで、21は導波路22
を含むLiNbO3 もしくはLiTaO3 の基板、23
は基板上にパターニングされた周期電極、24は基板の
裏面全体に装着された一様電極、25は高圧電源であ
る。
【0009】この方法は、例えばzカットのLiNbO
3 もしくはLiTaO3 の基板21の導波路を形成させ
た面21a(LiNbO3 では+C面、LiTaO3 で
は−C面)に周期電極23を、他主面に一様電極24を
設け、電圧を印加した場合に周期電極23と同一パター
ンの反転分極が得られる現象を利用し、疑似位相整合に
必要な分極の周期的反転構造を得る方法である(例え
ば、M.Yamada, N.Noda,and K.Watanabe : Integrated P
hotonics Research TuC2-1 (1992)を参照)。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような導波路基板上に周期電極をパターニングする方
法では、導波路基板上に周期電極をパターニングする工
程を要し、しかもこの周期電極のパターンニングにはサ
ブミクロンオーダの精度が要求され、そのための製造工
程に大規模な設備と熟練した技術が不可欠となり問題で
ある。
【0011】また、電圧印加による周期的反転分極構造
の作製の後、導波光の散乱もしくは回折の影響を避ける
ため、この周期電極はエッチングにより取り除く必要が
あり、このためのエッチング工程が必要である上、製造
工程全体が煩雑となるといった問題や、剥離工程におけ
る剥離剤等の使用により素子表面を傷つけ、素子の特性
が劣化するといった問題を誘起する。
【0012】そこで、本発明では導波路基板上に周期電
極のパターニング工程や周期電極のエッチング工程を全
く不要とし、極めて簡便な工程で、且つ精度よく疑似位
相整合型の優れたSHG素子を提供することのできる製
造方法を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成させるた
めのSHG素子の製造方法は、第1に、一主面に導波路
が、他主面に裏面電極が形成されている非線形光学物質
から成る基板上に、一主面に櫛状の周期電極が形成され
ている電極板を該周期電極が前記導波路と対向するよう
に載置させるとともに、前記周期電極と前記裏面電極と
の間に電圧を印加し、前記導波路に周期的に自発分極が
反転した分極反転領域を形成することを特徴とする。
【0014】第2に、一主面に裏面電極が形成されてい
る非線形光学物質から成る基板の他主面上に、一主面に
櫛状に周期電極が形成されている電極板を載置させると
ともに、前記周期電極と前記裏面電極との間に電圧を印
加することによって、前記基板の他主面に周期的に自発
分極が反転した分極反転領域を形成させ、しかる後に前
記分極反転領域に導波路を形成することを特徴とする。
【0015】さらに、上述の第1及び第2の方法におい
て、周期電極と導波路とを密着させるために高圧ガスの
吹きつけを行うようにしてもよい。
【0016】なお、本発明では周期電極を形成した電極
板を利用して光変調素子の導波路に自発分極が周期的に
生じるようにした点に特徴があり、周期電極は櫛状に形
成されるが、導波路を伝搬する光波の進行方向に対して
ある角度、例えば直交する態様で形成される必然性はな
く、光波の進行方向に対して斜めに形成されていてもよ
く、導波路に周期的に自発分極が形成させる断続的な構
造のものであれば、その形態は特定されるものではな
い。
【0017】
【作用】本発明によれば、予め周期電極をパターニング
した電極板を用意すれば、SHG素子の作製の都度、素
子表面に周期電極のパターニングを施す必要がなく、し
かも従来のような周期電極の剥離工程も不要となるの
で、剥離剤等の使用により素子表面を傷つけることがな
く、特性の優れたSHG素子を提供できる。
【0018】
【実施例】以下、図面に基づき本発明の製造方法につい
て説明する。図1に示すように、非線形光学物質の基板
1の一主面1aに導波路6が、反対側の他主面1bに裏
面電極3が形成されて成る光変調素子S2の導波路6
に、周期的に自発分極が反転した分極反転領域を形成さ
せるようにしてSHG素子S2を製造するようにしたも
のである。
【0019】まずzカットLiNbO3 の基板1を用意
するが、ここで、基板1の一主面1aはzカットLiN
bO3 の+C面とする。これはzカットLiNbO3 の
場合、+C面の方が−C面より自発分極の形成が容易で
あるからである。この基板1に形成された導波路6はプ
ロトン交換法により基板1の+C面の表層部に形成され
ている。
【0020】一方、電極板4は絶縁体であるガラスの一
主面(図中で下側)上に、クロム(Cr)が櫛状に(断
続的に)1μm 以下のサブミクロンオーダの周期、厚さ
約数千Å以下程度にパターニングされた周期電極5を配
設しており、この周期電極5の側面7は後記する電源8
との接合部としており、図示は簡略化している。例え
ば、周期電極5の一部を電極板4の側面7の方向へ延び
るように形成し、周期電極5と側面7を電気的に接続す
るようにして、側面7を電極パットとして利用してもよ
い。
【0021】さらに、導波路基板1の導波路形成面1a
とは反対の主面1b(−C面)に、アルミニウム(A
l)の裏面電極3が厚さ1μm 程度に被着形成されてい
る。電源8により周期電極5と金属基板3との間に電圧
が印加される構成になっていて、電源8はアースがとら
れている。
【0022】以上の配置が完了した後、電極板4と導波
路6間の間隙を減少させるために、電極板4の上部から
アルゴン(Ar)ガスや窒素(N2 )ガスなどの高圧ガ
ス8を噴射させる。ここで、高圧ガスは電極板4の裏面
側からに吹きつけるようにしているが、裏面電極3側か
ら吹きつけるようにしても同様な効果が得られる。
【0023】以上の方法により基板4と基板(光変調素
子)1との密着が完全に保たれた後、周期電極5と金属
基板3間に電圧(数千V)を高周波パルスとして印加す
る。この電圧印加により基板表面(+C面)1aの表層
に分極反転周期構造が得られた。この分極反転周期構造
を確認したところ、従来よりきわめて良質な構造のもの
が得られ、導波光の散乱の極力少ない優れたSHG素子
を提供することができた。
【0024】なお、周期電極5と裏面電極3との間に
は、高電圧が印加されるので裏面電極3と周期電極5と
の間の放電を防止するために、電圧印加は真空中などの
絶縁媒体中で行う方が望ましい。
【0025】また、この実施例では導波路は電圧印加前
に光変調素子本体に作製されたものを用いたが、必ずし
もそうする必要はなく、分極反転後に電気モーメントを
バラバラにする可能性の無い導波路形成(イオン交換法
やキュリー点以下の温度での金属熱拡散)であればよ
く、電圧印加により周期分極反転を行わせた後に導波路
作製してもよいのである。また、裏面電極はアースとし
て使用でき、エッチング等で除去してもしなくともよ
い。
【0026】さらに、本実施例ではLiNbO3 の基板
を用いた例について説明したが、LiTaO3 の基板を
用いてもよく、この場合には−C面に分極反転構造を作
製するようにすると好適に分極反転構造が得られる。
【0027】
【発明の効果】本発明の高調波発生素子の製造方法によ
れば、電圧印加の際に基板上に電極を作製する必要がな
いので、従来のように製造工程に電極作製工程が不要で
あり、極めて簡便な工程で迅速かつ容易に精度よく高調
波発生素子を作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るSHG素子の製造方法を示す概略
斜視図である。
【図2】位相整合型高調波発生素子を示す概略斜視図で
ある。
【図3】従来の電圧印加法による周期反転分極作製の際
の電圧印加法を示す概略斜視図である。
【符号の説明】
1 ・・・ 基板 3 ・・・ 裏面電極 4 ・・・ 電極板 5 ・・・ 周期電極 6 ・・・ 導波路

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一主面に導波路が、他主面に裏面電極が
    形成されている非線形光学物質から成る基板上に、一主
    面に櫛状の周期電極が形成されている電極板を該周期電
    極が前記導波路と対向するように載置させるとともに、
    前記周期電極と前記裏面電極との間に電圧を印加し、前
    記導波路に周期的に自発分極が反転した分極反転領域を
    形成することを特徴とする高調波発生素子の製造方法。
  2. 【請求項2】 一主面に裏面電極が形成されている非線
    形光学物質から成る基板の他主面上に、一主面に櫛状に
    周期電極が形成されている電極板を載置させるととも
    に、前記周期電極と前記裏面電極との間に電圧を印加す
    ることによって、前記基板の他主面に周期的に自発分極
    が反転した分極反転領域を形成させ、しかる後に前記分
    極反転領域に導波路を形成することを特徴とする高調波
    発生素子の製造方法。
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