(57)【要約】【課題】リーク電流の発生を抑えて分極反転構造を形成することが可能であり、周期的分極反転構造の分極反転領域及び非分極反転領域の形状を均一に形成することが可能である。【解決手段】絶縁膜形成工程と、-Z面側電極形成工程と、+Z面側電極形成工程と、分極反転構造形成工程とを含んで構成される周期的分極反転構造の形成方法である。絶縁膜形成工程は、強誘電体結晶基板20の-Z面に絶縁膜22を周期的に配置させて形成する工程である。-Z面側電極形成工程及び+Z面側電極形成工程は金属を真空蒸着することによって+Z面側及び-Z面側に電極を形成する工程であり、-Z面側電極24は、絶縁膜を挟んで形成される。分極反転構造形成工程は、-Z面側電極と+Z面側電極との間にパルス状の高電圧を印加する工程である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平行平板単一ドメイン強誘電体結晶基板の-Z面に、幅の等しいストライプ状の絶縁膜を周期的に配置させて形成する絶縁膜形成工程と、
前記絶縁膜上のみに金属電極を形成する-Z面側電極形成工程と、
前記強誘電体結晶基板の+Z面の全面を覆う金属電極を形成する+Z面側電極形成工程と、
前記絶縁膜上に形成された-Z面側電極と前記+Z面側に形成された+Z面側電極との間に電圧を印加して、前記強誘電体結晶基板に周期的分極反転構造を形成する分極反転構造形成工程と
を含むことを特徴とする周期的分極反転構造の形成方法。
【請求項２】
前記周期的分極反転構造の周期を、当該周期に基づく波長変換が実現される擬似位相整合条件を満足する周期に設定することを特徴とする請求項1に記載の周期的分極反転構造の形成方法。
【請求項３】
前記強誘電体結晶基板として、MgO添加のニオブ酸リチウム単結晶基板を用いることを特徴とする請求項1に記載の周期的分極反転構造の形成方法。
【請求項４】
前記強誘電体結晶基板として、MgO添加のタンタル酸リチウム単結晶基板を用いることを特徴とする請求項1に記載の周期的分極反転構造の形成方法。
【請求項５】
前記絶縁膜として、酸化シリコン膜を形成することを特徴とする請求項1に記載の周期的分極反転構造の形成方法。
【請求項６】
前記絶縁膜として、窒化シリコン膜を形成するとを特徴とする請求項1に記載の周期的分極反転構造の形成方法。
【請求項７】
請求項2に記載の方法によって周期的分極反転構造が形成された強誘電体結晶基板の-Z面又は+Z面に、光導波路が、当該光導波路の光導波方向が前記周期的分極反転構造の非分極反転領域と分極反転領域との境界面と非平行の方向に形成されて成ることを特徴とする波長変換素子。
【請求項８】
前記強誘電体結晶基板は、MgO添加のニオブ酸リチウム単結晶基板であることを特徴とする請求項7に記載の波長変換素子。
【請求項９】
前記強誘電体結晶基板は、MgO添加のタンタル酸リチウム単結晶基板であることを特徴とする請求項7に記載の波長変換素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、周期的分極反転構造の形成方法及びこの方法を用いて製造される波長変換素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
周期的分極反転構造によって擬似位相整合（QPM: Quasi-Phase Matching）を実現して波長変換を行う擬似位相整合型波長変換素子（以後「QPM型波長変換素子」ということもある。）が注目されている。QPM型波長変換素子は、被波長変換光の波長に応じて周期的分極反転構造の周期を調整することによって任意の波長の被波長変換光に対して波長変換を可能とするからである。この優れた特長を具えていることによって、QPM型波長変換素子は、光ファイバ通信の分野に限らず、光計測の分野等においても積極的に利用されつつある。
【０００３】
QPM型波長変換素子の素材には、LiNbO3結晶あるいはLiTaO3結晶が盛んに利用されており、分極反転構造の形成には電圧印加法が有力な形成手法として注目されている（例えば、特許文献1あるいは非特許文献１参照）。
【０００４】
波長変換素子に共通する課題は、高い波長変換効率を実現することにある。QPM型波長変換素子においては、分極反転周期を均一にすることによって、高い波長変換効率の実現が図られる。
【０００５】
一方、波長変換効率は、QPM型波長変換素子に入射される被波長変換光のエネルギー密度が大きいほど、そして非線形相互作用する長さ（相互作用長）が長いほど大きい。すなわち、波長変換効率を大きくするためには、光導波路を具えるQPM型波長変換素子を実現することが望ましい。
【０００６】
LiNbO3結晶あるいはLiTaO3結晶に形成された光導波路は、導波する光の強度が強まると光導波路部分の屈折率が低下する光損傷が発生し光導波路が消失する。そのため、この光損傷が発生しにくいMgOドープのLiNbO3結晶が利用されている。
【０００７】
MgOドープのLiNbO3結晶に電圧印加法によって周期的分極反転構造を形成する際、基板表面に形成された陽極側電極から基板内部の結晶欠陥を経て陰極側電極に至るリーク電流や、分極反転した部分の抵抗率が低下することで流れるリーク電流が問題となっている。このリーク電流のため、分極反転が起こる際に発生する反転電流の検出に誤差が生じ、目的とする反転比率(分極反転領域の幅と非分極反転領域の幅との比)の周期的分極反転構造が形成されない。特に、目的とする分極反転構造の周期が短い場合、分極反転処理が短時間で終了するため、電圧印加時間の制御が難しく、分極反転領域が広がり隣接する分極反転領域とつながってしまうという事態が発生する。
【０００８】
また、リーク電流が流れると電圧降下が起こり、分極反転現象が電圧印加の途中で停止してしまうという問題も発生する。分極反転現象が電圧印加の途中で停止してしまうと、分極反転領域の幅が均一であってかつ結晶基板の表面から裏面にまで到達して形成されなくなる。
【０００９】
このリーク電流の発生を抑圧し周期的分極反転構造を形成するための手段がこれまでに提案されている（例えば、特許文献2参照）。この手段は、LiNbO3結晶基板の-Z面にアルミニウム系材料からなる被覆層を周期的パターンとして形成して、ZカットのLiNbO3結晶基板の両面に電極を配置して電圧を印加すると、-Z面の被覆層が接触している領域では分極反転の進行が阻害されることを利用している。そのために、十分に高い電圧を印加しても分極反転過程が過剰に進行することがないので、電流制御を行う必要がない。
【００１０】
なお、周期的分極反転構造が形成された強誘電体結晶(ferroelectric crystal)基板は、上述の波長変換素子として利用される他、電気光学偏光器（例えば、特許文献3参照）、テラヘルツ波発生装置（例えば、特許文献4参照）あるいは光変調器等（例えば、特許文献5参照）にも利用される、産業上広い用途をもっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平08−220578号公報
【特許文献２】特開2003−330053号公報
【特許文献３】特開平10−83001号公報
【特許文献４】特開2005-77470号公報
【特許文献５】特開平11−174390号公報
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】K. Mizuuchi and K.Yamamoto, "Harmonic blue light generation in bulk periodically poled LiTaO3", Applied Physics Letters vol. 66, p. 2943 (1995).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上述のリーク電流の発生を抑圧し周期的分極反転構造を形成する手段によっても、分極反転の進行が阻害された領域は-Z面の表面から10μｍ程度の深さまで形成されるに過ぎず、基板の表面から裏面まで貫通して均一な分極反転構造が形成されないという問題がある。さらに、被覆層を形成した構成においては、電極は強誘電体結晶基板に直接接触しているので、強誘電体結晶基板を構成している結晶の結晶欠陥を経て陰極側電極に流れるリーク電流や、分極反転された部分の抵抗率が低下することによってもリーク電流は発生する。
【００１４】
リーク電流が存在すると電圧降下が生じ、反転抗電界よりも大きな電界を印加することが必要となり、そのために結晶破壊が起こる可能性がある。ここで、反転抗電界とは、分極反転が開始されるために必要な最小限の強度の電界をいう。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
電圧印加法による周期的分極反転構造の形成において、MgOドープLiNbO3結晶基板と金属電極が接触しているとリーク電流が発生し、分極反転構造を形成する領域に十分な電圧印加を行えない。しかしながら、この出願に係る発明者は、ZカットのLiNbO3結晶基板の-Z面に酸化シリコン膜を絶縁層として設け、この酸化シリコン膜を介して-Z面に金属電極を形成して電圧印加工程を実行すれば、リーク電流の発生を抑圧でき、分極反転構造を形成する領域に十分な電圧印加を行えることを見出した。そしてこれに基づき、分極反転領域を形成する領域以外の領域には酸化シリコン膜及び金属電極を形成させないで、分極反転構造形成工程を実行することに思い至った。
【００１６】
この発明の目的は、上述のリーク電流の発生を抑えて分極反転構造を形成することが可能であり、周期的分極反転構造の分極反転領域及び非分極反転領域の形状を均一に形成することが可能である周期的分極反転構造の形成方法、及びこの方法を用いて形成される波長変換素子を提供することにある。
【００１７】
そこで、この発明の要旨によれば、周期的分極反転構造の形成方法及びこの方法を用いて形成される波長変換素子は、以下の特徴を具えている。
【００１８】
この発明の周期的分極反転構造の形成方法は、絶縁膜形成工程と、-Z面側電極形成工程と、+Z面側電極形成工程と、分極反転構造形成工程とを含んで構成される。
【００１９】
絶縁膜形成工程は、自発分極(Spontaneous polarization)の向きに直交する平面でカットされた平行平板単一ドメイン強誘電体結晶基板の-Z面に、幅の等しいストライプ状の絶縁膜を周期的に配置させて形成する工程である。
【００２０】
-Z面側電極形成工程は、絶縁膜上のみに金属電極を形成する工程である。
【００２１】
+Z面側電極形成工程は、強誘電体結晶基板の+Z面の全面を覆う金属電極を形成する工程である。
【００２２】
分極反転構造形成工程は、絶縁膜上に形成された-Z面側電極と+Z面側に形成された+Z面側電極との間に電圧を印加して、強誘電体結晶基板に周期的分極反転構造を形成する工程である。
【００２３】
周期的分極反転構造の周期を、この周期に基づく波長変換が実現される擬似位相整合条件を満足する周期に設定して、上述の方法で強誘電体結晶基板に周期的分極反転構造を形成すれば、この強誘電体結晶基板を用いて波長変換素子を製造することが可能である。
【００２４】
この発明の周期的分極反転構造の形成方法を実施する強誘電体結晶基板を、好ましくは、MgO添加のニオブ酸リチウム単結晶基板、あるいはMgO添加のタンタル酸リチウム単結晶基板とするのがよい。
【００２５】
また、絶縁膜形成工程で形成する絶縁膜を、好ましくは、酸化シリコン膜、あるいは窒化シリコン膜とするのがよい。
【００２６】
酸化シリコン膜は、真空蒸着法あるいは化学気相成長(CVD: Chemical Vapor Deposition)法等の形成手段及び形成条件に依存して、Si原子とO原子との組成比が1：2から外れ、SiOｘ膜（x≒2）と表現すべき形態で形成されることもあるので、酸化シリコン膜という場合はSiOｘ膜も含むものとする。また、同様に窒化シリコン膜も、形成手法及び形成条件に依存してSi原子とN原子との組成比が3：4から外れて形成されることもあるので、窒化シリコン膜という場合はSixNy膜（x≒3、y≒4）も含むもとのとする。
【００２７】
この発明の波長変換素子は、周期的分極反転構造の周期を、この周期に基づく波長変換が実現される擬似位相整合条件を満足する周期に設定して、上述の方法で周期的分極反転構造を形成した強誘電体結晶基板を利用して製造される。すなわち、この発明の波長変換素子は、この強誘電体結晶基板の-Z面又は+Z面に光導波路が形成されている。そして、この光導波路は、当該光導波路の光導波方向が自発分極の方向と直交する方向であって、かつ周期的分極反転構造の非分極反転領域と分極反転領域との境界面と非平行の方向に形成されている。
【発明の効果】
【００２８】
この発明の周期的分極反転構造の形成方法によれば、絶縁膜形成工程において形成された絶縁膜上のみに、-Z面側電極形成工程によって金属電極が形成されるので、絶縁膜を介して強誘電体結晶基板の-Z面側に金属電極が形成される。このため分極反転した部分の抵抗率が低下してもリーク電流の発生が絶縁膜の存在によって食い止められる。
【００２９】
また、-Z面側では分極反転形成予定領域のみに絶縁膜が形成されているので、絶縁膜が形成されている領域において、+Z面側から-Z面側に至る間が均一に分極反転される。上述のLiNbO3結晶基板の-Z面にアルミニウム系材料からなる被覆層を周期的パターンとして形成して、ZカットのLiNbO3結晶基板の両面に電極を配置して電圧を印加する方法においては、-Z面の被覆層が接触している領域では分極反転の進行が阻害されることを利用しているが、この発明の周期的分極反転構造の形成方法では、絶縁膜によってリーク電流の発生を抑圧している。
【００３０】
すなわち、この発明の周期的分極反転構造の形成方法では、リーク電流の発生を抑圧することによって正確な分極反転電流を検出する。そしてこの分極反転電流の値に応じて電圧印加時間を決定することによって、分極反転領域が非分極反転領域にまで広がる前に電圧印加を終了する。具体的には、分極反転電流の値に応じて電圧印加開始時から分極反転領域が非分極反転領域にまで広がる前までの時間間隔を決定し、この時間間隔に等しいパルス幅を持つパルス電圧を印加することにより周期的分極反転構造を形成する。
【００３１】
また、リーク電流の発生を抑圧することによって、結晶破壊が起こる印加電圧値以下の印加電圧によって分極反転を起すことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】この発明の実施形態の周期的分極反転構造の形成方法についての説明に供する図であり、（A)は絶縁膜形成工程の説明に供する図であり、（B)は-Z面側電極形成工程及び+Z面側電極形成工程の説明に供する図であり、（C)は分極反転構造形成工程の説明に供する図である。
【図２】この発明の実施形態の波長変換素子の構造の説明に供する図である。（A)はプレーナ型の光導波路を具えたこの発明の実施形態の波長変換素子の概略的斜視図であり、(B)はリッジ型の光導波路を具えたこの発明の実施形態の波長変換素子の概略的斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、図1及び図2を参照して、この発明の実施の形態につき説明する。なお、各図は、この発明に係る一構成例を図示するものであり、この発明が理解できる程度に各構成要素の断面形状や配置関係等を概略的に示しているに過ぎず、この発明を図示例に限定するものではない。また、以下の説明において、特定の材料および条件等を用いることがあるが、これら材料および条件は好適例の一つに過ぎず、したがって、何らこれらに限定されない。
【００３４】
＜周期的分極反転構造の形成方法＞
図1(A)〜(C)を参照してこの発明の実施形態の周期的分極反転構造の形成方法について説明する。図1(A)〜(C)は、この発明の実施形態の周期的分極反転構造の形成方法についての説明に供する図であり、図1(A)は幅の等しいストライプ状の絶縁膜を周期的に配置させて形成する絶縁膜形成工程の説明に供する図であり、図1(B)は-Z面側及び+Z面側にそれぞれ金属電極を形成する-Z面側電極形成工程及び+Z面側電極形成工程の説明に供する図であり、図1(C)は-Z面側電極と+Z面側電極との間に電圧を印加して周期的分極反転構造を形成する分極反転構造形成工程の説明に供する図である。
【００３５】
この発明の実施形態の周期的分極反転構造の形成方法は、絶縁膜形成工程と、-Z面側電極形成工程と、+Z面側電極形成工程と、分極反転構造形成工程とを含んで構成される。
【００３６】
絶縁膜形成工程は、図1(A)に示すように、自発分極の向きに直交する平面でカットされた平行平板単一ドメイン強誘電体結晶基板20の-Z面に、幅の等しいストライプ状の絶縁膜22を周期的に配置させて形成する工程である。自発分極の向きに直交する平面でカットされた強誘電体結晶基板20を利用するのが望ましいが、厳密に直交する平面から数度程度ずれた平面でカットされていてもよい。自発分極の向きは-Z面から+Z面に向う向きであり、図1(A)では白の矢印で示してある。
【００３７】
強誘電体結晶基板20として、MgO添加のニオブ酸リチウム(LiNbO3)単結晶基板を用いた。以後、MgO添加のLiNbO3単結晶基板を単にLiNbO3単結晶基板ということもある。
【００３８】
絶縁膜22は酸化シリコン膜であり、その厚みが1μｍである。絶縁膜22を構成する酸化シリコン膜は、スパッタリング法あるいは真空蒸着法によって形成することが可能である。スパッタリング法による場合は、スパッタリング槽内の圧力を0.5 Paとし、電力供給量を300 Wとして実施するのが好適であった。また、電子ビーム加熱による真空蒸着法による場合には、真空槽内に圧力を1.3×10-4Pa以下の値に保ち実施するのが好適であった。
【００３９】
絶縁膜22が-Z面に形成された後、絶縁膜22の全面にレジストマスクを形成する。その後周知のフォトリソグラフィーによって、分極反転する領域のレジストマスクを残し、分極反転しない領域のレジストマスクを除去する(図示を省略してある。)。このようにして、幅の等しいストライプ状のレジストパターンが形成される。
【００４０】
引き続いて、フッ化水素酸(HF)液を用いて、レジストマスクが形成されていない領域の酸化シリコン膜を除去するエッチング処理を行う。このエッチング処理の後、レジストマスクを除去する処理を行うことによって、図1(A)に示すような、幅の等しいストライプ状の酸化シリコン膜が-Z面に形成される。
【００４１】
ここでは、絶縁膜22として酸化シリコン膜を採用したが、窒化シリコン膜を採用することも可能である。窒化シリコン膜は、CVD法によって形成することが可能であり、HF液あるいはBHF液によってエッチングすることが可能である。BHF液とは、HFとフッ化アンモニウム(NH4F)との混合液である。
【００４２】
-Z面側電極形成工程及び+Z面側電極形成工程が終了後は、図1(B)に示すように、強誘電体結晶基板20の+Z面には一面に+Z面側電極26が形成されており、-Z面に上述の絶縁膜形成工程で形成された絶縁膜22上のみに-Z面側電極24が形成された状態となる。
【００４３】
-Z面側電極及び+Z面側電極は、共に金薄膜等で形成される金属電極である。+Z面側電極形成工程では、金を真空蒸着することによって+Z面側電極が形成される。一方、-Z面側電極は、絶縁膜22を挟んで金属電極が形成される。
【００４４】
-Z面の絶縁膜22が形成されていない部分を避けて金属膜を形成する必要があるので、-Z面の絶縁膜22が形成されていない部分のみに予めレジストマスクを形成しておき、金属膜を真空蒸着する(図示を省略してある。)。この真空蒸着後、リフトオフ法によって、-Z面の絶縁膜22が形成されていない部分の金属膜をレジストマスクと共に剥離することによって、-Z面側電極形成工程を終了する。
【００４５】
分極反転構造形成工程は、図1(C)に示すように、-Z面側電極を負極となるように、かつ+Z面側電極を正極となるように電圧源30を接続し、パルス状の高電圧を印加する。このパルス電圧幅は数百ミリ秒とし、ピーク電圧値を3 kVとした。パルス電圧幅及びピーク電圧値の最適値は、強誘電体結晶基板20の厚み、及び周期的分極反転構造の周期等に依存するので、実験的に見つけ出す必要がある。
【００４６】
絶縁膜22である酸化シリコン膜を介さないで、-Z面側電極を直接-Z面に形成して分極反転構造形成工程を実行した場合と、絶縁膜22である酸化シリコン膜を介して-Z面側電極を-Z面に形成して分極反転構造形成工程を実行した場合とにおける相違を実験によって確かめた。実験に用いた強誘電体結晶基板20であるLiNbO3基板の反転抗電界の値は2 kVであった。
【００４７】
酸化シリコン膜を介さないで分極反転構造形成工程を実行した場合には、バイアス電圧0.5 kVを印加しただけで7μAの電流が流れ、パルス電圧のピーク電圧を10 kVに設定しても分極反転が起こらなかった。一方、酸化シリコン膜を介して分極反転構造形成工程を実行した場合には、バイアス電圧0.5 kVを印加しただけでは、リーク電流が観測されないか、多くても0.7μA以下であった。そして、パルス電圧のピーク電圧を、反転抗電界の値である2 kVに設定することで分極反転構造を形成することができた。
【００４８】
強誘電体結晶基板20としてLiNbO3単結晶基板に限らず、MgO添加のタンタル酸リチウム単結晶基板を利用することも可能である。この場合には、印加電圧のパルス電圧幅及びピーク電圧値等の値は異なるが、分極反転構造の形成方法は上述のLiNbO3単結晶基板と同様である。
【００４９】
＜波長変換素子＞
図2(A)及び(B)を参照して、この発明の実施形態の波長変換素子の構造を説明する。図2(A)はプレーナ型の光導波路を具えたこの発明の実施形態の波長変換素子の概略的斜視図であり、図2(B)はリッジ型の光導波路を具えたこの発明の実施形態の波長変換素子の概略的斜視図である。
【００５０】
図2(A)に示すプレーナ型の光導波路を具えた波長変換素子は、周期的分極反転構造を有する強誘電体結晶20に作り付けられたプレーナ型の光導波路14に入射される被波長変換光の波長を、周期的分極反転構造に基づく擬似位相整合により変換するQPM型波長変換素子である。被波長変換光及び波長変換光を導波する光導波路は、プレーナ型の光導波路14である。
【００５１】
周期的分極反転構造は、分極反転領域12aと非分極反転領域12bとを交互に周期的に具えて構成されている。分極反転領域12aと非分極反転領域12bとは、波長変換素子を構成する素材である強誘電体結晶の自発分極の向きが互いに180°を成す関係となっている。波長変換素子を構成する素材（強誘電体結晶基板）は、上述したこの発明の周期的分極反転構造の形成方法で形成された周期的分極反転構造が作り付けられたZカットされたLiNbO3基板あるいはLiTaO3基板である。
【００５２】
周期的分極反転構造は、シングルドメイン(Single-domain)結晶基板としての自発分極が保たれているドメイン（非分極反転領域12b）と自発分極の方向が反転されたドメイン（分極反転領域12a）とで構成される。すなわち、非分極反転領域12bの自発分極の向きは-Z面から+Z面に向かう方向であるのに対して、分極反転領域12aの自発分極の向きは+Z面から-Z面に向かう方向である。
【００５３】
周期的分極反転構造は、強誘電体結晶の+Z面から-Z面に貫通して形成されている。また、被波長変換光及び波長変換光が伝播する方向が、自発分極の方向と直交する方向であって、かつ非分極反転領域12bと分極反転領域12aとの境界面と非平行の方向となるように、被波長変換光及び波長変換光を導波する光導波路20が強誘電体結晶20の-Z面を含んで形成されている。
【００５４】
図2(A)及び(B)に示す、分極反転構造の周期Λの値を、擬似位相整合条件を満たす値に設定することによって、波長変換を実現することが可能である。例えば、第2高調波発生に基づく波長変換素子を形成するには、分極反転構造の周期Λの値を、次式(1)を満たすように設定すればよい。
【００５５】
Λ＝λω/{2(N2ω−Nω)}                        (1)
ここで、λωは被波長変換光（基本波光とも呼ばれる。）の波長、Nωは被波長変換光に対する等価屈折率、N2ωは波長変換光に対する等価屈折率である。被波長変換光あるいは波長変換光に対する等価屈折率とは、プレーナ型の光導波路14あるいはリッジ型の光導波路16を伝播する被波長変換光あるいは波長変換光の伝播定数と波数の関係を規格化して表した数値である。被波長変換光あるいは波長変換光が光導波路を伝播する際は、この等価屈折率の空間中を伝播するものとして両者の位相速度を論ずることが可能である。
【００５６】
この他、差周波発生、和周波発生等に基づく波長変換素子についても同様に、これらの擬似位相整合条件を満たすように、分極反転構造の周期Λの値を設定することにより、それぞれの現象に基づく波長変換が実現される。
【００５７】
図2(A)に示すプレーナ型の光導波路14はプロトン交換法を利用して形成することが可能である。プロトン交換法は、まず強誘電体結晶基板20(LiNbO3基板)の-Z面に、光導波路が形成される部分のみを空けて、その他の部分を覆う金属マスク（Tiマスク等）を形成する（図示を省略してある。）。このマスクを形成する工程は、通常のフォトリソグラフィー技術を適宜利用することにより容易に行える。この金属マスクを形成した後、200℃の安息香酸中に2時間浸して、金属マスク及び安息香酸を除去し450℃の酸素雰囲気中で6時間アニール処理することでプレーナ型の光導波路14を形成する。
【００５８】
図2(B)に示すリッジ型の光導波路を具えた波長変換素子は、周期的分極反転構造を有する強誘電体結晶20に作り付けられたリッジ型の光導波路16に入射される被波長変換光の波長を、周期的分極反転構造に基づく擬似位相整合により変換するQPM型波長変換素子である。被波長変換光及び波長変換光を導波する光導波路は、リッジ型の光導波路16である。
【００５９】
リッジ型の光導波路16は、プロトン交換処理及び、ダイシング工程によって以下のとおりに形成される。
【００６０】
まず、-Z面の全面にわたりプロトン交換処理を行う。このプロトン交換処理の工程は、上述のプレーン型光導波路を形成する工程で採用した条件と同一の条件で行うことが可能である。すなわち、200℃の安息香酸中に2時間浸して、450℃の酸素雰囲気中で6時間アニール処理することにより、リッジ型の光導波路16を構成するための前段のプロトン交換処理の工程が実施できる。
【００６１】
次にリッジ型の光導波路16として形成される領域を除き、強誘電体結晶基板20(LiNbO3基板)の-Z面をダイシングする。
【００６２】
このようにプロトン交換処理を施した後に、ダイシング装置を利用してリッジ導波路を形成する手法を採ると、ダイシングソーによってリッジ以外の部分が研削されて形成されたリッジの部分がプロトン交換領域であるのでその屈折率が高くなっている。従って、このリッジ型の光導波路を伝播する被波長変換光及び波長変換光の閉じ込め効率が一層高くなるという利点が得られる。
【００６３】
光導波路をリッジ型の光導波路とすることによる利点は、光導波路を伝播する被波長変換光及び波長変換光の閉じ込め効率がプレーナ型光導波路に比べて高いので、被波長変換光及び波長変換光を高いエネルギー密度を保ったまま伝播させることができる点にある。このことによって、波長変換効率を高くすることが可能となる。しかしながら、リッジ型の光導波路は、-Z面から飛び出した形状となるため、波長変換素子として利用する際に不便である場合もある。また、プレーナ型光導波路よりも形成工程が複雑であるので、製造コストが高くなる。
【００６４】
波長変換素子の具える光導波路としては、上述したプレーナ型の光導波路及びリッジ型の光導波路に限定されることはない。例えば、ストリップ装荷(strip-loaded)型光導波路を利用することも可能である。
【符号の説明】
【００６５】
12a：分極反転領域
12b：非分極反転領域
14：光導波路（プレーナ型光導波路）
16：光導波路（リッジ型光導波路）
20：強誘電体結晶基板
22：絶縁膜
24：-Z面側電極
26：+Z面側電極
30：電圧源
【図１】
2010176072.tif 000003
【図２】
2010176072.tif 000004