(57)【要約】【課題】簡易な構成により、良好なコントラストで分極反転領域を観察可能とする分極反転結晶製造装置等を提供すること。【解決手段】非線形光学結晶３０の第１面Ｓ１に形成された第１電極層３１と、第２面Ｓ２に形成された第２電極層３２と、に印加する電圧を供給する電圧供給部２１と、第１面Ｓ１へ入射させる光を供給する光源部２３と、光源部２３及び第１面Ｓ１の間の光路中に設けられ、第１偏光を透過させる第１偏光板２５と、第１面Ｓ１で反射した光が入射する位置に設けられ、第２偏光を透過させる第２偏光板２６と、第２偏光板２６を透過した光が入射する位置に設けられ、光を検出する光検出部２４と、光検出部２４による検出結果に応じて電圧の印加を制御する制御部２２と、を有し、第１偏光板２５から非線形光学結晶３０へ入射する光の進行方向と、非線形光学結晶３０から第２偏光板２６へ入射する光の進行方向と、が互いに非平行である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
分極反転構造を備える分極反転結晶を製造する分極反転結晶製造装置であって、
光学結晶の第１面に形成された第１電極層と、前記光学結晶の前記第１面とは反対側の第２面に形成された第２電極層と、に印加する電圧を供給する電圧供給部と、
前記第１面へ入射させる光を供給する光源部と、
前記光源部及び前記第１面の間の光路中に設けられ、第１の偏光方向の第１偏光を透過させる第１偏光板と、
前記第１面で反射した光が入射する位置に設けられ、前記第１の偏光方向に垂直な第２の偏光方向の第２偏光を透過させる第２偏光板と、
前記第２偏光板を透過した光が入射する位置に設けられ、光を検出する光検出部と、
前記光検出部による検出結果に応じて前記電圧の印加を制御する制御部と、を有し、
前記第１偏光板から前記光学結晶へ入射する光の進行方向と、前記光学結晶から前記第２偏光板へ入射する光の進行方向と、が互いに非平行であることを特徴とする分極反転結晶製造装置。
【請求項２】
前記光源部は、前記第１面の法線に対して斜めの方向へ光を進行させることを特徴とする請求項１に記載の分極反転結晶製造装置。
【請求項３】
真空チャンバー内にて前記光学結晶へ電圧を印加し、
前記真空チャンバーは、前記光源部からの光を透過させる透過部を備え、
前記第１偏光板及び前記第２偏光板の少なくとも一方は、前記透過部に設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の分極反転結晶製造装置。
【請求項４】
前記電圧供給部は、前記第１電極層に形成される複数の電極パッドへ接続可能であって、
前記制御部は、前記複数の電極パッドごとの前記電圧の印加を制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の分極反転結晶製造装置。
【請求項５】
前記光学結晶を流れる電流を検出する電流検出部を有し、
前記制御部は、前記電流検出部による検出結果に応じて前記電圧の印加を制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の分極反転結晶製造装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記電流検出部により検出された電流の積分値に応じて前記電圧の印加を制御することを特徴とする請求項５に記載の分極反転結晶製造装置。
【請求項７】
分極反転構造を備える分極反転結晶を製造する分極反転結晶製造方法であって、
光学結晶の第１面に形成された第１電極層と、前記光学結晶の前記第１面とは反対側の第２面に形成された第２電極層と、の間に電圧を印加する工程と、
前記光学結晶の前記第１面へ第１の偏光方向の第１偏光を入射させる工程と、
前記第１面で反射した光のうち、前記第１の偏光方向に垂直な第２の偏光方向の第２偏光を検出する光検出工程と、
前記光検出工程における検出結果に応じて前記電圧の印加を制御する工程と、を含み、
前記第１面へ入射する光の進行方向と、前記第１面で反射された光の進行方向と、が互いに非平行であることを特徴とする分極反転結晶製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分極反転構造を備える分極反転結晶を製造するための分極反転結晶製造装置及び分極反転結晶製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザー光源として、波長変換素子による波長変換を経たレーザー光を射出させるものが知られている。波長変換素子は、基本波光を波長変換させ、高調波光を射出させる。波長変換素子には、強い非線形光学効果を持つ強誘電体結晶、例えば、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）やタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）等が利用されている。特に、分極方向を周期的に反転させることにより擬似的に位相整合条件を満たすように形成された分極反転結晶は、大きい非線形光学定数を利用できるため、高い波長変換効率を得ることができる。分極反転結晶は、適宜周期を変化させて分極反転構造を形成することにより、広い波長範囲のレーザー光に対して高調波の発生を可能にできるという利点もある。
【０００３】
分極反転結晶の製造には、例えば、非線形光学結晶の表面に電極層を形成し、電圧を印加する手法が用いられている。このとき、非線形光学結晶や電極層の品質にばらつき（例えば、厚みや成分比等）があると、分極方向の反転に必要となる電圧等の条件に変化が生じることとなる。これに対しては、分極反転プロセスの状態を観察して、その結果を分極反転プロセスへフィードバックさせる手法が有用である。分極反転プロセスの条件を適宜制御することで、均一な分極反転構造の形成が可能となる。高い波長変換効率を得るためには、分極反転構造を均一に形成可能であることが望まれる。例えば、特許文献１には、特定の偏光を利用して、分極方向を反転させた領域を観察する技術が提案されている。かかる技術では、非線形光学結晶での反射により偏光方向が変換された偏光を分離するためのビームスプリッターを用いる。また、ビームスプリッターは、光源からの光を反射させることにより、非線形光学結晶表面へ概ね垂直に光を入射させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２７６３２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
偏光板から非線形光学結晶へ入射する間に偏光状態が変化した光の一部は、分極反転領域を観察するための観察光と同様に進行し、観察の際にコントラストを低下させる場合がある。互いに異なる偏光状態の偏光を反射面に対して垂直に入射させると、いずれの偏光も略同じ反射率で反射することとなるため、非線形光学結晶へ入射する間に偏光状態が変化した後、観察光と同様に進行する光が生じ易くなる。また、ビームスプリッターへ観察光を透過させることにより、観察光の損失も生じることとなる。ビームスプリッターは、結晶面から受光部の間の光路中であって、光源側からの偏光が入射する位置に配置される。また、ビームスプリッターで反射させた光を結晶面に対して概ね垂直に入射させるために、ビームスプリッターは正確な傾きで配置する必要もある。さらに、所定の位置及び傾きでビームスプリッターを固定するための構造も必要となる。そのため、分極反転領域の観察のための構成が複雑になり、高コストとなる。本発明は、上述に鑑みてなされたものであり、簡易な構成により、良好なコントラストで分極反転領域を観察可能とする分極反転結晶製造装置、及び分極反転結晶製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る分極反転結晶製造装置は、分極反転構造を備える分極反転結晶を製造する分極反転結晶製造装置であって、光学結晶の第１面に形成された第１電極層と、前記光学結晶の前記第１面とは反対側の第２面に形成された第２電極層と、に印加する電圧を供給する電圧供給部と、前記第１面へ入射させる光を供給する光源部と、前記光源部及び前記第１面の間の光路中に設けられ、第１の偏光方向の第１偏光を透過させる第１偏光板と、前記第１面で反射した光が入射する位置に設けられ、前記第１の偏光方向に垂直な第２の偏光方向の第２偏光を透過させる第２偏光板と、前記第２偏光板を透過した光が入射する位置に設けられ、光を検出する光検出部と、前記光検出部による検出結果に応じて前記電圧の印加を制御する制御部と、を有し、前記第１偏光板から前記光学結晶へ入射する光の進行方向と、前記光学結晶から前記第２偏光板へ入射する光の進行方向と、が互いに非平行であることを特徴とする。
【０００７】
光検出部は、第１面での反射により第１偏光から変換された第２偏光を観察する。互いに異なる偏光状態の偏光は、反射面の法線に対して所定の角度をなすように入射させることにより、異なる反射率となる。第１偏光板から第１面へ入射する間に偏光状態が変化した光に対して、第１面での反射により第１偏光から第２偏光へ変換された観察光を選択的に光検出部へ進行させることが可能となる。分極反転領域の観察のための構成は、簡易にでき、各要素の配置に自由度を持たせることが可能である。これにより、簡易な構成により、良好なコントラストで分極反転領域を観察することができる。
【０００８】
また、本発明の好ましい態様としては、前記光源部は、前記第１面の法線に対して斜めの方向へ光を進行させることが望ましい。これにより、第１偏光板から光学結晶へ入射する光の進行方向と、光学結晶から第２偏光板へ入射する光の進行方向とが互いに非平行となる。
【０００９】
また、本発明の好ましい態様としては、真空チャンバー内にて前記光学結晶へ電圧を印加し、前記真空チャンバーは、前記光源部からの光を透過させる透過部を備え、前記第１偏光板及び前記第２偏光板の少なくとも一方は、前記透過部に設けられることが望ましい。これにより、第１偏光板及び第２偏光板を固定するための構造を別途設ける必要が無くなり簡易な構成とし、また第１偏光板及び第２偏光板を容易に設置できる。
【００１０】
また、本発明の好ましい態様としては、前記電圧供給部は、前記第１電極層に形成される複数の電極パッドへ接続可能であって、前記制御部は、前記複数の電極パッドごとの前記電圧の印加を制御することが望ましい。これにより、分極反転構造を均一に形成するための高精度な制御が可能となる。
【００１１】
また、本発明の好ましい態様としては、前記光学結晶を流れる電流を検出する電流検出部を有し、前記制御部は、前記電流検出部による検出結果に応じて前記電圧の印加を制御することが望ましい。これにより、分極方向を反転させた領域と自発分極を残存させた領域との比率に応じた電圧印加の制御が可能となる。
【００１２】
また、本発明の好ましい態様としては、前記制御部は、前記電流検出部により検出された電流の積分値に応じて前記電圧の印加を制御することが望ましい。これにより、分極方向を反転させた領域と自発分極を残存させた領域との比率を推測することができる。
【００１３】
さらに、本発明に係る分極反転結晶製造方法は、分極反転構造を備える分極反転結晶を製造する分極反転結晶製造方法であって、光学結晶の第１面に形成された第１電極層と、前記光学結晶の前記第１面とは反対側の第２面に形成された第２電極層と、に電圧を印加する工程と、前記光学結晶の前記第１面へ第１の偏光方向の第１偏光を入射させる工程と、前記第１面で反射した光のうち、前記第１の偏光方向に垂直な第２の偏光方向の第２偏光を検出する光検出工程と、前記光検出工程における検出結果に応じて前記電圧の印加を制御する工程と、を含み、前記第１面へ入射する光の進行方向と、前記第１面で反射された光の進行方向と、が互いに非平行であることを特徴とする。これにより、簡易な構成により、良好なコントラストで分極反転領域を観察することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】分極反転結晶の構成の模式図である。
【図２】分極反転結晶製造装置の概略模式図である。
【図３】分極反転結晶を製造する手順を説明するフローチャートである。
【図４】光検出部で検出される非線形光学結晶の像の模式図である。
【図５】光源部から斜めに光を進行させる利点を説明する模式図である。
【図６】ｓ偏光の反射率とｐ偏光の分布の例を表すグラフである。
【図７】第１偏光板及び第２偏光版を配置する態様の例を示す模式図である。
【図８】実施例２に係る分極反転結晶製造装置の概略模式図である。
【図９】第１電極層が載置された非線形光学結晶の上面模式図である。
【図１０】実施例３に係る分極反転結晶製造装置の概略模式図である。
【図１１】分極反転結晶を製造する手順を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１は、本発明の実施例に係る分極反転結晶製造装置により製造された分極反転結晶１０の構成の模式図である。分極反転結晶１０は、波長変換素子、例えば、第二高調波発生（Second−Harmonic  Generation：ＳＨＧ）素子として機能する。分極反転結晶１０は、例えば、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）の分極反転結晶（Periodically  Poled  Lithium  Niobate：ＰＰＬＮ）である。
【００１７】
分極反転結晶１０は、非線形光学結晶の自発分極を残存させた自発分極層１１と、非線形光学結晶の自発分極を反転させた部分である分極反転層１２と、を周期的に並列させた分極反転構造を備える。分極反転構造は、コヒーレント長ｌＣごとに非線形光学定数ｄの符号を反転させて構成されている。分極反転結晶１０は、入射した基本波光を波長変換することにより高調波光を射出させる機能を備える。
【００１８】
図２は、非線形光学結晶３０が載置された分極反転結晶製造装置の概略模式図である。分極反転結晶製造装置は、電圧供給部２１、制御部２２、光源部２３、光検出部２４、第１偏光板２５、及び第２偏光板２６を備える。非線形光学結晶３０は、分極反転結晶１０の材料である光学結晶であって、例えば、ＬｉＮｂＯ３結晶である。第１電極層３１は、非線形光学結晶３０の第１面Ｓ１に形成されている。第２電極層３２は、非線形光学結晶３０のうち第１面Ｓ１とは反対側の第２面Ｓ２に形成されている。なお、非線形光学結晶３０は、ＬｉＮｂＯ３結晶に限られず、他の強誘電体結晶、例えば、ＬｉＴａＯ３結晶等を用いても良い。
【００１９】
第１電極層３１は、所望の分極反転構造に応じて、平行帯状にパターニングされている。第１電極層３１を構成する平行帯状部分は、互いに接続されている。第１電極層３１は、例えば、フォトリソグラフィー技術により形成される。第２電極層３２は、非線形光学結晶３０のうち、第２面Ｓ２の略全体に形成されている。第１電極層３１及び第２電極層３２は、高い導電性の金属材料、例えば、アルミニウムを用いて構成されている。
【００２０】
電圧供給部２１は、第１電極層３１と第２電極層３２とに印加する電圧を供給する。制御部２２は、第１電極層３１と第２電極層３２との間に印加する電圧を制御する。光源部２３は、非線形光学結晶３０の第１面Ｓ１へ入射させる光を供給する。光源部２３は、第１面Ｓ１の法線に対して斜めの方向へ光を進行させる。光源部２３は、例えばハロゲンランプ等のランプである。この他、光源部２３は、光を射出させるものであれば良く、発光ダイオードや半導体レーザー等であっても良い。
【００２１】
第１偏光板２５及び第２偏光板２６は、非線形光学結晶３０の第１面Ｓ１に対向する位置に、互いに並列させて配置されている。第１偏光板２５は、光源部２３及び第１面Ｓ１の間の光路中に設けられている。第１偏光板２５は、第１の偏光方向の第１偏光、例えばｓ偏光を透過させる。第１の偏光方向は、例えば、紙面手前及び奥行き方向である。第２偏光板２６は、第１面Ｓ１で反射した光が入射する位置に設けられている。第２偏光板２６は、第２の偏光方向の第２偏光、例えばｐ偏光を透過させる。第２の偏光方向は、第１の偏光方向に垂直な方向であって、例えば、紙面の左右方向である。光検出部２４は、第２偏光板２６を透過した光が入射する位置に設けられている。光検出部２４は、光を検出する受光素子、例えばＣＣＤやＣＭＯＳを備える。
【００２２】
光源部２３から射出した光のうち第１偏光は、第１偏光板２５を透過し、非線形光学結晶３０の第１面Ｓ１へ入射する。非線形光学結晶３０のうち、分極反転領域で反射した第１偏光は、位相が変化することにより、偏光状態が変化する。分極反転領域とは、非線形光学結晶３０の自発分極から分極状態が反転した領域である。第１面Ｓ１へ入射した光のうち、分極反転領域での反射により第１偏光から第２偏光へ変換された成分は、第２偏光板２６を透過する。光検出部２４は、第２偏光板２６を透過した光を検出する。第１面Ｓ１の法線に対して斜めの方向からの光を第１面Ｓ１で反射させるため、第１偏光板２５から第１面Ｓ１へ入射する光の進行方向と、第１面Ｓ１から第２偏光板２６へ入射する光の進行方向とは、互いに非平行である。
【００２３】
図３は、分極反転結晶１０を製造する手順を説明するフローチャートである。分極反転結晶製造装置には、予め第１電極層３１及び第２電極層３２が形成された非線形光学結晶３０が載置される。ステップＳ１１では、第１電極層３１と第２電極層３２との間への電圧印加を開始させる。制御部２２は、第１電極層３１と第２電極層３２との間に印加する電圧のパルス振幅、パルス幅、パルス波形、パルス間隔等を制御する。第１電極層３１と第２電極層３２との間に高電圧パルスを印加すると、第１電極層３１が形成された領域にて分極反転領域が徐々に成長していく。
【００２４】
ステップＳ１２では、第１面Ｓ１で反射して第２偏光板２６を透過した光を、光検出部２４で検出する。光検出部２４で撮像された像は、例えばモニター等に表示される。ステップＳ１３では、光検出部２４による検出結果から、電圧の印加を終了させるための条件を満たすか否かを判断する。条件を満たさないと判断した場合（ステップＳ１３、Ｎｏ）、制御部２２は電圧の印加を継続させ、ステップＳ１２に戻る。
【００２５】
電圧の印加を継続する場合に、制御部２２は、光検出部２４による検出結果に応じて、印加する電圧の増減、パルスの調整等の制御をすることとしても良い。制御部２２は、例えば、光検出部２４での検出結果から、分極反転構造が広がる速度に応じて電圧印加の条件を変更することとしても良い。電圧の印加を終了させるための条件を満たすと判断した場合（ステップＳ１３、Ｙｅｓ）、制御部２２は電圧の印加を終了させる（ステップＳ１４）。その後、非線形光学結晶３０の所望の大きさへのダイシング、研磨、光学膜の形成等を経て、分極反転結晶１０が完成する。
【００２６】
図４は、光検出部２４で検出される非線形光学結晶の像３４の模式図である。ステップＳ１３における判断は、分極反転構造が形成される範囲において光検出部２４で検出される光量が均一であるか否かにより判断する。第１電極層３１と第２電極層３２との間における電圧の印加を開始させたときは、分極反転領域が形成されていないため、第１面Ｓ１での反射による偏光状態の変換が生じない。第１面Ｓ１での反射により偏光状態が変換されなかった第１偏光は、第２偏光板２６で吸収される。この場合、光検出部２４で撮像される非線形光学結晶の像３４は、全体が暗部となる。
【００２７】
電圧の印加を継続させ、分極反転領域が生じると、分極反転領域での反射により第１偏光から第２偏光へ変換された成分は、第２偏光板２６を透過し、光検出部２４で検出される。光検出部２４で光が検出されることにより、分極反転構造が形成された部分は、非線形光学結晶の像３４において明部３５となって確認される。分極反転構造が形成されていない部分は、非線形光学結晶の像３４のうち暗部３６のままとなって確認される。
【００２８】
分極反転構造は、始めは非線形光学結晶３０において部分的に形成され、徐々に非線形光学結晶３０の全体へ広がっていく。ステップＳ１３では、非線形光学結晶の像３４の明るさが不均一である間は、非線形光学結晶３０には分極反転構造の形成が完了していない領域が存在するため、電圧の印加を終了させる条件を満たさないと判断する。また、非線形光学結晶の像３４の明るさが均一になったとき、非線形光学結晶３０の全体に分極反転構造が分布するに至ったとして、電圧の印加を終了させる条件を満たすと判断する。なお、図中、第１電極層の像３７は参考として模式的に表したものである。分極反転が完了したか否かは非線形光学結晶の像３４全体の明暗の分布に応じて判断されれば良く、第１電極層の像３７が確認されることを要しないものとする。
【００２９】
図４では、互いに隣接する第１電極層３１同士の間の領域の全体にも一様に分極反転領域が形成されているように描かれているが、実際には第１電極層３１同士の間には分極方向が反転されない領域が残される。これにより、分極方向の反転部分と非反転部分とが周期的に並列された分極反転構造が形成される。しかし、第１電極層３１のピッチ(反転部分と非反転部分とのピッチ)は大変小さいため、通常の受光素子では、反転部分と非反転部分とを識別できるまでの観察はなされず、反転部分がある領域と、反転部分が無い領域との区別が観察される程度となる。
【００３０】
上述するステップＳ１３では、光検出部２４による検出結果から非線形光学結晶３０の全面に分極反転領域が形成されたことを確認した後、さらに所定の条件を満足してから電圧の印加を終了することとしても良い。所定の条件としては、例えば、さらに電圧を印加させる時間やパルス数が設定される。このような条件の設定は、非線形光学結晶３０の全面に分極反転領域が形成されたことが確認されてから、分極反転領域の幅と、自発分極を残存させた自発分極領域の幅とが一致するまでにさらに電圧の印加を要する場合に有用である。これにより、さらに均一な分極反転構造を得ることが可能となる。条件とされる時間やパルス数は、光検出部２４での検出結果から、分極反転構造が広がる速度に応じて設定しても良い。
【００３１】
図５は、光源部２３から第１面Ｓ１の法線Ｎに対して斜めに光を進行させる利点を説明する模式図である。第１偏光板２５からの第１偏光のうちの一部は、第１面Ｓ１に入射するまでに偏光状態が変化する場合がある。第１偏光板２５から第１面Ｓ１へ入射する間に偏光状態が変化した光の一部は、分極反転領域を観察するための観察光と同様に進行し、観察の際のコントラストを低下させる場合がある。コントラストが低下すると、分極反転領域の観察が困難となる。
【００３２】
図６は、ｓ偏光の反射率Ｒｓとｐ偏光の反射率Ｒｐの分布の例を表すグラフである。第１面Ｓ１へ入射する光線と法線Ｎとがなす角度θが０度であるとき、ｓ偏光の反射率Ｒｓとｐ偏光の反射率Ｒｐとは略一致する。角度θを０度から大きくしていくと、反射率Ｒｓ、Ｒｐには差が生じることとなる。このため、第１偏光板２５からの偏光状態に乱れが生じる場合であっても、第１面Ｓ１で反射させる偏光をある程度選択することが可能となる。法線Ｎに対して所定の角度θで第１面Ｓ１へ光を入射させることにより、観察光を選択的に光検出部２４へ進行させることが可能となる。
【００３３】
第１偏光板２５は光源部２３と非線形光学結晶３０との間の光路中、第２偏光板２６は非線形光学結晶３０と光検出部２４との間の光路中にそれぞれ設ければ良く、分極反転の観察のための構成を簡易にできる。また、光線に対して第１偏光板２５及び第２偏光板２６の傾きは制限されず、光源部２３、光検出部２４、第１偏光板２５、及び第２偏光板２６の配置にある程度の自由度を持たせることも可能である。これにより、簡易な構成により、良好なコントラストで分極反転領域を観察できるという効果を奏する。
【００３４】
図７は、第１偏光板２５及び第２偏光板２６を配置する態様の例を示す模式図である。第１電極層３１及び第２電極層３２が形成された非線形光学結晶３０は、真空チャンバー４０内に載置される。真空チャンバー４０は、真空ポンプ４１を作動させることにより、内部を真空にする。分極反転結晶製造装置は、真空チャンバー４０内にて、非線形光学結晶３０へ電圧を印加させる。真空中の電圧印加とすることで、第１電極層３１間における電気のリークを低減させ、効率的な電圧印加が可能となる。
【００３５】
光源部２３及び光検出部２４は、真空チャンバー４０外に配置される。真空チャンバー４０のうち第１電極層３１と対向する部分には、光を透過させる透過部４２が設けられている。透過部４２は、光源部２３から非線形光学結晶３０へ進行する光と、非線形光学結晶３０から光検出部２４へ進行する光とを透過させる。第１偏光板２５及び第２偏光板２６は、透過部４２上に設けられている。これにより、第１偏光板２５及び第２偏光板２６を固定するための構造を別途設ける必要がなくなり簡易な構成とする。また、第１偏光板２５及び第２偏光板２６を容易に設置できる。
【００３６】
なお、第１偏光板２５及び第２偏光板２６は、透過部４２のうち真空チャンバー４０内部側、外部側のいずれに設けても良い。また、第１偏光板２５及び第２偏光板２６のうちの少なくとも一方を透過部４２に設けることとすれば良く、第１偏光板２５及び第２偏光板２６の双方がいずれも透過部４２に設けられる場合に限られない。
【００３７】
分極反転結晶製造装置は、真空中で非線形光学結晶３０へ電圧を印加するものに限られず、従来知られるいずれの態様により電圧を印加するものとしても良い。第１偏光板２５は光源部２３及び非線形光学結晶３０の間の光路中、第２偏光板２６は非線形光学結晶３０及び光検出部２４の間の光路中であれば、それぞれいずれの位置に設けても良い。
【実施例２】
【００３８】
図８は、本発明の実施例２に係る分極反転結晶製造装置の概略模式図である。図９は、第１電極層５１が載置された非線形光学結晶３０の上面模式図である。本実施例は、第１電極層５１に設けられた電極パッド５２ごとの電圧の印加を制御することを特徴とする。上記実施例１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。第１電極層５１には、４つの電極パッド５２が形成されている。４つの電極パッド５２は、第１電極層５１のうち所望の分極反転構造に応じてパターニングされた部分の周囲に設けられている。
【００３９】
各電極パッド５２は、電圧供給部２１に接続されている。制御部２２は、電極パッド５２ごとの電圧の印加を制御する。非線形光学結晶３０に印加される電圧は、非線形光学結晶３０の厚みや第１電極層５１の厚みのばらつき等のために、位置ごとに異なる場合がある。本実施例では、分極反転領域が形成される過程を光検出部２４での検出結果から把握し、分極反転領域が均一に形成されるように、電圧の印加を電極パッド５２ごとに制御する。
【００４０】
例えば、非線形光学結晶３０の面内において分極反転領域が形成される範囲に偏りが生じたことを確認した場合に、分極反転領域の形成が遅れている部分に最も近い電極パッド５２への印加電圧を相対的に高くする。このようにして、電極パッド５２ごとに電圧の印加を制御することにより、分極反転構造を均一に形成するための高精度な制御が可能となるという効果を奏する。なお、第１電極層５１は複数の電極パッド５２を備えるものであれば良く、電極パッド５２の数、位置、形状等は本実施例で説明するものに限られない。
【実施例３】
【００４１】
図１０は、本発明の実施例３に係る分極反転結晶製造装置の概略模式図である。本実施例は、電流検出部６０を有することを特徴とする。上記実施例１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。電流検出部６０は、分極反転構造を形成する際に非線形光学結晶３０を流れる電流を検出する。
【００４２】
図１１は、分極反転結晶１０を製造する手順を説明するフローチャートである。ステップＳ２１では、第１電極層３１と第２電極層３２との間の電圧印加を開始させる。ステップＳ２２では、第１面Ｓ１で反射して第２偏光板２６を透過した光を、光検出部２４で検出する。ステップＳ２３では、光検出部２４の検出結果に応じて、分極反転構造が非線形光学結晶３０の全体に広がったか否かを判断する。分極反転構造が非線形光学結晶３０の全体には広がっていないと判断した場合（ステップＳ２３、Ｎｏ）、制御部２２は電圧の印加を継続させ、ステップＳ２２に戻る。制御部２２は、光検出部２４による検出結果に応じて、印加する電圧の増減、パルスの調整等の制御をすることとしても良い。
【００４３】
分極反転構造が非線形光学結晶３０の全面に広がったと判断した場合（ステップＳ２３、Ｙｅｓ）、ステップＳ２４において、電流検出部６０による電流検出の結果を参照する。ステップＳ２５では、ステップＳ２４において参照された電流検出の結果から、分極反転領域と自発分極領域とが１対１となったか否かを判断する。分極反転領域と自発分極領域とが１対１となったか否かは、電流検出部６０により検出された電流の積分値が所定の閾値に到達したか否かにより判断する。分極反転構造の形成において流された電流値を積分した電荷量Ｑは、分極反転領域の面積Ｓ及び自発分極Ｐｓに比例し、以下の式が成り立つ。
Ｑ＝２・Ｐｓ・Ｓ
【００４４】
制御部２２は、上記式を用いた演算により、分極反転領域と自発分極領域との比率を推測する。かかる推測により、分極反転領域と自発分極領域とが１対１となっていないと判断した場合（ステップＳ２５、Ｎｏ）、制御部２２は電圧の印加を継続させ、ステップＳ２２に戻る。このように、制御部２２は、電流検出部６０による検出結果に応じて電圧の印加を制御する。制御部２２は、電流検出部６０により検出された電流の積分値に応じて、印加する電圧の増減、パルスの調整等の制御をすることとしても良い。分極反転領域と自発分極領域とが１対１となったと判断した場合（ステップＳ２５、Ｙｅｓ）、制御部２２は電圧の印加を終了させる（ステップＳ２６）。その後、非線形光学結晶３０の所望の大きさへのダイシング、研磨、光学膜の形成等を経て、分極反転結晶１０が完成する。
【００４５】
このようにして、分極反転構造が形成された領域を検出することで分極反転構造を全面に形成するとともに、分極反転領域と自発分極領域との比率を検出することで、分極反転構造をさらに均一に形成することが可能となる。なお、ステップＳ２３における光検出部２４の検出結果による判断と、ステップＳ２５における電流検出部６０による検出結果による判断とは、本実施例で説明する順序である場合に限られず、例えば、同時に判断することとしても良い。光検出部２４による検出結果から、分極反転構造が形成された領域の面積を検出し、かかる面積における分極反転領域の比率を、電流検出部による検出結果から推測することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
以上のように、本発明に係る分極反転結晶製造装置、分極反転結晶製造方法は、波長変換素子として用いられる分極反転結晶を製造する場合に適している。
【符号の説明】
【００４７】
１０  分極反転結晶、１１  自発分極層、１２  分極反転層、２１  電圧供給部、２２  制御部、２３  光源部、２４  光検出部、２５  第１偏光板、２６  第２偏光板、３０  非線形光学結晶、３１  第１電極層、３２  第２電極層、Ｓ１  第１面、Ｓ２  第２面、３４、３７  像、３５  明部、３６  暗部、Ｎ  法線、４０  真空チャンバー、４１  真空ポンプ、４２  透過部、５１  第１電極層、５２  電極パッド、６０  電流検出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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