(57)【要約】【課題】分極反転すべき領域内に電極をドット状に分散させながらも、それぞれが集合して単一の電極のようなエッジ効果を示すことを抑制し得る、分極反転結晶の新たな製造方法を提供すること。【解決手段】  非線形光学結晶基板１の一方の板面２内の反転予定領域Ａに対して、第１ステップでは、該反転予定領域Ａを複数の小領域ａへと区分し、それらのうちから選択された特定の小領域ｂだけに第一電極を接触させて該小領域の分極反転を行なう。そして、先のステップにおいて選択されなかった小領域ｃのうちから小領域を選択して第一電極を形成し分極反転を行なうステップを、必要回数だけ繰り返すことによって、反転予定領域を全面的に分極反転させる。【選択図】図１
2006215461.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非線形光学結晶基板の一方の板面内に１以上存在する分極反転すべき領域である反転予定領域を複数の小領域へと区分し、前記複数の小領域のうちから、選択されない小領域が残るように小領域を選択し、選択された小領域だけに第一電極を接触させ、該基板の他方の板面に接触させた第二電極との間に分極反転電圧を印加して、該小領域の分極反転を行なう第１ステップと、
第１ステップにおいて選択されなかった小領域のうちから一部または全部の小領域を選択して第一電極を接触させ、基板裏面に接触させた第二電極との間に分極反転電圧を印加して該小領域の分極反転を行なう第２ステップとを少なくとも有し、
先のステップにおいて選択されなかった小領域のうちから小領域を選択して第一電極を形成し分極反転を行なうステップを、必要回数だけ繰り返すことによって、反転予定領域を全面的に分極反転させることを特徴とする、分極反転結晶の製造方法。
【請求項２】
第１ステップにおいて小領域を選択する際の選択パターンが、選択される小領域と、選択されない小領域とが交互に並ぶパターンである、請求項１記載の製造方法。
【請求項３】
反転予定領域が帯状を呈し、該反転予定領域と分極反転すべきでない領域とが、ストライプ模様を描くように、非線形光学結晶基板の板面内に交互に配置されている、請求項１または２記載の製造方法。
【請求項４】
第１ステップにおいて、各反転予定領域の帯の長手方向に小領域が一列に並ぶように各反転予定領域を区分し、これらの小領域のうちから１つおきに小領域を選択して分極反転を行なった後、第２ステップにおいて、残る小領域の分極反転を行なうものである、請求項３記載の製造方法。
【請求項５】
第１ステップでの小領域への区分において、互いに異なる反転予定領域に属する小領域同士が、ストライプ模様の周期方向に一直線上に整列しないように、各反転予定領域ごとにその帯の長手方向に小領域をずらせて区分するものである、請求項３または４記載の製造方法。
【請求項６】
第２ステップ以降のステップにおいて先のステップで選択されなかった小領域へ第一電極を接触させる際に、既に分極反転された領域の一部または全部に第一電極をオーバラップさせながら接触させるものである、請求項１〜５のいずれかに記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特定の領域（ドメイン）毎に自発分極の方向を反転させた構造を有する非線形光学結晶の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
強誘電体結晶（特に、非線形光学結晶）の自発分極の方向を特定の領域毎に反転させることによって、種々の波長変換素子として利用し得ることが知られている（例えば、特許文献１）。
自発分極の方向を、特定の領域毎に、特定の周期をもって反転させた構造が、周期的分極反転構造（以下、分極反転構造）であり、その周期的分極反転構造を局所的または全体的に付与された非線形光学結晶が分極反転結晶である。
【０００３】
分極反転結晶は、その分極反転構造の周期を変えることにより、第２高調波発生（Second Harmonic Generation：ＳＨＧ）、光パラメトリック発振（Optical Parametric Oscillator：ＯＰＯ）、差周波発生（Difference Frequency Generation：ＤＦＧ）、和周波発生(Sum Frequency Generation：ＳＦＧ)など、種々の波長変換素子として用いることができる。従って、分極反転結晶を用いた波長変換素子は、青色の可視領域から赤外領域まで幅広い波長変換が実現可能なため、光通信、光情報処理、ガス検知などの分野への応用が研究されている。
【０００４】
図６（ａ）、（ｂ）は、それぞれ分極反転結晶の例を示しており、分極方向を反転させた反転領域Ｅ２０と、もとの結晶の分極方向のままの非反転領域Ｅ１０とが、所定の周期にてストライプ状に交互に並ぶように結晶基板１１０中に形成されている。
図６（ａ）では、非線形光学結晶基板（以下、「結晶基板」）１１０の表層に分極反転構造が形成され、さらに該構造を横断するように導波路１２０が形成されている。また、図６（ｂ）では、結晶基板１１０全体に分極反転構造が形成されており、光路が限定されない所謂バルク型となっている。
波長変換すべき入力光Ｒ１０が非反転領域と反転領域とを交互に通過すると、結晶の非線形光学効果および分極反転構造の擬似位相整合によって、波長変換された出力光Ｒ２０が発生し出射される。
【０００５】
従来の分極反転結晶の製造方法としては、次の（ｉ）〜（iii）のものが挙げられるが、それぞれに問題を有している。以下、単に「反転」というときは、分極方向の反転を意味する。
（ｉ）特許文献２、３に記載された方法では、図７に示すとおり、結晶基板（Ｚ板）１１０の一方の板面（同図の基板上面；＋Ｚ面）に、反転すべき領域（反転予定領域）だけが露出するよう絶縁体からなるレジストパターン２２０を形成し、その上を金属電極材料からなる電極層２３０で一様に覆う。これによって、反転予定領域にのみ電極層２３０が接触し（以下、この接触している部分の電極を「上部電極」という）、反転用の電極として作用する。同図の例では、電極層２３０上にさらに液状電極２４０を接触させており、これによって、電極層２３０には、全面にわたって均一な電圧を印加させることが可能になっている。
結晶基板１１０の他方の板面（−Ｚ面）には、液状電極（液状電解質）３１０が全面に接触している。液状電極を接触させるための容器などは図示を省略している。両電極は、それぞれ、反転電圧印加用の電源装置Ｓ１０（図示せず）に接続されており、両電極間に分極反転電圧が印加（＋Ｚ面に＋電位、−Ｚ面に−電位を与える）されて、自発分極の方向が反転し、分極反転結晶が得られる。図７では、分極反転電圧によって生じる電界を矢印で示している。
【０００６】
このような方法では、反転予定領域全面にわたって電極を接触させているために、該領域が帯状の場合、電極のエッジ部に電界が集中するため（エッジ効果）、先ず帯状領域の両端から反転が起こり、次いで両端から中間部分へと反転が進行し、最後には帯状領域全体が反転する。
従って、結晶基板上の広い領域にストライプ状の反転構造を形成する場合には、長い帯状領域の両端から中央部へと反転部分が成長することになるため、各帯状領域毎に反転が完了する時間が異なる。また、図８に示すように、各帯状領域１２０において実際に反転する領域１３０は、周期方向（帯状領域の長手方向に対して垂直にストライプを横切る方向）にも広がっていく。そのため、帯状領域全体が反転するまでの間に、最初に反転した両端部分が帯状領域１２０から外へ広がり、反転構造が不均一になってしまう。
【０００７】
（ii）特許文献４の方法では、反転予定領域を複数の領域に分割し、各々分割した領域に電極を配置し、そして各電極に別々に電圧を印加し、領域全体を反転させている。
特許文献４の方法では、反転予定領域全域に対して、最初の段階で全ての電極を一度に形成する。そして、全ての電極のうちの一部にのみ電圧を印加し、さらに次のステップとして残りの電極に電圧を印加する方法である。即ち、各ステップで一部の電極に電圧を印加したときには、その電極の周辺に、電圧を印加していない電極が近接していることになる。このような状態で電極に電圧を印加すると、近接している電極がない場合と比べて電極から生じる電界分布が異なるため、本来得るべき均一な電界集中が得られず、反転が不均一になってしまう場合もある。
【０００８】
（iii）特許文献５の方法では、該文献の図１に示すように、反転予定領域内にドット状の電極を分散配置して分極反転電圧を同時に印加し、各ドット状の電極から広がる反転領域を互いにつなげて該領域を全面的にあるいは部分的に反転させている。
この方法によって、反転予定領域全面にわたって電極を接触させる場合よりも、反転構造の均一性が大幅に向上している。
【０００９】
しかしながら、本願発明者等の研究によれば、たとえ特許文献５のように電極をドット状に分散配置しても、反転予定領域の端部においては、単一の電極の場合と同様にエッジ効果が微量ながら生じることがわかった。これは、ドット状の電極であっても、領域内に密集させると互いに電界の影響を与え合い、巨視的に見れば分割されていない単一の電極のように振舞うからであると考えられる。
そのため、上記（ｉ）の場合と同様に、最初に反転した周辺部の反転領域が先行して広がり、図８に示すように、全体として不均一な反転構造となってしまうことがわかった。
【特許文献１】特開平６−１１００９５号公報
【特許文献２】米国特許第５８００７６７号公報
【特許文献３】米国特許第５１９３０２３号公報
【特許文献４】特開２００３−３０７７５８号公報
【特許文献５】国際公開公報  ＷＯ  ２００４／０８１６４７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、上記従来の問題を解消し、分極反転すべき領域内に電極をドット状に分散させながら、分散していない単一の大電極のように振舞う巨視的な作用効果の発現を抑制し得る、分極反転結晶の新たな製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、次の特徴を有するものである。
（１）非線形光学結晶基板の一方の板面内に１以上存在する分極反転すべき領域である反転予定領域を複数の小領域へと区分し、前記複数の小領域のうちから、選択されない小領域が残るように小領域を選択し、選択された小領域だけに第一電極を接触させ、該基板の他方の板面に接触させた第二電極との間に分極反転電圧を印加して、該小領域の分極反転を行なう第１ステップと、
第１ステップにおいて選択されなかった小領域のうちから一部または全部の小領域を選択して第一電極を接触させ、基板裏面に接触させた第二電極との間に分極反転電圧を印加して該小領域の分極反転を行なう第２ステップとを少なくとも有し、
先のステップにおいて選択されなかった小領域のうちから小領域を選択して第一電極を形成し分極反転を行なうステップを、必要回数だけ繰り返すことによって、反転予定領域を全面的に分極反転させることを特徴とする、分極反転結晶の製造方法。
（２）第１ステップにおいて小領域を選択する際の選択パターンが、選択される小領域と、選択されない小領域とが交互に並ぶパターンである、上記（１）記載の製造方法。
（３）反転予定領域が帯状を呈し、該反転予定領域と分極反転すべきでない領域とが、ストライプ模様を描くように、非線形光学結晶基板の板面内に交互に配置されている、上記（１）または（２）記載の製造方法。
（４）第１ステップにおいて、各反転予定領域の帯の長手方向に小領域が一列に並ぶように各反転予定領域を区分し、これらの小領域のうちから１つおきに小領域を選択して分極反転を行なった後、第２ステップにおいて、残る小領域の分極反転を行なうものである、上記（３）記載の製造方法。
（５）第１ステップでの小領域への区分において、互いに異なる反転予定領域に属する小領域同士が、ストライプ模様の周期方向に一直線上に整列しないように、各反転予定領域ごとにその帯の長手方向に小領域をずらせて区分するものである、上記（３）または（４）記載の製造方法。
（６）第２ステップ以降のステップにおいて先のステップで選択されなかった小領域へ第一電極を接触させる際に、既に分極反転された領域の一部または全部に第一電極をオーバラップさせながら接触させるものである、上記（１）〜（５）のいずれかに記載の製造方法。
【発明の効果】
【００１２】
本発明では、反転予定領域を複数の小領域へと区分し、各小領域ごとに個別に電極を配置して反転を行なうが、その電極の配置の仕方に特徴がある。即ち、区分した複数の小領域のうちから、特定の小領域だけを選択し（例えば、チェッカー模様のように、選択した小領域と非選択の小領域とが交互に並ぶパターンとして選択し）、選択された小領域だけに第一電極を配置し分極反転を行う。このような局所的な電極配置を多段階的に行なって、最終的に反転予定領域全体を反転させる。
このように、電極を全小領域に一度に配置するのではなく、電極を段階的に設けながら順次反転させていくことによって、互いに隣接する小領域どうしであっても、電極は互いに隣接することがなく、ドット状電極の配置でありながら、電極が密集することがない。
これによって、各ステップでは、第一電極同士を互いに十分な間隔をもって離すことができるので、電圧印加時における電極間相互の電界の影響が少なくなる。また、巨視的に見た場合のドット状電極の密集によるエッジ効果も抑制される。その結果、反転予定領域内の中央、周縁に関係なく、どの電極からも同時に反転が生じ、かつどの電極からも同様に反転が広がる。
【００１３】
上記作用によって、次の利点が得られる。
（あ）広い基板面に大きな反転構造を作成する場合、均一な反転構造が得られる。
（い）特許文献５の方法と比べて一つの反転予定領域に対して一度に接触させる第一電極のトータル面積が少ないので加わる電圧が小さくて済む。また、既に反転した領域の端部または全部に電極をオーバラップさせる場合には、加わる電圧が小さくて済み、これによって、後段階の反転時に反転領域の意図せぬ広がりが起こらず、均一な反転構造が維持できる。
（う）第２ステップ以降で配置する第一電極を、それ以前の反転領域とオーバーラップさせない電極配置態様では、周期や電極領域の大きさにかかわらず、各ステップにおいて同一のドット形状の電極を用い、略同一の電圧印加条件で反転構造を得ることもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下の説明では、小領域の形状と、そこに接触させる第一電極の接触領域の形状と、その結果得られる反転領域の形状とが、三者共、互いに等しいように描いた図を用いる場合があるが、これは説明や図示を簡単にするためである。実際の分極反転では、反転領域が外側へ広がるなど、第一電極の接触領域の形状とその結果得られる反転領域の形状とが完全に一致しない場合がある。従って、小領域を反転させた結果の反転領域の形状を、もとの設計上の小領域の形状にできるだけ近づけるために、小領域の形状に対して、第一電極の接触領域の形状を予め意図的にひとまわり小さくしておく場合がある。
【００１５】
図１は、本発明による製造方法を説明するための模式図であって、非線形光学結晶基板（以下、「結晶基板」ともいう）の一方の板面の一部を局所的に拡大した図である。
当該製造方法では、先ず第１ステップとして、図１（ａ）に示すように、結晶基板１の一方の板面２に存在する反転予定領域Ａを、複数の小領域ａに区分する。
図１（ａ）における区分の仕方は、８等分した単純な一例である。個々の小領域の形状や分割数は、分極反転構造の規模や製造工程などを考慮して適宜に設計してよい。
次に、この第１ステップにおいて、図１（ａ）に示すように、区分された複数の小領域ａのうちから特定の小領域ｂを選択して、選択された小領域ｂだけに第一電極を接触させ、該基板１の他方の板面（裏面）に接触させた第二電極（図示せず）との間に分極反転電圧を印加して、該小領域の分極反転を行なう。小領域ｂの選択に際しては、全数選択を避け、必ず選択されない小領域が残るように、好ましくは、選択される小領域と、選択されない小領域とが隣接するパターンとする。
【００１６】
次に、第２ステップとして、先のステップにおいて選択されなかった小領域（図１（ｂ）でハッチングを施していない領域ｃ）のうちから一部または全部の小領域を選択し、第一電極を接触させて分極反転を行なう。図１の例では、第１ステップで選択されなかった小領域ｃを，第２ステップにおいて全て選択し、トータル２段階のステップで反転を完了させている。
細分化した第一電極同士の影響を抑制するという本発明の目的が達成されるように、反転予定領域の区分と選択を行い、各小領域に順次電極を設けて反転させることによって、図１（ｃ）に示すように、最終的に各反転予定領域を全面的に反転させ、反転領域Ｂを得る。
以上のようなドット状電極の順次的な形成によって、反転予定領域を分割して行なう分極反転でありながら、ドット状電極の過密な同時配置が避けられ、上記した効果が得られる。
【００１７】
結晶基板の材料である非線形光学結晶は、公知のものであってよく、例えば、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３、ＸＡＴｉＯＸＢＯ４（ＸＡ＝Ｋ、Ｒｂ、Ｔｌ、Ｃｓ、ＸＢ＝Ｐ、Ａｓ）などの代表的なものや、これらにＭｇなど、種々の他の元素をドープしたものが挙げられる。ＬｉＮｂＯ３やＬｉＴａＯ３は、コングルーエント組成であってもストイキオメトリック組成であってもよい。
ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３などの強誘電体結晶は、第２高調波発生、光パラメトリック発振・増幅、差周波発生、和周波発生などの波長変換を行う素子の材料として好ましく用いられている。また、ＭｇＯドープＬｉＮｂＯ３は、特に耐光損傷性に優れた材料である。
【００１８】
分極反転加工を施すべき結晶基板は、Ｚ板が代表的であるが、特定の結晶軸が基板面の法線と特定の角度（オフ角度）をなすようにカットされたオフカット板であってもよい。
Ｚ板は、結晶のＺ軸の方向が基板面に垂直となるようにカット（所謂、Ｚカット）された結晶基板である。結晶基板は、分極方向を同一に揃えて、全体を単一ドメイン化（単分極化処理）したものが好ましい。
【００１９】
結晶基板の寸法は限定されないが、板状の直方体である場合の寸法例を挙げると、光路方向の長さが５ｍｍ〜７０ｍｍ程度、光路方向に垂直な断面の寸法が（３ｍｍ×７０ｍｍ）〜（０．２ｍｍ×５ｍｍ）程度である。これら寸法にて形成した分極反転結晶を、そのまま、または任意に分断・加工して用いればよい。
【００２０】
Ｚ板で代表されるように、結晶基板の主面に結晶軸のＹ軸を含むようにカットされた結晶基板を用いる場合、反転予定領域内に存在する複数の小領域を、Ｙ軸方向に直線状に並べて配置することは、好ましい態様の１つである。これは、ＬｉＮｂＯ３やＬｉＴａＯ３などの強誘電体結晶（これらにＭｇＯなどの不純物をドープしたものを含む）がＹ軸方向に反転領域が成長し易いので、Ｚ板などの結晶基板面に小領域をＹ軸方向に直線状に並べて配置することによって、帯状の反転予定領域が形成し易くなるからである。
【００２１】
本発明の製造方法によって形成される周期的分極反転構造の構成自体は、従来公知のものであってよい。その代表的な形態は、図６（ａ）、（ｂ）に示したとおりであって、反転加工された結晶基板面を見たとき、反転領域（反転加工前では反転予定領域）と、非反転領域（反転加工前では反転すべきでない領域）とがストライプ模様を描くように板面内に交互に配置された構造となっている。反転予定領域と、反転すべきでない領域との交互の配置パターンから明らかなとおり、それぞれの領域の外周形状は通常帯状や方形状となる。
【００２２】
分極反転構造を用いた擬似位相整合法による波長変換では、最大変換効率（ｍ＝1の場合）は、分極反転比率Ｄに依存し、最も理想的な値はＤ＝１／２、即ち、分極反転領域の帯幅（ドメイン幅）が分極反転周期の半分の時、波長変換素子として最も変換効率が高い。よって、周期的な分極反転構造を作製する場合、ストライプ状に配列された全ての分極反転領域を、どの領域も同様に均一な精度で分極反転比率５０％となるように作製することが好ましい。
一般的な周期的分極反転構造で形成される反転領域の帯幅（周期方向の反転長さ）は、取り扱う光の波長によって大きく異なるが、赤外線〜紫外線を取り扱う場合において、通常、１μｍ〜２０μｍ程度である。
【００２３】
各反転予定領域を区分する場合、小領域をあまり大きくすると、１つの小領域を反転させる場合に、そのエッジ部と中央部との間で反転の進行の差が生じる。反転予定領域を適度に細分化することによって、全ての小領域から同時に反転が起こり始め、どの小領域にも同様のエッジ効果が現れ、反転予定領域の端部から早く反転が起こり始めるといった偏った現象が起こらない。
個々の小領域の面積および外形の寸法上の限度は、結晶基板の大きさや、分極反転周期の規模によっても異なるが、第１ステップでの反転において結晶面内の反転形状を均一にする点からは、個々の小領域の面積を０．００７８５μｍ２〜７８５０μｍ２とすることが好ましい。小領域がこれよりも大きくなると反転形状に不均一さを生じる。また、小領域がこれよりも下回ると第一電極の接触領域が少なすぎて電極の形成が困難となり、反転できない結果となる。上記面積のなかでも特に１μｍ２〜１００μｍ２が、実際に形成される分極反転構造の個々の反転予定領域内に設ける小領域として最適の面積である。
また、個々の小領域の形状として過度に細長い形状が好ましくないことを考慮すると（離れた両端から反転し始めるため）、前記面積を有しながら、直径１００μｍの円に包含され得るような形状、さらには直径５０μｍの円、特に直径１０μｍの円に包含され得るような形状が好ましい。
【００２４】
反転予定領域を区分する際の分割パターンは、各小領域の形状と大きさを全て均等にするパターンであっても、互いに異なる形状や大きさの小領域を組合わせて配置するパターンとしてもよい。
図１（ｂ）におけるチェッカー模様を描くような交互の区分パターン・選択パターンは、単純な一例であって、第一電極同士の影響を抑制するという本発明の目的が達成されるような、区分パターン、選択パターンであればよい。例えば、図１（ｂ）におけるチェッカー模様のパターンでは、選択された小領域同士は、各長方形の頂点においてのみ互いに点接触しているが、選択された小領域同士が完全に離れているパターンであっても、逆に、互いに境界線で大きく接触するパターンであってもよい。
【００２５】
小領域の形状およびそれに設ける第一電極の接触領域の形状は、第一電極からの分極反転の広がりを計算しやすい点からは、正方形、長方形、円形、楕円形（長方形の長手方向の両端をそれぞれ半円状に膨らませた長円形や、変形した円をも含む）、正三角形などが好ましいが、これらには限定されず、多角形など、任意の形状であってもよい。また、三角形〜多角形、異形などの任意の形状の尖った角部を丸くした形状であってもよい。
小領域への区分のパターンは、これらの形状を任意に組合わせたものであってもよい。
【００２６】
反転予定領域内に区分された複数の小領域のなかから、各ステップにおいてどれだけの小領域をどのようなパターンにて選択するかは、限定はされないが、選択領域と非選択領域とがチェッカー模様（一列の交互配置の場合も含む）のように交互に並ぶパターンにて選択し、第２ステップにおいて非選択領域を全て反転させるトータル２段階のステップとすることが好ましい。これによって、本発明の作用効果を確保しながら、反転予定領域全体を反転させるのに要するトータル時間が短縮できる。
【００２７】
図２は、帯状の反転領域を形成する場合の好ましい小領域の態様を示す図である。
この態様では、第１ステップにおいて、各反転予定領域Ａの帯の長手方向（図の上下方向）に小領域ａが一列に並ぶように各反転予定領域Ａを区分し、これらの小領域のうちから１つおきに小領域ｂを選択している。
このような場合、小領域の幅は、そのまま反転予定領域の帯幅となっている。各小領域ａに対する第一電極の接触領域の幅は、電圧印加条件によっても異なるが、形成すべき反転領域の帯幅Ｗ１よりも０〜４μｍ程度小さい幅が好ましく、これによって帯幅Ｗ１と略一致した反転領域が得られる。
この場合、小領域の形状は、帯の長手方向の長さが１００μｍ以下であることが望ましく、これによって、小領域の反転形状（特に帯幅方向の寸法）が帯の長手方向全長にわたって均一となる。また、各第一電極の間隔は、各電極相互の影響が小さいように１０μｍ以上とすることが望ましい。
【００２８】
図３（ａ）に示すように、前のステップで反転した小領域（既反転領域）ｂに隣接する小領域ｃに第一電極を接触させる場合、反転小領域ｂと、それに隣接する小領域ｃでの接触領域ｄとは、微小な隙間ｋ１をおいた関係、単に接するだけの関係、図３（ｂ）に示すようにｋ２だけ一部オーバラップする関係、または、既反転領域に全面的にオーバラップさせながら隣接する小領域に接触する関係であってもよい。
図３（ａ）に示すような微小な隙間ｋ１をおく場合、第一電極の接触領域ｄから広がる反転領域によって該隙間ｋ１を埋めればよい。この場合の隙間ｋ１は、１〜４μｍ程度が好ましく、周期抜けの影響が少なく、反転結晶の実用上よい。また第１ステップでの第一電極と後ステップでの第一電極の形状を同一にしておけば、ステップに関係なく同一電圧印加条件で反転ができるのでなおよい。
【００２９】
作用の説明で述べたように、未反転部を単独で反転させるよりも既反転領域から反転領域を成長させる方が、より低い電圧で反転が行なわれるので、反転領域の余剰な広がりが抑えられる。また、隣接する反転領域の癒着による周期構造の抜けも抑制される。以上の点からは、図３（ｂ）に示すように、新たな第一電極の接触領域を、反転小領域の一部または全部にオーバラップさせて接触させる態様が好ましい。
また、既反転領域に全面的にオーバラップさせながら隣接する小領域へと第一電極を拡張して形成する態様であれば、周期方向のみの位置合わせだけで済み、周期方向と垂直方向との精度よい位置合わせの必要が無くなるので好ましい。
【００３０】
第一電極を段階的に配置するという発明独自の反転手法は、従来の技術的思想から見れば、電極の位置決め精度に起因して電極が周期方向（帯の長手方向へのばらつきは悪影響が少ない）にばらつくため、図４（ａ）に示すように、蛇行した帯状の反転領域しか得られないと解されるはずである。また、従来の技術的思想から見れば、そのように蛇行した反転領域によって構成された周期的分極反転構造をレーザー光の波長変換などに利用した場合、悪影響が生じ、好ましくないとも解されるはずである。
しかしながら、本発明者等の研究によれば、第一電極の位置が図４（ａ）に示すように周期方向にずれても、得られる反転領域は、図４（ｂ）に示すように、各小領域の外形を定める分域壁ｅ（分極方向が互いに異なる反転領域と非反転領域との境界面。基板面には、両領域の境界線として現れる）があたかも一つの反転領域であったかのように連続的に結合することがわかった。従って、図４（ｂ）に示すように、反転小領域ｂに対する第２ステップ以降の第一電極の接触領域ｄが周期方向に多少ずれても、反転後は連続した分域壁ｅを持つ反転構造を得ることが可能である。
また、本発明者等の研究によって、前のステップで反転させた領域が、後のステップでの反転の核となるため、後のステップでの反転しきい値電圧が低くなることがわかった。
従って、後のステップでの反転時に、前のステップでの反転領域の広がりが起こらず、さらに、後のステップでの反転領域も、前のステップの領域以上には広がらず、互いに滑らかに一本につながった直線的な反転構造が得られることがわかった。
【００３１】
分極反転を行なう際の第一電極、第二電極（裏面の電極）の配置方法、材料、温度など、基本的な分極反転技術については従来公知の技術を参照してよい。第二電極は裏面全面に配置してもよく、また、必要に応じて第一電極の真裏の位置からずれた位置に形成してもよい。
電極の好ましい態様として液体電極が挙げられる。液体電極の材料としては、公知の液体電極法で用いられている液状電解質や、ガリウム、インジウム、水銀などの液体金属などを用いてよい。前記液状電解質を構成する溶媒としては、水、ポリオール、またはこれらの混合物などが挙げられる。また、電解質材料としては、塩化リチウム、塩化ナトリウム、塩化カリウムなどが挙げられる。
液体電極法を適用する際に、液体電極をそれぞれ金属電極の上面や結晶基板の裏面に接触させるために必要な容器、液体電極に接続される配線構造、電源装置（制御回路等を含む）も、公知技術を参照してよい。
【００３２】
分極反転を行う際に印加すべき電圧も、公知の分極反転技術を参照してよく、例えば、一定時間直流電圧を印加する方法や、パルス電圧を印加する方法などがある。印加電位は相対的に＋Ｚ面に正、−Ｚ面に負となる方向に電圧を印加する。なかでも、本発明の製造方法に従って分散配置したドット状の電極による作用効果が最も顕著となるのは、パルス電圧である。パルス電圧を印加することにより、領域全体が同時に反転し易くなり、反転構造の均一性が向上する。
【００３３】
図５の例は、小領域の区分の仕方の好ましいパターンであって、互いに異なる反転予定領域（同図のＡ１、Ａ２、Ａ３、．．．）に属する小領域同士（同図のが第一電極の接触領域ａが、ストライプ模様の周期方向に対しては、一直線上に整列しないように（例えば図中の周期方向直線Ｘ上に同様に並ばないように）、各反転予定領域ごとに、小領域をその帯の長手方向にずらせて区分している。
このような配置であれば、個々の反転予定領域内において反転小領域が周期方向にばらついて帯状の反転領域が蛇行したとしても、各反転予定領域ごとにその帯の長手方向に小領域をずらせて区分しているので、そのようにばらついた反転小領域が周期方向に一直線上に整列することがない。よって、分極反転構造全体として変換特性が大きく劣化するのを避けることができる。
隣り合った反転予定領域同士において、小領域の位置を互いにどの程度ずらすかは自由に決定してよく、規則的であっても、ランダムであってもよい。
【実施例】
【００３４】
実施例１
本実施例では、帯状の反転予定領域内に長方形の小領域が一列並ぶように、該反転予定領域を区分し（図２の区分の態様）、１つおきの小領域に第一電極を配置して、２回のステップで全面に周期反転構造を形成した。
結晶基板として、厚さ０．５ｍｍ、ＭｇＯを５ｍｏｌ％添加したＺカットＬｉＮｂＯ３基板を用いた。
作製すべき分極反転構造の設計仕様は、結晶基板面上の分極反転構造全体としての大きさが、ストライプの帯の長手方向寸法（幅）１０ｍｍ×光路方向寸法（長さ）３０ｍｍ、反転予定領域の帯幅３．４５μｍ、それに挟まれた帯状の非反転領域の帯幅は３．４５μｍであり、分極反転周期は６．９μｍである。
【００３５】
（第１ステップでの小領域区分、電極形成、反転）
各反転予定領域における小領域への区分のパターンは、帯の長手方向の寸法（長さ）が３０μｍの長方形の小領域と、長さ２５μｍの長方形の小領域とが交互に並んだパターン（隣り合った小領域同士の中心間距離２７．５μｍ）である。
第一ステップでは、長さ３０μｍの小領域の方に、幅１μｍ×長さ３０μｍの長円形の第一電極を接触させた。
＋Ｚ面にフォトレジストで絶縁膜を形成し、該絶縁膜に第一電極の接触領域を露出させる開口を形成し、電極材料が接触し得る態様とした。電極材料は、絶縁膜の上から全面にスパッタにより（下層Ｃｒ／上層Ａｕ）金属膜を形成し、開口内に露出した基板面に該金属膜を接触させる態様とした。
ＬｉＣｌ電解液およびアルミ金属電極ブロックを基板の±Ｚ面に各々接触させ、両電極間（＋側と−側）に電圧を印加することにより、基板の±Ｚ面間にパルス電圧を加え、金属膜が基板に接触しているドット部分を反転させた。
【００３６】
（第２ステップでの電極形成、反転）
第１ステップで形成された金属膜や絶縁膜を除去し、選択されなかった長さ２５μｍの小領域に第一電極を形成した。電極の形成手順は第１ステップと同様である。
第２ステップでの第一電極の配置は、あらかじめ基板上に作製しておいた位置合わせマーカーを基準に、１μｍ×３０μｍの長円形の接触領域を、第１ステップでの電極配置におけるドット間を埋めるように配置した。
位置合わせマーカーとは、第１ステップの第一電極位置（あるいは反転領域）と第２ステップの電極位置関係をμｍ単位で合わせるための基準となる印である。
第１ステップと同様に分極反転を行なうことによって、各反転予定領域を全面的に反転させた。
【００３７】
得られた分極反転構造を観察したところ、分極反転構造全域に渡って均一な周期状の反転構造が形成されていることを確認した。
【００３８】
比較例１、２
比較例１として、帯状の反転予定領域全面を切れ目なく一様に覆う第一電極を形成したこと以外は、上記実施例１と同様に分極反転構造を形成した。
また、比較例２として、帯状の反転予定領域全面に細分化したドット状の第一電極を密集した状態で分散させ、一度のステップで、ドット状の反転領域同士を合体させ反転予定領域全面を反転させる態様としたこと以外は、上記実施例１と同様に分極反転構造を形成した。
【００３９】
実施例１、比較例１、２で、それぞれ得られた分極反転結晶の分極反転比率（反転幅／反転周期）のばらつきを標準偏差値で比較した。
比較例１の結晶は、＋Ｚ面で８％（数値の幅で２．２μｍ〜２．４μｍ）、−Ｚ面で９％（数値の幅で２．９μｍ〜３．４μｍ）であったが、実施例１および比較例２で得られた結晶は、＋Ｚ面、−Ｚ面それぞれ４％、５％と、分極反転比率のばらつきは、大幅に改善されていた。
また、隣接する反転領域が広がって互いに結合してしまい、周期構造が失われている割合を調べたところ、比較例１の結晶では２５％であったのに対し、実施例１では５％未満に抑制されていた。これを波長変換効率で比較すると、実施例１の結晶は、比較例１の結晶に比べて６０％向上していることになる。
また、比較例２で得られた結晶と、実施例１で得られた結晶とを比較すると、周期構造が失われてしまっている割合は同じであるが、この状態が得られる歩留まりが、比較例２では５０％であったのに対して、実施例１では９０％に向上することがわかった。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明によって、分極反転すべき領域内に電極をドット状に分散させながらも、それぞれが集合して単一の電極のように振舞うことが抑制できるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明による製造方法を説明するための模式図である。
【図２】帯状の反転予定領域に対する、好ましい小領域への区分の態様を示す図である。
【図３】既に反転させた小領域と、次のステップでの第一電極の接触領域との関係を示す図である。
【図４】帯状の反転領域の形成において生じる現象を説明する図である。
【図５】第一電極の接触領域を、ストライプ模様の周期方向に一直線上に整列しないようにずらせて配置する場合の配置パターンの一例である。
【図６】一般的な分極反転結晶の構造例を示す模式図である。
【図７】従来の分極反転結晶の製造方法を示す模式図である。
【図８】従来の分極反転結晶の製造方法の問題点を示す模式図である。
【符号の説明】
【００４２】
１    結晶基板
２    結晶基板の板面（一方の主面）
Ａ    反転予定領域
ａ    区分された小領域
ｂ    選択された小領域
ｃ    選択されなかった小領域
Ｂ    反転領域
【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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