(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚み方向に分極する分極領域と、
周囲の前記分極領域の分極方向と逆向きに分極する分極反転領域と、
が擬似位相整合パタンで周期的に配列された周期分極構造を備える波長変換素子用薄膜基板であって、
前記擬似位相整合パタンは、
長手方向が前記分極領域に収まる長さ且つ所定の幅の線分パタンを、長手方向である行方向には同一直線上にあるように且つ所定の隙間を介して等間隔になるように配列し、幅方向である列方向には平行且つ等間隔になるように配列し、さらに前記隙間が行毎に一方向へ一定長づつシフトするように周期的に配列されており、
前記周期分極構造は、
前記擬似位相整合パタンの前記線分パタンを前記分極反転領域としていることを特徴とする波長変換素子用薄膜基板。
【請求項２】
光の伝搬方向に対して垂直な方向に一様に分極し、光の伝搬方向に一定の長さをもつ分極区間と、
前記分極区間の分極方向と逆向きに分極している分極反転領域を含み、光の伝搬方向に一定の幅をもつ分極反転区間と、
が光の伝搬方向に交互に存在する周期分極構造を備える波長変換素子用導波路であって、
前記分極反転区間は、
全て前記分極反転領域である第１タイプ、
前記分極反転領域が光の伝搬方向及び分極方向と垂直な方向の一端にあり、他の領域が前記分極区間の分極方向と同じ方向に分極している第２タイプ、
前記分極反転領域が光の伝搬方向及び分極方向と垂直な方向の両端にあり、他の領域が前記分極区間の分極方向と同じ方向に分極している第３タイプ、
及び、
前記分極反転領域が光の伝搬方向及び分極方向と垂直な方向の他端にあり、他の領域が前記分極区間の分極方向と同じ方向に分極している第４タイプ、
があり、
光の伝搬方向に、少なくとも１つの前記第１タイプ、少なくとも１つの前記第２タイプ、少なくとも１つの前記第３タイプ、少なくとも１つの前記第４タイプの順で配列されていることを特徴とする波長変換素子用導波路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非線形光学媒質中で生じる差周波発生効果を用いて信号光の波長を別の波長に変換する波長変換素子用薄膜基板及び波長変換素子用導波路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
波長変換光源モジュールの作製において、信号光波長および制御光波長の和または差周波数の変換光を作り出すために、波長変換素子用薄膜基板（ＬｉＮｂＯ３）上に擬似位相整合（ＱＰＭ：Ｑｕａｓｉ−Ｐｈａｓｅ  Ｍａｔｃｈｉｎｇ）パタンと呼ばれる周期的な分極反転領域を形成する必要がある。分極反転領域の形成方法は、例えば、特許文献１や特許文献２に記載されている。
【特許文献１】特開平０２−１８７７３５号公報
【特許文献２】特開２００３−１４０２１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
図１は、レジストパタンと液体電極を用いた電界印加法で波長変換素子用薄膜基板上に分極反転構造を形成する製法を説明する図である。図１の電界印加法は、基板の厚み方向に予め一様に分極させた波長変換素子用薄膜基板１１ａ上に線分パタンを並列に並べた多数のレジストパタン１２をマスクとして形成した後、表面を塩化リチウム水溶液等の液体電極１３で浸し、電荷印加手段１６で電界を印加してレジストパタン１２が存在しない領域の分極を強制的に反転させる。レジストパタン１２の配列を調整することによって、波長変換素子用薄膜基板１１ｂの分極の周期性を実現し、波長変換素子用薄膜基板１１ｂ上にＱＰＭパタンを形成できる。なお、図１において矢印１４は分極の方向を示している。
【０００４】
図１の電界印加法により基板全面に渡って分極反転現象を確実に起こすためには、レジストパタン１２の長さをある程度の値（例えば、１ｍｍ長の線分パタン）よりも短くする必要がある。その理由は、電界集中により分極反転のトリガーとなるレジストパタン１２の両端が離れ過ぎると、分極反転現象を完了しない領域が生じ、その領域での歩留まりが低下するからである。これを避けるため、例えば、図２のようなＱＰＭパタン２０が設計されている。ＱＰＭパタン２０は、線分パタン２３の長手方向の長さが１ｍｍであり、長手方向の線分パタン２３間に１０〜２０μｍ程度の隙間を設けている。
【０００５】
波長変換素子用薄膜基板３０上にＱＰＭパタン２０をレジストパタンで形成して電解印加法を行った場合、波長変換素子用薄膜基板３０に形成される周期分極反転構造は図３のようになる。波長変換素子のクラッド部となるリッジ導波路（長さ５０ｍｍ）は、図３のような波長変換素子用薄膜基板３０を線分パタン２３に対して直交するようにダイシングソーで切断して形成される。図３では、ダイシングソーで切断される領域を波長変換素子用導波路形成領域Ａ１〜Ａ４として示している。ところが、図３のようなＱＰＭパタン２０の周期分極反転構造には隙間３１の領域があるため、ダイシングソーでの切断箇所によっては、リッジ導波路に隙間３１の領域が含まれ擬似位相整合しない波長変換素子が作製されるというおそれがあった。図３では、波長変換素子用導波路形成領域Ａ３及びＡ４が相当する。リッジ導波路に隙間３１の領域が含まれないようにするため、ダイシングソー用の位置合わせマーク２５を予めフォト・エッチング法により形成する必要があり、従来のＱＰＭパタンの周期分極反転構造には、プロセスの煩雑およびそれに伴うコスト高という課題があった。波長変換素子用薄膜基板からリッジ導波路を切り出す場合で説明したが、基板から導波路チップデバイスを切り出す場合においても同様の課題を生ずる。なお、以下の説明においてリッジ導波路を波長変換素子用導波路として説明する。
【０００６】
そこで、前記課題を解決するため、本発明は、ダイシングソー用の位置合わせマークを不要とし、プロセスが簡易で低コストで波長変換素子を作製できるＱＰＭパタンの周期分極反転構造を持つ波長変換素子用薄膜基板及びこれを切断した波長変換素子用導波路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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明に係る波長変換素子用薄膜基板は、ＱＰＭパタンの隙間を斜めにレイアウトするシフト並列配置を採用することとした。
【０００８】
具体的には、本発明に係る波長変換素子用薄膜基板は、厚み方向に分極する分極領域と、  周囲の前記分極領域の分極方向と逆向きに分極する分極反転領域と、が擬似位相整合パタンで周期的に配列された周期分極構造を備える波長変換素子用薄膜基板であって、前記擬似位相整合パタンは、長手方向が前記分極領域に収まる長さ且つ所定の幅の線分パタンを、長手方向である行方向には同一直線上にあるように且つ所定の隙間を介して等間隔になるように配列し、幅方向である列方向には平行且つ等間隔になるように配列し、さらに前記隙間が行毎に一方向へ一定長づつシフトするように周期的に配列されており、前記周期分極構造は、前記擬似位相整合パタンの前記線分パタンを前記分極反転領域としていることを特徴とする。
【０００９】
分極反転のトリガーとなる線分パタンのエッジがウエハ面内に均一に分布するようになり、長い線分パタンを有する分極反転構造を波長変換素子用薄膜基板に作製することが可能となる。このため、波長変換素子用薄膜基板を切断して波長変換素子用導波路を形成する際は、オリフラなどで簡単にダイシングソーの位置合わせすることにより連続的に切断できる。このため、１つの波長変換素子用薄膜基板から得られる波長変換素子用導波路の数である収率を向上できる。また、基板に導波路チップデバイスを形成した後、導波路チップデバイスを切り出す場合も同様の効果を得ることができる。
【００１０】
従って、本発明は、ダイシングソー用の位置合わせマークを不要とし、プロセスが簡易で低コストで波長変換素子を作製できるＱＰＭパタンの周期分極反転構造を持つ波長変換素子用薄膜基板を提供することができる。
【００１１】
本発明に係る波長変換素子用導波路は、前記波長変換素子用薄膜基板を切断して作製される。具体的には、本発明に係る波長変換素子用導波路は、光の伝搬方向に対して垂直な方向に一様に分極し、光の伝搬方向に一定の長さをもつ分極区間と、前記分極区間の分極方向と逆向きに分極している分極反転領域を含み、光の伝搬方向に一定の幅をもつ分極反転区間と、が光の伝搬方向に交互に存在する周期分極構造を備える波長変換素子用導波路であって、前記分極反転区間は、全て前記分極反転領域である第１タイプ、前記分極反転領域が光の伝搬方向及び分極方向と垂直な方向の一端にあり、他の領域が前記分極区間の分極方向と同じ方向に分極している第２タイプ、前記分極反転領域が光の伝搬方向及び分極方向と垂直な方向の両端にあり、他の領域が前記分極区間の分極方向と同じ方向に分極している第３タイプ、及び、前記分極反転領域が光の伝搬方向及び分極方向と垂直な方向の他端にあり、他の領域が前記分極区間の分極方向と同じ方向に分極している第４タイプ、があり、光の伝搬方向に、少なくとも１つの前記第１タイプ、少なくとも１つの前記第２タイプ、少なくとも１つの前記第３タイプ、少なくとも１つの前記第４タイプの順で配列されていることを特徴とする。
【００１２】
波長変換素子用導波路を前記波長変換素子用薄膜基板から切り出す際は、オリフラなどで簡単にダイシングソーの位置合わせすることにより連続的に切断できる。従って、本発明は、ダイシングソー用の位置合わせマークを不要とし、プロセスが簡易で低コストで波長変換素子を作製できる波長変換素子用導波路を提供することができる。
【００１３】
なお、作製した波長変換素子用導波路には複数のＱＰＭパタンの隙間部分が含まれる場合があるが、当該部分は波長変換素子用導波路の光路長の微小部分であり変換波長のずれは生じず、また変換後の光パワーの低下も無視できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ダイシングソー用の位置合わせマークを不要とし、プロセスが簡易で低コストで波長変換素子を作製できるＱＰＭパタンの周期分極反転構造を持つ波長変換素子用薄膜基板及びこれを切断した波長変換素子用導波路を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。
【００１６】
（実施の形態１）
図４は、本実施形態の波長変換素子用薄膜基板に形成されるＱＰＭパタン４０を示す図である。  ＱＰＭパタン４０は、長手方向が図５の波長変換素子用薄膜基板５０に収まる長さ且つ所定の幅の線分状の線分パタン５３を複数配列したパタンである。ＱＰＭパタン４０は、長手方向である行方向には同一直線上にあるように配列し、幅方向である列方向には平行且つ等間隔で周期的に配列している。さらに、ＱＰＭパタン４０は、行方向に隣り合う線分パタン５３間に隙間３１があり、隙間３１が行毎に一方向へ一定長づつシフトするように線分パタン５３が配列されている。すなわち、隙間３１の領域は、線分パタン５３に対して斜めに配置されている。
【００１７】
また、図５は、図４のＱＰＭパタン４０の周期分極構造を備える本実施形態の波長変換素子用薄膜基板５０の説明する図である。波長変換素子用薄膜基板５０は、厚み方向に分極する分極領域と、周囲の前記分極領域の分極方向と逆向きに分極する分極反転領域と、がＱＰＭパタン４０で周期的に配列された周期分極構造を備える。また、前記周期分極構造は、ＱＰＭパタン４０の線分パタン５３を分極反転領域とし、線分パタン５３の周囲を分極領域５５としている。詳細には、分極領域５５は、波長変換素子用薄膜基板５０内且つ線分パタン５３以外の領域である。
【００１８】
波長変換素子用薄膜基板５０は、例えば、図１で説明した電界印加法でＱＰＭパタン４０の周期分極構造が形成される。波長変換素子用薄膜基板５０から波長変換素子用導波路形成領域Ａ１〜Ａ４を切り出すことで、以下に説明する波長変換素子用導波路を得ることができる。また、波長変換素子用薄膜基板５０に導波路チップデバイスを形成した後、導波路チップデバイスを切り出す場合も同様である。
【００１９】
（実施の形態２）
図６は、本実施形態の波長変換素子用導波路６０を示す図である。本実施形態の波長変換素子用導波路６０は、光の伝搬方向Ｌに対して垂直な方向Ｅに一様に分極し、光の伝搬方向Ｌに一定の長さをもつ分極区間６２と、分極区間６２の分極方向と逆向きに分極している分極反転領域６３ａを含み、光の伝搬方向Ｌに一定の幅をもつ分極反転区間６３と、が光の伝搬方向Ｌに交互に存在する周期分極構造を備える波長変換素子用導波路６０であって、分極反転区間６３は、全て分極反転領域６３ａである第１タイプ６３−１、分極反転領域６３ａが光の伝搬方向Ｌ及び分極方向Ｅと垂直な方向Ｔの一端にあり、他の領域が分極区間６２の分極方向と同じ方向に分極している第２タイプ６３−２、分極反転領域６３ａが光の伝搬方向Ｌ及び分極方向Ｅと垂直な方向Ｔの両端にあり、他の領域が分極区間６２の分極方向と同じ方向に分極している第３タイプ６３−３、及び、分極反転領域６３ａが光の伝搬方向Ｌ及び分極方向Ｅと垂直な方向Ｌの他端にあり、他の領域が分極区間６２の分極方向と同じ方向に分極している第４タイプ６３−４、があり、光の伝搬方向Ｌに、少なくとも１つの第１タイプ６３−１、少なくとも１つの第２タイプ６３−２、少なくとも１つの第３タイプ６３−３、少なくとも１つの第４タイプ６３−４の順で配列されている。
【００２０】
波長変換素子用導波路６０は、光の伝搬方向Ｌに分極区間６２と分極反転区間６３とが交互に存在する導波路である。波長変換素子用導波路６０のうち分極区間６２は、垂直な方向Ｅに一様に分極している。波長変換素子用導波路６０のうち分極反転区間６３は、分極区間６２の分極方向と逆向きに分極している分極反転領域６３ａをもつ。また、分極反転区間６３は４つのタイプに分かれる。第１タイプ６３−１は、分極反転区間６３の全てが分極反転領域６３ａであるタイプである。第２タイプ６３−２は、光の伝搬方向Ｌから見て分極反転領域６３ａが光の伝搬方向と分極している方向Ｅとに垂直な方向Ｔの一方の側のみにあるタイプである。第３タイプ６３−３は、光の伝搬方向Ｌから見て分極反転領域６３ａが光の伝搬方向と分極している方向Ｅとに垂直な方向Ｔの両側にあるタイプである。第４タイプ６３−４は、分極反転領域６３ａが第２タイプ６３−２と逆側のみにあるタイプである。また、第２タイプ６３−２から第４タイプ６３−４は、分極反転領域６３ａ以外の領域が分極区間６２の分極方向と同じ方向に分極している。
【００２１】
分極区間６２は図５の分極領域５５であり、分極反転区間６３は図５の線分パタン５３である。分極反転区間６３の分極反転領域６３ａは図５の線分パタン５３であり、分極反転区間６３の他の領域は図５の隙間３１である。すなわち、分極反転区間６３の第１タイプ６３−１は、図５の線分パタン５３の中央付近の部分である。分極反転区間６３の第２タイプ６３−２から第４タイプ６３−４は、図５の隙間３１が含まれる部分である。
【００２２】
波長変換素子用導波路６０は、ＱＰＭパタン４０の隙間３１の傾きや波長変換素子用薄膜基板５０から波長変換素子用導波路形成領域の切り出し方によって、図６のように隙間３１を含むことがある。しかし、波長変換素子用導波路６０の全体に対して隙間３１が含まれる部分が少ないため、変換波長のずれは生じず、また変換後の光パワーの低下も無視できる。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明の波長変換素子用薄膜基板及び波長変換素子用導波路の構造は、本明細書で説明したＬｉＮｂＯ３の基板に限らず、非線形光学効果を有するＫＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３、ＬｉＮｂ（ｘ）Ｔａ（１−ｘ）Ｏ３（０≦ｘ≦１）又はＫＴｉＯＰＯ４、或いは、それらに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ている化合物の基板にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】レジストパタンと液体電極を用いた電界印加法を説明する図である。（ａ）は、波長変換素子用薄膜基板上に線分パタンを並列に並べた多数のレジストパタンをマスクとして形成した後の断面を示した図である。（ｂ）は、液体電極に電圧を印加してレジストパタンが存在しない領域の分極を強制的に反転させた後の断面を示した図である。
【図２】従来の波長変換素子用薄膜基板に形成される周期分極反転構造のパタンを説明する図である。
【図３】従来の波長変換素子用薄膜基板を説明する図である。
【図４】本発明に係る波長変換素子用薄膜基板に形成される周期分極反転構造のパタンを説明する図である。
【図５】本発明に係る波長変換素子用薄膜基板を説明する図である。
【図６】本発明に係る波長変換素子用導波路を説明する図である。
【符号の説明】
【００２５】
１１ａ：波長変換素子用薄膜基板
１１ｂ：波長変換素子用薄膜基板
１２：レジストパタン
１３：液体電極
１４：矢印
１５：裏面電極
１６：電界印加手段
２０、４０：擬似位相整合（ＱＰＭ）パタン
２３、５３：線分パタン
２５：位置合わせマーク
３０、５０：波長変換素子用薄膜基板
３１：隙間
５５：分極領域
６０：波長変換素子用導波路
６２：分極区間
６３：分極反転区間
６３ａ：分極反転領域
６３−１：分極反転区間の第１タイプ
６３−２：分極反転区間の第２タイプ
６３−３：分極反転区間の第３タイプ
６３−４：分極反転区間の第４タイプ
Ａ１〜Ａ４：波長変換素子用導波路形成領域
Ｌ：光の伝搬方向
Ｅ：方向
Ｔ：光の伝搬方向と分極している方向とに垂直な方向
【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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