(57)【要約】【課題】強誘電体結晶に分極反転領域を周期的に形成する場合において、分極反転領域の精度を高める。【解決手段】電源１１０は、第１電極２０と第２電極３０の間に電圧を印加する。光源１２０は、強誘電体結晶１０の第１方向（図１におけるｘ方向）における２つの端面の一方（第１端面：図１における左側の端面）に、光を入射する。この入射光には、強誘電体結晶１０の分極反転構造によって波長変換される波長（第１波長）が含まれる。測定部１３０は、強誘電体結晶１０の第１方向の他方の端面（第２端面：図１における右側の端面）から放射された光（放射光）のうち、強誘電体結晶１０の分極反転構造によって波長変換された後の波長成分の強度を測定する。そして制御部１４０は、測定部１３０によって測定された強度に基づいて、電源１１０による電圧印加の終了タイミングを判断する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
強誘電体結晶の第１面に、複数の第１電極を第１方向に互いに離して配置し、かつ、前記強誘電体結晶のうち前記第１面に対向する第２面に、第２電極を前記複数の第１電極に対向するように配置し、
前記強誘電体結晶に分極反転構造を形成するために、前記第１電極と前記第２電極の間に電圧を印加し、
前記電圧を印加しながら、前記強誘電体結晶の第１方向の第１端面から、前記分極反転構造によって波長変換される第１波長の光を有する入射光を入射し、かつ前記強誘電体結晶の前記第１端面に対向する第２端面から放射された放射光のうち、前記分極反転構造によって波長変換された後の波長の強度を測定し、当該強度に基づいて、前記電圧の印加の終了タイミングを判断する、分極反転方法。
【請求項２】
請求項１に記載の分極反転方法において
前記第１端面における前記入射光の入射位置を、前記第１面と前記第２面の間で移動させる分極反転方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の分極反転方法において、
前記第２端面と、前記放射光を測定する測定部の間に、前記第１波長の光をカットする波長フィルタを配置する分極反転方法。
【請求項４】
強誘電体結晶の第１面に形成された第１電極と、前記強誘電体結晶のうち前記第１面に対向する第２面に形成された第２電極の間に、前記強誘電体結晶に分極反転構造を形成するために電圧を印加する電源と、
前記強誘電体結晶の第１方向の第１端面から、前記分極反転構造によって波長変換される第１波長の光を有する入射光を入射する光源と、
前記強誘電体結晶の前記第１端面に対向する第２端面から放射された放射光のうち、前記分極反転構造によって波長変換された後の波長成分の強度を測定する測定部と、
前記強度に基づいて、前記電圧印加の終了タイミングを判断する制御部と、
を備える分極反転処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強誘電体結晶に分極反転領域を形成する分極反転方法及び分極反転処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
強誘電体結晶に分極反転領域を周期的に形成することにより、疑似位相整合素子を形成することが行われている。疑似位相整合素子を用いると、光の波長を例えば短波長側に変換することができる。疑似位相整合素子において、分極反転領域の周期は、変換前の光の波長及び変換後の光の波長によって定まる。言い換えると、分極反転領域の周期は高い精度で管理される必要がある。
【０００３】
例えば特許文献１には、強誘電体結晶に分極反転領域を周期的に形成する方法が記載されている。この方法では、まず、強誘電体結晶の第１主表面に絶縁膜を形成する。そして、この絶縁膜に複数の開口を周期的に形成した後、この絶縁膜上及び開口内に位置する強誘電体結晶に第１電極を形成する。また、強誘電体結晶の第１主表面とは逆側の面に、第２電極を形成する。次いで、第１電極と第２電極の間に電圧を印加することにより、強誘電体結晶に分極反転領域を周期的に形成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−４３６０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
強誘電体結晶に電圧を印加しておくと、強誘電体結晶のうち電圧が印加されている領域の分極は徐々に反転していく。そして電圧の印加時間が長くなると、分極反転領域は電圧が印加されている領域の周囲まで広がる。このため、強誘電体結晶に高い精度で分極反転領域を形成するためには、電圧の印加時間を適切な範囲に収める必要がある。一方、強誘電体結晶にはある程度のばらつきがあるため、上記した電圧の印加時間の適切な範囲は、個々の強誘電体結晶によって異なる。このため、強誘電体結晶に分極反転領域を周期的に形成する場合において、分極反転領域の精度を高めることは難しかった。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、強誘電体結晶に分極反転領域を周期的に形成する場合において、分極反転領域の精度を高めることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明において、強誘電体結晶の第１面には、複数の第１電極が第１方向に互いに離して配置される。また、強誘電体結晶の第１面に対向する第２面には、第２電極が複数の第１電極に対向するように配置される。そして、強誘電体結晶に分極反転構造を形成するために、第１電極と第２電極の間に電圧を印加する。ここで、電圧を印加しながら、強誘電体結晶の第１方向の第１端面から、第１波長の光を有する入射光を入射する。第１波長の光は、上記した分極反転構造によって波長変換される。また、強誘電体結晶の第１端面に対向する第２端面から放射された放射光のうち、上記した分極反転構造によって波長変換された後の波長の強度を測定する。そして、この強度に基づいて、電圧印加の終了タイミングを判断する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、強誘電体結晶に分極反転領域を周期的に形成する場合において、分極反転領域の精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態に係る分極反転処理装置の構成を、強誘電体結晶とともに示す図である。
【図２】測定部による検出結果の一例を示すグラフである。
【図３】第２の実施形態に係る分極反転処理装置の構成を示す図である。
【図４】測定部による検出結果の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１１】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る分極反転処理装置１００の構成を、強誘電体結晶１０とともに示す図である。本実施形態に係る分極反転処理装置１００は、電源１１０、光源１２０、測定部１３０、及び制御部１４０を備え、強誘電体結晶１０に周期的な分極反転構造に形成する。強誘電体結晶１０の第１面には第１電極２０が形成されており、強誘電体結晶１０のうち第１面に対向する第２面には第２電極３０が形成されている。電源１１０は、第１電極２０と第２電極３０の間に電圧を印加する。光源１２０は、強誘電体結晶１０の第１方向（図１におけるｘ方向）における２つの端面の一方（第１端面：図１における左側の端面）に、光を入射する。この入射光には、強誘電体結晶１０の分極反転構造によって波長変換される波長（第１波長）が含まれる。測定部１３０は、強誘電体結晶１０の第１方向の他方の端面（第２端面：図１における右側の端面）から放射された光（放射光）のうち、強誘電体結晶１０の分極反転構造によって波長変換された後の波長成分の強度を測定する。そして制御部１４０は、測定部１３０によって測定された強度に基づいて、電源１１０による電圧印加の終了タイミングを判断する。以下、詳細に説明する。
【００１２】
強誘電体結晶１０は、例えばＭｇを添加したＬｉＮｂＯ３（ニオブ酸リチウム）単結晶基板であるが、ＬｉＴａＯ３（タンタル酸リチウム）などの他の強誘電体からなる結晶であってもよい。強誘電体結晶１０の第１面（例えば＋Ｚ面）には、複数の第１電極２０が第１方向（図１におけるｘ方向）に互いに離間して配置されている。これら複数の第１電極２０は、電気的に接続されている。
【００１３】
本図に示す例では、強誘電体結晶１０の第１面には絶縁膜２２が形成されている。絶縁膜２２は、例えば酸化アルミニウムや酸化ジルコニウムなどの金属酸化物、酸化シリコンなどの無機酸化物、又は窒化シリコンなどの窒素化合物である。絶縁膜２２は、例えばスパッタリング法、真空蒸着法、またはＣＶＤ法などを用いて形成される。絶縁膜２２には複数の開口が第１方向に互いに離間して配置されている。そして絶縁膜２２上及び絶縁膜２２の開口内には、導電膜２４が形成されている。導電膜２４のうち絶縁膜２２の開口内に位置する部分が第１電極２０となっている。そして複数の第１電極２０は、導電膜２４のうち絶縁膜２２の上に位置する部分を介して、互いに接続している。導電膜２４は、例えばＡｌ膜などの金属膜であり、例えばスパッタリング法を用いて形成されている。
【００１４】
また、強誘電体結晶１０の第２面（例えば−Ｚ面）には、第２電極３０が形成されている。第２電極３０は、複数の第１電極２０のいずれにも対向するように形成されている。第２電極３０は、例えばＡｌ膜などの金属膜であり、例えばスパッタリング法を用いて形成されている。
【００１５】
第１電極２０及び第２電極３０には、電源１１０が接続している。電源１１０は、第１電極２０及び第２電極３０の間に電圧を印加する。電源１１０は、制御部１４０によって制御されている。制御部１４０は、電源１１０を制御することにより、第１電極２０及び第２電極３０に、パルス波形の電圧を印加する。パルス波形は、例えば矩形である。
【００１６】
光源１２０は、例えばレーザ光源であり、強誘電体結晶１０の第１端面に光を入射する。この光には、上記したように、第１波長の成分が含まれる、第１波長は、強誘電体結晶１０の分極反転構造によって波長変換される波長である。光源１２０の発光は、制御部１４０によって制御されている。例えば制御部１４０は、電源１１０が第１電極２０及び第２電極３０に電圧を印加している間、光源１２０を発光させる。ここで制御部１４０は、光源１２０をパルス的に発光させてもよい。
【００１７】
測定部１３０は、フォトダイオードなどの光電変換素子を有しており、強誘電体結晶１０の第２端面から放射された放射光を光電変換する。測定部１３０が有する光電変換素子は、放射光のうち、第１波長が強誘電体結晶１０の分極反転構造によって波長変換された後の波長（第２波長）を光電変換する。このようにするためには、光電変換素子は、第２波長における光電変換効率が特に高いのが好ましい。
【００１８】
また、強誘電体結晶１０の第２端面と測定部１３０の間に、波長フィルタ１５０を設けてもよい。波長フィルタ１５０は、第２波長の光を通し、その他の波長（第１波長を含む）の光をカットする。なお、波長フィルタ１５０は、第１波長の光をカットするフィルタであってもよい。波長フィルタ１５０を設けることにより、測定部１３０は、高い精度で第２波長の光の強度を測定することができる。
【００１９】
制御部１４０は、測定部１３０の測定結果を用いて、電源１１０及び光源１２０を制御する。具体的には、制御部１４０は、測定部１３０が検出した第２波長の光の強度が基準値になった時に、電源１１０による第１電極２０及び第２電極３０への電圧の印加を終了する。このとき、制御部１４０は、光源１２０の動作も終了させる。
【００２０】
図２は、測定部１３０による検出結果の一例を示すグラフである。本図に示す例において、横軸は、電源１１０が第１電極２０及び第２電極３０の間に電圧を印加してからの時間ｔである。本図に示すように、第１電極２０及び第２電極３０の間に電圧していると、初期の間は徐々に測定部１３０の検出値が増加していく。これは、強誘電体結晶１０のうち第１電極２０と第２電極３０に挟まれている領域に分極反転領域が形成され、かつこの分極反転領域が時間ｔとともに広がっていくためである。ただし、時間ｔが長くなりすぎると、測定部１３０の検出結果は低下してしまう。これは、強誘電体結晶１０の分極反転領域が広がりすぎ、第１電極２０と第２電極３０に挟まれた領域からはみ出てしまい、分極反転の周期が崩れるためである。
【００２１】
これに対して本実施形態では、制御部１４０は、測定部１３０の測定結果が基準値に達したときに、電源１１０の動作を終了させる。このため、強誘電体結晶１０の分極反転領域を適切な範囲に収めることができる。すなわち、強誘電体結晶１０に、高い精度で分極反転領域を周期的に形成することができる。
【００２２】
（第２の実施形態）
図３は、第２の実施形態に係る分極反転処理装置１００の構成を示す図である。本実施形態に係る分極反転処理装置１００は、以下の点を除いて、第１の実施形態に係る分極反転処理装置１００と同様の構成である。
【００２３】
まず、光源１２０と強誘電体結晶１０の間には、光路制御部１２２が設けられている。光路制御部１２２は、強誘電体結晶１０の第１端面における入射光の入射位置を、第１面と第２面の間（図３におけるｙ方向）で移動させる。本図に示す例では、光路制御部１２２はガルバノミラー及びこれを回転させる駆動部である。光源１２０は、ガルバノミラーに入射光を照射する。この入射光は、ガルバノミラーによって反射され、強誘電体結晶１０の第１端面に入射する。この際、強誘電体結晶１０の第１端面に対するガルバノミラーの反射面の角度は徐々に変化する。これにより、強誘電体結晶１０の第１端面における入射光の入射位置は、第１面と第２面の間で移動する。
【００２４】
なお、光路制御部１２２の構成は上記した例に限定されない。例えば光路制御部１２２は、光源１２０の向きを変えることにより、強誘電体結晶１０の第１端面における入射光の入射位置を、第１面と第２面の間（図３におけるｙ方向）で移動させてもよい。
【００２５】
また、光路制御部１２２と強誘電体結晶１０の第１端面の間には、レンズ１２４が設けられており、強誘電体結晶１０の第２端面と波長フィルタ１５０の間には、レンズ１２６が設けられている。レンズ１２４は、光路制御部１２２から強誘電体結晶１０に入射する光を、第１方向（図３におけるｘ方向）に揃える。一方、レンズ１２６は、強誘電体結晶１０の第２端面から放射される放射光を、波長フィルタ１５０及び測定部１３０に入射させる。
【００２６】
図４は、測定部１３０による検出結果の一例を示すグラフである。本図に示す例において、横軸は、強誘電体結晶１０の第１面からの深さｄ（図３参照）である。このグラフは、強誘電体結晶１０の厚さ方向に分極反転がどの程度進んでいるかを示している。そして図４において点線で示すように、このグラフは、一定間隔で生成される。制御部１４０は、ｄ方向においてほぼ全域で測定部１３０による検出結果が基準値以上になった時に、電源１１０による電圧印加を終了させる。
【００２７】
なお、入射光をさらに強誘電体結晶１０の幅方向（図３の紙面に対して垂直な方向）に移動させると、測定部１３０による測定結果に基づいて、強誘電体結晶１０の分極反転の進行状況を示す画像を生成することができる。
【００２８】
本実施形態によっても、第１の実施形態と同様の効果が得られる。また、光路制御部１２２を設けることにより、強誘電体結晶１０の第１端面における入射光の入射位置は、第１面と第２面の間で移動する。これにより、強誘電体結晶１０の厚さ方向（図３におけるｄ方向）において、どの領域の分極反転が進んでいるかを確認することができる。そして、強誘電体結晶１０のうち第１電極２０及び第２電極３０で挟まれている領域において、厚さ方向のほぼ全体が分極反転したときに、電源１１０による電圧印加を終了させることができる。従って、さらに高い精度で、強誘電体結晶１０に分極反転領域を周期的に形成することができる。
【００２９】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
【符号の説明】
【００３０】
１０ 強誘電体結晶
１００ 分極反転処理装置
１１０ 電源
１２０ 光源
１２２ 光路制御部
１２４ レンズ
１２６ レンズ
１３０ 測定部
１４０ 制御部
１５０ 波長フィルタ
２０ 第１電極
２２ 絶縁膜
２４ 導電膜
３０ 第２電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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