(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
周期分極反転構造をもつ第１の基板と、ガラス膜が形成された第２の基板とを用い、前記周期分極反転構造に前記ガラス膜が接する状態にして第１の基板と第２の基板を重ね合わせ、重ね合わせた第１の基板と第２の基板を焼成することにより２つの基板を拡散接合し、その後に第１の基板に導波路を形成してこの導波路以外の部分を除去し、この導波路の上にガラス材料でなるオーバークラッド層を形成することを特徴とする波長変換素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長多重や時間多重を利用した光通信システムにおける光駆動型光回路装置、具体的には、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の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光通信システムの通信容量の増大を図るために、波長の異なる複数の光を多重化して伝送する波長分割多重（ＷＤＭ）通信システムが積極的に導入されている。このようなＷＤＭ通信システムにおいては、限られた波長数を有効に利用するために、信号波長を任意の信号波長に変換する波長変換デバイスの実用化が求められている。
【０００３】
従来、光の波長を変換する波長変換素子としては、半導体光増幅器を用いるもの、四光波混合を利用するもの等が知られている。しかしながら、これらの波長変換素子においては光通信システムにおいて求められる、高速、広帯域、低ノイズ、偏波無依存などの条件をすべて満足させることはできていなかった。
【０００４】
一方、二次非線形効果の一種である擬似位相整合による差周波発生を利用した波長変換素子が知られている。図６は、この種の擬似位相整合型の波長変換素子の構成を示す概略図である。比較的小さな光強度を持つ信号光Ａと、比較的大きな光強度を持つ制御光Ｂは合波器１１によって合波されて、分極反転構造をもった非線形導波路１２に入射される。導波路１２中で信号光Ａは、別の波長を持つ差周波光Ｃへと変換され、制御光Ｂと共に導波路１２から出射される。差周波光Ｃと制御光Ｂは、分波器１３により分離される。
例えば、制御光Ｂの波長λ１＝０．７７μｍとした場合、波長λ２＝１．５５μｍの信号光Ａを波長λ３＝１．５３μｍの差周波光Ｃへと変換することができる。
【０００５】
このような、擬似位相整合を利用した波長変換素子を作製する従来の方法においては、ニオブ酸リチウムなどの非線形光学結晶基板に周期分極反転構造を作製した後、プロトン交換法によって拡散型導波路を作製することによって波長変換素子を作製していた。
【０００６】
これに対し、導波路中への光電界の閉じ込めを改善しバルクもしくはバルクに近い非線形効果を利用した高効率な波長変換を実現するために、リッジ型導波路をもった波長変換素子が提案されている。リッジ型導波路を作製するための従来の方法は、液相エピタキシャル法（ＬＰＥ法）により成長したニオブ酸リチウムなどの非線形光学結晶からなるエピタキシャル膜に通常のフォトリソグラフィのプロセスによって導波路パターンを作製し、それに続くドライエッチングによってリッジ型導波路を作製していた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、プロトン交換法により作製した拡散型導波路は、屈折率分布が拡散型でありかつ基板の深さ方向に非対称であるために、導波路中への光電界の閉じ込めが弱く信号光と制御光の光電界分布が非対称となることがさけられない。従って、信号光と制御光の光電界の重なり積分に比例する波長変換効率は、両者の光電界の重なりが悪いために低い値にとどまるという問題があった。
また、プロトン交換法により作製した導波路は、プロトン交換処理によって非線形光学結晶基板の表面層が変質するために導波路部分の非線形光学効果が劣化し、波長変換の効率が劣化することが問題となっていた。
【０００８】
一方、ＬＰＥ法による単結晶膜を用いたリッジ型光導波路は、拡散型導波路に較べ導波路中への光電界の閉じ込めが良くなる効果がある。しかしながら、ＬＰＥ法による単結晶膜の作製は、成長させる単結晶膜と用いる基板との格子定数の整合をとる必要があることから、単結晶膜と基板の組み合わせが同種の結晶材料に限られることとなる。このことは、基板の屈折率とコアに用いる非線形光学結晶の屈折率の値が近くなることを意味し、このような光導波路に信号光と制御光を入射した場合には、信号光の光電界が波長分散の影響で制御光の光電界にくらべて基板中へ大きく染み出すことが避けられない。特に、ニオブ酸リチウム基板にドープ系ニオブ酸リチウムのＬＰＥ膜を成長させたような基板を用いた場合は、コアと基板の比屈折率差（Δｎ）が小さいために、制御光に較べて信号光の光電界が基板中へ大きく染み出すこととなり両者の光電界の中心がずれる結果となる。これは先にも述べたように、信号光と制御光の光電界の重なり積分に比例する波長変換の効率が劣化することとなり問題となっていた。
【０００９】
また、拡散型導波路、リッジ型導波路のいずれにおいてもコア周囲の屈折率分布が非対称であるために導波する光電界の形状が真円の形状からずれ、光ファイバに接続する際に過剰な結合損失が生じることが問題となっていた。
【００１０】
本発明の目的は、上記問題を解決した高効率の波長変換素子の製造方法を提供することである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の構成は、周期分極反転構造をもつ第１の基板と、ガラス膜が形成された第２の基板とを用い、前記周期分極反転構造に前記ガラス膜が接する状態にして第１の基板と第２の基板を重ね合わせ、重ね合わせた第１の基板と第２の基板を焼成することにより２つの基板を拡散接合し、その後に第１の基板に導波路を形成してこの導波路以外の部分を除去し、この導波路の上にガラス材料でなるオーバークラッド層を形成することを特徴とする。
【００２１】
【作用】
擬似位相整合を利用した波長変換素子の効率は、入射された信号光と制御光の光電界の重なり積分の大きさに比例する。従って、波長変換素子の効率を改善するためには光導波路の屈折率分布をできるだけ対称な形として光導波路中での信号光と制御光の重なりを良くすることが重要である。従来の波長変換素子の光導波路は、コア上部に位置するクラッド層が空気であり、一方、コア下部に位置する基板の屈折率がコアに用いた非線形光学結晶の屈折率に近い大きな値をもつため、入射された制御光、信号光の電界分布が大きく基板側へシフトして非対称となり、両者の光電界の重なりが減少するために波長変換の効率が低下する。
【００２２】
本発明者らは、制御光と信号光の重なりを良くする方法について鋭意検討した結果、周期分極反転構造をもつ非線形光学結晶からなるコアの上部または周囲に、コアの熱膨張係数とおよそ一致する値を持ち、かつ、屈折率はコアよりも小さいガラス材料からなるクラッドを形成することによって、制御光と信号光の重なりを改善した高効率の波長変換素子を作製できることを見出した。
【００２３】
非線形光学結晶からなるコアの上部あるいは周囲にガラス材料からなるクラッド層を形成することは、コアをとりまく屈折率分布の対称性を改善する上で効果がある。特に、基板の屈折率に一致するような屈折率をもつガラス材料をコアの上部あるいは周囲に形成した場合には、コアをとりまく屈折率分布が完全に対称な形となり、入射された信号光と制御光の光電界の中心がずれることがなくなるため波長変換の効率の改善に効果がある。
【００２４】
また、コアをとりまく屈折率分布が対称な形となることで、モードフィールドの形状も真円に近づき光ファイバと接続する際の接続損失を低下させることができるので、波長変換素子の導波路端面に入出力用の光ファイバを接続したような波長変換モジュールの低損失化に効果がある。
【００２５】
ここで、用いるガラス材料の屈折率はコアに用いる非線形光学結晶の屈折率よりも小さいことがコア中に光を導波させる上で必要である。ガラス材料の屈折率がコアに用いる非線形光学結晶の屈折率よりも大きい場合には、コアに入射された光がコア内を導波せずガラス材料中に放射されることとなって好ましくない。さらに、用いるガラス材料の屈折率は基板の屈折率に近接させることが望ましい。基板の屈折率と大きく異なる場合には、屈折率分布の対称性が改善しないために波長変換の効率の改善は難しい。
【００２６】
また、用いるガラス材料の熱膨張係数はコアに用いる非線形光学結晶あるいは基板の熱膨張係数に近いことが望ましい。熱膨張係数が大きく異なる場合には、発生する熱歪によって非線形光学結晶からなるコア、あるいは基板にクラックが生じる結果となって好ましくない。
【００２７】
また、非線形光学結晶からなるコアの上部あるいは周囲にガラス材料からなるクラッドを形成することは、波長変換素子の耐候性の改善あるいは導波路の保護に効果がある。特に、非線形光学結晶からなるコアの耐候性が悪い場合は、ガラス材料からなるクラッド層を形成することで、コアが直接に高温高湿な雰囲気に曝露されることがなくなり、波長変換素子の耐候性の改善に効果がある。さらに、不用意な取扱いによるコア導波路の損傷を防ぐ効果もある。
【００２８】
また、本発明者らは波長変換素子の製造方法について検討した結果、周期分極反転構造をもった非線形光学結晶からなるコアをもつ光導波型波長変換素子基板の上部にガラスペーストを所定の厚さに塗布し、それに引き続いた焼成によってオーバークラッド層を形成する作製方法を見出した。さらに本発明者らは周期分極反転構造をもった非線形光学結晶からなるコアをもつ光導波型波長変換素子基板の上部にガラス融液を流し出し、冷却・固化させることによってオーバークラッド層を形成する作製方法を見出した。
【００２９】
本発明においては、あらかじめコアに周期分極反転構造を作製しておくことが必要である。通常用いられる高電圧を印加する方法によってコアに用いる非線形光学結晶に周期分極反転構造を作製する場合、周期分極反転構造に一致した櫛形電極を非線形光学結晶基板に直接作製することが必要となる。従って、ガラス材料からなるオーバークラッド層を形成し、その後に通常の高電圧を印加する方法によって周期分極反転構造を作製することは難しい。
【００３０】
また、クラッドに用いるガラス材料としてはコアに用いる非線形光学結晶のキュリー温度以下の温度での焼成によって透明薄膜化するようなガラス材料を用いることが望ましく、例えば低融点ガラスを用いることが望ましい。キュリー温度以上の温度で焼成することは、あらかじめ非線形光学結晶に作製された周期分極反転構造が乱れることがあるので好ましくない。
【００３１】
本発明において、周期分極反転構造を持つ非線形光学結晶からなるコアをもつ波長変換素子基板の上部に所定の厚さに塗布されたガラスペーストは、電気炉中でキュリー温度以下の温度で焼成されることによって透明ガラス膜化する。このとき、焼成されるガラス膜は５μｍ以上の膜厚があることが望ましい。これはコアを導波する光の光電界がクラッド中にも５μｍ程度広がっているためである。膜厚が５μｍ以下である場合には光電界が感じるコア周囲の屈折率分布の対称性が悪くなるために波長変換の効率を改善する効果が減少する。また、焼成されたガラス膜は波長変換素子に入射される制御光、信号光あるいは変換光の動作波長範囲において透明であることが望ましく、余分な吸収、あるいは微結晶の析出による光の散乱がある場合は光導波路の損失が増加し波長変換の効率が低下するので好ましくない。
【００３２】
また、本発明においては非線形光学結晶からなるコアをもつ光導波型波長変換素子基板の上部にガラス融液を流し出し、冷却・固化させることによってオーバークラッド層を形成することもできる。流し出されたガラス融液は波長変換素子に入射される制御光、信号光あるいは変換光の動作波長範囲において透明であることが望ましい。また、冷却・固化の過程において微結晶などの析出がないことが望ましく、十分小さな臨界冷却速度を持つことが望ましい。
【００３３】
本発明の波長変換素子基板にガラスペーストを塗布し、それに引き続いた焼成によってガラス膜を作製する方法、あるいはガラス融液を基板上に流し出し、冷却・固化する方法によってガラス膜を作製する方法は、スパッタなどの薄膜製造装置を用いてガラス膜を作製する方法に較べ、５μｍ以上のガラス膜を短時間で作製することに効果がある。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施例を用いて詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら制限されるものではない。
【００３５】
（第１の実施例）
本実施例においては、大きさ３インチのＭｇ添加ＬｉＮｂＯ3 基板にＺｎ添加ＬｉＮｂＯ3 からなるＬＰＥ膜を成長させた基板を用い、波長１．５μｍ帯の通信波長帯において波長変換が可能となるような周期分極反転構造を作製した後、通常のドライエッチングのプロセスによってリッジ型光導波路を作製した波長変換素子基板を用意した。用意した波長変換素子基板の上部にＢ2 Ｏ3 −ＺｎＯ−ＰｂＯ系のガラスペーストを均一な膜厚となるように塗布し、大気中で５００°Ｃ、３時間焼成することにより厚さ５０μｍの透明ガラス膜を作製した。
ちなみに、焼成温度を５００°Ｃとしたのは、周期分極反転構造をもった非線形光学結晶からなるコア（ここではＬＰＥ法により成長させたＺｎ添加ＬｉＮｂＯ3 ）のキュリー温度が１１５０°Ｃであるので、このキュリー温度よりも低い５００°Ｃを採用したものである。
【００３６】
図１は導波路断面を示す図である。図１に示すように、基板厚３００μｍのＭｇ添加ＬｉＮｂＯ3 基板１１の上に、高さ８μｍ、幅８μｍのＺｎ添加ＬｉＮｂＯ3 からなる光導波路１２が位置し、さらに厚さ５０μｍのガラス膜１３が位置する構成となっている。ここで、作製したガラス膜１３は屈折率が２．１であり、基板１１の屈折率の値（２．１３）に近い値をもっている。なお、ガラス膜１３及び基板１１の屈折率は、コア（光導波路１２）の屈折率（２．１４）よりも小さくなっている。また、ガラス膜１３の熱膨張係数の値（１７×１０-6／°Ｃ）もＬｉＮｂＯ3 の値（１５〜１７×１０-6／°Ｃ）に近い値を持つように調整されている。なお、ガラス組成を調整することによって所望の屈折率および熱膨張係数の値を得ることはガラスペーストを製造する当該業者が適宜なしうるものである。
【００３７】
図２（ａ）は図１の光導波路１２を含む面の深さ方向の電界分布を示したものである。制御光の光電界１４と信号光の光電界１５の重なりが、ガラス膜１３を設けることによって、従来の構造における電解分布を示す図２（ｂ）における光電界の重なりよりも改善していることがわかる。
【００３８】
用意した３インチの基板には複数本の光導波路を作製した。次に、図３に示すように光導波路１２ごとに基板１１を短冊状に切り出し、切り出した光導波路の両端面１２ａを光学研磨することによって波長変換素子１７を作製した。作製した波長変換素子は長さ５０ｍｍであった。なお、基板１１を短冊状に切り出す工程あるいは光導波路端面１２ａを研磨する工程において波長変換素子１７に割れなどは発生しなかった。これはガラス膜１３の熱膨張係数が光導波路１２および基板１１の熱膨張係数におよそ一致するように調整されているため、熱歪などの内部応力の発生がなかったためである。
【００３９】
次に、作製した波長変換素子１７の光導波路１２に、０．７７μｍの制御光と１．５５μｍの信号光を入射したところ１．５３μｍの波長変換光が得られた。得られた波長変換光の効率を測定したところ１０００％／Ｗの高い効率が得られた。これは、本実施例においては光導波路をとりまく屈折率分布の対称性が改善しているため、図２に示されているように制御光の光電界１４と信号光の光電界１５の重なりが良くなったためである。
【００４０】
ここで、変換効率は、（Ｐout ／Ｐs ）／Ｐ１o の式より算出している。
なお、この式において、Ｐs は入射信号光量、Ｐout は変換光量、Ｐ１o は制御光量を表している。
【００４１】
このほか、ＳｉＯ2 −Ｒ2 Ｏ−Ｂ2 Ｏ3 系、ＳｉＯ2 −Ｒ2 Ｏ−Ｂ2 Ｏ−ＰｂＯ系、ＳｉＯ2 −Ｂ2 Ｏ−ＰｂＯ系、ＳｉＯ2 −ＰｂＯ−ＴｅＯ2 系、Ｂ2 Ｏ3 −ＰｂＯ系、ＳｉＯ2 −Ｂ2 Ｏ3 −ＺｎＯ−ＰｂＯ系、Ｂ2 Ｏ3 −ＲＯ系、ＴｅＯ2 −Ｒ2 Ｏ系、ＴｅＯ2 −Ｒ2 Ｏ−Ｌａ2 Ｏ3 系、ＴｅＯ2 −ＺｎＯ系（Ｒは１価または２価の元素）などのガラス材料からなるガラスペーストを用いてオーバークラッド層を有する波長変換素子を作製した場合においても同様に波長変換の効率の改善を確認することができた。
【００４２】
（第２の実施例）
本実施例においては第１の実施例と同様のリッジ型導波路をもつ波長変換素子基板を用い、波長変換素子基板の上部にＴｅＯ2 −Ｒ2 Ｏ−Ｒ′Ｏ−Ｌａ2 Ｏ3 系（Ｒは１価、Ｒ′は２価の元素）からなるガラス融液を流し出し冷却・固化する方法によってガラス膜からなるオーバークラッド層を作製した。すなわち、ＴｅＯ2 、Ｒ2 Ｏ、Ｒ′Ｏ、Ｌａ2 Ｏ3 からなる原料を所定の組成比になるように秤量、混合し、るつぼに充填したものを酸素雰囲気中で８００°Ｃで加熱溶融し、６５０°Ｃまで冷却することによってガラス融液を用意した。
ちなみに、用意したガラス融液の温度を６５０°Ｃとしたのは、周期分極反転構造をもった非線形光学結晶からなるコア（ここではＬＰＥ法により成長させたＺｎ添加ＬｉＮｂＯ3 ）のキュリー温度が１１５０°Ｃであるので、このキュリー温度よりも低い６５０°Ｃを採用したものである。
【００４３】
図４は本実施例のガラス膜の作製工程を示す図である。あらかじめ電気炉中で４００°Ｃに予加熱しておいた波長変換素子基板１８をスピンコート用のバキュームチャック１９に保持し、基板１８上に６５０°Ｃのガラス融液２１をるつぼ２０より流し出したのち、バキュームチャック１９を回転させることによってガラス融液２１を基板１８上に広げ、冷却・固化させることによって厚さ５０μｍのガラス膜２２を作製した。このとき、波長変換素子基板１８はあらかじめ、用いるガラスのガラス転移温度以上の温度に予加熱しておくことが望ましい。予加熱されてない場合は、冷却・固化されたガラス膜に割れが生じるあるいは基板から剥離する原因となって好ましくない。
【００４４】
作製されたガラス膜２２は屈折率が２．１であり、基板１８の屈折率（２．１３）に近接している。なお、ガラス膜２２及び基板１８の屈折率は、コアの屈折率（２．１４）よりも小さくなっている。また、ガラス膜２２の熱膨張係数の値（１７×１０-6／°Ｃ）もＬｉＮｂＯ3 の値（１５〜１７×１０-6／°Ｃ）に近い値をもつように調整されている。
なお、ガラス組成を調整することによって所望の屈折率および熱膨張係数の値を得ることはガラスを製造する当該業者が適宜なしうるものである。
【００４５】
ガラス膜２２が作製された基板１８を電気炉中で徐冷し、室温まで戻した後、第１の実施例と同様の方法によって光導波路ごとに短冊状に切り出し、光導波路の端面を光学研磨することによって波長変換素子を作製した。作製した波長変換素子は長さ５０ｍｍであった。なお、基板１８を短冊状に切り出す工程あるいは光導波路端面を研磨する工程において波長変換素子に割れなどは発生しなかった。これはガラス膜２２の熱膨張係数が光導波路および基板１８の熱膨張係数におよそ一致するように調整されているため、熱歪などの内部応力の発生がなかったためである。
【００４６】
次に、作製した波長変換素子の光導波路に、０．７７μｍの制御光と１．５５μｍの信号光を入射したところ１．５３μｍの波長変換光が得られた。得られた波長変換光の効率を測定したところ１０００％／Ｗの高い効率が得られた。これは、第１の実施例で示されたように本実施例においても光導波路をとりまく屈折率分布の対称性が改善しているため制御光と信号光の光電界の重なりが良くなったためである。
【００４７】
このほか、ＳｉＯ2 −Ｒ2 Ｏ−Ｂ2 Ｏ3 系、ＳｉＯ2 −Ｒ2 Ｏ−Ｂ2 Ｏ−ＰｂＯ系、ＳｉＯ2 −Ｂ2 Ｏ−ＰｂＯ系、ＳｉＯ2 −ＰｂＯ−ＴｅＯ2 系、Ｂ2 Ｏ3 −ＰｂＯ系、ＳｉＯ2 −Ｂ2 Ｏ3 −ＺｎＯ−ＰｂＯ系、Ｂ2 Ｏ3 −ＺｎＯ−ＰｂＯ系、Ｂ2 Ｏ3 −ＲＯ系、ＴｅＯ2 −Ｒ2 Ｏ系、ＴｅＯ2 −Ｒ2 Ｏ−Ｌａ2 Ｏ3 系、ＴｅＯ2 −ＺｎＯ系（Ｒは１価または２価の元素）などのガラス融液を用いた場合においても同様の波長変換素子を作製することができた。
【００４８】
（第３の実施例）
本実施例においては、大きさ３インチのＬｉＮｂＯ3 基板に波長１．５μｍ帯の通信波長帯において波長変換が可能となるような周期分極反転構造を作製した後、プロトン交換法によって拡散型光導波路を作製した波長変換素子基板を用意した。用意した波長変換素子基板の上部に第１の実施例と同様の方法によってＢ2 Ｏ3 −ＺｎＯ−ＰｂＯ系のガラスペーストを均一な膜厚となるように塗布し、大気中で５００°Ｃ、３時間焼成することにより厚さ５０μｍの透明ガラス膜を作製した。作製されたガラス膜は屈折率が２．１であり、基板の屈折率値に近接している。また、熱膨張係数の値もＬｉＮｂＯ3 の値（１５〜１７×１０-6／°Ｃ）に近い値を持つように調整されている。
【００４９】
次に、第１の実施例と同様に光導波路ごとに基板を短冊状に切り出し、切り出した光導波路の両端面を光学研磨することによって波長変換素子を作製した。作製した波長変換素子は長さ５０ｍｍであった。なお、基板を短冊状に切り出す工程あるいは光導波路端面を研磨する工程において波長変換素子に割れなどは発生しなかった。これは作製したガラス膜の熱膨張係数が基板として用いたＬｉＮｂＯ3 の熱膨張係数におよそ一致するように調整されているため、熱歪などの内部応力の発生がなかったためである。
【００５０】
次に、作製した波長変換素子の光導波路に、０．７７μｍの制御光と１．５５μｍの信号光を入射したところ１．５３μｍの波長変換光が得られた。得られた波長変換光の効率を測定したところ９００％／Ｗの高い効率が得られた。これは、本実施例においては光導波路をとりまく屈折率分布の対称性が、オーバークラッド層が空気である従来の波長変換素子にくらべ改善しているために制御光と信号光の光電界の重なりが良くなったためである。
【００５１】
このほか、基板としてＺｎ添加ＬｉＮｂＯ3 、Ｍｇ添加ＬｉＮｂＯ3 、Ｓｃ添加ＬｉＮｂＯ3 、Ｉｎ添加ＬｉＮｂＯ3 の他、ＬｉＴａＯ3 、ＬｉＮｂ(x) Ｔａ(1-x)Ｏ3 、Ｋ(1-y) Ｌｉ(y) Ｎｂ(x) Ｔａ(1-x)Ｏ3 、ＫＮｂＯ3 、ＫＴｉＯＰＯ4 などを用いた場合においても、同様の波長変換素子を作製することができた。
【００５２】
（第４の実施例）
本実施例においては、大きさ３インチのＬｉＮｂＯ3 基板に波長１．５μｍ帯の通信波長帯において波長変換が可能となるような周期分極反転構造を作製した第一の基板を用意した。一方、これとは別に基板厚さが５００μｍのＬｉＮｂＯ3 基板の上に、厚さ１００μｍのＢ2 Ｏ3 −ＺｎＯ−ＰｂＯ系ガラス膜を作製した第二の基板を用意した。ここで、ガラス膜の作製はガラスペーストを用いて行った。すなわち、ＬｉＮｂＯ3 基板の上に膜厚が均一になるようにガラスペーストを塗布したものを電気炉中で焼成することによって透明なガラス膜を作製した。
【００５３】
次に用意した第一、第二の基板表面を通常の酸洗浄あるいはアルカリ洗浄によって親水性にした後、第二の基板のガラス膜の表面に第一の基板が重なるように二つの基板を重ね合わせた。重ね合わせた第一、第二の基板を電気炉にいれ、５００°Ｃで焼成することによって二つの基板の拡散接合を行った。接着された基板は、室温に戻したときにおいてもクラックなどは発生しなかった。これは本実施例に用いたガラス膜の熱膨張係数がＬｉＮｂＯ3 の熱膨張係数に一致するように調節されているためである。
【００５４】
次に、接着された基板の第一の基板厚さが１０μｍになるように研磨加工を施した。研磨加工の後に、ポリッシング加工を行うことにより鏡面の研磨表面を得ることができた。
【００５５】
続いて、第一の基板表面に通常のフォトリソグラフィのプロセスによって幅１０μｍの導波路パターンを作製し、第１の実施例と同様の通常のドライエッチングのプロセスによって導波路部分以外の第一の基板を除去することによってリッジ型光導波路を基板に作製した。リッジ型光導波路の上部に、第一の基板作製に用いたガラスと同じ組成を有するＢ2 Ｏ3 −ＺｎＯ−ＰｂＯ系のガラスペーストを均一な膜厚となるように塗布し、大気中で５００°Ｃ、３時間焼成することにより厚さ１００μｍの透明ガラス膜を作製した。
なお、リッジ型光導波路の上部に、第一の基板作製に用いたガラスと同じ組成を有するＢ2 Ｏ3 −ＺｎＯ−ＰｂＯ系のガラス融液を流し出し、これを冷却・固化させて厚さ１００μｍの透明ガラス膜を作製するようにしてもよい。
【００５６】
図５は作製した導波路断面を示す図である。ＬｉＮｂＯ3 基板２３の上にガラス膜２４が作製されており、周期分極反転構造をもったＬｉＮｂＯ3 コア２５がガラス膜２４に埋め込まれた構造となっている。ここで、ガラス膜２４の屈折率はコア２５の屈折率の値よりも小さくなるように調節されている。
【００５７】
第１の実施例と同様の方法によって光導波路ごとに短冊状に切り出し、光導波路の端面を光学研磨することによって波長変換素子を作製した。作製した波長変換素子は長さ５０ｍｍであった。なお、基板を短冊状に切り出す工程あるいは光導波路端面を研磨する工程において波長変換素子に割れなどは発生しなかった。これはガラス膜２４の熱膨張係数が光導波路２５および基板２３の熱膨張係数におよそ一致するように調整されているため、熱歪などの内部応力の発生がなかったためである。
【００５８】
次に、作製した波長変換素子の光導波路に、０．７７μｍの制御光と１．５５μｍの信号光を入射したところ１．５３μｍの波長変換光が得られた。得られた波長変換光の効率を測定したところ１０００％／Ｗの高い効率が得られた。これは、光導波路２５をとりまく屈折率分布の対称性が改善しているため制御光と信号光の光電界の重なりが良くなったためである。
【００５９】
本実施例においてはガラス膜としてＢ2 Ｏ3 −ＺｎＯ−ＰｂＯ系を用いたが、このほかＳｉＯ2 −Ｒ2 Ｏ−Ｂ2 Ｏ3 系、ＳｉＯ2 −Ｒ2 Ｏ−Ｂ2 Ｏ−ＰｂＯ系、ＳｉＯ2 −Ｂ2 Ｏ−ＰｂＯ系、ＳｉＯ2 −ＰｂＯ−ＴｅＯ2 系、Ｂ2 Ｏ3 −ＰｂＯ系、ＳｉＯ2 −Ｂ2 Ｏ3 −ＺｎＯ−ＰｂＯ系、Ｂ2 Ｏ3 −ＲＯ系、ＴｅＯ2 −Ｒ2 Ｏ系、ＴｅＯ2 −Ｒ2 Ｏ−Ｌａ2 Ｏ3 系、ＴｅＯ2 −ＺｎＯ系（Ｒは１価または２価の元素）などのガラス材料を用いることができる。適宜そのガラス組成を調整することによって所望の熱膨張係数あるいは屈折率を持つようなガラス膜を得ることができるが、ガラス材料の組成を調整することはガラスペーストを製造する当該業者が適宜なしうるものである。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、コアをとりまく屈折率分布の対称性を改善するため、周期分極反転構造をもつ非線形光学結晶からなるコアの上部または周囲に、コアの熱膨張係数とおよそ一致する値を持ち、かつ、屈折率はコアよりも小さいガラス材料からなるクラッドを形成するようにした。このため、制御光と信号光のモード重なりを改善した高効率の波長変換素子の作製が可能となる。従って、波長変換素子を利用した光交換機、波長変換機能を有する光通信システムの高度化に効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例にかかる波長変換素子を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施例にかかる波長変換素子の光電界の強度分布を、従来例の光電界の強度分布とともに示す特性図である。
【図３】本発明の第１の実施例にかかる波長変換素子を切り出す様子を示す説明図である。
【図４】本発明の第２の実施例にかかる波長変換素子を作製する工程を示す構成図である。
【図５】本発明の第４の実施例にかかる波長変換素子の断面を示す断面図である。
【図６】擬似位相整合型の波長変換素子の構成を示す構成図である。
【符号の説明】
１１  基板（Ｍｇ添加ＬｉＮｂＯ3 ）
１２  光導波路（Ｚｎ添加ＬｉＮｂＯ3 ）
１２ａ  導波路端面
１３  ガラス膜
１４  制御光の光電界
１５  信号光の光電界
１７  波長変換素子
１８  波長変換素子基板
１９  バキュームチャック
２０  るつぼ
２１  ガラス融液
２２  ガラス膜
２３  基板
２４  ガラス膜
２５  コア（ＬｉＮｂＯ3 ）
【図１】
0003736681.tif 000002
【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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