專利名稱：波長轉(zhuǎn)換元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種波長轉(zhuǎn)換元件。
背景技術(shù)：
如鈮酸鋰和鉭酸鋰單晶那樣的非線性光學(xué)結(jié)晶的二次非線性光學(xué)常數(shù)較高，通 過在這些結(jié)晶中形成周期性的極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)相位匹配(Quasi-Phase-Matched: QPM)方式的二次諧波發(fā)生(Second-Harmonic-Generation =SHG)裝置。又，通過在該周期極 化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)內(nèi)形成波導(dǎo)，可實(shí)現(xiàn)高效的SHG裝置，并能夠廣泛應(yīng)用于光通信、醫(yī)學(xué)、光化學(xué)、 各種光計(jì)測等領(lǐng)域。本申請人在日本專利公開2005-55528號專利申請中，提出了將法布里-珀羅 (Fabr y-Perot)型寬接觸條形半導(dǎo)體激光器激振元件的輸出光作為基本波對由非線性光學(xué) 結(jié)晶構(gòu)成的平板光波導(dǎo)(卞7 7光導(dǎo)波路)進(jìn)行入射，從平板光波導(dǎo)輸出藍(lán)色激光的技術(shù)。 這里，平板光波導(dǎo)通過將鈮酸鋰鉀等的非線性光學(xué)單晶的Z板研磨薄而制作而成。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明者嘗試了使得從固體半導(dǎo)體激光光源出射的基本波朝向平板光波導(dǎo)入射，以 產(chǎn)生二次諧波。此時(shí)，摻雜氧化鎂的鈮酸鋰單晶的Z板用作為平板光波導(dǎo)，在該平板光導(dǎo)波 中通過電壓施加法形成周期極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。該Z板以樹脂粘結(jié)劑與其他的較厚的支持基板粘結(jié)。但是，這樣實(shí)際制作這樣的波長轉(zhuǎn)換元件時(shí)，在激發(fā)二次諧波時(shí)，會(huì)產(chǎn)生以下不希 望得到的現(xiàn)象。即，二次諧波輸出的偏差比預(yù)想的要大，一部分元件的二次諧波的輸出顯著 下降。又，制作元件對外部的光纖進(jìn)行光軸調(diào)整時(shí)，使得激光入射到元件對光量進(jìn)行計(jì)測。 此時(shí)，元件的端面的附近樹脂粘結(jié)層燃燒，在端面附近產(chǎn)生粘結(jié)破壞。本發(fā)明的課題是，在平板光波導(dǎo)中形成周期極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，在該平板光波導(dǎo)相對 支持基板粘結(jié)的結(jié)構(gòu)的波長轉(zhuǎn)換元件中，防止波長轉(zhuǎn)換光的輸出下降或變動(dòng)，防止粘結(jié)層 的燃燒導(dǎo)致的端面破環(huán)，以得到穩(wěn)定的高輸出。本發(fā)明的波長轉(zhuǎn)換元件，包括支持基板；波長轉(zhuǎn)換用基板，其由強(qiáng)介電性單晶 所構(gòu)成的Z板構(gòu)成，形成有周期極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，該波長轉(zhuǎn)換用基板的厚度為10 μ m以上、 100 μ m以下；設(shè)置在所述波長轉(zhuǎn)換用基板的底面的緩沖層；和將所述支持基板和所述緩沖 層粘結(jié)，厚度為0. 6 μ m以上、2. 0 μ m以下的有機(jī)樹脂粘結(jié)劑層。發(fā)明者，研究了上述波長轉(zhuǎn)換光的輸出下降和粘結(jié)層燃燒的原因，發(fā)現(xiàn)由于周期 分極反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)、緩沖層和樹脂粘結(jié)層之間的相互作用，對應(yīng)于樹脂粘結(jié)層的膜厚產(chǎn)生轉(zhuǎn)換 光的輸出下降和粘結(jié)層的燃燒。于是，基于上述認(rèn)知發(fā)現(xiàn)，通過使得就在周期極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)和緩沖層的正下方的 樹脂粘結(jié)層的膜厚在0. 6 μ m以上、2. 0 μ m以下，可穩(wěn)定轉(zhuǎn)換光的輸出并將該輸出維持得較 高，且能夠防止樹脂粘結(jié)層的燃燒導(dǎo)致的端部破環(huán)，從而獲得本發(fā)明。


圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式涉及的波長轉(zhuǎn)換元件1的示意圖。圖2是示意性顯 示比較例的波長轉(zhuǎn)換元件的圖。圖3是示意性顯示比較例的波長轉(zhuǎn)換元件的圖。
具體實(shí)施例方式下面參照附圖，對本發(fā)明的作用效果進(jìn)行更加詳細(xì)的說明。圖1是本發(fā)明涉及的波長轉(zhuǎn)換元件1的示意圖。在本實(shí)施例中，由強(qiáng)介電性的單晶構(gòu)成的Z板2中，以一定周期形成有從上表面2a 延伸到底面2b的極化反轉(zhuǎn)部3。Z板是指極化反轉(zhuǎn)方向?yàn)閺幕宓纳媳砻娉蛳卤砻嫜由?的基板。相鄰的極化反轉(zhuǎn)部3之間，分別留有非極化反轉(zhuǎn)部4。極化反轉(zhuǎn)部3和非極化反轉(zhuǎn) 部4以一定周期交替形成多個(gè)，從而構(gòu)成周期極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)5。波長轉(zhuǎn)換用基板2的底面 2b上形成緩沖層6。本實(shí)施例中，支持基板8通過有機(jī)樹脂粘結(jié)層7粘結(jié)在緩沖層6之下。又，在圖1中雖未示出，但是在基板2的上表面2a側(cè)也可形成緩沖層，其上也可進(jìn) 一步粘結(jié)其他的支持基板。然后，使得基本波如箭頭A那樣從圖未示的光源向入射面2c入射時(shí)，通過周期極 化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)5接收波長轉(zhuǎn)換，波長轉(zhuǎn)換光從出射面2d如箭頭B所示的那樣出射。轉(zhuǎn)換光的 波長根據(jù)從光的傳送方向看的極化反轉(zhuǎn)周期來確定。在本發(fā)明中，通過有機(jī)樹脂粘結(jié)劑使得支持基板和緩沖層粘結(jié)，并限定有機(jī)樹脂 粘結(jié)劑層7的厚度t為0. 6 μ m以上、2. 0 μ m以下。下面描述這樣限定的理由和作用效果。通過對經(jīng)過周期極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的波長轉(zhuǎn)換光的損失增大的原因進(jìn)行各種研究，得 到以下的結(jié)論。下面參考圖2對其進(jìn)行說明。首先，在強(qiáng)介電性單晶的Z基板上形成周期極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的情況下，基板的底面 上，有極化反轉(zhuǎn)部3相對非極化反轉(zhuǎn)部4稍許后退的傾向。結(jié)果，在基板的底面上，產(chǎn)生微 小的凹凸。在其上設(shè)置緩沖層6的話，在緩沖層6的表面上也會(huì)轉(zhuǎn)印有波長轉(zhuǎn)換用基板2 的底面上的微小的凹凸。當(dāng)有機(jī)樹脂粘結(jié)劑層7過薄時(shí)，尤其是不到0. 6 μ m的情況下，樹脂粘結(jié)劑難以進(jìn) 入緩沖層6的表面的微小的凹部內(nèi)，有形成微小氣泡9的傾向。在周期極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)5內(nèi) 的傳輸光由于多個(gè)這樣的氣泡9的影響朝向外部擴(kuò)散，導(dǎo)致光的損失。這樣的光的損失就 是導(dǎo)致波長轉(zhuǎn)換光的輸出下降的原因。這樣，發(fā)明者發(fā)現(xiàn)，通過將有機(jī)樹脂粘結(jié)劑層7的厚度t限定為0. 6 μ m以上，可填 充緩沖層表面的微細(xì)的凹凸，防止氣泡9的產(chǎn)生，能提高波長轉(zhuǎn)換光的輸出，并使得輸出穩(wěn)定。另一方面，如圖3所示，當(dāng)有機(jī)樹脂粘結(jié)劑層7過厚時(shí)，尤其是當(dāng)t超過2. 0 μ m的 情況下，的確可以填充緩沖層6的表面的凹凸，防止氣泡的產(chǎn)生。但是，不希望得到的結(jié)果 是，由于在周期極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)5中被波長轉(zhuǎn)換后的波長轉(zhuǎn)換光被有機(jī)樹脂粘結(jié)劑層7所吸 收，樹脂層7發(fā)熱，端部燃燒。這樣的發(fā)熱、燃燒在基本波的情況下不會(huì)發(fā)生，這是由周期極 化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的波長轉(zhuǎn)換光所特有的現(xiàn)象。
又，在由強(qiáng)介電性單晶構(gòu)成的波長轉(zhuǎn)換用基板2不是Z板，而是X板、Y板、膠印X 板的情況下，波長轉(zhuǎn)換用基板2的底面2b不露出周期極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，因此不產(chǎn)生由此導(dǎo)致 的凹凸。因此，不會(huì)產(chǎn)生由于緩沖層6的表面凹凸引起的所述樹脂粘結(jié)劑層的燃燒或光損 失導(dǎo)致的波長轉(zhuǎn)換光的輸出降低。又，即使在波長轉(zhuǎn)換部不是周期極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的情況下，波長轉(zhuǎn)換用基板2的底 面2b也不露出周期極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，也不會(huì)發(fā)生由此導(dǎo)致的凹凸。這樣就不會(huì)產(chǎn)生由于緩沖 層6的表面凹凸引起的所述樹脂粘結(jié)劑層的燃燒或光損失導(dǎo)致的波長轉(zhuǎn)換光的輸出降低。 艮口，本發(fā)明是基于在上述特定結(jié)構(gòu)中發(fā)現(xiàn)了特有的問題點(diǎn)而做出的發(fā)明，并在此方面具有 創(chuàng)造性。
在本發(fā)明中，波長轉(zhuǎn)換用基板2的厚度T為ΙΟμπι以下、ΙΟΟμπι以下。通過使其 為ΙΟμπι以上，使得基本波容易入射到波導(dǎo)，基本波的結(jié)合效率提高。從這一觀點(diǎn)來看，波 長轉(zhuǎn)換用基板2的厚度最好在20 μ m以上。又，通過使得波長轉(zhuǎn)換用基板2的厚度T在100 μ m以下，可提高波導(dǎo)光能量密度。 從這一觀點(diǎn)來看，最好波長轉(zhuǎn)換用基板2的厚度在80 μ m以下。構(gòu)成波長轉(zhuǎn)換用基板的強(qiáng)介電性單晶只要能夠進(jìn)行光調(diào)制即可，沒有特別的規(guī) 定，可例舉出鈮酸鋰、鉭酸鋰、鈮酸鋰-鉭酸鋰固溶體、鈮酸鋰鉀、KTP、GaAs和水晶等。為了使得單晶光波導(dǎo)的耐光損傷性進(jìn)一步提高，可使強(qiáng)介電性單晶中含有從由鎂 (Mg)、鋅(Zn)、鈧(Sc)和銦(In)構(gòu)成的組中選擇出的一種以上的金屬元素，最好是鎂。強(qiáng) 介電性單晶中，作為摻雜成分，可使其含有烯土類元素。該烯土元素作為激光器激振用的添 加元素。該烯土類元素最好是Nd、Er、Tm、Ho、Dy、Pr。緩沖層6的材質(zhì)可以例示有氧化硅、氟化鎂、氮化硅、鋁、五氧化鉭。緩沖層6的厚度c沒有特別限定。但是，緩沖層的厚度c過小的話，光傳輸損失會(huì) 增加，因此從這一觀點(diǎn)考慮，c最好是0.2μπι以上。又，緩沖層的厚度c過大的話，緩沖層 的形成變得困難，從這一觀點(diǎn)來看，c最好是2. 0 μ m以下、1. 5 μ m以上。構(gòu)成有機(jī)樹脂粘結(jié)劑層的有機(jī)樹脂粘結(jié)劑，沒有特別限定，可以是紫外線固化型 粘結(jié)劑，熱固化型粘結(jié)劑等。有機(jī)樹脂粘結(jié)劑的具體例沒有特別限定，可以例示有丙烯類粘 結(jié)劑、熱固化型粘結(jié)劑、紫外線固化型粘結(jié)劑。實(shí)施例(實(shí)施例1)制作如圖1所示的實(shí)施方式中的光轉(zhuǎn)換元件。具體來說，在厚度為0. 5mm的摻雜5%的MgO的鈮酸鋰Z基板上，以光刻法形成周 期7. Oym的梳子狀周期電極。在該基板的整個(gè)背面形成電極膜之后，施加脈沖電壓。以氟 硝酸溶液進(jìn)行蝕刻，確認(rèn)形成了周期極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。形成周期極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)5之后，通過濺 射法形成厚度0. 4 μ m的SiO2緩沖層6。在厚度0. 5mm的非摻雜鈮酸鋰基板上涂布丙烯類粘結(jié)劑之后，粘貼所述的摻雜 MgO的鈮酸鋰基板。此時(shí)，粘結(jié)劑層的厚度t為0. 6 μ m。對摻雜MgO的鈮酸鋰基板的表面 進(jìn)行磨削、研磨直到厚度為50 μ m。光波導(dǎo)形成之后，通過濺射法形成厚度0. 5 μ m的Ta2O5 包層(才一 K 一夕7 〃 K )。通過切開機(jī)切斷為長5mm、寬8. Omm的元件之后，進(jìn)行端面研 磨后，施加了反射防止膜。
在該波導(dǎo)中，采用Nd:YAG激光器進(jìn)行光學(xué)特性測定。激光器的激振輸出調(diào)整為 5W，該基本光通過透鏡在波導(dǎo)端面上聚光，96%與波導(dǎo)結(jié)合，得到IOOmW的SHG的輸出。(實(shí)施例2)
和實(shí)施例一樣地制作波長轉(zhuǎn)換元件。但是粘結(jié)劑層7的厚度t為2. 0 μ m。Nd: YAG 激光器的激振輸出調(diào)整為5W，該基本光通過透鏡在波導(dǎo)端面聚光后，95%可與波導(dǎo)結(jié)合，得 至Ij 93mff的SHG輸出。(比較例1)在厚度0. 5mm的非摻雜鈮酸鋰基板上涂布粘結(jié)劑之后，和所述摻雜MgO的鈮酸鋰 基板貼合。此時(shí)，粘結(jié)層厚度為0.3μπι。對摻雜MgO的鈮酸鋰基板的表面進(jìn)行磨削、研磨直 到厚度為50 μ m。光波導(dǎo)形成之后，通過濺射法形成厚度0. 5 μ m的Ta2O5包層。通過切開機(jī)切斷為 長5mm、寬8. Omm的元件之后，進(jìn)行端面研磨。此時(shí)，端面部露出氣泡9，平板波導(dǎo)的一部分 剝離。在該波導(dǎo)中，采用Nd:YAG激光器進(jìn)行光學(xué)特性測定。激光器的激振輸出調(diào)整為 2W，該基本光通過透鏡在波導(dǎo)端面上聚光，其結(jié)果65%能與波導(dǎo)結(jié)合，得到58mW的SHG輸
出ο(比較例2)使得比較例1中的粘結(jié)劑層的厚度t為0.5μπι。通過切開機(jī)切斷為長5mm、寬 8. Omm的元件之后，進(jìn)行端面研磨。此時(shí)，端面部露出氣泡9，平板波導(dǎo)的一部分剝離。在該波導(dǎo)中，采用Nd:YAG激光器進(jìn)行光學(xué)特性測定。激光器的激振輸出調(diào)整為 2W，該基本光通過透鏡在波導(dǎo)端面上聚光，其結(jié)果70%能與波導(dǎo)結(jié)合，得到65mW的SHG輸
出ο(比較例3)使得比較例1中的粘結(jié)劑層的厚度t為3. 0 μ m。在該波導(dǎo)中，采用Nd: YAG激光器 進(jìn)行光學(xué)特性測定。激光器的激振輸出調(diào)整為5W，該基本光通過透鏡在波導(dǎo)端面上聚光，其 結(jié)果95%可與波導(dǎo)結(jié)合，得到98mW的SHG輸出，但是，其后端面的粘結(jié)層產(chǎn)生了燃燒破環(huán)。(比較例4)使得比較例1中的粘結(jié)劑層的厚度t為2. 2 μ m。在該波導(dǎo)中，采用Nd: YAG激光器 進(jìn)行光學(xué)特性測定。激光器的激振輸出調(diào)整為5W，該基本光通過透鏡在波導(dǎo)端面上聚光，其 結(jié)果96%能與波導(dǎo)結(jié)合，得到99mW的SHG輸出，但是，端面的粘結(jié)層產(chǎn)生了部分燃燒，SHG 輸出降低到40mW。接著，制作和實(shí)施例1相同的波長轉(zhuǎn)換元件，進(jìn)行和實(shí)施例1 一樣的SHG輸出測 定，并觀測波長轉(zhuǎn)換元件的外觀。但是，波長轉(zhuǎn)換用基板的厚度、支持基板的厚度，如表1所 示變更。SHG輸出和觀察到的現(xiàn)象如表1所示。表 權(quán)利要求
一種波長轉(zhuǎn)換元件，其特征在于，包括支持基板；波長轉(zhuǎn)換用基板，其由強(qiáng)介電性單晶所構(gòu)成的Z板構(gòu)成，形成有周期極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，該波長轉(zhuǎn)換用基板的厚度為10μm以上、100μm以下；設(shè)置在所述波長轉(zhuǎn)換用基板的底面的緩沖層；和將所述支持基板和所述緩沖層粘結(jié)，厚度為0.6μm以上、2.0μm以下的有機(jī)樹脂粘結(jié)劑層。
全文摘要
本發(fā)明提供一種波長轉(zhuǎn)換元件(1)，包括支持基板(8)；波長轉(zhuǎn)換用基板(2)，其由強(qiáng)介電性單晶所構(gòu)成的Z板構(gòu)成，形成有周期極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，厚度為10μm以上、100μm以下；設(shè)置在所述波長轉(zhuǎn)換用基板的底面(2b)的緩沖層(6)；和將所述支持基板(8)和所述緩沖層(6)粘結(jié)，厚度為0.6μm以上、2.0μm以下的有機(jī)樹脂粘結(jié)劑層(7)。
文檔編號G02F1/37GK101952773SQ200980106068
公開日2011年1月19日 申請日期2009年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月27日
發(fā)明者吉野隆史 申請人:日本礙子株式會(huì)社