波長轉(zhuǎn)換元件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種波長轉(zhuǎn)換元件，其具有用于將基波的波長進(jìn)行轉(zhuǎn)換并產(chǎn)生高次諧波的周期極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。波長轉(zhuǎn)換元件具有形成有周期極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)電介質(zhì)基板，當(dāng)從相對于基波的傳播方向平行且相對于強(qiáng)電介質(zhì)基板的上表面的法線平行的截面來看強(qiáng)電介質(zhì)基板時(shí)，周期極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的縱極化反轉(zhuǎn)邊界相對于上表面的法線傾斜。
【專利說明】波長轉(zhuǎn)換元件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種波長轉(zhuǎn)換元件。
【背景技術(shù)】
[0002]藍(lán)色激光器利用GaN系的半導(dǎo)體材料而實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品化，且作為顯示器用光源已得到了應(yīng)用?，F(xiàn)在，正在用GaN系半導(dǎo)體激光器進(jìn)行振蕩波長的長波長化，并一直進(jìn)行至綠色光帶附近的激光振蕩的確認(rèn)。但是，包含產(chǎn)品化了的藍(lán)色激光器，GaN系半導(dǎo)體激光器具有耗電大的問題。
[0003]另一方面，采用了波長轉(zhuǎn)換元件的激光雖然組裝部件的個(gè)數(shù)變得多了，但耗電較小。另外，由于從波導(dǎo)輸出的光束質(zhì)量也較好，所以即便是與GaN系半導(dǎo)體激光器相同的光輸出，也具有光的利用效率高這一優(yōu)點(diǎn)。另外，因?yàn)椴ㄩL穩(wěn)定，所以在計(jì)測用途方面具有能夠?qū)Φ碗s音進(jìn)行測量這一特長。
[0004]作為用于波長轉(zhuǎn)換元件的具有非線性效果的結(jié)晶，有鈮酸鋰或鉭酸鋰單晶。這些結(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(Quas1-Phase-Matched:QPM)方式的二次諧波發(fā)生(Second-Harmonic-Generation:SHG)裝置。另外，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，能夠較為自由地設(shè)計(jì)成不僅適用于顯示器的用途還適用于光通信、醫(yī)學(xué)、光化學(xué)、各種光計(jì)測等的波長，可以進(jìn)行廣泛的應(yīng)用。
[0005]但是，本
【發(fā)明者】要得到二次諧波，而將基本光與波導(dǎo)型波長轉(zhuǎn)換元件進(jìn)行光學(xué)耦合時(shí)，高次諧波的振蕩輸出有時(shí)會(huì)變得不穩(wěn)定。
[0006]本 申請人:在日本專利第4646333號(hào)公報(bào)中，提出了在強(qiáng)電介質(zhì)基板形成周期極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)之際，通過將周期極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的極化反轉(zhuǎn)面從與基波的傳播方向垂直的方向偏離，來抑制回返光的方案。
[0007]另外，在日本特開2012-118528中，也提出了同樣地通過使極化反轉(zhuǎn)區(qū)域傾斜，來降低傳播光的背面反射的方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本
【發(fā)明者】嘗試了將纖維光柵與固體激光振蕩器進(jìn)行光學(xué)性地耦合并將作為外部共振器的光源用作基波的光源，以高效率使高次諧波振蕩。在這種情況下，通過采用纖維光柵，對基波的波長寬度進(jìn)行精密地控制并極力降低了基波的波長偏差。與此同時(shí)，嘗試了通過提高周期極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的周期的精度，來實(shí)現(xiàn)高的波長轉(zhuǎn)換效率。通過抑制基波的波長偏差，使周期的制造精度得以提高，即使縮小相位整合波長寬度，也應(yīng)該可以抑制因衰減而弓I起的波長轉(zhuǎn)換效率的降低或不穩(wěn)定。
[0009]但是，當(dāng)嘗試實(shí)際試制時(shí)，有時(shí)還是在高次諧波的振蕩輸出中會(huì)產(chǎn)生隨時(shí)間的波動(dòng)。本
【發(fā)明者】對其原因進(jìn)行了研究，其結(jié)果，輸出波動(dòng)的原因不是上述相位整合波長的細(xì)微偏差，而是稍微偏離于基波波長的波長的回返光的振蕩。[0010]本
【發(fā)明者】嘗試了如日本專利第4646333號(hào)、日本特開2012-118528號(hào)公報(bào)中記載的那樣，使極化反轉(zhuǎn)面相對于與基波的傳播方向垂直的方向傾斜。但是，雖然可以抑制因回返光而引起的波長轉(zhuǎn)換效率降低，卻難以有效利用本來的高振蕩效率。
[0011]本發(fā)明的問題是對起因于回返光的反饋的轉(zhuǎn)換效率下降進(jìn)行抑制，且使高次諧波輸出進(jìn)一步地提聞。
[0012]本發(fā)明的波長轉(zhuǎn)換元件具有用于將基波的波長進(jìn)行轉(zhuǎn)換并產(chǎn)生高次諧波的周期極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，
[0013]該波長轉(zhuǎn)換元件具有形成有周期極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)電介質(zhì)基板，
[0014]當(dāng)從相對于基波的傳播方向平行且相對于上表面的法線平行的截面來看強(qiáng)電介質(zhì)基板時(shí)，所述周期極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的縱極化反轉(zhuǎn)邊界相對于上表面的法線傾斜。
[0015]以往，例如，如圖3 (a)的俯視圖所示，通過使水平極化反轉(zhuǎn)邊界PH與光的傳播方向OE的角度α從直角稍微變化來抑制回返光。但是，已經(jīng)清楚地知道，在這種結(jié)構(gòu)中，當(dāng)回返光越是可以充分地減少則角度α從直角偏離得越大時(shí)，這時(shí)極化反轉(zhuǎn)本身的效率將會(huì)降低，為此，作為整體的波長轉(zhuǎn)換效率的上升就將受到限制。
[0016]其原因雖不明確，但可以考慮以下兩點(diǎn)。
[0017]其一，周期極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)通常通過電壓施加法而形成。在此，從上表面看到的水平極化反轉(zhuǎn)邊界PH在強(qiáng)電介質(zhì)基板11的上表面Ila上相對于與光的傳播方向OE垂直的方向E是傾斜的。因此，當(dāng)水平極化反轉(zhuǎn)邊界PH與方向E的偏差變大時(shí)，就不能進(jìn)行有效的極化反轉(zhuǎn)，可以認(rèn)為具有難以產(chǎn)生朝深度方向的極化反轉(zhuǎn)的傾向。
[0018]其二，為了提高與作為基波的半導(dǎo)體激光器的耦合效率，波長轉(zhuǎn)換元件的極化反轉(zhuǎn)部的寬度具有比其厚度大的傾向。在如圖3所示的現(xiàn)有技術(shù)中，一般認(rèn)為因?yàn)槭箻O化反轉(zhuǎn)邊界向著該長的寬度方向傾斜，所以光通過反轉(zhuǎn)部分時(shí)的時(shí)間偏差較大。
[0019]與此相對，根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)從相對于基波的傳播方向平行且相對于上表面的法線平行的截面來看強(qiáng)電介質(zhì)基板時(shí)，周期極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的縱極化反轉(zhuǎn)邊界相對于上表面的法線是傾斜的。由此，一邊可以抑制極化反轉(zhuǎn)部內(nèi)的劣化，一邊可以充分地抑制起因于回返光的反饋的轉(zhuǎn)換效率的降低，能夠使作為整體的高次諧波輸出進(jìn)一步地提高。
[0020]這也可以認(rèn)為是因?yàn)槭箻O化反轉(zhuǎn)邊界向著相對較短的強(qiáng)電介質(zhì)基板的深度方向而傾斜，因而光通過反轉(zhuǎn)部分時(shí)的時(shí)間偏差較小的緣故。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1的(a)是本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的塊型的波長轉(zhuǎn)換元件I的俯視圖，圖1的(b)是沿與光的傳播方向OE平行且與上表面2a的法線O平行的截面將波長轉(zhuǎn)換元件I切開來看的截面圖。
[0022]圖2的(a)是本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的槽光波導(dǎo)型的波長轉(zhuǎn)換元件10的俯視圖，圖2的(b)是用與光的傳播方向OE平行且與上表面Ila的法線O平行的截面將波長轉(zhuǎn)換元件10切開來看的截面圖。
[0023]圖3的(a)是比較例所涉及的槽光波導(dǎo)型的波長轉(zhuǎn)換元件的俯視圖，圖3的(b)是波長轉(zhuǎn)換元件的截面圖。
[0024]圖4的(a)是本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的波長轉(zhuǎn)換元件10的示意性的截面圖，圖4的(b)是波長轉(zhuǎn)換元件10的俯視圖，圖4的(c)是用與光的傳播方向OE平行且與上表面的法線O平行的截面將波長轉(zhuǎn)換元件10切開來看的示意性的截面圖，圖4的(d)是(c)的放大圖。
[0025]圖5的(a)是一種實(shí)施方式所涉及的波長轉(zhuǎn)換元件10的俯視圖，(b)是(a)的波長轉(zhuǎn)換元件10的截面圖。
[0026]圖6是在與基波的傳播方向OE垂直的強(qiáng)電介質(zhì)基板的寬度方向上將圖5的波長轉(zhuǎn)換元件10切開來看的截面圖。
[0027]圖7是示意性地示出圖5、圖6的波長轉(zhuǎn)換元件的立體圖。
[0028]圖8的(a)、(b)、(c)是用來對形成波長轉(zhuǎn)換元件時(shí)的極化反轉(zhuǎn)部的方式進(jìn)行說明的圖。
[0029]圖9的(a)、(b)、(c)是用來對形成其他的波長轉(zhuǎn)換元件時(shí)的極化反轉(zhuǎn)部的方式進(jìn)行說明的圖。
[0030]圖10是示意性地示出用于通過電壓施加法形成周期極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)例的立體圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]以下，一邊參照適宜的附圖一邊對本發(fā)明進(jìn)行說明。
[0032]以往，例如如圖3的(a)、(b)所示，在強(qiáng)電介質(zhì)基板11的上表面?zhèn)刃纬晒獠▽?dǎo)12，在其中形成周期極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)19。周期極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)19由交錯(cuò)地形成的極化反轉(zhuǎn)部3A與非極化反轉(zhuǎn)部4A構(gòu)成。
[0033]此外，極化反轉(zhuǎn)部與非極化反轉(zhuǎn)部的邊界為極化反轉(zhuǎn)面。將從基板上表面?zhèn)瓤礃O化反轉(zhuǎn)面時(shí)的邊界線稱為水平極化反轉(zhuǎn)邊界PH。另外，將沿后述的基板橫截面切開極化反轉(zhuǎn)面時(shí)出現(xiàn)的邊界線稱為縱極化反轉(zhuǎn)邊界PV。
[0034]在此，以往，從上表面Ila側(cè)看基板時(shí)，通過將水平極化反轉(zhuǎn)邊界PH與光的傳播方向OE的角度α從直角稍許變更為銳角，來抑制回返光(參見圖3的(a))。此時(shí)，在相對于光的傳播方向OE平行且相對于上表面Ila的法線O平行的截面(圖3的(b)的截面)上看時(shí)，縱極化反轉(zhuǎn)邊界PV是與法線O平行的。也就是說，當(dāng)在如圖3的(b)那樣的基板長邊方向截面上看時(shí)，周期極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)沒有傾斜。
[0035]但是，如前所述，針對這樣的波長轉(zhuǎn)換元件，提高波長轉(zhuǎn)換效率有時(shí)是有限度的?？梢哉J(rèn)為其理由如下:即，如圖3的(a)所示，水平極化反轉(zhuǎn)邊界PH的傾斜角度α越是比直角小的話，則越能夠抑制回返光。但是，如果傾斜角度α變小的話，這時(shí)除了朝各極化反轉(zhuǎn)部3Α的深度方向的極化反轉(zhuǎn)將會(huì)難以發(fā)生以外，光通過各極化反轉(zhuǎn)部3Α時(shí)的時(shí)間偏差將會(huì)變大，波長轉(zhuǎn)換效率將降低?？梢哉J(rèn)為由于這種綜合調(diào)整，所以對于提高波長轉(zhuǎn)換效率是有限度的。
[0036]在圖1的(a)、(b)的例子中，在強(qiáng)電介質(zhì)基板2的上表面2a與底面2b之間形成周期極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)9，并形成有塊狀的波長轉(zhuǎn)換元件I。極化反轉(zhuǎn)部3與非極化反轉(zhuǎn)部4向著基波的傳播方向OE交錯(cuò)地排列著。2c為入射面,2d為出射面。
[0037]在此，在本例中，從強(qiáng)電介質(zhì)基板2的上表面2a看時(shí)(參見圖1的(a))，水平極化反轉(zhuǎn)邊界PH相對于基波的傳播方向OE大致是垂直的。與此相對，在用相對于基波的行進(jìn)方向OE平行且相對于上表面2a的法線O平行的截面(參見圖1的(b))切開來看時(shí)，基板深度方向的縱極化反轉(zhuǎn)邊界PV相對于法線O是傾斜的。
[0038]如圖1的(b)所示，因?yàn)閺幕迳疃确较蚩磿r(shí)的縱極化反轉(zhuǎn)邊界PV與基板上表面的法線O不是平行的，所以能夠抑制回返光。與此同時(shí)，如圖1的(a)所示，當(dāng)從上表面?zhèn)瓤磿r(shí)，水平極化反轉(zhuǎn)邊界PH相對于基波的傳播方向OE是垂直的。
[0039]在圖2的(a)、(b)的波長轉(zhuǎn)換元件10中，在強(qiáng)電介質(zhì)基板11上形成有槽型光波導(dǎo)12，且在上表面Ila與底面Ilb之間形成有周期極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)9。光波導(dǎo)12內(nèi)傳播的基波通過周期極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)而受到波長轉(zhuǎn)換。極化反轉(zhuǎn)部3與非極化反轉(zhuǎn)部4向著基波的傳播方向OE被交錯(cuò)地排列。Ilc為入射面，Ild為出射面。
[0040]在本例中，從強(qiáng)電介質(zhì)基板11的上表面IIa看時(shí)(參見圖2的(a))，水平極化反轉(zhuǎn)邊界PH相對于基波的傳播方向OE大致是垂直的。與此相對，用相對于基波的行進(jìn)方向OE平行且相對于上表面Ila的法線O平行的截面(參見圖2的(b))切開來看時(shí)，縱極化反轉(zhuǎn)邊界PV相對于法線O是傾斜的。
[0041]并且，如圖2的(b)所示，因?yàn)榭v極化反轉(zhuǎn)邊界PV相對于法線O是傾斜的，所以能夠抑制回返光。與此同時(shí)，如圖2的(a)所示，當(dāng)從上表面?zhèn)瓤磿r(shí)，水平極化反轉(zhuǎn)邊界PH相對于基波的傳播方向OE是垂直的。
[0042]另外，在圖2的例子中，強(qiáng)電介質(zhì)基板11的底面Ilb被接合在另外的支撐基板13上，作為整體形成一體的波長轉(zhuǎn)換元件10。
[0043]下面，做更詳細(xì)的說明。
[0044]用本發(fā)明的波長轉(zhuǎn)換元件對基波的波長進(jìn)行轉(zhuǎn)換并振蕩高次諧波。
[0045]對作為基波的激光雖然沒有特別的限定，但優(yōu)選為半導(dǎo)體激光、Nd摻雜YAG激光、Nd摻雜YVO4激光。
[0046]另外，基波的波長雖然沒有特別的限定，但一般地可以設(shè)為660?2000nm，尤其優(yōu)選為 710 ?1600nm。
[0047]雖然高次諧波的波長可以根據(jù)目的來進(jìn)行選擇，但優(yōu)選為二次諧波，也可以為三次諧波、四次諧波。
[0048]強(qiáng)電介質(zhì)基板具有基波的入射面、基波及高次諧波的出射面、上表面及底面，其內(nèi)部形成有周期極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。
[0049]強(qiáng)電介質(zhì)基板的材質(zhì)優(yōu)選為強(qiáng)電介質(zhì)單晶。其只要是能夠進(jìn)行光調(diào)制的話則沒有特別的限定，但可以列舉出鈮酸鋰、鉭酸鋰、鈮酸鋰-鉭酸鋰固溶體、鈮酸鉀鋰、KTP、GaAs以及水晶等。
[0050]為了使得光波導(dǎo)的耐光損傷性進(jìn)一步提高，可以使強(qiáng)電介質(zhì)單晶中含有從鎂(Mg)、鋅(Zn)、鈧(Sc)以及銦(In)構(gòu)成的組中選擇出I種以上的金屬元素，特別優(yōu)選為鎂。強(qiáng)電介質(zhì)單晶中，作為摻雜成分，可使其含有稀土元素。該稀土元素作為激光器振蕩用的添加元素發(fā)揮作用。作為該稀土元素，特別地優(yōu)選為Nd、Er、Tm、Ho、Dy、Pr。
[0051]周期極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)也可以形成在槽型光波導(dǎo)內(nèi)。在這種情況下，槽型光波導(dǎo)只要是從連接層或基板突出的脊型波長轉(zhuǎn)換元件即可，可以通過對非線性光學(xué)結(jié)晶進(jìn)行加工，例如通過機(jī)械加工或激光加工進(jìn)行物理性的加工、成形從而得到。并且，槽型光波導(dǎo)通過由非晶質(zhì)材料構(gòu)成的接合層與基板連接?；蛘吖獠▽?dǎo)可以通過鈦擴(kuò)散等金屬擴(kuò)散法或質(zhì)子交換法來形成。
[0052]另外，槽型光波導(dǎo)也可以設(shè)在由強(qiáng)電介質(zhì)單晶構(gòu)成的Y板或斜切Y板(X板、斜切X板)上。
[0053]另外，周期極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)也可以設(shè)在強(qiáng)電介質(zhì)單晶的塊基板中。另外，在塊狀的強(qiáng)電介質(zhì)基板內(nèi)基波及高次諧波以片狀模式進(jìn)行傳播。
[0054]在優(yōu)選的實(shí)施方式中，例如，如圖2所示，可以將強(qiáng)電介質(zhì)基板的底面接合于支撐基板，在這種情況下，可以設(shè)粘結(jié)層。
[0055]另外，也可以對強(qiáng)電介質(zhì)基板設(shè)置下包層、上包層。下包層、上包層的材質(zhì)可以列舉出氧化硅、氟化鎂、氮化硅、以及氧化鋁、五氧化鉭。
[0056]粘結(jié)層的材質(zhì)可以是無機(jī)粘結(jié)劑、有機(jī)粘結(jié)劑、也可以是無機(jī)粘結(jié)劑和有機(jī)粘結(jié)劑的組合。
[0057]對支撐基板13的具體的材質(zhì)沒有特別的限定，可以列舉出鈮酸鋰、鉭酸鋰、石英玻璃等玻璃或水晶、Si等。在這種情況下，根據(jù)熱膨脹差的觀點(diǎn)，優(yōu)選強(qiáng)電介質(zhì)基板與支撐基板為相同的材質(zhì)，尤其優(yōu)選為鈮酸鋰單晶。
[0058]在本發(fā)明中，用相對于基波的傳播方向OE平行且相對于強(qiáng)電介質(zhì)基板的上表面2a、lla的法線O平行的截面將強(qiáng)電介質(zhì)基板2、11切開來看時(shí)，周期極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的縱極化反轉(zhuǎn)邊界PV相對于上表面2a、I Ia的法線O是傾斜的。
[0059]由該上表面2a、lla的法線O與縱極化反轉(zhuǎn)邊界PV所呈的傾斜角度β，根據(jù)通過抑制回返光來改進(jìn)諧波產(chǎn)生效率這一觀點(diǎn)，優(yōu)選為1°以上，更優(yōu)選為3°以上。另外，因?yàn)槿粼搩A斜角度β變大的話則波長轉(zhuǎn)換將降低，所以根據(jù)該觀點(diǎn)，優(yōu)選為25°以下，更優(yōu)選為15°以下。
[0060]在優(yōu)選的實(shí)施方式中，從上表面俯視地看強(qiáng)電介質(zhì)基板時(shí)，基波的傳播方向與水平極化反轉(zhuǎn)邊界PH大致是垂直的。圖1、圖2涉及該實(shí)施方式，基波的傳播方向OE與縱極化反轉(zhuǎn)邊界PV所呈的角α大致為直角。在此，α不必是嚴(yán)格的90°，允許制造上的誤差。
[0061]其次，一邊參見圖4?圖8，一邊對本發(fā)明的強(qiáng)電介質(zhì)基板的再另一個(gè)具體例進(jìn)行說明。
[0062]在本實(shí)施方式中，如圖5?圖7所示，強(qiáng)電介質(zhì)基板11的底面Ilb通過粘結(jié)層14與另外的支撐基板13接合。
[0063]在此，在強(qiáng)電介質(zhì)基板11上形成有本發(fā)明的周期極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。關(guān)于該形成方法，一邊參照圖4、圖8及圖10 —邊進(jìn)行說明。此外，由于圖4中各軸的傾斜角度較小難以識(shí)別，所以在圖8中通過對各傾斜角度進(jìn)行夸大性地圖示而易于看清。
[0064]在此，強(qiáng)電介質(zhì)基板11米用斜切Y板，極化軸(Z軸)的方向相對于強(qiáng)電介質(zhì)基板的上表面Ila傾斜。S卩，如圖4的(a)、圖8的(a)、圖10所示,極化軸相對于上表面Ila傾斜了角度0C。該傾斜角度OC為斜切角。
[0065]強(qiáng)電介質(zhì)基板11的上表面I Ia形成有梳形電極22及相向電極21，從梳形電極22朝相向電極21形成有多塊細(xì)長的電極片23。符號(hào)V為電極片23的長邊方向。另外,強(qiáng)電介質(zhì)基板11的底面Ilb上形成有均勻電極20。在本例中，電極片23的長邊方向V相對于光的傳播方向OE是垂直的。
[0066]在梳形電極22和均勻電極20之間施加電壓V2，形成周期極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。另外，對相向電極21施加電壓Vl或者將相向電極21設(shè)為浮置電極。
[0067]此外,符號(hào)E是指在強(qiáng)電介質(zhì)基板11的上表面Ila上相對于光的傳播方向OE垂直的方向。
[0068]另外，如圖4的(b)、圖8的(b)的俯視圖所示，如果將Z軸相對于上表面Ila進(jìn)行投影的話，投影于上表面Ila的Z軸在上表面Ila上相對于與光的傳播方向OE垂直的方向E傾斜了角度ε。另夕卜，Z軸相對于上表面Ila的投影方向相對于電極片23的長邊方向V傾斜了角度ε。
[0069]此外，在圖8的(a)中，圖示有Z軸及斜切角0C。但是，準(zhǔn)確地說，如圖8的(b)所不，投影于上表面Ila的Z軸,在上表面Ila上相對于與光的傳播方向OE垂直的方向E傾斜了角度ε。因此，在圖8的(a)的平面上，出現(xiàn)將Z軸投影于該面的投影圖，另外，投影于圖8的(a)的平面的斜切角與OC有一些不同。但是，為了便于說明，在圖8的(a)中將Z軸及斜切角OC照原樣地予以了圖示。
[0070]在本例中，如圖8的(a)所示，+Z軸朝向上表面Ila側(cè)、極化反轉(zhuǎn)朝向-Z軸方向行進(jìn)展開。另一方面，如圖4的(b)、圖8的(b)所示，梳形電極的電極片的長邊方向V設(shè)為在上表面Ila上與相對于光的傳播方向OE垂直的方向E平行。
[0071]如圖8的(a)所示，極化反轉(zhuǎn)朝著向基板內(nèi)部傾斜了斜切角度OC的方向(-Z軸方向)行進(jìn)展開。
[0072]其結(jié)果，從例如上表面的A點(diǎn)開始的極化反轉(zhuǎn)在基板的底面?zhèn)认蛑鳤’點(diǎn)通過此處。也就是說，如果立體地來看的話，極化反轉(zhuǎn)從A點(diǎn)向A’點(diǎn)行進(jìn)展開。
[0073]如果將該從A點(diǎn)向A’點(diǎn)的極化反轉(zhuǎn)方向投影到上表面Ila的話，將成為所投影的極化反轉(zhuǎn)方向e (參見圖4的(b)、圖8的(b))。因此，從電極片的長邊方向V來看，將極化反轉(zhuǎn)所行進(jìn)展開的方向投影到上表面Ila而得到的方向e傾斜了角度ε，另外，在上表面Ila上相對于與光傳播方向垂直的方向E傾斜角度ε。
[0074]其結(jié)果，點(diǎn)Α’投影到上表面Ila而得到的點(diǎn)Α”(參見圖4的(d)、圖8的(C))到電極之間將產(chǎn)生位置偏差t。該位置偏差t與用橫截面將強(qiáng)電介質(zhì)基板切開來看時(shí)的縱極化反轉(zhuǎn)邊界PV的傾斜角度β相對應(yīng)。
[0075]該傾斜角度β取決于位置偏差t與基板厚度。因?yàn)闃O化反轉(zhuǎn)部的厚度(法線O方向的長度)比極化反轉(zhuǎn)部的方向E的長度L短，所以即使位置偏差t較小而也可以使角度β較大。由于位置偏差t較小，因而能夠縮小光通過反轉(zhuǎn)部分時(shí)的時(shí)間偏差。
[0076]此外，在圖4的(a)、圖8的(a)中，雖然圖示有A點(diǎn)和A’點(diǎn)，但實(shí)際上，如圖4的(b)、圖8的(b)所示，將極化反轉(zhuǎn)方向投影到上表面Ila而得到的方向e相對于方向E傾斜了角度ε。因此，在圖4的(a)、圖8的(a)的平面上出現(xiàn)點(diǎn)A的情況下，準(zhǔn)確地說，點(diǎn)A’位于相比圖4 (a)、圖8 (a)偏離了位置偏差t的位置，而不出現(xiàn)在圖4的(a)、圖8的(a)的面上。但是,為了便于說明,在圖4 (a)、圖8 (a)中圖示有點(diǎn)A和點(diǎn)A’。
[0077]此外，例如，如圖5、圖6所示，在強(qiáng)電介質(zhì)基板11的上表面Ila上可以設(shè)上包層7，另外，在強(qiáng)電介質(zhì)基板11的底面Ilb可以設(shè)下包層8。
[0078]另外，為了形成槽型光波導(dǎo)，例如，如圖6所示，可以通過形成一對溝道16，在其間形成脊型光波導(dǎo)12。在光波導(dǎo)12內(nèi)，按照本發(fā)明形成周期極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。此外，也可以在光波導(dǎo)12內(nèi)部通過內(nèi)擴(kuò)散法來形成擴(kuò)散部。此外，在圖5的(a)、圖4的(c)中，F(xiàn)是基波，H是高次諧波。
[0079]另外，在從表面俯視地看強(qiáng)電介質(zhì)基板時(shí)，也可以將基波的傳播方向與水平極化反轉(zhuǎn)邊界PH所呈的角設(shè)為銳角。S卩，圖1的(a)所示的基波的傳播方向OE與水平極化反轉(zhuǎn)邊界PH所呈的角α為銳角。
[0080]通過在將基波的傳播方向OE與水平極化反轉(zhuǎn)邊界PH所呈的角α設(shè)為銳角之際，同時(shí)使縱極化反轉(zhuǎn)邊界PV相對于上表面的法線O傾斜角度β，從而相比以往能夠以接近直角的角α來減少回返光。
[0081]圖9涉及該實(shí)施方式。在本實(shí)施方式中，在強(qiáng)電介質(zhì)基板11上形成有本發(fā)明的周期極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。對該形成方法進(jìn)行敘述。此外，在圖9中通過對各傾斜角度進(jìn)行夸大性地圖示而易于看清。
[0082]在此，強(qiáng)電介質(zhì)基板11采用了斜切Y板，如圖9的(a)所示，極化軸(Z軸)相對于基板上表面Ila傾斜角度0C。該傾斜角度OC為斜切角。
[0083]在此，如圖9的(b)的俯視圖所示，如果將Z軸相對于基板上表面Ila進(jìn)行投影的話，投影于上表面Ila的Z軸在上表面Ila上相對于與光的傳播方向OE大致垂直的方向E傾斜了角度ε。
[0084]此外，在圖9的(a)中，與圖8的(a)同樣地，為了便于說明，圖示有Z軸及斜切角OC0
[0085]在本例中，如圖9的(a)所示，+Z軸向著上表面Ila側(cè)、極化反轉(zhuǎn)向著-Z軸方向行進(jìn)展開。另一方面，如圖9的(b)所示，梳形電極的電極片的長邊方向V相對于方向E傾斜角度Y。
[0086]并且，在基板上表面上，從梳形電極來施加電壓，使極化反轉(zhuǎn)行進(jìn)展開。
[0087]于是，如圖9的(a)所示，極化反轉(zhuǎn)朝著向基板內(nèi)部傾斜了斜切角度OC的方向行進(jìn)展開。
[0088]從例如上表面的A點(diǎn)開始的極化反轉(zhuǎn)在基板的底面?zhèn)认蛑鳤’點(diǎn)且在此處結(jié)束。也就是說，如果立體地來看的話，極化反轉(zhuǎn)從A點(diǎn)向A’點(diǎn)行進(jìn)展開。由此，可以一邊將基波的傳播方向OE與水平極化反轉(zhuǎn)邊界PH所呈的角α設(shè)為銳角，一邊同時(shí)地使縱極化反轉(zhuǎn)邊界PV相對于上表面的法線O傾斜角度β。
[0089]此外，雖然在圖9的(a)圖示有A點(diǎn)和Α’點(diǎn)，但實(shí)際上，如圖9的(b)所示，極化反轉(zhuǎn)方向在上表面Ila上投影而得到的方向e相對于方向E傾斜了角度ε。但是，為了便于說明，圖9的(a)中圖示有點(diǎn)A和點(diǎn)A’。
[0090]在本實(shí)施方式中，只要α小于90°則沒有特別的限定，但根據(jù)如后所述的與截面方向上的傾斜角度β的相乘作用這一觀點(diǎn)，優(yōu)選為89.9°以下，更優(yōu)選為89.7°以下。另夕卜，如果α變得過于小的話，由于極化反轉(zhuǎn)效率降低反而有波長轉(zhuǎn)換效率降低的傾向。根據(jù)這種觀點(diǎn)，α優(yōu)選為88°以上，更優(yōu)選為89°以上。
[0091]實(shí)施例
[0092](實(shí)施例Al)
[0093]制作了如圖1?圖8所示方式的波長轉(zhuǎn)換元件。
[0094]具體地，在厚度為0.5mm的、摻雜了 5% MgO的鈮酸鋰斜切Y基板的上表面形成梳形電極及相向電極，在底面形成均勻電極。通過電壓施加法來形成周期為5.08 μ m的周期極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。
[0095]另一方面，將粘結(jié)劑涂在厚度為0.5mm的未摻雜的鈮酸鋰基板上。然后，與所述的摻雜了 MgO的鈮酸鋰基板貼合，對摻雜了 MgO的鈮酸鋰基板的表面進(jìn)行磨削、研磨，直到厚度成為3.5μηι為止,從而制作了薄板。
[0096]然后，通過激光燒蝕加工法，在該薄板上形成了脊型的槽光波導(dǎo)。在形成光波導(dǎo)后，通過濺射法來進(jìn)行厚度為0.5μπι的SiO2上包層成膜。用切塊機(jī)將波長轉(zhuǎn)換元件切為長邊9mm、寬度1.0mm后，對端面進(jìn)行研磨并施加防反射膜。
[0097]各條件如下所示:
[0098]OC:5°
[0099]ε:0.5°
[0100]L:40 μ m
[0101]t:0.35 μ m
[0102]β:5.7°
[0103]在得到的波長轉(zhuǎn)換元件中，使用半導(dǎo)體激光器對光學(xué)特性進(jìn)行了測定。將來自激光光源的振蕩輸出調(diào)整為350mW，用透鏡將該基本光輸入到波導(dǎo)端面，得到的SHG輸出為82mW。此時(shí)的基本光的波長為976.lnm。測量是在室溫(25°C )下進(jìn)行的。半導(dǎo)體激光的振蕩狀態(tài)穩(wěn)定，未觀測到輸出波動(dòng)。
[0104](實(shí)施例A2~A5)
[0105]用與實(shí)施例Al同樣的步驟制作了波長轉(zhuǎn)換元件。但是，使各參數(shù)按以下變化:
[0106]
【權(quán)利要求】
1.一種波長轉(zhuǎn)換元件，具有用于將基波的波長進(jìn)行轉(zhuǎn)換并產(chǎn)生高次諧波的周期極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，其特征在于， 具有形成有所述周期極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)電介質(zhì)基板，當(dāng)從相對于所述基波的傳播方向平行且相對于所述強(qiáng)電介質(zhì)基板的上表面的法線平行的截面來看所述強(qiáng)電介質(zhì)基板時(shí)，所述周期極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的縱極化反轉(zhuǎn)邊界相對于所述上表面的法線傾斜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波長轉(zhuǎn)換元件，其特征在于，所述縱極化反轉(zhuǎn)邊界相對于所述強(qiáng)電介質(zhì)基板的所述上表面的法線的傾斜角度為3?25°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的波長轉(zhuǎn)換元件，其特征在于，所述強(qiáng)電介質(zhì)基板為斜切Y板。
4.根據(jù)權(quán)利要求1?3中的任一項(xiàng)所述的波長轉(zhuǎn)換元件，其特征在于，當(dāng)從所述上表面俯視地看所述強(qiáng)電介質(zhì)基板時(shí)，所述基波的傳播方向與所述周期極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的水平極化反轉(zhuǎn)邊界大致垂直。
5.根據(jù)權(quán)利要求1?3中的任一項(xiàng)所述的波長轉(zhuǎn)換元件，其特征在于，當(dāng)從所述上表面俯視地看所述強(qiáng)電介質(zhì)基板時(shí)，所述基波的傳播方向與所述周期極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的水平極化反轉(zhuǎn)邊界所成的角為銳角。
6.根據(jù)權(quán)利要求1?5中的任一項(xiàng)所述的波長轉(zhuǎn)換元件，其特征在于，具有支撐基板、及將所述強(qiáng)電介質(zhì)基板的底面接合到所述支撐基板的粘結(jié)層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1?6中的任一項(xiàng)所述的波長轉(zhuǎn)換元件，其特征在于，所述強(qiáng)電介質(zhì)基板具有槽型光波導(dǎo)，在該槽型光波導(dǎo)內(nèi)形成有所述周期極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1?6中的任一項(xiàng)所述的波長轉(zhuǎn)換元件，其特征在于，所述強(qiáng)電介質(zhì)基板具有片狀光波導(dǎo)，在該片狀光波導(dǎo)內(nèi)形成有所述周期極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。
【文檔編號(hào)】G02F1/37GK103874958SQ201380001898
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2013年5月22日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月23日
【發(fā)明者】谷美典, 淺井圭一郎, 山口省一郎 申請人:日本礙子株式會(huì)社