波長変換素子の製造方法、製造装置及び波長変換素子。
【課題】 分極反転領域（２）を周期的に形成させた擬似位相整合型波長変換素子（４０）を簡易な構成で且つ生産性を高くする製造装置を提供する。
【解決手段】 波長変換素子の製造装置（１００）は、水晶基板（１）を載置する載置台（３１）と、水晶基板（１）の表面に所定範囲の光線を照射させ所定範囲を所定温度まで加熱させる光源装置（２０）と、光源装置（２０）の光線と水晶基板（１）とを相対的に移動させる第１移動部（３２，３３，３４）と、冷媒を所定範囲に噴出することにより所定範囲を所定温度以下に冷却する冷却部（１３）と、を備える。
【解決手段】 波長変換素子の製造装置（１００）は、水晶基板（１）を載置する載置台（３１）と、水晶基板（１）の表面に所定範囲の光線を照射させ所定範囲を所定温度まで加熱させる光源装置（２０）と、光源装置（２０）の光線と水晶基板（１）とを相対的に移動させる第１移動部（３２，３３，３４）と、冷媒を所定範囲に噴出することにより所定範囲を所定温度以下に冷却する冷却部（１３）と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長変換素子を形成する材料に水晶を用いた波長変換素子の製造方法及び製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光通信関連の分野では、物質と光との相互作用により、入射光とは異なった波長の光を出射光として得る波長変換技術が用いられている。このような波長変換技術に於いて、波長変換後の光を材料内部から外部に効率よく取り出す方法として、結晶材料の複屈折を利用して、特定の角度に光を伝播させることにより波長変換前後の波長の位相整合を取る方法、及び周期分極反転領域を光の伝播経路上に形成して、波長変換前後の波長の位相の差を擬似的に無くす擬似位相整合と呼ばれる方法などがある。
【０００３】
擬似位相整合と呼ばれる方法は、動作波長や入射角度の許容幅が広く、また、波長変換前後の光が異なる方向に出射されるウオークオフと呼ばれる現象が生じないなど、多くの利点を持っている。特許文献１によれば、気相成長法で層形成用基板上に水晶膜を積層にエピタキシャル成長させる製造装置を用いて水晶結晶を作成している。すなわちこの製造装置内の結晶層形成室内に配置した層形成用基板上に第１のバッファ層を形成し、この第１のバッファ層の上に所望の極性の第１の水晶層を所望の厚みでエピタキシャル成長させる。そして、第１の水晶層の上に第２のバッファ層を形成し、この第２のバッファ層の上に第１の水晶層とは極性の異なる第２の水晶層を所望の厚みでエピタキシャル成長させる。このようにバッファ層と水晶層の形成を交互に繰り返し極性の異なる水晶層を積層し、所望の段数の相転移型双晶による水晶層積層体を形成する。その後、水晶薄膜積層体を薄膜の積層方向に対し直角に切断し、切断して得た複数個の水晶基板を更に所望の外形形状に加工している。
【特許文献１】特開２００６−１５４５０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１による方法は、気相エピタキシャル成長でバッファ層と水晶層の形成を交互に繰り返し、極性の異なる水晶層交互に行うために大掛かりな装置が必要になるとともに、波長変換素子を製造する時間もかかるなども問題がある。
【０００５】
そこで本発明の目的は、分極反転領域を周期的に形成させた擬似位相整合型波長変換素子を簡易な構成で且つ生産性を高くする製造方法及び製造方法を提供する。また生産性が挙がるため波長変換素子が安価に提供されることになる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の観点の波長変換素子の製造方法は、水晶基板中に相転移型双晶を周期的に形成することで、光波長変換を行う波長変換素子の製造を行う。この製造方法は、水晶基板の表面に所定範囲の光線を照射させ、この光線と水晶基板とを相対的に第１方向に移動させながら所定範囲を所定温度まで加熱させる加熱工程と、この加熱工程後に所定範囲を所定温度以下に冷却する冷却工程と、を備える。
この製造方法は、水晶基板の所定範囲を光線で所定温度まで加熱させることで相転移型双晶を形成し、その相転移型双晶が所定範囲以上に広がってしまわないように冷却することで、相転移型双晶を所定範囲内で形成することができる。
【０００７】
第２の観点の波長変換素子の製造方法の加熱工程は、第１方向と交差する第２方向に光線と水晶基板とを相対的に移動させることにより、相転移型双晶を周期的に形成する。
第１方向と第２方向とに交互に光線と水晶基板とを移動させることにより、相転移型双晶を周期的に形成することができる。
【０００８】
第３の観点の波長変換素子の製造方法の加熱工程は、光線の出力又は光線と水晶基板との移動速度により、相転移型双晶の深さを変更する。
水晶基板の単位面積当たりに与えるエネルギーを、光線の出力又は光線と水晶基板との移動速度を代えることにより相転移型双晶の深さを変更することができる。すなわち、波長変換素子としてコア領域とクラッド領域との大きさを決めることができる。
【０００９】
第４の観点の波長変換素子の製造方法の冷却工程は、冷媒を所定範囲に噴出することにより、所定範囲を所定温度以下に冷却する。
冷媒を所定範囲に噴出することで所定範囲を急速冷却することができる。所定範囲が急速冷却されることで、相転移型双晶が所定範囲以上に広がることない。従って本方法は周期的な相転移型双晶を製造することができる。
【００１０】
第５の観点の波長変換素子の製造装置は、水晶基板を載置する載置台と、水晶基板の表面に所定範囲の光線を照射させ、所定範囲を所定温度まで加熱させる光源装置と、光源装置の光線と水晶基板とを相対的に移動させる第１移動部と、所定範囲を所定温度以下に冷却する冷却部と、を備える。
この構成により製造装置は、水晶基板の所定範囲を光線で所定温度まで加熱させることで相転移型双晶を形成し、その相転移型双晶が所定範囲以上に広がってしまわないように冷却部によって冷却される。この製造装置によって製造される相転移型双晶を所定範囲内で形成することができる。
【００１１】
第６の観点の波長変換素子の製造装置は、第５の観点において、加熱された所定範囲を所定温度以下に冷却することができるように、冷却部を移動させる第２移動部を備える。
光源装置の光線と水晶基板とを相対的に移動させる際に、第２移動部は所定範囲を急速冷却するために光線の後追いとなるように冷却部を移動させることができる。所定範囲が急速冷却されることで相転移型双晶が所定範囲以上に広がることない。
【００１２】
第７の観点の波長変換素子の製造装置の冷却部は、冷媒を所定範囲に噴出することにより、所定範囲を所定温度以下に冷却する。
冷媒を所定範囲に噴出することで所定範囲を急速冷却することができる。
【００１３】
第８の観点の波長変換素子は、水晶基板の一端から入射した光を、複数の結晶軸反転領域中を通過させることによって波長変換を行う波長変換素子であり、上記第１から第４の観点の製造方法により製造される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、結晶軸反転領域を簡易な方法で且つ容易に製造できる波長変換素子の製造方法及び製造装置を提供することができる。またこの製造方法によってできた波長変換素子は安価に提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
≪擬似位相整合型波長変換素子の製造≫
以下、本発明の実施形態にについて図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態にかかる擬似位相整合型波長変換素子４０の製造装置１００の概要を示す模式図である。
図１（ａ）は、擬似位相整合型波長変換素子４０の製造装置１００の構成を示す側面図であり、図１（ｂ）は、レーザ装置及び冷却装置を除く（ａ）の平面図である。
【００１６】
図１（ａ）、（ｂ）に示すように、擬似位相整合型波長変換素子４０の製造装置１００は、大きく分けてレーザ装置２０、位置決め装置３０及び冷却装置１３から成る。製造装置１００がチャンバー内に配置される場合には、チャンバー内温度を２０°Ｃ以下に設定することが望ましい。
【００１７】
レーザ装置２０は、レーザ発振機２１、反射ミラー２２及び集光レンズ２３を備えている。レーザ発振機２１は高熱を発生するものであればどのような種類でも良い。レーザ光の種類として、固体レーザ（Ｎｄ：ＹＡＧレーザ）又はガスレーザ（Ｃｏ２ガスレーザ、Ａｒガスレーザ）などが挙げられる。集光レンズ２３には固定ミラー２５が取り付けられている。
【００１８】
位置決め装置３０は、載置台３１、Ｘ軸移動部３２、Ｙ軸移動部３３及びＺ軸移動部３４を備える。載置台３１は水晶基板１を真空吸着チャックなどで固定する。Ｘ軸移動部３２、Ｙ軸移動部３３及びＺ軸移動部３４は不図示のサーボモータ及びボールネジなどでＬＭガイドに移動する。また載置台３１には移動ミラー２６が取り付けられている。ＸＹ干渉計２７は固定ミラー２５と移動ミラー２６にヘリウムネオンレーザを照射することにより、載置台３１の位置を高精度に測定することができる。なお、図１（ａ）ではＹ方向の固定ミラー２５しか描かれていない。
【００１９】
擬似位相整合型波長変換素子４０の製造装置１００は、水晶基板１が載置台３１に載置されると、ＸＹ干渉計２７からの座標信号に基づいて水晶基板１と集光レンズ２３とを相対的に位置決めする位置決めすることができる。また、製造装置１００は、水晶基板１の厚み方向（Ｚ軸方向）の位置を検出し、レーザ光の集光点５０の位置を水晶基板１の表層部に調節することができる。
【００２０】
冷却装置１３は霧状の純水を冷媒としてから噴霧することができる。冷媒は純水だけでなくアルコール類、冷却気体などを使用してもよい。冷却装置１３はレーザ光の熱が他の水晶領域まで広がらないよう冷却能力が高い冷媒が好ましい。純水であれば０°Ｃから２０°Ｃ程度が好ましい。また、窒素などの冷却気体を噴出する場合にはマイナス２０°Ｃから２０°Ｃ程度が好ましい。
【００２１】
冷却装置１３はＸ方向移動部１４で支えられており、Ｘ方向に数ｃｍ移動可能である。レーザ発振機２１からのレーザ光の集光点５０では水晶基板１をそのα―β相転移温度である５７３°Ｃ以上にする。冷却装置１３は加熱された水晶基板１を数秒以内に５７３°Ｃ以下にするため、冷媒の噴霧位置をレーザ光の後追いにしなければならない。このため冷却装置１３はＸ方向移動部１４でＸ方向に移動可能となっている。レーザ光による水晶基板の加熱をすなわち、載置台３１がプラスＸ方向に移動する際には、レーザ光を後追いするように冷却装置１３がマイナスＸ方向にＸ方向移動部１４によって移動させられる。また載置台３１がマイナスＸ方向に移動する際には、レーザ光を後追いするように冷却装置１３がプラスＸ方向にＸ方向移動部１４によって移動させられる。
【００２２】
水晶基板１の位置決めが完了すると、製造装置１００は、レーザ装置２０に結晶軸反転領域２の照射予定線５に沿ってレーザ光を照射させる。レーザ装置２０は、水晶基板１の表層部を水晶のα―β相転移温度である５７３°Ｃ以上になるように加熱し、水晶基板１に双晶を発生させる。そして、レーザ光の熱により結晶軸反転領域２が拡大してしまわないように、がＸ軸移動部３２及びＹ軸移動部３３は、順次、照射予定線５に沿って載置台３１を移動させ、水晶基板１中に複数の結晶軸反転領域２（又は分極反転領域２という）を周期的に形成させ、擬似位相整合型波長変換素子４０を製造する。
【００２３】
結晶軸反転領域２を形成するために必要なレーザ光の照射領域、別言すれば集光点５０は、例えば１μｍから２．５μｍであり、隣り合う結晶軸反転領域２の間隔３は、１．５μｍから３．０μｍである。水晶基板中に形成された結晶軸反転領域２が拡散して、既に形成された結晶軸反転領域２に接合するのを防止するため、言い換えれば、レーザの熱が他の水晶領域まで広がらないよう、レーザ照射直後に霧状の純水を冷媒として冷却装置１３から噴霧する。水晶基板１と同質の結晶領域の間隔３が保たれる。これにより、安定して水晶基板１中にα相領域とβ相領域とを交互に有する擬似位相整合型波長変換素子４０が形成される。
【００２４】
図２は、水晶基板中に複数の結晶軸反転領域２を周期的に形成させ、擬似位相整合型波長変換素子４０を製造するフローチャートである。各図フローチャートの右側に、水晶基板１の断面又は平面図を示す。
【００２５】
図２のステップＳ１０２では、所定の寸法に加工された水晶基板１を用意して、図１に示した擬似位相整合型波長変換素子４０の製造装置１００の載置台３１に載置する。次に製造装置１００は水晶基板１と集光レンズ２３とを相対的に位置決めする。また製造装置１００は、水晶基板１の厚み方向（Ｚ軸方向）の位置を検出し、Ｚ軸移動部３４を使って載置台３１を上下させることによって、レーザ光の集光点５０の位置を水晶基板１の表層部に調節する。
【００２６】
製造装置１００は、ＸＹ干渉計２７を使って位置決めする際に、レーザ発振機２１のレーザ光の光軸が水晶基板１のレーザ光の照射予定線５の線上に位置するように、Ｘ軸移動部３２及びＹ軸移動部３３が、不図示の移動制御部の制御信号に基づいてＸ軸移動部３２及びＹ軸移動部３３が駆動される。載置台３１の座標位置は、ＸＹ干渉計２７によって計測され、水晶基板１と集光レンズ２３とが相対的に位置決めされる。図２（ａ）はこの状態を示す水晶基板１の断面図である。
【００２７】
ステップＳ１０４では、レーザ照射及び載置台３１の走査が行われる。レーザ装置２０は、水晶基板１のレーザ光の照射予定線５に沿って、例えば１ｋＷのＣｏ２レーザ光を数秒間照射し、レーザ光の照射タイミングに同期して水晶基板１が集光レンズ２３に対して相対移動する。水晶基板１の表層部には、レーザ照射によって水晶の転移温度５７３°Ｃ以上に加熱されて結晶軸反転領域２が形成される。レーザ光の熱が他の水晶領域まで広がらないよう、レーザ照射直後に霧状の純水が冷媒として冷却装置１３から結晶軸反転領域２に向けて噴霧される。図２（ｂ）はこの状態を示す水晶基板１の断面図である。
【００２８】
マイナスＸ方向の照射予定線５の範囲をすべてレーザ光が照射すると、Ｙ軸移動部３３が水晶基板１を間隔３分だけプラスＹ方向に移動させる。Ｙ軸移動部３３により載置台３１がＹ方向に移動する際にはレーザ光は発振を停止する。水晶基板１が間隔３だけプラスＹ方向に移動したらプラスＸ方向にＸ軸移動部３２によって載置台３１が移動される。このプラスＸ方向の載置台３１の移動の際に、冷却装置１３がレーザ光の後追いでレーザ光の照射後を５７３°Ｃ以下に冷却するため、冷却装置１３はＸ方向移動部１４によりレーザ光の後追い位置に移動する。
【００２９】
ステップＳ１０６では、製造装置１００は、Ｘ軸移動部３２及びＹ軸移動部３３により水晶基板１のレーザ光の照射予定線５に沿って順次水晶基板を移動させ、また冷却装置１３をレーザ光の後追い位置に移動させることで、周期的な結晶軸反転領域２を形成する。水晶基板１に複数の結晶軸反転領域２を周期的に形成させ、擬似位相整合型波長変換素子４０を形成する。
【００３０】
図２（ｃ）は複数の結晶軸反転領域２が周期的に形成された状態を示す図であり、図２（ｄ）の水晶基板１のＡ−Ａ断面図である。結晶軸反転領域２の深さＤは、Ｃｏ２レーザ光の出力を可変したり載置台３１の走査速度を変えたりすることで調整することができる。
ステップＳ１０８では、完成された擬似位相整合型波長変換素子４０を示す。
【００３１】
なお、上記説明では、Ｘ軸移動部３２及びＹ軸移動部３３が載置台３１を走査していたが、レーザ装置２０を走査させるようにしてもよい。また、載置台３１はＺ軸移動部３４によってＺ方向（上下方向）に移動したが、レーザ装置２０の集光レンズ２３にフォーカス機構を設けても良い。
【００３２】
≪リッジ型波長変換素子の形成≫
結晶軸反転領域２を形成された擬似位相整合型波長変換素子４０を用い、リッジ型波長変換素子４５を形成する方法について説明する。
【００３３】
図３Ａに擬似位相整合型波長変換素子４０及びリッジ型波長変換素子４５の概略図を示す。図３Ａ（ａ）は、擬似位相整合型波長変換素子４０の平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図であり、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図であり、（ｄ）はリッジ型波長変換素子４５の断面図である。
【００３４】
図３Ａ（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に示すように、擬似位相整合型波長変換素子４０は水晶基板１に複数の結晶軸反転領域２及び水晶基板１と同質の結晶領域の間隔３を備える。（ｂ）は、結晶軸反転領域２が水晶基板１内部まで成長し、結晶反転部分を形成されていることを示す。（ｃ）は、結晶軸反転領域２が水晶基板１の両端まで形成されていることを示す。
【００３５】
図３Ａ（ｄ）に示すように、リッジ型波長変換素子４５は、擬似位相整合型波長変換素子４０の中央部に、互いに並行した溝７を設け、凸部８を形成した形状を備える。
リッジ型波長変換素子４５は、擬似位相整合型波長変換素子４０にリソグラフィ技術又はダイシング加工により溝７を形成することによりリッジ型光導波路が形成される。リッジ型波長変換素子４５は、高い波長変換効率を得ることができる。
【００３６】
図３Ｂは、平面型光導波路の説明図である。図３Ｂ（ａ）はスラブ型光導波路、（ｂ）はメサ型光導波路、（ｃ）は埋め込み型光導波路、（ｄ）はリッジ型光導波路と呼ばれている。リッジ型光導波路とは、平面型光導波路の形状の一つで、リッジ（山型）となる材料の表面にリッジ部分を設けることによってリッジ部分が他の部分に比べて等価屈折率が大きくなることを利用して、横方向の光を閉じ込め導波させる構造をしている。このときリッジとなる材料の屈折率に対して、クラッドは空気であり、屈折率差は通常の導波路に比べて大きい。
【００３７】
図３Ｂ（ｅ）は、リッジ型光導波路の基本構造の説明図である。リッジ型光導波路は、リッジ内部のコア９と呼ばれる光を閉じ込め導波する部分と、クラッドと呼ばれる屈折率がコア９より低い部分とで構成されている。通常コアの屈折率ｎ１は、クラッドの屈折率ｎ２よりも約１％前後大きくなっている。端面からの入射光Ｌは光導波路のコア９とクラッドとの境界で全反射され、コア９内に閉じ込められ伝播する。
【００３８】
光導波路には、１つのモードのみを伝播するシングルモード導波路と、２つ以上のモードを伝播するマルチモード導波路とがある。一般的にシングルモード導波路の屈折率差は０．３％で、コアの幅ｗは１０μｍ、高さｈは１０μｍ程度である。マルチモード導波路の屈折率差は１％で、コアの幅ｗは５０μｍ、高さｈは１０μｍから１５μｍ程度である。
≪リッジ型波長変換素子の形成≫
【００３９】
図４は、第１実施例の擬似位相整合型波長変換素子４０からリッジ型波長変換素子４５をリソグラフィ技術により形成するためのフローチャートであり、各図フローチャートの右側に、擬似位相整合型波長変換素子４０の断面図を示す。
【００４０】
図４のステップＳ２０２では、擬似位相整合型波長変換素子４０の全面に耐蝕膜として、金属膜２５をスパッタリングもしくは蒸着などの手法により形成する。擬似位相整合型波長変換素子４０は単結晶水晶より成るため、金属膜２５としてクロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）又はチタン（Ｔｉ）等を使用する。たとえば、金属膜２５の厚みはクロム層とし、５００オングストローム（Å）から１５００Åである。図４（ａ）はこの状態の擬似位相整合型波長変換素子４０を示した断面図である。
【００４１】
ステップＳ２０４では、金属膜２５が形成された擬似位相整合型波長変換素子４０に、フォトレジスト層３６を全面にスピンコートなどの手法で均一に塗布する。フォトレジスト層３６としては、たとえば、ノボラック樹脂によるポジフォトレジストを使用できる。図４（ｂ）はこの状態の擬似位相整合型波長変換素子４０を示した断面図である。
【００４２】
次に、ステップＳ２０６では、不図示の露光装置を用いて、フォトマスクに描かれたリッジ型波長変換素子４５のパターンをフォトレジスト層３６が塗布された擬似位相整合型波長変換素子４０に露光する。図４（ｃ）は露光されたフォトレジスト４２を有する擬似位相整合型波長変換素子４０を示した断面図である。
【００４３】
ステップＳ２０８では、擬似位相整合型波長変換素子４０のフォトレジスト層３６を現像して、感光したフォトレジスト層４２を除去する。さらに、露出した金属膜２５を、たとえばクロム層に対して硝酸第２セリウムアンモニウムと酢酸との水溶液でエッチングする。水溶液の濃度、温度及び水溶液に浸している時間を調整して余分な箇所が侵食されないようにする。これで金属膜２５を除去することができる。こうすることで、図４（ｄ）に示すように、リッジ型波長変換素子４５のパターンが現われる。
【００４４】
ステップＳ２１０では、リッジ型波長変換素子４５パターンを形成するために水晶のウェットエッチングを行う。すなわち、フッ酸（ＨＦ）又は重フッ化アンモン（ＮＨ４Ｆ・ＨＦ）をエッチング液として、フォトレジスト層３６及び金属膜２５から露出した擬似位相整合型波長変換素子４０を、リッジ型波長変換素子４５になるようにウェットエッチングを行う。あるいは、ＣＦ４＋Ｈ２系のガスを打ち込みドライエッチングを行うこともできる。図４（ｅ）はエッチングされたリッジ型波長変換素子４５であり、図３Ａ（ｄ）で示したように溝７及び凸部８が形成された状態である。
【００４５】
ステップＳ２１２では、残ったフォトレジスト３６及び金属膜２５が除去される。これによりリッジ型波長変換素子４５が完成する。
【００４６】
第１実施例のフォトレジスト方法によってリッジ型波長変換素子４５を形成する方法は、一度に大量の水晶基板１に溝７を形成することができるため、コストが低減されたリッジ型波長変換素子４５が提供される。
【００４７】
図５は、第２実施例の擬似位相整合型波長変換素子４０からダイシング加工により、リッジ型波長変換素子４５を形成する説明図である。図５（ａ）はリッジ型波長変換素子４５の平面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ断面図であり、（ｃ）は、（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【００４８】
図５（ａ）に示すように、リッジ型波長変換素子４５に、端面からの入射光Ｌの通過する方向に沿ってダイシング加工を行い、互いに並行な２本の溝７を加工し、リッジ型波長変換素子４５を形成する。
【００４９】
図５（ｂ）は、結晶軸反転領域２の断面図であり、溝７及び凸部８を備える。模擬的にコア９を表示する。（ｃ）は、水晶基板１と同質の結晶領域の間隔３の断面図であり、溝７及び凸部８を備える。模擬的にコア９を表示している。
【００５０】
図５（ｂ）及び（ｃ）に示すように、図中上面側に、２本の溝７で挟まれた凸部８が形成される。これにより、コア９と呼ばれる光を閉じ込め導波する部分とクラッドと呼ばれる屈折率がコアより低い部分とが形成され、このコア９に光を通すことにより、入射された光は、光導波路のコア９とクラッドとの境界で全反射され、コア９即ち、リッジ型光導波路内に閉じ込められた状態で、結晶軸反転領域２を伝播し、同様に、水晶基板１と同質の結晶領域の間隔３のリッジ型光導波路内に閉じ込められた状態で間隔３を伝播する。周期的に伝播することによって、波長変換素子内での光の強度を高い状態にすることができ、高い波長変換効率を得ることができる。
【００５１】
第２実施例のダイシング加工によってリッジ型波長変換素子４５を形成する方法は、簡易に行うことができ、コストが低減されたリッジ型波長変換素子４５が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】（ａ）は、擬似位相整合型波長変換素子の製造装置１００の構成を示す側面図である。（ｂ）は、レーザ装置及び冷却装置を除く（ａ）の平面図である。
【図２】水晶基板１中に複数の結晶軸反転領域２を周期的に形成させ、擬似位相整合型波長変換素子４０を製造するフローチャートである。
【図３Ａ】（ａ）は、擬似位相整合型波長変換素子４０の平面図である。（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。（ｃ）は、（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。（ｄ）は、リッジ型波長変換素子４５の断面図である。
【図３Ｂ】（ａ）は、スラブ型光導波路平面型光導波路の説明図である。（ｂ）はメサ型光導波路、（ｃ）は埋め込み型光導波路、（ｄ）はリッジ型光導波路である。 （ｅ）は、リッジ型光導波路の基本構造の説明図である。
【図４】第１実施例の擬似位相整合型波長変換素子４０からリッジ型波長変換素子４５をリソグラフィ技術により形成するためのフローチャートである。
【図５】（ａ）は、第２実施例のリッジ型波長変換素子４５の平面図である。（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。（ｃ）は、（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。
【符号の説明】
【００５３】
ｎ１ …… コアの屈折率
ｎ２ …… クラッドの屈折率
Ｌ …… 入射光
１ …… 水晶基板
２ …… 結晶反転領域
３ …… 間隔
５ …… 照射予定線
７ …… 溝
８ …… 凸部
９ …… コア
１０ …… レーザ発振機
１１ …… 反射ミラー
１２ …… 集光レンズ
１３ …… 冷却装置
２０ …… レーザ装置
２５ …… 金属膜
３０ …… 位置決め装置
３１ …… 載置台
３２ …… Ｘ軸移動部
３３ …… Ｙ軸移動部
３４ …… Ｚ軸移動部
３６ …… フォトレジスト膜
４０ …… 擬似位相整合型波長変換素子
４２ …… 露光されたフォトレジスト膜
４５ …… リッジ型波長変換素子
５０ …… 集光点
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長変換素子を形成する材料に水晶を用いた波長変換素子の製造方法及び製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光通信関連の分野では、物質と光との相互作用により、入射光とは異なった波長の光を出射光として得る波長変換技術が用いられている。このような波長変換技術に於いて、波長変換後の光を材料内部から外部に効率よく取り出す方法として、結晶材料の複屈折を利用して、特定の角度に光を伝播させることにより波長変換前後の波長の位相整合を取る方法、及び周期分極反転領域を光の伝播経路上に形成して、波長変換前後の波長の位相の差を擬似的に無くす擬似位相整合と呼ばれる方法などがある。
【０００３】
擬似位相整合と呼ばれる方法は、動作波長や入射角度の許容幅が広く、また、波長変換前後の光が異なる方向に出射されるウオークオフと呼ばれる現象が生じないなど、多くの利点を持っている。特許文献１によれば、気相成長法で層形成用基板上に水晶膜を積層にエピタキシャル成長させる製造装置を用いて水晶結晶を作成している。すなわちこの製造装置内の結晶層形成室内に配置した層形成用基板上に第１のバッファ層を形成し、この第１のバッファ層の上に所望の極性の第１の水晶層を所望の厚みでエピタキシャル成長させる。そして、第１の水晶層の上に第２のバッファ層を形成し、この第２のバッファ層の上に第１の水晶層とは極性の異なる第２の水晶層を所望の厚みでエピタキシャル成長させる。このようにバッファ層と水晶層の形成を交互に繰り返し極性の異なる水晶層を積層し、所望の段数の相転移型双晶による水晶層積層体を形成する。その後、水晶薄膜積層体を薄膜の積層方向に対し直角に切断し、切断して得た複数個の水晶基板を更に所望の外形形状に加工している。
【特許文献１】特開２００６−１５４５０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１による方法は、気相エピタキシャル成長でバッファ層と水晶層の形成を交互に繰り返し、極性の異なる水晶層交互に行うために大掛かりな装置が必要になるとともに、波長変換素子を製造する時間もかかるなども問題がある。
【０００５】
そこで本発明の目的は、分極反転領域を周期的に形成させた擬似位相整合型波長変換素子を簡易な構成で且つ生産性を高くする製造方法及び製造方法を提供する。また生産性が挙がるため波長変換素子が安価に提供されることになる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の観点の波長変換素子の製造方法は、水晶基板中に相転移型双晶を周期的に形成することで、光波長変換を行う波長変換素子の製造を行う。この製造方法は、水晶基板の表面に所定範囲の光線を照射させ、この光線と水晶基板とを相対的に第１方向に移動させながら所定範囲を所定温度まで加熱させる加熱工程と、この加熱工程後に所定範囲を所定温度以下に冷却する冷却工程と、を備える。
この製造方法は、水晶基板の所定範囲を光線で所定温度まで加熱させることで相転移型双晶を形成し、その相転移型双晶が所定範囲以上に広がってしまわないように冷却することで、相転移型双晶を所定範囲内で形成することができる。
【０００７】
第２の観点の波長変換素子の製造方法の加熱工程は、第１方向と交差する第２方向に光線と水晶基板とを相対的に移動させることにより、相転移型双晶を周期的に形成する。
第１方向と第２方向とに交互に光線と水晶基板とを移動させることにより、相転移型双晶を周期的に形成することができる。
【０００８】
第３の観点の波長変換素子の製造方法の加熱工程は、光線の出力又は光線と水晶基板との移動速度により、相転移型双晶の深さを変更する。
水晶基板の単位面積当たりに与えるエネルギーを、光線の出力又は光線と水晶基板との移動速度を代えることにより相転移型双晶の深さを変更することができる。すなわち、波長変換素子としてコア領域とクラッド領域との大きさを決めることができる。
【０００９】
第４の観点の波長変換素子の製造方法の冷却工程は、冷媒を所定範囲に噴出することにより、所定範囲を所定温度以下に冷却する。
冷媒を所定範囲に噴出することで所定範囲を急速冷却することができる。所定範囲が急速冷却されることで、相転移型双晶が所定範囲以上に広がることない。従って本方法は周期的な相転移型双晶を製造することができる。
【００１０】
第５の観点の波長変換素子の製造装置は、水晶基板を載置する載置台と、水晶基板の表面に所定範囲の光線を照射させ、所定範囲を所定温度まで加熱させる光源装置と、光源装置の光線と水晶基板とを相対的に移動させる第１移動部と、所定範囲を所定温度以下に冷却する冷却部と、を備える。
この構成により製造装置は、水晶基板の所定範囲を光線で所定温度まで加熱させることで相転移型双晶を形成し、その相転移型双晶が所定範囲以上に広がってしまわないように冷却部によって冷却される。この製造装置によって製造される相転移型双晶を所定範囲内で形成することができる。
【００１１】
第６の観点の波長変換素子の製造装置は、第５の観点において、加熱された所定範囲を所定温度以下に冷却することができるように、冷却部を移動させる第２移動部を備える。
光源装置の光線と水晶基板とを相対的に移動させる際に、第２移動部は所定範囲を急速冷却するために光線の後追いとなるように冷却部を移動させることができる。所定範囲が急速冷却されることで相転移型双晶が所定範囲以上に広がることない。
【００１２】
第７の観点の波長変換素子の製造装置の冷却部は、冷媒を所定範囲に噴出することにより、所定範囲を所定温度以下に冷却する。
冷媒を所定範囲に噴出することで所定範囲を急速冷却することができる。
【００１３】
第８の観点の波長変換素子は、水晶基板の一端から入射した光を、複数の結晶軸反転領域中を通過させることによって波長変換を行う波長変換素子であり、上記第１から第４の観点の製造方法により製造される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、結晶軸反転領域を簡易な方法で且つ容易に製造できる波長変換素子の製造方法及び製造装置を提供することができる。またこの製造方法によってできた波長変換素子は安価に提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
≪擬似位相整合型波長変換素子の製造≫
以下、本発明の実施形態にについて図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態にかかる擬似位相整合型波長変換素子４０の製造装置１００の概要を示す模式図である。
図１（ａ）は、擬似位相整合型波長変換素子４０の製造装置１００の構成を示す側面図であり、図１（ｂ）は、レーザ装置及び冷却装置を除く（ａ）の平面図である。
【００１６】
図１（ａ）、（ｂ）に示すように、擬似位相整合型波長変換素子４０の製造装置１００は、大きく分けてレーザ装置２０、位置決め装置３０及び冷却装置１３から成る。製造装置１００がチャンバー内に配置される場合には、チャンバー内温度を２０°Ｃ以下に設定することが望ましい。
【００１７】
レーザ装置２０は、レーザ発振機２１、反射ミラー２２及び集光レンズ２３を備えている。レーザ発振機２１は高熱を発生するものであればどのような種類でも良い。レーザ光の種類として、固体レーザ（Ｎｄ：ＹＡＧレーザ）又はガスレーザ（Ｃｏ２ガスレーザ、Ａｒガスレーザ）などが挙げられる。集光レンズ２３には固定ミラー２５が取り付けられている。
【００１８】
位置決め装置３０は、載置台３１、Ｘ軸移動部３２、Ｙ軸移動部３３及びＺ軸移動部３４を備える。載置台３１は水晶基板１を真空吸着チャックなどで固定する。Ｘ軸移動部３２、Ｙ軸移動部３３及びＺ軸移動部３４は不図示のサーボモータ及びボールネジなどでＬＭガイドに移動する。また載置台３１には移動ミラー２６が取り付けられている。ＸＹ干渉計２７は固定ミラー２５と移動ミラー２６にヘリウムネオンレーザを照射することにより、載置台３１の位置を高精度に測定することができる。なお、図１（ａ）ではＹ方向の固定ミラー２５しか描かれていない。
【００１９】
擬似位相整合型波長変換素子４０の製造装置１００は、水晶基板１が載置台３１に載置されると、ＸＹ干渉計２７からの座標信号に基づいて水晶基板１と集光レンズ２３とを相対的に位置決めする位置決めすることができる。また、製造装置１００は、水晶基板１の厚み方向（Ｚ軸方向）の位置を検出し、レーザ光の集光点５０の位置を水晶基板１の表層部に調節することができる。
【００２０】
冷却装置１３は霧状の純水を冷媒としてから噴霧することができる。冷媒は純水だけでなくアルコール類、冷却気体などを使用してもよい。冷却装置１３はレーザ光の熱が他の水晶領域まで広がらないよう冷却能力が高い冷媒が好ましい。純水であれば０°Ｃから２０°Ｃ程度が好ましい。また、窒素などの冷却気体を噴出する場合にはマイナス２０°Ｃから２０°Ｃ程度が好ましい。
【００２１】
冷却装置１３はＸ方向移動部１４で支えられており、Ｘ方向に数ｃｍ移動可能である。レーザ発振機２１からのレーザ光の集光点５０では水晶基板１をそのα―β相転移温度である５７３°Ｃ以上にする。冷却装置１３は加熱された水晶基板１を数秒以内に５７３°Ｃ以下にするため、冷媒の噴霧位置をレーザ光の後追いにしなければならない。このため冷却装置１３はＸ方向移動部１４でＸ方向に移動可能となっている。レーザ光による水晶基板の加熱をすなわち、載置台３１がプラスＸ方向に移動する際には、レーザ光を後追いするように冷却装置１３がマイナスＸ方向にＸ方向移動部１４によって移動させられる。また載置台３１がマイナスＸ方向に移動する際には、レーザ光を後追いするように冷却装置１３がプラスＸ方向にＸ方向移動部１４によって移動させられる。
【００２２】
水晶基板１の位置決めが完了すると、製造装置１００は、レーザ装置２０に結晶軸反転領域２の照射予定線５に沿ってレーザ光を照射させる。レーザ装置２０は、水晶基板１の表層部を水晶のα―β相転移温度である５７３°Ｃ以上になるように加熱し、水晶基板１に双晶を発生させる。そして、レーザ光の熱により結晶軸反転領域２が拡大してしまわないように、がＸ軸移動部３２及びＹ軸移動部３３は、順次、照射予定線５に沿って載置台３１を移動させ、水晶基板１中に複数の結晶軸反転領域２（又は分極反転領域２という）を周期的に形成させ、擬似位相整合型波長変換素子４０を製造する。
【００２３】
結晶軸反転領域２を形成するために必要なレーザ光の照射領域、別言すれば集光点５０は、例えば１μｍから２．５μｍであり、隣り合う結晶軸反転領域２の間隔３は、１．５μｍから３．０μｍである。水晶基板中に形成された結晶軸反転領域２が拡散して、既に形成された結晶軸反転領域２に接合するのを防止するため、言い換えれば、レーザの熱が他の水晶領域まで広がらないよう、レーザ照射直後に霧状の純水を冷媒として冷却装置１３から噴霧する。水晶基板１と同質の結晶領域の間隔３が保たれる。これにより、安定して水晶基板１中にα相領域とβ相領域とを交互に有する擬似位相整合型波長変換素子４０が形成される。
【００２４】
図２は、水晶基板中に複数の結晶軸反転領域２を周期的に形成させ、擬似位相整合型波長変換素子４０を製造するフローチャートである。各図フローチャートの右側に、水晶基板１の断面又は平面図を示す。
【００２５】
図２のステップＳ１０２では、所定の寸法に加工された水晶基板１を用意して、図１に示した擬似位相整合型波長変換素子４０の製造装置１００の載置台３１に載置する。次に製造装置１００は水晶基板１と集光レンズ２３とを相対的に位置決めする。また製造装置１００は、水晶基板１の厚み方向（Ｚ軸方向）の位置を検出し、Ｚ軸移動部３４を使って載置台３１を上下させることによって、レーザ光の集光点５０の位置を水晶基板１の表層部に調節する。
【００２６】
製造装置１００は、ＸＹ干渉計２７を使って位置決めする際に、レーザ発振機２１のレーザ光の光軸が水晶基板１のレーザ光の照射予定線５の線上に位置するように、Ｘ軸移動部３２及びＹ軸移動部３３が、不図示の移動制御部の制御信号に基づいてＸ軸移動部３２及びＹ軸移動部３３が駆動される。載置台３１の座標位置は、ＸＹ干渉計２７によって計測され、水晶基板１と集光レンズ２３とが相対的に位置決めされる。図２（ａ）はこの状態を示す水晶基板１の断面図である。
【００２７】
ステップＳ１０４では、レーザ照射及び載置台３１の走査が行われる。レーザ装置２０は、水晶基板１のレーザ光の照射予定線５に沿って、例えば１ｋＷのＣｏ２レーザ光を数秒間照射し、レーザ光の照射タイミングに同期して水晶基板１が集光レンズ２３に対して相対移動する。水晶基板１の表層部には、レーザ照射によって水晶の転移温度５７３°Ｃ以上に加熱されて結晶軸反転領域２が形成される。レーザ光の熱が他の水晶領域まで広がらないよう、レーザ照射直後に霧状の純水が冷媒として冷却装置１３から結晶軸反転領域２に向けて噴霧される。図２（ｂ）はこの状態を示す水晶基板１の断面図である。
【００２８】
マイナスＸ方向の照射予定線５の範囲をすべてレーザ光が照射すると、Ｙ軸移動部３３が水晶基板１を間隔３分だけプラスＹ方向に移動させる。Ｙ軸移動部３３により載置台３１がＹ方向に移動する際にはレーザ光は発振を停止する。水晶基板１が間隔３だけプラスＹ方向に移動したらプラスＸ方向にＸ軸移動部３２によって載置台３１が移動される。このプラスＸ方向の載置台３１の移動の際に、冷却装置１３がレーザ光の後追いでレーザ光の照射後を５７３°Ｃ以下に冷却するため、冷却装置１３はＸ方向移動部１４によりレーザ光の後追い位置に移動する。
【００２９】
ステップＳ１０６では、製造装置１００は、Ｘ軸移動部３２及びＹ軸移動部３３により水晶基板１のレーザ光の照射予定線５に沿って順次水晶基板を移動させ、また冷却装置１３をレーザ光の後追い位置に移動させることで、周期的な結晶軸反転領域２を形成する。水晶基板１に複数の結晶軸反転領域２を周期的に形成させ、擬似位相整合型波長変換素子４０を形成する。
【００３０】
図２（ｃ）は複数の結晶軸反転領域２が周期的に形成された状態を示す図であり、図２（ｄ）の水晶基板１のＡ−Ａ断面図である。結晶軸反転領域２の深さＤは、Ｃｏ２レーザ光の出力を可変したり載置台３１の走査速度を変えたりすることで調整することができる。
ステップＳ１０８では、完成された擬似位相整合型波長変換素子４０を示す。
【００３１】
なお、上記説明では、Ｘ軸移動部３２及びＹ軸移動部３３が載置台３１を走査していたが、レーザ装置２０を走査させるようにしてもよい。また、載置台３１はＺ軸移動部３４によってＺ方向（上下方向）に移動したが、レーザ装置２０の集光レンズ２３にフォーカス機構を設けても良い。
【００３２】
≪リッジ型波長変換素子の形成≫
結晶軸反転領域２を形成された擬似位相整合型波長変換素子４０を用い、リッジ型波長変換素子４５を形成する方法について説明する。
【００３３】
図３Ａに擬似位相整合型波長変換素子４０及びリッジ型波長変換素子４５の概略図を示す。図３Ａ（ａ）は、擬似位相整合型波長変換素子４０の平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図であり、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図であり、（ｄ）はリッジ型波長変換素子４５の断面図である。
【００３４】
図３Ａ（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に示すように、擬似位相整合型波長変換素子４０は水晶基板１に複数の結晶軸反転領域２及び水晶基板１と同質の結晶領域の間隔３を備える。（ｂ）は、結晶軸反転領域２が水晶基板１内部まで成長し、結晶反転部分を形成されていることを示す。（ｃ）は、結晶軸反転領域２が水晶基板１の両端まで形成されていることを示す。
【００３５】
図３Ａ（ｄ）に示すように、リッジ型波長変換素子４５は、擬似位相整合型波長変換素子４０の中央部に、互いに並行した溝７を設け、凸部８を形成した形状を備える。
リッジ型波長変換素子４５は、擬似位相整合型波長変換素子４０にリソグラフィ技術又はダイシング加工により溝７を形成することによりリッジ型光導波路が形成される。リッジ型波長変換素子４５は、高い波長変換効率を得ることができる。
【００３６】
図３Ｂは、平面型光導波路の説明図である。図３Ｂ（ａ）はスラブ型光導波路、（ｂ）はメサ型光導波路、（ｃ）は埋め込み型光導波路、（ｄ）はリッジ型光導波路と呼ばれている。リッジ型光導波路とは、平面型光導波路の形状の一つで、リッジ（山型）となる材料の表面にリッジ部分を設けることによってリッジ部分が他の部分に比べて等価屈折率が大きくなることを利用して、横方向の光を閉じ込め導波させる構造をしている。このときリッジとなる材料の屈折率に対して、クラッドは空気であり、屈折率差は通常の導波路に比べて大きい。
【００３７】
図３Ｂ（ｅ）は、リッジ型光導波路の基本構造の説明図である。リッジ型光導波路は、リッジ内部のコア９と呼ばれる光を閉じ込め導波する部分と、クラッドと呼ばれる屈折率がコア９より低い部分とで構成されている。通常コアの屈折率ｎ１は、クラッドの屈折率ｎ２よりも約１％前後大きくなっている。端面からの入射光Ｌは光導波路のコア９とクラッドとの境界で全反射され、コア９内に閉じ込められ伝播する。
【００３８】
光導波路には、１つのモードのみを伝播するシングルモード導波路と、２つ以上のモードを伝播するマルチモード導波路とがある。一般的にシングルモード導波路の屈折率差は０．３％で、コアの幅ｗは１０μｍ、高さｈは１０μｍ程度である。マルチモード導波路の屈折率差は１％で、コアの幅ｗは５０μｍ、高さｈは１０μｍから１５μｍ程度である。
≪リッジ型波長変換素子の形成≫
【００３９】
図４は、第１実施例の擬似位相整合型波長変換素子４０からリッジ型波長変換素子４５をリソグラフィ技術により形成するためのフローチャートであり、各図フローチャートの右側に、擬似位相整合型波長変換素子４０の断面図を示す。
【００４０】
図４のステップＳ２０２では、擬似位相整合型波長変換素子４０の全面に耐蝕膜として、金属膜２５をスパッタリングもしくは蒸着などの手法により形成する。擬似位相整合型波長変換素子４０は単結晶水晶より成るため、金属膜２５としてクロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）又はチタン（Ｔｉ）等を使用する。たとえば、金属膜２５の厚みはクロム層とし、５００オングストローム（Å）から１５００Åである。図４（ａ）はこの状態の擬似位相整合型波長変換素子４０を示した断面図である。
【００４１】
ステップＳ２０４では、金属膜２５が形成された擬似位相整合型波長変換素子４０に、フォトレジスト層３６を全面にスピンコートなどの手法で均一に塗布する。フォトレジスト層３６としては、たとえば、ノボラック樹脂によるポジフォトレジストを使用できる。図４（ｂ）はこの状態の擬似位相整合型波長変換素子４０を示した断面図である。
【００４２】
次に、ステップＳ２０６では、不図示の露光装置を用いて、フォトマスクに描かれたリッジ型波長変換素子４５のパターンをフォトレジスト層３６が塗布された擬似位相整合型波長変換素子４０に露光する。図４（ｃ）は露光されたフォトレジスト４２を有する擬似位相整合型波長変換素子４０を示した断面図である。
【００４３】
ステップＳ２０８では、擬似位相整合型波長変換素子４０のフォトレジスト層３６を現像して、感光したフォトレジスト層４２を除去する。さらに、露出した金属膜２５を、たとえばクロム層に対して硝酸第２セリウムアンモニウムと酢酸との水溶液でエッチングする。水溶液の濃度、温度及び水溶液に浸している時間を調整して余分な箇所が侵食されないようにする。これで金属膜２５を除去することができる。こうすることで、図４（ｄ）に示すように、リッジ型波長変換素子４５のパターンが現われる。
【００４４】
ステップＳ２１０では、リッジ型波長変換素子４５パターンを形成するために水晶のウェットエッチングを行う。すなわち、フッ酸（ＨＦ）又は重フッ化アンモン（ＮＨ４Ｆ・ＨＦ）をエッチング液として、フォトレジスト層３６及び金属膜２５から露出した擬似位相整合型波長変換素子４０を、リッジ型波長変換素子４５になるようにウェットエッチングを行う。あるいは、ＣＦ４＋Ｈ２系のガスを打ち込みドライエッチングを行うこともできる。図４（ｅ）はエッチングされたリッジ型波長変換素子４５であり、図３Ａ（ｄ）で示したように溝７及び凸部８が形成された状態である。
【００４５】
ステップＳ２１２では、残ったフォトレジスト３６及び金属膜２５が除去される。これによりリッジ型波長変換素子４５が完成する。
【００４６】
第１実施例のフォトレジスト方法によってリッジ型波長変換素子４５を形成する方法は、一度に大量の水晶基板１に溝７を形成することができるため、コストが低減されたリッジ型波長変換素子４５が提供される。
【００４７】
図５は、第２実施例の擬似位相整合型波長変換素子４０からダイシング加工により、リッジ型波長変換素子４５を形成する説明図である。図５（ａ）はリッジ型波長変換素子４５の平面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ断面図であり、（ｃ）は、（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【００４８】
図５（ａ）に示すように、リッジ型波長変換素子４５に、端面からの入射光Ｌの通過する方向に沿ってダイシング加工を行い、互いに並行な２本の溝７を加工し、リッジ型波長変換素子４５を形成する。
【００４９】
図５（ｂ）は、結晶軸反転領域２の断面図であり、溝７及び凸部８を備える。模擬的にコア９を表示する。（ｃ）は、水晶基板１と同質の結晶領域の間隔３の断面図であり、溝７及び凸部８を備える。模擬的にコア９を表示している。
【００５０】
図５（ｂ）及び（ｃ）に示すように、図中上面側に、２本の溝７で挟まれた凸部８が形成される。これにより、コア９と呼ばれる光を閉じ込め導波する部分とクラッドと呼ばれる屈折率がコアより低い部分とが形成され、このコア９に光を通すことにより、入射された光は、光導波路のコア９とクラッドとの境界で全反射され、コア９即ち、リッジ型光導波路内に閉じ込められた状態で、結晶軸反転領域２を伝播し、同様に、水晶基板１と同質の結晶領域の間隔３のリッジ型光導波路内に閉じ込められた状態で間隔３を伝播する。周期的に伝播することによって、波長変換素子内での光の強度を高い状態にすることができ、高い波長変換効率を得ることができる。
【００５１】
第２実施例のダイシング加工によってリッジ型波長変換素子４５を形成する方法は、簡易に行うことができ、コストが低減されたリッジ型波長変換素子４５が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】（ａ）は、擬似位相整合型波長変換素子の製造装置１００の構成を示す側面図である。（ｂ）は、レーザ装置及び冷却装置を除く（ａ）の平面図である。
【図２】水晶基板１中に複数の結晶軸反転領域２を周期的に形成させ、擬似位相整合型波長変換素子４０を製造するフローチャートである。
【図３Ａ】（ａ）は、擬似位相整合型波長変換素子４０の平面図である。（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。（ｃ）は、（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。（ｄ）は、リッジ型波長変換素子４５の断面図である。
【図３Ｂ】（ａ）は、スラブ型光導波路平面型光導波路の説明図である。（ｂ）はメサ型光導波路、（ｃ）は埋め込み型光導波路、（ｄ）はリッジ型光導波路である。 （ｅ）は、リッジ型光導波路の基本構造の説明図である。
【図４】第１実施例の擬似位相整合型波長変換素子４０からリッジ型波長変換素子４５をリソグラフィ技術により形成するためのフローチャートである。
【図５】（ａ）は、第２実施例のリッジ型波長変換素子４５の平面図である。（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。（ｃ）は、（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。
【符号の説明】
【００５３】
ｎ１ …… コアの屈折率
ｎ２ …… クラッドの屈折率
Ｌ …… 入射光
１ …… 水晶基板
２ …… 結晶反転領域
３ …… 間隔
５ …… 照射予定線
７ …… 溝
８ …… 凸部
９ …… コア
１０ …… レーザ発振機
１１ …… 反射ミラー
１２ …… 集光レンズ
１３ …… 冷却装置
２０ …… レーザ装置
２５ …… 金属膜
３０ …… 位置決め装置
３１ …… 載置台
３２ …… Ｘ軸移動部
３３ …… Ｙ軸移動部
３４ …… Ｚ軸移動部
３６ …… フォトレジスト膜
４０ …… 擬似位相整合型波長変換素子
４２ …… 露光されたフォトレジスト膜
４５ …… リッジ型波長変換素子
５０ …… 集光点
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水晶基板中に相転移型双晶を周期的に形成することで、光波長変換を行う波長変換素子の製造方法において、
前記水晶基板の表面に所定範囲の光線を照射させ、この光線と前記水晶基板とを相対的に第１方向に移動させながら前記所定範囲を所定温度まで加熱させる加熱工程と、
この加熱工程後に前記所定範囲を前記所定温度以下に冷却する冷却工程と、
を備えたことを特徴とする波長変換素子の製造方法。
【請求項２】
前記加熱工程は、前記第１方向と交差する第２方向に前記光線と前記水晶基板とを相対的に移動させることにより、前記相転移型双晶を周期的に形成することを特徴とする請求項１に記載の波長変換素子の製造方法。
【請求項３】
前記加熱工程は、前記光線の出力、又は前記光線と前記水晶基板との移動速度により、前記相転移型双晶の深さを変更することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の波長変換素子の製造方法。
【請求項４】
前記冷却工程は、冷媒を前記所定範囲に噴出することにより、前記所定範囲を前記所定温度以下に冷却することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の波長変換素子の製造方法。
【請求項５】
光波長変換を行う波長変換素子の製造装置において、
水晶基板を載置する載置台と、
前記水晶基板の表面に所定範囲の光線を照射させ、前記所定範囲を所定温度まで加熱させる光源装置と、
前記光源装置の光線と前記水晶基板とを相対的に移動させる第１移動部と、
前記所定範囲を前記所定温度以下に冷却する冷却部と、
を備えたことを特徴とする波長変換素子の製造装置。
【請求項６】
加熱された所定範囲を所定温度以下に冷却することができるように、前記冷却部を移動させる第２移動部を備えることを特徴とする請求項５に記載の波長変換素子の製造装置。
【請求項７】
前記冷却部は、冷媒を前記所定範囲に噴出することにより、前記所定範囲を前記所定温度以下に冷却することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の波長変換素子の製造装置。
【請求項８】
水晶基板の一端から入射した光を、複数の結晶軸反転領域中を通過させることによって波長変換を行う波長変換素子であって、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の製造方法により製造された波長変換素子。
【請求項１】
水晶基板中に相転移型双晶を周期的に形成することで、光波長変換を行う波長変換素子の製造方法において、
前記水晶基板の表面に所定範囲の光線を照射させ、この光線と前記水晶基板とを相対的に第１方向に移動させながら前記所定範囲を所定温度まで加熱させる加熱工程と、
この加熱工程後に前記所定範囲を前記所定温度以下に冷却する冷却工程と、
を備えたことを特徴とする波長変換素子の製造方法。
【請求項２】
前記加熱工程は、前記第１方向と交差する第２方向に前記光線と前記水晶基板とを相対的に移動させることにより、前記相転移型双晶を周期的に形成することを特徴とする請求項１に記載の波長変換素子の製造方法。
【請求項３】
前記加熱工程は、前記光線の出力、又は前記光線と前記水晶基板との移動速度により、前記相転移型双晶の深さを変更することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の波長変換素子の製造方法。
【請求項４】
前記冷却工程は、冷媒を前記所定範囲に噴出することにより、前記所定範囲を前記所定温度以下に冷却することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の波長変換素子の製造方法。
【請求項５】
光波長変換を行う波長変換素子の製造装置において、
水晶基板を載置する載置台と、
前記水晶基板の表面に所定範囲の光線を照射させ、前記所定範囲を所定温度まで加熱させる光源装置と、
前記光源装置の光線と前記水晶基板とを相対的に移動させる第１移動部と、
前記所定範囲を前記所定温度以下に冷却する冷却部と、
を備えたことを特徴とする波長変換素子の製造装置。
【請求項６】
加熱された所定範囲を所定温度以下に冷却することができるように、前記冷却部を移動させる第２移動部を備えることを特徴とする請求項５に記載の波長変換素子の製造装置。
【請求項７】
前記冷却部は、冷媒を前記所定範囲に噴出することにより、前記所定範囲を前記所定温度以下に冷却することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の波長変換素子の製造装置。
【請求項８】
水晶基板の一端から入射した光を、複数の結晶軸反転領域中を通過させることによって波長変換を行う波長変換素子であって、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の製造方法により製造された波長変換素子。
【図１】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−２６５４５２（Ｐ２００９−２６５４５２Ａ）
【公開日】平成２１年１１月１２日（２００９．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１１６５４１（Ｐ２００８−１１６５４１）
【出願日】平成２０年４月２８日（２００８．４．２８）
【出願人】（０００２３２４８３）日本電波工業株式会社 (1,148)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月１２日（２００９．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月２８日（２００８．４．２８）
【出願人】（０００２３２４８３）日本電波工業株式会社 (1,148)
【Ｆターム（参考）】
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