波長変換素子の製造方法
【課題】波長変換素子を従来よりも短時間で製造する。
【解決手段】自発分極の向きが第１方向Ａ１である第１ドメインＤ１と、自発分極の向きが第１方向とは反転した第２方向Ａ２である第２ドメインＤ２とが、光伝播方向ＡＬに沿って交互に配置されてなる周期的分極反転構造Ｓが形成されている強誘電体結晶製の基板を、光伝播方向に沿いかつ第１主面に対して垂直に、ダイシングソーを用いて切断して、切断面に対して垂直に測った厚みが第１厚みＨ１である細条体を形成する第１工程と、基材５２の表面５２ａに細条体を貼着する第２工程と、基材の表面に貼着された細条体に、第１及び第２方向に垂直な方向に沿って延在する２本の凹溝５６ａ及び５６ｂをダイシングソーにより切削形成することにより、２本の凹溝で挟まれた凸部として、横断面形状が矩形状のリッジ型光導波路５４ａを形成する第３工程とを含む。
【解決手段】自発分極の向きが第１方向Ａ１である第１ドメインＤ１と、自発分極の向きが第１方向とは反転した第２方向Ａ２である第２ドメインＤ２とが、光伝播方向ＡＬに沿って交互に配置されてなる周期的分極反転構造Ｓが形成されている強誘電体結晶製の基板を、光伝播方向に沿いかつ第１主面に対して垂直に、ダイシングソーを用いて切断して、切断面に対して垂直に測った厚みが第１厚みＨ１である細条体を形成する第１工程と、基材５２の表面５２ａに細条体を貼着する第２工程と、基材の表面に貼着された細条体に、第１及び第２方向に垂直な方向に沿って延在する２本の凹溝５６ａ及び５６ｂをダイシングソーにより切削形成することにより、２本の凹溝で挟まれた凸部として、横断面形状が矩形状のリッジ型光導波路５４ａを形成する第３工程とを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、周期的分極反転構造が形成された強誘電体結晶を用いた波長変換素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
周期的分極反転構造によって擬似位相整合（ＱＰＭ：Ｑｕａｓｉ−Ｐｈａｓｅ Ｍａｔｃｈｉｎｇ）を実現して波長変換を行う擬似位相整合型波長変換素子（以降、単に「波長変換素子」とも称する。）が注目されている。波長変換素子は、被波長変換光の波長に応じて周期的分極反転構造の周期を調整することによって、任意の波長の被波長変換光に対して波長変換が可能である。この優れた特徴を備えていることにより、波長変換素子は、光ファイバ通信の分野に限らず、光計測の分野等においても積極的に利用されつつある。
【０００３】
波長変換素子に共通する課題は、波長変換の高効率化である。波長変換効率を高くするためには、エネルギー密度を高く保った状態の基本光を、光導波路に伝播させて波長変換を行うことが有効である。
【０００４】
また、波長変換効率を高くするためには、基本光及び波長変換光の伝播モードの光導波路中における重なり度合いを大きくすることが有効である。このためには基本光及び波長変換光がともに基本伝播モードで伝播するように光導波路の寸法を設計するとともに、光導波路の光伝播方向に垂直な断面において、屈折率の中心対称性を高くすることが有効である。
【０００５】
従来、波長変換素子は、ニオブ酸リチウムなどの強誘電体結晶基板に周期的分極反転構造を形成した後に、プロトン交換光導波路を作成することにより作られていた。しかし、この従来法で得られたプロトン交換光導波路は、（１）プロトン交換処理により非線形光学定数が劣化すること、及び（２）プロトン交換光導波路の屈折率分布が拡散型となるため、基本光及び波長変換光の伝播モードの重なり度合いが低下する、という問題を有していた。
【０００６】
これらの問題を解決するために、強誘電体結晶基板を機械的に加工してリッジ型光導波路を作成することにより、プロトン交換光導波路を用いることなく波長変換素子を作成する技術が開示されている（例えば、特許文献１及び２参照。）。
【０００７】
より詳細には、特許文献１及び２に開示された技術では、周期的分極反転構造を形成した強誘電体結晶基板を、この基板よりも屈折率が低い基材に拡散接合した後に、平面研磨加工により薄膜化し、薄膜化した強誘電体結晶基板をエッチングすることにより、リッジ型光導波路を作成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−１４０２１４号公報
【特許文献２】特開２００９−２５５５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１及び２に開示された技術では、強誘電体結晶基板を、光導波路として使用可能な１０μｍ以下の厚みにまで平面研磨するのに膨大な時間を必要とした。そのため、波長変換素子の製造スループットが低いという問題点があった。
【００１０】
この発明は、このような問題点に鑑みなされたものである。発明者は鋭意検討の結果、平面研磨に代えてダイシングソーを用いて強誘電体結晶基板を加工することにより、上述した問題を解決できることに想到した。
【００１１】
従って、この発明の目的は、周期的分極反転構造が形成された強誘電体結晶を備えたリッジ型光導波路からなる波長変換素子を従来よりも短時間で製造することが可能な波長変換素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した目的の達成を図るために、この発明の第１の波長変換素子の製造方法は、下記に示す第１〜第３工程を備えている。
【００１３】
第１工程では、自発分極の向きが基板の第１主面から第２主面に向かう第１方向である第１ドメインと、自発分極の向きが前記第１方向とは反転した第２方向である第２ドメインとが、光伝播方向に沿って互いに隣接して交互に配置されてなる周期的分極反転構造が形成されている強誘電体結晶製の基板を、光伝播方向に沿いかつ第１主面に対して垂直に、ダイシングソーを用いて切断することにより、この切断面に対して垂直に測った厚みが、リッジ型光導波路の高さとなる第１厚みである細条体を形成する。
【００１４】
第２工程では、基板よりも屈折率が小さい基材の表面に細条体を貼着する。
【００１５】
第３工程では、基材の表面に貼着された細条体に、第１及び第２方向に垂直な方向に沿って延在する２本の凹溝をダイシングソーにより切削形成することにより、２本の凹溝で挟まれた凸部として、横断面形状が矩形状のリッジ型光導波路を形成する。
【００１６】
第１の波長変換素子の製造方法によれば、ダイシングソーによる切削だけで、周期的分極反転構造を有するリッジ型光導波路、すなわち波長変換素子を製造することができる。
【００１７】
第１の波長変換素子の製造方法の好適な実施態様として、第２工程において、細条体を、基材の表面と第１及び第２方向とが平行となるように貼着するのがよい。
【００１８】
このようにすることにより、ダイシングソーを用いて、波長変換素子の光入出射端面を斜めに切断することができ、波長変換されるべき基本光及び波長変換後の変換光の、この光入出射端面における反射を抑制することができる。
【００１９】
第１の波長変換素子の製造方法の別の好適な実施態様として、第１工程において、第１厚みを、４〜１０μｍの範囲の値とするのがよい。
【００２０】
このようにすることにより、リッジ型光導波路の内部を伝播する基本光及び変換光の光パワー密度を上げることができるとともに、基本光及び変換光の伝播損失を実用上許容できる程度に抑えることができる。
【００２１】
第１の波長変換素子の製造方法のまた別の好適な実施態様として、リッジ型光導波路の光入射端面及び光出射端面を、基材の表面に垂直、かつ、光伝播方向に対して斜めに、ダイシングソーを用いて切断する第４工程をさらに有するのがよい。
【００２２】
このようにすることにより、リッジ型光導波路の光入射端面及び光出射端面における基本光及び変換光の反射を抑制することができる。
【００２３】
この発明の第２の波長変換素子の製造方法は、下記に示す第１〜第３工程を備えている。
【００２４】
第１工程では、自発分極の向きが基板の第１主面から第２主面に向かう第１方向である第１ドメインと、自発分極の向きが第１方向とは反転した第２方向である第２ドメインとが、光伝播方向に沿って互いに隣接して交互に配置されてなる周期的分極反転構造が形成されている強誘電体結晶製の基板を、第２主面を貼着面として、基板よりも屈折率が小さい基材の表面に貼着する。
【００２５】
第２工程では、この表面に垂直に測った基板の厚みが、リッジ型光導波路の高さとなる第２厚みとなるまで、ダイシングソーにより基板を切削して、切削領域を形成する。
【００２６】
第３工程では、切削領域において、光伝播方向に沿って延在する２本の凹溝をダイシングソーにより切削形成することにより、２本の凹溝で挟まれた凸部としてのリッジ型光導波路を形成する。
【００２７】
第２の波長変換素子の製造方法によれば、ダイシングソーによる切削だけで、周期的分極反転構造を有するリッジ型光導波路、すなわち波長変換素子を製造することができる。
【００２８】
第２の波長変換素子の製造方法の好適な実施態様として、第２工程において、第２厚みを、４〜１０μｍの範囲の値とするのがよい。
【００２９】
第１及び第２の波長変換素子の製造方法のさらに別の好適な実施態様として、基板を、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３、ＫＴｉＯＰＯ４及びＫＮｂＯ３からなる群より選ばれた１種類の非線形光学結晶とするか、又は、選ばれた非線形光学結晶にＭｇ、Ｚｎ、Ｓｃ及びＩｎからなる群より選ばれた１種類以上の元素が添加物として添加された化合物とするのがよい。
【発明の効果】
【００３０】
この発明は、上述したように、ダイシングソーのみで、周期的分極反転構造が形成された強誘電体結晶を備えたリッジ型光導波路からなる波長変換素子を形成するので、波長変換素子の製造に要する時間を、従来よりも短くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】（Ａ）は、実施形態１の波長変換素子の構造を概略的に示す斜視図であり、（Ｂ）は、実施形態１の波長変換素子の構造を概略的に示す平面図であり、及び（Ｃ）は、（Ｂ）をＢ−Ｂ線に沿って切断した切断端面図である。
【図２】（Ａ）は、実施形態１の第１工程の説明に供する模式図であり、（Ｂ）は、実施形態１の第２工程の説明に供する模式図である。
【図３】（Ａ）は、実施形態１の第３工程の説明に供する模式図であり、（Ｂ）は、実施形態１の第４工程の説明に供する模式図である。
【図４】（Ａ）は、実施形態１の第４工程の効果の説明に用いる比較用の波長変換素子の模式図であり、（Ｂ）は、実施形態１に沿って作成された波長変換素子の模式図である。
【図５】（Ａ）は、実施形態２の波長変換素子の構造を概略的に示す斜視図であり、（Ｂ）は、（Ａ）をＢ−Ｂ線に沿って切断した切断端面図である。
【図６】（Ａ）は、実施形態２の第１工程の説明に供する模式図であり、（Ｂ）は、実施形態２の第２工程の説明に供する模式図である。
【図７】実施形態２の第３工程の説明に供する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、図面を参照して、この発明の実施形態について説明する。なお、図１〜図７は、各構成要素の形状、大きさ及び配置関係について、この発明が理解できる程度に概略的に示してある。また、以下、この発明の好適な構成例について説明するが、各構成要素の材質及び数値的条件などは、単なる好適例にすぎない。従って、この発明は、以下の実施形態に何ら限定されない。また、図１〜７において、共通する構成要素には同符号を付し、その説明を省略することもある。
【００３３】
＜実施形態１＞
以下、図１〜図３を参照して、実施形態１の波長変換素子の製造方法の一例について説明する。
【００３４】
（構造）
まず始めに図１を参照して、実施形態１の波長変換素子の製造方法に沿って製造された波長変換素子１０の構造及び動作について簡単に説明する。図１（Ａ）は、波長変換素子の構造を概略的に示す斜視図である。図１（Ｂ）は、波長変換素子の構造を概略的に示す平面図である。図１（Ｃ）は、図１（Ｂ）をＢ−Ｂ線に沿って切断した切断端面図である。
【００３５】
図１（Ａ）〜（Ｃ）を参照すると、波長変換素子１０は、切断基材５２と、切断細条体５４とを備えていて、光伝播方向ＡＬに沿って入力された基本光ＬＩＮを、内部で周波数が２倍の第２高調波成分（以下、この第２高調波成分を、単に「変換光ＬＯＵＴ」と称する。）へと変換して、光伝播方向ＡＬに沿って出力する。
【００３６】
切断基材５２は、この実施形態に示す例では、例えば平面形状が平行四辺形状の平行平板とする。切断基材５２は平坦な表面５２ａと、表面５２ａに垂直であって平坦な入射側切断面５２ｂと、表面５２ａに垂直であって平坦な出射側切断面５２ｃとを有している。なお、残りの２つの側面５２ｄ及び５２ｅは、表面５２ａに垂直であり、かつ、側面同士が平行である。詳しくは「製造方法」の項で後述するが、切断基材５２は、製造工程の最終段階において、直方体状の基材１２（図２（Ｂ）参照）の両端面をダイシングソーにより斜めに切断することにより、入射側切断面５２ｂと出射側切断面５２ｃとを形成することで製造されている。
【００３７】
表面５２ａには、入射側切断面５２ｂから出射側切断面５２ｃに渡って、３本の細い長方体又は帯状体からなる切断細条体５４が貼着されている。これらの切断細条体５４は互いに平行に、かつ、側面５２ｄ及び５２ｅに平行に配置されている。
【００３８】
入射側切断面５２ｂは、基本光ＬＩＮが入射される側に延在する切断基材５２の端面であり、表面５２ａに対して垂直、かつ、側面５２ｄ及び５２ｅに平行な光伝播方向ＡＬに対して斜めに切断されている。詳しくは後述するが、入射側切断面５２ｂに面するリッジ型光導波路５４ａの入射端面５４ａ１も、入射側切断面５２ｂと同一平面をなすように切断されている。入射側切断面５２ｂが光伝播方向ＡＬに対してなす角度の余角θ１、すなわち入射側切断角θ１は、好ましくは、例えば７°とする。入射側切断角θ１をこの角度とすることにより、基本光ＬＩＮの入射側切断面５２ｂへの入射角もθ１となるので、入射側切断面５２ｂ側から入射端面５４ａ１へと入射される基本光ＬＩＮの反射を実用上支障の無い程度に抑えつつ、実用上支障の無い程度に十分な強度の基本光ＬＩＮをリッジ型光導波路５４ａへと入力することができる。なお、反射を抑え、かつ、十分な光強度を得るための上述の７°は、７°丁度の角度、又は７°の近傍の範囲内のある角度を意味する。
【００３９】
出射側切断面５２ｃは、変換光ＬＯＵＴが出射される側に延在する切断基材５２の端面であり、表面５２ａに対して垂直、かつ、光伝播方向ＡＬに対して斜めに切断されている。入射側切断面５２ｂと出射側切断面５２ｃとは、互いに平行に延在している。詳しくは後述するが、出射側切断面５２ｃに面するリッジ型光導波路５４ａの出射端面５４ａ２も、出射側切断面５２ｃと同一平面をなすように切断されている。出射側切断面５２ｃが光伝播方向ＡＬに対してなす角度の余角θ２、すなわち出射側切断角θ２は、入射側切断角θ１と等しい大きさ、好ましくは上述のθ１の角度である７°とする。出射側切断角θ２をこの角度とすることにより、出射端面５４ａ２から外部へと出射される変換光ＬＯＵＴの反射を実用上支障の無い程度に抑えつつ、実用上支障の無い程度に十分な強度の変換光ＬＯＵＴをリッジ型光導波路５４ａから外部へと出力することができる。
【００４０】
切断細条体５４は、周期的分極反転構造Ｓが形成されている強誘電体結晶製の薄膜であり、リッジ型光導波路５４ａと、第１不要膜部５４ｂと、第２不要膜部５４ｃとで構成されている。詳しくは「製造方法」の項で後述するが、切断細条体５４は、基材１２（図２（Ｂ）参照）の表面１２ａに貼着された１枚の薄膜としての細条体１４（図２（Ａ）参照）に、２本の凹溝５６ａ及び５６ｂを形成することにより、３領域（すなわち、リッジ型光導波路５４ａと、第１不要膜部５４ｂと、第２不要膜部５４ｃ）に分割したものである。切断細条体５４の、切断基材５２の表面５２ａに対して垂直に測った厚みＨ１は、場所によらず均一であり、好ましくは、例えば約１０μｍとする。なお、この厚みＨ１は、リッジ型光導波路５４ａの高さとなる第１厚みＨ１に対応している。
【００４１】
切断細条体５４に形成された周期的分極反転構造Ｓは、強誘電体結晶の自発分極の向きが第１方向Ａ１に向かう第１ドメインＤ１と、自発分極の向きが第１方向とは１８０°反転した第２方向Ａ２に向かう第２ドメインＤ２とが、光伝播方向ＡＬに沿って互いに隣接して交互に配置された構造を有している。第１及び第２ドメインＤ１及びＤ２の光伝播方向ＡＬに沿って測った周期は、場所によらず等しく、波長変換素子１０により波長変換された変換光ＬＯＵＴのコヒーレント長に等しい長さに形成されている。なお、周期的分極反転構造Ｓは従来周知であるので、これ以上の説明を省略する。
【００４２】
切断細条体５４を構成する強誘電体結晶は、この実施形態に示す例では、好ましくは、例えば、ＬｉＮｂＯ３結晶とする。なお、強誘電体結晶は、ＬｉＮｂＯ３結晶に限らず、ＬｉＴａＯ３、ＫＴｉＯＰＯ４及びＫＮｂＯ３からなる群より選ばれた１種類の非線形光学結晶を、設計に応じて用いてもよい。さらに、ＬｉＮｂＯ３結晶を含むこれらの選ばれた非線形光学結晶に、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｓｃ及びＩｎからなる群より選ばれた１種類以上の元素を、設計に応じて添加物として添加してもよい。
【００４３】
２本の凹溝５６ａ及び５６ｂは、光伝播方向ＡＬに沿って互いに平行に延在する直線状の２本の溝であり、切断細条体５４の上述した３領域の境界部をなしている。凹溝５６ａ及び５６ｂは、それぞれダイシングソーを用いて切削形成されている。すなわち、表面５２ａに貼着された細条体１４（図２（Ａ）参照）を、第１及び第２方向Ａ１及びＡ２に対して垂直、かつ、表面５２ａに対して垂直な方向にダイシングソーを用いて直線状に切削する。これにより２本の凹溝５６ａ及び５６ｂが形成される。凹溝５６ａ及び５６ｂの幅Ｗ１、すなわち第１及び第２方向に平行に測った長さは、好ましくは、例えばダイシングソーのブレードの幅（約１００μｍ）とする。また、凹溝５６ａ及び５６ｂの深さは、この実施形態に示す例では、切断基材５２の表面５２ａよりも深い深さ、すなわち、好ましくは、例えば約１３μｍとする。
【００４４】
リッジ型光導波路５４ａは、２本の凹溝５６ａ及び５６ｂで挟まれた凸部として形成されていて、光伝播方向ＡＬに直交する横断面形状が矩形状のリッジ型の光導波路である。リッジ型光導波路５４ａの一端部は入射端面５４ａ１であり、この入射端面５４ａ１に波長変換されるべき基本光ＬＩＮが入射される。上述したように、入射端面５４ａ１は、光伝播方向ＡＬに対して、入射側切断角θ１（７°）で切断されている。さらに、この入射端面５４ａ１の全面には、基本光ＬＩＮの反射を防ぐために、従来公知の誘電体多層膜からなる反射防止膜（不図示）が形成されている。
【００４５】
リッジ型光導波路５４ａの他端部は出射端面５４ａ２であり、この出射端面５４ａ２から波長変換素子１０内部で基本光ＬＩＮの２倍の周波数に変換された変換光ＬＯＵＴが出射される。上述したように、出射端面５４ａ２は、光伝播方向ＡＬに対して出射側切断角θ２（７°）で切断されている。さらに、この出射端面５４ａ２の全面には、変換光ＬＯＵＴの反射を防ぐために、従来公知の誘電体多層膜からなる反射防止膜（不図示）が形成されている。
【００４６】
リッジ型光導波路５４ａの幅Ｗ２、すなわち、第１及び第２方向Ａ１及びＡ２に平行な方向に測った長さは、この実施の形態に示す例では、好ましくは、例えば約１０μｍとする。
【００４７】
リッジ型光導波路５４ａの第１厚みＨ１、すなわち切断細条体５４の厚みＨ１は、上述のように１０μｍであるので、リッジ型光導波路５４ａの光伝播方向ＡＬに直交する横断面は正方形となる。リッジ型光導波路５４ａの幅Ｗ２及び第１厚みＨ１は、波長変換されるべき基本光ＬＩＮの波長が１５５０ｎｍの場合、４〜１０μｍの範囲の値とすることが好ましく、さらに、８〜１０μｍの範囲の値とするとより一層好ましい。リッジ型光導波５４ａの幅Ｗ２及び第１厚みＨ１を上述した範囲の値とすることにより、リッジ型光導波路５４ａの内部を伝播する基本光ＬＩＮ及び変換光ＬＯＵＴの光パワー密度を上げることができるとともに、基本光ＬＩＮ及び変換光ＬＯＵＴの伝播損失を実用上許容できる程度に抑えることができる。
【００４８】
第１及び第２不要膜部５４ｂ及び５４ｃは、切断細条体５４のリッジ型光導波路５４ａ以外の領域である。第１及び第２不要膜部５４ｂ及び５４ｃは、いわば、切断細条体５４の不要部であり、波長変換素子１０の波長変換動作になんらの影響も及ぼさない。したがって、第１及び第２不要膜部５４ｂ及び５４ｃについては、これ以上の説明を省略する。
【００４９】
（製造方法）
続いて、図２及び図３を参照して、波長変換素子１０の製造方法について説明する。図２（Ａ）は、第１工程の説明に供する模式図である。図２（Ｂ）は、第２工程の説明に供する模式図である。図３（Ａ）は、第３工程の説明に供する模式図である。図３（Ｂ）は、第４工程の説明に供する模式図である。なお、図２及び３において、図１と同様の構成要素には同符号を付して、その説明を省略することもある。
【００５０】
（第１工程）
図２（Ａ）を参照すると、第１工程においては、既に説明した周期的分極反転構造Ｓが形成されている強誘電体結晶製の基板１６を準備し、この基板１６を、第１及び第２主面１６ａ及び１６ｂに対して垂直にスライスして、細条体１４を形成する。なお、基板１６を構成する材料は、「構造」の項で説明した切断細条体５４を構成する材料（ＬｉＮｂＯ３結晶）と同材料とする。
【００５１】
より詳細には、まず始めに、自発分極の向きが基板１６の第２主面１６ｂから第１主面１６ａに向かう第１方向Ａ１である第１ドメインＤ１と、自発分極の向きが第１方向Ａ１とは反転した第２方向Ａ２である第２ドメインＤ２とが、光伝播方向ＡＬに沿って互いに隣接して交互に配置されてなる周期的分極反転構造Ｓが形成されている強誘電体結晶製の基板１６を準備する。具体的には、市販の強誘電体結晶製のＺカット基板を用いて、このＺカット基板に、従来周知の方法を用いて周期的分極反転構造Ｓを形成して、基板１６を得る。ここで、基板１６の厚みＨｓすなわち、第１及び第２主面１６ａ及び１６ｂの間の距離は、場所によらず均一であり、好ましくは、例えば０．３〜１．０ｍｍの範囲の値とする。
【００５２】
続いて、この基板１６を、光伝播方向ＡＬに沿いかつ第１主面１６ａに対して垂直に、ダイシングソーＤＳを用いてスライスする。これにより、平行平板であってストリップ状の細条体１４が形成される。このようにして形成された細条体１４の切断面１４ａに垂直に計った厚み、すなわち切断幅は、後の工程でリッジ型光導波路５４ａ（図３（Ａ）参照）の高さとなる第１厚みＨ１であり、また、第１主面１６ａに垂直に測った高さは、基板１６の厚みＨｓである。
【００５３】
なお、この実施形態においては、細条体１４を長尺なストリップ状に切り出した。しかし、後の工程での細条体１４の取り扱いを容易にするために、細条体１４を断面Ｌ字状に切り出して、ピンセット等で保持するための取っ手を形成してもよい。
【００５４】
（第２工程）
続いて、図２（Ｂ）に示すように、基板１６よりも屈折率が小さい基材１２を準備して、この基材１２の表面１２ａに、細条体１４を貼着する。なお、基材１２を構成する材料は、「構造」の項で説明した切断基材５２を構成する材料（例えば、石英）と同材料とする。
【００５５】
より詳細には、細条体１４の切断面１４ａ、すなわち貼着面よりも大面積の平坦な表面１２ａを有する直方体状の基材１２を準備する。そして、この表面１２ａに、エポキシ樹脂等の公知の光学用接着剤を均一な厚みで薄く塗布する。そして、ピンセット等の治具で保持した細条体１４を、光学用接着剤が塗布された表面１２ａに貼着する。この際、後に詳述する第４工程における加工の容易さを考慮して、細条体１４の長手方向と、矩形状の表面１２ａの辺とが平行となるように、細条体１４を貼着することが好ましい。
【００５６】
これにより、細条体１４は、第１及び第２方向Ａ１及びＡ２と基材１２の表面１２ａとが平行となるように、基材１２の表面１２ａに貼着される。つまり、この工程では、図２（Ｂ）に示すように、第１工程において切り出された細条体１４を、第１及び第２方向Ａ１及びＡ２に直交し、かつ、第１及び第２主面１６ａ及び１６ｂに平行に延在する細条体１４の中心軸Ｃを回転軸として直角（９０°）に回転させた上で、基材１２に貼着する。詳しくは第４工程の項で後述するが、細条体１４を回転させることにより、傾斜した入射端面５４ａ１（図１（Ｂ）及び図３（Ｂ）参照）及び出射端面５４ａ２（図１（Ｂ）及び図３（Ｂ）参照）をダイシングソーＤＳにより容易に作成することが可能となる。
【００５７】
（第３工程）
続いて、図３（Ａ）に示すように、細条体１４に凹溝５６ａ及び５６ｂをダイシングソーＤＳにより切削形成することにより、リッジ型光導波路５４ａを形成する。
【００５８】
より詳細には、基材１２の表面１２ａに貼着された細条体１４に、第１及び第２方向Ａ１及びＡ２に垂直な方向に沿って延在する２本の凹溝５６ａ及び５６ｂをダイシングソーＤＳにより切削形成して複数の個片に分割することにより、２本の凹溝５６ａ及び５６ｂで挟まれた凸部として、横断面形状が矩形状のリッジ型光導波路５４ａを形成する。この切削は、細条体１４の露出した表面、すなわち基材１２の表面１２ａと平行な表面から基材１２の表面１２ａを越えて基材１２の深さの一部分に達するように行う。
【００５９】
ここで、リッジ型光導波路５４ａの長手方向の両端面、すなわち光伝播方向ＡＬに沿った両端面をそれぞれ、入射前駆端面５４ａ１Ｚ及び出射前駆端面５４ａ２Ｚと称する。これらの前駆端面５４ａ１Ｚ及び５４ａ２Ｚは、次の第４工程において切断されて、それぞれ入射端面５４ａ１及び出射端面５４ａ２へと変化する。
【００６０】
なお、ダイシングソーＤＳによる切削は、基材１２の表面１２ａに対して垂直な方向に行われる。また、ダイシングソーＤＳによる切削の間隔、すなわちリッジ型光導波路５４ａの幅Ｗ２は、上述のように約１０μｍとする。さらに、ダイシングソーＤＳによる切削深さは、上述のように、基材１２の表面１２ａよりも深く、約１３μｍとする。
【００６１】
これにより、細条体１４は、３個の領域（リッジ型光導波路５４ａ、第１不要膜部５４ｂ及び第２不要膜部５４ｃ）へと分割されて切断細条体５４が形成される。
【００６２】
（第４工程）
続いて、図３（Ｂ）に示すように、リッジ型光導波路５４ａの入射前駆端面５４ａ１Ｚ及び出射前駆端面５４ａ２Ｚを、基材１２ごとダイシングソーＤＳにより斜めに切断することにより、入射端面５４ａ１及び出射端面５４ａ２を形成する。
【００６３】
より詳細には、リッジ型光導波路５４ａの入射前駆端面５４ａ１Ｚ側の端面を、入射側切断角θ１に角度を合わせた後に、基材１２の表面１２ａ及びこの表面１２ａと平行な切断細条体５４の表面に垂直にダイシングソーＤＳにより、基材１２ごと切断する。これにより、リッジ型光導波路５４ａには入射端面５４ａ１が形成され、及び基材１２には、入射端面５４ａ１と同一平面をなす入射側切断面５２ｂが形成される。
【００６４】
さらに、リッジ型光導波路５４ａの出射前駆端面５４ａ２Ｚ側の端面を、出射側切断角θ２に角度を合わせた後に、基材１２の表面１２ａ及びこの表面１２ａと平行な切断細条体５４の表面に垂直にダイシングソーＤＳにより、基材１２ごと切断する。これにより、リッジ型光導波路５４ａには出射端面５４ａ２が形成され、及び基材１２には、出射端面５４ａ２と同一平面をなす出射側切断面５２ｃが形成される。
【００６５】
このような工程を経て、基材１２から切断基材５２が形成され、図１に示したような波長変換素子１０が形成される。
【００６６】
なお、第４工程は、この実施形態の波長変換素子１０の製造方法において必須の工程ではない。基本光ＬＩＮ及び変換光ＬＯＵＴの入出射端面における反射の影響を、反射防止膜のみで実用上許容できる範囲内に抑えることが可能であれば、第４工程を実施する必要はない。このように第４工程を省略した場合、波長変換素子１０の製造に要する時間をより短くできる。
【００６７】
（効果）
（１）このように、この実施形態の波長変換素子１０の製造方法によれば、ダイシングソーＤＳによる切断及び切削のみで、リッジ型光導波路５４ａを有する波長変換素子１０を製造することができる。その結果、強誘電体結晶基板の平面研磨が不必要となり、従来法に比較して、波長変換素子１０の製造時間を大幅に短縮することができる。
【００６８】
（２）実施形態の波長変換素子１０の製造方法において、第４工程に特有の効果として、入射端面５４ａ１及び出射端面５４ａ２を、ダイシングソーＤＳを用いて容易に形成できることが挙げられる。これは、既に説明した第２工程において、細条体１４を中心軸Ｃの周りに９０°回転させた上で、基材１２の表面１２ａに貼着することに由来する（図２（Ｂ）参照）。以下、この点について、図４（Ａ）及び（Ｂ）を参照して説明する。なお、図４（Ａ）及び（Ｂ）においては、説明に不要な構成要素の図示を省略してある。
【００６９】
図４（Ａ）は、第４工程の効果の説明に用いる比較用の波長変換素子１００の模式図である。図４（Ａ）に示した波長変換素子１００は、Ｚカットされた強誘電体結晶製の基板を、スライスすることなく基材１２の表面１２ａに貼着し、表面１２ａに対して平行に平面研磨して形成されたリッジ型光導波路１０２を有すると仮定する。その結果、リッジ型光導波路１０２においては、周期的分極反転構造Ｓの自然分極の向きである第１及び第２方向Ａ１及びＡ２が基材１２の表面１２ａと垂直な方向（Ｚ軸方向）を向いている。
【００７０】
図４（Ｂ）は、この実施形態に沿って作成された波長変換素子１０の模式図である。図４（Ｂ）に示した波長変換素子１０は、第２工程において、細条体１４を中心軸Ｃの周りに９０°回転させた上で、基材１２の表面１２ａに貼着している。その結果、リッジ型光導波路５４ａにおいては、周期的分極反転構造Ｓの自然分極の向きである第１及び第２方向Ａ１及びＡ２が基材１２の表面１２ａに平行な方向（Ｚ軸方向）を向いている。
【００７１】
一般に、波長変換素子を用いて高効率で波長変換を行うためには、最大の非線形光学定数であるｄ３３のテンソル成分を利用する。なぜなら、波長変換効率は非線形光学定数の２乗に比例するからである。
【００７２】
この実施形態のように第２高調波を変換光ＬＯＵＴとして取り出す場合には、ｄ３３のテンソル成分の性質より、Ｚ軸偏光した基本光ＬＩＮからＺ軸偏光した変換光ＬＯＵＴが発生する。図４（Ａ）及び（Ｂ）には、Ｚ軸偏光した基本光ＬＩＮ及び変換光ＬＯＵＴを示している。なお、「Ｚ軸」とは、この実施形態で用いている強誘電体結晶であるＬｉＮＯ３の結晶光学軸を意味し、自然分極の方向である第１及び第２方向Ａ１及びＡ２に平行な方向である。
【００７３】
つまり、図４（Ａ）及び（Ｂ）に示したように、比較用の波長変換素子１００と、この実施形態の波長変換素子１０とでは、自然分極の方向（第１及び第２方向Ａ１及びＡ２）が異なっているために、Ｚ軸の方向も異なっている。図４（Ａ）に示すように、波長変換素子１００においては、Ｚ軸の方向は、基材１２の表面１２ａに垂直な向きを向いている。それに対して、図４（Ｂ）に示すように、波長変換素子１０においては、Ｚ軸の方向は、基材１２の表面１２ａに平行な面内に存在する。
【００７４】
ところで、基本光ＬＩＮ及び変換光ＬＯＵＴとしてＺ軸偏光を利用する場合に、波長変換素子の入出射端面での反射の影響を除くためには、入出射端面をＺ軸方向からオフセットして斜めに切断する必要がある。このようにすることにより、Ｚ軸偏光した基本光ＬＩＮ及び変換光ＬＯＵＴをより効率的に反射できるからである。
【００７５】
つまり、図４（Ａ）に示した比較用の波長変換素子１００の場合には、点線で示したように、入射端面１００ａ１及び出射端面１００ａ２を基材１２の表面１２ａに対して斜めに切断する必要がある。このように比較用の波長変換素子１００の場合には、入射端面１００ａ１及び出射端面１００ａ２を基材１２の表面１２ａに対して斜めに切断する必要がある。そのため、切断面が基材１２の表面１２ａに対して垂直に形成されるダイシングソーＤＳでは、入射端面１００ａ１及び出射端面１００ａ２を形成することができない。
【００７６】
それに対し、図４（Ｂ）に示したこの実施形態の波長変換素子１０の場合には、点線で示したように、入射端面５４ａ１及び出射端面５４ａ２を基材１２の表面１２ａに対して垂直、かつ、光伝播方向ＡＬに対して傾斜した方向に切断すればよい。つまり、この実施形態の波長変換素子１０では、入射端面５４ａ１及び出射端面５４ａ２の切断方向が基材１２の表面１２ａに対して垂直であるので、ダイシングブレードにより容易に加工することができる。
【００７７】
＜実施形態２＞
以下、図５〜図７を参照して、実施形態２の波長変換素子の製造方法の一例について説明する。
【００７８】
まず始めに、実施形態２の波長変換素子の製造方法について簡単に概説する。この実施形態の波長変換素子の製造方法は、基板１６を基材１２に貼着した後に、ダイシングソーＤＳを用いた切削により、膜厚が薄い切削領域６２を基板１６に形成し、この切削領域６２をダイシングソーＤＳにより切削して凹溝６４ａ及び６４ｂを形成することでリッジ型光導波路６６ａを作成するものである。
【００７９】
（構造）
図５を参照して、実施形態２の波長変換素子の製造方法に沿って製造された波長変換素子２０の構造及び動作について簡単に説明する。図５（Ａ）は、波長変換素子の構造を概略的に示す斜視図である。図５（Ｂ）は、図５（Ａ）をＢ−Ｂ線に沿って切断した切断端面図である。なお、図５（Ａ）及び（Ｂ）において、図１〜図３と同様の構成要素には同符号を付して、その説明を省略する。
【００８０】
図５（Ａ）及び（Ｂ）を参照すると、波長変換素子２０は、基材１２と、加工済基板６０とを備えていて、光伝播方向ＡＬに沿って入力された基本光ＬＩＮを、内部で周波数が２倍の変換光ＬＯＵＴへと変換して、光伝播方向ＡＬに沿って出力する。
【００８１】
基材１２は、実施形態１で説明した基材と同様に構成されている。
【００８２】
加工済基板６０は、周期的分極反転構造Ｓが形成されている強誘電体結晶製のＺカット基板をほぼ直方体状に切り出したブロック体である。加工済基板６０は、その第２主面１６ｂ（Ｚ−面）が基材１２の表面１２ａに貼着されている。その結果、加工済基板６０において、周期的分極反転構造Ｓを構成する第１及び第２ドメインＤ１及びＤ２の自発分極の向き（第１及び第２方向Ａ１及びＡ２）は、基材１２の表面１２ａに対して垂直方向を向いている。
【００８３】
加工済基板６０には、光伝播方向ＡＬに沿って切削領域６２が形成されている。そして、この切削領域６２中に形成された２本の凹溝６４ａ及び６４ｂにより、加工済基板６０は、リッジ型光導波路６６ａ、第１不要部６６ｂ及び第２不要部６６ｃの３領域に分割されている。
【００８４】
詳しくは「製造方法」の項で後述するが、加工済基板６０は、直方体状に切り出された基板１６（図６（Ａ）参照）に、ダイシングソーＤＳにより切削領域６２を切削形成し、その後に凹溝６４ａ及び６４ｂを切削形成したものである。切削領域６２と凹溝６４ａ及び６４ｂが形成されることにより、加工済基板６０は、３領域（リッジ型光導波路６６ａ、第１不要部６６ｂ及び第２不要部６６ｃ）に分割される。
【００８５】
切削領域６２は、加工済基板６０に設けられた薄層化領域である。すなわち、切削領域６２は、厚みがＨｓである基板１６（図６（Ａ）参照）を、光伝播方向ＡＬに沿ってダイシングソーＤＳにより切削して、基材１２の表面１２ａに垂直に測った厚みを第２厚みＨ２（Ｈ２＜Ｈｓ）とした領域である。なお、この第２厚みＨ２は、リッジ型光導波路６６ａの高さに対応する。このように、第２厚みＨ２はリッジ型光導波路６６ａの高さとなるので、実施形態１の場合と同様に、第２厚みＨ２は４〜１０μｍの範囲の値とすることが好ましく、さらに、８〜１０μｍの範囲の値とするとより一層好ましい。
【００８６】
２本の凹溝６４ａ及び６４ｂは、光伝播方向ＡＬに沿って互いに平行に延在する直線状の２本の溝であり、加工済基板６０の上述した３領域の境界部をなしている。凹溝６４ａ及び６４ｂは、それぞれダイシングソーＤＳを用いて切削形成されている。すなわち、切削領域６２が形成された基板１６（図６（Ａ）参照）を、光伝播方向ＡＬに平行、かつ、表面１２ａに対して垂直な方向にダイシングソーＤＳを用いて直線状に切削する。これにより２本の凹溝６４ａ及び６４ｂが形成される。凹溝６４ａ及び６４ｂの幅Ｗ３、すなわち表面１２ａに平行な面内で、光伝播方向ＡＬに垂直に測った長さは、好ましくは、例えばダイシングソーＤＳのブレードの幅（約１００μｍ）とする。また、凹溝６４ａ及び６４ｂの深さは、この実施形態に示す例では、基材１２の表面１２ａよりも深い深さ、すなわち、好ましくは、例えば約１３μｍとする。
【００８７】
リッジ型光導波路６６ａは、２本の凹溝６４ａ及び６４ｂで挟まれた凸部として形成されていて、光伝播方向ＡＬに直交する横断面形状が矩形状のリッジ型の光導波路である。リッジ型光導波路６６ａの一端部は入射端面６６ａ１であり、この入射端面６６ａ１に波長変換されるべき基本光ＬＩＮが入射される。この入射端面６６ａ１の全面には、基本光ＬＩＮの反射を防ぐために、従来公知の誘電体多層膜からなる反射防止膜（不図示）が形成されている。
【００８８】
リッジ型光導波路６６ａの他端部は出射端面６６ａ２であり、この出射端面６６ａ２から波長変換素子２０内部で基本光ＬＩＮの２倍の周波数に変換された変換光ＬＯＵＴが出射される。この出射端面６６ａ２の全面には、変換光ＬＯＵＴの反射を防ぐために、従来公知の誘電体多層膜からなる反射防止膜（不図示）が形成されている。
【００８９】
リッジ型光導波路６６ａの幅Ｗ４、すなわち、表面１２ａに平行な面内で光伝播方向ＡＬに垂直に測った長さは、この実施の形態に示す例では、好ましくは、例えば約１０μｍとする。
【００９０】
第１及び第２不要部６６ｂ及び６６ｃは、加工済基板６０のリッジ型光導波路６６ａ以外の領域である。第１及び第２不要部６６ｂ及び６６ｃは、いわば、加工済基板６０の不要部であり、波長変換素子２０の波長変換動作になんらの影響も及ぼさない。したがって、第１及び第２不要部６６ｂ及び６６ｃについては、これ以上の説明を省略する。
【００９１】
（製造方法）
続いて、図６及び図７を参照して、波長変換素子２０の製造方法について説明する。図６（Ａ）は、第１工程の説明に供する模式図である。図６（Ｂ）は、第２工程の説明に供する模式図である。図７は、第３工程の説明に供する模式図である。なお、図６及び７において、図５と同様の構成要素には同符号を付して、その説明を省略することもある。
【００９２】
（第１工程）
図６（Ａ）を参照すると、第１工程においては、既に説明した周期的分極反転構造Ｓが形成されている強誘電体結晶製の基板１６を準備し、この基板１６を、第２主面１６ｂを貼着面として、基板１６よりも屈折率が小さい基材１２の表面１２ａに貼着する。
【００９３】
その結果、実施形態１の場合とは異なり、この実施形態においては、第１及び第２ドメインＤ１及びＤ２の自発分極の向きである第１及び第２方向Ａ１及びＡ２は、基材１２の表面１２ａに対して垂直な方向を向くこととなる。
【００９４】
（第２工程）
続いて、図６（Ｂ）に示すように、基材１２の表面１２ａに垂直に測った基板１６の厚みが、リッジ型光導波路６６ａの高さとなる第２厚Ｈ２みとなるまで、ダイシングソーＤＳにより基板１６を切削して、切削領域６２を形成する。
【００９５】
より詳細には、ダイシングソーＤＳのブレードを、表面１２ａに平行な面内で光伝播方向ＡＬに直交する方向に、ブレードの幅ずつずらしながら、光伝播方向ＡＬに沿って数往復させて基板１６の切削を行うことで、切削領域６２を形成する。なお、この切削において、ダイシングソーＤＳによる切削深さは、基板１６の厚みＨｓよりも浅い深さとする。これにより、基板１６には、厚みが第２厚みＨ２である切削領域６２が形成される。
【００９６】
（第３工程）
続いて、図７に示すように、切削領域６２に、光伝播方向ＡＬに平行な方向に沿って延在する２本の凹溝６４ａ及び６４ｂをダイシングソーＤＳにより切削形成することにより、２本の凹溝６４ａ及び６４ｂで挟まれた凸部として、横断面形状が矩形状のリッジ型光導波路６６ａを形成する。
【００９７】
なお、第３工程におけるダイシングソーＤＳによる切削は、基材１２の表面１２ａに対して垂直な方向に行われる。また、ダイシングソーＤＳによる切削の間隔、すなわちリッジ型光導波路６６ａの幅Ｗ４は、上述のように約１０μｍとする。さらに、ダイシングソーＤＳによる切削深さは、上述のように、基材１２の表面１２ａよりも深く、約１３μｍとする。
【００９８】
これにより、基板１６は、３個の領域（リッジ型光導波路６６ａ、第１不要部６６ｂ及び第２不要膜部６６ｃ）へと分割されて加工済基板６０が形成される。
【００９９】
このような工程を経て、図５に示したような波長変換素子２０が形成される。
【０１００】
（効果）
このように、この実施形態の波長変換素子２０の製造方法によれば、ダイシングソーＤＳによる切断及び切削のみで、リッジ型光導波路６６ａを有する波長変換素子２０を製造することができる。その結果、強誘電体結晶基板の平面研磨が不必要となり、従来法に比較して、波長変換素子２０の製造時間を大幅に短縮することができる。
【符号の説明】
【０１０１】
１０，２０，１００ 波長変換素子
１２ 基材
１２ａ，５２ａ 表面
１４ 細条体
１４ａ 切断面
１６ 基板
１６ａ 第１主面
１６ｂ 第２主面
５２ 切断基材
５２ｂ 入射側切断面
５２ｃ 出射側切断面
５４ 切断細条体
５４ａ，６６ａ，１０２ リッジ型光導波路
５４ａ１，１００ａ１，６６ａ１ 入射端面
５４ａ２，１００ａ２，６６ａ２ 出射端面
５４ａ１Ｚ 入射前駆端面
５４ａ２Ｚ 出射前駆端面
５４ｂ 第１不要膜部
５４ｃ 第２不要膜部
５６ａ，５６ｂ，６４ａ，６４ｂ 凹溝
６０ 加工済基板
６２ 切削領域
６６ｂ 第１不要部
６６ｃ 第２不要部
【技術分野】
【０００１】
この発明は、周期的分極反転構造が形成された強誘電体結晶を用いた波長変換素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
周期的分極反転構造によって擬似位相整合（ＱＰＭ：Ｑｕａｓｉ−Ｐｈａｓｅ Ｍａｔｃｈｉｎｇ）を実現して波長変換を行う擬似位相整合型波長変換素子（以降、単に「波長変換素子」とも称する。）が注目されている。波長変換素子は、被波長変換光の波長に応じて周期的分極反転構造の周期を調整することによって、任意の波長の被波長変換光に対して波長変換が可能である。この優れた特徴を備えていることにより、波長変換素子は、光ファイバ通信の分野に限らず、光計測の分野等においても積極的に利用されつつある。
【０００３】
波長変換素子に共通する課題は、波長変換の高効率化である。波長変換効率を高くするためには、エネルギー密度を高く保った状態の基本光を、光導波路に伝播させて波長変換を行うことが有効である。
【０００４】
また、波長変換効率を高くするためには、基本光及び波長変換光の伝播モードの光導波路中における重なり度合いを大きくすることが有効である。このためには基本光及び波長変換光がともに基本伝播モードで伝播するように光導波路の寸法を設計するとともに、光導波路の光伝播方向に垂直な断面において、屈折率の中心対称性を高くすることが有効である。
【０００５】
従来、波長変換素子は、ニオブ酸リチウムなどの強誘電体結晶基板に周期的分極反転構造を形成した後に、プロトン交換光導波路を作成することにより作られていた。しかし、この従来法で得られたプロトン交換光導波路は、（１）プロトン交換処理により非線形光学定数が劣化すること、及び（２）プロトン交換光導波路の屈折率分布が拡散型となるため、基本光及び波長変換光の伝播モードの重なり度合いが低下する、という問題を有していた。
【０００６】
これらの問題を解決するために、強誘電体結晶基板を機械的に加工してリッジ型光導波路を作成することにより、プロトン交換光導波路を用いることなく波長変換素子を作成する技術が開示されている（例えば、特許文献１及び２参照。）。
【０００７】
より詳細には、特許文献１及び２に開示された技術では、周期的分極反転構造を形成した強誘電体結晶基板を、この基板よりも屈折率が低い基材に拡散接合した後に、平面研磨加工により薄膜化し、薄膜化した強誘電体結晶基板をエッチングすることにより、リッジ型光導波路を作成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−１４０２１４号公報
【特許文献２】特開２００９−２５５５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１及び２に開示された技術では、強誘電体結晶基板を、光導波路として使用可能な１０μｍ以下の厚みにまで平面研磨するのに膨大な時間を必要とした。そのため、波長変換素子の製造スループットが低いという問題点があった。
【００１０】
この発明は、このような問題点に鑑みなされたものである。発明者は鋭意検討の結果、平面研磨に代えてダイシングソーを用いて強誘電体結晶基板を加工することにより、上述した問題を解決できることに想到した。
【００１１】
従って、この発明の目的は、周期的分極反転構造が形成された強誘電体結晶を備えたリッジ型光導波路からなる波長変換素子を従来よりも短時間で製造することが可能な波長変換素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した目的の達成を図るために、この発明の第１の波長変換素子の製造方法は、下記に示す第１〜第３工程を備えている。
【００１３】
第１工程では、自発分極の向きが基板の第１主面から第２主面に向かう第１方向である第１ドメインと、自発分極の向きが前記第１方向とは反転した第２方向である第２ドメインとが、光伝播方向に沿って互いに隣接して交互に配置されてなる周期的分極反転構造が形成されている強誘電体結晶製の基板を、光伝播方向に沿いかつ第１主面に対して垂直に、ダイシングソーを用いて切断することにより、この切断面に対して垂直に測った厚みが、リッジ型光導波路の高さとなる第１厚みである細条体を形成する。
【００１４】
第２工程では、基板よりも屈折率が小さい基材の表面に細条体を貼着する。
【００１５】
第３工程では、基材の表面に貼着された細条体に、第１及び第２方向に垂直な方向に沿って延在する２本の凹溝をダイシングソーにより切削形成することにより、２本の凹溝で挟まれた凸部として、横断面形状が矩形状のリッジ型光導波路を形成する。
【００１６】
第１の波長変換素子の製造方法によれば、ダイシングソーによる切削だけで、周期的分極反転構造を有するリッジ型光導波路、すなわち波長変換素子を製造することができる。
【００１７】
第１の波長変換素子の製造方法の好適な実施態様として、第２工程において、細条体を、基材の表面と第１及び第２方向とが平行となるように貼着するのがよい。
【００１８】
このようにすることにより、ダイシングソーを用いて、波長変換素子の光入出射端面を斜めに切断することができ、波長変換されるべき基本光及び波長変換後の変換光の、この光入出射端面における反射を抑制することができる。
【００１９】
第１の波長変換素子の製造方法の別の好適な実施態様として、第１工程において、第１厚みを、４〜１０μｍの範囲の値とするのがよい。
【００２０】
このようにすることにより、リッジ型光導波路の内部を伝播する基本光及び変換光の光パワー密度を上げることができるとともに、基本光及び変換光の伝播損失を実用上許容できる程度に抑えることができる。
【００２１】
第１の波長変換素子の製造方法のまた別の好適な実施態様として、リッジ型光導波路の光入射端面及び光出射端面を、基材の表面に垂直、かつ、光伝播方向に対して斜めに、ダイシングソーを用いて切断する第４工程をさらに有するのがよい。
【００２２】
このようにすることにより、リッジ型光導波路の光入射端面及び光出射端面における基本光及び変換光の反射を抑制することができる。
【００２３】
この発明の第２の波長変換素子の製造方法は、下記に示す第１〜第３工程を備えている。
【００２４】
第１工程では、自発分極の向きが基板の第１主面から第２主面に向かう第１方向である第１ドメインと、自発分極の向きが第１方向とは反転した第２方向である第２ドメインとが、光伝播方向に沿って互いに隣接して交互に配置されてなる周期的分極反転構造が形成されている強誘電体結晶製の基板を、第２主面を貼着面として、基板よりも屈折率が小さい基材の表面に貼着する。
【００２５】
第２工程では、この表面に垂直に測った基板の厚みが、リッジ型光導波路の高さとなる第２厚みとなるまで、ダイシングソーにより基板を切削して、切削領域を形成する。
【００２６】
第３工程では、切削領域において、光伝播方向に沿って延在する２本の凹溝をダイシングソーにより切削形成することにより、２本の凹溝で挟まれた凸部としてのリッジ型光導波路を形成する。
【００２７】
第２の波長変換素子の製造方法によれば、ダイシングソーによる切削だけで、周期的分極反転構造を有するリッジ型光導波路、すなわち波長変換素子を製造することができる。
【００２８】
第２の波長変換素子の製造方法の好適な実施態様として、第２工程において、第２厚みを、４〜１０μｍの範囲の値とするのがよい。
【００２９】
第１及び第２の波長変換素子の製造方法のさらに別の好適な実施態様として、基板を、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３、ＫＴｉＯＰＯ４及びＫＮｂＯ３からなる群より選ばれた１種類の非線形光学結晶とするか、又は、選ばれた非線形光学結晶にＭｇ、Ｚｎ、Ｓｃ及びＩｎからなる群より選ばれた１種類以上の元素が添加物として添加された化合物とするのがよい。
【発明の効果】
【００３０】
この発明は、上述したように、ダイシングソーのみで、周期的分極反転構造が形成された強誘電体結晶を備えたリッジ型光導波路からなる波長変換素子を形成するので、波長変換素子の製造に要する時間を、従来よりも短くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】（Ａ）は、実施形態１の波長変換素子の構造を概略的に示す斜視図であり、（Ｂ）は、実施形態１の波長変換素子の構造を概略的に示す平面図であり、及び（Ｃ）は、（Ｂ）をＢ−Ｂ線に沿って切断した切断端面図である。
【図２】（Ａ）は、実施形態１の第１工程の説明に供する模式図であり、（Ｂ）は、実施形態１の第２工程の説明に供する模式図である。
【図３】（Ａ）は、実施形態１の第３工程の説明に供する模式図であり、（Ｂ）は、実施形態１の第４工程の説明に供する模式図である。
【図４】（Ａ）は、実施形態１の第４工程の効果の説明に用いる比較用の波長変換素子の模式図であり、（Ｂ）は、実施形態１に沿って作成された波長変換素子の模式図である。
【図５】（Ａ）は、実施形態２の波長変換素子の構造を概略的に示す斜視図であり、（Ｂ）は、（Ａ）をＢ−Ｂ線に沿って切断した切断端面図である。
【図６】（Ａ）は、実施形態２の第１工程の説明に供する模式図であり、（Ｂ）は、実施形態２の第２工程の説明に供する模式図である。
【図７】実施形態２の第３工程の説明に供する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、図面を参照して、この発明の実施形態について説明する。なお、図１〜図７は、各構成要素の形状、大きさ及び配置関係について、この発明が理解できる程度に概略的に示してある。また、以下、この発明の好適な構成例について説明するが、各構成要素の材質及び数値的条件などは、単なる好適例にすぎない。従って、この発明は、以下の実施形態に何ら限定されない。また、図１〜７において、共通する構成要素には同符号を付し、その説明を省略することもある。
【００３３】
＜実施形態１＞
以下、図１〜図３を参照して、実施形態１の波長変換素子の製造方法の一例について説明する。
【００３４】
（構造）
まず始めに図１を参照して、実施形態１の波長変換素子の製造方法に沿って製造された波長変換素子１０の構造及び動作について簡単に説明する。図１（Ａ）は、波長変換素子の構造を概略的に示す斜視図である。図１（Ｂ）は、波長変換素子の構造を概略的に示す平面図である。図１（Ｃ）は、図１（Ｂ）をＢ−Ｂ線に沿って切断した切断端面図である。
【００３５】
図１（Ａ）〜（Ｃ）を参照すると、波長変換素子１０は、切断基材５２と、切断細条体５４とを備えていて、光伝播方向ＡＬに沿って入力された基本光ＬＩＮを、内部で周波数が２倍の第２高調波成分（以下、この第２高調波成分を、単に「変換光ＬＯＵＴ」と称する。）へと変換して、光伝播方向ＡＬに沿って出力する。
【００３６】
切断基材５２は、この実施形態に示す例では、例えば平面形状が平行四辺形状の平行平板とする。切断基材５２は平坦な表面５２ａと、表面５２ａに垂直であって平坦な入射側切断面５２ｂと、表面５２ａに垂直であって平坦な出射側切断面５２ｃとを有している。なお、残りの２つの側面５２ｄ及び５２ｅは、表面５２ａに垂直であり、かつ、側面同士が平行である。詳しくは「製造方法」の項で後述するが、切断基材５２は、製造工程の最終段階において、直方体状の基材１２（図２（Ｂ）参照）の両端面をダイシングソーにより斜めに切断することにより、入射側切断面５２ｂと出射側切断面５２ｃとを形成することで製造されている。
【００３７】
表面５２ａには、入射側切断面５２ｂから出射側切断面５２ｃに渡って、３本の細い長方体又は帯状体からなる切断細条体５４が貼着されている。これらの切断細条体５４は互いに平行に、かつ、側面５２ｄ及び５２ｅに平行に配置されている。
【００３８】
入射側切断面５２ｂは、基本光ＬＩＮが入射される側に延在する切断基材５２の端面であり、表面５２ａに対して垂直、かつ、側面５２ｄ及び５２ｅに平行な光伝播方向ＡＬに対して斜めに切断されている。詳しくは後述するが、入射側切断面５２ｂに面するリッジ型光導波路５４ａの入射端面５４ａ１も、入射側切断面５２ｂと同一平面をなすように切断されている。入射側切断面５２ｂが光伝播方向ＡＬに対してなす角度の余角θ１、すなわち入射側切断角θ１は、好ましくは、例えば７°とする。入射側切断角θ１をこの角度とすることにより、基本光ＬＩＮの入射側切断面５２ｂへの入射角もθ１となるので、入射側切断面５２ｂ側から入射端面５４ａ１へと入射される基本光ＬＩＮの反射を実用上支障の無い程度に抑えつつ、実用上支障の無い程度に十分な強度の基本光ＬＩＮをリッジ型光導波路５４ａへと入力することができる。なお、反射を抑え、かつ、十分な光強度を得るための上述の７°は、７°丁度の角度、又は７°の近傍の範囲内のある角度を意味する。
【００３９】
出射側切断面５２ｃは、変換光ＬＯＵＴが出射される側に延在する切断基材５２の端面であり、表面５２ａに対して垂直、かつ、光伝播方向ＡＬに対して斜めに切断されている。入射側切断面５２ｂと出射側切断面５２ｃとは、互いに平行に延在している。詳しくは後述するが、出射側切断面５２ｃに面するリッジ型光導波路５４ａの出射端面５４ａ２も、出射側切断面５２ｃと同一平面をなすように切断されている。出射側切断面５２ｃが光伝播方向ＡＬに対してなす角度の余角θ２、すなわち出射側切断角θ２は、入射側切断角θ１と等しい大きさ、好ましくは上述のθ１の角度である７°とする。出射側切断角θ２をこの角度とすることにより、出射端面５４ａ２から外部へと出射される変換光ＬＯＵＴの反射を実用上支障の無い程度に抑えつつ、実用上支障の無い程度に十分な強度の変換光ＬＯＵＴをリッジ型光導波路５４ａから外部へと出力することができる。
【００４０】
切断細条体５４は、周期的分極反転構造Ｓが形成されている強誘電体結晶製の薄膜であり、リッジ型光導波路５４ａと、第１不要膜部５４ｂと、第２不要膜部５４ｃとで構成されている。詳しくは「製造方法」の項で後述するが、切断細条体５４は、基材１２（図２（Ｂ）参照）の表面１２ａに貼着された１枚の薄膜としての細条体１４（図２（Ａ）参照）に、２本の凹溝５６ａ及び５６ｂを形成することにより、３領域（すなわち、リッジ型光導波路５４ａと、第１不要膜部５４ｂと、第２不要膜部５４ｃ）に分割したものである。切断細条体５４の、切断基材５２の表面５２ａに対して垂直に測った厚みＨ１は、場所によらず均一であり、好ましくは、例えば約１０μｍとする。なお、この厚みＨ１は、リッジ型光導波路５４ａの高さとなる第１厚みＨ１に対応している。
【００４１】
切断細条体５４に形成された周期的分極反転構造Ｓは、強誘電体結晶の自発分極の向きが第１方向Ａ１に向かう第１ドメインＤ１と、自発分極の向きが第１方向とは１８０°反転した第２方向Ａ２に向かう第２ドメインＤ２とが、光伝播方向ＡＬに沿って互いに隣接して交互に配置された構造を有している。第１及び第２ドメインＤ１及びＤ２の光伝播方向ＡＬに沿って測った周期は、場所によらず等しく、波長変換素子１０により波長変換された変換光ＬＯＵＴのコヒーレント長に等しい長さに形成されている。なお、周期的分極反転構造Ｓは従来周知であるので、これ以上の説明を省略する。
【００４２】
切断細条体５４を構成する強誘電体結晶は、この実施形態に示す例では、好ましくは、例えば、ＬｉＮｂＯ３結晶とする。なお、強誘電体結晶は、ＬｉＮｂＯ３結晶に限らず、ＬｉＴａＯ３、ＫＴｉＯＰＯ４及びＫＮｂＯ３からなる群より選ばれた１種類の非線形光学結晶を、設計に応じて用いてもよい。さらに、ＬｉＮｂＯ３結晶を含むこれらの選ばれた非線形光学結晶に、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｓｃ及びＩｎからなる群より選ばれた１種類以上の元素を、設計に応じて添加物として添加してもよい。
【００４３】
２本の凹溝５６ａ及び５６ｂは、光伝播方向ＡＬに沿って互いに平行に延在する直線状の２本の溝であり、切断細条体５４の上述した３領域の境界部をなしている。凹溝５６ａ及び５６ｂは、それぞれダイシングソーを用いて切削形成されている。すなわち、表面５２ａに貼着された細条体１４（図２（Ａ）参照）を、第１及び第２方向Ａ１及びＡ２に対して垂直、かつ、表面５２ａに対して垂直な方向にダイシングソーを用いて直線状に切削する。これにより２本の凹溝５６ａ及び５６ｂが形成される。凹溝５６ａ及び５６ｂの幅Ｗ１、すなわち第１及び第２方向に平行に測った長さは、好ましくは、例えばダイシングソーのブレードの幅（約１００μｍ）とする。また、凹溝５６ａ及び５６ｂの深さは、この実施形態に示す例では、切断基材５２の表面５２ａよりも深い深さ、すなわち、好ましくは、例えば約１３μｍとする。
【００４４】
リッジ型光導波路５４ａは、２本の凹溝５６ａ及び５６ｂで挟まれた凸部として形成されていて、光伝播方向ＡＬに直交する横断面形状が矩形状のリッジ型の光導波路である。リッジ型光導波路５４ａの一端部は入射端面５４ａ１であり、この入射端面５４ａ１に波長変換されるべき基本光ＬＩＮが入射される。上述したように、入射端面５４ａ１は、光伝播方向ＡＬに対して、入射側切断角θ１（７°）で切断されている。さらに、この入射端面５４ａ１の全面には、基本光ＬＩＮの反射を防ぐために、従来公知の誘電体多層膜からなる反射防止膜（不図示）が形成されている。
【００４５】
リッジ型光導波路５４ａの他端部は出射端面５４ａ２であり、この出射端面５４ａ２から波長変換素子１０内部で基本光ＬＩＮの２倍の周波数に変換された変換光ＬＯＵＴが出射される。上述したように、出射端面５４ａ２は、光伝播方向ＡＬに対して出射側切断角θ２（７°）で切断されている。さらに、この出射端面５４ａ２の全面には、変換光ＬＯＵＴの反射を防ぐために、従来公知の誘電体多層膜からなる反射防止膜（不図示）が形成されている。
【００４６】
リッジ型光導波路５４ａの幅Ｗ２、すなわち、第１及び第２方向Ａ１及びＡ２に平行な方向に測った長さは、この実施の形態に示す例では、好ましくは、例えば約１０μｍとする。
【００４７】
リッジ型光導波路５４ａの第１厚みＨ１、すなわち切断細条体５４の厚みＨ１は、上述のように１０μｍであるので、リッジ型光導波路５４ａの光伝播方向ＡＬに直交する横断面は正方形となる。リッジ型光導波路５４ａの幅Ｗ２及び第１厚みＨ１は、波長変換されるべき基本光ＬＩＮの波長が１５５０ｎｍの場合、４〜１０μｍの範囲の値とすることが好ましく、さらに、８〜１０μｍの範囲の値とするとより一層好ましい。リッジ型光導波５４ａの幅Ｗ２及び第１厚みＨ１を上述した範囲の値とすることにより、リッジ型光導波路５４ａの内部を伝播する基本光ＬＩＮ及び変換光ＬＯＵＴの光パワー密度を上げることができるとともに、基本光ＬＩＮ及び変換光ＬＯＵＴの伝播損失を実用上許容できる程度に抑えることができる。
【００４８】
第１及び第２不要膜部５４ｂ及び５４ｃは、切断細条体５４のリッジ型光導波路５４ａ以外の領域である。第１及び第２不要膜部５４ｂ及び５４ｃは、いわば、切断細条体５４の不要部であり、波長変換素子１０の波長変換動作になんらの影響も及ぼさない。したがって、第１及び第２不要膜部５４ｂ及び５４ｃについては、これ以上の説明を省略する。
【００４９】
（製造方法）
続いて、図２及び図３を参照して、波長変換素子１０の製造方法について説明する。図２（Ａ）は、第１工程の説明に供する模式図である。図２（Ｂ）は、第２工程の説明に供する模式図である。図３（Ａ）は、第３工程の説明に供する模式図である。図３（Ｂ）は、第４工程の説明に供する模式図である。なお、図２及び３において、図１と同様の構成要素には同符号を付して、その説明を省略することもある。
【００５０】
（第１工程）
図２（Ａ）を参照すると、第１工程においては、既に説明した周期的分極反転構造Ｓが形成されている強誘電体結晶製の基板１６を準備し、この基板１６を、第１及び第２主面１６ａ及び１６ｂに対して垂直にスライスして、細条体１４を形成する。なお、基板１６を構成する材料は、「構造」の項で説明した切断細条体５４を構成する材料（ＬｉＮｂＯ３結晶）と同材料とする。
【００５１】
より詳細には、まず始めに、自発分極の向きが基板１６の第２主面１６ｂから第１主面１６ａに向かう第１方向Ａ１である第１ドメインＤ１と、自発分極の向きが第１方向Ａ１とは反転した第２方向Ａ２である第２ドメインＤ２とが、光伝播方向ＡＬに沿って互いに隣接して交互に配置されてなる周期的分極反転構造Ｓが形成されている強誘電体結晶製の基板１６を準備する。具体的には、市販の強誘電体結晶製のＺカット基板を用いて、このＺカット基板に、従来周知の方法を用いて周期的分極反転構造Ｓを形成して、基板１６を得る。ここで、基板１６の厚みＨｓすなわち、第１及び第２主面１６ａ及び１６ｂの間の距離は、場所によらず均一であり、好ましくは、例えば０．３〜１．０ｍｍの範囲の値とする。
【００５２】
続いて、この基板１６を、光伝播方向ＡＬに沿いかつ第１主面１６ａに対して垂直に、ダイシングソーＤＳを用いてスライスする。これにより、平行平板であってストリップ状の細条体１４が形成される。このようにして形成された細条体１４の切断面１４ａに垂直に計った厚み、すなわち切断幅は、後の工程でリッジ型光導波路５４ａ（図３（Ａ）参照）の高さとなる第１厚みＨ１であり、また、第１主面１６ａに垂直に測った高さは、基板１６の厚みＨｓである。
【００５３】
なお、この実施形態においては、細条体１４を長尺なストリップ状に切り出した。しかし、後の工程での細条体１４の取り扱いを容易にするために、細条体１４を断面Ｌ字状に切り出して、ピンセット等で保持するための取っ手を形成してもよい。
【００５４】
（第２工程）
続いて、図２（Ｂ）に示すように、基板１６よりも屈折率が小さい基材１２を準備して、この基材１２の表面１２ａに、細条体１４を貼着する。なお、基材１２を構成する材料は、「構造」の項で説明した切断基材５２を構成する材料（例えば、石英）と同材料とする。
【００５５】
より詳細には、細条体１４の切断面１４ａ、すなわち貼着面よりも大面積の平坦な表面１２ａを有する直方体状の基材１２を準備する。そして、この表面１２ａに、エポキシ樹脂等の公知の光学用接着剤を均一な厚みで薄く塗布する。そして、ピンセット等の治具で保持した細条体１４を、光学用接着剤が塗布された表面１２ａに貼着する。この際、後に詳述する第４工程における加工の容易さを考慮して、細条体１４の長手方向と、矩形状の表面１２ａの辺とが平行となるように、細条体１４を貼着することが好ましい。
【００５６】
これにより、細条体１４は、第１及び第２方向Ａ１及びＡ２と基材１２の表面１２ａとが平行となるように、基材１２の表面１２ａに貼着される。つまり、この工程では、図２（Ｂ）に示すように、第１工程において切り出された細条体１４を、第１及び第２方向Ａ１及びＡ２に直交し、かつ、第１及び第２主面１６ａ及び１６ｂに平行に延在する細条体１４の中心軸Ｃを回転軸として直角（９０°）に回転させた上で、基材１２に貼着する。詳しくは第４工程の項で後述するが、細条体１４を回転させることにより、傾斜した入射端面５４ａ１（図１（Ｂ）及び図３（Ｂ）参照）及び出射端面５４ａ２（図１（Ｂ）及び図３（Ｂ）参照）をダイシングソーＤＳにより容易に作成することが可能となる。
【００５７】
（第３工程）
続いて、図３（Ａ）に示すように、細条体１４に凹溝５６ａ及び５６ｂをダイシングソーＤＳにより切削形成することにより、リッジ型光導波路５４ａを形成する。
【００５８】
より詳細には、基材１２の表面１２ａに貼着された細条体１４に、第１及び第２方向Ａ１及びＡ２に垂直な方向に沿って延在する２本の凹溝５６ａ及び５６ｂをダイシングソーＤＳにより切削形成して複数の個片に分割することにより、２本の凹溝５６ａ及び５６ｂで挟まれた凸部として、横断面形状が矩形状のリッジ型光導波路５４ａを形成する。この切削は、細条体１４の露出した表面、すなわち基材１２の表面１２ａと平行な表面から基材１２の表面１２ａを越えて基材１２の深さの一部分に達するように行う。
【００５９】
ここで、リッジ型光導波路５４ａの長手方向の両端面、すなわち光伝播方向ＡＬに沿った両端面をそれぞれ、入射前駆端面５４ａ１Ｚ及び出射前駆端面５４ａ２Ｚと称する。これらの前駆端面５４ａ１Ｚ及び５４ａ２Ｚは、次の第４工程において切断されて、それぞれ入射端面５４ａ１及び出射端面５４ａ２へと変化する。
【００６０】
なお、ダイシングソーＤＳによる切削は、基材１２の表面１２ａに対して垂直な方向に行われる。また、ダイシングソーＤＳによる切削の間隔、すなわちリッジ型光導波路５４ａの幅Ｗ２は、上述のように約１０μｍとする。さらに、ダイシングソーＤＳによる切削深さは、上述のように、基材１２の表面１２ａよりも深く、約１３μｍとする。
【００６１】
これにより、細条体１４は、３個の領域（リッジ型光導波路５４ａ、第１不要膜部５４ｂ及び第２不要膜部５４ｃ）へと分割されて切断細条体５４が形成される。
【００６２】
（第４工程）
続いて、図３（Ｂ）に示すように、リッジ型光導波路５４ａの入射前駆端面５４ａ１Ｚ及び出射前駆端面５４ａ２Ｚを、基材１２ごとダイシングソーＤＳにより斜めに切断することにより、入射端面５４ａ１及び出射端面５４ａ２を形成する。
【００６３】
より詳細には、リッジ型光導波路５４ａの入射前駆端面５４ａ１Ｚ側の端面を、入射側切断角θ１に角度を合わせた後に、基材１２の表面１２ａ及びこの表面１２ａと平行な切断細条体５４の表面に垂直にダイシングソーＤＳにより、基材１２ごと切断する。これにより、リッジ型光導波路５４ａには入射端面５４ａ１が形成され、及び基材１２には、入射端面５４ａ１と同一平面をなす入射側切断面５２ｂが形成される。
【００６４】
さらに、リッジ型光導波路５４ａの出射前駆端面５４ａ２Ｚ側の端面を、出射側切断角θ２に角度を合わせた後に、基材１２の表面１２ａ及びこの表面１２ａと平行な切断細条体５４の表面に垂直にダイシングソーＤＳにより、基材１２ごと切断する。これにより、リッジ型光導波路５４ａには出射端面５４ａ２が形成され、及び基材１２には、出射端面５４ａ２と同一平面をなす出射側切断面５２ｃが形成される。
【００６５】
このような工程を経て、基材１２から切断基材５２が形成され、図１に示したような波長変換素子１０が形成される。
【００６６】
なお、第４工程は、この実施形態の波長変換素子１０の製造方法において必須の工程ではない。基本光ＬＩＮ及び変換光ＬＯＵＴの入出射端面における反射の影響を、反射防止膜のみで実用上許容できる範囲内に抑えることが可能であれば、第４工程を実施する必要はない。このように第４工程を省略した場合、波長変換素子１０の製造に要する時間をより短くできる。
【００６７】
（効果）
（１）このように、この実施形態の波長変換素子１０の製造方法によれば、ダイシングソーＤＳによる切断及び切削のみで、リッジ型光導波路５４ａを有する波長変換素子１０を製造することができる。その結果、強誘電体結晶基板の平面研磨が不必要となり、従来法に比較して、波長変換素子１０の製造時間を大幅に短縮することができる。
【００６８】
（２）実施形態の波長変換素子１０の製造方法において、第４工程に特有の効果として、入射端面５４ａ１及び出射端面５４ａ２を、ダイシングソーＤＳを用いて容易に形成できることが挙げられる。これは、既に説明した第２工程において、細条体１４を中心軸Ｃの周りに９０°回転させた上で、基材１２の表面１２ａに貼着することに由来する（図２（Ｂ）参照）。以下、この点について、図４（Ａ）及び（Ｂ）を参照して説明する。なお、図４（Ａ）及び（Ｂ）においては、説明に不要な構成要素の図示を省略してある。
【００６９】
図４（Ａ）は、第４工程の効果の説明に用いる比較用の波長変換素子１００の模式図である。図４（Ａ）に示した波長変換素子１００は、Ｚカットされた強誘電体結晶製の基板を、スライスすることなく基材１２の表面１２ａに貼着し、表面１２ａに対して平行に平面研磨して形成されたリッジ型光導波路１０２を有すると仮定する。その結果、リッジ型光導波路１０２においては、周期的分極反転構造Ｓの自然分極の向きである第１及び第２方向Ａ１及びＡ２が基材１２の表面１２ａと垂直な方向（Ｚ軸方向）を向いている。
【００７０】
図４（Ｂ）は、この実施形態に沿って作成された波長変換素子１０の模式図である。図４（Ｂ）に示した波長変換素子１０は、第２工程において、細条体１４を中心軸Ｃの周りに９０°回転させた上で、基材１２の表面１２ａに貼着している。その結果、リッジ型光導波路５４ａにおいては、周期的分極反転構造Ｓの自然分極の向きである第１及び第２方向Ａ１及びＡ２が基材１２の表面１２ａに平行な方向（Ｚ軸方向）を向いている。
【００７１】
一般に、波長変換素子を用いて高効率で波長変換を行うためには、最大の非線形光学定数であるｄ３３のテンソル成分を利用する。なぜなら、波長変換効率は非線形光学定数の２乗に比例するからである。
【００７２】
この実施形態のように第２高調波を変換光ＬＯＵＴとして取り出す場合には、ｄ３３のテンソル成分の性質より、Ｚ軸偏光した基本光ＬＩＮからＺ軸偏光した変換光ＬＯＵＴが発生する。図４（Ａ）及び（Ｂ）には、Ｚ軸偏光した基本光ＬＩＮ及び変換光ＬＯＵＴを示している。なお、「Ｚ軸」とは、この実施形態で用いている強誘電体結晶であるＬｉＮＯ３の結晶光学軸を意味し、自然分極の方向である第１及び第２方向Ａ１及びＡ２に平行な方向である。
【００７３】
つまり、図４（Ａ）及び（Ｂ）に示したように、比較用の波長変換素子１００と、この実施形態の波長変換素子１０とでは、自然分極の方向（第１及び第２方向Ａ１及びＡ２）が異なっているために、Ｚ軸の方向も異なっている。図４（Ａ）に示すように、波長変換素子１００においては、Ｚ軸の方向は、基材１２の表面１２ａに垂直な向きを向いている。それに対して、図４（Ｂ）に示すように、波長変換素子１０においては、Ｚ軸の方向は、基材１２の表面１２ａに平行な面内に存在する。
【００７４】
ところで、基本光ＬＩＮ及び変換光ＬＯＵＴとしてＺ軸偏光を利用する場合に、波長変換素子の入出射端面での反射の影響を除くためには、入出射端面をＺ軸方向からオフセットして斜めに切断する必要がある。このようにすることにより、Ｚ軸偏光した基本光ＬＩＮ及び変換光ＬＯＵＴをより効率的に反射できるからである。
【００７５】
つまり、図４（Ａ）に示した比較用の波長変換素子１００の場合には、点線で示したように、入射端面１００ａ１及び出射端面１００ａ２を基材１２の表面１２ａに対して斜めに切断する必要がある。このように比較用の波長変換素子１００の場合には、入射端面１００ａ１及び出射端面１００ａ２を基材１２の表面１２ａに対して斜めに切断する必要がある。そのため、切断面が基材１２の表面１２ａに対して垂直に形成されるダイシングソーＤＳでは、入射端面１００ａ１及び出射端面１００ａ２を形成することができない。
【００７６】
それに対し、図４（Ｂ）に示したこの実施形態の波長変換素子１０の場合には、点線で示したように、入射端面５４ａ１及び出射端面５４ａ２を基材１２の表面１２ａに対して垂直、かつ、光伝播方向ＡＬに対して傾斜した方向に切断すればよい。つまり、この実施形態の波長変換素子１０では、入射端面５４ａ１及び出射端面５４ａ２の切断方向が基材１２の表面１２ａに対して垂直であるので、ダイシングブレードにより容易に加工することができる。
【００７７】
＜実施形態２＞
以下、図５〜図７を参照して、実施形態２の波長変換素子の製造方法の一例について説明する。
【００７８】
まず始めに、実施形態２の波長変換素子の製造方法について簡単に概説する。この実施形態の波長変換素子の製造方法は、基板１６を基材１２に貼着した後に、ダイシングソーＤＳを用いた切削により、膜厚が薄い切削領域６２を基板１６に形成し、この切削領域６２をダイシングソーＤＳにより切削して凹溝６４ａ及び６４ｂを形成することでリッジ型光導波路６６ａを作成するものである。
【００７９】
（構造）
図５を参照して、実施形態２の波長変換素子の製造方法に沿って製造された波長変換素子２０の構造及び動作について簡単に説明する。図５（Ａ）は、波長変換素子の構造を概略的に示す斜視図である。図５（Ｂ）は、図５（Ａ）をＢ−Ｂ線に沿って切断した切断端面図である。なお、図５（Ａ）及び（Ｂ）において、図１〜図３と同様の構成要素には同符号を付して、その説明を省略する。
【００８０】
図５（Ａ）及び（Ｂ）を参照すると、波長変換素子２０は、基材１２と、加工済基板６０とを備えていて、光伝播方向ＡＬに沿って入力された基本光ＬＩＮを、内部で周波数が２倍の変換光ＬＯＵＴへと変換して、光伝播方向ＡＬに沿って出力する。
【００８１】
基材１２は、実施形態１で説明した基材と同様に構成されている。
【００８２】
加工済基板６０は、周期的分極反転構造Ｓが形成されている強誘電体結晶製のＺカット基板をほぼ直方体状に切り出したブロック体である。加工済基板６０は、その第２主面１６ｂ（Ｚ−面）が基材１２の表面１２ａに貼着されている。その結果、加工済基板６０において、周期的分極反転構造Ｓを構成する第１及び第２ドメインＤ１及びＤ２の自発分極の向き（第１及び第２方向Ａ１及びＡ２）は、基材１２の表面１２ａに対して垂直方向を向いている。
【００８３】
加工済基板６０には、光伝播方向ＡＬに沿って切削領域６２が形成されている。そして、この切削領域６２中に形成された２本の凹溝６４ａ及び６４ｂにより、加工済基板６０は、リッジ型光導波路６６ａ、第１不要部６６ｂ及び第２不要部６６ｃの３領域に分割されている。
【００８４】
詳しくは「製造方法」の項で後述するが、加工済基板６０は、直方体状に切り出された基板１６（図６（Ａ）参照）に、ダイシングソーＤＳにより切削領域６２を切削形成し、その後に凹溝６４ａ及び６４ｂを切削形成したものである。切削領域６２と凹溝６４ａ及び６４ｂが形成されることにより、加工済基板６０は、３領域（リッジ型光導波路６６ａ、第１不要部６６ｂ及び第２不要部６６ｃ）に分割される。
【００８５】
切削領域６２は、加工済基板６０に設けられた薄層化領域である。すなわち、切削領域６２は、厚みがＨｓである基板１６（図６（Ａ）参照）を、光伝播方向ＡＬに沿ってダイシングソーＤＳにより切削して、基材１２の表面１２ａに垂直に測った厚みを第２厚みＨ２（Ｈ２＜Ｈｓ）とした領域である。なお、この第２厚みＨ２は、リッジ型光導波路６６ａの高さに対応する。このように、第２厚みＨ２はリッジ型光導波路６６ａの高さとなるので、実施形態１の場合と同様に、第２厚みＨ２は４〜１０μｍの範囲の値とすることが好ましく、さらに、８〜１０μｍの範囲の値とするとより一層好ましい。
【００８６】
２本の凹溝６４ａ及び６４ｂは、光伝播方向ＡＬに沿って互いに平行に延在する直線状の２本の溝であり、加工済基板６０の上述した３領域の境界部をなしている。凹溝６４ａ及び６４ｂは、それぞれダイシングソーＤＳを用いて切削形成されている。すなわち、切削領域６２が形成された基板１６（図６（Ａ）参照）を、光伝播方向ＡＬに平行、かつ、表面１２ａに対して垂直な方向にダイシングソーＤＳを用いて直線状に切削する。これにより２本の凹溝６４ａ及び６４ｂが形成される。凹溝６４ａ及び６４ｂの幅Ｗ３、すなわち表面１２ａに平行な面内で、光伝播方向ＡＬに垂直に測った長さは、好ましくは、例えばダイシングソーＤＳのブレードの幅（約１００μｍ）とする。また、凹溝６４ａ及び６４ｂの深さは、この実施形態に示す例では、基材１２の表面１２ａよりも深い深さ、すなわち、好ましくは、例えば約１３μｍとする。
【００８７】
リッジ型光導波路６６ａは、２本の凹溝６４ａ及び６４ｂで挟まれた凸部として形成されていて、光伝播方向ＡＬに直交する横断面形状が矩形状のリッジ型の光導波路である。リッジ型光導波路６６ａの一端部は入射端面６６ａ１であり、この入射端面６６ａ１に波長変換されるべき基本光ＬＩＮが入射される。この入射端面６６ａ１の全面には、基本光ＬＩＮの反射を防ぐために、従来公知の誘電体多層膜からなる反射防止膜（不図示）が形成されている。
【００８８】
リッジ型光導波路６６ａの他端部は出射端面６６ａ２であり、この出射端面６６ａ２から波長変換素子２０内部で基本光ＬＩＮの２倍の周波数に変換された変換光ＬＯＵＴが出射される。この出射端面６６ａ２の全面には、変換光ＬＯＵＴの反射を防ぐために、従来公知の誘電体多層膜からなる反射防止膜（不図示）が形成されている。
【００８９】
リッジ型光導波路６６ａの幅Ｗ４、すなわち、表面１２ａに平行な面内で光伝播方向ＡＬに垂直に測った長さは、この実施の形態に示す例では、好ましくは、例えば約１０μｍとする。
【００９０】
第１及び第２不要部６６ｂ及び６６ｃは、加工済基板６０のリッジ型光導波路６６ａ以外の領域である。第１及び第２不要部６６ｂ及び６６ｃは、いわば、加工済基板６０の不要部であり、波長変換素子２０の波長変換動作になんらの影響も及ぼさない。したがって、第１及び第２不要部６６ｂ及び６６ｃについては、これ以上の説明を省略する。
【００９１】
（製造方法）
続いて、図６及び図７を参照して、波長変換素子２０の製造方法について説明する。図６（Ａ）は、第１工程の説明に供する模式図である。図６（Ｂ）は、第２工程の説明に供する模式図である。図７は、第３工程の説明に供する模式図である。なお、図６及び７において、図５と同様の構成要素には同符号を付して、その説明を省略することもある。
【００９２】
（第１工程）
図６（Ａ）を参照すると、第１工程においては、既に説明した周期的分極反転構造Ｓが形成されている強誘電体結晶製の基板１６を準備し、この基板１６を、第２主面１６ｂを貼着面として、基板１６よりも屈折率が小さい基材１２の表面１２ａに貼着する。
【００９３】
その結果、実施形態１の場合とは異なり、この実施形態においては、第１及び第２ドメインＤ１及びＤ２の自発分極の向きである第１及び第２方向Ａ１及びＡ２は、基材１２の表面１２ａに対して垂直な方向を向くこととなる。
【００９４】
（第２工程）
続いて、図６（Ｂ）に示すように、基材１２の表面１２ａに垂直に測った基板１６の厚みが、リッジ型光導波路６６ａの高さとなる第２厚Ｈ２みとなるまで、ダイシングソーＤＳにより基板１６を切削して、切削領域６２を形成する。
【００９５】
より詳細には、ダイシングソーＤＳのブレードを、表面１２ａに平行な面内で光伝播方向ＡＬに直交する方向に、ブレードの幅ずつずらしながら、光伝播方向ＡＬに沿って数往復させて基板１６の切削を行うことで、切削領域６２を形成する。なお、この切削において、ダイシングソーＤＳによる切削深さは、基板１６の厚みＨｓよりも浅い深さとする。これにより、基板１６には、厚みが第２厚みＨ２である切削領域６２が形成される。
【００９６】
（第３工程）
続いて、図７に示すように、切削領域６２に、光伝播方向ＡＬに平行な方向に沿って延在する２本の凹溝６４ａ及び６４ｂをダイシングソーＤＳにより切削形成することにより、２本の凹溝６４ａ及び６４ｂで挟まれた凸部として、横断面形状が矩形状のリッジ型光導波路６６ａを形成する。
【００９７】
なお、第３工程におけるダイシングソーＤＳによる切削は、基材１２の表面１２ａに対して垂直な方向に行われる。また、ダイシングソーＤＳによる切削の間隔、すなわちリッジ型光導波路６６ａの幅Ｗ４は、上述のように約１０μｍとする。さらに、ダイシングソーＤＳによる切削深さは、上述のように、基材１２の表面１２ａよりも深く、約１３μｍとする。
【００９８】
これにより、基板１６は、３個の領域（リッジ型光導波路６６ａ、第１不要部６６ｂ及び第２不要膜部６６ｃ）へと分割されて加工済基板６０が形成される。
【００９９】
このような工程を経て、図５に示したような波長変換素子２０が形成される。
【０１００】
（効果）
このように、この実施形態の波長変換素子２０の製造方法によれば、ダイシングソーＤＳによる切断及び切削のみで、リッジ型光導波路６６ａを有する波長変換素子２０を製造することができる。その結果、強誘電体結晶基板の平面研磨が不必要となり、従来法に比較して、波長変換素子２０の製造時間を大幅に短縮することができる。
【符号の説明】
【０１０１】
１０，２０，１００ 波長変換素子
１２ 基材
１２ａ，５２ａ 表面
１４ 細条体
１４ａ 切断面
１６ 基板
１６ａ 第１主面
１６ｂ 第２主面
５２ 切断基材
５２ｂ 入射側切断面
５２ｃ 出射側切断面
５４ 切断細条体
５４ａ，６６ａ，１０２ リッジ型光導波路
５４ａ１，１００ａ１，６６ａ１ 入射端面
５４ａ２，１００ａ２，６６ａ２ 出射端面
５４ａ１Ｚ 入射前駆端面
５４ａ２Ｚ 出射前駆端面
５４ｂ 第１不要膜部
５４ｃ 第２不要膜部
５６ａ，５６ｂ，６４ａ，６４ｂ 凹溝
６０ 加工済基板
６２ 切削領域
６６ｂ 第１不要部
６６ｃ 第２不要部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自発分極の向きが基板の第１主面から第２主面に向かう第１方向である第１ドメインと、自発分極の向きが前記第１方向とは反転した第２方向である第２ドメインとが、光伝播方向に沿って互いに隣接して交互に配置されてなる周期的分極反転構造が形成されている強誘電体結晶製の当該基板を、前記光伝播方向に沿いかつ前記第１主面に対して垂直に、ダイシングソーを用いて切断することにより、該切断面に対して垂直に測った厚みが、リッジ型光導波路の高さとなる第１厚みである細条体を形成する第１工程と、
前記基板よりも屈折率が小さい基材の表面に前記細条体を貼着する第２工程と、
前記基材の前記表面に貼着された前記細条体に、前記第１及び第２方向に垂直な方向に沿って延在する２本の凹溝をダイシングソーにより切削形成することにより、前記２本の凹溝で挟まれた凸部として、横断面形状が矩形状の前記リッジ型光導波路を形成する第３工程と
を含むことを特徴とする波長変換素子の製造方法。
【請求項２】
前記第２工程において、前記細条体を、前記基材の前記表面と前記第１及び第２方向とが平行となるように貼着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】
前記第１工程において、前記第１厚みを、４〜１０μｍの範囲の値とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の波長変換素子の製造方法。
【請求項４】
前記リッジ型光導波路の光入射端面及び光出射端面を、前記基材の前記表面に垂直、かつ、前記光伝播方向に対して斜めに、ダイシングソーを用いて切断する第４工程をさらに有することを特徴とする請求項１又は２に記載の波長変換素子の製造方法。
【請求項５】
自発分極の向きが基板の第１主面から第２主面に向かう第１方向である第１ドメインと、自発分極の向きが前記第１方向とは反転した第２方向である第２ドメインとが、光伝播方向に沿って互いに隣接して交互に配置されてなる周期的分極反転構造が形成されている強誘電体結晶製の当該基板を、前記第２主面を貼着面として、前記基板よりも屈折率が小さい基材の表面に貼着する第１工程と、
前記表面に垂直に測った前記基板の厚みが、リッジ型光導波路の高さとなる第２厚みとなるまで、ダイシングソーにより前記基板を切削して、切削領域を形成する第２工程と、
該切削領域において、前記光伝播方向に沿って延在する２本の凹溝をダイシングソーにより切削形成することにより、前記２本の凹溝で挟まれた凸部としてのリッジ型光導波路を形成する第３工程と
を含むことを特徴とする波長変換素子の製造方法。
【請求項６】
前記第２工程において、前記第２厚みを、４〜１０μｍの範囲の値とす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方法。
【請求項７】
前記基板を、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３、ＫＴｉＯＰＯ４及びＫＮｂＯ３からなる群より選ばれた１種類の非線形光学結晶とするか、又は、該選ばれた非線形光学結晶にＭｇ、Ｚｎ、Ｓｃ及びＩｎからなる群より選ばれた１種類以上の元素が添加物として添加された化合物とすることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の波長変換素子の製造方法。
【請求項１】
自発分極の向きが基板の第１主面から第２主面に向かう第１方向である第１ドメインと、自発分極の向きが前記第１方向とは反転した第２方向である第２ドメインとが、光伝播方向に沿って互いに隣接して交互に配置されてなる周期的分極反転構造が形成されている強誘電体結晶製の当該基板を、前記光伝播方向に沿いかつ前記第１主面に対して垂直に、ダイシングソーを用いて切断することにより、該切断面に対して垂直に測った厚みが、リッジ型光導波路の高さとなる第１厚みである細条体を形成する第１工程と、
前記基板よりも屈折率が小さい基材の表面に前記細条体を貼着する第２工程と、
前記基材の前記表面に貼着された前記細条体に、前記第１及び第２方向に垂直な方向に沿って延在する２本の凹溝をダイシングソーにより切削形成することにより、前記２本の凹溝で挟まれた凸部として、横断面形状が矩形状の前記リッジ型光導波路を形成する第３工程と
を含むことを特徴とする波長変換素子の製造方法。
【請求項２】
前記第２工程において、前記細条体を、前記基材の前記表面と前記第１及び第２方向とが平行となるように貼着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】
前記第１工程において、前記第１厚みを、４〜１０μｍの範囲の値とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の波長変換素子の製造方法。
【請求項４】
前記リッジ型光導波路の光入射端面及び光出射端面を、前記基材の前記表面に垂直、かつ、前記光伝播方向に対して斜めに、ダイシングソーを用いて切断する第４工程をさらに有することを特徴とする請求項１又は２に記載の波長変換素子の製造方法。
【請求項５】
自発分極の向きが基板の第１主面から第２主面に向かう第１方向である第１ドメインと、自発分極の向きが前記第１方向とは反転した第２方向である第２ドメインとが、光伝播方向に沿って互いに隣接して交互に配置されてなる周期的分極反転構造が形成されている強誘電体結晶製の当該基板を、前記第２主面を貼着面として、前記基板よりも屈折率が小さい基材の表面に貼着する第１工程と、
前記表面に垂直に測った前記基板の厚みが、リッジ型光導波路の高さとなる第２厚みとなるまで、ダイシングソーにより前記基板を切削して、切削領域を形成する第２工程と、
該切削領域において、前記光伝播方向に沿って延在する２本の凹溝をダイシングソーにより切削形成することにより、前記２本の凹溝で挟まれた凸部としてのリッジ型光導波路を形成する第３工程と
を含むことを特徴とする波長変換素子の製造方法。
【請求項６】
前記第２工程において、前記第２厚みを、４〜１０μｍの範囲の値とす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方法。
【請求項７】
前記基板を、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３、ＫＴｉＯＰＯ４及びＫＮｂＯ３からなる群より選ばれた１種類の非線形光学結晶とするか、又は、該選ばれた非線形光学結晶にＭｇ、Ｚｎ、Ｓｃ及びＩｎからなる群より選ばれた１種類以上の元素が添加物として添加された化合物とすることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の波長変換素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−７５６０４（Ｐ２０１１−７５６０４Ａ）
【公開日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２２３７８４（Ｐ２００９−２２３７８４）
【出願日】平成２１年９月２９日（２００９．９．２９）
【出願人】（００００００２９５）沖電気工業株式会社 (6,645)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月２９日（２００９．９．２９）
【出願人】（００００００２９５）沖電気工業株式会社 (6,645)
【Ｆターム（参考）】
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