JPH04280234A - Control method of polarization inversion - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】0001
【産業上の利用分野】本発明は、例えば光第2高調波発
生素子(以下SHG素子という)等の光デバイス装置の
形成に適用して好適な分極反転制御方法に係わる。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a polarization inversion control method suitable for application to the formation of optical devices such as optical second harmonic generating elements (hereinafter referred to as SHG elements).
【0002】0002
【従来の技術】近年特にSHG素子等の光デバイス装置
において、その表面に周期ドメイン反転構造を形成して
光出力等の特性の向上をはかることが提案されている。2. Description of the Related Art In recent years, it has been proposed to improve characteristics such as optical output by forming a periodic domain inversion structure on the surface of optical devices such as SHG elements.
【0003】例えばSHG素子は、周波数ωの光を導入
すると、2ωの周波数の第2高調波の光を発生するもの
で、このSHG素子によって単一波長光の波長範囲の拡
大化がはかられ、これに伴いレーザの利用範囲の拡大化
と各技術分野でのレーザ光利用の最適化をはかることが
できる。例えばレーザ光の短波長化によってレーザ光を
用いた光記録再生、光磁気記録再生等において、その記
録密度の向上をはかることができる。For example, an SHG element generates second harmonic light of a frequency of 2ω when light of a frequency ω is introduced, and this SHG element can expand the wavelength range of single wavelength light. Accordingly, it is possible to expand the scope of use of lasers and optimize the use of laser light in each technical field. For example, by shortening the wavelength of laser light, it is possible to improve the recording density in optical recording and reproduction using laser light, magneto-optical recording and reproduction, and the like.
【0004】このようなSHG素子としては、例えばK
TPを用いたいわゆるバルク型のSHG素子や、より大
なる非線形光学定数を利用して位相整合を行う導波路型
のSHG素子、例えばLiNbO3 (LN)等の強誘
電体結晶の非線形光学材料より成る単結晶基板の上に線
形導波路を形成して、これに近赤外光の基本波を入力し
て第2高調波の例えば緑、青色光を放射モードとして基
板側からとりだすチェレンコフ放射型のSHG素子等が
ある。[0004] As such an SHG element, for example, K
So-called bulk-type SHG elements using TP, waveguide-type SHG elements that perform phase matching using a larger nonlinear optical constant, and nonlinear optical materials such as ferroelectric crystals such as LiNbO3 (LN). Cerenkov radiation type SHG that forms a linear waveguide on a single crystal substrate, inputs the fundamental wave of near-infrared light, and extracts second harmonics, such as green and blue light, from the substrate side as a radiation mode. There are elements etc.
【0005】しかしながらバルク型SHG素子はその特
性上SHG変換効率が比較的低く、また廉価で高品質が
得られるLNを用いることができない。またチェレンコ
フ放射型SHG素子は、SHGビームの放射方向が基板
内方向であり、ビームスポット形状も例えば三日月状ス
ポットという特異な形状をなし、実際の使用においての
問題点が存在する。However, the bulk type SHG element has relatively low SHG conversion efficiency due to its characteristics, and cannot use LN, which is inexpensive and provides high quality. Further, in the Cerenkov radiation type SHG element, the radiation direction of the SHG beam is in the direction into the substrate, and the beam spot has a unique shape, for example, a crescent-shaped spot, which poses problems in actual use.
【0006】変換効率の高いデバイス実現のためには、
基本波と第2高調波の位相伝搬速度を等しくしなくては
ならない。これを擬似的に行う方法として非線形光学定
数の+−を周期的に配列する方法が提案されている(J
.A.Armstrong,N.Bloemberge
n,他,Phys.Rev.,127,1918(19
62))。これを実現する方法として結晶(例えば結晶
軸)の方向を周期的に反転させる方法がある。具体的な
方法としては、例えば結晶を薄く切断して貼り合わせる
方法(岡田、滝沢、家入、NHK技術研究、29(1)
、24(1977)) や、また結晶引き上げ時に例え
ば印加する電流の極性を制御して周期的な分域(ドメイ
ン)を形成して周期ドメイン反転構造を形成する方法(
D.Feng,N.B.Ming,J.F.Hong,
他、Appl.Phys.Lett.37,607(1
980),K.Nassau,H.J.Levinst
ein,G.H.Loiacano Appl.Phy
s.Lett.6,228(1965),A.Feis
st,P.Koidl Appl.Phys.Lett
.47,1125(1985))がある。これらの方法
は結晶材料の全体に渡って周期構造を形成することを目
的としている。しかしながら上述した方法による場合は
大規模な装置が必要となるのみならず、ドメイン形成の
制御が難しいという問題点がある。In order to realize a device with high conversion efficiency,
The phase propagation speeds of the fundamental wave and the second harmonic must be made equal. As a method to do this in a pseudo manner, a method has been proposed in which the nonlinear optical constants + and - are arranged periodically (J
.. A. Armstrong, N. Bloemberge
n, et al., Phys. Rev. , 127, 1918 (19
62)). One way to achieve this is to periodically reverse the direction of the crystal (for example, crystal axis). Specific methods include, for example, cutting crystals thinly and pasting them together (Okada, Takizawa, Ieiri, NHK Technical Research, 29 (1)
, 24 (1977)), and a method of forming a periodic domain inversion structure by controlling the polarity of the applied current during crystal pulling to form periodic domains (domains).
D. Feng, N. B. Ming, J. F. Hong,
et al., Appl. Phys. Lett. 37,607 (1
980), K. Nassau, H. J. Levinst
ein, G. H. Loiacano Appl. Phy
s. Lett. 6, 228 (1965), A. Feis
st,P. Koidl Appl. Phys. Lett
.. 47, 1125 (1985)). These methods aim to form a periodic structure throughout the crystalline material. However, the method described above not only requires a large-scale apparatus, but also has the problem that it is difficult to control domain formation.
【0007】これに対して結晶材料の表面近傍に上述の
周期ドメイン反転構造を形成する方法として、例えばT
iを結晶表面から拡散させる方法 (伊藤弘昌、張英海
、稲場文男、第49回応用物理学会講演会予稿集919
(1988))や、LiO2 を外拡散する方法(Jo
nas Webjoern,et al,IEEE P
HOTONICS TECHNOL. LETT.1,
1989,PP316−318)が提案されている。し
かしながらこれらの方法による場合、ドメイン反転部分
の屈折率が変化したり、また分極反転形状の制御性が劣
る(F.Laurell et al,Integra
ted Photonics Research,Tu
12,1989)等の恐れがある。また、これらの方法
によってSHG素子を形成した場合、入力光の漏波や第
2高調波光の漏波、更に入力光と第2高調波光との結合
効率の低下を招来する等して、いわゆる光変換効率の低
下を招く恐れがある。On the other hand, as a method for forming the above-mentioned periodic domain inversion structure near the surface of a crystal material, for example, T
A method for diffusing i from the crystal surface (Hiromasa Ito, Yinghai Zhang, Fumio Inaba, Proceedings of the 49th Japan Society of Applied Physics Conference 919)
(1988)) and the method of externally diffusing LiO2 (Jo
nas Webjoern, et al, IEEE P
HOTONICS TECHNOL. LETT. 1,
1989, PP316-318) has been proposed. However, with these methods, the refractive index of the domain-inverted portion changes, and the controllability of the polarization inversion shape is poor (F. Laurel et al, Integra
ted Photonics Research, Tu
12, 1989), etc. In addition, when SHG elements are formed using these methods, leakage of input light, leakage of second harmonic light, and a decrease in coupling efficiency between input light and second harmonic light may occur, resulting in so-called optical This may lead to a decrease in conversion efficiency.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】さらに本出願人は、先
に特願平1−8271号特許出願及び特願平1−184
362号特許出願において、強誘電体材料の非線形光学
材料に対するドメイン制御方法を提案した。この方法は
、シングルドメイン化された強誘電体材料を挟んでその
相対向する両主面に対向電極を配置または絶縁体を介し
て対向配置し、両電極間に直流電圧を印加することによ
って局部的にドメイン反転部を形成して周期ドメイン反
転構造を得るものである。[Problems to be Solved by the Invention] Furthermore, the present applicant has previously filed Japanese Patent Application No. 1-8271 and Japanese Patent Application No. 1-184.
In the '362 patent application, we proposed a domain control method for nonlinear optical materials of ferroelectric materials. This method involves placing opposing electrodes on both opposing principal surfaces of a single-domain ferroelectric material, or placing them facing each other with an insulator interposed between them, and applying a DC voltage between the two electrodes. A periodic domain inversion structure is obtained by forming domain inversion portions.
【0009】しかしながらこのような方法により形成し
た周期ドメイン反転構造は、図27A及びBに示すよう
に、分極反転の幅wと厚さtとの比t/wが1以下であ
った。このため周期ドメイン反転構造を微細にするとt
の絶対値が小となってしまい、光導波路の厚さより小と
なってしまう。即ち例えば分極反転の小ピッチ化に伴っ
てその幅wを約1.5μmとする場合、その厚さtは約
0.5μmとなってしまい、光導波路の厚さを約1.0
μmとする場合、充分その光導波路部分とそのエバネッ
セント領域に周期ドメイン反転構造が形成されないため
、上述したような、非線形光学定数の+−を周期的に配
列することにより、基本波と第2高調波の位相伝搬速度
を等しくすることの効果が充分得られず、SHG効率の
向上を阻む一因となっている。However, in the periodic domain inversion structure formed by such a method, the ratio t/w of the polarization inversion width w to the thickness t was less than 1, as shown in FIGS. 27A and 27B. Therefore, if the periodic domain inversion structure is made finer, t
The absolute value of is small, which is smaller than the thickness of the optical waveguide. That is, for example, when the width w is set to about 1.5 μm due to a small pitch of polarization inversion, the thickness t becomes about 0.5 μm, and the thickness of the optical waveguide is reduced to about 1.0 μm.
μm, a periodic domain inversion structure is not sufficiently formed in the optical waveguide portion and its evanescent region. The effect of equalizing the phase propagation speed of waves cannot be sufficiently achieved, which is one of the reasons for hindering the improvement of SHG efficiency.
【0010】このような方法に対して、電子線を非線形
光学材料に照射して、所要のパターンの周期ドメイン反
転構造を得る方法が提案されている(R.W.Keys
,A.Loni,B.J.Luff,P.D.Town
send, 他、Electronics Lette
rs lst Feburuary 1990 Vol
.26 No.3) 。この方法による場合、図28に
略線的断面図を示すように、非線形光学材料のLN基板
61の−c面61C上に、50nmの厚さにNiCr層
62を被着し、更に、400nmの厚さにAu層を被着
した後所要のパターンにパターニングし、このパターニ
ングされたAu層63上から電子ビームを照射するもの
である。この方法では、基板を約580℃に加熱し、基
板自体にそのc軸方向に10V/cmの電界をかけ、1
0keVのエネルギーで、9mm2 に対して全ドーズ
量1017、即ち約1016mm−2の電子ビーム照射
を行うものである。In contrast to such methods, a method has been proposed in which a nonlinear optical material is irradiated with an electron beam to obtain a periodic domain inversion structure with a desired pattern (R.W. Keys
,A. Loni, B. J. Luff, P. D. Town
send, others, Electronics Lette
rs lst February 1990 Vol.
.. 26 No. 3). In the case of this method, as shown in a schematic cross-sectional view in FIG. After depositing a thick Au layer, it is patterned into a desired pattern, and an electron beam is irradiated onto the patterned Au layer 63. In this method, the substrate is heated to approximately 580°C, an electric field of 10 V/cm is applied to the substrate itself in the direction of its c-axis, and
At an energy of 0 keV, electron beam irradiation is performed on 9 mm2 with a total dose of 1017, that is, about 1016 mm-2.
【0011】しかしながらこのような方法による場合、
非線形光学材料のLN基板62の表面に絶縁体或いは電
極材料等の物質を被着してパターニングし、この状態で
高温の熱処理及び高温中での電圧印加を行うため、この
LN基板62の表面が汚れる恐れがある。またこの場合
、LN基板からの酸素分子の外拡散によって分極反転を
形成するため、Li外拡散法と同様に組成の変化により
屈折率の変動をもたらす恐れがあり、特性の変動を生ず
る恐れがある。However, when using such a method,
A material such as an insulator or an electrode material is deposited on the surface of the LN substrate 62, which is a nonlinear optical material, and patterned, and in this state, high temperature heat treatment and voltage application at high temperature are performed. There is a risk of it getting dirty. In addition, in this case, polarization inversion is formed by out-diffusion of oxygen molecules from the LN substrate, so as with the Li out-diffusion method, changes in the composition may cause variations in the refractive index, which may cause variations in characteristics. .
【0012】本発明が解決しようとする課題は、上述し
たような非線形光学材料等の強誘電体材料の表面汚染、
屈折率変化等を回避して、光変換効率の高い分極反転構
造を有する光デバイス装置を得るとともに、分極反転の
制御性の良い製法を提供するものである。The problems to be solved by the present invention are surface contamination of ferroelectric materials such as nonlinear optical materials as described above;
The object of the present invention is to obtain an optical device having a polarization inversion structure with high light conversion efficiency while avoiding changes in refractive index, and to provide a manufacturing method with good controllability of polarization inversion.
【0013】[0013]
【課題を解決するための手段】本発明による分極反転制
御方法の一例の一製造工程の略線的拡大断面図を図1に
示す。また他の本発明制御方法の一例の製造工程を図2
A及びBの略線的拡大断面図に示す。[Means for Solving the Problems] FIG. 1 shows a schematic enlarged cross-sectional view of one manufacturing process of an example of the polarization inversion control method according to the present invention. FIG. 2 shows the manufacturing process of another example of the control method of the present invention.
Shown in schematic enlarged cross-sectional views A and B.
【0014】本発明制御方法は、図1に示すように、単
分域化された強誘電体材料1の自発分極の負側に負電位
、正側に正電位となるように10V/mm〜100kV
/mmの電圧を印加し、かつ加速電圧1kV〜100k
Vの荷電粒子を、この強誘電体材料1の照射面における
電流密度が1μA/mm2 〜1000μA/mm2
となるように照射し、電圧印加及び荷電粒子照射の少な
くとも一方を、最終的に得る分極反転構造のパターンに
対応するパターンとして、分極反転構造を形成する。As shown in FIG. 1, in the control method of the present invention, a voltage of 10 V/mm to 100kV
/mm voltage is applied, and the acceleration voltage is 1kV to 100k.
V charged particles at a current density of 1 μA/mm2 to 1000 μA/mm2 on the irradiated surface of the ferroelectric material 1.
A polarization inversion structure is formed by applying at least one of voltage application and charged particle irradiation to a pattern corresponding to the pattern of the polarization inversion structure to be finally obtained.
【0015】他の本発明制御方法は、図2Aに示すよう
に、単分域化された強誘電体材料1に対して荷電粒子を
照射する工程と、その後図2Bに示すように、この強誘
電体材料1に対して電圧を印加する工程とを有する。Another control method of the present invention includes a step of irradiating charged particles onto a single-domain ferroelectric material 1, as shown in FIG. 2A, and then, as shown in FIG. 2B, and applying a voltage to the dielectric material 1.
【0016】[0016]
【作用】上述したように、本発明分極反転制御方法によ
れば、単分域化された強誘電体材料1の自発分極の負側
に負電位、正側に正電位となるように10V/mm〜1
00kV/mmの電圧を印加し、かつ加速電圧1kV〜
100kVの荷電粒子を、この強誘電体材料1の照射面
における電流密度が1μA/mm2〜1000μA/m
m2 となるように照射し、電圧印加及び荷電粒子照射
の少なくとも一方を最終的に得る分極反転構造のパター
ンに対応するパターンとして分極反転構造を形成するも
のであるが、このような方法によって分極反転構造を制
御性良く形成することができた。[Operation] As described above, according to the polarization inversion control method of the present invention, the voltage is set at 10V/10V so that the negative side of the spontaneous polarization of the single-domain ferroelectric material 1 has a negative potential and the positive side has a positive potential. mm~1
Apply a voltage of 00kV/mm and an acceleration voltage of 1kV~
Charged particles of 100 kV are applied at a current density of 1 μA/mm2 to 1000 μA/m on the irradiated surface of the ferroelectric material 1.
m2, and at least one of voltage application and charged particle irradiation is used to form a polarization inversion structure as a pattern corresponding to the pattern of the polarization inversion structure that is finally obtained. The structure could be formed with good controllability.
【0017】このような現象は、電圧印加と荷電粒子照
射とを同時に行うことによって、強誘電体材料1に対し
て電界を与え、かつ電流源となる即ち電界を発生する荷
電粒子を照射することによって強誘電体材料1内に入っ
た荷電粒子例えば電子が雪崩現象的に流れるため、これ
に沿った形で充分深く例えば強誘電体材料1を突き抜け
て分極反転が起こるものと思われる。Such a phenomenon can be achieved by simultaneously applying a voltage and irradiating charged particles to apply an electric field to the ferroelectric material 1 and irradiating charged particles that act as a current source, that is, generate an electric field. As a result, charged particles such as electrons that have entered the ferroelectric material 1 flow like an avalanche, so that they penetrate the ferroelectric material 1 sufficiently deeply along this flow and polarization reversal occurs.
【0018】また他の本発明制御方法は、図2Aに示す
ように、単分域化された強誘電体材料1に対して荷電粒
子を照射する工程と、その後図2Bに示すように、この
強誘電体材料1に対して電圧を印加する工程とを有する
ものであるが、このような制御方法による場合において
も、分極反転構造を制御性良く形成することができた。Another control method of the present invention includes a step of irradiating charged particles onto the single-domain ferroelectric material 1, as shown in FIG. 2A, and then, as shown in FIG. 2B, Although the method includes a step of applying a voltage to the ferroelectric material 1, it was possible to form a polarization-inverted structure with good controllability even when using such a control method.
【0019】この場合においては、図2Aにおける荷電
粒子の照射によって強誘電体材料1の表面に電荷が蓄積
したり、或いはその一部が強誘電体材料1内に入り込み
、図2Bにおける電圧印加によって、この蓄積電荷及び
強誘電体材料1内に入り込んだ荷電粒子例えば電子が雪
崩現象的に流れるため、これに沿った形で充分深く例え
ば強誘電体材料1を突き抜けて分極反転が起こるものと
思われる。In this case, charges may be accumulated on the surface of the ferroelectric material 1 due to the irradiation of the charged particles in FIG. 2A, or some of them may enter the ferroelectric material 1, and the charges may be accumulated on the surface of the ferroelectric material 1 due to the irradiation of the charged particles in FIG. Since this accumulated charge and charged particles, such as electrons, that have entered the ferroelectric material 1 flow like an avalanche, it is thought that polarization reversal occurs by penetrating, for example, the ferroelectric material 1 deeply enough along this flow. It will be done.
【0020】更に、本発明制御方法によれば、高温の加
熱を必要としないため、強誘電体材料1の表面汚染等に
よる特性の劣化や変動を回避することができる。Furthermore, according to the control method of the present invention, since high-temperature heating is not required, deterioration and fluctuation of characteristics due to surface contamination of the ferroelectric material 1 can be avoided.
【0021】また上述の方法による場合、従来のように
Liや酸素分子の外拡散による場合と異なり、強誘電体
材料1の組成を変化させないため屈折率の変化を伴うこ
となく分極反転構造を得ることができる。[0021] Furthermore, in the case of the above-mentioned method, unlike the conventional case of out-diffusion of Li or oxygen molecules, the composition of the ferroelectric material 1 is not changed, so that a polarization-inverted structure is obtained without a change in the refractive index. be able to.
【0022】更にまた、従来に比し分極反転を生じさせ
得る深さ、即ち分極反転領域の厚みを大とすることがで
きるため、例えば上述の光導波路型のSHG素子におい
て光変換効率を大とすることができ、かつバルク型のS
HG素子において光学材料の選択性を大とすることがで
きるとともに、従来結晶の貼り合わせ等により行ってい
た製造方法を格段に簡易化することができる。Furthermore, since the depth at which polarization inversion can occur, that is, the thickness of the polarization inversion region can be increased compared to the conventional method, the light conversion efficiency can be increased, for example, in the above-mentioned optical waveguide type SHG element. and bulk type S
In the HG element, the selectivity of optical materials can be increased, and the manufacturing method, which has conventionally been carried out by bonding crystals, etc., can be significantly simplified.
【0023】[0023]
【実施例】以下、本発明制御方法の各例を図1〜図26
の略線的拡大断面図、略線的拡大斜視図及び製造工程図
を参照して詳細に説明する。各例共に、単分域化された
強誘電体材料1としてKTP、LN、LiTaO3 等
の非線形光学材料、例えばLN結晶を用いた場合で、こ
の強誘電体材料1の単分域化は、例えばそのキュリー温
度直下の例えば1200℃程度まで昇温して一定の方向
に外部直流電圧を全面的に印加することによって、全面
的にc軸の厚さ方向に揃えてシングルドメイン化されて
成る。[Example] Below, each example of the control method of the present invention is shown in Figs. 1 to 26.
It will be described in detail with reference to a schematic enlarged sectional view, a schematic enlarged perspective view, and a manufacturing process diagram. In each example, a nonlinear optical material such as KTP, LN, LiTaO3, etc., such as LN crystal, is used as the single-domain ferroelectric material 1. By raising the temperature to, for example, about 1200° C., just below the Curie temperature, and applying an external DC voltage to the entire surface in a fixed direction, a single domain is formed that is aligned in the thickness direction of the c-axis over the entire surface.
【0024】尚、以下の各実施例において、単分域化さ
れた強誘電体材料1に対し、その自発分極の方向に対し
直交する面について、自発分極の+側を+c面、−側を
−c面として、図1〜図26において自発分極の方向を
矢印dで示す。また、各例ともに+c面側が正電位、−
c面側が負電位となるように電圧を印加した。In each of the following examples, regarding the plane perpendicular to the direction of spontaneous polarization of the single-domain ferroelectric material 1, the + side of the spontaneous polarization is referred to as the +c plane, and the - side is referred to as the +c plane. -c plane, the direction of spontaneous polarization is indicated by arrow d in FIGS. 1 to 26. In addition, in each example, the +c side is at a positive potential, and -
A voltage was applied so that the c-plane side had a negative potential.
【0025】以下の実施例1〜18においては、一の本
発明制御方法による分極反転制御方法の各例を示す。In the following Examples 1 to 18, each example of a polarization inversion control method according to one of the control methods of the present invention will be described.
【0026】実施例1
この例では図1に示すように、−c面を主面1Cとし、
全面的にその厚さ方向に単分域化された場合で、この主
面1C上には、荷電粒子例えば電子線を透過し得る電極
膜4を蒸着、スパッタリング等により被着形成する。こ
の電極膜4が電子線を透過し得るためには、例えばその
膜厚を数十〜100Å程度として、その材料をAl,S
i,Ti等の比較的軽い元素により構成することが望ま
しい。Example 1 In this example, as shown in FIG. 1, the -c plane is the main surface 1C,
In the case where the entire surface is divided into a single region in the thickness direction, an electrode film 4 through which charged particles such as electron beams can pass is deposited on the main surface 1C by vapor deposition, sputtering, or the like. In order for this electrode film 4 to transmit electron beams, the film thickness must be approximately several tens to 100 Å, and the material must be Al, S, etc.
It is preferable to use relatively light elements such as i and Ti.
【0027】一方+c面の裏面1D上には、蒸着または
スパッタリング等によってAu,Ag,Cu,Al等よ
り成る電極5を、膜厚を例えば数百〜数千Åとして被着
形成する。On the other hand, on the back surface 1D of the +c surface, an electrode 5 made of Au, Ag, Cu, Al, etc. is deposited to a thickness of, for example, several hundred to several thousand angstroms by vapor deposition or sputtering.
【0028】そして、主面1C側を負電位、裏面1D側
を正電位として、印加電圧10V/mm〜100kV/
mmとして印加する。そしてこの強誘電体材料1に対し
、所要の分極反転構造のパターンに対応するパターン、
例えば図1の紙面に対して直交する方向に延長する平行
帯状パターンの軌跡を描くように荷電粒子例えば電子線
bを走査照射する。このときの照射条件は、加速電圧を
1kV〜100kVの例えば15kVとし、即ちエネル
ギーを1keV〜100keVの例えば15keVとし
、また主面1C上における電流密度を1μA/mm2〜
1000μA/mm2 の例えば1μA/mm2 とし
た。Then, with the main surface 1C side set to a negative potential and the rear surface 1D side set to a positive potential, an applied voltage of 10V/mm to 100kV/
Apply as mm. Then, for this ferroelectric material 1, a pattern corresponding to the pattern of the required polarization inversion structure,
For example, charged particles such as an electron beam b are scanned and irradiated so as to draw a locus of a parallel strip pattern extending in a direction perpendicular to the plane of the paper in FIG. The irradiation conditions at this time are an acceleration voltage of 1 kV to 100 kV, for example 15 kV, an energy of 1 keV to 100 keV, for example 15 keV, and a current density on the main surface 1C of 1 μA/mm2 to
It was set to 1000 μA/mm2, for example, 1 μA/mm2.
【0029】実施例2
次に±c面以外の面上に分極反転を生じさせる例につい
て、図3を参照して説明する。図3において強誘電体材
料1の主面1Cは自発分極方向に沿う面で、平滑に研磨
されて成る。そして分極方向に直交する+c面を側面1
A、−c面を側面1Bとして、この両側面1A及び1B
と主面1Cとが丸みを帯びることなく直交するように縁
部1d及び1eを形成する。そしてこの両側面1A及び
1B上に、Au等より成る電極5を被着し、この電極5
が縁部1d及び1eに達するようになす。Embodiment 2 Next, an example of causing polarization inversion on a plane other than the ±c plane will be described with reference to FIG. In FIG. 3, the main surface 1C of the ferroelectric material 1 is a surface along the direction of spontaneous polarization, and is polished smooth. Then, the +c plane perpendicular to the polarization direction is the side 1
With A and -c planes as side surfaces 1B, both sides 1A and 1B
The edges 1d and 1e are formed so that the main surface 1C and the main surface 1C are perpendicular to each other without being rounded. Then, electrodes 5 made of Au or the like are deposited on both side surfaces 1A and 1B.
so that they reach the edges 1d and 1e.
【0030】この状態で、実施例1と同様の分極方向d
に対する極性、印加電圧をもって電圧を印加し、主面1
C上から荷電粒子のパターン照射例えば平行帯状パター
ンの走査照射を行い、主面1C上に分極反転を形成した
。この照射条件は実施例1と同様に選定した。In this state, the polarization direction d is the same as in Example 1.
Apply a voltage with the polarity and applied voltage to the main surface 1.
Pattern irradiation of charged particles, for example, scanning irradiation of a parallel strip pattern was performed from above C to form polarization inversion on the principal surface 1C. The irradiation conditions were selected in the same manner as in Example 1.
【0031】実施例3
図4を参照して説明する。図4において図3に対応する
部分には同一符号を付して重複説明を省略する。この場
合、+c面側となる側面1A上にAu等より成る電極5
を被着し、−c面となる側面1B上には、荷電粒子例え
ば電子線bが透過するように、例えばその膜厚を数十〜
100Å程度とし、Al,Si,Ti等の比較的軽い元
素より成る電極膜4を蒸着、スパッタリング等により被
着形成する。Embodiment 3 This will be explained with reference to FIG. In FIG. 4, parts corresponding to those in FIG. 3 are designated by the same reference numerals, and redundant explanation will be omitted. In this case, an electrode 5 made of Au or the like is placed on the side surface 1A which is the +c side.
is deposited on the side surface 1B, which becomes the -c plane, and the thickness of the film is, for example, several tens to ten so that charged particles, for example, electron beams b, can pass through.
An electrode film 4 having a thickness of about 100 Å and made of a relatively light element such as Al, Si, or Ti is deposited by vapor deposition, sputtering, or the like.
【0032】そしてこの側面1B上の電極膜4上から電
子線bを走査照射するものであるが、この場合縁部1e
近傍の電極膜4上において、例えば平行帯状パターンと
なるように電子線bの照射を行って、主面1C上の縁部
1e側近傍に分極反転を形成した。Then, the electron beam b is scanned and irradiated from above the electrode film 4 on this side surface 1B, but in this case, the edge portion 1e is
The electron beam b was irradiated onto the nearby electrode film 4 so as to form, for example, a parallel strip pattern, thereby forming polarization inversion near the edge 1e on the main surface 1C.
【0033】実施例4
図5を参照して説明する。図5において図3に対応する
部分には同一符号を付して重複説明を省略する。この場
合においても、LN単結晶等より成る強誘電体材料1の
±c面以外の主面1C上に分極反転を形成しようとする
もので、この主面1C上に、Au,Ag,Cu,Alな
どの材料を用いて蒸着、スパッタリング等により数十〜
数千Åの膜厚として全面的に形成した膜を、フォトリソ
グラフィ等の適用によってパターニングして、2つの平
行帯状電極5を並列に配置する。この電極5間の距離は
1μm〜数百μmが適している。Embodiment 4 This will be explained with reference to FIG. In FIG. 5, parts corresponding to those in FIG. 3 are designated by the same reference numerals, and redundant explanation will be omitted. In this case as well, polarization inversion is intended to be formed on the main surface 1C other than the ±c plane of the ferroelectric material 1 made of LN single crystal, etc., and on this main surface 1C, Au, Ag, Cu, Using materials such as Al, several dozen to
A film formed over the entire surface with a thickness of several thousand angstroms is patterned by photolithography or the like, and two parallel strip electrodes 5 are arranged in parallel. A suitable distance between the electrodes 5 is 1 μm to several hundred μm.
【0034】そしてこの電極5間に、実施例1と同様の
分極方向dに対する極性、印加電圧をもって電圧を印加
し、主面1C上から各電極5の間の領域に、例えば平行
帯状パターンとなるように電子線bの照射を実施例1の
照射条件と同様の条件をもって行い、主面1C上の電極
5間の領域に分極反転を形成した。Then, a voltage is applied between the electrodes 5 with the same polarity and applied voltage in the polarization direction d as in Example 1, so that, for example, a parallel strip pattern is formed in the area between the electrodes 5 from the main surface 1C. Irradiation with the electron beam b was performed under the same irradiation conditions as in Example 1 to form polarization inversion in the region between the electrodes 5 on the main surface 1C.
【0035】以上の分極反転制御方法に付け加えて、L
N単結晶にプロトン交換導波路を形成してSHG素子を
形成することができる。図6A〜DにSHG素子の製造
工程の一例を示す。図6Aに上述した分極反転制御方法
を示す。このとき、電極5の材料はTa,Au/Ti等
のリン酸、ピロリン酸に冒されない材料を用いる。この
場合例えばTaにより形成する。In addition to the above polarization inversion control method, L
An SHG element can be formed by forming a proton exchange waveguide in an N single crystal. An example of the manufacturing process of the SHG element is shown in FIGS. 6A to 6D. FIG. 6A shows the polarization inversion control method described above. At this time, the electrode 5 is made of a material that is not affected by phosphoric acid or pyrophosphoric acid, such as Ta or Au/Ti. In this case, it is made of Ta, for example.
【0036】図6Bはプロトン交換導波路製造工程で、
例えば容器8内のピロリン酸またはリン酸等の反応液9
内に強誘電体材料1を浸漬させ、図において矢印eで示
すように、プロトン交換を行う。この場合、電極5をプ
ロトン交換用のマスクとして用いることができ、つまり
電極5の作成とプロトン交換用マスクの作成を兼ねられ
るために、工程を簡略化することができる。導波路2の
作成のためのマスク合せ構成も不要でいわゆるセルフ・
アライメント(自動整合)とすることができて、周期ド
メイン構造の上に精度よく導波路2を作成できる。FIG. 6B shows the proton exchange waveguide manufacturing process.
For example, a reaction solution 9 such as pyrophosphoric acid or phosphoric acid in a container 8
The ferroelectric material 1 is immersed in the ferroelectric material 1, and proton exchange is performed as shown by the arrow e in the figure. In this case, the electrode 5 can be used as a mask for proton exchange, that is, the electrode 5 can be created and the mask for proton exchange can be created, so that the process can be simplified. There is no need for a mask alignment configuration for creating the waveguide 2, making it possible to create the so-called self-contained waveguide.
Alignment (automatic alignment) can be achieved, and the waveguide 2 can be precisely created on the periodic domain structure.
【0037】そして図6Cに示すように、不要となった
電極5をエッチング等により除去する。例えば、Taの
場合はNaOH:H2O2:H2O =3:1:7を7
0℃に温めたエッチング液によりエッチング除去する。
またAu/Tiにより電極5を形成する場合は王水でエ
ッチング除去することができる。Then, as shown in FIG. 6C, the unnecessary electrode 5 is removed by etching or the like. For example, in the case of Ta, NaOH:H2O2:H2O = 3:1:7 is 7
It is removed by etching using an etching solution heated to 0°C. Further, when the electrode 5 is formed of Au/Ti, it can be removed by etching with aqua regia.
【0038】そしてこの後図6Dに示すように、例えば
400℃で数十分のアニールを行って、上述の図6Bに
おいて説明したプロトン交換により低下した非線形光学
定数を回復する。このようにして、疑似位相整合がなさ
れたSHG素子等の光デバイス装置を得ることができる
。Thereafter, as shown in FIG. 6D, annealing is performed at, for example, 400.degree. C. for several tens of minutes to recover the nonlinear optical constants that were lowered due to the proton exchange described in FIG. 6B. In this way, an optical device such as an SHG element with quasi-phase matching can be obtained.
【0039】実施例5
図7を参照して説明する。この例では、図7に示すよう
に、強誘電体材料1の±c面以外の、分極反転を形成す
べき主面1Cに臨んで凸部7が形成されて成る。凸部7
の長手方向は矢印dで示す自発分極方向に直交するよう
に選定することが望ましい。このように選定した場合は
、凸部7の長手方向の側壁面は強誘電体材料1の+c面
より成る側面1Aと、−c面より成る側面1Bとにより
構成される。この側面1A及び1B上に、後述する製造
工程によってAu等より成る電極5を、例えばこれら側
面1A及び1Bにそれぞれ隣接する上側面1E上にわた
って形成する。そしてこの電極5間に−c面即ち側面1
Bが負電位,+c面即ち側面1Aが正電位になる様に電
圧を印加する。そして電極5間の分極反転を形成すべき
領域上に、例えば平行帯状パターンとして電子線bを照
射する。このときの印加電圧、電子線の加速電圧及び電
流密度は実施例1と同様に選定した。Embodiment 5 This will be explained with reference to FIG. In this example, as shown in FIG. 7, a convex portion 7 is formed facing the main surface 1C of the ferroelectric material 1 other than the ±c plane where polarization inversion is to be formed. Convex part 7
It is desirable that the longitudinal direction of is selected to be perpendicular to the direction of spontaneous polarization shown by arrow d. When selected in this way, the longitudinal side wall surface of the convex portion 7 is constituted by a side surface 1A consisting of the +c plane of the ferroelectric material 1 and a side surface 1B consisting of the -c plane. On these side surfaces 1A and 1B, an electrode 5 made of Au or the like is formed, for example, over the upper side surface 1E adjacent to these side surfaces 1A and 1B, respectively, by a manufacturing process to be described later. And between this electrode 5 -c plane, that is, the side surface 1
A voltage is applied so that B has a negative potential and the +c plane, that is, the side surface 1A, has a positive potential. Then, the electron beam b is irradiated onto the region where polarization inversion between the electrodes 5 is to be formed, for example, in a parallel strip pattern. The applied voltage, acceleration voltage of the electron beam, and current density at this time were selected in the same manner as in Example 1.
【0040】上述したように強誘電体材料1上に凸部7
を形成し、更にその長手方向の側面1A及び1B上に電
極を作成する方法の一例を図8に示す。図8Aに示すよ
うに、強誘電体材料1の分極反転を形成すべき主面1C
上に、AZ4210(ヘキスト社製、商品名)等より成
るレジスト11を全面的に塗布して、80℃程度の温風
中で30分間ベークした後、Ni、Cu等より成るマス
ク層12を蒸着、スパッタリング等によりその厚さを数
千Å程度として被着する。その後、TSMR8900(
東京応化社製、商品名)等より成るレジスト13を前述
のレジスト11と同様に塗布、ベークした後、凸部7を
形成すべき所要の部分にレジスト13が残る様に、即ち
この場合矢印dで示す分極方向に所要の幅を有し、図8
の紙面に対して直交する方向を長手方向とするパターン
にフォトリソグラフィ等の適用によって露光現像してパ
ターニングし、更に120℃、30分温風中でのポスト
ベークを行った。As described above, the convex portion 7 is formed on the ferroelectric material 1.
FIG. 8 shows an example of a method for forming a substrate and further forming electrodes on the longitudinal sides 1A and 1B. As shown in FIG. 8A, main surface 1C of ferroelectric material 1 where polarization inversion is to be formed.
A resist 11 made of AZ4210 (manufactured by Hoechst, trade name) or the like is applied over the entire surface, and after baking in hot air at about 80° C. for 30 minutes, a mask layer 12 made of Ni, Cu, etc. is deposited. The film is deposited to a thickness of approximately several thousand angstroms by sputtering or the like. After that, TSMR8900 (
After coating and baking a resist 13 made of a material such as (manufactured by Tokyo Ohka Co., Ltd., trade name) in the same manner as the resist 11 described above, the resist 13 is left in the required areas where the convex portions 7 are to be formed, that is, in this case, in the direction of the arrow d. It has the required width in the polarization direction shown in Figure 8.
A pattern whose longitudinal direction was perpendicular to the plane of the paper was exposed and developed using photolithography or the like, and then post-baked in hot air at 120° C. for 30 minutes.
【0041】次に図8Bに示すように、ECR−RIE
(電子サイクロトロン共鳴反応性イオンエッチング)装
置等によりレジスト13をマスクとして例えば矢印cで
示すArイオンによって、マスク層12とレジスト11
をパターニングする。Next, as shown in FIG. 8B, ECR-RIE
Using a (electron cyclotron resonance reactive ion etching) device or the like, the mask layer 12 and the resist 11 are etched using Ar ions, for example, shown by arrow c, using the resist 13 as a mask.
pattern.
【0042】続いて図8Cに示すように、ECR−RI
E装置等を利用して、パターニングしたマスク層12を
マスクとして強誘電体材料1例えばLN単結晶を、図に
おいて矢印cで示すように、C2F6, C3F8等の
イオンガスによりエッチングし、+c面より成る側面1
Aと、−c面より成る側面1Bと、これらに隣接する上
側面1Eとを露出させ、凸部7を構成する。Next, as shown in FIG. 8C, ECR-RI
Using a patterned mask layer 12 as a mask, the ferroelectric material 1, for example, LN single crystal, is etched using an ion gas such as C2F6 or C3F8, as shown by arrow c in the figure, from the +c plane using an E device or the like. Aspect 1
The convex portion 7 is formed by exposing the side surface 1B consisting of the A and -c planes and the upper side surface 1E adjacent thereto.
【0043】そして図8Dに示すように、蒸着、スパッ
タリング等によりAl,Au,Ag,Cu等より成る金
属層14を凸部7上を覆って全面的に被着形成する。Then, as shown in FIG. 8D, a metal layer 14 made of Al, Au, Ag, Cu, etc. is deposited over the entire surface of the convex portion 7 by vapor deposition, sputtering, or the like.
【0044】次に図8Eに示すように、この金属層14
を被着した強誘電体材料1をアセトンなどの溶剤に浸し
てレジスト11を除去することにより、凸部7上の金属
層14のみをリフトオフして、側面1A及び1Bからそ
れぞれ上側面1Eに隣接して電極5を形成する。Next, as shown in FIG. 8E, this metal layer 14
By soaking the ferroelectric material 1 coated with the ferroelectric material 1 in a solvent such as acetone and removing the resist 11, only the metal layer 14 on the convex portion 7 is lifted off, and the metal layer 14 is removed from the side surfaces 1A and 1B adjacent to the upper side surface 1E, respectively. Then, the electrode 5 is formed.
【0045】以上が凸部7を有する強誘電体材料1上に
分極反転を形成する方法であるが、このような方法を、
LN単結晶上にプロトン交換導波路又はTi拡散導波路
を形成するSHGに応用することができる。図9A〜D
は上述した実施例5によるドメイン制御方法を、プロト
ン交換導波路を形成したSHG素子等の光デバイス装置
等の光デバイス装置の製造方法に適用した場合を示す。The above is a method for forming polarization inversion on the ferroelectric material 1 having the convex portions 7.
It can be applied to SHG in which a proton exchange waveguide or a Ti diffusion waveguide is formed on an LN single crystal. Figures 9A-D
This shows a case where the domain control method according to the fifth embodiment described above is applied to a method of manufacturing an optical device such as an SHG element having a proton exchange waveguide formed therein.
【0046】先ず図9Aに示すように、LN単結晶等よ
り成る強誘電体材料1を200℃程度のリン酸やピロリ
ン酸等より成る反応液9に浸すことにより、矢印eで示
すようにプロトン交換を行って導波路2を作成する。First, as shown in FIG. 9A, a ferroelectric material 1 made of LN single crystal or the like is immersed in a reaction solution 9 made of phosphoric acid, pyrophosphoric acid, etc. at about 200° C., so that protons are generated as shown by arrow e. The waveguide 2 is created by performing the exchange.
【0047】次にこの強誘電体材料1を400℃程度の
炉10においてアニールする。アニールすることにより
プロトン交換処理で低下した非線形光学定数を回復する
ことができる。この後、図8A〜Dで説明した強誘電体
材料1の凸部7を形成する工程と電極5の形成とを行う
。Next, this ferroelectric material 1 is annealed in a furnace 10 at about 400°C. By annealing, the nonlinear optical constants decreased by the proton exchange treatment can be restored. After this, the step of forming the convex portion 7 of the ferroelectric material 1 and the formation of the electrode 5 explained with reference to FIGS. 8A to 8D are performed.
【0048】そして図9Cに示すように、図7において
説明した実施例5と同様の条件をもって電圧印加と電子
線照射を行い周期ドメイン反転構造を形成する。Then, as shown in FIG. 9C, voltage application and electron beam irradiation are performed under the same conditions as in Example 5 described in FIG. 7 to form a periodic domain inversion structure.
【0049】そしてこの後図9Dに示すように、電極5
をNaOH水溶液、塩酸、王水等によりエッチング除去
する。このようにしてSHG素子等の光デバイス装置を
製造することができる。この場合は特に周期分極反転構
造を作成するための凸部7の作成によって、同時にリッ
ジ型の導波路2を形成することができるため、製造工程
を簡略化することができる。更に周期分極反転構造と導
波路とを自己整合的に即ちマスク合せ等をすることなく
、精度良く作成することができる。After this, as shown in FIG. 9D, the electrode 5
is removed by etching with NaOH aqueous solution, hydrochloric acid, aqua regia, etc. In this way, optical devices such as SHG elements can be manufactured. In this case, especially by creating the convex portion 7 for creating the periodic polarization inversion structure, the ridge-shaped waveguide 2 can be formed at the same time, so the manufacturing process can be simplified. Furthermore, the periodic polarization inversion structure and the waveguide can be formed with high precision in a self-aligned manner, that is, without mask alignment or the like.
【0050】図10はTi拡散法により導波路2を形成
したSHG素子等の光デバイス装置の製造方法であり、
先ず図10Aに示すように、LN単結晶等の強誘電体材
料1の主面1C上に、Ti層15を蒸着、スパッタリン
グ等により膜厚数百Å程度として被着する。FIG. 10 shows a method for manufacturing an optical device such as an SHG element in which the waveguide 2 is formed by the Ti diffusion method.
First, as shown in FIG. 10A, a Ti layer 15 is deposited on the main surface 1C of a ferroelectric material 1 such as LN single crystal to a thickness of about several hundred angstroms by vapor deposition, sputtering, or the like.
【0051】次に1000℃程度の炉10中で数時間T
iを強誘電体材料1内に拡散させて導波路2を形成する
。このとき強誘電体材料1中の酸素欠乏とLiO2 の
外拡散を防止するために酸素と水蒸気を導入することが
望ましい。[0051] Next, T
A waveguide 2 is formed by diffusing i into a ferroelectric material 1. At this time, it is desirable to introduce oxygen and water vapor to prevent oxygen deficiency in the ferroelectric material 1 and external diffusion of LiO2.
【0052】この後、図10C及びDに示すように、図
9C及びDにおいて説明したと同様の製造工程を経て、
Ti拡散導波路2を有するSHG素子等の光デバイス装
置を得ることができる。After that, as shown in FIGS. 10C and D, the same manufacturing process as that explained in FIGS. 9C and D is carried out,
An optical device such as an SHG element having the Ti diffusion waveguide 2 can be obtained.
【0053】以上述べた実施例1〜5においては、強誘
電体材料1に対して全面的に電圧印加を行い、荷電粒子
を所要のパターンをもってパターン照射を行った例につ
いて説明したが、以下の実施例6〜12においては、所
要のパターンの電極を形成してこれに対して局部的に電
圧を印加する場合について説明する。In Examples 1 to 5 described above, an example was explained in which a voltage was applied to the entire surface of the ferroelectric material 1 and charged particles were irradiated in a desired pattern. In Examples 6 to 12, cases will be described in which electrodes of a desired pattern are formed and a voltage is applied locally to the electrodes.
【0054】実施例6
この例においても、強誘電体材料1としてLN単結晶を
用いた場合で、図11に示すように、−c面を主面1C
とし、この主面1C上に電極膜4を蒸着、スパッタリン
グ等により被着形成する。この電極膜4は、荷電粒子例
えば電子線をあまりロスすることなく強誘電体材料1を
透過し得るように、例えばその膜厚を数十〜100Å程
度とし、Al,Si,Ti等の比較的軽い元素により形
成する。一方、+c面より成る裏面1D上に同様に蒸着
、スパッタリング等によってAu,Ag,Cu,Al等
より成る金属層を全面的に被着した後所要の分極反転を
形成すべき領域上に、例えば図11の紙面に直交する方
向に延長する平行帯状パターンにフォトリソグラフィ等
の適用によってリフトオフ法等によってパターニングし
て、電極5を被着形成する。この電極5は必ずしも電子
線を透過する必要はなく、その膜厚は数百〜数千Åが望
ましい。Example 6 In this example as well, when LN single crystal is used as the ferroelectric material 1, as shown in FIG.
Then, an electrode film 4 is formed on the main surface 1C by vapor deposition, sputtering, or the like. This electrode film 4 has a thickness of, for example, approximately several tens to 100 Å, and is made of a relatively thin film such as Al, Si, or Ti so that charged particles such as electron beams can pass through the ferroelectric material 1 without much loss. Formed by light elements. On the other hand, after a metal layer made of Au, Ag, Cu, Al, etc. is deposited on the entire surface of the back surface 1D made of the +c plane by vapor deposition, sputtering, etc., for example, The electrodes 5 are formed by patterning a parallel strip pattern extending in a direction perpendicular to the paper plane of FIG. 11 by a lift-off method or the like by applying photolithography or the like. This electrode 5 does not necessarily need to transmit electron beams, and its film thickness is preferably several hundred to several thousand angstroms.
【0055】そして−c面より成る主面1C側が負電位
、+c面より成る裏面1D側が正電位となる様に電圧を
印加し、主面1C上から荷電粒子例えば電子線bを照射
する。このときの印加電圧、電子線の加速電圧及び照射
電流密度の条件は実施例1と同様の条件に選定する。
このときの電子線bの照射は、裏面1Dに被着したパタ
ーンに対応するパターンをもって行う。Then, a voltage is applied so that the main surface 1C side, which is the -c plane, has a negative potential, and the back surface 1D, which is the +c plane, has a positive potential, and charged particles, such as electron beams b, are irradiated from above the main surface 1C. The conditions of the applied voltage, the acceleration voltage of the electron beam, and the irradiation current density at this time are selected to be the same as in Example 1. At this time, the electron beam b is irradiated with a pattern corresponding to the pattern deposited on the back surface 1D.
【0056】実施例7
図12を参照して説明する。図12において図11と対
応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
この例は荷電粒子を照射する主面1C側において分極反
転を得るべき領域に対応するパターンの電極膜4を形成
する場合で、実施例6における電極膜4と同様の膜厚、
材料をもって金属層を被着した後、所要のパターンの例
えば図12の紙面に直交する方向に延長する平行帯状パ
ターンに例えばフォトリソグラフィの適用によって、露
光現像した後エッチング法、リフトオフ法等によって所
望の形状の電極膜4を形成する。一方、+c面側の裏面
1D上には実施例6における電極5と同様に蒸着、スパ
ッタリング等によってAu,Ag,Cu,Al等を全面
的に膜厚を数百〜数千Åとして被着して電極5を得る。
この電極5は必ずしも荷電粒子を透過する必要はない。Embodiment 7 This will be explained with reference to FIG. 12. In FIG. 12, parts corresponding to those in FIG. 11 are denoted by the same reference numerals, and redundant explanation will be omitted. This example is a case where the electrode film 4 is formed in a pattern corresponding to the region where polarization inversion is to be obtained on the main surface 1C side to which charged particles are irradiated, and the film thickness is the same as that of the electrode film 4 in Example 6.
After depositing the metal layer with the material, a desired pattern, for example, a parallel strip pattern extending in a direction perpendicular to the plane of the paper in FIG. A shaped electrode film 4 is formed. On the other hand, on the back surface 1D on the +c side, Au, Ag, Cu, Al, etc. are deposited over the entire surface by vapor deposition, sputtering, etc. to a thickness of several hundred to several thousand angstroms, similar to the electrode 5 in Example 6. to obtain the electrode 5. This electrode 5 does not necessarily need to be transparent to charged particles.
【0057】そして実施例6と同様の条件をもって強誘
電体材料1に対して電圧を印加し、荷電粒子を照射して
分極反転構造を形成した。このとき荷電粒子例えば電子
線bを強誘電体材料1に対し主面1C上から全面的に一
様に照射し、または所要のパターンをもって走査照射し
て、所要のパターンの分極反転を形成する。A voltage was applied to the ferroelectric material 1 under the same conditions as in Example 6, and charged particles were irradiated to form a polarization-inverted structure. At this time, charged particles such as electron beams b are uniformly irradiated over the entire surface of the ferroelectric material 1 from above the main surface 1C, or are scanned and irradiated in a desired pattern to form a desired pattern of polarization inversion.
【0058】実施例8
この例は、図3において説明した実施例2と対応する場
合で、図13を参照して説明する。図13において図3
と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略す
る。この場合は、電極5を形成する一方の+c面より成
る側面1A上には、Au,Ag,Cu,Al等より成る
電極5を全面的に蒸着、スパッタリング等により被着し
て、他方の側面即ち−c面より成る側面1B上の電極5
は、主面1C上に形成しようとする例えば平行帯状パタ
ーンの分極反転に対応するパターンに、櫛状にフォトリ
ソグラフィ等の適用によってエッチング法、リフトオフ
法等を用いてパターニングする。このとき強誘電体材料
1の主面1Cと側面1Bとが、丸みを帯びることなく直
交するように縁部1d及び1eを形成して、この縁部1
d及び1eにおいて、各電極5の先端部が被着されるよ
うになす。膜厚は数百〜数千Åが望ましい。Embodiment 8 This example corresponds to Embodiment 2 explained with reference to FIG. 3, and will be explained with reference to FIG. Figure 3 in Figure 13
The same reference numerals are given to corresponding parts and redundant explanation will be omitted. In this case, the electrode 5 made of Au, Ag, Cu, Al, etc. is entirely deposited on the side surface 1A made of the +c plane forming the electrode 5 by vapor deposition, sputtering, etc., and the other side surface 1A is made of the +c plane. That is, the electrode 5 on the side surface 1B consisting of the −c plane
For example, a pattern corresponding to the polarization inversion of a parallel strip pattern to be formed on the main surface 1C is patterned in a comb shape using an etching method, a lift-off method, etc. by applying photolithography or the like. At this time, edges 1d and 1e are formed so that the main surface 1C and side surface 1B of the ferroelectric material 1 are perpendicular to each other without being rounded.
At points d and 1e, the tip of each electrode 5 is attached. The film thickness is preferably several hundred to several thousand angstroms.
【0059】そしてこの電極5間に実施例1と同様の条
件をもって電圧を印加し、主面1C上から実施例1と同
様の照射条件をもって荷電粒子例えば電子線bを照射し
て分極反転を形成する。このとき、電子線bの照射は全
面的に照射してもよく、所要の分極反転を形成すべき領
域上を走査照射してもよい。また図示の例では強誘電体
材料1の−c面よりなる側面1B側に櫛状電極5を設け
た場合であるが、この櫛状電極5は+c面側に設けても
よく、その場合は櫛状電極5側を正電位として電圧を印
加するようになす。Then, a voltage is applied between the electrodes 5 under the same conditions as in Example 1, and charged particles such as electron beams b are irradiated from above the main surface 1C under the same irradiation conditions as in Example 1 to form polarization inversion. do. At this time, the electron beam b may be irradiated over the entire surface, or may be irradiated in a scanning manner over a region where the required polarization inversion is to be formed. Furthermore, in the illustrated example, the comb-shaped electrode 5 is provided on the side surface 1B side which is the -c plane of the ferroelectric material 1, but the comb-shaped electrode 5 may be provided on the +c plane side. A voltage is applied by setting the comb-shaped electrode 5 side at a positive potential.
【0060】実施例9
この例は、図4において説明した実施例3と対応する場
合で、図14を参照して説明する。図14において図4
と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略す
る。この場合は、荷電粒子例えば電子線bを、−c面よ
り成る側面1A上から照射する場合で、この側面1A上
の電極膜4は、荷電粒子をあまりロスすることなく透過
できるように実施例1における電極膜4と同様の材料、
膜厚をもって被着形成する。そして+c面より成る側面
1B上には、全面的に蒸着、スパッタリング等によりA
u,Ag,Cu,Al等より成る金属層を数百〜数千Å
程度被着した後所要の即ち実施例8における電極5と同
様に所要の櫛状パターンにフォトリソグラフィ等の適用
によって形成する。Embodiment 9 This example corresponds to Embodiment 3 explained in FIG. 4, and will be explained with reference to FIG. Figure 4 in Figure 14
The same reference numerals are given to corresponding parts and redundant explanation will be omitted. In this case, charged particles, for example, electron beams b, are irradiated from above the side surface 1A consisting of the -c plane, and the electrode film 4 on this side surface 1A is designed to allow the charged particles to pass through without much loss. The same material as the electrode film 4 in 1,
Deposit with a certain thickness. Then, on the side surface 1B consisting of the +c plane, A
A metal layer made of u, Ag, Cu, Al, etc., with a thickness of several hundred to several thousand Å
After the film has been adhered to a certain degree, it is formed into a desired comb-like pattern by photolithography or the like, similar to the electrode 5 in Example 8.
【0061】そして実施例1と同様の条件をもって電圧
を印加し、側面1A上から分極反転を形成すべき面即ち
主面1Cの近傍に実施例1と同様の照射条件をもって荷
電粒子例えば電子線bを照射して電極パターンに対応さ
せて分極反転を形成する。このとき、電子線bの照射は
全面的に照射してもよく、また所要の分極反転を形成す
べき領域上を走査照射してもよい。Then, a voltage is applied under the same conditions as in Example 1, and a charged particle such as an electron beam b is applied under the same irradiation conditions as in Example 1 to the surface on which polarization inversion is to be formed, that is, near the main surface 1C from above the side surface 1A. is irradiated to form polarization inversion corresponding to the electrode pattern. At this time, the electron beam b may be irradiated over the entire surface, or may be irradiated in a scanning manner over a region where the required polarization inversion is to be formed.
【0062】実施例10
この例は図14において説明した上述の実施例9と対応
する場合で、図15を参照して説明する。図15におい
て図14と対応する部分には同一符号を付して重複説明
を省略する。この場合においては、−c面側の側面1B
上に、荷電粒子例えば電子線bを透過し得る電極膜4を
、分極反転を形成すべき所要のパターン例えば櫛状パタ
ーンに被着形成し、この電極膜4上から電子線bを照射
する。このときの印加電圧、照射条件は上述の実施例1
と同様の条件に選定して、主面1C上に分極反転を形成
する。Embodiment 10 This example corresponds to the above-mentioned embodiment 9 explained in FIG. 14, and will be explained with reference to FIG. 15. In FIG. 15, parts corresponding to those in FIG. 14 are designated by the same reference numerals, and redundant explanation will be omitted. In this case, the side surface 1B on the -c plane side
An electrode film 4 through which charged particles, for example, electron beam b, can pass is formed on the electrode film 4 in a desired pattern, for example, a comb-like pattern, in which polarization inversion is to be formed, and the electron beam b is irradiated from above this electrode film 4. The applied voltage and irradiation conditions at this time are as described in Example 1 above.
By selecting the same conditions as above, polarization inversion is formed on the main surface 1C.
【0063】実施例11
この例は、図5において説明した実施例4に対応する場
合で、図16を参照して説明する。図16において図5
に対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略す
る。この場合、各電極5を櫛状パターンとし、それぞれ
櫛歯先端部が対向近接して配置されるように、フォトリ
ソグラフィ等の適用により形成する。このようなパター
ンとすることによって電極5間に電圧を印加して生じる
強誘電体材料1内の電場に分布を生じさせ、または例え
ば局部的に電場が存在する様になす。そして、電子線b
を分極反転構造を形成すべき主面1C上から全面的に、
或いは電極5の櫛歯先端部間にわたるように平行帯状パ
ターンとして走査照射し、電極パターン形状に応じた分
極反転構造を形成する。Embodiment 11 This example corresponds to Embodiment 4 explained in FIG. 5, and will be explained with reference to FIG. Figure 5 in Figure 16
The same reference numerals are given to corresponding parts, and redundant explanation will be omitted. In this case, each electrode 5 is formed in a comb-like pattern by applying photolithography or the like so that the tips of the comb teeth are arranged in close proximity to each other. By forming such a pattern, the electric field within the ferroelectric material 1 generated by applying a voltage between the electrodes 5 is distributed, or for example, the electric field is made to exist locally. And electron beam b
from the main surface 1C where the polarization inversion structure is to be formed,
Alternatively, scanning irradiation is performed in a parallel strip pattern across the comb tooth tips of the electrodes 5 to form a polarization inversion structure corresponding to the shape of the electrode pattern.
【0064】この場合においても、印加電圧の分極方向
dに対する極性及び大きさ、更に照射電子線bの加速電
圧及び照射電流密度は実施例1と同様に選定する。In this case as well, the polarity and magnitude of the applied voltage in the polarization direction d, as well as the acceleration voltage and irradiation current density of the irradiated electron beam b, are selected in the same manner as in Example 1.
【0065】またこの場合、電極5の形状は図17に示
す様に一方を平板状とし、他方のみを櫛状として形成し
てもよく、またその櫛歯先端部の形状は図18A及びB
に示すように鋭角形状としたり、図18Cに示すように
円弧形状とする等、種々の形状を採ることができる。In this case, the shape of the electrode 5 may be such that one side is flat and the other is comb-shaped, as shown in FIG. 17, and the shape of the tip of the comb teeth is as shown in FIGS. 18A and B
Various shapes can be taken, such as an acute angle shape as shown in FIG. 18C or a circular arc shape as shown in FIG. 18C.
【0066】実施例12
この例は、図7において説明した実施例5に対応する場
合で、図19を参照して説明する。図19において図7
に対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略す
る。この場合各電極5を櫛状パターンとし、強誘電体材
料1の上側面1Eから、凸部7の側面1A及び1Bにわ
たってその櫛歯先端部が形成されるようになす。そして
この各側面1A及び1B上の櫛歯先端部が主面1Cの両
端に対向して配置されるように、フォトリソグラフィ等
の適用により形成する。このようなパターンとすること
によって電極5間に電圧を印加して生じる強誘電体材料
1内の電場に分布を生じさせ、または例えば局部的に電
場が存在する様になす。そして、電子線bを分極反転構
造を形成すべき主面1C上から全面的に、或いは電極5
の櫛歯先端部間にわたるように平行帯状パターンとして
走査照射し、電極パターン形状に応じた分極反転構造を
形成する。Embodiment 12 This example corresponds to Embodiment 5 described in FIG. 7, and will be explained with reference to FIG. 19. Figure 7 in Figure 19
The same reference numerals are given to corresponding parts, and redundant explanation will be omitted. In this case, each electrode 5 has a comb-like pattern, and its comb-teeth tips are formed from the upper surface 1E of the ferroelectric material 1 to the side surfaces 1A and 1B of the convex portion 7. Then, it is formed by photolithography or the like so that the tips of the comb teeth on each side surface 1A and 1B are arranged opposite to both ends of the main surface 1C. By forming such a pattern, the electric field within the ferroelectric material 1 generated by applying a voltage between the electrodes 5 is distributed, or for example, the electric field is made to exist locally. Then, the electron beam b is applied to the entire main surface 1C on which the polarization inversion structure is to be formed, or to the electrode 5.
A parallel strip pattern is scanned and irradiated so as to span between the tips of the comb teeth to form a polarization inversion structure corresponding to the shape of the electrode pattern.
【0067】この場合においても、印加電圧の極性及び
大きさ、更に照射電子線bの加速電圧及び照射電流密度
は実施例1と同様に選定する。In this case as well, the polarity and magnitude of the applied voltage, as well as the acceleration voltage and irradiation current density of the irradiated electron beam b, are selected in the same manner as in Example 1.
【0068】この場合、実施例5と同様に、プロトン交
換導波路またはTi拡散導波路を形成する場合にはリッ
ジ型導波路の作成と、凸部7の形成とを兼ねることがで
きるという利点を有する。この場合の製造工程は、図8
において説明した工程とほぼ同様であるが、図8Dと図
8Eとの間に、電極5の櫛状パターニングの工程が入る
。In this case, as in Example 5, when forming a proton exchange waveguide or a Ti diffusion waveguide, there is an advantage that the formation of the ridge type waveguide and the formation of the convex portion 7 can be performed at the same time. have The manufacturing process in this case is shown in Figure 8.
The process is almost the same as that described in , but a comb patterning process of the electrode 5 is inserted between FIG. 8D and FIG. 8E.
【0069】次に、実施例13〜18において、所要の
パターンの絶縁体を強誘電体材料上に被着形成して分極
反転を得る場合について説明する。各例共に、選択的に
精度良く荷電粒子例えば電子線を照射するという手間を
省くために、所要のパターンの絶縁体を形成して、これ
により電子線を選択的にマスクするものである。絶縁体
としてはSiO2, Si3N4,レジスト等が適して
おり、またそのパターニングはフォトレジスト技術とエ
ッチング法やリフトオフ法で形成できる。絶縁体の厚さ
は数千Å〜数十μmが望ましい。Next, in Examples 13 to 18, cases in which polarization inversion is obtained by depositing an insulator in a desired pattern on a ferroelectric material will be described. In each example, in order to save the effort of selectively and precisely irradiating charged particles, such as electron beams, an insulator with a desired pattern is formed and the electron beams are selectively masked by this. SiO2, Si3N4, resist, etc. are suitable as the insulator, and the patterning can be performed by photoresist technology, etching method, or lift-off method. The thickness of the insulator is preferably several thousand Å to several tens of μm.
【0070】実施例13
この例は図5において説明した実施例4に対応する例で
、図20を参照して説明する。図20において、図5に
対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する
。この場合、主面1C上の平行平板状電極5の間の分極
反転を生じさせない領域上に、例えばこの場合平行帯状
パターンに絶縁体6を被着して、全面的に荷電粒子を実
施例1と同様の条件をもって照射して分極反転を形成し
た。Embodiment 13 This example corresponds to Embodiment 4 explained in FIG. 5, and will be explained with reference to FIG. In FIG. 20, parts corresponding to those in FIG. 5 are designated by the same reference numerals, and redundant explanation will be omitted. In this case, an insulator 6 is deposited, for example, in a parallel strip pattern in this case, on a region where no polarization reversal occurs between the parallel plate-shaped electrodes 5 on the main surface 1C, and charged particles are applied to the entire surface in Example 1. Polarization inversion was formed by irradiation under the same conditions as above.
【0071】実施例14
この例は図6において説明した実施例5に対応する例で
、図21を参照して説明する。図21において、図6に
対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する
。この場合も主面1C上の、電極5間にわたる分極反転
を生じさせない領域上に、例えば平行帯状パターンに絶
縁体6を被着して、全面的に荷電粒子を実施例1と同様
の条件をもって照射して分極反転を形成した。Embodiment 14 This example corresponds to Embodiment 5 explained in FIG. 6, and will be explained with reference to FIG. In FIG. 21, parts corresponding to those in FIG. 6 are designated by the same reference numerals, and redundant explanation will be omitted. In this case as well, the insulator 6 is deposited, for example, in a parallel strip pattern on the area on the main surface 1C where no polarization reversal occurs between the electrodes 5, and charged particles are applied over the entire surface under the same conditions as in Example 1. irradiation to form polarization inversion.
【0072】実施例15
この例は図3において説明した実施例2に対応する例で
、図22を参照して説明する。図22において、図3に
対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する
。この場合も主面1C上の、電極5間にわたる分極反転
を生じさせない領域上に、例えばこの場合平行帯状パタ
ーンに絶縁体6を被着して、全面的に荷電粒子を実施例
1と同様の条件をもって照射して分極反転を形成した。Embodiment 15 This example corresponds to Embodiment 2 explained with reference to FIG. 3, and will be explained with reference to FIG. In FIG. 22, parts corresponding to those in FIG. 3 are designated by the same reference numerals, and redundant explanation will be omitted. In this case as well, an insulator 6 is deposited on the main surface 1C in a region where no polarization reversal occurs between the electrodes 5, for example in a parallel strip pattern, and charged particles are applied to the entire surface in the same manner as in Example 1. Irradiation was performed under certain conditions to form polarization inversion.
【0073】更に、以下の実施例16〜18においては
、電極5の形状による電場分布に従って所望のドメイン
を形成し、更に荷電粒子例えば電子線bを選択的にマス
クする絶縁体6を形成して、電場の分布と電子線照射の
分布により、より分極反転が生じる領域の選択度を高め
ようというものである。絶縁体の材料、膜厚等は上述の
実施例13〜15と同様に選定することが望ましく、そ
のパターニングは同様の方法により形成し得る。Furthermore, in Examples 16 to 18 below, desired domains are formed according to the electric field distribution depending on the shape of the electrode 5, and an insulator 6 is further formed to selectively mask charged particles, such as electron beams b. The aim is to increase the selectivity of regions where polarization inversion occurs by changing the distribution of the electric field and the distribution of electron beam irradiation. It is desirable that the material, film thickness, etc. of the insulator be selected in the same manner as in Examples 13 to 15 described above, and the patterning thereof can be formed by the same method.
【0074】実施例16
この例は図13において説明した実施例8に対応する例
で、図23を参照して説明する。図23において、図1
3に対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略
する。この場合、主面1C上の分極反転を生じさせない
領域、即ち櫛状電極5の櫛歯先端部の形成されていない
部分にわたる領域上に、例えばこの場合平行帯状パター
ンに絶縁体6を被着して、全面的に荷電粒子を実施例1
と同様の条件をもって照射して分極反転を形成した。な
お、図示の例では強誘電体材料1の−c面よりなる側面
1B側に櫛状電極5を設けた場合であるが、この櫛状電
極5は+c面側に設けてもよく、その場合は櫛状電極5
側を正電位として電圧を印加するようになす。Embodiment 16 This example corresponds to Embodiment 8 explained with reference to FIG. 13, and will be explained with reference to FIG. In Figure 23, Figure 1
The same reference numerals are given to the parts corresponding to 3, and redundant explanation will be omitted. In this case, the insulator 6 is deposited, for example, in a parallel strip pattern on the region on the principal surface 1C where polarization inversion does not occur, that is, the region covering the portion where the comb tooth tips of the comb-shaped electrode 5 are not formed. Example 1
Polarization inversion was formed by irradiation under the same conditions as above. Note that in the illustrated example, the comb-shaped electrode 5 is provided on the side surface 1B side which is the -c plane of the ferroelectric material 1, but the comb-shaped electrode 5 may be provided on the +c plane side. is a comb-shaped electrode 5
A voltage is applied with the side at a positive potential.
【0075】実施例17
この例は図16において説明した実施例11に対応する
例で、図24を参照して説明する。図24において、図
16に対応する部分には同一符号を付して重複説明を省
略する。この場合、主面1C上の分極反転を生じさせな
い領域、即ち櫛状電極5の櫛歯部以外の領域上に、例え
ば平行帯状パターンに絶縁体6を被着して、全面的に荷
電粒子を実施例1と同様の条件をもって照射して分極反
転を形成した。この場合においても、強誘電体材料1の
主面1C上に形成する電極5の形状は、図17及び図1
8A〜Cに示すように種々のパターンを採ることができ
る。Embodiment 17 This example corresponds to Embodiment 11 explained with reference to FIG. 16, and will be explained with reference to FIG. In FIG. 24, parts corresponding to those in FIG. 16 are designated by the same reference numerals, and redundant explanation will be omitted. In this case, an insulator 6 is deposited, for example, in a parallel strip pattern on a region where polarization inversion does not occur on the main surface 1C, that is, on a region other than the comb-teeth portion of the comb-shaped electrode 5, so that the charged particles are covered over the entire surface. Irradiation was performed under the same conditions as in Example 1 to form polarization inversion. In this case as well, the shape of the electrode 5 formed on the main surface 1C of the ferroelectric material 1 is as shown in FIGS.
Various patterns can be adopted as shown in 8A to 8C.
【0076】実施例18
この例は図19において説明した実施例12に対応する
例で、図25を参照して説明する。図25において、図
19に対応する部分には同一符号を付して重複説明を省
略する。この場合も主面1C上の電極5の分極反転を生
じさせない領域、即ち櫛歯の形成されていない部分間に
わたる領域上に、例えば平行帯状パターンに絶縁体6を
被着して、全面的に荷電粒子を実施例1と同様の条件を
もって照射して分極反転を形成した。Embodiment 18 This example corresponds to Embodiment 12 explained with reference to FIG. 19, and will be explained with reference to FIG. 25. In FIG. 25, parts corresponding to those in FIG. 19 are given the same reference numerals, and redundant explanation will be omitted. In this case as well, the insulator 6 is coated on the main surface 1C in a region where the polarization of the electrode 5 does not occur, that is, on the region between the portions where the comb teeth are not formed, for example, in a parallel strip pattern, so that the entire surface is covered. Charged particles were irradiated under the same conditions as in Example 1 to form polarization inversion.
【0077】次に、図2A及びB、図26A及びBを参
照して、他の本発明による分極反転制御方法について詳
細に説明する。各例ともに、強誘電体材料1としてLN
単結晶を用いた場合で、その分極方向が全面的に厚さ方
向に実施例1〜18と同様の方法をもってシングルドメ
イン化されて成る場合で、その−c面より成る主面1C
上から荷電粒子例えば電子線bを照射して分極反転を形
成するものである。Next, another polarization inversion control method according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2A and 26A and 26A and B. In each example, LN is used as the ferroelectric material 1.
In the case where a single crystal is used, and the polarization direction is made into a single domain in the entire thickness direction by the same method as in Examples 1 to 18, the main surface 1C consisting of the -c plane.
Polarization inversion is created by irradiating charged particles, such as electron beams b, from above.
【0078】実施例19
図2Aに示すように、強誘電体材料1の主面1C上から
電子線bの照射を、所要のパターン即ち例えば図2Aの
紙面に直交する方向に延長する平行帯状パターンに軌跡
を描くように走査照射する。このときの電子線bの加速
電圧及び照射電流密度等の照射条件は実施例1と同様に
選定する。Example 19 As shown in FIG. 2A, the electron beam b is irradiated from the main surface 1C of the ferroelectric material 1 in a desired pattern, that is, for example, a parallel strip pattern extending in a direction perpendicular to the paper plane of FIG. 2A. The beam is scanned and irradiated so as to draw a trajectory. Irradiation conditions such as the acceleration voltage and irradiation current density of the electron beam b at this time are selected in the same manner as in Example 1.
【0079】次に図2Bに示すように、この強誘電体材
料1の主面1C上と、+c面より成る裏面1D上に、全
面的に電極5を被着形成する。この電極5はAu,Ag
,Cu,Al等より成り、膜厚数百〜数千Åとして蒸着
、スパッタリング等により被着形成する。そしてこの電
極5間に、主面1C側が負電位、裏面1D側が正電位と
なるように電圧を印加して分極反転を形成する。このと
きの印加電圧は実施例1と同様に選定する。Next, as shown in FIG. 2B, an electrode 5 is formed over the entire surface of the main surface 1C of the ferroelectric material 1 and the back surface 1D consisting of the +c plane. This electrode 5 is made of Au, Ag
, Cu, Al, etc., and is deposited to a thickness of several hundred to several thousand angstroms by vapor deposition, sputtering, or the like. Then, a voltage is applied between the electrodes 5 so that the main surface 1C side has a negative potential and the back surface 1D side has a positive potential to form polarization inversion. The applied voltage at this time is selected in the same manner as in the first embodiment.
【0080】実施例20
図26A及びBにおいて、図2A及びBに対応する部分
には同一符号を付して重複説明を省略する。この場合は
、図26Aに示すように、図2Aと同様の条件をもって
電子線bを照射した後電圧印加を行うものであるが、図
26Bに示すように、この強誘電体材料1全体を容器8
中のフロリナート等より成る絶縁液21に浸漬した状態
で電圧印加を行うものである。このような絶縁液21中
において電圧を印加することによって、電極間の放電を
確実に回避することができるため、強誘電体材料1に対
して充分大なる電圧を印加することができる。従って、
絶縁液21中において高圧印加を行うことによって分極
反転をより鮮明なパターンとして形成することができる
。Embodiment 20 In FIGS. 26A and 26B, parts corresponding to those in FIGS. 2A and 2B are given the same reference numerals, and repeated explanation will be omitted. In this case, as shown in FIG. 26A, a voltage is applied after irradiating the electron beam b under the same conditions as in FIG. 2A, but as shown in FIG. 26B, the entire ferroelectric material 1 is placed in a container. 8
A voltage is applied while the device is immersed in an insulating liquid 21 made of Fluorinert or the like. By applying a voltage in such an insulating liquid 21, discharge between the electrodes can be reliably avoided, so a sufficiently large voltage can be applied to the ferroelectric material 1. Therefore,
By applying high voltage in the insulating liquid 21, polarization inversion can be formed as a clearer pattern.
【0081】尚、このように絶縁液21中において電圧
印加を行う場合、その電圧を充分大なる適切な電圧に選
定することによって、荷電粒子の照射を行うことなく分
極反転を生じさせることができる。従って、例えば強誘
電体材料1上の電極5を、所要の分極反転パターンに対
応するパターンに被着形成して、この分極反転を形成す
べき領域内のみに所要の電圧を絶縁液21中において印
加することによって、荷電粒子の照射を行うことなく所
要のパターンの分極反転を形成することができる。[0081] When voltage is applied in the insulating liquid 21 in this manner, polarization reversal can be caused without irradiation with charged particles by selecting an appropriate voltage that is sufficiently large. . Therefore, for example, the electrodes 5 on the ferroelectric material 1 are formed in a pattern corresponding to a desired polarization inversion pattern, and the required voltage is applied in the insulating liquid 21 only in the region where the polarization inversion is to be formed. By applying this, it is possible to form a desired pattern of polarization inversion without irradiating charged particles.
【0082】また特に、実施例2〜5及び実施例8〜1
8のように、分極反転を形成する面が強誘電体材料1の
±c面以外の場合、即ちいわゆるX板またはY板上に分
極反転を形成して、この部分に導波路2を形成する場合
は、TE導波モードのSHG素子を得ることができる。
通常のレーザダイオードにおいてはTE波発振がなされ
るので、このレーザダイオードとの結合効率の向上をは
かることができ、レーザダイオードとのカップリングを
容易にすることができる。In particular, Examples 2 to 5 and Examples 8 to 1
As shown in 8, when the plane on which the polarization inversion is formed is other than the ±c plane of the ferroelectric material 1, that is, the polarization inversion is formed on the so-called X plate or Y plate, and the waveguide 2 is formed in this part. In this case, a TE waveguide mode SHG element can be obtained. Since a normal laser diode emits TE wave oscillation, it is possible to improve the coupling efficiency with the laser diode and facilitate coupling with the laser diode.
【0083】なお、上述の各実施例においては、荷電粒
子として電子線を用いて照射を行ったが、例えば強誘電
体材料としてLN単結晶を用いる場合はLi+ イオン
を照射する等、その他種々の荷電粒子を用いることがで
きる。In each of the above-mentioned examples, irradiation was performed using an electron beam as a charged particle, but for example, when LN single crystal is used as a ferroelectric material, various other methods such as Li+ ion irradiation may be used. Charged particles can be used.
【0084】[0084]
【発明の効果】上述したように、本発明分極反転制御方
法によれば、高温の加熱を行うことなく分極反転を形成
するため、強誘電体材料1の表面汚染等による特性の低
下や変動回避することができ、また従来のLi外拡散法
等と異なり、強誘電体材料1の組成を変化させないため
、屈折率の変化を伴うことなく分極反転構造を得ること
ができる。Effects of the Invention As described above, according to the polarization reversal control method of the present invention, polarization reversal is formed without high-temperature heating, so deterioration and fluctuation of characteristics due to surface contamination of the ferroelectric material 1 can be avoided. Moreover, unlike the conventional Li out-diffusion method, the composition of the ferroelectric material 1 is not changed, so a polarization inversion structure can be obtained without changing the refractive index.
【0085】また荷電粒子照射のみによる場合に比して
、適切な電圧を印加することによって、分極反転の生じ
る領域と生じない領域との対比がより鮮明となることか
ら、分極反転構造の微細化をはかることができる。[0085] Furthermore, compared to the case of charged particle irradiation alone, by applying an appropriate voltage, the contrast between regions where polarization reversal occurs and regions where no polarization reversal occurs becomes clearer. can be measured.
【0086】更にまた、従来に比し分極反転の深さを大
とすることができることから、上述の光導波路型のSH
G素子等の光デバイス装置において光変換効率を大とす
ることができ、かつバルク型のSHG素子等の光デバイ
ス装置において光学材料の選択性を大とすることができ
るとともに、従来結晶の貼り合わせ等により行っていた
製造方法を格段に簡易化することができる。Furthermore, since the depth of polarization inversion can be increased compared to the conventional method, the above-mentioned optical waveguide type SH
The light conversion efficiency can be increased in optical devices such as G elements, and the selectivity of optical materials can be increased in optical devices such as bulk type SHG elements. It is possible to greatly simplify the manufacturing method that was previously carried out by the above methods.
【0087】また、上述したように強誘電体材料1の±
c面以外の面、即ちいわゆるX板またはY板上に分極反
転を形成して、この部分に導波路2を形成する場合は、
TE導波モードのSHG素子を得ることができ、レーザ
ダイオードとの結合効率の向上をはかることができて、
レーザダイオードとのカップリングを容易にすることが
できる。Further, as mentioned above, the ± of the ferroelectric material 1
When forming polarization inversion on a plane other than the c-plane, that is, the so-called X plate or Y plate, and forming the waveguide 2 in this part,
We were able to obtain a TE waveguide mode SHG device and improve the coupling efficiency with the laser diode.
Coupling with a laser diode can be facilitated.
【図1】本発明による分極反転制御方法の一例の一製造
工程を示す略線的拡大断面図である。FIG. 1 is a schematic enlarged cross-sectional view showing one manufacturing process of an example of the polarization inversion control method according to the present invention.
【図2】他の本発明による分極反転制御方法の一例の製
造工程を示す製造工程図である。FIG. 2 is a manufacturing process diagram showing an example of the manufacturing process of another polarization inversion control method according to the present invention.
【図3】本発明による分極反転制御方法の他の例の一製
造工程を示す略線的拡大斜視図である。FIG. 3 is a schematic enlarged perspective view showing a manufacturing process of another example of the polarization inversion control method according to the present invention.
【図4】本発明による分極反転制御方法の他の例の一製
造工程を示す略線的拡大斜視図である。FIG. 4 is a schematic enlarged perspective view showing a manufacturing process of another example of the polarization inversion control method according to the present invention.
【図5】本発明による分極反転制御方法の他の例の一製
造工程を示す略線的拡大斜視図である。FIG. 5 is a schematic enlarged perspective view showing a manufacturing process of another example of the polarization inversion control method according to the present invention.
【図6】光デバイス装置の製造方法の一例を示す製造工
程図である。FIG. 6 is a manufacturing process diagram showing an example of a method for manufacturing an optical device.
【図7】本発明による分極反転制御方法の他の例の一製
造工程を示す略線的拡大斜視図である。FIG. 7 is a schematic enlarged perspective view showing a manufacturing process of another example of the polarization inversion control method according to the present invention.
【図8】本発明による分極反転制御方法の他の例を示す
製造工程図である。FIG. 8 is a manufacturing process diagram showing another example of the polarization inversion control method according to the present invention.
【図9】光デバイス装置の製造方法の他の例を示す製造
工程図である。FIG. 9 is a manufacturing process diagram showing another example of a method for manufacturing an optical device.
【図10】光デバイス装置の製造方法の他の例を示す製
造工程図である。FIG. 10 is a manufacturing process diagram showing another example of a method for manufacturing an optical device.
【図11】本発明による分極反転制御方法の他の例の一
製造工程を示す略線的拡大断面図である。FIG. 11 is a schematic enlarged cross-sectional view showing a manufacturing process of another example of the polarization inversion control method according to the present invention.
【図12】本発明による分極反転制御方法の他の例の一
製造工程を示す略線的拡大断面図である。FIG. 12 is a schematic enlarged sectional view showing a manufacturing process of another example of the polarization inversion control method according to the present invention.
【図13】本発明による分極反転制御方法の他の例の一
製造工程を示す略線的拡大斜視図である。FIG. 13 is a schematic enlarged perspective view showing a manufacturing process of another example of the polarization inversion control method according to the present invention.
【図14】本発明による分極反転制御方法の他の例の一
製造工程を示す略線的拡大斜視図である。FIG. 14 is a schematic enlarged perspective view showing a manufacturing process of another example of the polarization inversion control method according to the present invention.
【図15】本発明による分極反転制御方法の他の例の一
製造工程を示す略線的拡大斜視図である。FIG. 15 is a schematic enlarged perspective view showing a manufacturing process of another example of the polarization inversion control method according to the present invention.
【図16】本発明による分極反転制御方法の他の例の一
製造工程を示す略線的拡大斜視図である。FIG. 16 is a schematic enlarged perspective view showing a manufacturing process of another example of the polarization inversion control method according to the present invention.
【図17】電極形状の一例を示す略線的拡大上面図であ
る。FIG. 17 is a schematic enlarged top view showing an example of an electrode shape.
【図18】電極形状の他の例を示す略線的拡大上面図で
ある。FIG. 18 is a schematic enlarged top view showing another example of the electrode shape.
【図19】本発明による分極反転制御方法の他の例の一
製造工程を示す略線的拡大斜視図である。FIG. 19 is a schematic enlarged perspective view showing a manufacturing process of another example of the polarization inversion control method according to the present invention.
【図20】本発明による分極反転制御方法の他の例の一
製造工程を示す略線的拡大斜視図である。FIG. 20 is a schematic enlarged perspective view showing a manufacturing process of another example of the polarization inversion control method according to the present invention.
【図21】本発明による分極反転制御方法の他の例の一
製造工程を示す略線的拡大斜視図である。FIG. 21 is a schematic enlarged perspective view showing a manufacturing process of another example of the polarization inversion control method according to the present invention.
【図22】本発明による分極反転制御方法の他の例の一
製造工程を示す略線的拡大斜視図である。FIG. 22 is a schematic enlarged perspective view showing a manufacturing process of another example of the polarization inversion control method according to the present invention.
【図23】本発明による分極反転制御方法の他の例の一
製造工程を示す略線的拡大斜視図である。FIG. 23 is a schematic enlarged perspective view showing a manufacturing process of another example of the polarization inversion control method according to the present invention.
【図24】本発明による分極反転制御方法の他の例の一
製造工程を示す略線的拡大斜視図である。FIG. 24 is a schematic enlarged perspective view showing a manufacturing process of another example of the polarization inversion control method according to the present invention.
【図25】本発明による分極反転制御方法の他の例の一
製造工程を示す略線的拡大斜視図である。FIG. 25 is a schematic enlarged perspective view showing a manufacturing process of another example of the polarization inversion control method according to the present invention.
【図26】他の本発明による分極反転制御方法の他の例
を示す製造工程図である。FIG. 26 is a manufacturing process diagram showing another example of the polarization inversion control method according to the present invention.
【図27】従来の周期ドメイン反転構造を示す略線的拡
大断面図である。FIG. 27 is a schematic enlarged cross-sectional view showing a conventional periodic domain inversion structure.
【図28】従来の周期ドメイン反転構造の製法の一例を
示す略線的拡大断面図である。FIG. 28 is a schematic enlarged cross-sectional view showing an example of a conventional method for manufacturing a periodic domain inversion structure.
1 強誘電体材料 1C 主面 1D 裏面 1d 縁部 1e 縁部 1A 側面 1B 側面 1E 上側面 2 導波路 3 分極反転構造 3A 分極反転 4 電極膜 5 電極 6 絶縁体 7 凸部 8 容器 9 反応液 10 炉 21 絶縁液 1 Ferroelectric material 1C Main surface 1D back side 1d Edge 1e Edge 1A side 1B Side 1E Top side 2 Waveguide 3 Polarization inversion structure 3A Polarization inversion 4 Electrode film 5 Electrode 6 Insulator 7 Convex part 8 Container 9 Reaction liquid 10 Furnace 21 Insulating liquid
Claims (2)
極の負側に負電位、正側に正電位となるように10V/
mm〜100kV/mmの電圧を印加し、かつ加速電圧
1kV〜100kVの荷電粒子を、上記強誘電体材料の
照射面における電流密度が1μA/mm2 〜1000
μA/mm2 となるように照射し、上記電圧印加及び
上記荷電粒子照射の少なくとも一方が、最終的に得る分
極反転構造のパターンに対応するパターンとされて、分
極反転構造を形成するようにしたことを特徴とする分極
反転制御方法。Claim 1: A voltage of 10 V/voltage is applied so that the negative side of the spontaneous polarization of the single-domain ferroelectric material has a negative potential and the positive side has a positive potential.
A voltage of 1 μA/mm to 100 kV/mm is applied, and charged particles with an accelerating voltage of 1 kV to 100 kV are applied at a current density of 1 μA/mm to 1000 μA/mm on the irradiated surface of the ferroelectric material.
μA/mm2, and at least one of the voltage application and the charged particle irradiation is formed in a pattern corresponding to the pattern of the polarization inversion structure to be finally obtained, so that the polarization inversion structure is formed. A polarization reversal control method characterized by:
荷電粒子を照射する工程と、その後上記強誘電体材料に
対して電圧を印加する工程とを有することを特徴とする
分極反転制御方法。2. Polarization inversion characterized by comprising the steps of irradiating charged particles onto a single-domain ferroelectric material, and then applying a voltage to the ferroelectric material. Control method.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3043505A JPH04280234A (en) | 1991-03-08 | 1991-03-08 | Control method of polarization inversion |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3043505A JPH04280234A (en) | 1991-03-08 | 1991-03-08 | Control method of polarization inversion |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04280234A true JPH04280234A (en) | 1992-10-06 |
Family
ID=12665588
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3043505A Pending JPH04280234A (en) | 1991-03-08 | 1991-03-08 | Control method of polarization inversion |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JPH04280234A (en) |
-
1991
- 1991-03-08 JP JP3043505A patent/JPH04280234A/en active Pending
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