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JP4675006B2 - Method for forming periodic domain-inverted structure - Google Patents
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JP4675006B2 - Method for forming periodic domain-inverted structure - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、周期状分極反転構造の形成方法に関し、詳しくは、ニオブ酸リチウムやタンタル酸リチウムなどの強誘電体単結晶基板を用いるSHG(Second Harmonic Generation)デバイス製造時において好適に用いることのできる、周期状分極反転構造の形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
印刷、光情報処理、及び光応用計測制御分野などにおいては、小型の短波長光源の実現が強く望まれており、この短波長光源を実現足らしめるものとしてSHGデバイスが注目を浴びている。このSHGデバイスは、半導体レーザから出射された光を通過させることによって、非線型光学効果を利用して2次高調波を生成する。この2次高調波は前記半導体レーザから出射された光に対して周波数が2倍であり、したがって波長は1/2となっている。すなわち、前記SHGデバイスを利用することによって、前記半導体レーザからの出射光に対して1/2の波長を有する短波長の光を得ることができる。
【0003】
前記SHGデバイスは、ニオブ酸リチウム(以下、「LN」と略す場合がある)やタンタル酸リチウム(以下、「LT」と略す場合がある)などの強誘電体単結晶基板を具え、この基板内において光の進行方向と略垂直に、分極状態が周期状に反転してなる分極構造を有している。このような周期状分極反転構造は、一般に以下のようにして形成する。
【0004】
図1は、周期状分極反転構造の形成方法を説明するための図である。なお、特徴を明確にすべく、図1に示す各部分の大きさ及び形状などについては実際のものと異なるように描いている。LNやLTなどの、例えばオフカット基板からなる強誘電体単結晶基板1の主面1A上に、周期状に配置された複数の電極片2−1〜2−5を有する櫛形状の第1の電極2と、この第1の電極2と対向するようにして主面1A及び裏面1B上に一様な平板状の第2の電極3A及び3Bとを配置する。
【0005】
そして、第1の電極2と第2の電極3A及び3Bとの間に所定の電圧V1及びV2を印加すると、強誘電体単結晶基板1の分極方向Bと逆の分極方向Aを有する分極反転域が、第1の電極2の各電極片から基板の結晶方位に向けて徐々に伸長し、分極方向が反転した、分極方向Aを有する分極領域4Aと、元の分極方向Bを有する分極領域4Bとからなる周期状分極反転構造4が形成される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
周期状分極反転構造4をSHGデバイスなどに用いた場合に実効あらしめるためには、周期状分極反転構造4が強誘電体単結晶基板1の主面1Aから十分な深さを有するように形成する必要がある。このため、通常は、第1の電極2と第2の電極3A及び3Bとの間に印加する電圧V1及びV2の絶対値は、大きいほど好ましい。
【0007】
しかしながら、第1の電極2及び第2の電極3間に高電圧を印加すると、強誘電体単結晶基板1が破壊してしまう場合があった。そこで、特開平2001−66652号公報には、第1の電極2及び第2の電極3間に、パルス状の電圧を複数回印加することにより、強誘電体単結晶基板1の破壊を防止するとともに、十分な深さを有する周期状分極反転構造4を形成することが記載されている。また、特開平8−220578号公報には、パルス電圧が重畳された直流電圧を印加することが記載されている。
【0008】
しかしながら、上記いずれの方法においても、十分な深さの周期状分極反転構造4を得ることはできなかった。具体的には、MgOドープのLN単結晶の5度オフカット基板を用いた場合においては、最大でも約2.2μm程度の深さの周期状分極反転構造しか得ることができなかった。したがって、実用的な高出力のSHGデバイスを得ることは困難であった。
【0009】
本発明は、強誘電体単結晶基板を破壊することなく、十分な深さの周期状分極反転構造を形成することを可能にする新規な方法を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく、本発明は、強誘電体単結晶基板の一表面上において、周期状に配列された複数の電極片を有する第1の電極と、この第1の電極と離隔し、対向して位置するように、前記強誘電体単結晶基板の任意の表面上に第2の電極とを配置し、前記第1の電極と前記第2の電極との間にパルス状の電圧を繰り返し印加するとともに、このパルス状の電圧と同期させてバイアス電圧を印加し、前記強誘電体単結晶内の所定領域において周期状の分極反転構造を形成する際に前記バイアス電圧を、印加開始時から最大となる時までの時間が0.1秒〜5秒までとするとともに、前記最大となる時から印加停止時までの時間が0.1秒〜5秒までとなるように印加し、更に、該バイアス電圧は前記パルス電圧の印加時において最大となるように印加する、ことを特徴とする、周期状分極反転構造の形成方法に関する。
【0011】
本発明者らは、強誘電体単結晶基板の破壊を防止しながら、前記強誘電体単結晶基板内深くに周期状分極反転構造を形成すべく、鋭意検討を行なった。その結果、従来のようにパルス電圧を印加する際に、このパルス電圧を印加する時のみに、前記パルス電圧と同期させて所定のバイアス電圧を印加することにより、前記強誘電体単結晶基板を破壊することなく、十分な深さの周期状分極反転構造を形成できることを見出し、本発明をするに至ったものである。
【0012】
したがって、本発明によれば、強誘電体単結晶基板内に、周期状分極反転構造を十分な深さで形成することができ、高出力で実用に足るSHGデバイスなどを提供することができるようになる。
【0013】
なお、本発明の好ましい態様においては、前記バイアス電圧は、その大きさが時間とともに増減し、前記パルス電圧印加時において最大となるように印加する。また、本発明の他の好ましい態様においては、前記バイアス電圧は、前記パルス電圧印加時を含む、前記パルス電圧印加前、及び前記パルス電圧印加後の所定時間において、最大となるように印加する。
【0014】
これらの好ましい態様によれば、バイアス電圧を、分極反転を生ぜしめるべくパルス電圧印加時に最大となるように印加しているため、バイアス電圧の利用効率が増大し、より低いバイアス電圧でより深い周期状分極反転構造を効率良く形成することができる。
【0015】
また、バイアス電圧が印加された一定の時間間隔中でパルス電圧を印加するようにしているため、前記パルス電圧と前記バイアス電圧の最大値との合計である最大電圧が、電極を介して強誘電体単結晶基板に瞬時に印加されるのを防止することができる。このため、前記強誘電体単結晶基板の破壊を防止して、周期状分極反転構造をより深く形成することができる。
【0016】
また、本発明のその他の好ましい態様においては、前記バイアス電圧の印加前後の少なくとも一方において、前記パルス電圧の極性と異なる極性の逆バイアス電圧を前記バイアス電圧と連続させて印加する。この場合においては、前記バイアス電圧の実効値が増大し、前記パルス電圧と同期させて実際に印加したバイアス電圧値よりも実質的に大きな電圧が印加された場合と等価になる。したがって、周期状分極反転構造をより深く形成することができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、具体例を挙げながら発明の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
【0018】
本発明の周期状分極反転構造の形成方法においては、例えば、図1に示すように、LNやLTのオフカット基板からなる強誘電体単結晶基板1の主面1A上に、電極片2−1〜2−5を有する櫛形状の第1の電極2を形成し、この第1の電極2と対向するようにして平板状の第2の電極3Aを形成する。その後、裏面1B上に第1の電極2と対向するようにして同じく平板状の第2の電極3Bを形成する。次いで、第1の電極2と第2の電極3A及び3B間に、以下の印加電圧プロファイルに従って、分極反転のためのパルス電圧及びバイアス電圧を印加する。
【0019】
なお、第1の電極2と主面1A上に形成された第2の電極3Aとの間には電圧を印加せず、第1の電極2と裏面1B上に形成された第2の電極3Bとの間にのみ電圧を印加しても、周期状分極反転構造4を得ることができたため、以下の説明においては、電極2及び電極3B間における電圧プロファイルについて述べる。この場合においては、1対の電極間にのみ電圧を印加すれば良いため、システム構成が簡略化でき、安価な設備で分極反転構造を得ることができる。
【0020】
図2は、本発明の周期状分極反転構造の形成方法の好ましい態様における、印加電圧の時間プロファイルを示すグラフである。図2において、バイアス電圧Vは、パルス電圧Vが印加される時点において最大値VBMAXとなるように印加されている。これによって、分極反転を生ぜしめるべく、パルス電圧V印加時tpにおいて、バイアス電圧Vを最大限に利用することができる。したがって、バイアス電圧Vの利用効率が増大し、より低い電圧値でより深い周期状分極反転構造を効率よく形成することができる。
【0021】
また、パルス電圧V印加時tpの前後において、バイアス電圧Vが最大値VBMAXに向けて増減するための所定の時間間隔t1(バイアス電圧VB印加開始時tsからパルス電圧印加時tpまでの時間)及びt2(パルス電圧印加時tpからバイアス電圧VB印加終了時teまでの時間)を設けている。
【0022】
すなわち、分極反転を生ぜしめる際において、強誘電単結晶基板1に対してパルス電圧V及びバイアス電圧Vの合計最大値であるVMAXが瞬時に印加されないようにしている。したがって、高電圧を瞬時に印加することによって生じる強誘電体単結晶基板の破壊を効果的に防止することができる。この場合における分極反転構造形成は、上記図1で説明した場合と同様の機構に従って形成される。
【0023】
すなわち、図2に示すような電圧印加プロファイルを採ることにより、強誘電体単結晶基板1を破壊することなく、高電圧をより効率的に印加することができ、周期状分極反転構造4をより深く形成することができる。
【0024】
図2に示す印加電圧プロファイルをより実効あらしめるためには、時間間隔t1は0.1秒〜5秒であることが好ましく、さらには0.5秒〜2秒であることが好ましい。また、時間間隔t2は0.1秒〜5秒であることが好ましく、さらには0.5秒〜2秒であることが好ましい。
【0025】
また、パルス電圧Vとバイアス電圧Vとの合計最大値VMAXは、強誘電体単結晶基板1の単位厚さ(mm)当たり、0.2kV〜20kVであることが好ましく、さらには4kV〜10kVであることが好ましい。これによって、周期状分極反転構造4をより深く形成することができる。また、前記範囲を超えるVMAXを印加する場合は、強誘電体単結晶基板1を破壊してしまう場合がある。
【0026】
なお、バイアス電圧の最大値VBMAXは、上記VMAXの0.4〜0.6の割合で印加することが好ましい。
【0027】
図3は、本発明の周期状分極反転構造の形成方法の他の好ましい態様における、印加電圧の時間プロファイルを示すグラフである。図3に示すプロファイルにおいては、バイアス電圧V印加開始時tsから時間t3の間に最大値VBMAXに至り、パルス電圧V印加時tp前後の所定時間間隔t4(バイアス電圧Vが最大値VBMAXに到達した時間tm1からパルス電圧V印加時tpまでの時間)及びt5(パルス電圧VP印加時tpからバイアス電圧Vが最大値VBMAXより減少を開始する時間tm2までの時間)において、最大値VBMAXを示す。そして、時間tm2から時間t6の間にバイアス電圧Vは0となる。すなわち、この場合において、パルス電圧Vは、バイアス電圧Vの最大値VBMAXが印加された所定の時間間隔内で印加されている。
【0028】
したがって、パルス電圧Vを印加して分極反転を生ぜしめる際においては、常にバイアス電圧Vの最大値VBMAXが印加されるため、パルス電圧V印加時tpにおいて、バイアス電圧Vを最大限に利用することができる。したがって、バイアス電圧Vの利用効率が増大し、より低い電圧値でより深い周期状分極反転構造を効率よく形成することができる。
【0029】
また、パルス電圧V印加時tpにおいて、バイアス電圧Vの最大値VBMAXが瞬時に印加され、その結果、強誘電体単結晶基板1に対して、合計電圧の最大値VMAXが瞬時に印加されないようにしている。したがって、強誘電体単結晶基板1に対して、高電圧が瞬時に印加されるのを抑制してその破壊を効果的に防止することができる。なお、この場合においても、分極反転構造形成は、上記図1で説明した場合と同様の機構に従って形成される。
【0030】
したがって、図2に示すような電圧印加プロファイルを採ることにより、強誘電体単結晶基板1を破壊することなく、高電圧をより効率的に印加することができ、周期状分極反転構造4をより深く形成することができる。
【0031】
図3に示す印加電圧プロファイルをより実効あらしめるためには、時間間隔t4は0.1秒〜3秒であることが好ましく、さらには0.2秒〜0.5秒であることが好ましい。また、時間間隔t5は0.1秒〜5秒であることが好ましく、さらには0.2秒〜0.5秒であることが好ましい。
【0032】
また、パルス電圧Vとバイアス電圧Vとの合計最大値VMAXは、上記同様、強誘電体単結晶基板1の単位厚さ(mm)当たり、0.2kV〜20kVであることが好ましく、さらには4kV〜10kVであることが好ましい。これによって、周期状分極反転構造4をより深く形成することができる。また、前記範囲を超えるVMAXを印加する場合は、強誘電体単結晶基板1を破壊してしまう場合がある。
【0033】
なお、バイアス電圧の最大値VBMAXについても、上記VMAXの0.4〜0.6の割合で印加することが好ましい。
【0034】
また、バイアス電圧V印加開始時tsから最大値VBMAXに至るまでの時間t3及び最大値VBMAXからバイアス電圧印加終了時teまでの時間t6は、特には限定されず、強誘電単結晶基板1を破壊しないような時間範囲内において任意に決定することができる。一般には、それぞれ0.01秒〜5秒である。
【0035】
図4は、図3に示す印加電圧プロファイルの変形例である。図4に示す印加電圧プロファイルにおいては、図3に示すような立ち上がり時間t3及び立ち下がり時間t6を設けることなく、瞬時に最大値VMAXに到達するようにバイアス電圧Vを印加している。強誘電体単結晶基板1が破壊されない限り、図4に示すような瞬時のバイアス電圧V印加も可能である。なお、その他の条件は、図3に示す場合と同様である。
【0036】
図5は、本発明の周期状分極反転構造の形成方法のその他の好ましい態様における、印加電圧の時間プロファイルを示すグラフである。図5に示す印加時間プロファイルは、図3に示す印加時間プロファイルの、バイアス電圧Vと連続させて、パルス電圧V及びバイアス電圧Vと極性が逆である負の逆バイアス電圧Vを印加している。
【0037】
この場合、強誘電体単結晶基板1に対してバイアス電圧Vが印加されていない時点においては、定常的に逆バイアス電圧Vが印加されている。したがって、パルス電圧Vを印加して分極反転を生ぜしめるべく、バイアス電圧Vを印加する際には、強誘電体単結晶基板1は、逆バイアス電圧Vの最大値VGMAXとバイアス電圧Vの最大値VBMAXとの合計(VGMAX+VBMAX)のバイアス電圧を感じるようになる。
【0038】
すなわち、強誘電体単結晶基板1には、目的とするバイアス電圧Vの最大値VBMAXに加えて、逆バイアス電圧VGの最大値VGMAXが実質的に印加された場合と等価になる。この結果、バイアス電圧Vの実効値が増大するため、より少なくバイアス電圧Vでより深い分極反転構造を形成することができる。
【0039】
なお、図5ではバイアス電圧Vの印加開始前及び印加終了後において逆バイアス電圧Vを印加しているが、いずれか一方において印加すればよい。しかしながら、分極反転構造形成時においては、図5に示すようにパルス電圧Vを複数回印加することになる。したがって、パルス電圧Vと同期させて複数回バイアス電圧Vを印加し、各バイアス電圧V印加に対して逆バイアス電圧Vを連続的に簡易に印加することが必要になる。
【0040】
このため、バイアス電圧Vの印加開始前、又は印加終了後の一方ではなく、図5に示すように、双方の場合に逆バイアス電圧を印加することによって、バイアス電圧Vと逆バイアス電圧Vとの連続性を容易に保持することができる。
【0041】
図2〜5に示すような印加電圧プロファイルを用いて、例えば図1に示すような構成で周期状分極反転構造4を形成した場合、1μm以上の深さのものを得ることができる。なお、現状においては、強誘電単結晶基板1として、厚さ0.5mmのLN単結晶5度オフYカット基板を用いた場合、約2.5μm深さまでの周期状分極反転構造を得ることができる。
【0042】
図1に示すような強誘電体単結晶基板1内に周期状分極反転構造4を作製した後は、櫛形形状の第1の電極2及び平板状の第2の電極3は、それぞれ取り除かれる。
【0043】
図6は、周期状分極反転構造が形成された強誘電体単結晶基板に、光導波路を形成した状態を示す図である。なお、簡略化のため、図6においては、強誘電体単結晶基板の、周期状分極反転構造が形成された部分のみを示している。
【0044】
図1〜5に示す工程に従って、周期状分極反転構造が形成された強誘電体単結晶基板を得た後、これを実際のSHGデバイスなどとして用いるためには、図6に示すように、プロトン交換法などによって周期状分極反転構造4内に光導波路5を形成して、所定の光導波路素子10を作製する。その後、光導波路素子10を実装し、光ファイバなどを接続することによって、目的とするSHGデバイスなどを得る。
【0045】
図7〜図9は、周期状分極反転構造が形成された強誘電体単結晶基板を用いて、リッジ構造型の光導波路素子を形成するための工程を説明するための図である。
【0046】
最初に、図7に示すように、周期状分極反転構造4の形成された強誘電体単結晶基板1を、主面1Aが下側になるようにして、支持基板11と接着層12を介して貼り合わせる。次いで、強誘電体単結晶基板1に裏面1Bから研削加工及び研摩加工を施すことにより、図8に示すように、周期状分極反転構造4が露出するまで薄板化する。その後、ダイシング加工、あるいは所定のマスクを介してレーザ加工処理を行ない、強誘電体単結晶基板1の両側部分を所定の厚さを残して除去し、図9に示すようなリッジ型の光導波路15を有する、リッジ構造型の光導波路素子20を得る。
【0047】
その後、光導波路素子20を実装し、光ファイバなどを接続することによって、目的とするSHGデバイスなどを得る。
【0048】
【実施例】
以下、実施例に基づいて本発明を具体的に説明する。
(実施例)
最初に、厚さ0.5mmのMgOドープLN単結晶のXカット板を強誘電体単結晶基板1として用い、この基板の主面1A上に、Taからなる幅dが0.4μm、ピッチPが2.8μmの電極片を有する櫛形形状の第1の電極2と、同じくTaからなる平板状の第2の電極3Aとを互いに対向するようにして形成した。その後、裏面1B上に、同じくTaからなる平板状の第2の電極3Bを、第1の電極2と対向するように形成した。次いで、第1の電極21と第2の電極3A及び3B間に、図3に示すような印加電圧プロファイルを用いてパルス電圧VP及びバイアス電圧VBを印加し、周期状分極反転構造4を形成した。
【0049】
なお、このときt4及びt5はそれぞれ0.2秒とし、t3及びt6はそれぞれ2秒とした。また、VBMAXは2kVとし、VMAXは4kVとした。また、パルス電圧VPのパルス幅は50mm秒とした。
【0050】
(比較例)
実施例と同様に、厚さ0.5mmのMgOドープLN単結晶の5度オフYカット基板を強誘電体単結晶基板1として用い、この基板1の主面1A及び裏面1B上に、実施例と同形状及び同じ大きさの第1の電極2並びに第2の電極3A及び3Bを形成した。その後、第1の電極2及び第2の電極3間に、大きさ2kV、パルス幅50m秒のパルス電圧が頂上された、大きさ2kVの直流電圧を定常的に印加して、周期状分極反転構造4を形成した。
【0051】
図10は、上記実施例で形成された周期状分極反転構造4が形成された強誘電体単結晶基板1の断面を示す光学顕微鏡写真であり、図11は、上記比較例で形成された周期状分極反転構造4が形成された強誘電体単結晶基板1の断面を示す光学顕微鏡写真である。
【0052】
図10及び11から明らかなように、いずれの場合も強誘電体単結晶基板1内に周期状に配列してなる分極反転構造が形成されていることが分かる。そして、本発明に従って形成した図10に示す周期状分極反転構造は、従来の方法に従って形成した図11に示す周期状分極反転構造と比較して、強誘電体単結晶基板1内部において、十分深く形成されていることが確認された。
【0053】
具体的な実測値は、図11に示す周期状分極反転構造の深さが2.2μmであり、図10に示す周期状分極反転構造の深さが3.9μmである。したがって、実測値からも、本発明に従って形成した周期状分極反転構造は、強誘電体単結晶基板内において、十分な深さを有していることが分かる。
【0054】
以上、具体例を挙げながら発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明してたが、本発明は上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない範囲において、あらゆる変更や変形が可能である。例えば、上記においては、強誘電体単結晶基板1を、例えばMgOドープのLN単結晶の5度オフカット板から構成する場合について示しているが、本発明は、例えばLN単結晶の任意のオフカット基板、並びにXカット基板、Yカット基板、Zカット基板から構成する場合についても用いることができる。
【0055】
また、図1においては、主面1A及び裏面1B上において、櫛形状の第1の電極12と対向するように第2の電極3A及び3Bを形成しているが、LN単結晶のXカット基板又はYカット基板を用いる場合は、裏面1B上に第2の電極3Bを形成することなく、主面1A上において第2の電極3Aのみを形成することによって、目的とする周期状分極反転構造を作製することができる。
【0056】
さらに、LN単結晶のZカット基板又は上述したオフカット基板を用いる場合は、主面1A上に第2の電極3Aを形成することなく、裏面1B上に第2の電極3Bのみを形成することによって、目的とする周期状分極反転構造を作製することができる。
【0057】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、強誘電体単結晶基板を破壊することなく、十分な深さの周期状分極反転構造を形成することが可能になり、実用的な高出力のSHGデバイスなどを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】周期状分極反転構造の形成方法を説明するための図である。
【図2】本発明の周期状分極反転構造の形成方法の好ましい態様における、印加電圧の時間プロファイルを示すグラフである。
【図3】本発明の周期状分極反転構造の形成方法の他の好ましい態様における、印加電圧の時間プロファイルを示すグラフである。
【図4】図3に示す印加電圧プロファイルの変形例である。
【図5】本発明の周期状分極反転構造の形成方法のその他の好ましい態様における、印加電圧の時間プロファイルを示すグラフである。
【図6】周期状分極反転構造が形成された強誘電体単結晶基板に、光導波路を形成した状態を示す図である。
【図7】周期状分極反転構造が形成された強誘電体基板を用いて、リッジ構造型の光導波路素子を形成する方法を説明するための一工程図である。
【図8】図7に示す工程の次の工程を示す図である。
【図9】図8に示す工程の次の工程を示す図である。
【図10】本発明の方法に従って形成した周期状分極反転構造を有する強誘電体単結晶基板断面の、光学顕微鏡写真である。
【図11】従来の方法に従って形成した周期状分極反転構造を有する強誘電体単結晶基板断面の、光学顕微鏡写真である。
【符号の説明】
1 強誘電体単結晶基板、2 第1の電極、3 第2の電極、4 周期状分極反転構造、5、15 光導波路、10、20 光導波路素子、11 支持基板、12 接着層
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for forming a periodic domain-inverted structure. Specifically, the present invention can be suitably used when manufacturing a SHG (Second Harmonic Generation) device using a ferroelectric single crystal substrate such as lithium niobate or lithium tantalate. The present invention also relates to a method for forming a periodic domain-inverted structure.
[0002]
[Prior art]
In the fields of printing, optical information processing, optical applied measurement control, and the like, realization of a small short-wavelength light source is strongly desired, and an SHG device is attracting attention as a means for realizing this short-wavelength light source. This SHG device generates the second harmonic using the nonlinear optical effect by passing the light emitted from the semiconductor laser. The second harmonic has a frequency twice that of the light emitted from the semiconductor laser, and therefore has a wavelength of ½. That is, by using the SHG device, it is possible to obtain short-wavelength light having a half wavelength with respect to light emitted from the semiconductor laser.
[0003]
The SHG device includes a ferroelectric single crystal substrate such as lithium niobate (hereinafter sometimes abbreviated as “LN”) or lithium tantalate (hereinafter sometimes abbreviated as “LT”). In FIG. 4, a polarization structure in which the polarization state is inverted in a periodic manner substantially perpendicular to the light traveling direction. Such a periodic domain-inverted structure is generally formed as follows.
[0004]
FIG. 1 is a diagram for explaining a method of forming a periodic domain-inverted structure. In order to clarify the features, the size and shape of each part shown in FIG. 1 are drawn differently from the actual ones. A comb-shaped first having a plurality of electrode pieces 2-1 to 2-5 arranged periodically on a main surface 1A of a ferroelectric single crystal substrate 1 made of, for example, an off-cut substrate, such as LN or LT. The flat electrode 2 and the flat second electrodes 3A and 3B are arranged on the main surface 1A and the back surface 1B so as to face the first electrode 2.
[0005]
When predetermined voltages V1 and V2 are applied between the first electrode 2 and the second electrodes 3A and 3B, the polarization inversion has a polarization direction A opposite to the polarization direction B of the ferroelectric single crystal substrate 1. A polarization region 4A having a polarization direction A and a polarization region having an original polarization direction B in which the region gradually extends from each electrode piece of the first electrode 2 toward the crystal orientation of the substrate and the polarization direction is reversed. A periodic domain-inverted structure 4 consisting of 4B is formed.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The periodic domain-inverted structure 4 is formed to have a sufficient depth from the main surface 1A of the ferroelectric single crystal substrate 1 in order to be effective when the domain-inverted structure 4 is used in an SHG device or the like. There is a need to. For this reason, normally, the absolute values of the voltages V1 and V2 applied between the first electrode 2 and the second electrodes 3A and 3B are preferably as large as possible.
[0007]
However, when a high voltage is applied between the first electrode 2 and the second electrode 3, the ferroelectric single crystal substrate 1 may be destroyed. Japanese Patent Laid-Open No. 2001-66652 discloses that a pulse-like voltage is applied a plurality of times between the first electrode 2 and the second electrode 3 to prevent the ferroelectric single crystal substrate 1 from being broken. In addition, it is described that the periodic domain-inverted structure 4 having a sufficient depth is formed. Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-220578 discloses that a DC voltage on which a pulse voltage is superimposed is applied.
[0008]
However, in any of the above methods, the periodic domain-inverted structure 4 having a sufficient depth cannot be obtained. Specifically, in the case of using a MgO-doped LN single crystal 5 degree offcut substrate, only a periodic domain-inverted structure having a depth of about 2.2 μm at the maximum could be obtained. Therefore, it has been difficult to obtain a practical high output SHG device.
[0009]
An object of the present invention is to provide a novel method capable of forming a periodic domain-inverted structure having a sufficient depth without destroying a ferroelectric single crystal substrate.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, the present invention provides a first electrode having a plurality of electrode pieces arranged in a periodic manner on one surface of a ferroelectric single crystal substrate, and is separated from the first electrode, A second electrode is disposed on an arbitrary surface of the ferroelectric single crystal substrate so as to be opposed to each other, and a pulsed voltage is applied between the first electrode and the second electrode. while repeatedly applying the bias voltage is applied in synchronization with the pulse voltage, the bias voltage in forming the periodic domain-inverted structure in a predetermined area of the ferroelectric in a single crystal, applied at the start The time from the maximum to 0.1 second to 5 seconds, and the time from the maximum to the application stop time is applied from 0.1 second to 5 seconds, The bias voltage becomes maximum when the pulse voltage is applied. Applied to, characterized in that, a method for forming a periodic domain inversion structure.
[0011]
The present inventors have intensively studied to form a periodic domain-inverted structure deep inside the ferroelectric single crystal substrate while preventing the ferroelectric single crystal substrate from being destroyed. As a result, when a pulse voltage is applied as in the prior art, only when the pulse voltage is applied, a predetermined bias voltage is applied in synchronization with the pulse voltage, whereby the ferroelectric single crystal substrate is The present inventors have found that a periodic domain-inverted structure having a sufficient depth can be formed without being destroyed, and have reached the present invention.
[0012]
Therefore, according to the present invention, the periodic domain-inverted structure can be formed at a sufficient depth in the ferroelectric single crystal substrate, and a high output and practical SHG device can be provided. become.
[0013]
In a preferred embodiment of the present invention, the bias voltage is applied so that the magnitude thereof increases or decreases with time and becomes maximum when the pulse voltage is applied. In another preferred aspect of the present invention, the bias voltage is applied so as to be maximized before the pulse voltage is applied and during a predetermined time after the pulse voltage is applied, including when the pulse voltage is applied.
[0014]
According to these preferred embodiments, since the bias voltage is applied so as to be maximized at the time of applying the pulse voltage so as to cause polarization reversal, the utilization efficiency of the bias voltage is increased, and a deeper period is obtained with a lower bias voltage. Can be formed efficiently.
[0015]
Further, since the pulse voltage is applied during a certain time interval when the bias voltage is applied, the maximum voltage, which is the sum of the pulse voltage and the maximum value of the bias voltage, is applied to the ferroelectric via the electrode. Instantaneous application to the body single crystal substrate can be prevented. For this reason, it is possible to prevent the ferroelectric single crystal substrate from being broken and to form the periodic domain-inverted structure deeper.
[0016]
In another preferred aspect of the present invention, a reverse bias voltage having a polarity different from the polarity of the pulse voltage is applied continuously with the bias voltage at least before and after application of the bias voltage. In this case, the effective value of the bias voltage increases, which is equivalent to a case where a voltage substantially larger than the bias voltage value actually applied in synchronization with the pulse voltage is applied. Therefore, the periodic domain-inverted structure can be formed deeper.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments of the invention with specific examples.
[0018]
In the method for forming a periodic domain-inverted structure of the present invention, for example, as shown in FIG. 1, an electrode piece 2-is formed on a main surface 1 A of a ferroelectric single crystal substrate 1 made of an LN or LT off-cut substrate. A comb-shaped first electrode 2 having 1 to 2-5 is formed, and a flat plate-like second electrode 3A is formed so as to face the first electrode 2. Thereafter, a flat plate-like second electrode 3B is formed on the back surface 1B so as to face the first electrode 2. Next, a pulse voltage and a bias voltage for polarization inversion are applied between the first electrode 2 and the second electrodes 3A and 3B according to the following applied voltage profile.
[0019]
A voltage is not applied between the first electrode 2 and the second electrode 3A formed on the main surface 1A, and the second electrode 3B formed on the first electrode 2 and the back surface 1B. Since the periodic domain-inverted structure 4 can be obtained even when a voltage is applied only between the electrodes 2 and 3, the voltage profile between the electrode 2 and the electrode 3B will be described in the following description. In this case, since it is only necessary to apply a voltage between a pair of electrodes, the system configuration can be simplified, and a domain-inverted structure can be obtained with inexpensive equipment.
[0020]
FIG. 2 is a graph showing a time profile of applied voltage in a preferred embodiment of the method for forming a periodic domain-inverted structure of the present invention. 2, the bias voltage V B, the pulse voltage V P is applied to a maximum value V BMAX at the time it is applied. Thus, in order to give rise to polarization reversal, in the pulse voltage V P applied at tp, it can be utilized bias voltage V B to the maximum. Therefore, it is possible to increase utilization efficiency of the bias voltage V B is efficiently formed deeper periodic domain inversion structure with a lower voltage value.
[0021]
Further, before and after the pulse voltage V P applied at tp, the bias voltage V B of a predetermined time interval t1 (bias voltage VB is applied at the start ts for increasing and decreasing toward the maximum value V BMAX until the pulse voltage application time tp Time) and t2 (time from pulse voltage application time tp to bias voltage VB application end time te).
[0022]
That is, when the polarization inversion occurs, V MAX that is the total maximum value of the pulse voltage V P and the bias voltage V B is not instantaneously applied to the ferroelectric single crystal substrate 1. Therefore, it is possible to effectively prevent the ferroelectric single crystal substrate from being broken by applying a high voltage instantaneously. In this case, the domain-inverted structure is formed according to the same mechanism as described in FIG.
[0023]
That is, by adopting a voltage application profile as shown in FIG. 2, a high voltage can be applied more efficiently without destroying the ferroelectric single crystal substrate 1, and the periodic domain-inverted structure 4 can be further improved. It can be formed deeply.
[0024]
In order to make the applied voltage profile shown in FIG. 2 more effective, the time interval t1 is preferably 0.1 seconds to 5 seconds, and more preferably 0.5 seconds to 2 seconds. The time interval t2 is preferably 0.1 second to 5 seconds, and more preferably 0.5 seconds to 2 seconds.
[0025]
The total maximum value V MAX of the pulse voltage V P and the bias voltage V B is ferroelectric single crystal unit thickness of the substrate 1 (mm) per be a 0.2kV~20kV preferred, and 4kV It is preferable that it is -10kV. Thereby, the periodic domain-inverted structure 4 can be formed deeper. In addition, when V MAX exceeding the above range is applied, the ferroelectric single crystal substrate 1 may be destroyed.
[0026]
The maximum value V BMAX of the bias voltage is preferably applied at a ratio of 0.4 to 0.6 of the V MAX .
[0027]
FIG. 3 is a graph showing a time profile of applied voltage in another preferred embodiment of the method for forming a periodic domain-inverted structure of the present invention. In the profile shown in FIG. 3, the bias voltage reaches the V B applied at the start up value V BMAX during time t3 from ts, the pulse voltage V P applied at tp before and after a predetermined time interval t4 (bias voltage V B is the maximum value time) and t5 from time tm1 reaching the V BMAX until the pulse voltage V P applied at tp in (time from the pulse voltage VP is applied at the time tp until time tm2 bias voltage V B starts to decrease from the maximum value V BMAX) The maximum value V BMAX is indicated. Then, the bias voltage V B becomes 0 between the time tm2 and the time t6. That is, in this case, the pulse voltage V P, the maximum value V BMAX bias voltage V B is applied in an applied predetermined time interval.
[0028]
Therefore, when applying the pulse voltage V P to cause polarization reversal, the maximum value V BMAX of the bias voltage V B is always applied, so that the bias voltage V B is maximized at the time tp when the pulse voltage V P is applied. It can be used as much as possible. Therefore, it is possible to increase utilization efficiency of the bias voltage V B is efficiently formed deeper periodic domain inversion structure with a lower voltage value.
[0029]
Further, in the pulse voltage V P applied at tp, the maximum value V BMAX bias voltage V B is applied instantaneously, so that the ferroelectric single crystalline substrate 1, the maximum value V MAX instantaneous total voltage It is not applied. Therefore, it is possible to effectively prevent the ferroelectric single crystal substrate 1 from being broken by suppressing the instantaneous application of a high voltage. Even in this case, the domain-inverted structure is formed according to the same mechanism as that described with reference to FIG.
[0030]
Therefore, by adopting a voltage application profile as shown in FIG. 2, a high voltage can be applied more efficiently without destroying the ferroelectric single crystal substrate 1, and the periodic domain-inverted structure 4 can be further improved. It can be formed deeply.
[0031]
In order to make the applied voltage profile shown in FIG. 3 more effective, the time interval t4 is preferably 0.1 seconds to 3 seconds, and more preferably 0.2 seconds to 0.5 seconds. Further, the time interval t5 is preferably 0.1 seconds to 5 seconds, and more preferably 0.2 seconds to 0.5 seconds.
[0032]
The total maximum value V MAX of the pulse voltage V P and the bias voltage V B is preferably the same, a ferroelectric single crystal unit thickness of the substrate 1 (mm) per, 0.2KV~20kV, Further, it is preferably 4 kV to 10 kV. Thereby, the periodic domain-inverted structure 4 can be formed deeper. In addition, when V MAX exceeding the above range is applied, the ferroelectric single crystal substrate 1 may be destroyed.
[0033]
Note that the maximum value V BMAX of the bias voltage is also preferably applied at a ratio of 0.4 to 0.6 of the V MAX .
[0034]
Further, the time t3 from the start time ts of the bias voltage V B to the maximum value V BMAX and the time t6 from the maximum value V BMAX to the end te of the bias voltage application are not particularly limited, and the ferroelectric single crystal substrate It can be arbitrarily determined within a time range in which 1 is not destroyed. Generally, each time is 0.01 seconds to 5 seconds.
[0035]
FIG. 4 is a modification of the applied voltage profile shown in FIG. In the applied voltage profile shown in FIG. 4, the bias voltage V B is applied so as to instantaneously reach the maximum value V MAX without providing the rise time t3 and the fall time t6 as shown in FIG. As long as the ferroelectric single crystal substrate 1 is not broken, it is also possible instantaneous bias voltage V B is applied as shown in FIG. Other conditions are the same as those shown in FIG.
[0036]
FIG. 5 is a graph showing a time profile of an applied voltage in another preferred embodiment of the method for forming a periodically poled structure according to the present invention. The application time profile shown in Figure 5, the application time profile shown in FIG. 3, by continuously bias voltage V B, the negative pulse voltage V P and the bias voltage V B and the polarity is reversed the reverse bias voltage V G Applied.
[0037]
In this case, when the bias voltage V B is not applied to the ferroelectric single crystal substrate 1, the reverse bias voltage V G is constantly applied. Therefore, in order to give rise to polarization reversal by applying a pulse voltage V P, when applying a bias voltage V B is a ferroelectric single crystal substrate 1, the maximum value V GMAX and the bias voltage of the reverse bias voltage V G A total bias voltage (V GMAX + V BMAX ) with the maximum value V BMAX of V B is felt.
[0038]
That is, this is equivalent to the case where the maximum value V GMAX of the reverse bias voltage VG is substantially applied to the ferroelectric single crystal substrate 1 in addition to the maximum value V BMAX of the target bias voltage V B. As a result, since the effective value of the bias voltage V B increases, a deeper domain inversion structure can be formed with a smaller bias voltage V B.
[0039]
In FIG. 5, the reverse bias voltage V G is applied before and after the application of the bias voltage V B , but may be applied at either one. However, when the domain-inverted structure is formed, the pulse voltage VP is applied a plurality of times as shown in FIG. Therefore, it is necessary to apply the bias voltage V B a plurality of times in synchronism with the pulse voltage VP, and to apply the reverse bias voltage V G continuously and simply to each bias voltage V B application.
[0040]
For this reason, the bias voltage V B and the reverse bias voltage V are applied by applying a reverse bias voltage in both cases as shown in FIG. 5 instead of before or after the application of the bias voltage V B is started. Continuity with G can be easily maintained.
[0041]
When the periodic domain-inverted structure 4 is formed with the configuration as shown in FIG. 1 using the applied voltage profile as shown in FIGS. 2 to 5, for example, a depth of 1 μm or more can be obtained. At present, when a LN single crystal 5 degree off-Y cut substrate having a thickness of 0.5 mm is used as the ferroelectric single crystal substrate 1, it is possible to obtain a periodically poled structure up to a depth of about 2.5 μm. it can.
[0042]
After the periodic domain-inverted structure 4 is formed in the ferroelectric single crystal substrate 1 as shown in FIG. 1, the comb-shaped first electrode 2 and the plate-shaped second electrode 3 are removed.
[0043]
FIG. 6 is a diagram showing a state in which an optical waveguide is formed on a ferroelectric single crystal substrate on which a periodic domain-inverted structure is formed. For simplification, FIG. 6 shows only the portion of the ferroelectric single crystal substrate where the periodic domain-inverted structure is formed.
[0044]
After obtaining a ferroelectric single crystal substrate having a periodic domain-inverted structure formed according to the steps shown in FIGS. 1 to 5, in order to use it as an actual SHG device or the like, as shown in FIG. An optical waveguide 5 is formed in the periodic domain-inverted structure 4 by an exchange method or the like, and a predetermined optical waveguide element 10 is manufactured. Thereafter, the optical waveguide element 10 is mounted and an optical fiber or the like is connected to obtain a target SHG device or the like.
[0045]
FIG. 7 to FIG. 9 are diagrams for explaining a process for forming a ridge structure type optical waveguide device using a ferroelectric single crystal substrate on which a periodic domain-inverted structure is formed.
[0046]
First, as shown in FIG. 7, the ferroelectric single crystal substrate 1 on which the periodic domain-inverted structure 4 is formed is interposed through the support substrate 11 and the adhesive layer 12 so that the main surface 1A is on the lower side. And paste them together. Next, the ferroelectric single crystal substrate 1 is thinned until the periodic domain-inverted structure 4 is exposed by grinding and polishing from the back surface 1B as shown in FIG. Thereafter, dicing processing or laser processing is performed through a predetermined mask to remove both side portions of the ferroelectric single crystal substrate 1 leaving a predetermined thickness, and a ridge type optical waveguide as shown in FIG. A ridge structure type optical waveguide device 20 having 15 is obtained.
[0047]
Thereafter, the optical waveguide element 20 is mounted and an optical fiber or the like is connected to obtain a target SHG device or the like.
[0048]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be specifically described based on examples.
(Example)
First, an X-cut plate of MgO-doped LN single crystal having a thickness of 0.5 mm is used as the ferroelectric single crystal substrate 1, and the width d made of Ta is 0.4 μm and the pitch P is formed on the main surface 1A of the substrate. A comb-shaped first electrode 2 having an electrode piece of 2.8 μm and a flat plate-like second electrode 3A made of Ta are formed so as to face each other. Thereafter, a flat plate-like second electrode 3B made of Ta was formed on the back surface 1B so as to face the first electrode 2. Next, a pulse voltage VP and a bias voltage VB were applied between the first electrode 21 and the second electrodes 3A and 3B using an applied voltage profile as shown in FIG. .
[0049]
At this time, t4 and t5 were each 0.2 seconds, and t3 and t6 were each 2 seconds. VBMAX was 2 kV and VMAX was 4 kV. The pulse width of the pulse voltage VP was set to 50 mm seconds.
[0050]
(Comparative example)
Similar to the embodiment, a MgO-doped LN single crystal 5 degree off-Y cut substrate having a thickness of 0.5 mm is used as the ferroelectric single crystal substrate 1, and the main surface 1 </ b> A and the back surface 1 </ b> B of the substrate 1 are formed on the embodiment. The first electrode 2 and the second electrodes 3A and 3B having the same shape and size were formed. Thereafter, a periodic 2 kV DC voltage with a pulse voltage of 2 kV and a pulse width of 50 msec is constantly applied between the first electrode 2 and the second electrode 3 to periodically invert the polarization. Structure 4 was formed.
[0051]
FIG. 10 is an optical micrograph showing a cross section of the ferroelectric single crystal substrate 1 on which the periodic domain-inverted structure 4 formed in the above example is formed, and FIG. 11 is a period formed in the above comparative example. 3 is an optical micrograph showing a cross section of a ferroelectric single crystal substrate 1 on which a domain-inverted structure 4 is formed.
[0052]
As is apparent from FIGS. 10 and 11, it can be seen that a polarization inversion structure is formed in the ferroelectric single crystal substrate 1 in a periodic manner in any case. The periodic domain-inverted structure shown in FIG. 10 formed according to the present invention is sufficiently deep inside the ferroelectric single crystal substrate 1 as compared with the periodic domain-inverted structure shown in FIG. 11 formed according to the conventional method. It was confirmed that it was formed.
[0053]
Specifically, the depth of the periodically poled structure shown in FIG. 11 is 2.2 μm, and the depth of the periodically poled structure shown in FIG. 10 is 3.9 μm. Therefore, it can be seen from the measured values that the periodic domain-inverted structure formed according to the present invention has a sufficient depth in the ferroelectric single crystal substrate.
[0054]
As described above, the present invention has been described in detail based on the embodiments of the present invention with specific examples. However, the present invention is not limited to the above-described contents, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. Changes and modifications are possible. For example, in the above description, the case where the ferroelectric single crystal substrate 1 is composed of, for example, a MgO-doped LN single crystal 5-degree off-cut plate is shown. It can also be used in the case of a cut substrate, an X cut substrate, a Y cut substrate, and a Z cut substrate.
[0055]
In FIG. 1, the second electrodes 3A and 3B are formed on the main surface 1A and the back surface 1B so as to face the comb-shaped first electrode 12, but the LN single crystal X-cut substrate is used. Alternatively, when using a Y-cut substrate, by forming only the second electrode 3A on the main surface 1A without forming the second electrode 3B on the back surface 1B, the target periodic domain-inverted structure can be obtained. Can be produced.
[0056]
Furthermore, when the LN single crystal Z-cut substrate or the above-described off-cut substrate is used, only the second electrode 3B is formed on the back surface 1B without forming the second electrode 3A on the main surface 1A. Thus, the desired periodic domain-inverted structure can be produced.
[0057]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to form a periodic domain-inverted structure having a sufficient depth without destroying the ferroelectric single crystal substrate, and a practical high-output SHG. Devices etc. can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining a method of forming a periodic domain-inverted structure.
FIG. 2 is a graph showing a time profile of applied voltage in a preferred embodiment of the method for forming a periodically poled structure according to the present invention.
FIG. 3 is a graph showing a time profile of an applied voltage in another preferred embodiment of the method for forming a periodically poled structure according to the present invention.
4 is a modification of the applied voltage profile shown in FIG.
FIG. 5 is a graph showing a time profile of an applied voltage in another preferred embodiment of the method for forming a periodically poled structure according to the present invention.
FIG. 6 is a view showing a state in which an optical waveguide is formed on a ferroelectric single crystal substrate on which a periodic domain-inverted structure is formed.
FIG. 7 is a process diagram for explaining a method of forming a ridge structure type optical waveguide device using a ferroelectric substrate on which a periodic domain-inverted structure is formed.
FIG. 8 is a diagram showing a step subsequent to the step shown in FIG.
9 is a diagram showing a step subsequent to the step shown in FIG. 8. FIG.
FIG. 10 is an optical micrograph of a cross section of a ferroelectric single crystal substrate having a periodically poled structure formed according to the method of the present invention.
FIG. 11 is an optical micrograph of a cross section of a ferroelectric single crystal substrate having a periodically poled structure formed according to a conventional method.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ferroelectric single crystal substrate, 2 1st electrode, 2nd electrode, 4 Periodic polarization inversion structure, 5, 15 Optical waveguide, 10, 20 Optical waveguide element, 11 Support substrate, 12 Adhesive layer

Claims (10)

強誘電体単結晶基板の一表面上において、周期状に配列された複数の電極片を有する第1の電極と、この第1の電極と離隔し、対向して位置するように、前記強誘電体単結晶基板の任意の表面上に第2の電極とを配置し、前記第1の電極と前記第2の電極との間にパルス状の電圧を繰り返し印加するとともに、このパルス状の電圧と同期させてバイアス電圧を印加し、前記強誘電体単結晶内の所定領域において周期状の分極反転構造を形成する際に
前記バイアス電圧を、印加開始時から最大となる時までの時間が0.1秒〜5秒までとするとともに、前記最大となる時から印加停止時までの時間が0.1秒〜5秒までとなるように印加し、更に、該バイアス電圧は前記パルス電圧の印加時において最大となるように印加する、ことを特徴とする、周期状分極反転構造の形成方法。
On the one surface of the ferroelectric single crystal substrate, the first electrode having a plurality of electrode pieces arranged in a periodic manner, and the ferroelectric so as to be separated from the first electrode and located opposite to each other. A second electrode is disposed on an arbitrary surface of the body single crystal substrate, a pulse voltage is repeatedly applied between the first electrode and the second electrode, and the pulse voltage a bias voltage is applied in synchronization, in forming the periodic domain-inverted structure in a predetermined area of the ferroelectric in a single crystal
The time from the start of application to the maximum time is 0.1 second to 5 seconds, and the time from the maximum to the stop of application is 0.1 seconds to 5 seconds. Further, the bias voltage is applied so as to be maximized when the pulse voltage is applied, and the method for forming a periodic domain-inverted structure is provided.
前記バイアス電圧は、各繰り返し周期でパルス印加前と印加後の両方で0V以下となる時刻が存在するように、繰り返し印加されるパルス電圧に同期させて繰り返し印加する、請求項1に記載の周期状分極反転構造の形成方法。2. The period according to claim 1, wherein the bias voltage is repeatedly applied in synchronization with a pulse voltage that is repeatedly applied so that there is a time when the bias voltage is 0 V or less both before and after the pulse application in each repetition period. Of forming a domain-inverted structure. 前記バイアス電圧は、前記パルス電圧印加時を含む、前記パルス電圧印加前、及び前記パルス電圧印加後の所定時間において、最大となるように印加することを特徴とする、請求項1または2に記載の周期状分極反転構造の形成方法。Said bias voltage comprises at the pulse voltage application, the pulse voltage application before, and at a predetermined time after the pulse voltage application, and applying so as to maximize, according to claim 1 or 2 A method for forming a periodic domain-inverted structure. 前記パルス電圧印加前の、前記バイアス電圧が最大を示す時間が0.1秒〜3秒であり、前記パルス電圧印加後の、前記バイアス電圧が最大を示す時間が0.1秒〜3秒であることを特徴とする、請求項3に記載の周期状分極反転構造の形成方法。The time when the bias voltage is maximum before applying the pulse voltage is 0.1 second to 3 seconds, and the time when the bias voltage is maximum after applying the pulse voltage is 0.1 second to 3 seconds. The method for forming a periodic domain-inverted structure according to claim 3 , wherein: 前記パルス電圧及び前記バイアス電圧の合計の最大値が、前記強誘電体単結晶基板の単位厚さ(mm)当たり、0.2kV/mm〜20kV/mmであることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一に記載の周期状分極反転構造の形成方法。The maximum sum of the pulse voltage and the bias voltage, characterized in that said ferroelectric single crystal unit thickness of the substrate (mm) per, 0.2kV / mm~20kV / mm, according to claim 1 The formation method of the periodic polarization inversion structure as described in any one of -4 . 前記バイアス電圧の印加前後の少なくとも一方において、前記パルス電圧の極性と異なる極性の逆バイアス電圧を前記バイアス電圧と連続させて印加することを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一に記載の周期状分極反転構造の形成方法。The reverse bias voltage having a polarity different from the polarity of the pulse voltage is applied continuously with the bias voltage at least before and after application of the bias voltage, according to any one of claims 1 to 5. A method for forming a periodic domain-inverted structure. 前記第1の電極と前記第2の電極とは、前記強誘電単結晶基板の同一表面上に配置することを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一に記載の周期状分極反転構造の形成方法。The periodic domain-inverted structure according to claim 1, wherein the first electrode and the second electrode are disposed on the same surface of the ferroelectric single crystal substrate. Forming method. 前記第1の電極と前記第2の電極とは、それぞれ前記強誘電体単結晶基板の相対向する異なる表面上に配置することを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一に記載の周期状分極反転構造の形成方法。The said 1st electrode and the said 2nd electrode are arrange | positioned on the mutually opposing different surface of the said ferroelectric single crystal substrate, respectively, The Claim 1 characterized by the above-mentioned. A method of forming a periodic domain-inverted structure. 前記第2の電極は、前記第1の電極と同一平面上、及びこの平面と相対向する異なる表面上に配置することを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一に記載の周期状分極反転構造の形成方法。The periodic pattern according to claim 1 , wherein the second electrode is disposed on the same plane as the first electrode and on a different surface opposite to the plane. A method for forming a domain-inverted structure. 前記周期状分極反転構造の、前記第1の電極が形成された前記強誘電体単結晶基板表面からの深さが、1μm以上であることを特徴とする、請求項7に記載の周期状分極反転構造の形成方法。8. The periodic polarization according to claim 7 , wherein a depth of the periodic polarization reversal structure from a surface of the ferroelectric single crystal substrate on which the first electrode is formed is 1 μm or more. 9. Inversion structure forming method.
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