一种极化反转结构的形成方法，该方法使用具有与结晶的Ｚ轴大致垂直的主表面的强电介质基板，在上述强电介质基板的主表面上设置第一电极，该第一电极具有形成有周期性设置的多个电极指的图案，在上述强电介质基板的另一表面上设置与上述第一电极相对的相对电极，通过上述第一电极和上述相对电极向上述强电介质基板施加电场，在上述强电介质基板上形成与上述第一电极的图案相对应的极化反转区域，其特征在于： 设置上述第一电极的各个电极指，使得从上述第一电极的电极指的基部向着尖端的方向沿着上述强电介质基板的结晶的Ｙ轴方向。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种利用施加电场形成极化反转结构的方法，以及具有极化反转结构并可以应用于光波长变化元件、偏光元件、光开关、相位调制器等的光学元件。
技术介绍
利用使强电介质的极化强制性反转的极化反转现象，就可以在强电介质的内部形成周期性地排列有极化反转区域的极化反转结构。这样形成的极化反转结构用于利用表面弹性波的光频率调制器和利用非线性极化的极化反转的光波长变换元件、利用棱镜形状和透镜形状的反转结构的偏光器等。特别是，如果使非线性光学物质的非线性极化周期性地反转，则可以制造变换效率非常高的光波长变换元件。如果使用这样的元件对半导体激光等的光进行波长变换，那么就能得到可以应用于印刷、光信息处理、光应用计测控制领域等的小型的短波长光源。强电介质在晶体内具有由于自发极化引起的电荷偏移。自发极化的方向可以通过施加与自发极化相对抗的电场来改变。自发极化的方向由于结晶(材料)的种类不同而不同。LiTaO3、LiNbO3、或者是作为它们的混合结晶的LiTa(1-X)NbXO3(0≤x≤1)基板的结晶，由于只在C轴方向具有自发极化，因此对于这种结晶，极化仅在沿着C轴的+方向或者其反方向的-方向的两个方向存在。通过施加电场，这种结晶的极化旋转180度，直到变为反方向。此种现象称为极化反转。为了产生极化反转所必需的电场称为反转电场，其对于LiNbO3、LiTaO3等的结晶，在室温时约为20kV/mm，对于MgO∶LiNbO3则约为5kV/mm的值。在强电介质中，成为具有单个的极化方向的结晶的现象称为“极化的单畴化”。为了使极化单畴化，通常在结晶形成后进行在高温中施加电场的方法。作为形成周期性的极化反转区域的现有的方法，例如在日本专利申请特开平4-19719号公报中记载了在LiNbO3(铌酸锂晶体)的基板上形成梳状电极，对该梳状电极施加脉冲状的电场的方法。由此，在LiNbO3基板的+C面上形成了梳状电极，在-C面上形成平面电极。使+C面接地，给-C面的平面电极施加脉冲宽度为100μs的脉冲电压，从而由于施加到基板上的脉冲电场引起极化反转。用于使极化反转所必需的电场约为20kV/mm以上。如果施加该值的电场，则在基板厚的情况下，由于电场的施加，基板的结晶可能被破坏。但是，通过使基板的厚度为200μm的程度，可以避免由于电场的施加引起的结晶破坏，可以在室温形成极化反转区域。由此，得到贯通基板的深的极化反转区域。为了使光波长变换元件高效率化，需要3～4μm的范围的短周期的极化反转结构。如果通过施加电场而形成极化反转区域，那么电极正下方的极化反转后，在基板的横向方向上极化反转的区域变宽。为此，极化反转结构的短周期化变得困难。为了克服该问题，在现有的方法中，通过使脉冲宽度为100μs左右，给电极施加短时间的脉冲电压，可以形成短周期的极化反转结构。作为在掺杂了Mg的LiNbO3基板(下面表示为MgLN)上形成短周期的极化反转结构的方法，例如在日本专利申请特开平6-242478号公报中公开了在Z板的MgLN上周期性地形成极化反转结构的方法。如此，通过在MgLN的+Z面上形成梳状电极，从背面照射电晕(corona)，得到周期为4μm、且贯通厚度为0.5mm的基板的极化反转结构。还有，在切下的(オフカツト)MgLN上形成极化反转结构的方法记载在日本专利申请特开平9-218431号公报中。通过在极化方向从基板表面稍微倾斜的切下的MgLN基板上形成电极，并对该电极施加电压而形成针状的极化反转结构。极化反转区域在结晶的极化方向增长，形成周期为5μm的极化反转结构。然而，在Z板的掺杂了Mg的LiTa(1-X)NbXO3(0≤x≤1)基板上形成微细的极化反转结构是困难的。通过现有的方法相对于切下的基板形成极化反转结构可以通过施加电场而进行。然而，作为相对于Z板基板形成均匀的且微细的反转结构的方法，公知的仅有电晕极化等复杂方法。电晕极化是在基板上堆积带电粒子从而产生电场，并由此使极化反转的方法。但是，由于由带电粒子产生的电场的大小有限，因此可以形成极化反转结构的基板的厚度被限制在0.5mm的程度，想要形成超过1mm的厚度的基板的极化反转结构都是困难的。另一方面，通过电极施加电压的方法虽然在切下的基板上形成极化反转结构方面是有效的，但是通过该方法在Z板上形成宽且均匀的极化反转结构是困难的。还有，在日本专利申请特开平2001-66652号公报中公开了通过在Z板的MgLN上形成梳状电极，并对该电极施加电压而形成周期性的极化反转结构。该方法的特长是可以均匀地形成周期性的极化反转结构。然而，其存在着形成的极化反转被限制在电极尖端的一部分、电极下的广大的范围内深度地且均匀地形成极化反转结构困难的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种在强电介质基板中深度地且均匀地形成短周期且宽度大的极化反转结构的方法。在本专利技术的极化反转结构的形成方法中，使用具有与结晶的Z轴大致垂直的主表面的强电介质基板，在上述强电介质基板的主表面上设置第一电极，该第一电极具有形成有周期性地排列的多个电极指的图案，在上述强电介质基板的另一表面上设置与上述第一电极相对的相对电极，通过上述第一电极和上述相对电极向上述强电介质基板施加电场，并在上述强电介质基板上形成与上述第一电极的图案相对应的极化反转区域。本专利技术的方法的特征在于设置上述第一电极的各个电极指，使得从上述第一电极的电极指的基部向着尖端的方向沿着上述强电介质基板的结晶的Y轴方向。本专利技术的光学元件包括具有大致垂直于结晶的Z轴的平面的强电介质基板和周期性地形成在上述强电介质基板上的多个极化反转区域，上述极化反转区域分别具有轴对称平面形状，且设置成其对称轴相互平行。本专利技术的光学元件的特征在于形成上述极化反转区域使得上述对称轴的方向沿着上述强电介质基板的结晶的Y轴，上述极化反转区域具有从+Z面向-Z面延伸的形状，而且相对于上述极化反转区域的整个面积，从上述强电介质基板的表面贯通到背面的上述极化反转区域的面积的比例在50％以下，或者上述极化反转区域的平均深度在上述强电介质基板的厚度的40～95％的范围内。附图说明图1A是表示在本专利技术的实施方式1中的极化反转结构的形成方法中使用的电极结构的平面图，图1B是剖视图。图2A是表示通过该极化反转结构的形成方法形成的极化反转区域的情况的平面图，图2B是侧面图。图3A是用于说明具有微小的尖端的电极的优点的斜视图，图3B是剖视图，图3C是表示伴随极化反转区域的扩大强电介质基板的特性变化的状况的曲线。图4A和4B是分别表示用于扩大极化反转区域的方法的平面图和剖视图。图5A和5B同样是分别表示用于扩大极化反转区域的方法的平面图和剖视图。图6是表示通过该极化反转结构形成方法制造的极化反转区域的长度Lr和基板结晶方位的关系的特性要素图。图7A是表示其它的电极结构的平面图，图7B是剖视图。图8A是表示本专利技术的极化反转结构的形成方法的平面图，图8B是剖视图。图9A是表示本专利技术的极化反转结构的形成方法的平面图，图9B是剖视图。图10A是表示用于说明表示极化反转区域的稳定性的特性要素的退火处理的温度曲线的图，图10B是表示升温速度和极化反转区域的衰减率的关系的图。图11A是表示实施方式3中极化反转结构的形成方法的平面图，本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
【专利技术属性】
技术研发人员：水内公典，森川显洋，杉田知也，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：
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