JP2011257558A - Optical element and manufacturing method thereof - Google Patents

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Takeshi Umeki
毅伺 梅木
Masaki Asobe
雅生 遊部
Osamu Tadanaga
修 忠永
Katsuaki Magari
克明 曲
Isao Tomita
勲 富田
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  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve a low-loss optical waveguide having sufficiently effective refractive index difference and sufficient bonding strength without installation of an intermediate layer in an optical element formed by bonding two substrates having nearly equal refractive indexes.SOLUTION: The optical element formed by bonding two substrates having the nearly equal refractive indexes includes the optical waveguide within a waveguide substrate and also includes an unbonded layer along the optical waveguide on at least a direct bonding surface below the optical waveguide.

Description

本発明は、光学素子及び光学素子の製造方法に関し、具体的には、接合基板において形成される光学素子及び光学素子の製造方法に関する。   The present invention relates to an optical element and a method for manufacturing the optical element, and more specifically to an optical element formed on a bonded substrate and a method for manufacturing the optical element.

光通信における光信号波長変換、光変調、光計測、光加工、医療、生物工学などの応用のための紫外域−可視域−赤外域−テラヘルツ域にわたるコヒーレント光の発生と変調のために、多くの非線形光学デバイス及び電気光学デバイスの開発が進められている。   Many for the generation and modulation of coherent light in the ultraviolet, visible, infrared, and terahertz range for applications such as optical signal wavelength conversion, optical modulation, optical measurement, optical processing, medicine, and biotechnology in optical communications Development of non-linear optical devices and electro-optical devices is underway.

このような素子に用いられる非線形光学媒質及び電気光学媒質としては種々の材料が研究開発されており、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)などの酸化物系化合物基板は、2次非線形光学定数及び電気光学定数が非常に高く有望な材料として知られている。このニオブ酸リチウムの高い非線形性を用いた光デバイスの一例として、擬似位相整合による差周波発生を利用した波長変換素子が知られている。 Various materials have been researched and developed as nonlinear optical media and electro-optic media used in such elements, and oxide-based compound substrates such as lithium niobate (LiNbO 3 ) have second-order nonlinear optical constants and electro-optics. It is known as a promising material with a very high constant. As an example of an optical device using the high nonlinearity of this lithium niobate, a wavelength conversion element using difference frequency generation by quasi phase matching is known.

例えば、2μm乃至5μmの中赤外の波長域には様々な環境ガスの基準振動などの強い吸収線が存在するため、小型の中赤外光源の開発が望まれている。このような中赤外域の光源には、技術的に成熟された1μm付近の励起光源と通信波長帯の信号光を用いることのできる差周波発生による中赤外光源が有望と考えられている。   For example, since strong absorption lines such as various vibrations of environmental gases exist in the mid-infrared wavelength region of 2 μm to 5 μm, development of a small mid-infrared light source is desired. As such a light source in the mid-infrared region, a mid-infrared light source based on a difference frequency generation capable of using a technically mature excitation light source in the vicinity of 1 μm and signal light in the communication wavelength band is considered promising.

波長変換素子において高効率を得るためには、光導波路型のデバイスが有効であり、種々の導波路が研究開発されているが、近年、結晶のバルクの特性をそのまま利用できることから、高光損傷耐性、長期信頼性、デバイス設計の容易性等の特徴を持つリッジ型の光導波路が研究開発されている。   In order to obtain high efficiency in wavelength conversion elements, optical waveguide devices are effective, and various waveguides have been researched and developed. However, in recent years, the crystal bulk characteristics can be used as they are, so that high optical damage resistance is achieved. Ridge-type optical waveguides with characteristics such as long-term reliability and ease of device design have been researched and developed.

二枚の基板を接合して形成された光学素子の一方の基板を薄膜化した後リッジ加工をすることにより、リッジ型の光導波路を形成することができる。この基板を接合する場合に、接着剤等を用いずに、基板同士を強固に接合する技術として、直接接合技術が知られている。   A ridge-type optical waveguide can be formed by thinning one substrate of the optical element formed by joining two substrates and then performing ridge processing. A direct bonding technique is known as a technique for firmly bonding substrates without using an adhesive or the like when bonding the substrates.

高光損傷耐性、長期信頼性、デバイス設計の容易性等の特徴以外にも、例えば上述した差周波発生による中赤外域の光発生において、接着剤等を用いずに基板同士を強固に接合することのできる直接接合の技術は、不純物の混入や接着剤等の吸収を回避できる点からも有望視されている。   In addition to features such as high light damage resistance, long-term reliability, and ease of device design, for example, in the mid-infrared light generation due to the difference frequency generation described above, the substrates should be firmly bonded without using an adhesive or the like. The direct bonding technique that can be used is also promising from the viewpoint of avoiding the mixing of impurities and absorption of adhesives and the like.

強誘電体結晶基板であるニオブ酸リチウムやタンタル酸リチウムを、同種基板と直接接合し、高効率に中赤外光を発生させた例が報告されている(非特許文献1を参照)。   An example in which lithium niobate or lithium tantalate, which is a ferroelectric crystal substrate, is directly bonded to the same substrate to generate mid-infrared light with high efficiency has been reported (see Non-Patent Document 1).

また、直接接合を用いることで、ガラス、半導体、強誘電体、圧電セラミックスなどの様々な材料を高精度に接合することができるので、光学素子への応用が期待されている。これまでに、誘電体基板、半導体基板、ガラス基板等の直接接合基板における光学素子が提案されている。   In addition, by using direct bonding, various materials such as glass, semiconductors, ferroelectrics, and piezoelectric ceramics can be bonded with high precision, so that application to optical elements is expected. So far, optical elements in direct bonding substrates such as dielectric substrates, semiconductor substrates, glass substrates and the like have been proposed.

しかしながら、屈折率の等しい2枚の同種基板で構成された光学素子は、光導波路として用いることができなかった。また、例えばニオブ酸リチウム基板とMgドープニオブ酸リチウム基板を直接接合する場合のように、屈折率の異なる同種の基板を直接接合した場合においても、屈折率の低いMgドープニオブ酸リチウム基板を光導波路とすることは不可能であった。さらに、屈折率のほぼ等しい基板を直接接合することにより形成された光導波路においては、二枚の基板の屈折率差が小さく不十分なことから、光導波路のサイズを小さくすることができず、高い変換効率を得ることができないといった課題があった。   However, an optical element composed of two identical substrates having the same refractive index cannot be used as an optical waveguide. Further, even when directly bonding the same kind of substrates having different refractive indexes, such as when directly bonding a lithium niobate substrate and an Mg-doped lithium niobate substrate, an Mg-doped lithium niobate substrate having a low refractive index is used as an optical waveguide. It was impossible to do. Furthermore, in the optical waveguide formed by directly joining substrates having substantially the same refractive index, the difference in refractive index between the two substrates is small and insufficient, so the size of the optical waveguide cannot be reduced, There was a problem that high conversion efficiency could not be obtained.

この課題に対し、二枚の基板間に薄膜を介して、それらを接合して形成した光学素子に関するいくつかの提案がなされている(特許文献1を参照)。二枚の基板を用いて、片方を導波層とした光学素子では、導波層になる基板の方の屈折率が高くなくてはならない。そこで、導波層よりも屈折率の低い薄膜を基板間に配置することで、基板の屈折率に関係なく光を導波させることができる。例えば、特許文献1では、薄膜材料としてSiO2を用いることが示されている。 In response to this problem, some proposals have been made regarding an optical element formed by bonding two substrates through a thin film (see Patent Document 1). In an optical element using two substrates and one of which is a waveguide layer, the refractive index of the substrate that becomes the waveguide layer must be higher. Therefore, by arranging a thin film having a refractive index lower than that of the waveguide layer between the substrates, light can be guided regardless of the refractive index of the substrate. For example, Patent Document 1 shows that SiO 2 is used as a thin film material.

このように、薄膜を両基板の間に設けることで、上述の問題を解決することができるが、薄膜を両基板の間に設けることには困難があった。   Thus, although the above-mentioned problem can be solved by providing the thin film between the two substrates, it is difficult to provide the thin film between the two substrates.

特許文献1に示されているように、薄膜としては、例えば、SiO2を用いた場合には、薄膜層の表面粗さ制御が難しく、スパッタ膜や蒸着膜による薄膜では膜表面粗さが大きくなる。このような表面粗さでは、直接接合には不適当である。例えばCVD(Chemical Vapor Deposition:化学気相蒸着)装置などを用いて薄膜を形成することで、表面粗さを小さくできるが、CVDは高価で大掛かりな装置であるという問題があった。また、薄膜形成条件などにより薄膜と基板との密着性や接合強度が不均一な分布を持ち、接合された基板を機械加工する場合に、それに対する強度が十分に得られないという問題があった。また、薄膜の厚みにより実効的な屈折率差が変化してしまうため、薄膜の厚みの制御を非常に高い精度で行なう必要があり、コスト・歩留まりの観点から問題があった。 As disclosed in Patent Document 1, for example, when SiO 2 is used as the thin film, it is difficult to control the surface roughness of the thin film layer, and the film surface roughness is large in the thin film using the sputtered film or the deposited film. Become. Such surface roughness is not suitable for direct bonding. For example, the surface roughness can be reduced by forming a thin film using a CVD (Chemical Vapor Deposition) apparatus or the like, but there is a problem that CVD is an expensive and large-scale apparatus. In addition, there is a problem that the adhesion and bonding strength between the thin film and the substrate are unevenly distributed depending on the thin film formation conditions, and when the bonded substrate is machined, sufficient strength cannot be obtained. . In addition, since the effective refractive index difference changes depending on the thickness of the thin film, it is necessary to control the thickness of the thin film with very high accuracy, and there is a problem from the viewpoint of cost and yield.

さらに、通常の蒸着装置で実現されるSiO2などの薄膜はアモルファス形状であり、中赤外に対する吸収が強いため、中赤外域の光発生用の素子を実現するためにはこれらの材料を接合基板の中間層として用いるとはできないという問題があった。さらに、中赤外光の吸収が少ない材料としてはフッ化物系の材料が挙げられるが、潮解性を持つなど信頼性の観点から使用することが難しいという問題があった。 Furthermore, thin films such as SiO 2 that are realized with ordinary vapor deposition equipment have an amorphous shape and strong absorption in the mid-infrared, so these materials must be bonded to realize a device for light generation in the mid-infrared region. There was a problem that it could not be used as an intermediate layer of a substrate. Further, as a material having little absorption of mid-infrared light, a fluoride-based material can be mentioned, but there is a problem that it is difficult to use from the viewpoint of reliability because it has deliquescence.

よって、中間層に薄膜材料を用いず実効的屈折率差を設ける手法が望まれていた。   Therefore, a method for providing an effective refractive index difference without using a thin film material for the intermediate layer has been desired.

中間層に薄膜材料を用いず実効的屈折率差を設ける手法として、非特許文献2に示される通り、エアーギャップと呼ばれる空げき層を設ける方法がこれまでに提案されている。直接接合法を用いてエアーギャップ層を設ければ、これまで中間層として用いていた材料に起因した吸収や信頼性の劣化要因を取り除くことができる。   As a technique for providing an effective refractive index difference without using a thin film material in the intermediate layer, as shown in Non-Patent Document 2, a method of providing a void layer called an air gap has been proposed so far. If the air gap layer is provided by using the direct bonding method, absorption and reliability deterioration factors due to the material used as the intermediate layer can be removed.

図1に、非特許文献2で示されている従来のエアーギャップ導波路の構造の略図を示す。導波路基板であるMgドープのLiNbO3基板11にギャップ12と呼ばれる溝を形成した後、ベース基板であるLiNbO3基板13に接合される。その後、所望の厚みまで薄膜化された導波路基板11上にリッジ導波路14が形成されている。 FIG. 1 shows a schematic diagram of the structure of a conventional air gap waveguide shown in Non-Patent Document 2. After forming a groove called a gap 12 in the Mg-doped LiNbO 3 substrate 11 which is a waveguide substrate, it is bonded to the LiNbO 3 substrate 13 which is a base substrate. Thereafter, the ridge waveguide 14 is formed on the waveguide substrate 11 which has been thinned to a desired thickness.

しかしながら、既存のエアーギャップ導波路には以下の問題点があった。   However, the existing air gap waveguide has the following problems.

まず、導波路部分と基板部分が同じ材料で構成されるため、かかる既存のエアーギャップ導波路には漏れ損がある。つまり、空げきの幅が導波路基板上に形成される光導波路の幅よりも大きい必要があるため、光導波路の側面の、襟又は梯子と呼ばれるリッジ部分以外のコア層である、コア残層を残しておく必要がある。これにより、光導波路の光の伝播方向に対して垂直な、光の導波路の側面方向から光が漏れ、損失が増大するという問題があった。非特許文献3には、光の損失が、偏波によっては空げきの深さを十分に深くしても、あるレベル以下にはならない場合があることが理論的な計算により示されている。   First, since the waveguide portion and the substrate portion are made of the same material, the existing air gap waveguide has a leakage loss. In other words, since the gap width needs to be larger than the width of the optical waveguide formed on the waveguide substrate, the core remaining layer is a core layer other than the ridge portion called a collar or ladder on the side surface of the optical waveguide. It is necessary to leave. As a result, there is a problem that light leaks from the side surface direction of the optical waveguide perpendicular to the light propagation direction of the optical waveguide, and loss increases. Non-Patent Document 3 shows that the loss of light may not be below a certain level depending on the polarization even if the depth of the gap is sufficiently deep.

さらに、光導波路の側面の、襟又は梯子と呼ばれるリッジ部分以外のコア層である、コア残層の残し量に対し、光の横方向への漏れ損失の量が大きく依存するため、リッジ導波路加工のトレランスが小さく、高精度に襟部分の残し量を制御する必要があり、歩留まり・生産性の観点からも問題があった。   Furthermore, since the amount of leakage loss in the lateral direction of light greatly depends on the remaining amount of the core remaining layer, which is the core layer other than the ridge portion called the collar or ladder, on the side surface of the optical waveguide, the ridge waveguide The tolerance of processing is small, and it is necessary to control the remaining amount of the collar portion with high precision, which is problematic from the viewpoint of yield and productivity.

また原理上、光導波路の側面に、襟又は梯子と呼ばれるリッジ部分以外のコア層である、コア残層を残しておく必要があり、リッジ部分以外のコア層である、コア残層の残し量に対し、光損失量のみならず光導波路の実効的屈折率が依存するため、LiNbO3基板等の非線形光学媒質を用いた波長変換を行なう際には特性が劣化するという問題があった。 Also, in principle, it is necessary to leave the core remaining layer, which is the core layer other than the ridge portion called the collar or ladder, on the side surface of the optical waveguide, and the remaining amount of the core remaining layer that is the core layer other than the ridge portion On the other hand, since not only the amount of optical loss but also the effective refractive index of the optical waveguide depends, there is a problem that the characteristics deteriorate when performing wavelength conversion using a nonlinear optical medium such as a LiNbO 3 substrate.

一般的に、高い変換効率を得るために、励起光と変換光との間の位相を整合する必要があり、例えば分極反転構造を用いた擬似位相整合法などが用いられる。この際、光導波路の実効的屈折率が変化すると、波長変換における中心波長が所望の値からずれることや、波長変換効率が低下するなどの問題があった。   In general, in order to obtain high conversion efficiency, it is necessary to match the phase between the excitation light and the converted light. For example, a quasi phase matching method using a polarization inversion structure is used. At this time, if the effective refractive index of the optical waveguide is changed, there are problems such that the center wavelength in wavelength conversion shifts from a desired value, and the wavelength conversion efficiency decreases.

また、空げきの幅が導波路基板上に形成される光導波路の幅よりも十分大きい必要があるため、1枚のウエハ内に作製することのできる光導波路の数が制限され、生産性・歩留まりの観点から問題があった。例えば空げきの幅を、導波路基板上に形成される光導波路の幅の10倍程度取ると、空げき以外の接合面の領域も考慮すると、空げきを設けた場合のウエハ内に作製することのできる光導波路の数は、空げきを設けない場合の1/10程度になってしまう。   Moreover, since the width of the gap needs to be sufficiently larger than the width of the optical waveguide formed on the waveguide substrate, the number of optical waveguides that can be fabricated in one wafer is limited, and productivity / There was a problem in terms of yield. For example, if the width of the gap is about 10 times the width of the optical waveguide formed on the waveguide substrate, the area of the joint surface other than the gap is taken into consideration, and the gap is formed in the wafer when the gap is provided. The number of optical waveguides that can be used is about 1/10 of the case where no gap is provided.

また、中間層に薄膜材料を用いず実効的屈折率差を設ける別の手法として、特許文献2にあるように、導波路基板とベース基板の間にエアーホールと呼ばれる微小な空孔を設ける方法が提案されている。   Further, as another method for providing an effective refractive index difference without using a thin film material in the intermediate layer, as disclosed in Patent Document 2, a method of providing a minute hole called an air hole between a waveguide substrate and a base substrate Has been proposed.

しかしながら、既存の微小な空孔型(エアーホール型)の導波路には以下の問題点があった。   However, the existing minute hole type (air hole type) waveguide has the following problems.

空孔の大きさを、百ナノメートル以下の光の波長に対して十分小さくする必要があるため、作製には電子リソグラフィ等を用いる必要があり、数センチオーダーの長長尺な素子を作製することが困難であり、高効率な波長変換素子を得ることが困難であった。また、電子リソグラフィを用いる必要があることから、コスト、生産性、歩留まりの観点からも課題があった。   Since the size of the holes needs to be sufficiently small with respect to the wavelength of light of 100 nanometers or less, it is necessary to use electron lithography or the like for the production, and a long and long element of several centimeters order is produced. Therefore, it is difficult to obtain a highly efficient wavelength conversion element. In addition, since it is necessary to use electronic lithography, there are also problems from the viewpoints of cost, productivity, and yield.

さらに、空孔をランダムに配置しないと空孔の周期性により光の回折による損失が発生し得ることから、穴の開口率を上げることができなかった。つまり、実効的な屈折率差を大きくとることが困難であった。また、空孔の配置の周期性をなくすために複雑な設計が必要などの問題があった。   Furthermore, if the holes are not randomly arranged, loss due to light diffraction may occur due to the periodicity of the holes, and thus the aperture ratio of the holes cannot be increased. That is, it is difficult to increase the effective refractive index difference. In addition, there is a problem that a complicated design is necessary to eliminate the periodicity of the arrangement of the holes.

結論として、これまでに、結晶構造や熱膨張係数差による直接接合の強度及び基板割れ等の問題、中間層の膜厚の不均一性に起因した素子の特性・歩留まりの劣化、さらに、中間層の材料に起因した吸収による光の損失や信頼性の劣化要因を取り除くことが可能な、中間層に薄膜材料を用いることなく実効的屈折率差を設ける手法が望まれていた。しかしながら、低損失な光導波路の作製が可能で、十分な接合強度が得られ、十分な実効的屈折率差を設けることが簡便に歩留まりよく低コストでできる手法はなかった。   As a conclusion, to date, problems such as the strength of direct bonding and substrate cracking due to differences in crystal structure and thermal expansion coefficient, degradation of device characteristics and yield due to non-uniformity of the thickness of the intermediate layer, and further, the intermediate layer Therefore, there has been a demand for a method of providing an effective refractive index difference without using a thin film material in the intermediate layer, which can eliminate the loss of light and the deterioration factor of reliability due to absorption caused by the above materials. However, there has been no method that can produce a low-loss optical waveguide, can obtain a sufficient bonding strength, and can provide a sufficient effective refractive index difference with a simple yield and low cost.

特開平06−222229号公報Japanese Patent Laid-Open No. 06-222229 特開2005−292245号公報JP 2005-292245 A

O. Tadanaga, T. Yanagawa, Y. Nishida, H. Miyazawa, K. Magari, M. Asobe, and H. Suzuki, ‘‘Efficient 3-um difference frequency generation using direct-bonded quasiphase-matched LiNbO3 ridge waveguides,’’ Appl. Phys. Lett. 88, 061101 (2006).O. Tadanaga, T. Yanagawa, Y. Nishida, H. Miyazawa, K. Magari, M. Asobe, and H. Suzuki, '' Efficient 3-um difference frequency generation using direct-bonded quasiphase-matched LiNbO3 ridge waveguides, ' 'Appl. Phys. Lett. 88, 061101 (2006). ELECTRONICS LETTERS 14th October 2004 Vol. 40 No. 21ELECTRONICS LETTERS 14th October 2004 Vol. 40 No. 21 電子情報通信学会誌文誌 C Vol.J89−C No.10 pp.700−707Journal of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers C Vol. J89-C No. 10 pp.700-707

本発明は、上記のような従来の課題を解決するためのものである。本発明により、屈折率のほぼ等しい2枚の基板を接合して形成された光学素子において、中間層に薄膜材料を用いずに十分な実効的屈折率差を設けることができ、十分な接合強度かつ低損失な光導波路を簡便に歩留まりよく形成することができる。   The present invention is to solve the conventional problems as described above. According to the present invention, in an optical element formed by bonding two substrates having substantially the same refractive index, a sufficient effective refractive index difference can be provided without using a thin film material in the intermediate layer, and sufficient bonding strength can be provided. In addition, a low-loss optical waveguide can be easily formed with a high yield.

本発明の一実施形態は、接合面を介して接合された、光学研磨された導波路基板と光学研磨されたベース基板とから構成される光学素子であって、光学素子は、導波路基板内にリッジ型の光導波路を備え、光導波路の下の接合面において、光の伝播方向に沿って伸長する、少なくとも1つの非接合領域を備え、リッジ部分以外のコア層にコア残層が存在せず、光の伝播方向と接合面に鉛直な方向との両方に鉛直な方向における、非接合領域の幅は、光導波路の幅以下であることを特徴とする。   One embodiment of the present invention is an optical element that includes an optically polished waveguide substrate and an optically polished base substrate that are bonded to each other via a bonding surface, and the optical element is included in the waveguide substrate. Has a ridge type optical waveguide, and has at least one non-joined region extending along the light propagation direction at the joint surface under the optical waveguide, and the core remaining layer does not exist in the core layer other than the ridge portion. The width of the non-joining region in the direction perpendicular to both the light propagation direction and the direction perpendicular to the joint surface is not more than the width of the optical waveguide.

本発明の一実施形態において、導波路基板とベース基板とは、直接接合によって接合されていることを特徴とする。   In one embodiment of the present invention, the waveguide substrate and the base substrate are bonded by direct bonding.

本発明の一実施形態において、導波路基板の屈折率とベース基板の屈折率とはほぼ等しい、もしくは導波路基板の屈折率はベース基板の屈折率より小さいことを特徴とする。   In one embodiment of the present invention, the refractive index of the waveguide substrate is substantially equal to the refractive index of the base substrate, or the refractive index of the waveguide substrate is smaller than the refractive index of the base substrate.

本発明の一実施形態において、光学基板は、LiNbO3、KNbO3、LiTaO3、LiNb(x)Ta(1-x)3(0≦x≦1)、KTiOPO4、及びLiNbO3、KNbO3、LiTaO3、LiNb(x)Ta(1-x)3(0≦x≦1)、KTiOPO4の何れかにMg、Zn、Sc、又はInを添加したものからなる群から選ばれた少なくとも一つを添加物として含有していることを特徴とする。 In one embodiment of the present invention, the optical substrate comprises LiNbO 3 , KNbO 3 , LiTaO 3 , LiNb (x) Ta (1-x) O 3 (0 ≦ x ≦ 1), KTiOPO 4 , and LiNbO 3 , KNbO 3. , LiTaO 3 , LiNb (x) Ta (1-x) O 3 (0 ≦ x ≦ 1), or KTiOPO 4 at least selected from the group consisting of Mg, Zn, Sc, or In. It contains one as an additive.

本発明の一実施形態において、波長λ1の第1のレーザー光と波長λ3の第2のレーザー光とを入力し、第1のレーザー光と第2のレーザー光との差周波発生により、1/λ2=1/λ3−1/λ1の関係にある波長λ2のコヒーレント光を出力し、コヒーレント光の波長λ2は、2μm≦λ2≦5μmの範囲の何れかであることを特徴とする。 In one embodiment of the present invention, a first laser beam having a wavelength λ 1 and a second laser beam having a wavelength λ 3 are input, and by generating a difference frequency between the first laser beam and the second laser beam, 1 / λ 2 = 1 / λ 3 outputs a wavelength lambda 2 of the coherent light in the -1 / lambda 1 relationship that the wavelength lambda 2 of the coherent light is either in the range of 2μm ≦ λ 2 ≦ 5μm It is characterized by.

本発明の一実施形態において、波長λ1の第1のレーザー光と波長λ2の第2のレーザー光とのうちの少なくとも1つを入力し、和周波発生か第二高調波発生のいずれかにより、1/λ3=1/λ1+1/λ2または1/λ3=2/λ1のいずれかの関係にある波長λ3のコヒーレント光を出力することを特徴とする。 In an embodiment of the present invention, at least one of a first laser beam having a wavelength λ 1 and a second laser beam having a wavelength λ 2 is input, and either sum frequency generation or second harmonic generation is performed. Thus, coherent light having a wavelength λ 3 having a relationship of either 1 / λ 3 = 1 / λ 1 + 1 / λ 2 or 1 / λ 3 = 2 / λ 1 is output.

本発明の一実施形態において、光導波路は、光の入出力部においてテーパー構造を備え、非接合層の本数は、テーパー構造において変化していることを特徴とする。   In one embodiment of the present invention, the optical waveguide has a tapered structure in the light input / output portion, and the number of non-bonding layers is changed in the tapered structure.

本発明の一実施形態は、接合面を介して接合された、光学研磨された周期分極反転構造を有する導波路基板と光学研磨されたベース基板とから構成される、光学素子を製造する方法であって、導波路基板の接合面に、エッチングにより、分極反転方向に伸長する少なくとも1つの凹部を形成するステップと、ベース基板を接合面を介して導波路基板と重ね合わせ、熱処理することにより拡散接合を行い、ベース基板と導波路基板とを接着するステップと、接着された導波路基板の表面を研磨装置を用いて研磨加工した後、ポリッシング加工を行って、薄膜基板を得るステップと、エッチングにより、薄膜基板上にリッジ型の光導波路を作成するステップとを備えることを特徴とする。   One embodiment of the present invention is a method for manufacturing an optical element, which includes an optically polished waveguide substrate having a periodically poled structure and an optically polished base substrate bonded via a bonding surface. Then, a step of forming at least one concave portion extending in a polarization reversal direction by etching on the bonding surface of the waveguide substrate, and a diffusion by heat-treating the base substrate with the waveguide substrate through the bonding surface and performing heat treatment Bonding, bonding the base substrate and the waveguide substrate, polishing the surface of the bonded waveguide substrate using a polishing apparatus, polishing to obtain a thin film substrate, and etching And a step of creating a ridge type optical waveguide on the thin film substrate.

本発明によって屈折率のほぼ等しい2枚の基板を接合して形成された光学素子において、中間層に薄膜材料を用いずに十分な実効的屈折率差を設けることができ、十分な接合強度かつ低損失な光導波路を簡便に歩留まりよく形成することができる。   In the optical element formed by bonding two substrates having substantially the same refractive index according to the present invention, a sufficient effective refractive index difference can be provided in the intermediate layer without using a thin film material, and sufficient bonding strength and A low-loss optical waveguide can be easily formed with a high yield.

従来のエアーギャップ導波路の構造を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the conventional air gap waveguide. 本発明の第一の実施例にかかる光学素子の構造を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the optical element concerning the 1st Example of this invention. 本発明の第一の実施例にかかる光学素子を用いない場合のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result when not using the optical element concerning the 1st Example of this invention. 本発明の第一の実施例にかかる光学素子を用いた場合のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result at the time of using the optical element concerning the 1st Example of this invention. 本発明の第一の実施例にかかる光学素子の作製工程を説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing process of the optical element concerning the 1st Example of this invention. 本発明の第一の実施例にかかる光学素子の作製工程を説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing process of the optical element concerning the 1st Example of this invention. 本発明の第一の実施例にかかる光学素子を用いた差周波発生による中赤外光発生を説明する図である。It is a figure explaining mid-infrared light generation by difference frequency generation using the optical element concerning the 1st example of the present invention. 本発明の第二の実施例にかかる光学素子の構造を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the optical element concerning the 2nd Example of this invention. 本発明の第二の実施例にかかる光学素子の端部の構造を説明する図である。It is a figure explaining the structure of the edge part of the optical element concerning the 2nd Example of this invention.

以下、図面を参照しながら、本発明に係る光学素子及びその製造方法を詳細に説明する。   Hereinafter, an optical element and a manufacturing method thereof according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図2は本発明の第一の実施例に係る光学素子の構造を説明する図である。   FIG. 2 is a view for explaining the structure of the optical element according to the first embodiment of the present invention.

図2に示す構造は、分極反転構造を施したZnドープニオブ酸リチウムからなる導波路基板21と、Mgドープニオブ酸リチウムからなるベース基板22とが、直接接合面23で直接接合され、導波路基板21を加工して形成されたリッジ光導波路24の下の直接接合面に、光導波路に沿って平行な非接合層25を複数本設けたものである。光導波路24の下側に形成された非接合層が光導波路に対するレールのように見えることから、本発明による非接合層のことをエアーレール25、本発明にかかる光導波路をエアーレール導波路と呼ぶこととする。   In the structure shown in FIG. 2, a waveguide substrate 21 made of Zn-doped lithium niobate having a domain-inverted structure and a base substrate 22 made of Mg-doped lithium niobate are directly joined at a direct joining surface 23, so that the waveguide substrate 21. A plurality of non-bonding layers 25 parallel to the optical waveguide are provided on the direct bonding surface under the ridge optical waveguide 24 formed by processing the above. Since the non-bonding layer formed on the lower side of the optical waveguide 24 looks like a rail for the optical waveguide, the non-bonding layer according to the present invention is referred to as the air rail 25, and the optical waveguide according to the present invention is referred to as the air rail waveguide. I will call it.

ここで、導波路基板21及びベース基板22の屈折率はそれぞれ、波長3.4μmにおいて、2.06及び2.05であり、両基板の屈折率はぼぼ等しい。エアーレール25の高さを約1μm、幅を約1μmとする。エアーレール25の本数は、4本である。また、光導波路24のサイズは、高さが約8μm、幅が8μmである。光導波路24には、リッジ部分以外のコア層にコア残層がない。   Here, the refractive indexes of the waveguide substrate 21 and the base substrate 22 are 2.06 and 2.05, respectively, at a wavelength of 3.4 μm, and the refractive indexes of both substrates are substantially equal. The height of the air rail 25 is about 1 μm and the width is about 1 μm. The number of air rails 25 is four. The optical waveguide 24 has a height of about 8 μm and a width of 8 μm. The optical waveguide 24 has no core remaining layer in the core layer other than the ridge portion.

導波路基板21にエアーレール25を設けることにより、エアーレール25を含む領域の屈折率を小さくすることができ、光導波路24の中に光を閉じ込めることができる。   By providing the air rail 25 on the waveguide substrate 21, the refractive index of the region including the air rail 25 can be reduced, and light can be confined in the optical waveguide 24.

本実施例では、導波路基板21にエアーレール構造25を設けているが、エアーレール構造をベース基板に設けても構わない。また、エアーレールは少なくとも光導波路24の下に設けていれば本発明の効果を得ることができるが、その周辺、あるいは直接接合面23全体に設けていても構わない。その場合、光導波路24とエアーレール構造25の位置を合わせることが容易になるという利点がある。   In this embodiment, the air rail structure 25 is provided on the waveguide substrate 21, but the air rail structure may be provided on the base substrate. In addition, if the air rail is provided at least under the optical waveguide 24, the effect of the present invention can be obtained. However, the air rail may be provided on the periphery or directly on the entire joining surface 23. In this case, there is an advantage that it becomes easy to align the positions of the optical waveguide 24 and the air rail structure 25.

次に、本発明の効果をビーム伝搬法(BPM:Beam Propagation Method)を用いて計算した結果を示す。   Next, the result of having calculated the effect of the present invention using a beam propagation method (BPM) is shown.

図3に、本発明を用いず単純に直接接合を行なった後に、光導波路を形成した場合を示す。図3(A)は、計算に用いた光導波路の断面構造を示し、Znドープニオブ酸リチウムからなる導波路基板31と、Mgドープニオブ酸リチウムからなるベース基板32とを、直接接合したもので、導波路基板31を加工してリッジ光導波路が形成されている。導波路基板の上部及び側部は空気層33である。図3(B)に、ビーム伝搬法を用いた計算結果を示す。図3(B)から、導波路基板31及びベース基板32の屈折率がほぼ等しいため、ベース基板32に光が漏れていることがわかる。このように、屈折率のほぼ等しい基板を接合して得られた光導波路においては、光の損失が増大する。また、屈折率差が不十分なため、光導波路のコアのサイズを小さくすることができないことは明らかである。このため、このような光学素子を波長変換に用いた場合、高い効率を得ることができない。   FIG. 3 shows a case where an optical waveguide is formed after simple direct bonding without using the present invention. FIG. 3A shows the cross-sectional structure of the optical waveguide used in the calculation, in which a waveguide substrate 31 made of Zn-doped lithium niobate and a base substrate 32 made of Mg-doped lithium niobate are directly joined. A ridge optical waveguide is formed by processing the waveguide substrate 31. The upper and side portions of the waveguide substrate are air layers 33. FIG. 3B shows a calculation result using the beam propagation method. FIG. 3B shows that light leaks to the base substrate 32 because the refractive indexes of the waveguide substrate 31 and the base substrate 32 are substantially equal. Thus, in an optical waveguide obtained by bonding substrates having substantially the same refractive index, light loss increases. It is also clear that the core size of the optical waveguide cannot be reduced because the difference in refractive index is insufficient. For this reason, when such an optical element is used for wavelength conversion, high efficiency cannot be obtained.

図4に、本実施例に係る場合を示す。図4(A)は、計算に用いた光導波路の断面構造を示す。図4(A)には、Znドープニオブ酸リチウムからなる導波路基板41と、Mgドープニオブ酸リチウムからなるベース基板42とが直接接合され、導波路基板を加工して形成されたリッジ光導波路の下の直接接合面に、光導波路に沿って平行な非接合層(エアーレール)44を設けた構造が開示される。導波路基板の上部及び側部に空気層43がある。図4(B)に、ビーム伝搬法を用いた計算結果を示す。導波路基板41の屈折率とベース基板42の屈折率がほぼ等しいにもかかわらず、エアーレール44を設けることにより、エアーレール44を含む領域の屈折率を小さくすることができ、光導波路の中に光を閉じ込めることができている。また、光導波路には、リッジ部分以外のコア層にコア残層がないので、光導波路の側面方向の閉じ込めが十分であり、光漏れがおきていない。これにより、屈折率のほぼ等しい基板を接合して得られた光導波路においても、低損失な特性を得ることができる。屈折率差が十分なため、光導波路のコアのサイズを小さくすることが可能となっている。このような光学素子を波長変換に用いた場合、高い効率を得ることができる。   FIG. 4 shows a case according to the present embodiment. FIG. 4A shows a cross-sectional structure of the optical waveguide used for the calculation. In FIG. 4A, a waveguide substrate 41 made of Zn-doped lithium niobate and a base substrate 42 made of Mg-doped lithium niobate are directly bonded, and the bottom of the ridge optical waveguide formed by processing the waveguide substrate. A structure in which a non-bonding layer (air rail) 44 parallel to the optical waveguide is provided on the direct bonding surface is disclosed. There is an air layer 43 on the top and sides of the waveguide substrate. FIG. 4B shows a calculation result using the beam propagation method. Although the refractive index of the waveguide substrate 41 and the refractive index of the base substrate 42 are substantially equal, by providing the air rail 44, the refractive index of the region including the air rail 44 can be reduced. The light can be confined. In addition, since there is no core remaining layer in the core layer other than the ridge portion in the optical waveguide, confinement in the side surface direction of the optical waveguide is sufficient, and light leakage does not occur. Thereby, even in an optical waveguide obtained by bonding substrates having substantially the same refractive index, low-loss characteristics can be obtained. Since the difference in refractive index is sufficient, the core size of the optical waveguide can be reduced. When such an optical element is used for wavelength conversion, high efficiency can be obtained.

3.4μm光の差周波発生に用いる、1.064μmの励起光と1.55μmの信号光に対して上記と同じ構造を用いてシミュレーションを行なった所、それぞれの波長に対しても、屈折率差を十分に大きくとることができ、光導波路の中に光を閉じ込めることができていることが確認できた。従って、1.064μm及び1.55μmの光に対しても低損失な光導波路が実現できる。   When a 1.064 μm excitation light and a 1.55 μm signal light used for generating a difference frequency of 3.4 μm light were simulated using the same structure as described above, the refractive index was also determined for each wavelength. It was confirmed that the difference was sufficiently large and light could be confined in the optical waveguide. Therefore, a low-loss optical waveguide can be realized even for light of 1.064 μm and 1.55 μm.

従来、光導波路を接合面に投影した領域にベース基板と接合している領域があると、光導波路の光閉じ込め効果は不十分となり導波路の伝播ロスが増大する。すなわち、非接合領域として、光導波路を接合面に投影した領域を含め、この投影領域よりもさらに広い領域が必要とされていた。しかしながら、我々は、光導波路を接合面に投影した領域にベース基板と接合している領域が存在しても、導波路の伝播損失を十分小さくすることができるエアーレール構造を見出した。これにより、リッジ部分以外のコア層にコア残層を残す必要がなくなり、光導波路の側面方向からの光の漏れを抑制することができる。   Conventionally, if there is a region where the optical waveguide is projected onto the bonding surface and there is a region bonded to the base substrate, the light confinement effect of the optical waveguide becomes insufficient, and propagation loss of the waveguide increases. That is, an area wider than this projection area is required as the non-joint area, including the area where the optical waveguide is projected onto the joint surface. However, we have found an air rail structure that can sufficiently reduce the propagation loss of the waveguide even when the region where the optical waveguide is projected onto the bonding surface is present in the region where it is bonded to the base substrate. Thereby, it is not necessary to leave a core remaining layer in the core layer other than the ridge portion, and light leakage from the side surface direction of the optical waveguide can be suppressed.

次にエアーレール構造の形状について述べる。光導波路の下の直接接合面に、光導波路の光の伝播方向に沿った4つの非接合層(エアーレール)領域を備えている。本実施例においては、各エアーレールの大きさは、深さが1μm、幅が1μm、エアーレール間の距離は1μmとなっている。ここでは、非接合層(エアーレール)の幅を、エアーレール1つの幅と定義している。   Next, the shape of the air rail structure will be described. Four non-bonding layer (air rail) regions along the light propagation direction of the optical waveguide are provided on the direct bonding surface under the optical waveguide. In the present embodiment, each air rail has a depth of 1 μm, a width of 1 μm, and a distance between the air rails of 1 μm. Here, the width of the non-bonding layer (air rail) is defined as the width of one air rail.

従来、導波路基板とベース基板に微細構造を設ける場合、微細構造の形状が大きな場合には導波路を伝播する光が微細構造により散乱され導波路の損失が増大するため、微細構造の大きさを、光導波路を伝播する光の波長に対して十分小さい構造とする必要があった。しかしながら、本発明は、光導波路の光の伝播方向に沿った凹部構造であるエアーレール構造を用いることによって、例えば、波長1.064μmに対してエアーレール構造が1μmのような、構造の形状が光導波路を伝播する光の波長に対して十分に小さくない場合においても光の損失が増大しない。   Conventionally, when a fine structure is provided on a waveguide substrate and a base substrate, if the shape of the fine structure is large, the light propagating through the waveguide is scattered by the fine structure and the loss of the waveguide increases. Must have a structure sufficiently small with respect to the wavelength of light propagating through the optical waveguide. However, in the present invention, by using an air rail structure that is a concave structure along the light propagation direction of the optical waveguide, the shape of the structure, for example, the air rail structure is 1 μm for a wavelength of 1.064 μm. Even when the wavelength of light propagating through the optical waveguide is not sufficiently small, the loss of light does not increase.

エアーレール構造の本数は、少なくとも1本設ければ足りるが、3本以上が好ましい。エアーレール構造の面積は、接合強度や光導波路のサイズ及び基板間の屈折率差に依存する。   It is sufficient to provide at least one air rail structure, but three or more are preferable. The area of the air rail structure depends on the bonding strength, the size of the optical waveguide, and the refractive index difference between the substrates.

光導波路の下の接合面の面積に対する、エアーレール構造の面積の占める割合を変えることによって、実効的な屈折率を制御することができる。例えば、エアーレールの幅と接合面の幅の比を変える事により光導波路の感じる実効的な屈折率を制御することができる。接合面の幅に対するエアーレールの幅の比を大きく取れば実効的な屈折率を下げることができるので、より閉じ込めの強い光導波路を形成することができる。接合面の幅に対するエアーレールの幅の比をどの程度まで大きく取れるかは、接合強度に依存する。接合面の幅に対するエアーレールの幅の比を大きくし過ぎると、接合面の面積が不十分となり加工に耐え得る接合強度を得ることができない。エアーレール構造の面積は、接合強度及び光導波路下の接合面積に依存するが、光導波路下の接合面積に対して1/10以上が好ましく、より好ましくは、光導波路下の接合面積に対して1/4以上である。   The effective refractive index can be controlled by changing the ratio of the area of the air rail structure to the area of the joint surface under the optical waveguide. For example, the effective refractive index felt by the optical waveguide can be controlled by changing the ratio between the width of the air rail and the width of the joint surface. If the ratio of the width of the air rail to the width of the joint surface is increased, the effective refractive index can be lowered, so that a more confined optical waveguide can be formed. To what extent the ratio of the width of the air rail to the width of the joint surface can be taken depends on the joint strength. If the ratio of the width of the air rail to the width of the joint surface is too large, the area of the joint surface becomes insufficient, and the joint strength that can withstand the processing cannot be obtained. The area of the air rail structure depends on the bonding strength and the bonding area under the optical waveguide, but is preferably 1/10 or more with respect to the bonding area under the optical waveguide, and more preferably with respect to the bonding area under the optical waveguide. 1/4 or more.

また、エアーレール構造の面積密度を変える別の手法として、エアーレール構造の本数を変化させるという方法を用いることもできる。超微細の加工プロセスを用いることなく実効的屈折率の制御を行なうことができるため、エアーレール構造の面積密度を部分的に変化させるような場合においては有用であると考えられる。例えば、この構造を用いることで、従来困難であった、光導波路の形状を簡便に3次元的に制御できるという利点がある。テーパー構造や導波モードの形状を変化させるモード変換器等への応用が可能となる。   Further, as another method of changing the area density of the air rail structure, a method of changing the number of air rail structures can be used. Since the effective refractive index can be controlled without using an ultrafine processing process, it is considered useful when the area density of the air rail structure is partially changed. For example, by using this structure, there is an advantage that the shape of the optical waveguide, which has been difficult in the past, can be easily and three-dimensionally controlled. Application to a mode converter or the like that changes the shape of the tapered structure or the waveguide mode becomes possible.

エアーレールの深さに関しては、光導波路を伝播する光の波長の1/10以上が好ましい。エアーレール構造が形成されている部分は屈折率の異なるクラッド層として作用する。このクラッド層が十分厚くないと、光導波路を伝搬する光の電界分布が基板側に漏れて光導波路の伝搬損失増大の原因となる。エアーレール(クラッド層)の厚みは、エアーレール構造の面積密度により条件が変わるが、最低でも導波路を伝搬する光の波長の1/10程度は必要であり、より好ましくは、光導波路を伝播する光の波長の1/5以上である。   Regarding the depth of the air rail, 1/10 or more of the wavelength of light propagating through the optical waveguide is preferable. The portion where the air rail structure is formed acts as a cladding layer having a different refractive index. If this cladding layer is not sufficiently thick, the electric field distribution of light propagating through the optical waveguide leaks to the substrate side, causing an increase in propagation loss of the optical waveguide. The thickness of the air rail (cladding layer) varies depending on the area density of the air rail structure, but it needs to be at least about 1/10 of the wavelength of light propagating through the waveguide, and more preferably through the optical waveguide. 1/5 or more of the wavelength of the light to be transmitted.

エアーレールの幅は、小さい分には原理的には問題がない。しかしながら、エアーレールの幅を小さくすればするほど深さ方向とのアスペクト比が高くなるため、加工が難しくなる。よってエアーレールの最小幅は加工限界によって制限される。現状の技術を用いた場合、エアーレールの幅が0.3μm以上であれば通常のフォトリソグラフィを用いて作製することができる。よって本実施例に示した、1μmのエアーレールの幅は通常のフォトリソグラフィを用いて簡便かつ低コストで実現することができる。   In principle, there is no problem if the width of the air rail is small. However, the smaller the width of the air rail, the higher the aspect ratio with respect to the depth direction. Therefore, the minimum width of the air rail is limited by the processing limit. When the current technology is used, the air rail can be manufactured using normal photolithography if the width of the air rail is 0.3 μm or more. Therefore, the width of the air rail of 1 μm shown in this embodiment can be realized simply and at low cost by using ordinary photolithography.

以下にその製造方法を説明する。   The manufacturing method will be described below.

図5は本実施例に用いた波長変換素子用薄膜基板を作製する工程を示すフロー図である。図5に示すように、本実施例においては、導波路基板としてあらかじめ1.5μmの光及び1.064μmの光と、結晶内で発生する3.4μm帯の光との間で位相整合条件が満たされるように周期分極反転構造が作製されているZカットZn添加LiNbO3基板51を用いた。ベース基板52としてZカットMg添加LiNbO3基板を用いた。導波路基板51とベース基板52は、熱膨張係数がほぼ一致している。また、導波路基板51の屈折率とベース基板52の屈折率はほぼ等しいが、ベース基板52のほうが若干小さい。なお、導波路基板51及びベース基板52は何れも両面が光学研磨されてある3インチウエハである。導波路基板51の厚さは300μm、ベース基板52の厚さは500μmである。 FIG. 5 is a flowchart showing a process of manufacturing a thin film substrate for a wavelength conversion element used in this example. As shown in FIG. 5, in this embodiment, there are phase matching conditions between 1.5 μm light and 1.064 μm light as a waveguide substrate in advance and 3.4 μm band light generated in the crystal. A Z-cut Zn-doped LiNbO 3 substrate 51 in which a periodically poled structure was formed so as to be satisfied was used. A Z-cut Mg-added LiNbO 3 substrate was used as the base substrate 52. The thermal expansion coefficients of the waveguide substrate 51 and the base substrate 52 are substantially the same. The refractive index of the waveguide substrate 51 and the refractive index of the base substrate 52 are substantially equal, but the base substrate 52 is slightly smaller. The waveguide substrate 51 and the base substrate 52 are both 3-inch wafers whose surfaces are optically polished. The thickness of the waveguide substrate 51 is 300 μm, and the thickness of the base substrate 52 is 500 μm.

まず、周期分極反転構造の施されている導波路基板51の直接接合面に凹部53を形成する。凹部の形成方法は様々あるが、本実施例ではドライエッチングを用いる。導波路基板51全面にレジストを塗布し、通常のフォトリソグラフィのプロセスによってエアーレール構造に対応するマスクパターンを形成した。その後、ドライエッチング装置に基板をセットし、Arガスをエッチングガスとして導波路基板の直接接合面の表面をエッチングすることによりエアーレール構造を作製した。   First, the concave portion 53 is formed in the direct bonding surface of the waveguide substrate 51 having the periodically poled structure. Although there are various methods for forming the recess, dry etching is used in this embodiment. A resist was applied to the entire surface of the waveguide substrate 51, and a mask pattern corresponding to the air rail structure was formed by a normal photolithography process. Thereafter, the substrate was set in a dry etching apparatus, and an air rail structure was fabricated by etching the surface of the direct bonding surface of the waveguide substrate using Ar gas as an etching gas.

次に、導波路基板51及びベース基板52の表面を通常の酸洗浄あるいはアルカリ洗浄によって親水性にした後、これら二つの基板51、52をマイクロパーティクルが極力存在しない清浄雰囲気中で重ね合わせた。そして、この重ね合わせた導波路基板51及びベース基板52を電気炉に入れ、400℃で3時間熱処理することにより拡散接合を行った。接着された基板は接合面にマイクロパーティクル等の挟み込みがなくてボイドフリーであり、室温に戻したときにおいてもクラックなどは発生しなかった。   Next, after making the surfaces of the waveguide substrate 51 and the base substrate 52 hydrophilic by normal acid cleaning or alkali cleaning, the two substrates 51 and 52 were superposed in a clean atmosphere in which microparticles were not present as much as possible. The superposed waveguide substrate 51 and base substrate 52 were placed in an electric furnace and heat treated at 400 ° C. for 3 hours to perform diffusion bonding. The bonded substrate was free of voids such as microparticles on the bonding surface, and no cracks were generated even when the substrate was returned to room temperature.

次に、研磨定盤の平坦度が管理された研磨装置を用いて、接着された基板の導波路基板51の厚さが20μmになるまで研磨加工を施した。研磨加工の後に、ポリッシング加工を行うことにより鏡面の研磨表面を得ることができた。基板の平行度(最大高さと最小高さとの差)を光学的な平行度測定機を用いて測定したところ、3インチウエハの周囲を除き、ほぼ全体にわたってサブミクロンの平行度が得られ、波長変換素子の作製に好適な薄膜基板54を作製することができた。この薄膜基板54は、接着剤を用いず、導波路基板51とベース基板52とを熱処理による拡散接合によって直接貼り合わせることにより作製したため、3インチウエハの全面積にわたって均一な組成及び均一な膜厚を持つ。   Next, polishing was performed using a polishing apparatus in which the flatness of the polishing surface plate was controlled until the thickness of the waveguide substrate 51 of the bonded substrate reached 20 μm. A mirror-polished polished surface could be obtained by polishing after polishing. When the parallelism of the substrate (difference between the maximum height and the minimum height) was measured using an optical parallelism measuring instrument, submicron parallelism was obtained almost entirely except for the periphery of a 3-inch wafer. A thin film substrate 54 suitable for the production of the conversion element could be produced. Since the thin film substrate 54 is manufactured by directly bonding the waveguide substrate 51 and the base substrate 52 by diffusion bonding by heat treatment without using an adhesive, the thin film substrate 54 has a uniform composition and a uniform film thickness over the entire area of the 3-inch wafer. have.

その後、作製した薄膜基板54を用い、光導波路の作製手段としてドライエッチングプロセスを用いて波長変換素子を作製した。即ち、薄膜基板54(導波路基板51)の表面に通常のフォトリソグラフィのプロセスによって導波路パターンを作製した後、ドライエッチング装置に基板をセットし、Arガスをエッチングガスとして薄膜基板54(導波路基板51)の表面をエッチングすることによりリッジ型光導波路を作製した。エアーレール構造を設けても直接接合の強度が十分に取れるため、エッチングはベース基板が掘れるまで行い、光導波路の側面が完全に空気層となるまで行なうことが出来た。   Thereafter, using the thin film substrate 54 produced, a wavelength conversion element was produced using a dry etching process as a means for producing an optical waveguide. That is, after a waveguide pattern is formed on the surface of the thin film substrate 54 (waveguide substrate 51) by a normal photolithography process, the substrate is set in a dry etching apparatus, and the Ar gas is used as an etching gas to form the thin film substrate 54 (waveguide). A ridge-type optical waveguide was produced by etching the surface of the substrate 51). Even if an air rail structure was provided, the strength of direct bonding was sufficient, so that etching was performed until the base substrate was dug until the side surface of the optical waveguide completely became an air layer.

光導波路の側面が完全に空気層となっているため、横方向の閉じ込めが強く低損失な光導波路を実現できた。さらに、エアーレール構造を設けることにより、ベース基板との間に十分な実効的屈折率差を設けられているため、ベース基板への光の漏れを抑えることができ、非常に低損失な光導波路を実現することができた。   Since the side surface of the optical waveguide is completely an air layer, an optical waveguide with strong lateral confinement and low loss can be realized. Furthermore, by providing an air rail structure, a sufficient effective refractive index difference is provided between the base substrate and light leakage to the base substrate can be suppressed, resulting in a very low loss optical waveguide. Was able to be realized.

本実施例においては、光導波路の作製手段としてはドライエッチングプロセスを用いたが、ダイシングなどの機械加工の技術を用いてもよい。一般的には、ドライエッチングより機械加工を用いたほうが、低コスト化が測れる。しかしながら、ダイシングなどの機械加工を用いた場合、機械加工においては深さ方向の加工精度を出すことが難しいため、エアーギャップ導波路といった、光導波路の側面に襟又は梯子と呼ばれるリッジ導波路部以外の残し部分を残しておく必要のある構造を作製するとこは非常に困難であった。一方、本発明にかかるエアーレール導波路においては、側面を完全に空気層とすることができる、つまりクラッド層まで十分深く光導波路を加工しても光導波路を形成することができるため、ダイシングなどの機械加工の技術を用いることができる。実際に、作製を試みたところ、クラッド層まで十分深く加工してしまえば、深さ方向の精度は緩やかになるため、ダイシングなどの機械加工を用いても性能の高い波長変換素子を形成できた。   In this embodiment, a dry etching process is used as a means for manufacturing the optical waveguide, but a machining technique such as dicing may be used. In general, the cost can be reduced by using machining rather than dry etching. However, when machining such as dicing is used, it is difficult to achieve machining accuracy in the depth direction in machining. Therefore, other than the ridge waveguide portion called the collar or ladder on the side surface of the optical waveguide, such as an air gap waveguide It was very difficult to fabricate a structure that needed to leave the remaining part. On the other hand, in the air rail waveguide according to the present invention, the side surface can be completely formed into an air layer, that is, the optical waveguide can be formed even if the optical waveguide is processed sufficiently deep up to the cladding layer. The following machining techniques can be used. Actually, when manufacturing was attempted, if the depth of the clad layer was processed sufficiently deep, the accuracy in the depth direction would become gradual, so that a high-performance wavelength conversion element could be formed even by using machining such as dicing. .

図6に示すように、光導波路61は3インチウエハである薄膜基板62に平行に複数本作製した。そして、これらの光導波路61毎に薄膜基板62を短冊状に切り出し、光導波路61の両端面61aを光学研磨することによって長さ50mmの波長変換素子63を作製した。   As shown in FIG. 6, a plurality of optical waveguides 61 were produced in parallel with a thin-film substrate 62 which is a 3-inch wafer. Then, the thin film substrate 62 was cut into a strip shape for each of these optical waveguides 61, and both the end faces 61a of the optical waveguide 61 were optically polished to produce a wavelength conversion element 63 having a length of 50 mm.

ウエハ内に作製できる光導波路の本数について述べる。エアーレール導波路においては、光導波路の少なくとも下の部分にエアーレール構造が形成されていればよいため、光導波路間の距離にエアーレール構造に起因した制限がかかることはない。従って、光導波路間の距離は、光の染み出しによる、隣の光導波路への電界の重なりが起きない範囲で近づけることができる。光導波路の上部及び側部が空気層の場合は、閉じ込めが強いため、側部からの電界のしみだしは小さく、ベース基板に漏れ出した光を解した電界の重なりに注意する必要がある。しかしながら、エアーレール導波路を用いることにより、ベース基板への電界の漏れ出しを十分小さくできるため、光導波路間の距離を小さくすることができる。これにより、1枚のウエハ内に多数の光導波路を形成でき、歩留まりと生産性を向上させることができる。   The number of optical waveguides that can be fabricated in the wafer will be described. In the air rail waveguide, it is sufficient that the air rail structure is formed at least in the lower portion of the optical waveguide, and therefore the distance between the optical waveguides is not limited due to the air rail structure. Therefore, the distance between the optical waveguides can be reduced within a range in which the electric field does not overlap with the adjacent optical waveguide due to the leakage of light. When the upper and side portions of the optical waveguide are air layers, the confinement is strong. Therefore, the oozing of the electric field from the side portion is small, and it is necessary to pay attention to the overlapping of the electric fields obtained by solving the light leaking to the base substrate. However, by using the air rail waveguide, the leakage of the electric field to the base substrate can be sufficiently reduced, so that the distance between the optical waveguides can be reduced. Thereby, a large number of optical waveguides can be formed in one wafer, and the yield and productivity can be improved.

図7は、作製した波長変換素子を用いた差周波波発生による中赤外光発生の構成を示す概略図である。同図に示すように、波長1.56μmの信号光Aと、波長1.064μmの励起光Bは合波器71により合波されて、波長変換素子72に入射される。光導波路中で非線形光学効果における差周波波発生により別の波長を持つ変換光Cへと変換され、信号光A及び励起光Bと共に導波路から出射される。出射された変換光Cと信号光A及び励起光Bとは、分波器73により分離される。信号光A、励起光Bの波長をそれぞれλ1、λ3とすると変換光Cの波長λ2は、1/λ2=1/λ3−1/λ1を満たす。よって、波長λ2=3.4μmの差周波光Cを生成することができる。 FIG. 7 is a schematic diagram showing a configuration of mid-infrared light generation by difference frequency wave generation using the produced wavelength conversion element. As shown in the figure, the signal light A having a wavelength of 1.56 μm and the excitation light B having a wavelength of 1.064 μm are combined by a multiplexer 71 and incident on a wavelength conversion element 72. The light is converted into converted light C having a different wavelength by the generation of the difference frequency wave in the nonlinear optical effect in the optical waveguide, and is emitted from the waveguide together with the signal light A and the excitation light B. The emitted converted light C, signal light A, and excitation light B are separated by the duplexer 73. If the wavelengths of the signal light A and the pumping light B are λ 1 and λ 3 , respectively, the wavelength λ 2 of the converted light C satisfies 1 / λ 2 = 1 / λ 3 −1 / λ 1 . Therefore, the difference frequency light C having the wavelength λ 2 = 3.4 μm can be generated.

作製した素子の、規格化変換効率は100%/Wと非常に高い値が得られた。   The normalized conversion efficiency of the fabricated device was as high as 100% / W.

本実施例のように、差周波発生によって中赤外光を発生する場合、入力する励起光及び信号光の波長に対して、波長変換によって発生する中赤外光の波長は長波になる。長波になると、一般に、光の閉じ込め効果が弱くなり、光導波路からの光の漏れ量が大きくなりやすい。また、通常の蒸着装置で実現されるSiO2などの薄膜はアモルファス形状であり、中赤外に対する吸収が強いため、中赤外域の光発生用の素子を実現するにはこれらの材料を接合基板の中間層として用いるとはできない。 When the mid-infrared light is generated by the difference frequency generation as in this embodiment, the wavelength of the mid-infrared light generated by the wavelength conversion becomes a long wave with respect to the wavelengths of the input excitation light and signal light. In the case of a long wave, generally, the light confinement effect is weakened, and the amount of light leakage from the optical waveguide tends to increase. In addition, thin films such as SiO 2 that are realized with ordinary vapor deposition equipment have an amorphous shape and strong absorption in the mid-infrared, so these materials can be used as a bonding substrate in order to realize elements for light generation in the mid-infrared region. It cannot be used as an intermediate layer.

よって本出願に掛る発明は、差周波発生による中赤外光発生に特に有効である。つまり、本実施例に係る波長変換素子は、波長λ1のレーザー光と波長λ3のレーザー光とを入力し、1/λ2=1/λ3−1/λ1の関係を満たす波長λ2のコヒーレント光を出力する波長変換素子であり、波長λ2が2μm乃至5μmである場合に特に有効であると考えられる。 Therefore, the invention according to the present application is particularly effective for generation of mid-infrared light by difference frequency generation. That is, the wavelength conversion element according to the present embodiment inputs the laser light having the wavelength λ 1 and the laser light having the wavelength λ 3 and satisfies the relationship 1 / λ 2 = 1 / λ 3 -1 / λ 1. 2 is a wavelength conversion element that outputs coherent light, and is considered to be particularly effective when the wavelength λ 2 is 2 μm to 5 μm.

図8は、本発明の第二の実施例に係る光学素子の光導波路の形状の略図である。図8において、Mgドープニオブ酸リチウムからなる導波路基板81と、Znドープニオブ酸リチウムからなるベース基板82とが、直接接合面83で直接接合され、導波路基板81を加工して形成されたリッジ光導波路84の下の直接接合面に、光導波路に沿って平行なエアーレール構造85を設けた構造が開示されている。   FIG. 8 is a schematic diagram of the shape of the optical waveguide of the optical element according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 8, a waveguide substrate 81 made of Mg-doped lithium niobate and a base substrate 82 made of Zn-doped lithium niobate are directly joined at a direct joining surface 83 and processed by processing the waveguide substrate 81. A structure in which an air rail structure 85 parallel to the optical waveguide is provided on the direct bonding surface under the waveguide 84 is disclosed.

エアーレール構造85の幅は0.5μm、高さは1μmである。リッジ光導波路84の矩形断面の幅は8μm、高さは8μmである。   The air rail structure 85 has a width of 0.5 μm and a height of 1 μm. The rectangular cross section of the ridge optical waveguide 84 has a width of 8 μm and a height of 8 μm.

本実施例と第一の実施例との相違点は、光の入力部に対応する光導波路の端部において、エアーレールの本数が端部に向かうにつれて徐々に減っていること及び光導波路の幅、高さが端部に向かうにつれて徐々に広がっていることである。   The difference between this embodiment and the first embodiment is that, at the end of the optical waveguide corresponding to the light input portion, the number of air rails gradually decreases toward the end and the width of the optical waveguide. , The height gradually widens toward the end.

非線形光学媒質を用いた波長変換素子においては、光導波路の導波層のサイズを小さくすると、光のパワー密度を高め、理論的には高い効率を得ることができる。しかしながら、光導波路の導波層のサイズが小さくなると、他の光素子、例えばファイバなどとの接続が困難になるという問題があった。   In a wavelength conversion element using a nonlinear optical medium, if the size of the waveguide layer of the optical waveguide is reduced, the power density of light can be increased and theoretically high efficiency can be obtained. However, when the size of the waveguide layer of the optical waveguide is reduced, there is a problem that it is difficult to connect to another optical element such as a fiber.

また、非線形光学媒質を用いた波長変換素子においては、入力光のエネルギーが大きいほど、高い変換光の出力エネルギーを得られることから、光導波路の導波層の小径化による効率の増加と、光の入出力の損失とのトレードオフは大きな問題であった。   In addition, in a wavelength conversion element using a nonlinear optical medium, the higher the input light energy, the higher the output energy of the converted light, so that the efficiency is increased by reducing the diameter of the waveguide layer of the optical waveguide, and the light The trade-off with I / O loss was a big problem.

従来、直接接合を用いた光導波路においては、光導波路の幅のテーパー構造は実現することができたが、厚みのテーパー構造を実現することは困難であった。なぜならば、直接接合を用いた光導波路においては、光導波路の導波路基板の厚みは、光学研磨などによって達成されるため、面内での厚みは均一となる。また、ウエットエッチングやドライエッチング等を用いても、制御性よく厚みの異なる光導波路形状を実現することは困難であった。   Conventionally, in an optical waveguide using direct bonding, a taper structure with a width of the optical waveguide could be realized, but it was difficult to realize a taper structure with a thickness. This is because in an optical waveguide using direct bonding, the thickness of the waveguide substrate of the optical waveguide is achieved by optical polishing or the like, so that the thickness in the plane is uniform. Even when wet etching, dry etching, or the like is used, it is difficult to realize optical waveguide shapes having different thicknesses with good controllability.

しかしながら、本実施例に係る構造を用いれば、単に導波層及びクラッド層の間のエアーレールの「本数」の調整を行なうという単純な構成で、厚み方向においてもテーパー構造を設けることができることを見出した。   However, if the structure according to the present embodiment is used, it is possible to provide a taper structure even in the thickness direction with a simple configuration of simply adjusting the “number” of air rails between the waveguide layer and the cladding layer. I found it.

エアーレール構造の深さ又は幅を、光導波路の端部で徐々に変えることによっても、光導波路の厚み方向のテーパーを実現することができる。しかしながら、エアーレールの本数の制御は、構造作製の際のフォトリソグラフィに用いるフォトマスクの形状に反映させるだけでよく、超微細加工等の複雑な加工技術が不要であり、簡便かつ低コストで実現することができる。   The taper in the thickness direction of the optical waveguide can also be realized by gradually changing the depth or width of the air rail structure at the end of the optical waveguide. However, the control of the number of air rails only needs to be reflected in the shape of the photomask used for photolithography at the time of structure fabrication, and it does not require complicated processing technology such as ultra-fine processing, and is realized simply and at low cost. can do.

図9に、本実施例に係る形態の光入力部に対応する、端部の形状の詳細を説明するための、上面投射図を示す。   FIG. 9 is a top projection view for explaining the details of the shape of the end portion corresponding to the light input portion of the embodiment according to the present embodiment.

以下、本実施例に係る形態の光入力部に対応する、端部の形状について説明する。   Hereinafter, the shape of the end corresponding to the light input unit of the embodiment according to the present embodiment will be described.

リッジ光導波路84の幅は8μmであるが、入力端部で10μmとなるように線形に変化している。テーパー構造を持つ入力端部の長さは約80μmである。   The width of the ridge optical waveguide 84 is 8 μm, but linearly changes so as to be 10 μm at the input end. The length of the input end having a tapered structure is about 80 μm.

リッジ光導波路84の下に形成されている、エアーレールの本数は8本であるが、入力端部では1本である。幅方向のテーパー構造に対応して、エアーレールの本数は8本から入力端部での1本に向けて徐々に変化する。具体的には、約10μm間隔で、1本ずつ本数を減らしていく。   The number of air rails formed under the ridge optical waveguide 84 is eight, but one at the input end. Corresponding to the taper structure in the width direction, the number of air rails gradually changes from eight toward one at the input end. Specifically, the number is decreased one by one at intervals of about 10 μm.

これにより、入力端部では、実効的な光導波路のコアサイズが、幅10μm及び高さ9μmとなる光導波路を実現できた。1.55μm帯のシングルモードファイバをバットジョイントにて接続、光のカップリング損を測定したところ、テーパー構造がない場合に比べ1dB以上高いカップリング効率が得られた。その際、テーパー構造を設けたことによる光導波路の過剰損失の増加は見られなかった。   As a result, an optical waveguide having an effective optical waveguide core size of 10 μm wide and 9 μm high can be realized at the input end. When a 1.55 μm band single mode fiber was connected by a butt joint and the coupling loss of light was measured, a coupling efficiency higher by 1 dB or more was obtained compared to the case without a tapered structure. At that time, an increase in excess loss of the optical waveguide due to the provision of the tapered structure was not observed.

上記の実施例においては、Znドープニオブ酸リチウムからなる導波路基板と、Mgドープニオブ酸リチウムからなるベース基板を使用しているが、光学基板として、LiNbO3、KNbO3、LiTaO3、LiNb(x)Ta(1-x)3(0≦x≦1)、KTiOPO4、及びこれらのうちの何れかにMg、Zn、Sc、又はInを添加したものからなる群から選ばれた少なくとも一つを添加物として含有するものを使用することができる。 In the above embodiment, a waveguide substrate made of Zn-doped lithium niobate and a base substrate made of Mg-doped lithium niobate are used. As the optical substrate, LiNbO 3 , KNbO 3 , LiTaO 3 , LiNb (x) At least one selected from the group consisting of Ta (1-x) O 3 (0 ≦ x ≦ 1), KTiOPO 4 , and any of these added with Mg, Zn, Sc, or In What is contained as an additive can be used.

また、上記の実施例においては、差周波発生により、コヒーレント光を出力しているが、和周波発生または第二高調波発生により、コヒーレント光を出力することもできる。   In the above embodiment, coherent light is output by difference frequency generation. However, coherent light can be output by sum frequency generation or second harmonic generation.

さらに、上記の実施例においては、光入力部に対応する端部において、エアーレールの本数を調整しているが、光出力部に対応する端部においても、エアーレールの本数を調整することができる。   Furthermore, in the above embodiment, the number of air rails is adjusted at the end corresponding to the light input unit, but the number of air rails can also be adjusted at the end corresponding to the light output unit. it can.

11 MgOドープのLiNbO3導波路基板
12 ギャップ
13 LiNbO3ベース基板
14 リッジ導波路
21 導波路基板
22 ベース基板
23 直接接合面
24 リッジ光導波路
25 エアーレール
31 導波路基板
32 ベース基板
33 空気層
41 導波路基板
42 ベース基板
43 空気層
44 エアーレール
51 導波路基板
52 ベース基板
53 凹部
54 薄膜基板
61 光導波路
61a 光導波路の端面
62 薄膜基板
63 波長変換素子
71 合波器
72 波長変換素子
73 分波器
81 導波路基板
82 ベース基板
83 直接接合面
84 リッジ光導波路
85 エアーレール
11 MgO-doped LiNbO 3 waveguide substrate 12 gap 13 LiNbO 3 base substrate 14 ridge waveguide 21 waveguide substrate 22 base substrate 23 direct bonding surface 24 ridge optical waveguide 25 air rail 31 waveguide substrate 32 base substrate 33 air layer 41 Waveguide substrate 42 Base substrate 43 Air layer 44 Air rail 51 Waveguide substrate 52 Base substrate 53 Recess 54 Thin film substrate 61 Optical waveguide 61a End face 62 of optical waveguide Thin film substrate 63 Wavelength conversion element 71 Multiplexer 72 Wavelength conversion element 73 Demultiplexer 81 Waveguide substrate 82 Base substrate 83 Direct bonding surface 84 Ridge optical waveguide 85 Air rail

Claims (8)

接合面を介して接合された、光学研磨された導波路基板と光学研磨されたベース基板とから構成される光学素子であって、
前記光学素子は、
前記導波路基板内にリッジ型の光導波路を備え、
前記光導波路の下の前記接合面において、光の伝播方向に沿って伸長する、少なくとも1つの非接合領域を備え、
リッジ部分以外のコア層にコア残層が存在せず、
前記光の伝播方向と接合面に鉛直な方向との両方に鉛直な方向における、前記非接合領域の幅は、前記光導波路の幅以下である
ことを特徴とする光学素子。
An optical element composed of an optically polished waveguide substrate and an optically polished base substrate bonded via a bonding surface,
The optical element is
A ridge-type optical waveguide is provided in the waveguide substrate,
At least one non-joining region extending along a light propagation direction at the joining surface under the optical waveguide;
There is no remaining core layer in the core layer other than the ridge,
The optical element, wherein a width of the non-joining region in a direction perpendicular to both the light propagation direction and the direction perpendicular to the joining surface is equal to or less than the width of the optical waveguide.
前記導波路基板と前記ベース基板とは、直接接合によって接合されていることを特徴とする請求項1に記載の光学素子。   The optical element according to claim 1, wherein the waveguide substrate and the base substrate are bonded by direct bonding. 前記導波路基板の屈折率と前記ベース基板の屈折率とはほぼ等しい、もしくは前記導波路基板の屈折率は前記ベース基板の屈折率より小さいことを特徴とする請求項1又は2に記載の光学素子。   3. The optical device according to claim 1, wherein a refractive index of the waveguide substrate is substantially equal to a refractive index of the base substrate, or a refractive index of the waveguide substrate is smaller than a refractive index of the base substrate. element. 前記光学基板は、LiNbO3、KNbO3、LiTaO3、LiNb(x)Ta(1-x)3(0≦x≦1)、KTiOPO4、及び前記LiNbO3、KNbO3、LiTaO3、LiNb(x)Ta(1-x)3(0≦x≦1)、KTiOPO4の何れかにMg、Zn、Sc、又はInを添加したものからなる群から選ばれた少なくとも一つを添加物として含有していることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の光学素子。 The optical substrate includes LiNbO 3 , KNbO 3 , LiTaO 3 , LiNb (x) Ta (1-x) O 3 (0 ≦ x ≦ 1), KTiOPO 4 , and LiNbO 3 , KNbO 3 , LiTaO 3 , LiNb ( x) At least one selected from the group consisting of Ta (1-x) O 3 (0 ≦ x ≦ 1), KTiOPO 4 with Mg, Zn, Sc, or In added as an additive The optical element according to claim 1, wherein the optical element is contained. 波長λ1の第1のレーザー光と波長λ3の第2のレーザー光とを入力し、前記第1のレーザー光と前記第2のレーザー光との差周波発生により、1/λ2=1/λ3−1/λ1の関係にある波長λ2のコヒーレント光を出力し、前記コヒーレント光の波長λ2は、2μm≦λ2≦5μmの範囲の何れかであることを特徴とする請求項1又は2に記載の光学素子。 By inputting a first laser beam having a wavelength λ 1 and a second laser beam having a wavelength λ 3 , 1 / λ 2 = 1 by generating a difference frequency between the first laser beam and the second laser beam. / lambda 3 outputs a wavelength lambda 2 of the coherent light in the -1 / lambda 1 relationship, the wavelength lambda 2 of the coherent light, wherein, characterized in that either the range of 2μm ≦ λ 2 ≦ 5μm Item 3. The optical element according to Item 1 or 2. 波長λ1の第1のレーザー光と波長λ2の第2のレーザー光とのうちの少なくとも1つを入力し、和周波発生か第二高調波発生のいずれかにより、1/λ3=1/λ1+1/λ2または1/λ3=2/λ1のいずれかの関係にある波長λ3のコヒーレント光を出力することを特徴とする請求項1又は2に記載の光学素子。 At least one of the first laser beam having the wavelength λ 1 and the second laser beam having the wavelength λ 2 is input, and 1 / λ 3 = 1 by either the sum frequency generation or the second harmonic generation. 3. The optical element according to claim 1, wherein coherent light having a wavelength of λ 3 having a relationship of either / λ 1 + 1 / λ 2 or 1 / λ 3 = 2 / λ 1 is output. 前記光導波路は、光の入出力部においてテーパー構造を備え、
前記非接合層の本数は、前記テーパー構造において変化していることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の光学素子。
The optical waveguide has a tapered structure at the input / output portion of light,
The optical element according to claim 1, wherein the number of the non-bonding layers changes in the tapered structure.
接合面を介して接合された、光学研磨された周期分極反転構造を有する導波路基板と光学研磨されたベース基板とから構成される、光学素子を製造する方法であって、
前記導波路基板の接合面に、エッチングにより、分極反転方向に伸長する少なくとも1つの凹部を形成するステップと、
前記ベース基板を前記接合面を介して前記導波路基板と重ね合わせ、熱処理することにより拡散接合を行い、前記ベース基板と前記導波路基板とを接着するステップと、
接着された前記導波路基板の表面を研磨装置を用いて研磨加工した後、ポリッシング加工を行って、薄膜基板を得るステップと、
エッチングにより、前記薄膜基板上にリッジ型の光導波路を作成するステップと
を備えることを特徴とする光学素子の製造方法。
A method of manufacturing an optical element comprising a waveguide substrate having an optically polished periodic polarization reversal structure bonded through a bonding surface and an optically polished base substrate,
Forming at least one recess extending in a polarization reversal direction by etching on a joint surface of the waveguide substrate;
Overlaying the base substrate with the waveguide substrate via the bonding surface, performing diffusion bonding by heat treatment, and bonding the base substrate and the waveguide substrate;
Polishing the surface of the bonded waveguide substrate using a polishing apparatus, and then polishing to obtain a thin film substrate;
And a step of forming a ridge-type optical waveguide on the thin film substrate by etching.
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