特許 6671720 テラヘルツ波発生装置及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6671720

(24)【登録日】2020年3月6日

(45)【発行日】2020年3月25日

(54)【発明の名称】テラヘルツ波発生装置及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   G02F 1/377 20060101AFI20200316BHJP

   G02B 6/12 20060101ALI20200316BHJP

   G02B 6/125 20060101ALI20200316BHJP

   G02B 6/136 20060101ALI20200316BHJP

【ＦＩ】

   G02F1/377

   G02B6/12 301

   G02B6/125 301

   G02B6/136

【請求項の数】5

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2016-36933(P2016-36933)

(22)【出願日】2016年2月29日

(65)【公開番号】特開2017-156395(P2017-156395A)

(43)【公開日】2017年9月7日

【審査請求日】2018年11月30日

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 平成２７年８月３１日に２０１５年第７６回応用物理学会秋季学術講演会講演予稿集にて発表

(73)【特許権者】

【識別番号】000000295

【氏名又は名称】沖電気工業株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】301022471

【氏名又は名称】国立研究開発法人情報通信研究機構

(74)【代理人】

【識別番号】100141955

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 宏之

(74)【代理人】

【識別番号】100085419

【弁理士】

【氏名又は名称】大垣 孝

(72)【発明者】

【氏名】岸本 直

(72)【発明者】

【氏名】小川 洋

【審査官】 林 祥恵

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２００８／０１５９３４２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１３−２３１７８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−０３８５９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０６６７４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−５３４５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 Leon McCaughan, et al.，Highly Efficient Terahertz Generation via a Continuously Phase Matched Difference Frequency Generation in a Nested Waveguide Structure，2008 33rd International Conference on Infrared, Millimeter and Terahertz Waves，２００８年 ９月１５日，pp.1-2

【文献】 水津 光司 ,他，周期分極反転 ＬｉＮｂＯ３ （ＰＰＬＮ） 結晶による面発光 ＴＨｚ 波発生 Surface emitted THz-wave generation using periodically poled lithium niobate (PPLN)，２００６年（平成１８年）春季 第５３回応用物理学関係連合講演会講演予稿集 第０分冊 Extended Abstracts (The 53rd Spring Meeting, 2006); The Japan Society of Applied Physics and Related Societies No.0，（社）応用物理学会，２００６年 ３月，第0巻，p.73

【文献】 SUIZU, K., et al.，Surface-emitted terahertz-wave generation by ridged periodically poled lithium niobate and enhancement by mixing of two terahertz waves，OPTICS LETTERS，２００６年 ４月 １日，Vol.31, No.7，pp.957-959

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｆ １／００−１／１２５

Ｇ０２Ｆ １／２１−７／００

Ｇ０２Ｂ ６／１２−６／１４

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｄｉｒｅｃｔ

ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１光導波路コアと、
前記第１光導波路コア上にクラッド層を介して形成され、かつ少なくとも該クラッド層との接合面と対向する上面及び光伝播方向に沿った両側面が空気で覆われている第２光導波路コアと
を備え、
前記第２光導波路コアは、励起光及び信号光が入力され、前記励起光及び前記信号光に基づいてテラヘルツ波を発生させ、
前記第１光導波路コアは、前記第２光導波路コアよりもテラヘルツ波に対する吸収係数が小さく、かつ前記第２光導波路コアで発生したテラヘルツ波を伝播させる
ことを特徴とするテラヘルツ波発生装置。

【請求項2】

前記第１光導波路コアは、高抵抗シリコンを材料として形成されており、
前記第２光導波路コアは、強誘電体結晶を材料として形成されており、かつ周期的分極反転構造が作り込まれている
ことを特徴とする請求項１に記載のテラヘルツ波発生装置。

【請求項3】

前記第２光導波路コアの厚さが３〜１０μｍの範囲内の値であり、前記第２光導波路コアの幅が３〜１００μｍの範囲内の値である
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のテラヘルツ波発生装置。

【請求項4】

前記第１光導波路コアを伝播するテラヘルツ波の波長をλ、及びテラヘルツ波に対する前記第１光導波路コアの屈折率をＮとして、前記第１光導波路コアの幅及び厚さがそれぞれ小さくともλ／Ｎである
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のテラヘルツ波発生装置。

【請求項5】

第１基板、接着剤層及び第２基板がこの順に積層され、かつ前記第１基板は、前記第２基板よりもテラヘルツ波に対する吸収係数が小さく設定されている積層体を用意する工程と、
前記第２基板をパターニングすることによって、少なくとも前記接着剤層との接合面と対向する上面及び光伝播方向に沿った両側面が空気で覆われた第２光導波路コアを形成し、前記第１基板をパターニングすることによって、前記第２光導波路コアの下側に第１光導波路コアを形成し、及び前記接着剤層の、前記第１光導波路コア及び前記第２光導波路コアに挟まれた部分としてクラッド層を形成する工程と
を備えることを特徴とするテラヘルツ波発生装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、テラヘルツ波を発生させる装置及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

電波天文学、電子分光、材料科学、セキュリティ、情報通信又は食品検査等の幅広い分野において、テラヘルツ波の利用が期待されている。テラヘルツ波は、電波と光波の間の例えば０．１〜１０ＴＨｚの周波数帯の電磁波である。

【0003】

テラヘルツ波の発生方法として、量子カスケードレーザ、フォトミキシング若しくはフェムト秒レーザを用いた光スイッチ又は光整流を用いる方法がある。

【0004】

また、非線形光学結晶を用いた、非線形光学効果によってテラヘルツ波を発生させる方法もある。

【0005】

例えば、励起光を含む周波数の異なる２種類の光を、非線形光学結晶にコリニアに入力し、差周波発生過程によってテラヘルツ波を発生させる装置がある（例えば特許文献１参照）。また、非線形光学結晶で構成された光導波路に光を入力し、超短パルス光源による光整流によってテラヘルツ波を発生させる装置がある（例えば特許文献２参照）。また、励起光を含む周波数の異なる２種類の光を、非線形光学結晶からなる発振基板にノンコリニアに入力し、差周波発生過程によってテラヘルツ波を発生させる装置がある（例えば特許文献３参照）。

【0006】

ここで、非線形光学結晶として用いられる例えばニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）は、テラヘルツ波に対する吸収が大きい。そのため、非線形光学結晶において、テラヘルツ波を長距離伝播させることは困難である。そこで、特許文献１に係る装置では、発生したテラヘルツ波を、チェレンコフ放射によって非線形光学結晶表面から放射させる。また、特許文献２に係る装置では、発生したテラヘルツ波を、プリズムを用いて非線形光学結晶表面から放射させる。また、特許文献３に係る装置では、カットオフ条件を満たすように発振基板の厚さを薄くすることによって、発生したテラヘルツ波を発振基板表面から放射させる。

【0007】

ところで、光通信の分野には、非線形光学効果を利用した波長変換素子がある。このような波長変換素子を光導波路素子において実現する際には、非線形光学結晶として例えばＬｉＮｂＯ_３を光導波路の材料として用いることができる。非線形光学効果に基づく波長変換の手法としては、疑似位相整合（ＱＰＭ：Ｑｕａｓｉ−Ｐｈａｓｅ Ｍａｔｃｈｉｎｇ）がある。このＱＰＭを、ＬｉＮｂＯ_３を材料とする光導波路において実現させた波長変換素子として、ＱＰＭ型波長変換素子がある。ＱＰＭ型波長変換素子は、光導波路に周期的分極反転構造を作り込んで構成される。

【0008】

ＱＰＭ型波長変換素子では、位相整合条件を満たすように分極反転構造の周期を設計することによって、任意の波長の光に対して波長変換を行うことができる。そして、ＱＰＭ型波長変換素子では、光が相互作用する長さ（相互作用長）を大きくとる、すなわち光を長距離伝播させることによって、より大きな非線形光学効果を得ることができる。

【0009】

テラヘルツ波の発生に、上述のＱＰＭ型波長変換素子を利用することが考えられる。この場合、差周波発生過程で相互作用する光を、ＱＰＭ型波長変換素子内で長距離伝播させることで、高効率にテラヘルツ波を発生させられると考えられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】特開２０１０−２０４４８８号公報

【特許文献2】特開２０１１−２０３７１８号公報

【特許文献3】特開２０１５−１１８３９２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

しかしながら、上述したように、非線形光学結晶として用いられるＬｉＮｂＯ_３は、テラヘルツ波に対する吸収が大きい。そのため、特許文献１〜３の装置では、テラヘルツ波を長距離伝播させることができず、相互作用長を大きくとることができない。従って、テラヘルツ波を効率良く発生させることが困難と考えられる。

【0012】

さらに、この吸収の問題により、特許文献１〜３の装置では、テラヘルツ波を非線形光学結晶表面から放射させることによって出力する。そのため、出力されるテラヘルツ波のモードフィールドが安定しない。従って、集光して分光計測等に利用することが困難である。

【0013】

また、ＱＰＭ型波長変換素子を利用する場合にも、上述した吸収の問題により、長距離伝播させることが困難である。そのため、特許文献１〜３の装置と同様に、テラヘルツ波を効率良く発生させることが困難と考えられる。

【0014】

そこで、この発明の目的は、テラヘルツ波を高効率で発生させることが可能なテラヘルツ波発生装置及びその製造方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0015】

上述した課題を解決するために、この発明によるテラヘルツ波発生装置は、第１光導波路コアと、第１光導波路コア上にクラッド層を介して形成され、かつ少なくともクラッド層との接合面と対向する上面及び光伝播方向に沿った両側面が空気で覆われている第２光導波路コアとを備えて構成される。第２光導波路コアは、励起光及び信号光が入力され、励起光及び信号光に基づいてテラヘルツ波を発生させる。第１光導波路コアは、第２光導波路コアよりもテラヘルツ波に対する吸収係数が小さく設定されている。そして、第１光導波路コアは、第２光導波路コアで発生したテラヘルツ波を伝播させる。

【0016】

また、この発明によるテラヘルツ波発生装置の製造方法は、まず、第１基板、接着剤層及び第２基板がこの順に積層された積層体を用意する。第１基板は、第２基板よりもテラヘルツ波に対する吸収係数が小さく設定されている。次に、第２基板をパターニングすることによって、少なくとも接着剤層との接合面と対向する上面及び光伝播方向に沿った両側面が空気で覆われた第２光導波路コアを形成する。また、第１基板をパターニングすることによって、第２光導波路コアの下側に第１光導波路コアを形成する。また、接着剤層の、第１光導波路コア及び第２光導波路コアに挟まれた部分としてクラッド層を形成する。

【発明の効果】

【0017】

この発明のテラヘルツ波発生装置では、第２光導波路コアで発生したテラヘルツ波が、吸収係数の小さい第１光導波路コアを主に伝播する。そのため、この発明のテラヘルツ波発生装置では、第２光導波路コアに、吸収係数の大きい材料を用いたとしても、テラヘルツ波の吸収が抑えられる。一方で、第２光導波路コアにおいて、信号光及び励起光のパワー密度が大きくなるように設計することで、第２光導波路コアの長さに渡って、テラヘルツ波を高効率で発生させることができる。よって、この発明のテラヘルツ波発生装置では、高効率に発生したテラヘルツ波を、吸収による損失を抑制して出力させることができる。従って、装置全体としてテラヘルツ波を高効率で発生させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】（Ａ）及び（Ｂ）は、この発明のテラヘルツ波発生装置を示す概略図である。

【図2】（Ａ）及び（Ｂ）は、この発明のテラヘルツ波発生装置の製造方法を説明するための工程図である。

【図3】（Ａ）及び（Ｂ）は、この発明のテラヘルツ波発生装置の製造方法を説明するための工程図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、図を参照して、この発明の実施の形態について説明するが、各構成要素の形状、大きさ及び配置関係については、この発明が理解できる程度に概略的に示したものに過ぎない。また、以下、この発明の好適な構成例につき説明するが、各構成要素の材質及び数値的条件などは、単なる好適例にすぎない。従って、この発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の構成の範囲を逸脱せずにこの発明の効果を達成できる多くの変更又は変形を行うことができる。

【0020】

（構成）
図１を参照して、この発明の実施の形態によるテラヘルツ波発生装置について説明する。図１（Ａ）は、テラヘルツ波発生装置を示す概略的斜視図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示すテラヘルツ波発生装置をＩ−Ｉ線で切り取った概略的端面図である。

【0021】

なお、図１において、光の概略的な伝搬方向を矢印Ｒで示す。また、以下の説明では、支持基板の厚さに沿った方向を厚さ方向とする。また、光の伝播方向に沿った方向を長さ方向とする。また、長さ方向及び厚さ方向に直交する方向を幅方向とする。

【0022】

テラヘルツ波発生装置１００は、例えば光通信において、信号光をテラヘルツ波に変換する装置として使用することができる。ここでは、一例として、受動型光加入者ネットワーク（ＰＯＮ：Ｐａｓｓｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ）で一般的に使用される１．３〜１．６μｍ付近の波長帯の信号光に基づいて、３ＴＨｚ付近のテラヘルツ波を発生させる場合の構成例について説明する。

【0023】

テラヘルツ波発生装置１００は、支持基板１０、接着剤層２０、第１光導波路コア３０、クラッド層４０、及び第２光導波路コア５０を備えて構成されている。ここでは、第２光導波路コア５０の一端を入力端５５として使用する。また、第１光導波路コア３０の、入力端５５とは反対側の一端を出力端３５として使用する。そして、第２光導波路コア５０の入力端５５には、外部から信号光と励起光とが並列に入力される。第２光導波路コア５０では、信号光及び励起光に基づく差周波発生過程によってテラヘルツ波が発生する。テラヘルツ波は、第１光導波路コア３０を主に伝播し、出力端３５から出力される。

【0024】

支持基板１０は、第１光導波路コア３０よりも屈折率の小さい、例えば平板状のガラス基板で構成されている。その結果、支持基板１０がクラッドとして作用する。

【0025】

接着剤層２０は、支持基板１０上に、支持基板１０の上面１０ａを被覆して形成されている。接着剤層２０は、例えばエポキシ系接着剤又はアクリル系接着剤等の光学接着剤によって形成されている。また、接着剤層２０は、少なくとも第１光導波路コア３０の直下の領域において形成される。その結果、第１光導波路コア３０と支持基板１０が接合される。なお、支持基板１０がクラッドとして作用するため、第１光導波路コア３０と支持基板１０の接合において、接着剤層２０を形成せずに直接接合により接合してもよい。

【0026】

第１光導波路コア３０は、接着剤層２０の上面２０ａに形成されている。第１光導波路コア３０は、テラヘルツ波を伝播可能な屈折率を有し、かつテラヘルツ波に対する吸収係数が第２光導波路コアよりも小さい、例えば高抵抗シリコンによって形成されている。高抵抗シリコンの抵抗は、例えば１ｋΩ・ｃｍ以上、好ましくは２０ｋΩ・ｃｍ以上であるものを用いることができる。

【0027】

また、第１光導波路コア３０の幅及び厚さの寸法は、テラヘルツ波の波長をλ１、及びテラヘルツ波に対する第１光導波路コア３０の屈折率をＮ１として、それぞれ小さくともλ１／Ｎ１程度に設計するのが好ましい。その結果、モードフィールドの広がりに対応し、テラヘルツ波を第１光導波路コア３０内に十分に閉じ込めて伝播させることができる。ここでは、３ＴＨｚ付近のテラヘルツ波を伝播させるため、第１光導波路コア３０の幅及び厚さを、それぞれ１０〜１００μｍ程度の範囲内とすることができる。

【0028】

クラッド層４０は、第１光導波路コア３０の上面３０ａに形成されている。クラッド層４０は、第２光導波路コア５０よりも屈折率の小さい、例えばエポキシ系接着剤又はアクリル系接着剤等の光学接着剤によって形成されている。また、クラッド層４０は、少なくとも第２光導波路コア５０の直下の領域において、１〜５μｍ程度の範囲内の厚さで形成するのが好ましい。その結果、第２光導波路コア５０を伝播する信号光及び励起光が第１光導波路コア３０に漏れるのを防ぐことができる。

【0029】

第２光導波路コア５０は、クラッド層４０の上面４０ａに形成されている。第２光導波路コア５０は、例えばニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）、チタニルリン酸カリウム（ＫＴｉＯＰＯ_４）又はニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ_３）等の強誘電体結晶によって形成されている。これら強誘電体結晶には、マグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、スカンジウム（Ｓｃ）又はインジウム（Ｉｎ）等を一又は複数種類添加することもできる。

【0030】

第２光導波路コア５０には、自発分極の向きが互いに反転した第１ドメイン領域５１と第２ドメイン領域５３とが、光の伝播方向Ｒに沿って交互に周期的に作り込まれている。すなわち、第２光導波路コア５０は、周期的分極反転構造を有している。なお、第１ドメイン領域５１と第２ドメイン領域５３との境界面は、光の伝播方向Ｒに対して直交するように設計される。ここでは、第２光導波路コア５０として、周期的分極反転ニオブ酸リチウム（ＰＰＬＮ：Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ−Ｐｏｌｅｄ ＬｉＮｂＯ_３）を用いる場合について説明する。

【0031】

周期的分極反転構造の周期Λは、第２光導波路コア５０に入力される信号光及び励起光、並びに第２光導波路コア５０で発生させるテラヘルツ波に対して、疑似位相整合（ＱＰＭ）条件を満たすように設定される。そして、信号光及び励起光に基づく差周波発生過程によってテラヘルツ波を発生させるＱＰＭ条件として、下式（１）を満たすように周期Λが設定される。なお、テラヘルツ波の波長をλ１、テラヘルツ波に対する第２光導波路コア５０、クラッド層４０及び第１光導波路コア３０を含む構造全体における実効屈折率をＮ１、信号光の波長をλ２、信号光に対する第２光導波路コア５０を導波するモードの実効屈折率をＮ２、励起光の波長をλ３、及び励起光に対する第２光導波路コア５０を導波するモードの実効屈折率をＮ３とする。

【0032】

Λ＝１／（Ｎ１／λ１−Ｎ３／λ３＋Ｎ２／λ２） ・・・（１）
また、第２光導波路コア５０の幅及び厚さの寸法は、相互作用する信号光及び励起光のパワー密度を向上させるために小さく設計するのが好ましい。一方で、微細加工に係る製造上の困難性や、信号光及び励起光入力時における散乱抑制等の観点から、一定の大きさが必要である。さらに、伝播する光のモードフィールドの安定性の観点から、幅及び厚さの寸法を揃えるのが好ましい。これらに鑑み、第２光導波路コア５０の幅及び厚さをそれぞれ３〜１０μｍ程度の範囲内、好ましくは７〜８μｍ程度の範囲内とすることができる。

【0033】

なお、第２光導波路コア５０の幅については、第１光導波路コア３０と合わせることもできる。従って、第１光導波路コア３０の幅を１００μｍ程度とした場合には、第２光導波路コア５０の幅も１００μｍ程度とすることができる。この場合には、パワー密度が小さくなる反面、製造が容易となる。ただし、パワー密度が小さくなったとしても、第２光導波路コア５０の長さを大きくとることで、相互作用長を大きくできるため、全体として一定のテラヘルツ波の発生効率を確保することもできる。

【0034】

以上に説明したテラヘルツ波発生装置１００では、第２光導波路コア５０で発生したテラヘルツ波が、テラヘルツ波を伝播させるのに最適化された第１光導波路コア３０を主に伝播する。

【0035】

ここで、テラヘルツ波は、長波長であるためモードフィールドが大きい。そのため、第２光導波路コア５０で発生したテラヘルツ波が第１光導波路コア３０に移行するというよりは、第２光導波路コア５０で発生したテラヘルツ波のモードフィールドが第１光導波路コア３０まで広がると考えるのが適当である。

【0036】

そして、テラヘルツ波の吸収による損失は、テラヘルツ波のモードフィールドと、光導波路コアの吸収係数の分布との重なり積分に依存する。テラヘルツ波は、吸収係数の大きい第２光導波路コア５０においては吸収されるが、吸収係数の小さい第１光導波路コア３０を主に伝播させることができる。テラヘルツ波発生装置１００では、第２光導波路コア５０における重なり積分が小さくなるため、テラヘルツ波の吸収が抑えられる。

【0037】

なお、差周波発生過程におけるテラヘルツ波の発生効率は、励起光、信号光及びテラヘルツ波の重なり積分に依存する。テラヘルツ波発生装置１００では、励起光及び信号光が第２光導波路コア５０に閉じ込められて伝播するのに対し、テラヘルツ波は第１光導波路コア３０を主に伝播する。従って、これら３波の重なり積分は小さくなる。しかし、上述したように、第２光導波路コア５０の幅及び厚さを小さく設計することで、信号光及び励起光のパワー密度を向上させることができる。その結果、テラヘルツ波の発生効率を向上させることができる。

【0038】

さらに、テラヘルツ波発生装置１００では、テラヘルツ波を第１光導波路コア３０の端部（出力端３５）から出力できるため、モードフィールドが安定した状態でテラヘルツ波を取り出すことができる。

【0039】

（製造方法）
図２及び図３を参照して、上述したテラヘルツ波発生装置１００の製造方法について説明する。図２（Ａ）及び（Ｂ）並びに図３（Ａ）及び（Ｂ）は、テラヘルツ波発生装置の製造方法を説明する工程図であり、それぞれ、各製造段階で得られた構造体の概略的斜視図である。

【0040】

まず、支持基板１０の上面１０ａに、第１接着剤層２２０によって第１基板２３０を接合する（図２（Ａ））。

【0041】

支持基板１０としては、例えばガラス基板を用いることができる。また、第１基板２３０としては、テラヘルツ波に対する吸収係数が後述する基板２５０よりも小さい、例えば高抵抗シリコン基板を用いることができる。また、第１接着剤層２２０としては、例えば光学接着剤を用いることができる。支持基板１０と第１基板２３０とを接合した後、研磨によって第１基板２３０の厚さを調整する。

【0042】

なお、第１基板２３０の厚さ及び抵抗について、テラヘルツ波を伝播させる条件と合致するものであれば、支持基板１０、第１接着剤層２２０及び第１基板２３０の積層体として、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を利用することもできる。この場合には、ＳＯＩ基板のＢＯＸ（Ｂｕｒｉｅｄ Ｏｘｉｄｅ）層が支持基板１０に対応し、ＳＯＩ層が第１基板２３０に対応する。

【0043】

次に、第１基板２３０の上面２３０ａに、第２接着剤層２４０によって第２基板２５０を接合することによって、支持基板１０、第１接着剤層２２０、第１基板２３０、第２接着剤層２４０、及び第２基板２５０がこの順に積層された積層体を得る（図２（Ｂ））。

【0044】

第２基板２５０としては、例えばニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）等の強誘電体結晶を用いることができる。そして、第２基板２５０には、自発分極の向きが互いに反転した第１ドメイン領域５１と第２ドメイン領域５３とが交互に周期的に作り込まれている。すなわち、第２基板２５０には、周期的分極反転構造が作り込まれている。また、第２接着剤層２４０としては、例えば光学接着剤を用いることができる。第１基板２３０と第２基板２５０とを接合した後、研磨によって第２基板２５０の厚さを調整する。

【0045】

次に、第２基板２５０をパターニングすることによって、第２光導波路コア５０を形成する（図３（Ａ））。

【0046】

パターニングには、例えばダイシングソーを用いることができる。ダイシングソーとして、粒径の小さいダイヤモンドブレードを用いることによって、形成される第２光導波路コア５０の側面を平滑化することができる。そして、上面２５０ａ側から第２基板２５０に切り込みを入れることによって、互いに平行な１対の第１溝２６０を形成する。また、第１溝２６０は、周期的分極反転構造の配列方向に沿って形成する。これによって、第２基板２５０の、第１溝２６０間の部分として第２光導波路コア５０を形成することができる。従って、第１溝２６０間の離間距離として、第２光導波路コア５０を設定することができる。

【0047】

第１溝２６０は、少なくとも第２接着剤層２４０の上面２４０ａに到達する深さで、より好ましくは第２接着剤層２４０の中途まで到達する深さで形成される。第１溝２６０を第２接着剤層２４０の中途まで到達する深さで形成することによって、第２光導波路コア５０の側面を平滑化することができる。その結果、第２光導波路コア５０の側面における散乱損失を抑制できる。

【0048】

次に、第１基板２３０をパターニングすることによって、第１光導波路コア３０を形成する（図３（Ｂ））。

【0049】

パターニングには、第１溝２６０の形成と同様に、例えばダイシングソーを用いることができる。そして、上面２３０ａ側から、第２接着剤層２４０及び第１基板２３０に対して連続的に切り込みを入れることによって、互いに平行な１対の第２溝２７０を形成する。第２溝２７０は、第１溝２６０と平行で、かつ第１溝２６０よりも外側に形成される。なお、図３（Ｂ）の構成例では、第２溝２７０は、第１溝２６０と隣接して一体的に形成されている。これによって、第１基板２３０の、第２光導波路コア５０の下側に、第２溝２７０間の部分として第１光導波路コア３０を形成することができる。従って、第２溝２７０間の離間距離として、第１光導波路コア３０を設定することができる。

【0050】

第２溝２７０は、少なくとも第１接着剤層２２０の上面２２０ａに到達する深さで、より好ましくは第１接着剤層２２０の中途まで到達する深さで形成される。第２溝２７０を第１接着剤層２２０の中途まで到達する深さで形成することによって、第１光導波路コア３０の側面を平滑化することができる。その結果、第１光導波路コア３０の側面における散乱損失を抑制できる。

【0051】

また、第２接着剤層２４０の、第２溝２７０間の部分として、厚さ方向に第１光導波路コア３０と第２光導波路コア５０とに挟まれたクラッド層４０が形成される。

【0052】

なお、第２溝２７０は、第１溝２６０と平面的に重なる位置に形成することもできる。この場合には、第１溝２６０形成時に、第１基板２３０及び第１接着剤層２２０まで切り込みを入れることによって、第１溝２６０と第２溝２７０とが重なった１対の溝として形成する。また、この場合には、第１光導波路コア３０及び第２光導波路コア５０の幅が一致する。これによって、テラヘルツ波発生装置１００が得られる。

【0053】

このように、テラヘルツ波発生装置１００は、材料層の積層及びパターニングの組合せによって簡易に製造することができる。

【0054】

なお、第１溝２６０の外側に残存する第１基板２３０、第２接着剤層２４０及び第２基板２５０の部分（残存部分）２８０は、テラヘルツ波発生装置１００の動作に寄与しない。そのため、この残存部分２８０を除去することもできる。しかし、この残存部分２８０を残すことによって、製造工程中又は個片化後において、テラヘルツ波発生装置１００を掴む等のハンドリングが容易となる。ただし、動作時において、第２溝２７０の幅を、第１光導波路コア３０を伝播するテラヘルツ波が残存部分２８０に漏洩するのを防ぐ程度に設定するのが好ましい。

【0055】

（特性評価）
発明者は、上述した製造方法によって製造したテラヘルツ波発生装置１００について特性評価を行った。

【0056】

ここでは、接着剤層２０の厚さを、第１光導波路コア３０の直下の領域において２μｍとした。また、第１光導波路コア３０を、２０ｋΩ・ｃｍの高抵抗シリコンによって形成し、幅及び厚さをそれぞれ３０μｍとした。また、第２光導波路コア５０をＰＰＬＮによって形成し、幅及び厚さをそれぞれ１０μｍ、５μｍとした。また、クラッド層４０の厚さを、第２光導波路コア５０の直下の領域において２μｍとした。また、これら各層の長さ、すなわちテラヘルツ波発生装置１００全体の素子長を５０ｍｍとした。そして、第２光導波路コア５０の入力端５５から、波長１５６８．０２ｎｍの信号光及び波長１５４５．０７ｎｍの励起光を入力した。

【0057】

その結果、差周波発生過程による信号利得が観測された。位相整合条件から２．８ＴＨｚのテラヘルツ波が発生したと考えられる。

【符号の説明】

【0058】

１０：支持基板
２０：接着剤層
３０：第１光導波路コア
４０：クラッド層
５０：第２光導波路コア
１００：テラヘルツ波発生装置

【図1】

【図2】

【図3】