光学元件、光源装置以及光学元件的制造方法

专利名称：光学元件、光源装置以及光学元件的制造方法
技术领域：
本发明涉及光学元件、光学元件的制造方法以及具备光学元件的光源装置。
背景技术：
公知有对非线性光学结晶利用二次非线性光学效应，产生入射到固体激光器的入射光的一半波长的光即二次谐波(Second harmonic generation ;SHG)来作为短波长激光而使用的方法。非线性光学效应是指由干物质的极化响应的非线性所引起的效果，当向物质中入射了激光这种强光时，由于极化的响应与入射光的电场不成正比，因此入射光的一部分被波长变换的现象。实际上产生的二次谐波，由于结晶的色散特性，会变成比入射光的波长的1/2还 短ー些的波长。因此，二次谐波彼此的相位会逐渐地错离，結果，会产生二次谐波彼此的相互抵消。该情况下，难以产生充足光量的二次谐波。于是，为了得到充足光量的二次谐波，提出了准相位匹配元件(Quasi-PhaseMatching元件；QPM元件)。准相位匹配是指如下所述的方法，即为了避免二次谐波彼此的电场的相互抵消，在结晶中形成极性反转结构，通过使极性向电场互不抵消的方向变化，从而可以近似地使相位匹配而产生二次谐波。在准相位匹配元件中，特别是近些年，正在研究通过向作为顺电体的水晶施加外力来形成周期性的极性反转结构的准相位匹配元件(例如參照专利文献I、2)。为实现准相位匹配，需要形成结晶的极性周期性地反转的结构。为了产生紫外光等短波长，通常采取在单结晶内部形成极性反转的区域的方法。在对铁电体形成极化反转结构的情况下，采取通过从外部施加电场来使自发极化反转的方法。但是，例如在铌酸锂、铌酸钽等铁电体中，决定二次谐波的产生波长的吸收端波长会变长为300nm左右。因此，在被称为真空紫外区的200nm以下，会变得不可能产生二次谐波。另ー方面，例如作为顺电体的水晶是其吸收端波长为150nm以下的非线性光学結晶。专利文献I :日本特开2004 - 107187号公报专利文献2 :日本特开2004 — 279612号公报

发明内容
本发明的目的在于，提供一种可持续地向顺电体结晶施加所需压カ的光学元件及其制造方法、以及具备所述光学元件的光源装置。然而，公知有通过对顺电体施加机械外力来在顺电体内形成极性反转结构的技木。于是，本发明的发明者们对通过向顺电体施加机械外力来形成极性反转结构进行了专门研究，其结果得到了如下的新见解，即在施加机械外力而得到了极性反转结构的顺电体中，有时所得到的周期性极性反转结构会因某种原因而消失，而本发明的发明者们发现，这样的周期性极性反转结构的消失现象，在形成了极性反转结构后，会在机械外力被降低或被去除的状态下发生，有时还会与机械外力的去除同时发生。
根据该研究结果，本实施方式所涉及的光学元件具备顺电体结晶、一对按压构件和紧固构件。顺电体结晶具有极性沿着极性周期方向周期性地反转的周期结构。一对按压构件在其间夹着顺电体結晶。紧固构件按照通过该ー对按压构件，沿着与极性周期方向交叉的方向，向顺电体结晶施加规定的压カ的方式，相互固定ー对按压构件。另ー方面，本实施方式所涉及的制造方法制造出具备由顺电体构成的顺电体结晶、ー对按压构件、和固定一对按压构件之间的间隔的紧固构件的光学元件。具体而言，该方法具备按压步骤和紧固步骤。在按压步骤中，在ー对按压构件之间配置了顺电体结晶的状态下，通过ー对按压构件，沿着以最短距离连结ー对按压构件的相互对置的面的直线方向，即按压方向，以规定的压カ按压顺电体結晶。在紧固步骤中，通过紧固构件相互固定一对按压构件。分别根据这些光学元件及其制造方法，利用紧固构件来相互固定ー对按压构件。因此，可以通过一对按压构件向顺电体结晶持续施加所需的压力。另外，结果，分别在这些光学元件及其制造方法中，顺电体结晶可以维持极性反转结构。在本实施方式所涉及的制造方法中，在按压步骤中，在一对加压构件之间夹着中 间夹着顺电体结晶的ー对按压构件的状态下，由于该ー对加压构件对一对按压构件进行加压，因此顺电体结晶以规定的压カ被按压。另外，该制造方法在紧固步骤之后，也可以进ー步具备从ー对加压构件之间连同该ー对按压构件一井取出由ー对按压构件保持的顺电体结晶的取出步骤。在按压步骤中，优选按照一对按压构件中的一方的高温比另一方变高的方式对ー对按压构件加热，在具有温度差的状态下，通过ー对按压构件来按压顺电体結晶。尤其是，优选在与一对按压构件中的温度高的按压构件对置的、顺电体结晶的表面上周期性地形成凹凸。或者，优选ー对按压构件中的温度高的按压构件具有与顺电体结晶对置的面，在该面上周期性地形成有凹凸。优选极性反转结构从顺电体结晶的一端侧向与其对置的另一端侧形成。因此，上述制造方法利用越变为高温相，越容易使极性反转的特性，在ー对按压构件之间，在顺电体结晶中设置温度差，从高温的按压构件侧形成极性反转结构。优选在与ー对按压构件的至少一方对置的、顺电体结晶的表面上周期性地形成有凹凸。或者，优选ー对按压构件的至少一方具有与顺电体结晶对置的面，在该面上周期性地形成有凹凸。按压构件能够仅在按压构件或者顺电体结晶的周期性地形成的凸的部分按压顺电体結晶。因此，能够容易地得到周期性的极性反转结构。ー对按压构件具有相互对置的面，当沿着与以最短距离连结该相互对置的面的直线方向正交的规定的方向观察顺电体结晶时，优选沿着该规定的方向，在一直线上只配置有顺电体結晶。在观察顺电体结晶时，视野中不存在遮挡物，因而较佳。另外，在入射到顺电体结晶中的光的行进路径上不存在遮挡物，因而在使用上较佳。优选光学元件还具备固定一对按压构件间的相対的位置的位置固定构件。由此，可抑制一对按压构件在按压的期间发生偏离。优选，顺电体结晶包括水晶。水晶的吸收端波长在150nm以下。因此，利用水晶得到的准相位匹配元件可以产生200nm以下的二次谐波，尤其可以产生与ArF准分子激光波长相当的193nm、与F2准分子激光波长相当的157nm的二次谐波。
优选，紧固构件按照通过ー对按压构件，沿着与极性周期方向大致正交的方向向顺电体结晶施加规定的压カ的方式，相互固定ー对按压构件。通过ー对按压构件，可以更有效地向顺电体结晶施加压力。另外，优选紧固构件通过固定ー对按压构件之间的间隔来相互固定ー对按压构件。另外，优选在紧固步骤中，由紧固构件来固定与规定的压カ对应的ー对按压构件之间的间隔。通过固定ー对按压构件之间的间隔，能够利用一对按压构件向顺电体结晶持续施加恒定的压力。发明的效果根据本发明所涉及的各实施方式，能够提供一种可持续地施加所需的压力的光学元件、光学元件的制造方法、以及具备所述光学元件的光源装置。



图I是第I实施方式所涉及的光学元件及其制造装置的分解立体图。图2是沿图I的II 一 II箭头的剖视图。图3是第I实施方式所涉及的光学元件及其制造装置的一部分的俯视图。图4是用于说明结晶中形成的周期性极性反转结构的图。图5是用于说明第I实施方式所涉及的光学元件的制造方法的流程图。图6是用于表示(a)水晶的高温相，(b)水晶的低温相，以及(C)水晶的道芬双晶的构造的图。图7是表示第I实施方式所涉及的光学元件及其制造装置的变形例的分解立体图。图8是第2实施方式所涉及的光学元件及其制造装置的分解立体图。图9是沿图8的XV — XV箭头的剖视图。图10是第2实施方式所涉及的光学元件及其制造装置的一部分的俯视图。图11是用于说明第2实施方式所涉及的光学元件的制造方法的流程图。图12是使波长为1544nm的固体激光源产生波长193nm的8倍频波的光源装置的构成图。附图标记的说明如下MAl...制造装置，2...第I加压加热模块，I，5. . ·光学元件，10，50...第I按压构件，11，51...第I板状部件，12，52...第I支承部，13，53...第I主按压部件，20，60...第2按压构件，21，61...第2板状部件，22，62. .·第2支承部，23，63. . ·第2主按压部件，30A 30D，70A 70D...紧固构件，31A 31D...螺栓，32A 32D...垫圈，40...位置固定构件，41A 41D...绝热用接箍，42A 42D...销，8...按压支承构件，81...第I按压支承板，82...第2按压支承板82，83A 83D. · ·螺栓，84A 84D. · ·垫圈，85A 85D0. · ·绝热用接箍，86A 86D. · ·销。
具体实施例方式以下，參照附图，对优选的实施方式详细地进行说明。其中，在说明中，对同一要素或者具有相同功能的要素使用同一附图标记，并省略重复的说明。
(第I实施方式)參照图I 图3，对第I实施方式所涉及的光学元件I的构成及其制造方法进行说明。图I是第I实施方式所涉及的光学元件及其制造装置的分解立体图。图2是沿图I的II 一 II箭头的剖视图。图3是第I实施方式所涉及的光学元件及其制造装置的一部分的俯视图。制造装置MAl具备第I以及第2加压加热模块(加压构件)2、3。制造装置MAl是在第2加压加热模块3上配置具备顺电体结晶S的光学元件1，将第I加压加热模块2载置于光学兀件I之上，通过第I加压加热模块2向光学兀件I施加压カ来对顺电体结晶S加压的装置。第I加压加热模块2所执行的加压例如也可以与驱动控制装置连接而进行。第I以及第2加压加热模块2、3都呈大致长方体形状。第I以及第2加压加热模块2、3也作为加热器发挥作用。光学元件I具备顺电体结晶S、第I按压构件10、第2按压构件20、紧固构件30A 30D和位置固定构件40A 40D。光学元件I采用将顺电体结晶S夹设在第I以及第2按压构件10、20之间的夹入构造。第I以及第2按压构件10、20相互对置，紧固构件30A 30D固定它们之间的间隔。第I以及第2按压构件10、20相互被固定，由于第I以及第2按压构件10、20的间隔被固定，因此通过第I以及第2按压构件10、20向顺电体结晶S施加规定的压力。由于向顺电体结晶S施加压力，因此在顺电体结晶S内产生与该规定的压カ对应的应力。第I按压构件10具有第I板状部件11、第I支承部12、第I主按压部件(主按压部)13。第2按压构件20具有第2板状部件21、第2支承部22、第2主按压部件(主按压部)23。第I以及第2板状部件11、21的主面都呈四个角被切除的长方形形状。第I板状部件11如图3所示。优选第I以及第2板状部件11、21由具有耐热性，并且热膨胀小的材料构成。因此，第I以及第2板状部件11、21例如也可以由STAVAX (注册商标)等金属材料或者氧化铝等陶瓷材料构成。优选第I以及第2板状部件11、21的主面具有相同的大小以及形状。在第I板状部件11的四个角分别设置有沿厚度方向贯通的贯通孔。第2板状部件21的四个角分别按照沿厚度方向贯通的方式设置有内螺纹。各内螺纹的位置与形成于第I板状部件11的贯通孔的位置对应。第I以及第2板状部件11、21按照各自的主面的长边方向的端部从第I以及第2加压加热模块2、3伸出的方式，配置在第I以及第2加压加热模块2、3之间。第I板状部件11上的设置于四个角的4个贯通孔都形成于从第I以及第2加压加热模块2、3伸出的位置。第2板状部件21的4个内螺纹都形成于从第I以及第2加压加热模块2、3伸出的位置。第I支承部12安装于第I板状部件11的与第2按压构件20对置的那侧的主面上。第I支承部12由2个轨条部件12A、12B构成，该轨条部件12A、12B按照相对于第I板状部件11的主面的长边方向的大致中央相互対称的方式配置。轨条部件12A相对于第I板状部件11的主面的长边方向的大致中央而安装于图I以及图2的一 X侧。轨条部件12B相对于第I板状部件11的主面的长边方向的大致中央而安装于图I以及图2的+ X侧。各轨条部件12A、12B沿着第I板状部件11的短边方向延伸。第2支承部22安装于第2板状部件21的与第I按压构件10对置的那侧的主面上。第2支承部22由2个轨条部件22A、22B构成，该轨条部件22A、22B按照相对于第2板状部件21的主面的长边方向的大致中央相互対称的方式配置。轨条部件22A相对于第2板状部件21的主面的长边方向的大致中央而安装于图I以及图2的一 X侧。轨条部件22B相对于第2板状部件21的主面的长边方向的大致中央而安装于图I以及图2的+X侧。各轨条部件22A、22B沿着第2板状部件21的短边方向延伸。如图2所示，第I支承部12的各轨条部件12A、12B以及第2支承部22的各轨条部件22A、22B的沿II 一 II箭头的剖面形状分别呈组合了位于第I以及第2板状部件11、21侧的长方形和与该长方形共用一个边的梯形的形状。第I支承部12的各轨条部件12A、12B的沿II 一 II箭头的剖面形状中的梯形是朝第I板状部件11变窄的锥形形状。另一方面，第2支承部22的各轨条部件22A、22B的沿II 一 II箭头的剖面形状中的梯形是朝第2支承部22变窄的锥形形状。
第I以及第2主按压部件13、23分别呈沿第I以及第2板状部件11、21的短边方向延伸的剖面为六边形的棒状。如图2所示，第I以及第2主按压部件13、23的沿II 一 II箭头的剖面形状分别呈组合了位于第I以及第2板状部件11、21侧的长方形和与该长方形共用一个边的梯形的形状。第I主按压部件13的沿II 一 II箭头的剖面形状中的梯形是朝远离第I板状部件11的方向变窄的锥形形状。另ー方面，第2主按压部件23的沿II 一II箭头的剖面形状中的梯形是朝远离第2支承部22的方向变窄的锥形形状。第I以及第2主按压部件13、23分别由第I以及第2支承部12、22支承。具体而言，第I以及第2主按压部件13、23分别如图2所示，嵌合于第I以及第2支承部12、22的2个轨条部件12A、12B，22A、22B之中。因此，嵌入第I以及第2支承部12、22的各自的2个轨条部件12A、12B, 22A、22B之中的第I以及第2主按压部件13、23，通过沿着轨条部件12A、12B，22A、22B移动，能够从第I以及第2支承部12、22装卸。第I以及第2主按压部件13、23都分别包含夹着顺电体结晶S对置且与其直接接触的面13a、23a。第I以及第2主按压部件13、23的与顺电体结晶S接触的面13a、23a都按照覆盖顺电体结晶S的整个面的方式形成。紧固构件30A 30D将按照夹着顺电体结晶S而对置的方式配置的第I板状部件11和第2板状部件21相互固定。即，紧固构件30A 30D固定第I以及第2板状部件11、21之间的间隔。由此，第I以及第2主按压部件13、23之间的间隔被固定。紧固构件30A 30D分别具有螺栓3IA 3ID和垫圈32A 32D。各螺栓31A 31D按照从第I板状部件11朝向第2板状部件21延伸的方式，通过形成于第I板状部件11中的贯通孔，来与形成于第2板状部件21中的内螺纹螺合。即，与设置于第2板状部件21的四个角的内螺纹ー并作为紧固构件30A 30D而发挥作用。位置固定构件40A 40D分别具有绝热用接箍41A 41D和销42A 42D。绝热用接箍41A 41D分别固定于第I板状部件11。各绝热用接箍41A 41D呈圆柱状,按照一底面与第I板状部件11接触的方式安装于第I板状部件11。绝热用接箍41A 41D由具有耐热性，并且由热传导率极小的材料构成。绝热用接箍41A、41B配置于螺栓31A、31B与第I支承部12的轨条部件12A之间。当向第I板状部件11的长边方向观察时，绝热用接箍41A、41B按照顺电体结晶S位于其中间的方式配置。绝热用接箍41C、41D配置于螺栓31C、31D与第I支承部12的轨条部件12B之间。当向第I板状部件11的长边方向观察时，绝热用接箍41C、41D按照顺电体结晶S位于其中间的方式配置。销42A 42D分别固定于第2板状部件21。各销42A 42D与绝热用接箍41A 41D呈底面的大小相同的圆柱状，各销42A 42D按照ー底面与第2板状部件21接触的方式安装于第2板状部件21。当使第2板状部件21与第I板状部件11对置吋，销42A 42D被配置于能够与绝热用接箍41A 41D分别相互嵌合而构成一根圆柱的位置。即，绝热用接箍41A 41D直列地进入销42A 42D。销42A 42D由具有耐热性的材料构成。第I以及第2主按压部件11、21按照下述方式配置，即在它们之间，各绝热用接箍41A 41D与所对应的销42A 42D —起形成ー根圆柱。因此，具备绝热用接箍41A 41D 以及销42A 42D的位置固定构件40A 40D能够固定第I以及第2按压构件10、20之间的相对位置。另外，绝热用接箍41A 41D起到増大第I以及第2按压构件10、20之间的热阻的作用。由图I以及图2可知，在处于被第I以及第2按压构件10、20保持的状态的顺电体结晶S中，当从X方向以及Y方向观察顺电体结晶S时，在沿X方向的一直线上以及沿Y方向的一直线上的任意一方只配置有顺电体结晶S。即，光学元件I沿X方向以及Y方向具有开放部。X方向以及Y方向与以最短距离连结第I以及第2板状部件11、21的直线方向(Z方向)正交。顺电体结晶S由作为顺电体的水晶构成，该顺电体具有极性沿极性周期方向周期性地反转的周期结构。即，顺电体结晶S中形成有如图4所示那样的极性沿极性周期方向K而周期性地反转的周期结构。在顺电体结晶S中，如图4的箭头P1、P2所示那样，按每个相干长度Lc使极性反转。因此，极性的反转周期d为相干长度Lc的2倍。由此，使基波L1沿着出现极性的反转周期的方向入射到顺电体结晶S之时，相位被匹配，从而能够产生ニ次谐波し2。即，顺电体结晶S作为避免二次谐波彼此相互抵消的准相位匹配元件而发挥作用。在光学元件I中，通过位置固定构件40A 40D固定第I以及第2按压构件10、20之间的间隔，从而使规定的压カ借助第I以及第2按压构件10、20，沿与极性周期方向K交叉的方向，更优选沿大致正交的方向施加于顺电体结晶S。另外，优选顺电体结晶S被配置成其极性周期方向K与图I 图3中的X方向或者Y方向平行。接下来，參照图5，对本实施方式的光学元件的制造方法进行说明。图5是用于说明本实施方式的光学元件的制造方法的流程图。首先，在第I以及第2按压构件10、20的第I以及第2主按压部件13、23之间配置顺电体结晶S，借助第I以及第2按压构件10、20，以规定的压力，沿以最短距离连结第I以及第2按压构件10、20的直线方向按压顺电体结晶S (按压步骤S101)。具体而言，首先，准备夹于第I以及第2按压构件10、20之间的顺电体结晶S。即，在第2按压构件20的第2主按压部件23上载置顺电体结晶S，进而，在该顺电体结晶S上，按照第I主按压部件13的一部分与顺电体结晶S接触的方式载置第I按压构件10。由此，得到夹于第I以及第2按压构件10、20之间的顺电体结晶S。在顺电体结晶S上载置第I按压构件10之时，设置于第I板状部件11中的绝热用接箍41A 41D与设置于第2板状部件21中的销42A 42D嵌合。将由此得到的夹设于第I以及第2按压构件10、20之间的顺电体结晶S，按照顺电体结晶S与第2加压加热模块3位于相反侧的方式，载置在第2加压加热模块3的上表面上。接下来，在第I按压构件10上载置第I加压加热模块2。然后，利用使用了气压缸或者油压缸的加压装置(省略图示)来按压第I加压加热模块2，从而将压カ缓缓地施加于第I按压构件10的第I板状部件11。通过按压第I加压加热模块2来对第I以及第2按压构件10、20进行加压，由此顺电体结晶S会以规定的压カ被按压(按压步骤S101)。此时，优选在第I加压加热模块2与第I按压构件10之间，以及在第2加压加热模块3与第2按压构件20之间，涂敷ニ硫化钥等润滑剤。由于涂敷了润滑剂，在各个加压加热模块与按压构件之间，确保滑动方向的自由度，因此即使在第I加压加热模块2与第2加压加热模块3 之间产生了横向的位置偏差的情况下，施加于结晶的压カ的方向也不会变化，能够正确地形成周期结构。这里，在按压步骤SlOl中，按照第I按压构件10比第2按压构件20温度高的方式，一边对第I以及第2板状部件11、21加热，一边按压第I加压加热模块2，来向第I板状部件11施加压力。即，在按压步骤SlOl中，在顺电体结晶S在第I按压构件10侧与第2按压构件20侧具有温差的状态下，经第I以及第2按压构件10、20按压顺电体结晶S。在温度相对高ー些的第I按压构件10的第I主按压部件13的、与顺电体结晶S对置的面上周期性地形成有凹凸。因此，通过第I加压加热模块2按压而向第I板状部件11施加压力，会导致形成于第I主按压部件13的周期性的凸部按压顺电体结晶S。优选，第I主按压部件13的凹凸形成为其周期沿着X方向或者Y方向。接下来，使用正交尼科耳法，通过目测来确认是否在顺电体结晶S内，沿着与第I主按压部件13的凹凸的周期方向相同的周期方向，形成有周期性极性反转结构。此时，例如，可以从与第I主按压部件13的凹凸的周期方向正交的方向观察顺电体结晶S来进行确认。在顺电体结晶S内形成的周期性极性反转结构的周期方向即极性周期方向K由第I主按压部件13的凹凸的周期方向来決定。而且，确认了在顺电体结晶S内形成有周期性极性反转结构之后，紧固紧固构件30A 30D的螺栓31A 31D。由此，第I以及第2按压构件10、20之间的间隔，更具体而言是第I以及第2主按压部件11、21之间的间隔通过紧固构件30A 30D被固定(紧固步骤S102)。此时，通过紧固构件30A 30D固定的第I以及第2按压构件10、20之间的间隔与形成顺电体结晶S内的周期性极性反转结构的压カ对应。通过紧固构件30A 30D进行的第I以及第2按压构件10、20之间的间隔的固定，可以不必等待通过温度控制来冷却第I以及第2按压构件10、20而直接进行。紧固步骤S102之后，从第I以及第2加压加热模块2、3之间将由第I以及第2按压构件10、20保持的顺电体结晶S连同第I以及第2按压构件10、20 —井取出(取出步骤S103)。此时，第I以及第2按压构件10、20通过紧固构件30A 30D来固定其间隔。而且，直接取出的由第I以及第2按压构件10、20保持的顺电体结晶S能够在自然冷却后的状态下作为元件被利用。在光学元件I中，在顺电体结晶S内形成了周期性极性反转结构的状态下，通过紧固构件30A 30D来固定第I以及第2按压构件10、20之间，更具体而言是第I以及第2主按压部件13、23之间的间隔。因此，光学元件I可以对顺电体结晶S持续施加形成以及維持周期性极性反转结构所需的压力。紧固步骤S102也能够与取出步骤S103同时并行地进行。即，通过紧固螺栓31A 31D来略微增加施加于顺电体结晶S的负荷，与此同时或者随后，使通过加压加热模块2、3施加的负荷減少相同的量。重复以上的步骤，最終，形成所有的负荷由螺栓3IA 3ID来负荷的状态后，从第I以及第2加压加热模块2、3之间将顺电体结晶S连同第I以及第2按压构件10、20 —起取出。根据该步骤，可以维持在顺电体结晶S中形成有周期性极性反转结构的状态不变，将由加压加热模块2、3施加的负荷顺利地置换为由按压构件10、20产生的负荷。因此，在光学元件I中，可以使通过外力得到的顺电体结晶S内的极性反转结构不会消失，在顺电体结晶S内永久地存在。即，在不存在用于使反转状态稳定化的物理机构的 顺电体即顺电体结晶S中，能够在能量上使极性反转状态稳定化。另外，由此，可以容易且稳定地提供由顺电体材料构成的准相位匹配元件。結果，能够解决或改善如下的问题，即、为了使极性反转分区残存，而在元件制造时，对按周期、元件尺寸进行的实验參数的探索需要付诸相当多的劳力，且难以再现的、在元件开发、制造上的最大问题，从而可以较大地拓展波长变换元件的可能性。另外，如此，使具有极性反转结构的残存更困难的短周期结构，特别是周期在IOym以下的周期结构的元件的开发更加容易进行，从而可以极大地推进真空紫外光等短波长发生用元件的开发。第I按压构件10的第I主按压部件13中周期性地形成有凹凸。因此，第I按压构件10会仅用周期性地形成的凸起的部分按压顺电体结晶S。因此，能够容易地得到具有周期性的极性反转结构的顺电体结晶S。另外，优选，极性反转结构从顺电体结晶S的一端侧向与其对置的另一端侧形成。由此，利用越变为高温相，越容易使极性反转的特性，能够在将顺电体结晶S夹于中间的第I以及第2按压构件10、20之间设置温度差，从高温的第I按压构件10侧形成极性反转结构。光学元件I具备固定第I以及第2按压构件10、20之间的相对位置关系的位置固定构件40A 40D。可以在向第I以及第2按压构件施加压カ的期间内，抑制第I以及第2按压构件10、20发生偏移。在光学元件I中，当从以最短距离连结第I以及第2按压构件10、20的第I以及第2板状部件11、21的直线方向(Z方向)的正交的X方向以及Y方向观察顺电体结晶S时，在沿着X方向以及Y方向的一直线上只配置有顺电体结晶S。因此，在X方向或者Y方向上用肉眼观察光学元件时，视野范围内没有遮挡物，因而较佳。另外，当沿X方向或者Y方向向顺电体结晶S入射光时，在光的行进路径上没有遮挡物，因此在使用上较佳。其中，优选，沿顺电体结晶S的极性周期方向K入射光。紧固构件30A 30D的紧固若是在光学元件I渐渐冷却到某程度后进行，则螺栓固定时的扭矩(施加外力)会变得小很多。但是，即使在温度、压カ急剧地降低的情况下，极性反转结构也能够残存。
顺电体结晶S是水晶。水晶的吸收端波长在150nm以下。因此，利用水晶得到的准相位匹配元件可以产生200nm以下的短波长的二次谐波。这里，在反转结构的制作中，利用水晶固有的双晶-道芬双晶来作为水晶。该双晶具有在将水晶作为准相位匹配元件使用时所必备的与非线性极化的主轴相当的a轴的反转结构。如图6所示，道芬双晶作为水晶的β相(高温相)向α相(低温型)进行相转移时产生的双晶而被公知，具有c轴作为双晶轴，位于双晶关系(twin)的区域彼此具有a轴相互反转的180°旋转的关系。水晶的高温相是高温型石英六方晶系，水晶的低温相是低温型石英三方晶系。道芬双晶是双晶轴为c轴的双晶。双晶的形成是利用伴随外力施加的晶系的吉布斯能量变化。是利用了在按压引起的晶系的吉布斯能量的増加之时，与保持原状态相比，通过变成双晶来使结晶方位旋转后，能量增加少的性质。晶系的吉布斯能量的变化量用以下的式(I)来表现。[数学式I]
权利要求
1.ー种光学兀件，其具备 顺电体结晶，其具有极性沿着极性周期方向周期性地反转的周期结构；以及ー对按压构件，该ー对按压构件之间夹着所述顺电体結晶，该ー对按压构件用于沿着与所述顺电体结晶的所述极性周期方向交叉的方向对所述顺电体结晶施加规定的压力。
2.ー种光学兀件，其具备 顺电体结晶，其具有极性沿着极性周期方向周期性地反转的周期结构； ー对按压构件，该ー对按压构件之间夹着所述顺电体结晶；以及紧固构件，其通过所述ー对按压构件，按照沿着与所述极性周期方向交叉的方向对所述顺电体结晶施加规定的压カ的方式，来相互固定所述ー对按压构件。
3.根据权利要求2所述的光学元件，其中， 所述紧固构件通过所述ー对按压构件，按照沿着与所述极性周期方向大致正交的方向对所述顺电体结晶施加规定的压カ的方式，来相互固定所述ー对按压构件。
4.根据权利要求I 3中任意一项所述的光学元件，其中， 在与所述ー对按压构件的至少一方对置的、所述顺电体结晶的表面上周期性地形成有凹凸。
5.根据权利要求I 3中任意一项所述的光学元件，其中， 所述ー对按压构件的至少一方具有与所述顺电体结晶对置的面，在该面上周期性地形成有凹凸。
6.根据权利要求I 5中任意一项所述的光学兀件,其中， 所述ー对按压构件具有相互对置的面，当沿着与以最短距离连结该相互对置的面的直线方向正交的规定的方向来观察所述顺电体结晶时，沿着该规定的方向，在一直线上只配置有所述顺电体結晶。
7.根据权利要求I 6中任意一项所述的光学兀件,其中， 还具备固定所述ー对按压构件间的相对位置的位置固定构件。
8.根据权利要求I 7中任意一项所述的光学元件，其中， 所述顺电体结晶包含水晶。
9.根据权利要求I 8中任意一项所述的光学元件，其中， 所述顺电体结晶包含与所述周期结构对应的周期性的双晶。
10.根据权利要求9所述的光学元件，其中， 所述双晶包含道芬双晶。
11.根据权利要求2 10中任意一项所述的光学元件，其中， 所述紧固构件通过固定所述ー对按压构件之间的间隔来相互固定所述ー对按压构件。
12.根据权利要求I 11中任意一项所述的光学元件，其中， 所述规定的压カ是足以维持所述结晶的周期结构的压力。
13.根据权利要求I 12中任意一项所述的光学元件，其中， 所述周期结构的周期在10 μ m以下。
14.根据权利要求4或5所述的光学元件，其中， 所述凹凸的周期在10 μ m以下。
15.根据权利要求I 14中任意一项所述的光学元件，其中，该光学元件包含产生波长为200nm以下的光的波长变换元件。
16.ー种光学元件的制造方法，其中， 该光学元件具备由顺电体构成的顺电体结晶、一对按压构件和固定所述ー对按压构件之间的间隔的紧固构件， 该光学元件的制造方法包括 按压エ序，在所述ー对按压构件之间配置了所述顺电体结晶的状态下，通过所述ー对按压构件，沿着以最短距离连结所述一对按压构件的相互对置的面的直线方向，用规定的压カ按压所述顺电体结晶；以及 紧固エ序，通过所述紧固构件，相互固定所述ー对按压构件。
17.根据权利要求16所述的光学元件的制造方法，其中， 在所述按压エ序中，将其间夹有所述顺电体结晶的所述ー对按压构件夹设在一对加压构件之间的状态下，该ー对加压构件对所述一对按压构件进行加压，由此所述顺电体结晶以所述规定的压カ被按压， 该方法还包括在所述紧固エ序之后，从所述一对加压构件之间将由所述ー对按压构件保持的所述顺电体结晶连同一对按压构件一井取出的取出エ序。
18.根据权利要求16或17所述的光学元件的制造方法，其中， 在所述按压エ序中，所述ー对按压构件按照其中一方的按压构件变得比另一方的按压构件温度高的方式被加热，具有温度差的所述ー对按压构件按压所述顺电体結晶。
19.根据权利要求16 18中任意一项所述的光学元件的制造方法，其中， 在与所述ー对按压构件中的温度高的按压构件对置的、所述顺电体结晶的表面上周期性地形成有凹凸。
20.根据权利要求16 18中任意一项所述的光学元件的制造方法，其中， 所述ー对按压构件中的温度高的按压构件具有朝向所述顺电体结晶的面，在该面上周期性地形成有凹凸。
21.根据权利要求16 20中任意一项所述的光学元件的制造方法，其中， 在与所述ー对按压构件的至少一方对置的、所述顺电体结晶的表面上周期性地形成有凹凸。
22.根据权利要求16 21中任意一项所述的光学元件的制造方法，其中， 所述ー对按压构件的至少一方具有与所述顺电体结晶对置的面，在该面上周期性地形成有凹凸。
23.根据权利要求16 22中任意一项所述的光学元件的制造方法，其中， 所述ー对按压构件具有相互对置的面，当沿着与以最短距离连结该相互对置的面的直线方向正交的规定的方向来观察所述顺电体结晶时，沿着该规定的方向，在一直线上只配置所述顺电体結晶。
24.根据权利要求16 23中任意一项所述的光学元件的制造方法，其中， 所述ー对按压构件间的对置的位置通过位置固定构件被固定。
25.根据权利要求16 24中任意一项所述的光学兀件的制造方法,其中， 所述顺电体结晶包含水晶。
26.根据权利要求16 25中任意一项所述的光学兀件的制造方法,其中，在所述紧固エ序中，通过所述紧固构件来固定与所述规定的压カ对应的所述ー对按压构件之间的间隔，从而所述ー对按压构件相互被固定。
27.ー种光源装置，其特征在干， 具备将具有第一波长的光变换为具有第二波长的光的波长变换部，所述波长变换部包含权利要求I 26中任意一项所述的 光学兀件。
全文摘要
本发明涉及可持续施加所需压力的光学元件以及光学元件等。该光学元件1具备顺电体结晶(S)、中间夹着顺电体结晶的第1以及第2按压构件(10、20)、紧固构件(30A～30D)。顺电体结晶(S)具有极性沿极性周期方向周期性地反转的周期结构。紧固构件(30A～30D)按照通过第1以及第2按压构件(10、20)，沿着与极性周期方向交叉的方向向顺电体结晶(S)施加规定的压力的方式相互固定第1以及第2按压构件(10、20)。
文档编号H01S3/06GK102822735SQ201180015639
公开日2012年12月12日 申请日期2011年3月18日 优先权日2010年3月26日
发明者原田昌树, 村松研一, 栗村直 申请人:株式会社尼康, 独立行政法人物质·材料研究机构