DE19627793C2 - Wellenleiter - Google Patents
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- G11B7/12—Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
- G11B7/125—Optical beam sources therefor, e.g. laser control circuitry specially adapted for optical storage devices; Modulators, e.g. means for controlling the size or intensity of optical spots or optical traces
- G11B7/127—Lasers; Multiple laser arrays
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- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B6/13—Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method
- G02B6/132—Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method by deposition of thin films
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- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
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Description
Die Erfindung betrifft einen Wellenleiter gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die Frequenzverdopplung von infrarotem Licht in den
blauen Frequenzbereich ist technisch interessant. Bei
spielsweise beim Auslesen eines Speichermediums führt
der Einsatz von blauem Laserlicht (durch Frequenzver
dopplung) mit Hilfe eines Lesekopfes zur starken Erhö
hung der Speicherdichte des Mediums (z. B. einer Compact
Disc). Diesbezüglich besitzt das Perowskit KNbO3 durch
seine Eigenschaften (insbesondere Stabilität, optische
Transparenz und hohe nichtlineare Koeffizienten) eine
herausragende Bedeutung für die Erzeugung von blauem
Licht.
Für die Frequenzverdopplung ist die Erzeugung von opti
schen Wellenleitern aus KNbO3 erstrebenswert, da mit
diesen die Effizienz zur Erzeugung von blauem Licht er
heblich gesteigert werden kann. Bisherige Bauelemente,
die auf KNbO3 basierten, benutzen entweder einen Volu
menkristall oder ionenimplantierte Wellenleiter. Ein
sensibler Punkt ist dabei der verwendete KNbO3-
Einkristall, der schwierig in ausreichender Größe und
Güte hergestellt werden kann. Im Fall des ionenimplan
tierten KNbO3-Kristalls wird der wellenleitende Bereich
geschädigt und führt zu höheren Wellenleiterverlusten.
Wünschenswert ist eine Dünnschichttechnik, bei der ein
kristallines KNbO3 auf einem geeigneten Substrat aufge
bracht wird. Dabei soll das Substrat folgenden Anforde
rungen genügen:
- - eine gute Epitaxiegrundlage
- - in optischer Qualität verfügbar
- - einen niedrigeren Brechungsindex als KNbO3 (n ≈ 2.3 bei einer Wellenlänge von 600 nm) besitzen.
Der letzte Punkt führt dazu, daß das Licht in der
KNbO3-Schicht geführt wird und diese damit ohne weitere
Prozeßschritte einen planaren Wellenleiter darstellt.
Dieser kann dann direkt oder nach Herstellung von
Streifenwellenleitern zur Frequenzverdopplung genutzt
werden.
Aus Fluck et al. (Fluck, D., Günter, P., Fleuster, M.
und Ch. Buchal (1992) Low-loss optical channel wavegui
des in KNbO3 by multiple energy ion implantation. J.
Appl. Phys. 72 (5) 1671-1675) ist ein Wellenleiter mit
einer ein Substrat und eine zum Leiten von Licht vorge
sehene KNbO3-Schicht enthaltenden Schichtenfolge be
kannt, bei dem eine einkristalline Zwischenschicht zwi
schen dem Substrat und der Licht leitenden Schicht vor
gesehen ist.
Weiterhin sind als Stand der Technik zur Bildung ein
kristalliner KNbO3-Schichten geeignete Substrate be
kannt. Dem KNbO3 verwandte Materialien wie z. B. KTaO3
bieten zwar die Möglichkeit für gute Epitaxie, jedoch
ist der Brechungsindexunterschied vergleichsweise
klein. Außerdem ist die Kristallzucht ähnlich schwierig
wie im Falle des KNbO3.
Demgegenüber ist MgO als Substratmaterial vergleichs
weise gut geeignet. Einerseits weist es eine gute Epi
taxiegrundlage für viele Oxide auf. Andererseits be
sitzt dieses Material mit n ≈ 1,73 bei 600 nm einen äu
ßerst niedrigen Brechungsindex. Schließlich ist es kom
merziell gut erhältlich. Jedoch nachteilig weist die
Materialkombination KNbO3 mit MgO eine relativ große
Gitterfehlanpassung auf, weshalb es bisher nicht gelun
gen ist, die Herstellung von KNbO3-Schichten auf MgO-
Substraten in einkristalliner, optisch ausreichender
Qualität zu erzielen.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung einen Wellenleiter
auf der Basis MgO zu schaffen, bei dem eine KNbO3-
Schicht mit einkristalliner optischer Qualität erhalten
wird.
Die Aufgabe wird gelöst durch einen Wellenleiter gemäß
der Gesamtheit der Merkmale nach Anspruch 1. Weitere
zweckmäßige oder vorteilhafte Ausführungsformen finden
sich in den auf diesen Anspruch rückbezogenen Unteran
sprüchen.
Es wurde erkannt, eine dünne einkristalline Zwischen
schicht bestehend aus z. B. BaTiO3 oder SrTiO3 vorzuse
hen, die als Epitaxievermittler zwischen dem MgO-
Substrat und der KNbO3-Schicht eingesetzt wird. Auf
diese Weise wird die KNbO3 Schicht einkristallin ausgebildet.
Da der Brechungsindex von BaTiO3 größer als der
von KNbO3 ist, sollte die Zwischenschicht vorzugsweise
dünn relativ zu der oberen Schicht gehalten werden. Auf
diese Weise wird erreicht, daß der überwiegende Anteil
der Lichtintensität in der KNbO3-Schicht geführt wird.
Die Erfindung ist im weiteren an Hand von Figuren und
Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 einen erfindungsgemäßen planaren und streifenförmigen
Wellenleiter;
Fig. 2 eine erfindungsgemäße Anordnung einer Laserdiode mit
Wellenleiter als Schichtenfolge zur Frequenz
verdopplung;
Fig. 3 einen erfindungsgemäßen Wellenleiter und experimen
telle Ergebnisse energieabhängiger Rückstreura
ten;
In der Fig. 1 ist der erfindungsgemäße Wellenleiter in
planarer (obige Figur) sowie in streifenförmiger
(untere Figur) Ausbildung dargestellt. Dabei weist das
MgO-Substrat eine mit diesem verbundene Zwischen
schicht aus BaTiO3 auf, auf der eine Schicht aus KNbO3
gebildet ist. Die Schichtdicken haben für KNbO3 einen
Wert von 1000 nm, für BaTiO3 einen Wert von 200 nm. Es
können selbstverständlich auch andere Schichtdicken ge
wählt werden. Vorzugsweise soll die Schichtdicke der
BaTiO3-Schicht im Vergleich zu der Schichtdicke des
KNbO3 möglichst gering sein. Beispielhaft soll das Ver
hältnis der Schichtdicken wenigstens einen Faktor fünf
oder auch mehr betragen. Die KNbO3-Schicht kann ver
gleichsweise dick, - bis zu 1 µm oder mehr - ausgebildet
sein. Verfahrensmäßig wird der erfindungsgemäße Wellen
leiter aus Fig. 1 wie folgt hergestellt:
Der erste Schritt dieses Verfahrens ist die Herstellung einer einkristallinen BaTiO3-Schicht auf dem MgO- Substrat. Diese Herstellung kann vorteilhafterweise mittels Laserablation erfolgen. Auf diese Weise werden folgende vorteilhafte Eigenschaften erhalten:
Der erste Schritt dieses Verfahrens ist die Herstellung einer einkristallinen BaTiO3-Schicht auf dem MgO- Substrat. Diese Herstellung kann vorteilhafterweise mittels Laserablation erfolgen. Auf diese Weise werden folgende vorteilhafte Eigenschaften erhalten:
- - Minimum Yield Werte (ermittelt mit der Rutherford Rückstreuung in Verbindung mit Channeling) von 2%;
- - experimentell ermittelte Rockingkurvenbreiten (ermittelt mit der Röntgenbeugung) von 0.5°, gemessen am (002)-Reflex des BaTiO3;
- - sehr glatte Oberflächen, gekennzeichnet durch Peak- to-Valley-Rauhigkeiten von 5 nm bei einer Schichtdic ke von 1000 nm und einer Rasterfläche von 3 × 3 µm2;
In einem zweiten Verfahrensschritt wird nunmehr auf der
freien Oberfläche der BaTiO3-Schicht KNbO3 aufgebracht.
Dabei wächst z. B. bei Sauerstoffdrücken oberhalb von
1 × 10-3 mbar und bei Temperaturen im Bereich von 600 bis
1000°C einkristallines KNbO3 auf der BaTiO3/MgO-
Schichtfolge auf. Die KNbO3-Schicht ist einkristallin
mit Minimum-Yield-Werten kleiner als 2% (siehe Fig.
3). Vorteilhafterweise kann die Schichtdeposition eben
falls durch Laserablation von einem einkristallinen
KNbO3-Target erfolgen, womit sodann ein stöchiometri
scher Übertrag vom Target zum Substrat gewährleistet
ist.
Die Laserablation als Herstellungsprozeß für KNbO3-
Schichten ist aus folgenden Gründen besonders geeignet:
- - Schichtdeposition bei Temperaturen bis zu 1000°C oder höher möglich;
- - Schichtdeposition in Sauerstoffatmosphäre im Bereich von 1 × 10-3 bis 1 mbar;
- - Ablation von einem stöchiometrischen, einkristallinen KNbO3-Target, zur Vermeidung einer Kalium-Defizienz in der sich bildenden Schicht.
Der in der Fig. 1 gezeigte, erfindungsgemäße Wellen
leiter wurde wie folgt mit Hilfe der Laserablation her
gestellt:
- - Deposition einer 200 nm dicken BaTiO3-Schicht mit der Laserablation auf dem MgO-Substrat bei einer Sub stratoberflächentemperatur von 1000°C und in einer Sauerstoff-Atmosphäre von 4 × 10-3 mbar;
- - In-situ Temperung der BaTiO3-Schicht bei 1000°C für 5 Minuten in einer Sauerstoff-Atmosphäre von 1 mbar zur Verbesserung der Kristallqualität;
- - Deposition einer 1000 nm dicken KNbO3-Schicht mit der Laserablation bei einer BaTiO3-Schichttemperatur von 800°C und in einer Sauerstoff-Atmosphäre von 2 × 10-1 mbar.
Der erfindungsgemäße Wellenleiter und das erfindungsge
mäße Verfahren zur Herstellung eines planaren Wellen
leiters mittels einer Schichtenfolge von einkristalli
nen, heteroepitaktischem KNbO3 auf z. B. einer BaTiO3-
Zwischenschicht auf einem MgO-Substrat ist besonders
zur Erzeugung von blauem Licht durch Frequenzverdopp
lung geeignet.
Der planare Wellenleiter kann vorteilhafterweise als
Streifenwellenleiter mit Hilfe geeigneter Strukturie
rungstechniken ausgebildet werden. Auf diese Weise wird
im Streifenwellenleiter das frequenzverdoppelte Licht
konzentriert und erlangt eine vergleichsweise hohe
Lichtintensität.
Beispielsweise zum Auslesen eines Speichermediums führt
der Einsatz von blauem Laserlicht (durch Frequenzver
dopplung) mit Hilfe eines den erfindungsgemäßen Wellen
leiter aufweisenden Lesekopfes zu einer starken Erhö
hung der möglichen Speicherdichte des Mediums (z. B. ei
ner Compact Disc).
Claims (3)
1. Wellenleiter mit einer Schichtenfolge aus einem Sub
strat, einer zum Leiten von Licht geeigneten Schicht
und einer einkristallinen Zwischenschicht zwischen
dem Substrat und der Licht leitenden Schicht,
gekennzeichnet durch
BaTiO3 oder SrTiO3 als Material für die Zwischen schicht und
MgO als Material für das Substrat und
KNbO3 als Material für die Licht leitende Schicht.
BaTiO3 oder SrTiO3 als Material für die Zwischen schicht und
MgO als Material für das Substrat und
KNbO3 als Material für die Licht leitende Schicht.
2. Wellenleiter nach vorhergehendem
Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß er streifenförmig ist.
3. Vorrichtung zum Auslesen von auf einem
Speichermedium enthaltenden Informationen mit Hilfe
von Licht mit einem oder mehreren Wellenleitern nach
einem der vorhergehenden Ansprüche.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1996127793 DE19627793C2 (de) | 1996-07-10 | 1996-07-10 | Wellenleiter |
CH167797A CH692928A5 (de) | 1996-07-10 | 1997-07-09 | Wellenleiter mit Schichtenfolge, aufweisend ein Substrat sowie eine zum Leiten von Licht geeignete Schicht. |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1996127793 DE19627793C2 (de) | 1996-07-10 | 1996-07-10 | Wellenleiter |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19627793A1 DE19627793A1 (de) | 1998-01-15 |
DE19627793C2 true DE19627793C2 (de) | 2002-02-28 |
Family
ID=7799441
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1996127793 Expired - Fee Related DE19627793C2 (de) | 1996-07-10 | 1996-07-10 | Wellenleiter |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
CH (1) | CH692928A5 (de) |
DE (1) | DE19627793C2 (de) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2347802C2 (de) * | 1972-09-25 | 1982-07-29 | Western Electric Co., Inc., 10038 New York, N.Y. | Verfahren zur Herstellung eines dielektrischen optischen Wellenleiters, sowie die hiernach hergestellten optischen Wellenleiter |
US5343484A (en) * | 1991-08-20 | 1994-08-30 | Sanyo Electric Co., Ltd. | SHG (second-harmonic generation) device |
WO1995016061A1 (en) * | 1993-12-08 | 1995-06-15 | Martin Marietta Energy Systems, Inc. | Process for growing an epitaxial film on an oxide surface and product |
-
1996
- 1996-07-10 DE DE1996127793 patent/DE19627793C2/de not_active Expired - Fee Related
-
1997
- 1997-07-09 CH CH167797A patent/CH692928A5/de not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2347802C2 (de) * | 1972-09-25 | 1982-07-29 | Western Electric Co., Inc., 10038 New York, N.Y. | Verfahren zur Herstellung eines dielektrischen optischen Wellenleiters, sowie die hiernach hergestellten optischen Wellenleiter |
US5343484A (en) * | 1991-08-20 | 1994-08-30 | Sanyo Electric Co., Ltd. | SHG (second-harmonic generation) device |
WO1995016061A1 (en) * | 1993-12-08 | 1995-06-15 | Martin Marietta Energy Systems, Inc. | Process for growing an epitaxial film on an oxide surface and product |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
J. Appl. Phys. 72(5), September 1992, S.1671-1675 * |
JP 57-163207 A mit Abstract * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CH692928A5 (de) | 2002-12-13 |
DE19627793A1 (de) | 1998-01-15 |
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