DE3785630T2

DE3785630T2 - Planare wellenleitervorrichtung.

Info

Publication number: DE3785630T2
Application number: DE8787110998T
Authority: DE
Inventors: William C Robinson; Norman A Sanford
Original assignee: Polaroid Corp
Current assignee: Intellectual Ventures I LLC
Priority date: 1986-09-15
Filing date: 1987-07-29
Publication date: 1993-08-05
Anticipated expiration: 2007-07-30
Also published as: EP0260416A2; EP0260416A3; DE260416T1; DE3785630D1; CA1298390C; JPS6375725A; JPH083581B2; US4775208A; EP0260416B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf optische Nachrichtenverbindungen und insbesondere auf planare optische Wellenleitervorrichtungen zur Benutzung als Schaltungselemente in optischen Kreisen.
Wellenleitervorrichtungen der verschiedensten Art, einschließlich gewissen Modenwandlern, wie beispielsweise Modulatoren und Schalter, die einen Eingang elektrischer Energie für ihren Betrieb erfordern, werden benötigt, um elektromagnetischse Trägerwellen im optischen Bereich des Spektrums zu richten und zu steuern, um eine Information zu übertragen. Wellenleitervorrichtungen der planaren Bauart haben sich für zahlreiche Anwendungen als zweckmäßig erwiesen, weil sie eine geringe Größe und eine hohe Beständigkeit aufweisen sowie bei geringen Kosten leicht herzustellen sind. Bei solchen planaren Wellenleiter-Vorrichtungen kann der Wellenleiter als ein Kanal in einem planaren Substrat aus kristallinem, doppelt brechendem Lichtausbreitungsmaterial durch verschiedene Verfahren erzeugt werden, um den Brechungsindex eines lokalen Abschnitts des Substrats anzuheben. Die gewöhnlich benutzten Verfahren zur Anhebung des Brechungsindex von Lichtausbreitungsmaterial weisen Ionenaustauschverfahren auf, durch die beispielsweise Titan bei hoher Temperatur in das Material diffundiert, oder das Material wird in ein Bad aus geschmolzener Benzoesäure eingetaucht. Bei Wellenleitervorrichtungen, die eine elektrische Energie erfordern, wird die Energie über Elektroden zugeführt, die normalerweise die Gestalt dünner Metallstreifen besitzen, die auf dem Wellenleiter oder in der Nähe desselben abgelagert sind. Ein Problem beim Vorhandensein metallischer Elektroden in der Nähe des Wellenleiters besteht darin, daß die geführten Wellen durch die optische Absorption eines Teils der Energie der Wellen in der Nähe der Elektroden abgeschwächt werden.
Um den Wellenleiter gegenüber dem Abschwächungseinfluß der Elektroden zu schützen, hat man über der Oberfläche des Substrats beispielsweise durch ein Zerstäubungsablagerungsverfahren einen dünnen dielektrischen Film aufgebracht, der beispielsweise eine Dicke von 0,1 um besitzt und aus Siliziumdioxid besteht und einen einfachen Brechungsindex aufweist, der kleiner ist als jener des Wellenleiters, wobei danach die metallischen Elektroden auf dem dielektrischen Film abgelagert werden. Der dielektrische Film muß dabei eine hohe optische Qualität aufweisen, d. h. er muß frei von Fehlstellen wie Verunreinigungen oder Einschlüssen sein, welche Lichtstreuzentren bilden, die zur Abschwächung der geführten Wellen beitragen. Die dielektrische Schicht muß einen Brechungsindex haben, der gleich oder kleiner ist als jener des Substrats, und muß außerdem eine Dicke haben, die genügend groß ist, um zu verhindern, daß das Wellenenergiefeld in Berührung mit den Elektroden kommt, und die elektrische Leitfähigkeit muß genügend gering sein, d. h. es muß ein genügend hoher Widerstand vorhanden sein, um zu verhindern, daß Strom in das Substrat eintritt, wenn elektrische Energie an den Elektroden angelegt wird.
Es ist schwierig, dielektrischen Filme der erforderlichen Qualität und mit einer elektrischen Leitfähigkeit zu erzeugen, wodurch wirksam der Wellenleiter gegenüber den metallischen Elektroden isoliert wird. Es ist ein hohes Maß von Qualitätskontrolle erforderlich, um solche Filme zu erzeugen, die frei von Fehlstellen sind. Dies erfordert die Benutzung einer ultrareinen Umgebung, und es müssen sehr reine Materialien benutzt werden, und es müssen Temperatur, Feuchtigkeit und Vakuum während des Herstellungsverfahrens präzise,eingestellt werden. Schon geringe Abweichungen von optimalen Bedingungen führen zu beträchtlichen Verminderungen in bezug auf die Herstellung eines hochqualitativen Materials.
Obgleich kristallines, doppeltbrechendes Lichtausbreitungsmaterial hoher Reinheit zur Benutzung in Wellenleitervorrichtungen hergestellt werden kann, enthält derartiges Material dennoch Spuren von Verunreinigungen, insbesondere von Eisen, die durch Licht ionisiert werden können und mit der Lichtausbreitung durch den Wellenleiter reagieren. Infolgedessen sammelt sich eine Raumladung in der Nähe des Wellenleiters an und stört die geführten Moden durch den elektro-optischen Effekt. Derartige Phänomene werden gewöhnlich als optische Beschädigungswirkungen klassifiziert.
Außerdem neigen die gemäß den oben beschriebenen Verfahren hergestellten Wellenleiter dazu, eine asymmetrische Modenleistungsverteilung gegenüber der Achse des Wellenleiters zu haben. Infolge dieser Asymmetrie wird der Kopplungswirkungsgrad des Lichts nach diesen Wellenleitern und von diesen in hohem Maße vermindert.
Eine planare Wellenleitervorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Herstellung desselben gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9 sind bekannt aus Optics Letters, vol. 11, Nr. 1, Januar 1986, S. 39-41; S. Thaniyavarn: 'Wavelength-independent, optical-damage- immune LiNbO&sub3; TE-TM mode converter'.
Der bekannte Wellenleiter, der einen TE-TA-Modenkonverter aufweist, wird dadurch hergestellt, daß ein Streifen aus 3 um breitem und 40 nm dickem Titan auf einen d-geschnittenen z-Ausbreitungs-LiNbO&sub3;-Wafer während 6 Stunden bei 1020 ºC in einem strömenden Argongas diffundiert. Ein SiO&sub2;-Film, ungefähr 140 nm dick, wird über dem Wellenleiter durch eine Elektronenstrahlverdampfung abgelagert, wodurch die notwendige Pufferschicht erzeugt wird, um den TM-Ausbreitungsverlust zu eliminieren, der durch die metallische Elektrodenlast verursacht wird. Aluminiumelektroden mit einer Dicke von 200 nm wurden thermisch aufgedampft und durch eine übliche photolithographische Technik definiert. Die Mittelelektrode ist ungefähr 3,5 um breit; die Elektrodenspalte zwischen der mittleren Elektrode und den beiden äußeren Elektroden sind ebenfalls ungefähr 3,5 um breit. Die Elektroden sind 1 cm lang.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht demgemäß darin, die optischen Wellen in dem Wellenleiter einer planaren Wellenleitervorrichtung gegenüber einer Abschwächung durch Metallelektroden zu schützen, indem eine Pufferschicht im Substrat der planaren Wellenleitervorrichtung erzeugt wird und indem die Pufferschicht durch ein Verfahren hergestellt wird, das präzise gesteuert und betriebssicher in einer fehlstellenfreien Pufferschicht erzeugt werden kann, wobei die Leitfähigkeit im Bereich des Substrats in der Nähe des Wellenleiters erhöht wird, um eine Raumladungsansammlung zu verhindern und die Wirkungen optischer Beschädigungen im wesentlichen zu vermindern.
Das oben angegebene technische Problem wird durch die Kennzeichnungsmerkmale der Ansprüche 1 bzw. 9 gelöst. Demgemäß werden nach der vorliegenden Erfindung die Probleme, die der Isolierung der informationführenden optischen Trägerwellen zugeordnet sind, welche sich durch die Wellenleiter in einer planaren Wellenleitervorrichtung ausbreiten, und die Probleme der Abschwächung, die durch optische Absorption der Wellenenergie durch die metallischen Elektroden verursacht werden, dadurch gelöst, daß in dem Substrat der Wellenleitervorrichtung eine Pufferschicht mit einem verminderten Brechungsindex zwischen Wellenleiter und Elektroden angebracht wird, um den Wellenleiter optisch von den Elektroden zu isolieren.
Vorzugsweise wird die Pufferschicht dadurch erzeugt, daß eine Schicht aus Magnesium über einem Substrat aus einem in x- oder y-Richtung geschnittenen kristallinen doppeltbrechenden Material aufgebracht wird, in welchem vorher ein Wellenleiter ausgebildet wurde, und indem dann das Magnesium bei einer Temperatur während einer vorbestimmten Zeit oxidiert wird. Danach werden die Elektroden wie erforderlich auf der Magnesiumoxid-Pufferschicht abgelagert. Es hat sich gezeigt, daß die MgO-Pufferschicht die Wirkung der TE-TM-Modenwandlervorrichtungen optimiert und die Empfindlichkeit gegenüber Gleichstromvorspannfeldern beträchtlich vermindert, die benutzt werden, um in derartigen Vorrichtungen eine Phasenanpassung der TE-TM-Moden zu erzwingen.
Die Pufferschicht kann statt dessen durch einen Ionenaustausch- oder einen Protonenaustausch-Prozeß in einem ebenen Substrat eines in x-Richtung oder y-Richtung geschnittenen kristallinen doppeltbrechenden Materials erzeugt werden, bei dem ein Wellenleiter im wesentlichen parallel zur z-Achse als lokalisierter Bereich mit erhöhtem Brechungsindex ausgebildet ist. Das Ionenaustauschverfahren vermindert den einfachen Brechungsindex des Substrats einer Lage an der Oberfläche, um die Pufferschicht zu definieren. Man kann sich darauf verlassen, daß die Pufferschicht gleichförmig und homogen ist und daß der Brechungsindex sorgfältig innerhalb von Grenzen gesteuert wird. Das Protonenaustauschverfahren erfordert ein Eintauchen des Substrats in einem Säurebad, beispielsweise geschmolzener Benzoesäure, bei einer vorbestimmten Temperatur während einer vorbestimmten Zeitdauer. Hierdurch wird es möglich, die Dicke der Pufferschicht genau dadurch zu steuern, daß die Temperatur des Bades und die Behandlungsdauer genau eingestellt werden.
Zusätzlich zur optischen Isolierung des Wellenleiters gegenüber den Elektroden kann die Pufferschicht, die auf irgendeine Weise hergestellt ist, den Wellenleiter unter der Oberfläche des Substrats aufnehmen, und es wird angenommen, daß die Leistungsverteilung der Wellenmoden eine bessere Symmetrie gegenüber der Achse des Wellenleiters aufweist, wodurch der Wirkungsgrad der Kopplung zwischen dem Wellenleiter und den optischen Fasern verbessert wird. Ein offensichtlicher Vorteil der Pufferschicht besteht in einer erhöhten elektrischen Leitfähigkeit des Oberflächenschichtbereichs des Wellenleiters, wodurch es möglich wird, daß die ionisierten Verunreinigungen im Wellenleiter wandern, bis ihre Ladungen neutralisiert sind. Infolgedessen werden elektrische Ladungen daran gehindert, sich im Wellenleiter anzusammeln, und Störungen der Wellen, verursacht durch Ladungsansammlung, werden vermieden.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer bekannten planaren Wellenleitervorrichtung,
Fig. 2 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer planaren Wellenleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 3 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer weiteren planaren Wellenleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 4 ist eine schematische Stirnansicht eines Zwischenproduktes im Herstellungsverfahren der Wellenleitervorrichtung nach Fig. 3 gemäß der vorliegenden Erfindung, und
Fig. 5 ist eine Stirnansicht der Wellenleitervorrichtung nach Fig. 3.

Ausführliche Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels

Bei typischen bekannten planaren Wellenleitervorrichtungen, von denen eine allgemein durch das Bezugszeichen 10 in Fig. 1 gekennzeichnet ist, besitzt ein Substrat 12 aus hochqualitativem optischem Material, beispielsweise einem in x- oder y-Richtung geschnittenen kristallinen doppeltbrechenden Material, einen lokalen Bereich mit erhöhtem Brechungsindex, um einen Wellenleiter 14 längs der z-Achse zu definieren. Der Wellenleiter 14 kann durch eine Anzahl von Verfahren hergestellt werden, von denen eines darin besteht, ein Übergangsmetall, beispielsweise Titan, diffundieren zu lassen. Es wird ein elektrisches Potential an die Wellenleitervorrichtung 10 über Leiter 16 und 18 angelegt, die mit den Elektroden 20 bzw. 22 verbunden sind. Diese Elektroden bestehen aus dünnen Streifen aus Metall, das auf dem Wellenleiter 14 oder in der Nähe desselben abgelagert ist. Weil die Metallstreifen in der Nähe des Wellenleiters 14 angeordnet sind, schwächen die die Elektroden 20 und 22 bildenden Metallstreifen die optischen Wellen ab, die durch den Wellenleiter 14 fortschreiten, wenn keine Maßnahmen getroffen werden, um dies zu verhindern. Aus diesem Grund wird eine dünne Schicht 24 aus hochqualitativem dielektrischem Material, beispielsweise eine Schicht aus 0,1 um dickem Siliziumdioxid, durch eine Zerstäubungsablagerung auf dem Substrat 12 zwischen dem Wellenleiter 14 und den Elektroden 20 und 22 aufgetragen.
Bei planaren Wellenleitervorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung stellt eine Modenwandlervorrichtung ein typisches Ausführungsbeispiel dar, und eine solche ist in Fig. 2 durch das Bezugszeichen 11 identifiziert. Ein planares Substrat 13 aus kristallinem doppeltbrechendem Material, beispielsweise aus Lithiumniobat (LiNbO&sub3;) oder Lithiumtantalat (LiTaO&sub3;), wird in x- oder y-Kristallrichtung geschnitten und besitzt einen Wellenleiter 15, der innerhalb annehmbarer Grenzen im wesentlichen parallel zur z-Achse ausgebildet ist.
Auf dem Substrat 13 befindet sich eine Magnesiumoxid- Pufferschicht 17, die über die gesamte Breite über diesem Substrat und dem Wellenleiter 15 liegt. Auf der Oberseite der Pufferschicht 17 sind drei Metallelektroden 19, 21 und 23 abgelagert, die Zuführungsleitungen 25, 27, bzw. 29 aufweisen. Die Elektrode 23 sitzt direkt über dem Wellenleiter 15, und die Elektroden 19 und 21 sitzen mit ihren inneren Rändern benachbart zu den Außenrändern des Wellenleiters 15.
Der Wellenleiterkanal 15 wird durch Eindiffundieren eines dünnen Titanstreifens hergestellt, der parallel zur z-Achse des Substrats verläuft. Wenn der Wellenleiter 15 parallel zur z-Achse niedergebracht wird, dann breiten sich die TE- und TM-Moden mit fast den gleichen wirksamen Indizes aus, wenn beide gut geführt sind. Dies ist der Fall, da die Ti-Dotierung den einfachen Index des Materials anhebt, um eine Führung für die TE- und TM-Moden zu ermöglichen. Die Modenwandlung wird dadurch realisiert, daß das Elektrodenpaar 19 und 21 parallel zu den beiden Seiten des Wellenleiterkanals 15 angeordnet wird und indem die dritte Elektrode 23 direkt über dem Wellenleiter angeordnet wird.
Durch Anlegen einer Spannung an der ersten Gruppe, d. h. am Elektrodenpaar 19 und 21 entlang der Seiten des Kanals werden die wirksamen Indizes der orthogonal polarisierten TE- und TM-Moden gezwungen, sich gleich zu verhalten, und zwar durch die Wirkung von r(12) und r(22) elektrooptischen Koeffizienten. Eine zusätzliche Spannung, die der dritten Elektrode 23 über dem Wellenleiter 15 angelegt wird, bewirkt eine Modenwandlung zwischen den Moden über die Wirkung des r(61) Koeffizienten.
Es ist wichtig, festzustellen, daß für diese Vorrichtung und andere Vorrichtungen, die eine ähnliche Funktion aufweisen, die Elektrodengruppe 1 eine Vorspannung aufweisen muß, um wirksam zu arbeiten. In vielen Fällen ist es unzweckmäßig, derartige Gleichstromvorspannungsfelder aufzubringen, da sie zu einer Verschlechterung des Modenwandlerverhaltens führen können und auch zu einer zeitabhängigen Drift in den Charakteristiken der Vorrichtung. Diese Wirkungen werden dadurch vermindert, daß der Wellenleiter eingelassen wird und seine axiale Indexverteilung symmetriert wird.
Die Technik, die bei diesem Ausführungsbeispiel benutzt wird, um den Index der Wellenleiterkanaloberfläche zu unterdrücken, um die Indexverteilung zu symmetrieren, benutzt die Diffusion einer dünnen Schicht aus Magnesiumoxid auf der Oberfläche des Substrats, nachdem der Wellenleiter hergestellt ist. Das Magnesiumdotierungsmittel wirkt als Indexunterdrückungsmittel und schaltet dadurch die Wirkung des Titans im Hinblick auf ein Anheben des Index der leitenden Oberfläche aus. Wellenleiter werden mit dieser Geometrie dadurch hergestellt, daß in das Substrat von 40 nm Dicke Titanstreifen mit einer Breite von 3 um bei 1100 ºC 5 Stunden lang diffundiert werden. Nach dieser anfänglichen Diffusion wurde das Substrat mit einer 23 nm dicken Magnesiumschicht überzogen und in den Ofen zurückgebracht und bei 900 ºC 4 Stunden lang in strömendem feuchtem Sauerstoff oxidiert. Die resultierende Führung trägt eine einzige Mode mit einer Wellenlänge von 0,632 um. Danach wurde der Drei-Elektroden-Aufbau über dem eingebetteten Kanal angeordnet. Die Mittelelektrode war 5 um breit, und die Spalte zwischen der mittleren und den äußeren Elektroden betrug 5 um. Die Elektroden waren 12 mm lang.
Die Vorrichtungen wurden im Hinblick auf eine relative Abschwächung der TE- und TM-Moden überprüft, bevor die Vorspannungsfelder angelegt wurden. Dabei wurde kein bevorzugter Verlust im TM-Mode beobachtet.
Um die Stabilität der Vorrichtung als Modenwandler zu überprüfen, wurde die Führung mit TM-polarisiertem Licht erregt, und es wurde eine Vorspannung von 14 V an die äußeren Elektroden 19 und 21 angelegt. Ein 30 V Spitzen- Wechselspannungssignai wurde an die mittlere Elektrode angelegt. Die Durchsatzcharakteristik der TE- und TM-Moden wurden getrennt überwacht.
Es hat sich gezeigt, daß bei einer Durchgangsleistung von grob 10 uW bei einer Wellenlänge von 0,632 um die Modenkonversionscharakteristik der Vorrichtung innerhalb von 12 % über eine Zeitdauer von 4 Stunden stabil blieb. Bei einer Durchgangsleistung von 100 uW wurde eine 50%ige Abdrift über 5 Minuten beobachtet. Bei einer Wellenlänge von 8,17 pm driftete die Konversionscharakteristik nicht über diese gleiche Zeit bei gleichen Leistungspegeln. Die Ergebnisse zeigten, daß die Photoleitfähigkeit eine bedeutende Rolle in bezug auf die Stabilität der Vorrichtung spielt. Ähnliche Vorrichtungen, die durch das CVD-Verfahren abgelagertes SiO&sub2; als dielektrische Pufferlage benutzten, zeigten eine beträchtliche Drift (50 %) während wenigen Minuten sowohl für eine Erregung von 0,632 um als auch für eine Erregung von 0,817 um.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel, welches durch Protonenaustausch erzeugt wurde, ist die Vorrichtung, die in Fig. 3 mit dem Bezugszeichen 30 versehen ist. Hierbei wurde ein planares Substrat 32 aus einem kristallinen doppeltbrechenden Material, beispielsweise Lithiumniobat (LiNbO&sub3;) oder Lithiumtantalat (LiTaO&sub3;), in x-Richtung oder in y-Richtung geschnitten, und es wurde ein Wellenleiter 34 im wesentlichen parallel zu der erzeugten z-Achse ausgebildet, obgleich eine gewisse Winkelabweichung von der z-Richtung zulässig ist. Die Elektroden 36 und 38 wurden durch dünne Metallstreifen definiert, an denen Leitungen 40 bzw. 42 angeschlossen wurden. Diese Streifen wurden auf dem Wellenleiter 34 oder in der Nähe desselben angeordnet. Im Gegensatz zu der abgelagerten Schicht dielektrischen Materials bei der den Stand der Technik repräsentierenden Vorrichtung nach Fig. 1 ist jedoch eine Pufferschicht 44 direkt im Substrat 32 angeordnet, um den Wellenleiter 34 von den metallischen Elektroden 36 und 38 zu isolieren.
Der Wellenleiter 34 ist als ein lokaler Bereich mit angehobenem einfachem Brechungsindex in Gestalt eines Kanals ausgebildet, der durch Eindiffundieren von Titan oder einem anderen Übergangsmetall in Verbindung mit einer geeigneten Maskierung des Substrats 32 aufgebracht wurde, um ein Zwischenprodukt zu definieren, wie dies aus Fig. 3 ersichtlich ist. Das Substrat 32 und sein Wellenleiter 34 mit angehobenem einfachem Brechungsindex relativ zu dem Rest des Substrats werden einem Protonenaustausch unterworfen, was bei dem in x-Richtung oder y-Richtung geschnittenen Material, welches den Wellenleiter 34 im wesentlichen parallel zur z-Achse aufnimmt, tatsächlich den einfachen Brechungsindex des Materials in der Lage an der Oberfläche erniedrigt. Die Lage mit vermindertem einfachem Brechungsindex definiert die Pufferschicht 44 zwischen dem Wellenleiter 34 und den metallischen Elektroden 36 und 38, die später auf der Pufferschicht 44 abgelagert werden. Der abgesenkte einfache Brechungsindex bewirkt eine Isolierung der elektromagnetischen Wellen im Wellenleiter 34 gegenüber den Elektroden 36 und 38, weil die beiden TE- und TM-Moden "sehen", d. h. sie werden durch den einfachen Brechungsindex in dem kristallinen doppeltbrechenden Material beeinflußt.
Der Ionenaustausch oder Protonenaustausch findet statt, indem das Substrat 32 in ein Bad geschmolzener Benzoesäure eingetaucht wird, die beispielsweise eine Temperatur von 250 ºC besitzt, wobei das Eintauchen für eine Zeitdauer von 3 Minuten geschieht, um das Lithium aus einer Schicht von etwa 0,3 um auf der Oberfläche abzulagern und dadurch eine Pufferschicht 44 zu bilden, wie dies aus Fig. 5 ersichtlich ist. Der einfache Brechungsindex der Abschnitte 44a der Pufferschicht 44, die innerhalb des Substrats 32, aber außerhalb des Bereiches liegen, der der Titandiffusion ausgesetzt ist, wird unter den einfachen Brechungsindex des übrigen Substrats um etwa 0,02 abgesenkt. Etwa die gleiche Verminderung des einfachen Brechungsindex tritt in dem Abschnitt 44b der Pufferschicht 44 ein, die über dem Wellenleiter 34 liegt und größer ist als die Erhöhung des Brechungsindex, die in das Substrat 32 durch die Titandiffusion eingeführt wird, wodurch der Wellenleiter 34 unter der Oberfläche des Substrats eingebettet wird. Das Einbetten des Wellenleiters 34 scheint die modale Leistungsverteilung der Wellen mit besserer Symmetrie gegenüber der Achse des Wellenleiters 34 zu unterstützen, und dadurch wird der Wirkungsgrad der Kopplung zwischen dem Wellenleiter und den optischen Fasern verbessert. Es wird auch angenommen, daß der Protonenaustauschprozeß die elektrische Leitfähigkeit der Oberfläche des Wellenleiters 34 erhöht, wodurch es für die ionisierten Verunreinigungen im Substrat einfacher wird zu wandern, bis eine Neutralisation eintritt, und es werden Störungen der sichtbaren Wellenlängen durch Ladungsansammlung nahe des Wellenleiters vermieden.
Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß die Erfindung hochwirksame Pufferschichten und Verfahren zu ihrer Herstellung schafft, wodurch verhindert wird, daß die Elektroden elektromagnetische Wellen in einer planaren Wellenleitervorrichtung abschwächen. Es können Abwandlungen der beschriebenen Ausführungsbeispiele gemacht werden, um Wellenleitervorrichtungen zu schaffen, die abgewandelte Ausbildungen und Funktionen haben. Es ist für den Fachmann klar, daß weitere Abwandlungen und/oder Änderungen der beschriebenen Ausführungsbeispiele vorgenommen werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Demgemäß ist ausdrücklich beabsichtigt, daß die dargestellten Ausführungsbeispiele nur illustrativ sind und daß der wahre Inhalt und Umfang der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Ansprüche bestimmt wird.

Claims

1. Planare Wellenleitervorrichtung (11; 30) zur Steuerung elektromagnetischer informationenführender Wellen im optischen Bereich, mit den folgenden Merkmalen:

- ein planares Substrat (13, 32) aus kristallinem doppeltbrechendem Material;

- ein Wellenleiterkanal (15, 34) in dem Substrat, im wesentlichen parallel zu einer kristallographischen Achse des Substrats, wobei der Wellenleiterkanal (15, 34) einen höheren einfachen Brechungsindex aufweist als der Rest des Substrats;

- Elektroden (19, 21, 23; 36, 38) auf der Oberfläche des Substrats in der Nähe des Wellenleiters;

und

- eine Pufferschicht (17; 44) zwischen den Elektroden und dem Wellenleiter, die einen einfachen Brechungsindex aufweist, der kleiner ist als der einfache Brechungsindex benachbarter Abschnitte des Substrats,

dadurch gekennzeichnet, daß die Pufferschicht (17; 44) in dem Substrat (13; 32) ausgeformt ist.

2. Wellenleitervorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Pufferschicht (17) aus Magnesiumoxid besteht.

3. Wellenleitervorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher das planare Substrat (13; 32) aus in x-Richtung geschnittenem kristallinem doppeltbrechendem Material und in y-Richtung geschnittenem kristallinem doppeltbrechendem Material besteht, und daß der Wellenleiterkanal (15; 34) im wesentlichen parallel zur z-Achse des kristallinen doppeltbrechenden Materials verläuft.

4. Wellenleitervorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher das kristalline doppeltbrechende Material aus Lithiumniobat oder Lithiumtantalat besteht.

5. Wellenleitervorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Elektroden (19, 21, 23) als Streifen ausgebildet sind, die sich im wesentlichen parallel zu dem Wellenleiter (15; 34) erstrecken.

6. Wellenleitervorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Elektroden aus einem Elektrodenpaar bestehen, das sich parallel zu dem Wellenleiter entlang gegenüberliegenden Seiten des Wellenleiters erstreckt.

7. Wellenleitervorrichtung nach Anspruch 4, bei welcher die Pufferschicht (44) einen ersten Abschnitt (44b) aufweist, der über dem Wellenleiterkanal (34) liegt und einen ersten einfachen Brechungsindex aufweist, und die Pufferschicht zweite Abschnitte (44a) aufweist, die einen zweiten einfachen Brechungsindex besitzen.

8. Wellenleitervorrichtung nach Anspruch 7, bei welcher die Pufferschicht durch ein Protonenaustauschverfahren hergestellt ist.

9. Verfahren zur Herstellung einer ebenen Wellenleitervorrichtung zur Steuerung der informationenführenden elektromagnetischen Wellen im optischen Bereich, welches die folgenden Schritte umfaßt:

- es wird ein planares Substrat (13; 32) aus kristallinem doppeltbrechendem Material einer Eindringdiffusion eines Übergangsmetalls unterworfen, um einen lokalen Bereich in dem Substrat zu schaffen, der einen höheren einfachen Brechungsindex besitzt als der Rest des Substrats, um einen Wellenleiterkanal (15, 34) zu definieren; und

- Anordnung der Elektroden (19, 21, 23; 36, 38) auf der Oberfläche des Substrats derart, daß die Pufferschicht (17; 44) zwischen den Elektroden und dem Wellenleiter zu liegen kommt,

dadurch gekennzeichnet, daß vor Aufbringen der Elektroden (19, 21, 23; 36, 38) auf dem Substrat (13; 32) der einfache Brechungsindex der Substratschicht in der Nähe einer Oberfläche des Substrats unter den Brechungsindex des übrigen Substrats abgesenkt wird, um als Puffer zu wirken.

10. Verfahren nach Anspruch 9, bei welchem der Schritt der Verminderung des Brechungsindex eine Stufe umfaßt, in der eine Schicht aus Magnesium über dem Substrat und dem Wellenleiter aufgebracht und das Magnesium oxidiert wird, um die Pufferschicht zu bilden.

11. Verfahren nach Anspruch 9, bei welchem der Schritt der Verminderung des Brechungsindex ein Eintauchen des Substrats (32) in ein Bad geschmolzener Benzoesäure umfaßt.

12. Verfahren nach Anspruch 9, bei welchem vor der Behandlung ein Substrat aus Lithiumniobat oder Lithiumtantalat in x-Richtung oder y-Richtung geschnitten wird, um das Substrat aus kristallinem doppeltbrechendem Material zu definieren, wobei bei der Bearbeitung des Substrats lokale Bereiche gebildet werden, die einen höheren einfachen Brechungsindex in einer langgestreckten Form im wesentlichen parallel zur z-Achse des kristallinen doppeltbrechenden Materials aufweisen.

13. Verfahren nach Anspruch 12, bei welchem in der Bearbeitungsstufe Titan durch Diffusion in das Substrat eingebracht wird.

14. Verfahren nach Anspruch 9, bei welchem der Schritt der Verminderung des Brechungsindex eine Verminderung des einfachen Brechungsindex eines ersten Abschnitts (44b) umfaßt, der über dem Wellenleiterkanal (34) liegt, und außerdem eine Verminderung des einfachen Brechungsindex von zweiten Abschnitten (44a), um die Schicht herzustellen.