DE69914315T2

DE69914315T2 - Verfahren zur herstellung optisch nichtlinearer dünnfilmwellenleiter sowie optisch nichtlineare dünnfilmwellenleiter

Info

Publication number: DE69914315T2
Application number: DE69914315T
Authority: DE
Inventors: Takumi Nagoya-shi FUJIWARA; Akira Nagoya-shi IKUSHIMA; Osamu Toyota-shi KOMEDA
Original assignee: Toyota School Foundation; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota School Foundation; Toyota Motor Corp
Priority date: 1998-03-12
Filing date: 1999-02-23
Publication date: 2004-11-25
Anticipated expiration: 2019-02-24
Also published as: EP1063557A1; KR100373066B1; WO1999046632A1; EP1063557A4; JP3628963B2; CN1292886A; CA2321744A1; DE69914315D1; KR20010041707A; CA2321744C; CN1126972C; AU740686B2; AU2548999A; EP1063557B1; US6466722B1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines optisch nichtlinearen Dünnschicht-Wellenleiters unter Verwendung eines Glas-Substrats und einen optisch nichtlinearen Dünnschicht-Wellenleiter. Genauer gesagt betrifft die Erfindung eine Regelung der Form eines Wellenleiters mit optischer Nichtlinearität.
Eine optische Nichtlinearität zweiter Ordnung ausnutzende optische Funktionselemente sind bekannt. Während derartige Elemente üblicherweise aus einem kristallinen Material gebildet werden, werden Lichtleitfasern aus einem Glasmaterial gebildet. In Anbetracht von Kosten und Kompatibilität mit einer Lichtleitfaser besteht ein Erfordernis zur Herstellung der optischen Funktionselemente aus einem Glasmaterial. Zusätzlich ist ein aus einem Glas-Substrat gebildetes optisches Funktionselement erwünscht, da ein planares Element zum Erreichen verschiedener optischer Steuerungs-(Signalsteuerungs-) funktionen geeignet ist.
Ein Verfahren zum Herstellen eines planaren optischen Wellenleiters aus einem Glasmaterial ist in der offengelegten japanischen Patentveröffentlichung Nr. Hei-8-146475 offenbart. Gemäß dem in diesem Dokument offenbarten Verfahren wird eine Glasschicht mit dispergierten bzw. verstreuten feinen Partikeln auf einem Glas-Substrat abgeschieden und eine Schutzlackmaske aus Fotolack wird über einem Anteil gebildet, der als Kern dienen soll. Als nächstes wird der Anteil der mit Partikeln dispergierten Glasschicht, der nicht von der Schutzlackmaske abgedeckt wird, mittels eines reaktiven Ionenätzens entfernt, um einen optischen Wellenleiter-(Kern-) Anteil zu bilden. Nach Entfernen der Schutzlackmaske wird zum Umgeben des Kerns eine Glasschicht abgeschieden, und dieser Anteil dient als Mantel. Leistungsstarkes Laserlicht wird auf einen Teil des Kernteils des so gebildeten optischen Wellenleiters gestrahlt, wodurch dem bestrahlten Teil eine hohe optische Nichtlinearität verliehen wird.
Obwohl das vorstehend beschriebene Verfahren zum Herstellen eines planaren optischen Wellenleiters einen Ätzschritt zum Hinterlassen des dem Kernanteil entsprechenden Anteils der Schutzlackschicht erfordert, ist ein Ätzen der Schicht zum ausschließlichen Hinterlassen des Kerns schwierig, weil dieser Anteil dünn ist. Auch ist eine mittels dieses Verfahrens erhaltene optische Nichtlinearität eine Nichtlinearität dritter Ordnung, keine Nichtlinearität zweiter Ordnung. Demzufolge wird nur eine geringe Nichtlinearität erhalten, und daher ist es schwierig, ein Element zu realisieren, das ausreichend gut als ein optisches Element arbeitet.
STAND DER TECHNIK
Die Anmelderin hat in der japanischen Patentanmeldung Nr. Hei-8-244965 (JP-10090546) ein Verfahren zum Herstellen eines planaren optischen Wellenleiters durch UV-angeregtes Polen vorgeschlagen. Gemäß dieses Verfahrens wird auf der Oberfläche eines Glas-Substrats ein Elektrodenpaar gebildet. Unter Verwendung der Elektroden als eine Maske wird ein Abstands- bzw. Leeranteil zwischen den Elektroden auf der Oberfläche des Glas- Substrats mit Germanium (Ge) dotiert, damit der Anteil als ein Kern dient. Durch Anlegen einer hohen Spannung über dem Abstand zwischen den Elektroden während mit ultravioletten Strahlen bestrahlt wird, wird der Kern einer ultravioletten Polung unterzogen und es wird ihm eine optische Nichtlinearität zweiter Ordnung verliehen. Die durch die UV-Polung hervorgerufene optische Nichtlinearität ist im Wesentlichen so hoch wie diejenige eines kristallinen Materials wie etwa LiNbO₃, und daher kann der so erhaltene planare Wellenleiter zum Ausgestalten einer breiten Vielfalt an funktionalen optischen Wellenleitern verwendet werden.
Es ist zu beachten, dass einmodige optische Ausbreitung und Funktion für funktionale optische Wellenleiter wesentlich sind, wie etwa für optische Schalter und optische Modulatoren, die zur optischen Kommunikation, optischen Messung, optischen Informationsverarbeitung oder dergleichen verwendet werden. Ist eine Vielzahl optischer Moden vorhanden, sind Ausbreitungskonstanten der jeweiligen Moden (Brechungsindizes für die entsprechenden Moden) unterschiedlich, und daher sind Betriebsspannungen zum Schalten oder dergleichen unter Ausnutzung eines optischen Interferenzeffekts unterschiedlich. Damit ein optischer Wellenleiter eine Funktion wie etwa ein Schalten erreicht, ist es für den Wellenleiter daher notwendig, eine Form aufzuweisen, die eine einmodige optische Ausbreitung ermöglicht.
Die Form eines optischen Wellenleiters wird durch eine Verknüpfung seines Brechungsindex und seiner dreidimensionalen Größe bestimmt. Gemäß des vorstehend behandelten Verfahrens der Anmelderin wird die Dicke eines durch UV-angeregte Polung gebildeten optischen Wellenleiters (Dicke von der Oberfläche des Substrats) unter Verwendung einer optischen Absorption des Substrats gesteuert, um die Intensität ultravioletter Strahlung zu verändern.
Um einen einzigen Modus zu erreichen, muss der optische Wellenleiter die kleinstmögliche Größe aufweisen, und die Lichtintensität ultravioletter Strahlung muss für diesen Zweck verringert werden. Die Form des Wellenleiters und die hervorgerufene optische Nichtlinearität können jedoch nicht unabhängig voneinander gesteuert werden, weil die hervorgerufene optische Nichtlinearität auch von der Lichtintensität ultravioletter Strahlung abhängt. Ferner wird eine höhere optische Nichtlinearität erhalten, wenn die Intensität ultravioletter Strahlung ansteigt. Demzufolge wird die Größe des Wellenleiters um der Verleihung einer hohen optischen Nichtlinearität willen erhöht, was es unmöglich macht, eine einmodige Ausbreitung zu erreichen.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung zielt darauf ab, einen optisch nichtlinearen Wellenleiter und ein Verfahren zur Herstellung des optisch nichtlinearen Dünnschicht-Wellenleiters bereitzustellen, wobei der aus einem Glasmaterial gebildete optisch nichtlineare Wellenleiter eine ausreichend hohe optische Nichtlinearität zweiter Ordnung aufweist und ermöglicht, dass eine geeignete dreidimensionale Form erhalten wird.
Das Herstellungsverfahren gemäß der Erfindung umfasst die Schritte zum Bilden einer Ge enthaltenden dünnen SiO₂-Schicht auf einem Glas-Substrat, zum Bilden dünner Metallelektrodenschichten auf der dünnen SiO₂-Schicht mit einem Abstand zwischen den Elektrodenschichten, der eine dem Wellenlängenmuster entsprechende Form aufweist, und zum Bestrahlen der Ge enthaltenden dünnen SiO₂-Schicht mit ultravioletter Strahlung durch den Abstand, während über dem Abstand zwischen den dünnen Metallelektrodenschichten eine Spannung angelegt ist.
Auf diese Weise wird die dünne Ge enthaltende SiO₂-Schicht auf dem Glas-Substrat gebildet, und daher ist es auf die Ge enthaltende dünne SiO₂-Schicht beschränkt, wo mittels einer UV-angeregten Polung eine optische Nichtlinearität zweiter Ordnung hervorgerufen wird. Als Ergebnis kann die Breite durch die Form der Elektroden definiert werden, und die Tiefe kann durch die Dicke der Ge enthaltenden dünnen SiO₂-Schicht gesteuert werden, so dass die Form des optisch nichtlinearen Wellenleiters in drei Dimensionen gesteuert werden kann. Eine einmodige Ausbreitung kann in dem optisch nichtlinearen Wellenleiter erreicht werden, um dadurch eine Funktion wie etwa ein Schalten im optisch nichtlinearen Wellenleiter sicherzustellen. Während das Glas-Substrat vorzugsweise aus SiO₂-Glas gebildet wird, können auch andere Materialien wie etwa Natriumglas eingesetzt werden.
Das Verfahren zum Herstellen eines optisch nichtlinearen Dünnschicht-Wellenleiters gemäß der Erfindung kann ferner die Schritte zum Bereitstellen einer dünnen transparenten Isolationsschicht auf den dünnen Metallelektrodenschichten, um zumindest den Abstandsanteil abzudecken, und zum Bestrahlen der Ge enthaltenden dünnen SiO₂-Schicht mit ultravioletter Strahlung durch den Abstand zwischen dünnen Metallelektrodenschichten aufweisen, während über dem Abstand eine Spannung angelegt ist. Eine derartige Bereitstellung der Isolationsschicht kann eine elektrische Entladung vermeiden, die andernfalls von einem dielektrischen Durchschlag während eines Anlegens einer Spannung über dem Abstand zwischen den Metallelektroden zur UV-angeregten Polung verursacht würde. Die dünne Isolationsschicht muss aus einem Material gebildet werden, das eine hohe Durchschlagspannung aufweist und ultraviolette Strahlung durchlässt, vorzugsweise SiO₂.
Vorzugsweise wird der optisch nichtlineare Dünnschicht-Wellenleiter in einer Unterdruck- bzw. Vakuumkammer gebildet. Da ein dielektrischer Durchschlag in einem Vakuum nicht wie in Luft erfolgt, kann zum UV-Polen eine ausreichend hohe Spannung über den Elektroden angelegt werden.
Ein optisch nichtlinearer Dünnschicht-Wellenleiter gemäß der Erfindung umfasst eine dünne SiO₂-Schicht, die Ge enthält und auf einem Glas-Substrat gebildet ist, und dünne, auf der Ge enthaltenden dünnen SiO₂-Schicht gebildete dünne Metallelektrodenschichten mit einem Abstand zwischen den Elektrodenschichten, der eine dem Wellenleitermuster entsprechende Form aufweist, wobei der Teil der Ge enthaltenden dünnen Siliziumdioxid-Schicht, der dem Abstand zwischen den dünnen Metallelektrodenschichten entspricht, eine optische Nichtlinearität zweiter Ordnung aufweist.
Der optisch nichtlineare Dünnschicht-Wellenleiter gemäß der Erfindung kann ferner eine dünne transparente Isolationsschicht aufweisen, die auf den dünnen Metallelektrodenschichten gebildet ist, um den Abstand abzudecken.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine Anordnung eines optisch nichtlinearen Dünnschicht-Wellenleiters gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
2 zeigt Schritte zum Herstellen des optisch nichtlinearen Dünnschicht-Wellenleiters.
3 zeigt eine weitere beispielhafte Anordnung des optisch nichtlinearen Dünnschicht-Wellenleiters.
4 zeigt eine Herstellung des optisch nichtlinearen Dünnschicht-Wellenleiters in einer Vakuumkammer.
BESTE METHODE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen als nächstes beschrieben.
Anordnung eines optisch nichtlinearen Dünnschicht-Wellenleiters
1 zeigt schematisch eine Anordnung eines optisch nichtlinearen Dünnschicht-Wellenleiters (planarer Wellenleiter) gemäß der Erfindung. Ein Glas-Substrat 10 wird als eine flache Lage aus Siliziumdioxid-Glas (SiO₂-Glas) gebildet. Auf einer Oberfläche dieses Substrats wird eine Ge-dotierte dünne SiO₂-Schicht 12 gebildet, d. h. eine dünne Ge enthaltende SiO₂-Schicht mit einer Dicke von ungefähr 1 bis 5 μm und einer Ge-Konzentration von ungefähr 1 bis 30 mol-%. Die genauen Werte werden in Übereinstimmung mit der Spezifikation des planaren Wellenleiters bestimmt, wie etwa die zu verwendende Wellenlänge. Elektroden 14a und 14b werden in einer vorgeschriebenen Form ausgestaltet bzw. gemustert und sich mit einem vorgeschriebenen Abstand zwischen ihnen gegenüberliegend auf der Ge-dotierten SiO₂-Schicht 12 gebildet. Die Elektroden 14a und 14b werden aus dünnen Schichten gebildet, zum Beispiel aus Aluminium (Al). Eine dünne transparente Isolationsschicht 16 wird die Elektroden 14a und 14b und den Abstand zwischen ihnen abdeckend gebildet. In diesem speziellen Beispiel wird die dünne Isolationsschicht 16 aus SiO₂ gebildet.
An einem Teil der Ge-dotierten SiO₂-Schicht 12, der dem Abstand zwischen den Elektroden 14a und 14b entspricht, wird ein Kanalanteil 18 gebildet, und diesem Kanalanteil 18 wird durch UV-angeregtes Polen eine optische Nichtlinearität verliehen. Als Ergebnis können optische Eigenschaften des Kanalanteils 18 mittels einer Spannung gesteuert werden, die über den Elektroden 14a und 14b angelegt wird. Sich durch den Kanalanteil 18 ausbreitendes Licht wird durch die über den Elektroden 14a und 14b angelegte Spannung gesteuert, wodurch ein planarer Wellenleiter als ein optisches Funktionselement funktioniert. Während im vorstehend beschriebenen Beispiel SiO₂-Glas für das Glas-Substrat 10 verwendet wird, können auch andere Materialien wie etwa Natriumglas eingesetzt werden.
Herstellungsverfahren
Ein Verfahren zum Herstellen des vorstehend beschriebenen planaren Wellenleiters wird unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. Als erstes wird das aus einer planaren SiO₂-Glaslage gebildete Glas-Substrat 10 vorbereitet (S11) und dann in eine Vakuumkammer eingeführt, um die Ge-dotierte SiO₂-Schicht 12 auf der Oberfläche des Substrats 10 zu bilden (S12). Die Ge-dotierte SiO₂-Schicht 12 wird zum Beispiel durch ein Elektronenstrahl-Verdampfungsverfahren unter Verwendung eines 20% GeO₂ enthaltenden gesinterten Materials als Verdampfungsquelle gebildet. Während zum Erhalten einer dichten Schicht ein Hilfsverfahren unter Verwendung eines Ar⁺-Strahls als Hilfsstrahl wünschenswert ist, können auch andere Schichtbildungsverfahren eingesetzt werden.
Eine Metallschicht 14 wird über der Ge-dotierten SiO₂-Schicht 12 gebildet (S13). Obwohl in diesem Beispiel Al verwendet wird, können auch andere Metalle eingesetzt werden, und die Metallschicht 14 kann mittels anderer Verfahren als dem Verdampfungsverfahren gebildet werden.
Als nächstes wird ein vorgeschriebener Anteil der Metallschicht 14 durch Ätzen entfernt, um das Elektrodenpaar 14a und 14b zu bilden (S14). In diesem speziellen Beispiel wird ein linearer Abstand zwischen diesen Elektroden 14a und 14b gebildet. Das Ätzen wird mittels Photolithographie oder dergleichen durchgeführt. Genauer gesagt wird über der gesamten Oberfläche der Metallschicht 14 ein Schutzlack abgeschieden bzw. aufgebracht, und Licht wird durch ein zum Bilden des Abstands verwendetes Maskenmuster gestrahlt, wodurch ein vorgeschriebener Anteil des Schutzlacks dem Licht ausgesetzt wird. Der dem Abstand entsprechende Anteil wird als Ergebnis der Lichtbestrahlung entfernt, wodurch der entsprechende Anteil der Metallschicht 14 belichtet wird, und der belichtete Anteil der Metallschicht 14 wird entfernt. Schließlich wird der Schutzlack entfernt, um die Elektroden 14a und 14b sich gegenüberliegend mit einem Abstand zwischen ihnen zu bilden.
Eine dünne Isolationsschicht 16 wird auf den Elektroden 14a und 14b gebildet (S15). Diese dünne Schicht 16 wird mittels eines Elektronenstrahl-Verdampfungsverfahrens oder dergleichen unter Verwendung von SiO₂ als Verdampfungsquelle aus SiO₂ gebildet. Die Schicht 16 kann über die gesamte Oberfläche oder über einen Teil der Oberfläche gebildet werden, aber es ist erforderlich, zumindest den durch die Elektroden 14a und 14b gebildeten Abstandsanteil abzudecken. Zusätzlich kann die Schicht 16 aus jedem Material wie etwa MgO oder MgF₂ gebildet werden, so lange das Material ultraviolette Strahlung leiten bzw. durchlassen kann und eine hohe Durchschlagspannung aufweist.
Nachdem der Abstand zwischen den Elektroden 14a und 14b mit der Isolationsschicht 16 abgedeckt ist, wird daher ultraviolettes Licht aufgestrahlt, während eine vorgeschriebene hohe Spannung über den Elektroden 14a und 14b angelegt ist, wodurch eine UV-angeregte Polung des Anteils der Ge-dotierten SiO₂-Schicht 12 durchgeführt wird, der zwischen den Elektroden 14a und 14b liegt, um einen Kanalanteil 18 zu bilden (S16).
Genauer gesagt wird eine Spannung von ungefähr 1 kV über den Elektroden 14a und 14b angelegt, wodurch ein elektrisches Feld von ungefähr 10⁶ V/cm an dem Kanalanteil 18 anliegt. Unter derartigen Gegebenheiten wird der Kanalanteil 18 unter Verwendung eines gepulsten ArF-Excimer-Lasers (Wellenlänge 193 nm) mit ultravioletter Strahlung bestrahlt. Ein Laser mit einer Energiedichte von ungefähr 36 mJ/cm² und einer Pulswiederholungsrate von ungefähr 10 pps (Pulsen pro Sekunde) wird verwendet, um den Kanalanteil 18 für einen Zeitraum von ungefähr 10 bis 30 Minuten zu bestrahlen.
Wird eine derartig hohe Spannung über den Elektroden 14a und 14b angelegt, kann am dem Abstand gegenüberliegenden Anteil eine elektrische Entladung auftreten. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist dieser Anteil jedoch mit der Isolationsschicht 16 abgedeckt, wodurch eine elektrische Entladung vermieden wird, die andernfalls in Folge eines Luftdurchschlags am Abstand zwischen den Elektroden 14a und 14b auftreten würde, und eine wirkungsvolle UV-angeregte Polung erreicht wird. Es ist zu beachten, dass ein Anlegen einer Spannung von 10⁶ V/cm am Kanalanteil 18 zu einer elektrischen Entladung führt, da das einen Luftdurchschlag verursachende elektrische Feld ungefähr 10⁴ V/cm beträgt. SiO₂ ist ein wünschenswertes Material für die Isolationsschicht 16, weil es ultraviolettes Licht (mit einer Wellenlänge von zum Beispiel 193 nm) überträgt bzw. durchlässt und eine ausreichend hohe Durchschlagspannung aufweist.
Dadurch wird dem Kanalanteil 18 eine optische Nichtlinearität zweiter Ordnung verliehen. In anderen Worten stattet der vorstehend beschriebene UV-angeregte Polungsprozess den Kanalanteil 18 mit der optischen Nichtlinearität zweiter Ordnung mit der Größe (d konstant) von 2 pm/V oder mehr aus.
Wie vorstehend beschrieben wird die Ge-dotierte SiO₂-Schicht 12 bei diesem Ausführungsbeispiel auf dem Glas-Substrat 10 gebildet, und daher ist es auf diese Schicht 12 beschränkt, wo eine optische Nichtlinearität zweiter Ordnung mittels einer UV-angeregten Polung hervorgerufen wird. Als Ergebnis kann die Breite des Wellenleiters mittels der Form der Elektroden 14a und 14b definiert werden, und seine Tiefe kann mittels der Dicke der Ge-dotierten SiO₂-Schicht 12 gesteuert werden, so dass die Form des optische nichtlinearen Wellenleiters in drei Dimensionen gesteuert werden kann. Demzufolge kann im optisch nichtlinearen Wellenleiter ein einzelner Ausbreitungsmodus erreicht werden, was eine Funktion wie etwa ein Schalten am optischen nichtlinearen Wellenleiter sicherstellt.
Während eine UV-angeregte Polung beim vorstehenden Beispiel nur an einem einzigen Anteil durchgeführt wird, können getrennte Elektroden 14a und 14b vorzugsweise an gewünschten Positionen auf dem Glas-Substrat 10 gebildet werden, um Elementbereiche mit einer optischen Nichtlinearität an den jeweiligen Positionen auf dem Glas-Substrat 10 zu bilden. Es ist ebenfalls wünschenswert, die Position des optischen Wellenleiters zu beschränken und zu definieren, indem die Ge-dotierte SiO₂-Schicht 12 mittels Photolithographie oder dergleichen ausgestaltet bzw, gemustert wird. Des weiteren ist es ebenfalls wünschenswert, wie es in der japanischen Patentanmeldung Nr. Hei 8-244965 offenbart ist, einen Bereich mit einer optischen Nichtlinearität und einen gewöhnlichen Bereich abwechselnd auf eine periodische Art und Weise bereitzustellen, was als ein Rasterungs- bzw. Gitterbereich zu verwenden ist.
Andere Anordnungen
Der planare Wellenleiter gemäß der Erfindung kann als verschiedenartige Funktionskomponente verwendet werden. Wie gemäß 3 gezeigt ist, kann der Kanalanteil 18 z. B. als ein Koppler ausgebildet werden, in dem verzweigte Wellenleiter einmal zusammengebracht und dann wieder verzweigt werden, und die Elektroden 14a und 14b sind vorzugsweise an den jeweiligen verzweigten Anteilen angeordnet, an denen eine Spannung angelegt wird.
Die vorstehend beschriebene Anordnung ermöglicht es, dass eine optische Phase oder dergleichen mittels einer Anpassung der auf den zusammengebrachten Anteil angelegten Spannung gesteuert wird.
Gemäß des optisch nichtlinearen Dünnschicht-Wellenleiters der Erfindung kann ein Anteil mit optischer Nichtlinearität an jeder gewünschten Position des Glas-Substrats 10 gebildet werden, und daher können verschiedene optische Funktionskomponenten und -schaltungen wie gewünscht gebildet werden. Zum Beispiel können mittels des optisch nichtlinearen Wellenleiters der Erfindung ein optischer Schalter/Koppler, ein Signalgenerator in einem bidirektionalen optischen Übertragungssystem und dergleichen gebildet werden.
Weiter kann der planare Wellenleiter vorzugsweise mittels einer UV-angeregten Polung in einem Vakuum hergestellt werden. 4 zeigt eine Anordnung der Vorrichtung für eine derartigen Herstellung. Eine Unterdruck- bzw. Vakuumkammer 20 wird aus sich kreuzenden Rohrkanälen mit drei geschlossenen Enden und einem Ende gebildet, das an ein Auslass- bzw. Entlüftungssystem wie etwa eine Vakuumpumpe angeschlossen ist. Ein Probenbestückungstisch 22 ist in dem Rohrkanal bereitgestellt, der sich in einer vertikalen Richtung nach unten erstreckt, und das Glas-Substrat 10 mit den Elektroden 14a und 14b und die darauf ausgebildete Ge-dotierte SiO₂-Schicht 12 werden auf dem Tisch 22 angeordnet. Die Elektroden 14a und 14b sind an eine Energiequelle außerhalb der Vakuumkammer angeschlossen. Der sich in der vertikalen Richtung aufwärts erstreckende Rohrkanal ist mit Siliziumdioxidglas 24 abgedichtet, durch das ultraviolette Strahlung angewandt wird.
Unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Vorrichtung wird eine hohe Spannung an den Elektroden 14a und 14b angelegt, während die Ge-dotierte SiO₂-Schicht 12 mit ultravioletter Strahlung bestrahlt wird. Im Gegensatz zu Luft tritt ein dielektrischer Durchschlag im Vakuum nicht auf. Daher kann eine gewünschte hohe Spannung über die Elektroden 14a und 14b angelegt werden, um eine UV-angeregte Polung auszuführen, um dem Anteil der Ge-dotierten dünnen Schicht 12, die zwischen den Elektroden positioniert ist, eine gewünschte optische Nichtlinearität zu verleihen. Es ist zu beachten, dass die Ge-dotierte SiO₂-Schicht 12 und die Elektroden 14a und 14b vorzugsweise in der gleichen Vakuumkammer 20 gebildet werden.
Unter Verwendung der vorstehend beschrieben Vorrichtung wurde Licht mittels eines ArF-Excimer-Lasers (Wellenlänge 193 nm) mit einer Energiedichte von 100 mJ/cm² für 10⁴ Pulse (10 pps) abgestrahlt. Mit dem Druck in der Vakuumkammer 20 von ungefähr 10^–6 Torr und dem elektrischen Feld zur Polung von 8 × 10⁴ V/cm wurde am Kanalbereich eine optische Nichtlinearität von 3,8 ± 0,3 pm/V erreicht.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Der optisch nichtlineare Dünnschicht-Wellenleiter der Erfindung kann für einen optischen Schalter/Koppler, einen Signalgenerator in einem bidirektionalen optischen Übertragungssystem und dergleichen verwendet werden.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines optisch nichtlinearen Dünnschicht-Wellenleiters, mit den Schritten: Bilden einer Ge enthaltenden dünnen SiO₂-Schicht (12) auf einem Glas-Substrat (10); Bilden dünner Metallelektrodenschichten (14a, 14b) auf der SiO₂-Schicht mit einem Abstand zwischen ihnen, der eine Form aufweist, die das Wellenleitermuster in der SiO₂-Schicht bestimmt; und Bestrahlen der Ge enthaltenden SiO₂-Schicht mit ultravioletter Strahlung durch den Abstand, während über dem Abstand zwischen den dünnen Metallelektrodenschichten eine Spannung angelegt ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei eine dünne, transparente Isolationsschicht (16) auf den dünnen Metallelektrodenschichten bereitgestellt wird, um mindestens den Abstand abzudecken, und die Ge enthaltende SiO₂-Schicht dann durch den Abstand mit ultravioletter Strahlung bestrahlt wird, während über dem Abstand zwischen den dünnen Metallelektrodenschichten eine Spannung angelegt ist.
Optisch nichtlinearer Dünnschicht-Wellenleiter mit: einer dünnen SiO₂-Schicht (12), die Ge enthält und auf einem Glas-Substrat (10) gebildet ist; und dünnen, auf der Ge enthaltenden dünnen SiO₂-Schicht mit einem Abstand zwischen ihnen gebildeten Metallelektrodenschichten (14a, 14b), die eine Form aufweisen, die das Wellenleitermuster in der SiO₂-Schicht bestimmt; wobei der Teil der Ge enthaltenden dünnen Siliziumdioxid-Schicht, der dem Abstand zwischen den dünnen Metallelektrodenschichten entspricht, UV-polarisiert ist und eine optische Nichtlinearität zweiter Ordnung aufweist.
Wellenleiter gemäß Anspruch 3, zusätzlich mit einer dünnen, transparenten Isolationsschicht (16) auf den dünnen Metallelektrodenschichten, um den Abstand abzudecken.