JP2001235640A - Optical waveguide element - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、光導波路素子に関
するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical waveguide device.
【０００２】[0002]
【従来の技術】ニオブ酸リチウム等の電気光学単結晶か
らなる基板や薄膜に、光導波路を形成し、光導波路の上
側を空気クラッドとすると、光導波路端面における光の
スポット（光電界分布）が非対称となる。このため、光
導波路を光ファイバーと結合する際に、モードミスマッ
チによって結合損失が生ずる。2. Description of the Related Art When an optical waveguide is formed on a substrate or a thin film made of an electro-optical single crystal such as lithium niobate and the upper side of the optical waveguide is air-clad, a light spot (optical electric field distribution) on an end face of the optical waveguide is formed. Becomes asymmetric. For this reason, when coupling the optical waveguide to the optical fiber, a coupling loss occurs due to mode mismatch.
【０００３】これを改善するために、光導波路の屈折率
よりも小さく、空気の屈折率よりも大きい屈折率を有す
る材質からなるオーバークラッド層を設けることによっ
て、光電界分布を上下対称にすることが試みられてい
る。In order to improve this, the optical electric field distribution is made vertically symmetric by providing an over cladding layer made of a material having a refractive index smaller than the refractive index of the optical waveguide and larger than the refractive index of air. Have been tried.
【０００４】一方、特開平１１−５２１５５号公報に
は、リッジ構造を有する光導波路を備えた光導波路素子
において、リッジ構造の内部にチタン拡散光導波路を生
成させ、リッジ構造の側壁に、ゾル−ゲル法を用いて無
機薄膜層を形成することが記載されている。この目的
は、導波光がリッジ構造の側壁面に乱反射するのを防止
することである。On the other hand, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-52155 discloses an optical waveguide device having an optical waveguide having a ridge structure, in which a titanium diffused optical waveguide is generated inside the ridge structure, and a sol-gel is formed on the side wall of the ridge structure. It describes that an inorganic thin film layer is formed using a gel method. The purpose is to prevent the guided light from being irregularly reflected on the side wall surface of the ridge structure.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかし、光導波路上の
オーバークラッド層を酸化珪素等の電気光学効果を有し
ない無機材料によって形成すると、光電界のうちオーバ
ークラッド層にしみ出した部分は、変調に寄与しない。
このため、素子を駆動させるための駆動電圧が上昇す
る。However, if the overcladding layer on the optical waveguide is formed of an inorganic material having no electro-optic effect, such as silicon oxide, the portion of the optical electric field that exudes to the overcladding layer is modulated. Does not contribute to
Therefore, the driving voltage for driving the element increases.
【０００６】光導波路上のオーバークラッド層を、電気
光学単結晶によって形成すると、この問題は解決される
かに見える。しかし、実際には、素子の駆動電圧の上昇
を抑えることはできないことがわかった。なぜなら、オ
ーバークラッド層を液相エピタキシャル法によって生成
させるものとすると、通常９００℃程度の高温への加熱
が必要である。この加熱処理の際に、下地となる電気光
学基板において、例えばリチウムなどの分子が基板の表
面へと向かって拡散し、基板の表面と光導波路との間
に、リチウムの外拡散による導波部分が生成する。この
ような導波部分が生成すると、導波モードが非対称とな
る。[0006] It seems that this problem can be solved by forming the over cladding layer on the optical waveguide by using an electro-optic single crystal. However, in practice, it has been found that it is not possible to suppress an increase in the drive voltage of the element. This is because if the over cladding layer is to be formed by a liquid phase epitaxial method, heating to a high temperature of about 900 ° C. is usually required. During this heat treatment, for example, molecules such as lithium are diffused toward the surface of the substrate in the electro-optical substrate serving as a base, and a waveguide portion is formed between the surface of the substrate and the optical waveguide by external diffusion of lithium. Is generated. When such a waveguide portion is generated, the waveguide mode becomes asymmetric.
【０００７】一方、オーバークラッド層をスパッタ法に
よって生成させることもできる。スパッタ法は低温で行
われるので、基板における外拡散という問題は起こらな
い。しかし、真空中での処理であるので、基板中の酸素
が抜け出して結晶性が低下するおそれがある上、スパッ
タ法では結晶性の良い電気光学単結晶膜は得られていな
い。このため、やはりオーバークラッド層中での電気光
学効果が乏しく、駆動電圧の上昇を防止できない。On the other hand, the over cladding layer can be generated by a sputtering method. Since the sputtering method is performed at a low temperature, the problem of external diffusion in the substrate does not occur. However, since the treatment is performed in a vacuum, oxygen in the substrate may escape to lower the crystallinity, and an electro-optical single crystal film with good crystallinity cannot be obtained by sputtering. For this reason, the electro-optic effect in the over cladding layer is also poor, and it is impossible to prevent a rise in driving voltage.
【０００８】また、特開平１１−５２１５５号公報にお
いては、光導波路内の導波光が、光導波路の周縁からリ
ッジ構造の側壁面へと向かってしみ出していく。そし
て、光導波路の外周縁とリッジ構造の側壁面とが大きく
離れており、その外側にクラッドとなる無機薄膜が形成
されている。このため、変調に寄与しない光電界の量が
大きく、所望の変調を得るために必要な駆動電圧が高く
なる。In Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-52155, the guided light in the optical waveguide exudes from the periphery of the optical waveguide toward the side wall surface of the ridge structure. The outer peripheral edge of the optical waveguide is largely separated from the side wall surface of the ridge structure, and an inorganic thin film serving as a clad is formed outside the outer peripheral edge. For this reason, the amount of the optical electric field that does not contribute to the modulation is large, and the driving voltage required to obtain the desired modulation increases.
【０００９】本発明の課題は、光導波路とオーバークラ
ッド層とを備えた光導波路素子において、導波モードの
対称性を保持して光の伝搬損失を小さくし、かつ素子の
駆動電圧を低下させることである。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an optical waveguide device having an optical waveguide and an over-cladding layer, to reduce the propagation loss of light while maintaining the symmetry of the waveguide mode, and to reduce the driving voltage of the device. That is.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明者は、基板と、こ
の基板の表面に突出するように形成されている三次元光
導波路と、この光導波路の上面および側面を被覆するオ
ーバークラッド層とを備えている光導波路素子を作製す
るのに際して、図１（ａ）に示すように、三次元光導波
路３を液相エピタキシャル法またはゾル−ゲル法によっ
て形成された電気光学単結晶膜とし、オーバークラッド
層２ａをゾル−ゲル法によって形成された電気光学単結
晶膜とした。なお、図１（ａ）においては、１Ａは、好
ましくは電気光学単結晶からなる基板であり、２はオー
バークラッド層２ａを含む電気光学単結晶膜である。Means for Solving the Problems The present inventor has proposed a substrate, a three-dimensional optical waveguide formed so as to protrude from the surface of the substrate, and an overcladding layer covering the upper and side surfaces of the optical waveguide. In manufacturing an optical waveguide device having the following structure, as shown in FIG. 1A, the three-dimensional optical waveguide 3 is formed as an electro-optic single crystal film formed by a liquid phase epitaxial method or a sol-gel method, The clad layer 2a was an electro-optic single crystal film formed by a sol-gel method. In FIG. 1A, 1A is a substrate preferably made of an electro-optic single crystal, and 2 is an electro-optic single crystal film including an over cladding layer 2a.
【００１１】また、本発明者は、図１（ｂ）に示すよう
に、基板１Ｂと、この基板１Ｂの表面を被覆するように
形成されている、好ましくは電気光学単結晶からなるア
ンダークラッド層４と、アンダークラッド層４上に突出
するように形成されている三次元光導波路３と、この光
導波路３の上面および側面を被覆するオーバークラッド
層２ａとを備えている光導波路素子において、三次元光
導波路３を液相エピタキシャル法またはゾル−ゲル法に
よって形成された電気光学単結晶膜とし、オーバークラ
ッド層２ａを、ゾル−ゲル法によって形成された電気光
学単結晶膜とした。なお、２はオーバークラッド層２ａ
を含む電気光学単結晶膜である。Further, as shown in FIG. 1 (b), the present inventor has proposed a substrate 1B and an under cladding layer preferably formed of an electro-optical single crystal and formed so as to cover the surface of the substrate 1B. In an optical waveguide device including an optical waveguide element 4, a three-dimensional optical waveguide 3 formed so as to protrude above the under cladding layer 4, and an over cladding layer 2 a covering the upper and side surfaces of the optical waveguide 3, The original optical waveguide 3 was an electro-optic single crystal film formed by a liquid phase epitaxial method or a sol-gel method, and the overcladding layer 2a was an electro-optic single crystal film formed by a sol-gel method. 2 is an over cladding layer 2a
Is an electro-optic single crystal film containing:
【００１２】本発明の光導波路素子によると、光導波路
３の側面および上面がオーバークラッド層によって被覆
されているので、光導波路３の周囲において屈折率が対
称になる。この上、オーバークラッド層２ａも電気光学
単結晶からなるので、光電界のうちオーバークラッド層
２ａへとしみ出した部分についても制御電圧が有効に作
用する。従って、所望の変調作用を得るのに必要な駆動
電圧が低い。According to the optical waveguide device of the present invention, since the side surface and the upper surface of the optical waveguide 3 are covered with the over cladding layer, the refractive index around the optical waveguide 3 becomes symmetric. In addition, since the over cladding layer 2a is also made of an electro-optic single crystal, the control voltage effectively acts on the portion of the optical electric field that has oozed out into the over cladding layer 2a. Therefore, the driving voltage required to obtain a desired modulation action is low.
【００１３】しかも、このオーバークラッド層２ａがゾ
ル−ゲル法によって形成されている。ゾル−ゲル法は、
３５０℃−５００℃の低温プロセスであり、かつ真空プ
ロセスではないので、基板やアンダークラッド層の変質
や結晶性の劣化は生じない。この上、液相エピタキシャ
ル法によった場合と同等程度の高度の結晶性を有する電
気光学単結晶膜が得られることを見出し、本発明に到達
した。Moreover, the over cladding layer 2a is formed by a sol-gel method. The sol-gel method is
Since the process is a low-temperature process of 350 ° C. to 500 ° C. and not a vacuum process, deterioration of the substrate and the under cladding layer and deterioration of crystallinity do not occur. Furthermore, they have found that an electro-optic single crystal film having a high degree of crystallinity equivalent to that obtained by the liquid phase epitaxial method can be obtained, and have reached the present invention.
【００１４】特に好適な実施形態においては、基板また
はアンダークラッド層と、オーバークラッド層とが同種
の電気光学単結晶からなる。これによって、光導波路の
周囲における屈折率および結晶性の対称性が一層向上す
る。ここで、同種の電気光学単結晶とは、ドープ成分は
異なっていても良いという意味である。In a particularly preferred embodiment, the substrate or the under cladding layer and the over cladding layer are made of the same kind of electro-optic single crystal. This further improves the symmetry of the refractive index and the crystallinity around the optical waveguide. Here, the same kind of electro-optic single crystal means that the doping component may be different.
【００１５】また、特に好適な実施形態においては、三
次元光導波路がゾル−ゲル法によって形成されている。
即ち、本発明者の発見によると、電気光学単結晶膜を、
既に結晶性の良い電気光学単結晶からなる基板やアンダ
ークラッド層上に、ゾル−ゲル法によって形成すること
で、やはり液相エピタキシャル法による場合と同等の結
晶性を有する膜が得られる。そして、このプロセス中で
高温処理を必要としないので、基板やアンダークラッド
層の結晶性の劣化が防止される。In a particularly preferred embodiment, the three-dimensional optical waveguide is formed by a sol-gel method.
That is, according to the discovery of the inventor, the electro-optic single crystal film is
By forming the film by a sol-gel method on a substrate or an under cladding layer already made of an electro-optical single crystal having good crystallinity, a film having the same crystallinity as that obtained by the liquid phase epitaxial method can be obtained. Since high temperature treatment is not required during this process, deterioration of the crystallinity of the substrate and the under cladding layer is prevented.
【００１６】また、特に好適な実施形態においては、図
２（ａ）、（ｂ）に示すように、三次元光導波路１１内
を伝搬する光を制御する少なくとも一対の制御電極１３
が基板１０上に形成されている。そして、制御電極１３
を被覆するパッシベート膜１２ｂを備えており、このパ
ッシベート膜１２ｂがゾル−ゲル法によって形成された
電気光学単結晶膜からなる。図２の例では、オーバーク
ラッド層１２ａとパッシベート膜１２ｂとが互いに連続
しており、基板１０の上面の全体を被覆している。ま
た、パッシベート膜１２ｂ内に、窓１２ｃが形成されて
いる。なお、パッシベート膜１２ｂのうち電極上の部分
は単結晶化せず、多結晶化する場合がある。In a particularly preferred embodiment, as shown in FIGS. 2A and 2B, at least one pair of control electrodes 13 for controlling light propagating in the three-dimensional optical waveguide 11 is used.
Are formed on the substrate 10. And the control electrode 13
Is provided, and the passivation film 12b is made of an electro-optic single crystal film formed by a sol-gel method. In the example of FIG. 2, the overcladding layer 12a and the passivation film 12b are continuous with each other and cover the entire upper surface of the substrate 10. A window 12c is formed in the passivation film 12b. Note that the portion of the passivation film 12b on the electrode may not be monocrystallized but may be polycrystallized.
【００１７】通常パッシベート膜を形成する場合には、
酸化珪素等の形成行程を別途設ける必要がある。しか
し、本発明では、パッシベート膜をオーバークラッド層
と同時に設けることができる。Usually, when a passivation film is formed,
It is necessary to separately provide a process of forming silicon oxide or the like. However, in the present invention, the passivation film can be provided simultaneously with the over cladding layer.
【００１８】本発明の光導波路素子は、位相変調器の
他、マッハツェンダー型の強度変調器や方向性結合器に
対して適用できる。The optical waveguide device of the present invention can be applied to a Mach-Zehnder type intensity modulator and a directional coupler in addition to a phase modulator.
【００１９】本発明の光導波路素子を作製する際には、
例えば図３、図４に示すようなプロセスによる。即ち、
図３（ａ）に示すように、基板１Ａの上面に、液相エピ
タキシャル法またはゾル−ゲル法によって電気光学単結
晶膜７を形成する。この膜の屈折率は、基板の屈折率よ
りも十分に高くする。In manufacturing the optical waveguide device of the present invention,
For example, a process as shown in FIGS. That is,
As shown in FIG. 3A, an electro-optic single crystal film 7 is formed on the upper surface of the substrate 1A by a liquid phase epitaxial method or a sol-gel method. The refractive index of this film is sufficiently higher than the refractive index of the substrate.
【００２０】基板１Ａ、膜７の材質としては、ＬｉＮｂ
Ｏ3 、ＬｉＴａＯ3 、ＬＮＴ、ＫＬＮ、ＫＬＮＴ、およ
びこれらにそれぞれネオジム、ユーロピウム等の希土類
元素や、マグネシウム、亜鉛等から選ばれた元素を含有
させたものを例示できる。また基板の材質としては、石
英、サファイア、シリコンも使用できる。The material of the substrate 1A and the film 7 is LiNb
Examples thereof include O 3 , LiTaO 3 , LNT, KLN, and KLNT, and those containing a rare earth element such as neodymium or europium, or an element selected from magnesium, zinc, or the like. As the material of the substrate, quartz, sapphire, or silicon can also be used.
【００２１】特に好適な態様においては、基板として、
ニオブ酸リチウム単結晶基板を使用し、強誘電体光学単
結晶膜として、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム
固溶体膜を作製する。実際には、ニオブ酸リチウム−タ
ンタル酸リチウム固溶体膜の組成をＬｉＮｂ1-x Ｔａx
Ｏ3 と表示したときに、０＜ｘ≦０．８の範囲内で固溶
体膜を作成できる。In a particularly preferred embodiment, the substrate is
Using a lithium niobate single crystal substrate, a lithium niobate-lithium tantalate solid solution film is formed as a ferroelectric optical single crystal film. Actually, the composition of the lithium niobate-lithium tantalate solid solution film is changed to LiNb 1-x Ta x
When O 3 is indicated, a solid solution film can be formed within the range of 0 <x ≦ 0.8.
【００２２】また、他の好適な態様においては、基板１
Ａの材質としてニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム
固溶体からなる単結晶を使用し、ニオブ酸リチウム−タ
ンタル酸リチウム固溶体膜７を作製する。この際、膜７
の方が基板１Ａよりもタンタルの置換割合が小さい。In another preferred embodiment, the substrate 1
A single crystal made of a lithium niobate-lithium tantalate solid solution is used as the material of A, and a lithium niobate-lithium tantalate solid solution film 7 is produced. At this time, the film 7
Is smaller in the substitution ratio of tantalum than the substrate 1A.
【００２３】次いで、図３（ｂ）に示すように、電気光
学単結晶膜７上にマスク材８を形成する。マスク材８の
材質としては、Ｔａ，Ｗ，Ｔｉ，Ａｕ，ＳｉＯ2，Ｔａ2
Ｏ5 を例示できる。次いで、図３（ｃ）に示すよう
に、リソグラフィー法にって、マスク材８上にパターン
９を形成する。次いで、図３（ｄ）に示すように、ウエ
ットエッチング、ＲＩＥによって、マスク材８をエッチ
ングし、マスク１０を形成する。Next, as shown in FIG. 3B, a mask material 8 is formed on the electro-optic single crystal film 7. The material of the mask material 8 is Ta, W, Ti, Au, SiO 2 , Ta 2
O 5 can be exemplified. Next, as shown in FIG. 3C, a pattern 9 is formed on the mask material 8 by a lithography method. Next, as shown in FIG. 3D, the mask material 8 is etched by wet etching and RIE to form a mask 10.
【００２４】次いで、図４（ａ）に示すように、ＲＩＥ
等によって電気光学単結晶膜７をエッチングし、三次元
光導波路３を形成する。次いで、図４（ｂ）に示すよう
に、マスク材をアッシングとウエットエッチングによっ
て除去する。次いで、ゾル−ゲル法によって電気光学単
結晶膜２を形成する。Next, as shown in FIG.
The three-dimensional optical waveguide 3 is formed by etching the electro-optic single crystal film 7 by the method described above. Next, as shown in FIG. 4B, the mask material is removed by ashing and wet etching. Next, the electro-optic single crystal film 2 is formed by a sol-gel method.
【００２５】図３、図４において、基板にアンダークラ
ッド層を予め設けておくことができる。3 and 4, an under cladding layer can be provided on the substrate in advance.
【００２６】また、アンダークラッド層、オーバークラ
ッド層、光導波路を形成する際には、ゾル−ゲル法によ
ることができる。In forming the under cladding layer, the over cladding layer, and the optical waveguide, a sol-gel method can be used.
【００２７】例えば、ニオブ酸リチウムやニオブ酸リチ
ウム−タンタル酸リチウム固溶体からなる膜を形成する
場合について例示する。この場合には、有機酸リチウム
とアルコキニオブとを脱エステル化反応させ、ニオブ酸
リチウムの前駆体を生成させ、この前駆体を基板上、ア
ンダークラッド層上、光導波路上にコーティングして厚
膜を形成し、次いで加熱することができる。あるいは、
好ましくは、リチウムアルコキシドとニオブアルコキシ
ドとを無水有機溶媒中に溶解させ、攪拌還流して溶液を
生成させ、この溶液に水を添加して加水分解し、次いで
溶液から有機溶媒を蒸発させ、沈殿したゲルを回収し、
ゲルを水に溶解させ、この溶液を濃縮してコーティング
液を得る。この液を下地上にディップコート法、スピン
コート法、スプレー塗布法によって塗布し、膜を形成す
る。この膜を３５０−５００℃で加熱処理する。For example, the case of forming a film made of lithium niobate or a solid solution of lithium niobate-lithium tantalate will be described. In this case, lithium organic acid and alkoxy niobium are subjected to a deesterification reaction to generate a precursor of lithium niobate, and this precursor is coated on a substrate, an under cladding layer, and an optical waveguide to form a thick film. It can be formed and then heated. Or,
Preferably, lithium alkoxide and niobium alkoxide are dissolved in an anhydrous organic solvent, stirred and refluxed to form a solution, water is added to the solution to hydrolyze, and then the organic solvent is evaporated from the solution to precipitate. Collect the gel,
The gel is dissolved in water, and the solution is concentrated to obtain a coating solution. This solution is applied on a base by dip coating, spin coating, or spray coating to form a film. This film is heat-treated at 350-500 ° C.
【００２８】[0028]
【実施例】サファイア基板１Ａの上に、液相エピタキシ
ャル法によって、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウ
ム固溶体膜７を生成させた。具体的には、ＬｉＮｂＯ3
−ＬｉＴａＯ3 −ＬｉＶＯ3 擬三元系の溶融体を準備し
た。この溶融体を、十分に高い温度（１１００℃〜１３
００℃）で３時間以上撹拌し、十分均一な液相の状態と
した。その後、溶融体を１０１０℃まで冷却した後、１
２時間以上保持した。この結果、溶融体の内部で、過飽
和分の固溶体が核発生し、固相がルツボの壁面に析出し
た。このとき、溶融体の液相部分は、１０１０℃におけ
る飽和状態であり、溶融体内は、液相部分と固相部分と
が共存した状態である。EXAMPLE A lithium niobate-lithium tantalate solid solution film 7 was formed on a sapphire substrate 1A by a liquid phase epitaxial method. Specifically, LiNbO 3
It was prepared -LiTaO 3 -LiVO 3 pseudo-ternary melt. The melt is brought to a sufficiently high temperature (1100 ° C. to 13
(00 ° C.) for 3 hours or more to obtain a sufficiently uniform liquid phase. Then, after cooling the melt to 1010 ° C., 1
Hold for 2 hours or more. As a result, a nucleus of a supersaturated solid solution was generated inside the melt, and a solid phase was deposited on the wall surface of the crucible. At this time, the liquid phase portion of the melt is in a saturated state at 1010 ° C., and the liquid phase and the solid phase coexist in the melt.
【００２９】その後、溶融体の温度を、１０１０℃から
成膜温度９８０℃まで冷却した。ただちにニオブ酸リチ
ウム単結晶基板を液相部分に接触させ、成膜を行った。
得られた固溶体膜は、Ｔａ／（Ｎｂ＋Ｔａ）＝０．４の
組成を有していた。ニオブ酸リチウム単結晶基板のキュ
リー温度は１１７５℃であり、前記組成の膜のキュリー
温度は９５０℃である。Thereafter, the temperature of the melt was cooled from 1010 ° C. to a film forming temperature of 980 ° C. Immediately, a lithium niobate single crystal substrate was brought into contact with the liquid phase portion to form a film.
The obtained solid solution film had a composition of Ta / (Nb + Ta) = 0.4. The Curie temperature of the lithium niobate single crystal substrate is 1175 ° C, and the Curie temperature of the film having the above composition is 950 ° C.
【００３０】次いで、アルミニウムからなるマスク材８
を形成し、ウエットエッチングによってマスク１０を生
成させた。次いで、ＲＩＥによって膜７をエッチング
し、三次元光導波路３を形成した。光導波路３の上面、
側面および基板１Ａの上面を直接被覆するように、ゾル
−ゲル法によってオーバークラッド層を形成した。Next, a mask material 8 made of aluminum
Was formed, and the mask 10 was formed by wet etching. Next, the film 7 was etched by RIE to form the three-dimensional optical waveguide 3. The upper surface of the optical waveguide 3,
An overcladding layer was formed by a sol-gel method so as to directly cover the side surface and the upper surface of the substrate 1A.
【００３１】具体的には、等ｍｏｌ量のリチウムエトキ
シド（９９．９％）とニオブエトキシド（９９．９％）
（高純度化学研究所製）を無水エタノールに溶解し、窒
素気流中、７８．５℃において、２０時間、攪拌還流を
行い、アルコキシド溶液を合成した。この溶液に、７．
５ｍｏｌ量の脱イオン水を添加し、完全に加水分解を行
った。次いで、２０時間還流を続けた。加水分解によ
り、やや黄色を帯びた白色沈殿が現れる。エタノール溶
媒を減圧下で蒸発させることにより除去し、沈殿ゲルを
脱イオン水に溶解した。この溶液を、８０℃以下の温度
において、０．５ｍｏｌ／リットルまで加熱濃縮し、コ
ーティング液を得た。Specifically, equimolar amounts of lithium ethoxide (99.9%) and niobium ethoxide (99.9%)
(Manufactured by Kojundo Chemical Laboratory) was dissolved in anhydrous ethanol, and the mixture was stirred and refluxed at 78.5 ° C. for 20 hours in a nitrogen stream to synthesize an alkoxide solution. 7.
5 mol of deionized water was added to effect complete hydrolysis. Then, reflux was continued for 20 hours. Due to the hydrolysis, a slightly yellowish white precipitate appears. The ethanol solvent was removed by evaporation under reduced pressure and the precipitated gel was dissolved in deionized water. This solution was heated and concentrated at a temperature of 80 ° C. or lower to 0.5 mol / liter to obtain a coating liquid.
【００３２】このコーティング液を基板上に流し、ゲル
薄膜を生成させた。作製したゲル薄膜を、一晩乾燥機中
に静置し、酸素気流中、３５０℃−５００℃の温度で加
熱処理し、ニオブ酸リチウム単結晶膜を生成させた。The coating solution was flowed on the substrate to form a gel thin film. The produced gel thin film was allowed to stand in a dryer overnight, and heat-treated at a temperature of 350 ° C to 500 ° C in an oxygen stream to form a lithium niobate single crystal film.
【００３３】こうしてゾルゲル法によって得られた本発
明のオーバークラッドのＸ線ロッキングカーブの半値幅
は１０秒以内であり、従ってその結晶性は、液相エピタ
キシャル法を用いて作製したコアの結晶性と遜色なかっ
た。光導波路の光ファイバーとの結合損失は、コアの形
状、コアの屈折率、オーバークラッドの厚さ、オーバー
クラッドの屈折率に依存するものの、従来の一結合当た
り０．５ｄＢが０．３ｄＢ程度にまで低下した。The half-width of the X-ray rocking curve of the overcladding of the present invention obtained by the sol-gel method in this way is within 10 seconds. Therefore, the crystallinity is the same as that of the core produced by the liquid phase epitaxial method. It was no inferior. The coupling loss between the optical waveguide and the optical fiber depends on the shape of the core, the refractive index of the core, the thickness of the over cladding, and the refractive index of the over cladding, but the conventional 0.5 dB per coupling is reduced to about 0.3 dB. Dropped.
【００３４】 駆動電圧は、オーバークラッドがある場
合とない場合とで同一となった。この理由の一つは、ゾ
ルゲル法で作製したオーバークラッドの電気光学効果
が、液相エピタキシャル法を用いて作製したコアの電気
光学効果と同程度であるためである。また、オーバーク
ラッドを形成することで、電極とコアとの距離が遠ざか
るので、駆動電圧はその分上昇するはずである。しか
し、本発明のオーバークラッドによって、光導波モード
の非対称性が改善されるので（対称性が高まるので）、
実質的な印加電界と光のオーバーラップ積分が同一にな
り、その分駆動電圧が低くなる。これらの正の効果と負
の効果とが互いに相殺し合ったものと思われる。The drive voltage was the same with and without overcladding. One of the reasons is that the electro-optic effect of the over cladding manufactured by the sol-gel method is almost the same as the electro-optic effect of the core manufactured by the liquid phase epitaxial method. In addition, since the distance between the electrode and the core is increased by forming the over cladding, the driving voltage should increase accordingly. However, since the over cladding of the present invention improves the asymmetry of the optical waveguide mode (because the symmetry is increased),
The substantial integral of the applied electric field and the overlap of light becomes the same, and the drive voltage is reduced accordingly. It is likely that these positive and negative effects offset each other.
【００３５】[0035]
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、光
導波路とオーバークラッド層とを備えた光導波路素子に
おいて、導波モードの対称性を保持して光の伝搬損失を
小さくし、かつ素子の駆動電圧を低下させることができ
る。As described above, according to the present invention, in an optical waveguide device including an optical waveguide and an over cladding layer, the symmetry of the waveguide mode is maintained to reduce the propagation loss of light. In addition, the driving voltage of the element can be reduced.
【図１】（ａ）、（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る
光導波路素子を模式的に示す断面図である。FIGS. 1A and 1B are cross-sectional views schematically showing an optical waveguide device according to an embodiment of the present invention.
【図２】（ａ）は、制御電極およびパッシベート膜を備
えた光導波路素子を概略的に示す斜視図であり、（ｂ）
はその断面図である。FIG. 2A is a perspective view schematically showing an optical waveguide device provided with a control electrode and a passivation film, and FIG.
Is a sectional view thereof.
【図３】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、光導波路
素子を作製する際の各段階を示す模式的断面図である。FIGS. 3 (a), (b), (c) and (d) are schematic cross-sectional views showing each stage when an optical waveguide device is manufactured.
【図４】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、光導波路素子を作
製する際の各段階を示す模式的断面図である。FIGS. 4A, 4B, and 4C are schematic cross-sectional views showing each stage when an optical waveguide device is manufactured.
１Ａ、１Ｂ、１０ 基板 ２、１２ 電気光学単
結晶膜 ２ａ、１２ａ オーバークラッド層 ３、１１
三次元光導波路 ４ アンダークラッド層 １２ｂ パッシベート
膜1A, 1B, 10 Substrate 2, 12 Electro-optic single crystal film 2a, 12a Over cladding layer 3, 11
3D optical waveguide 4 Under cladding layer 12b Passivation film
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 今枝 美能留 愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番56号 日 本碍子株式会社内 Ｆターム(参考） 2H047 KA04 KA05 NA02 PA01 QA03 TA36 2H079 AA02 BA01 CA04 DA03 EA03 EA08 HA12 HA16 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Inventor Minoru Imada 2-56, Suda-cho, Mizuho-ku, Nagoya-shi, Aichi Japan Insulator Co., Ltd. F-term (reference) 2H047 KA04 KA05 NA02 PA01 QA03 TA36 2H079 AA02 BA01 CA04 DA03 EA03 EA08 HA12 HA16
Claims (10)
形成されている三次元光導波路と、この光導波路の上面
および側面を被覆するオーバークラッド層とを備えてい
る光導波路素子であって、 前記三次元光導波路が液相エピタキシャル法またはゾル
−ゲル法によって形成された電気光学単結晶膜からな
り、前記オーバークラッド層がゾル−ゲル法によって形
成された電気光学単結晶膜からなることを特徴とする、
光導波路素子。An optical waveguide device comprising: a substrate; a three-dimensional optical waveguide formed so as to protrude from a surface of the substrate; and an overcladding layer covering an upper surface and side surfaces of the optical waveguide. Wherein the three-dimensional optical waveguide is formed of an electro-optical single crystal film formed by a liquid phase epitaxial method or a sol-gel method, and the over cladding layer is formed of an electro-optical single crystal film formed by a sol-gel method. Characterized by
Optical waveguide device.
種の電気光学単結晶からなることを特徴とする、請求項
１記載の光導波路素子。2. The optical waveguide device according to claim 1, wherein said substrate and said over cladding layer are made of the same kind of electro-optic single crystal.
て形成されていることを特徴とする、請求項１または２
記載の光導波路素子。3. The method according to claim 1, wherein the three-dimensional optical waveguide is formed by a sol-gel method.
An optical waveguide device as described in the above.
する少なくとも一対の制御電極が前記基板上に形成され
ており、前記制御電極を被覆するパッシベート膜を備え
ており、このパッシベート膜がゾル−ゲル法によって形
成された電気光学単結晶膜からなることを特徴とする、
請求項１−３のいずれか一つの請求項に記載の光導波路
素子。4. At least a pair of control electrodes for controlling light propagating in the three-dimensional optical waveguide are formed on the substrate, and include a passivation film for covering the control electrodes. Characterized by comprising an electro-optic single crystal film formed by a sol-gel method,
The optical waveguide device according to claim 1.
ト膜とが連続していることを特徴とする、請求項４記載
の光導波路素子。5. The optical waveguide device according to claim 4, wherein said overcladding layer and said passivation film are continuous.
形成されているアンダークラッド層と、このアンダーク
ラッド層上に突出するように形成されている三次元光導
波路と、この光導波路の上面および側面を被覆するオー
バークラッド層とを備えている光導波路素子であって、 前記三次元光導波路が液相エピタキシャル法またはゾル
−ゲル法によって形成された電気光学単結晶膜からな
り、前記オーバークラッド層がゾル−ゲル法によって形
成された電気光学単結晶膜からなることを特徴とする、
光導波路素子。6. A substrate, an undercladding layer formed so as to cover the surface of the substrate, a three-dimensional optical waveguide formed so as to project on the undercladding layer, An optical waveguide device comprising an over cladding layer covering an upper surface and a side surface, wherein the three-dimensional optical waveguide is formed of an electro-optical single crystal film formed by a liquid phase epitaxial method or a sol-gel method, and The cladding layer is formed of an electro-optic single crystal film formed by a sol-gel method,
Optical waveguide device.
ラッド層とが同種の電気光学単結晶からなることを特徴
とする、請求項６記載の光導波路素子。7. The optical waveguide device according to claim 6, wherein said under cladding layer and said over cladding layer are made of the same type of electro-optic single crystal.
て形成されていることを特徴とする、請求項６または７
記載の光導波路素子。8. The three-dimensional optical waveguide is formed by a sol-gel method.
An optical waveguide device as described in the above.
する少なくとも一対の制御電極が前記アンダークラッド
層上に形成されており、前記制御電極を被覆するパッシ
ベート膜を備えており、このパッシベート膜がゾル−ゲ
ル法によって形成された電気光学単結晶膜からなること
を特徴とする、請求項６−８のいずれか一つの請求項に
記載の光導波路素子。9. At least one pair of control electrodes for controlling light propagating in the three-dimensional optical waveguide is formed on the undercladding layer, and comprises a passivation film covering the control electrodes. The optical waveguide device according to any one of claims 6 to 8, wherein the film comprises an electro-optic single crystal film formed by a sol-gel method.
ート膜とが連続していることを特徴とする、請求項９記
載の光導波路素子。10. The optical waveguide device according to claim 9, wherein said over-cladding layer and said passivation film are continuous.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000047420A JP2001235640A (en) | 2000-02-24 | 2000-02-24 | Optical waveguide element |
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|---|---|
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001235640A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6937811B2 (en) | 2002-11-19 | 2005-08-30 | Lumera Corporation | Polymer waveguide devices incorporating electro-optically active polymer clads |
| JP2006195383A (en) * | 2005-01-17 | 2006-07-27 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Optical modulator and its manufacturing method |
| US8442360B2 (en) | 2008-11-05 | 2013-05-14 | Gigoptix, Inc. | Intrinsically low resistivity hybrid sol-gel polymer clads and electro-optic devices made therefrom |
| JP2015114631A (en) * | 2013-12-13 | 2015-06-22 | 住友大阪セメント株式会社 | Electro-optic element |
-
2000
- 2000-02-24 JP JP2000047420A patent/JP2001235640A/en active Pending
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