JP2003270602A - Electrooptical effect element using single crystal of lead zinc niobate - lead titanate mixed crystal ferroelectric material and optical switch using the same - Google Patents

Electrooptical effect element using single crystal of lead zinc niobate - lead titanate mixed crystal ferroelectric material and optical switch using the same

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JP2003270602A
JP2003270602A JP2002074252A JP2002074252A JP2003270602A JP 2003270602 A JP2003270602 A JP 2003270602A JP 2002074252 A JP2002074252 A JP 2002074252A JP 2002074252 A JP2002074252 A JP 2002074252A JP 2003270602 A JP2003270602 A JP 2003270602A
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optical
lead
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electro
pznpt
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Mototoshi Nishizawa
元亨 西沢
Masayuki Kato
雅之 加藤
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrooptical effect element using single crystal of lead zinc niobate - lead titanate mixed crystal ferroelectric material and an optical switch using the same which allows the low-voltage drive of a light deflecting element using electrooptical effect without deteriorating light propagation characteristics. <P>SOLUTION: This electrooptical effect element has an optical wave guide structure of which at least one side clad layer 1 consists of Pb ä(Zn<SB>1-u</SB>Nb<SB>u</SB>)<SB>1-v</SB>Ti<SB>v</SB>}<SB>w</SB>O<SB>3</SB>and core layer 2 consists of Pbä(Mg<SB>1-x</SB>Nb<SB>x</SB>)<SB>1-y</SB>Ti<SB>y</SB>}<SB>z</SB>O<SB>3</SB>. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は亜鉛ニオブ酸鉛(P
ZN)−チタン酸鉛(PT)混晶系強誘電体単結晶を用
いた電気光学効果素子及びそれを用いた光スイッチに関
するものであり、特に、光導波路中を伝搬する光波や位
相や強度を印加した電圧に応じて変化させる光変調素
子、光の方向を変える光偏向素子、及び、複数の入力ポ
ートと複数の出力ポートとの間で光信号の伝搬先を切り
替える光スイッチを使用した光信号切り替え装置を低電
圧駆動するための光導波路を構成する材料に特徴のある
亜鉛ニオブ酸鉛−チタン酸鉛混晶系強誘電体単結晶を用
いた電気光学効果素子及びそれを用いた光スイッチに関
するものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to lead zinc niobate (P
The present invention relates to an electro-optic effect element using a ZN) -lead titanate (PT) mixed crystal type ferroelectric single crystal and an optical switch using the same, and in particular, it relates to an optical wave propagating in an optical waveguide, a phase and an intensity. An optical signal that uses an optical modulation element that changes according to the applied voltage, an optical deflection element that changes the direction of light, and an optical switch that switches the propagation destination of the optical signal between a plurality of input ports and a plurality of output ports TECHNICAL FIELD The present invention relates to an electro-optical effect element using a zinc zinc niobate-lead titanate mixed crystal ferroelectric single crystal characterized by a material forming an optical waveguide for driving a switching device at a low voltage, and an optical switch using the same. It is a thing.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、光通信の伝送帯域は増加の一途を
たどり、波長多重化(WDM:Wavelength
Division Multiplex)技術と相まっ
て高速かつ大容量化が進んでおり、基幹通信ネットワー
クにおける光ファイバー網のハードウェアのインフラを
構築するためには、光信号の伝達先を切り替えるための
光偏向器等が必要である。
2. Description of the Related Art In recent years, the transmission band of optical communication has been increasing, and wavelength multiplexing (WDM: Wavelength) has been adopted.
High-speed and large-capacity combined with Division Multiplex technology, and an optical deflector for switching the transmission destination of optical signals is required to build the hardware infrastructure of the optical fiber network in the backbone communication network. is there.

【0003】従来の光偏向器には機械式のマイクロミラ
ーが用いられているが、より高集積、高速、低損失を実
現するためには、強誘電体の電気光学効果による屈折率
の変化を利用した光偏向器も開発されている。
A mechanical micromirror is used in a conventional optical deflector, but in order to realize higher integration, higher speed, and lower loss, a change in the refractive index due to the electro-optic effect of a ferroelectric substance is used. An optical deflector using the same has also been developed.

【0004】例えば、Ti拡散型導波路やプロトン交換
型導波路を作成したLiNbO3 単結晶ウエハを用いた
プリズム型ドメイン反転光偏向素子、或いは、プリズム
型電極光偏向素子が提案されている(必要ならば、Q.
Chec et al.,J.Lightwave T
ech.,vol.12,p.1401,1994参
照)。
For example, a prism type domain inversion light deflecting element or a prism type electrode light deflecting element using a LiNbO 3 single crystal wafer having a Ti diffusion type waveguide and a proton exchange type waveguide has been proposed (required). Then Q.
Chec et al. J. Lightwave T
ech. , Vol. 12, p. 1401, 1994).

【0005】しかしながら、これらの光偏向素子はLi
NbO3 単結晶ウエハの厚さである0.5mm程度の電
極間隔が必要となるため、依然として駆動電圧は高く、
駆動電圧を600Vとした場合でも偏向角度θは僅かに
0.5°程度が得られるに過ぎず、実用的な偏向角度は
得られないという問題がある。
However, these light deflection elements are
Since the electrode spacing of about 0.5 mm, which is the thickness of the NbO 3 single crystal wafer, is required, the driving voltage is still high,
Even if the drive voltage is 600 V, the deflection angle θ is only about 0.5 °, and there is a problem that a practical deflection angle cannot be obtained.

【0006】そこで、NbドープSrTiO3 導電性単
結晶基板の(100)面上に、厚さが、例えば、600
nmのPb(Zr0.52Ti0.48)O3 組成の高い電気光
学定数を有するPZT層をエピタキシャル成長させて薄
膜光導波路を作製し、この光偏向素子に印加電圧を−1
2Vから12Vに掃引することにより、10.8°の偏
向角度を得ることが提案されている(必要ならば、特開
平9−5795号公報参照)。
Therefore, the Nb-doped SrTiO 3 conductive single crystal substrate has a thickness of, for example, 600 on the (100) plane.
nm of Pb (Zr 0.52 Ti 0.48 ) O 3 composition having a high electro-optic constant is epitaxially grown to form a thin film optical waveguide, and an applied voltage of -1 is applied to this optical deflection element.
It has been proposed to obtain a deflection angle of 10.8 ° by sweeping from 2V to 12V (if necessary, see Japanese Patent Laid-Open No. 9-5795).

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかし、SrTiO3
基板を導電性基板として用いるためには、少なくとも1
%以上のNbをドープしなければならないが、Nbの高
濃度ドープによって基板は黒色化するため、伝播光の吸
収は避けられず、光信号を長距離伝搬させるのに必ずし
も適する方法ではなかった。
[Problems to be Solved by the Invention] However, SrTiO 3
To use the substrate as a conductive substrate, at least 1
% Of Nb must be doped, but the substrate is blackened by high-concentration doping of Nb, and absorption of propagating light is unavoidable, and it is not necessarily a method suitable for propagating an optical signal over a long distance.

【0008】また、ノン・ドープのSrTiO3 基板上
に、SrRuO3 等の導電性酸化膜を形成する場合に
も、SrRuO3 自体が黒色であるために同様な光の吸
収が起こるという問題がある。
Also, when a conductive oxide film such as SrRuO 3 is formed on a non-doped SrTiO 3 substrate, the same light absorption occurs because SrRuO 3 itself is black. .

【0009】したがって、本発明は、電気光学効果を用
いた光偏向素子を光伝播特性を劣化させることなく低電
圧駆動することを目的とする。
Therefore, an object of the present invention is to drive a light deflection element using the electro-optic effect at a low voltage without deteriorating the light propagation characteristics.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】図1は、本発明の原理的
構成の説明図であり、ここで、図1を参照して本発明に
おける課題を解決するための手段を説明する。 図1参照 上記の課題を解決するために、本発明は、亜鉛ニオブ酸
鉛−チタン酸鉛混晶系強誘電体単結晶を用いた電気光学
効果素子において、少なくとも一方のクラッド層1がP
b{(Zn1-u Nbu 1-v Tiv w 3 からなり、
且つ、コア層2がPb{(Mg1-x Nbx 1-y
y z 3 からなる光導波路構造を備えたことを特徴
とする。
FIG. 1 is an explanatory view of the principle configuration of the present invention. Here, the means for solving the problems in the present invention will be described with reference to FIG. In order to solve the above problems, the present invention provides an electro-optic effect element using a lead zinc niobate-lead titanate mixed crystal ferroelectric single crystal, in which at least one cladding layer 1 is made of P
b {(Zn 1-u Nb u ) 1-v Ti v } w O 3 ,
Moreover, the core layer 2 is made of Pb {(Mg 1-x Nb x ) 1-y T
It is characterized by having an optical waveguide structure made of i y } z O 3 .

【0011】この様に、少なくとも一方のクラッド層1
としてPb系ペロブスカイト構造を有する亜鉛ニオブ酸
鉛−チタン酸鉛混晶系、即ち、Pb{(Zn1-u
u 1- v Tiv w 3 〔PZNPT〕を用いること
により、コア層2として高いポッケルス定数が得られる
マグネシウムニオブ酸鉛−チタン酸鉛混晶系、即ち、P
b{(Mg1-x Nbx 1-y Tiy z 3 〔PMNP
T〕をエピタキシャル成長することが可能になり、それ
によって、低電圧で高い偏向角を得ることが可能にな
る。
Thus, at least one of the cladding layers 1
As a lead zinc niobate-lead titanate mixed crystal system having a Pb-based perovskite structure, that is, Pb {(Zn 1-u N
b u ) 1- v Ti v } w O 3 [PZNPT], a lead magnesium niobate-lead titanate mixed crystal system having a high Pockels constant can be obtained as the core layer 2, that is, P
b {(Mg 1-x Nb x ) 1-y Ti y } z O 3 [PMNP
T] can be epitaxially grown, which makes it possible to obtain a high deflection angle at a low voltage.

【0012】この場合、クラッド層1となるPb{(Z
1-u Nbu 1-v Tiv w 3におけるu,v,w
をそれぞれ、0.5<u<1,0≦v<0.5,0.8
<v<1.2とすることによって、クラッド層1となる
PZNPTの屈折率を2.561とし、コア層2となる
PMNPTの屈折率を2.612とすることができるの
で良好な光導波路構造を構成することが可能になる。
In this case, Pb {(Z
u, v, w in n 1-u Nb u ) 1-v Ti v } w O 3
Respectively 0.5 <u <1,0 ≦ v <0.5,0.8
By setting <v <1.2, the refractive index of PZNPT which becomes the cladding layer 1 can be set to 2.561 and the refractive index of PMNPT which becomes the core layer 2 can be set to 2.612, so that a good optical waveguide structure can be obtained. Can be configured.

【0013】なお、PMNPT層をエピタキシャル成長
させるためには、Pb{(Zn1-uNbu 1-v
v w 3 の主表面は、ペロブスカイト構造の(10
0)面、(001)面、(101)面、及び、(11
1)面のいずれかとすることが望ましい。
In order to epitaxially grow the PMNPT layer, Pb {(Zn 1-u Nb u ) 1-v T
The main surface of the i v} w O 3 is a perovskite structure (10
(0) plane, (001) plane, (101) plane, and (11
1) It is desirable to have one of the faces.

【0014】この場合、電極間隔を狭くするためには、
一方のクラッド層1がPb{(Zn 1-u Nbu 1-v
v w 3 からなる第1のPZNPT基板から構成さ
れ、第1のPZNPT基板が導電性物質5を介して第2
のPZNPT基板4に接合するように構成し、第1のP
ZNPT基板の厚さが、0.5〜100μmになるよう
に研磨等で薄層化することが望ましく、それによって、
更なる低電圧駆動化が可能になる。
In this case, in order to narrow the electrode interval,
One cladding layer 1 is Pb {(Zn 1-uNbu)1-vT
iv}wO3Consisting of a first PZNPT substrate consisting of
Then, the first PZNPT substrate is connected to the second substrate through the conductive material 5.
Configured to be bonded to the PZNPT substrate 4 of
The thickness of the ZNPT substrate should be 0.5-100 μm
It is desirable to thin the layer by polishing, etc.
Further lower voltage driving becomes possible.

【0015】この様な電気光学効果素子の主表面に入射
面に対して出射面が傾斜している三角形形状の電極6、
典型的にはプリズム状電極を設けることによって、入射
された光が電気光学プリズム効果によって偏向する光偏
向素子を構成することができる。
On the main surface of such an electro-optical effect element, a triangular electrode 6 having an emitting surface inclined with respect to an incident surface,
Typically, by providing a prismatic electrode, it is possible to configure a light deflection element that deflects incident light by the electro-optic prism effect.

【0016】なお、この場合、高いポッケルス係数を有
するPb{(Mg1-x Nbx 1-yTiy z 3 をコ
ア層2とする光導波路が、電界の印加により高い電気光
学効果を示すことにより光導波路を通過する光の波長λ
n (=λ/n;但し、nは屈折率)は屈折率nの変化と
ともに大きく変化することになる。
In this case, the optical waveguide having Pb {(Mg 1-x Nb x ) 1-y Ti y } z O 3 having a high Pockels coefficient as the core layer 2 has a high electro-optical effect by applying an electric field. The wavelength λ of the light passing through the optical waveguide is shown by
n (= λ / n; where n is the refractive index) greatly changes as the refractive index n changes.

【0017】上述のような光偏向素子をコリメート系、
共通導波路等を組み合わせることによって、低電圧駆動
が可能な光スイッチを構成することが可能になる。
The light deflection element as described above is used as a collimator system,
An optical switch that can be driven at a low voltage can be configured by combining a common waveguide and the like.

【0018】上述のような電極間隔の狭い電気光学効果
素子を形成するためには、PZNPT基板を例えば、1
50μm程度まで研磨した後、Au等の導電性物質5を
用いて支持基板となる第2のPZNPT基板に接合後、
さらに、例えば、20μmまで機械的あるいは化学的に
研磨した後、コア層2となるPMNPT層をエピタキシ
ャル成長させれば良い。
In order to form the electro-optical effect element having a narrow electrode interval as described above, a PZNPT substrate is used, for example, 1
After polishing to about 50 μm, the conductive material 5 such as Au is used to bond to the second PZNPT substrate, which is a supporting substrate,
Further, for example, after mechanically or chemically polishing to 20 μm, the PMNPT layer to be the core layer 2 may be epitaxially grown.

【0019】或いは、第1のPZNPT基板上にPMN
PTからなるコア層2、及び、クラッド層3を順次エピ
タキシャル成長させた後,支持基板となる第2のPZN
PT基板を導電性物質5によって接合し、次いで、第1
のPZNPT基板の裏面を研磨して、例えば、20μm
まで薄くしても良い。
Alternatively, the PMN is deposited on the first PZNPT substrate.
After the core layer 2 made of PT and the cladding layer 3 are sequentially epitaxially grown, a second PZN serving as a supporting substrate is formed.
The PT substrate is bonded by the conductive material 5, and then the first
The back surface of the PZNPT substrate is polished to, for example, 20 μm.
It may be thin.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】ここで、図2乃至図5を参照し
て、本発明の第1の実施の形態を光偏向素子を説明する
が、まず、図2及び図3を参照して本発明の第1の実施
の形態の製造工程を説明する。 図2(a)参照 まず、市販のPb{(Zn0.33Nb0.670.91
0.09}O3 組成で厚さが0.3mmの2枚のPZNP
T基板の両面を鏡面研磨し、一枚は導波路作製用の第1
PZNPT基板11とし、もう一方を支持基板となる第
2PZNPT基板13とする。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A light deflecting element according to a first embodiment of the present invention will now be described with reference to FIGS. 2 to 5. First, with reference to FIGS. The manufacturing process of the first embodiment of the invention will be described. See FIG. 2 (a). First, commercially available Pb {(Zn 0.33 Nb 0.67 ) 0.91 T
Two PZNPs with a composition of i 0.09 } O 3 and a thickness of 0.3 mm
Both sides of the T substrate are mirror-polished, one of which is the first for waveguide fabrication.
The PZNPT substrate 11 is used, and the other one is used as the second PZNPT substrate 13 serving as a supporting substrate.

【0021】次いで、第1PZNPT基板11の厚さ
が、例えば、150μmになるように機械的、化学的に
研磨した後、片面全面にDCスパッタ法により厚さが、
例えば、100nmのTi層、厚さが、例えば、500
nmのPt層、及び、厚さが、例えば、300nmのA
u層を順次成膜して導電性接着層12とする。また、第
2PZNPT基板13についても同様にして、最表面側
からAu/Pt/Ti構造の導電性接着層14を形成す
る。
Next, after mechanically and chemically polishing the first PZNPT substrate 11 to have a thickness of, for example, 150 μm, the entire surface of one side is DC sputtered to a thickness of
For example, a Ti layer of 100 nm and a thickness of 500
nm Pt layer and A with a thickness of, for example, 300 nm
u layers are sequentially formed to form the conductive adhesive layer 12. Similarly, for the second PZNPT substrate 13, the conductive adhesive layer 14 of Au / Pt / Ti structure is formed from the outermost surface side.

【0022】図2(b)参照 次いで、導電性接着層12,14同士を対向させて接触
させたのち、真空チャンバー内において表面活性接合法
を用いて第1PZNPT基板11及び第2PZNPT基
板13を接合する。
Next, referring to FIG. 2 (b), the conductive adhesive layers 12 and 14 are made to face each other and brought into contact with each other, and then the first PZNPT substrate 11 and the second PZNPT substrate 13 are bonded in a vacuum chamber by a surface active bonding method. To do.

【0023】即ち、表面活性接合法においては、第1P
ZNPT基板11及び第2PZNPT基板13を、例え
ば、1×10-6Torrの真空チャンバー内に収容した
のち、表面の導電性接着層12,14にArビームを照
射して導電性接着層12,14の表面の酸化物等の除去
して活性化し、活性化した表面を有する導電性接着層1
2,14同士を接触させて500〜900℃の基板温度
で加熱することによって接合する。この場合、導電性接
着層12,14は一体になって基板側電極15となる。
That is, in the surface active bonding method, the first P
The ZNPT substrate 11 and the second PZNPT substrate 13 are housed in, for example, a vacuum chamber of 1 × 10 −6 Torr, and then the conductive adhesive layers 12 and 14 on the surface are irradiated with an Ar beam so that the conductive adhesive layers 12 and 14 are irradiated. The conductive adhesive layer 1 having an activated surface by removing oxides and the like from the surface of the
2 and 14 are brought into contact with each other and heated at a substrate temperature of 500 to 900 ° C. to bond them. In this case, the conductive adhesive layers 12 and 14 are integrated to form the substrate-side electrode 15.

【0024】次いで、第2PZNPT基板13の接合面
と反対側の面を機械的に厚さが、例えば、30μmまで
研磨したのち、ICP(誘導結合型プラズマ)エッチン
グ装置を用いて、さらに、厚さが、例えば、20μmに
なるまで研磨してPZNPTクラッド層16とする。
Next, the surface of the second PZNPT substrate 13 opposite to the bonding surface is mechanically polished to a thickness of, for example, 30 μm, and then the thickness is further increased by using an ICP (inductively coupled plasma) etching device. However, for example, the PZNPT clad layer 16 is obtained by polishing to 20 μm.

【0025】図3(d)参照 次いで、RFマグネトロンスパッタ法を用いて、研磨し
たPZNPTクラッド層16の表面に厚さが、例えば、
2.4μmのPMNPTコア層17、及び、厚さが、例
えば、1.0μmのPLZTクラッド層18を順次エピ
タキシャル成長させる。なお、成膜に際しては、基板側
電極15の露出表面上に堆積が生じないようにマスクを
用いて成膜を行う。
Next, referring to FIG. 3D, the surface of the PZNPT clad layer 16 polished by the RF magnetron sputtering method has a thickness of, for example,
A 2.4 μm PMNPT core layer 17 and a PLZT cladding layer 18 having a thickness of, for example, 1.0 μm are sequentially epitaxially grown. When forming the film, the film is formed using a mask so that deposition does not occur on the exposed surface of the substrate-side electrode 15.

【0026】この場合の成膜条件は、PMNPTコア層
17の場合には、{Pb1.2 (Mg 0.33Nb0.67
3 0.65(Pb1.2 TiO3 0.35 組成の8インチ
のセラミック焼結体をターゲットとして用い、基板加熱
温度を400〜900℃、例えば、650℃、Ar90
%+O2 10%からなる雰囲気のガス圧を20mTor
rとし、4時間の成膜時間で上述の2.4μmの膜厚の
PMNPTコア層17を得た。
The film forming conditions in this case are PMNPT core layer
In case of 17, {Pb1.2(Mg 0.33Nb0.67)
O3}0.65(Pb1.2TiO3)0.35  8 inches of composition
Substrate heating using the ceramic sintered body of
The temperature is 400 to 900 ° C, for example, 650 ° C, Ar90.
% + O2The gas pressure of the atmosphere consisting of 10% is 20 mTorr
r and the film formation time of 4 hours, the film thickness of 2.4 μm
The PMNPT core layer 17 was obtained.

【0027】また、PLZTクラッド層18の場合に
は、(Pb0.91La0.091.1 (Zr 0.65Ti0.35)O
3 組成の8インチのセラミック焼結体をターゲットとし
て用い、基板加熱温度を400〜900℃、例えば、6
50℃、Ar90%+O2 10%からなる雰囲気のガス
圧を20mTorrとし、1.5時間の成膜時間で上述
の1.0μmの膜厚のPZNPTクラッド層18を得
た。
In the case of the PLZT clad layer 18,
Is (Pb0.91La0.09)1.1(Zr 0.65Ti0.35) O
3Targeting an 8-inch ceramic sintered body of composition
Substrate heating temperature is 400 to 900 ° C., for example, 6
50 ° C, Ar 90% + O2Atmosphere gas consisting of 10%
The pressure was set to 20 mTorr and the film formation time was 1.5 hours.
To obtain a PZNPT clad layer 18 having a thickness of 1.0 μm.
It was

【0028】図3(e)参照 次いで、例えば、底辺が1mmで高さが5mmのプリズ
ム状の開口部を有するマスクを用いたRFマグネトロン
スパッタ法を用いてPLZTクラッド層18の表面に、
厚さが、例えば、0.2μmのITOからなるプリズム
状素子電極19を形成する。
Next, referring to FIG. 3 (e), for example, on the surface of the PLZT cladding layer 18 using the RF magnetron sputtering method using a mask having a prism-shaped opening having a base of 1 mm and a height of 5 mm,
A prismatic element electrode 19 made of ITO having a thickness of 0.2 μm, for example, is formed.

【0029】なお、この場合の成膜条件としては、(I
0.95Sn0.05)O3 組成の8インチのセラミック焼結
体をターゲットとして用い、例えば、基板加熱温度を室
温とし、Ar90%+O2 10%からなる雰囲気のガス
圧を20mTorrとし、1時間の成膜時間で上述の
0.2μmの膜厚のプリズム状素子電極19を得た。
The film forming conditions in this case are (I
Using an 8-inch ceramic sintered body of n 0.95 Sn 0.05 ) O 3 composition as a target, for example, the substrate heating temperature is room temperature, the gas pressure of the atmosphere consisting of Ar 90% + O 2 10% is 20 mTorr, and the temperature is 1 hour. The prismatic element electrode 19 having the above-mentioned film thickness of 0.2 μm was obtained in film time.

【0030】最後に、基板側電極15及び各プリズム状
素子電極19に半田からなるパッド20,21をそれぞ
れ形成することによって、光偏向素子の基本構成が完成
する。
Finally, the pads 20 and 21 made of solder are formed on the substrate-side electrode 15 and the prism-shaped element electrodes 19, respectively, to complete the basic structure of the optical deflection element.

【0031】この場合、PZNPTクラッド層16の屈
折率n1 ,比誘電率εr1、PMNPTコア層17の屈折
率n2 ,比誘電率εr2、及び、PLZTクラッド層18
の屈折率n3 ,比誘電率εr3は、n1 =2.561,ε
r1=3000,n2 =2.612,εr2=1500,n
3 =2.430,εr3=1000である。
In this case, the refractive index n 1 and relative permittivity ε r1 of the PZNPT cladding layer 16, the refractive index n 2 and relative permittivity ε r2 of the PMNPT core layer 17, and the PLZT cladding layer 18 are used.
Has a refractive index n 3 and a relative permittivity ε r3 of n 1 = 2.561, ε
r1 = 3000, n 2 = 2.612 , ε r2 = 1500, n
3 = 2.430 and ε r3 = 1000.

【0032】図4参照 図4は、本発明の第1の実施の形態の光偏向素子の偏向
特性の説明図であり、パッド20とパッド21の間に電
源22により100Vの電圧を印加した場合、PZNP
Tクラッド層16、PMNPTコア層17、及び、PL
ZTクラッド層18には、各層には厚さ及び比誘電率ε
r の値に応じてそれぞれ72V,17.2V,10.8
V印加されることになる。
FIG. 4 FIG. 4 is an explanatory diagram of the deflection characteristics of the optical deflecting element according to the first embodiment of the present invention, in the case where a voltage of 100 V is applied between the pad 20 and the pad 21 by the power source 22. , PZNP
T-clad layer 16, PMNPT core layer 17, and PL
Each of the ZT cladding layers 18 has a thickness and a relative dielectric constant ε.
72V, 17.2V, 10.8 depending on the value of r
V will be applied.

【0033】この様に、PMNPTコア層17に17.
2Vの電圧が印加されることによって、He−Neレー
ザからの波長が0.633nmの入射光23はプリズム
状素子電極19の下の光導波路を通過する際に1.83
°(=θ)偏向されて出力光24となる。
In this way, the PMNPT core layer 17 is formed with 17.
By applying the voltage of 2 V, the incident light 23 having a wavelength of 0.633 nm from the He—Ne laser is 1.83 when passing through the optical waveguide below the prismatic element electrode 19.
The output light 24 is deflected by ° (= θ).

【0034】図5参照 図5は、本発明の第1の実施の形態の光偏向素子の光導
波路の分散曲線であり、各次モードの規格化伝播定数b
のコア厚み依存性を示したものであり、コア層の厚さを
本発明の様に2.4μmとすることによって、0次モー
ドのみを伝播することが可能になる。
FIG. 5 is a dispersion curve of the optical waveguide of the optical deflecting element according to the first embodiment of the present invention. The normalized propagation constant b of each order mode is shown in FIG.
Shows the dependence of the core thickness on the core layer. By setting the thickness of the core layer to be 2.4 μm as in the present invention, it is possible to propagate only the zero-order mode.

【0035】因に、コア層の厚さを5μmにした場合、
0次モード、1次モード、及び、2次モードの3つのモ
ードからなるマルチモードとなり、信号光波形が鈍るの
で高周波光通信が困難になる。なお、各次モードにおい
ては、TEモードもTMモードもほぼ同じ特性となり重
なるので、図においてはその違いを無視して図示してい
る。
When the thickness of the core layer is 5 μm,
The multi-mode is composed of three modes, that is, the 0th-order mode, the 1st-order mode, and the 2nd-order mode, and the signal light waveform becomes dull, which makes high-frequency optical communication difficult. Note that, in the respective modes, the TE mode and the TM mode have substantially the same characteristics and overlap with each other. Therefore, the difference is neglected in the drawing.

【0036】また、コア層を構成するPMNPTは、菱
面体晶のPb(Mg1/3 Nb2/3 )O3 〔PMN〕と正
方晶のPbTiO3 〔PT〕の混晶系ペロブスカイト型
酸化物であり、PMN65%−PT35%に菱面体晶と
正方晶の相境界が存在し、この相境界において比誘電率
が最大値を取り、室温における電気機械結合係数及び圧
電定数が最大になる。
The PMNPT forming the core layer is a mixed crystal perovskite type oxide of rhombohedral Pb (Mg 1/3 Nb 2/3 ) O 3 [PMN] and tetragonal PbTiO 3 [PT]. The PMN 65% -PT 35% has a rhombohedral and tetragonal phase boundary, and the relative dielectric constant takes the maximum value at this phase boundary, and the electromechanical coupling coefficient and the piezoelectric constant at room temperature become maximum.

【0037】また、結晶の屈折率は結晶中の電子密度の
変化であり、圧電定数の最も大きくなる組成において屈
折率変化の印加電圧依存性を表すポッケルス効果も最大
となるために、光導波路を伝播する光の波長λ2 (=λ
/n2 )が伝播中に大きく変化することになる。
Further, the refractive index of the crystal is a change in electron density in the crystal, and the Pockels effect representing the applied voltage dependence of the change in the refractive index is maximized in the composition having the largest piezoelectric constant. Wavelength of propagating light λ 2 (= λ
/ N 2 ) will change significantly during propagation.

【0038】この様に、本発明の第1の実施の形態にお
いてはPZNPT基板に基板側電極となる導電性物質を
設けたのち支持基板に接合し、その状態でPZNPT基
板を薄層化して一方のクラッド層としているので、コア
層に電圧を印加するための電極間の距離を十分に薄くす
ることができ、それによって、低電圧駆動が可能にな
る。なお、薄層化に際しては、支持基板に接合したのち
研磨を行っているので、光導波路構造を構成するPZN
PT基板のハンドリングに問題は生じない。
As described above, in the first embodiment of the present invention, the PZNPT substrate is provided with the conductive material to serve as the substrate side electrode and then bonded to the supporting substrate, and in that state, the PZNPT substrate is thinned to one side. Since it is a clad layer, the distance between the electrodes for applying a voltage to the core layer can be made sufficiently thin, which enables low voltage driving. When thinning the layer, since it is bonded to the supporting substrate and then polished, the PZN forming the optical waveguide structure is formed.
There is no problem in handling the PT substrate.

【0039】次に、図6及び図7を参照して、本発明の
第2の実施の形態の製造工程を説明する。 図6(a)参照 まず、市販のPb{(Zn0.33Nb0.670.91
0.09}O3 組成で厚さが0.3mmの2枚のPZNP
T基板の両面を鏡面研磨し、一枚は導波路作製用の第1
PZNPT基板31とし、もう一方を支持基板となる第
2PZNPT基板35(図示は、図6(b)以降)とす
る。
Next, the manufacturing process of the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. See FIG. 6A. First, commercially available Pb {(Zn 0.33 Nb 0.67 ) 0.91 T
Two PZNPs with a composition of i 0.09 } O 3 and a thickness of 0.3 mm
Both sides of the T substrate are mirror-polished, one of which is the first for waveguide fabrication.
The PZNPT substrate 31 is used, and the other one is used as the second PZNPT substrate 35 (illustrated in and after FIG. 6B) which serves as a support substrate.

【0040】次いで、第1PZNPT基板31の厚さ
が、例えば、220μmになるように機械的、化学的に
研磨した後、上記の第1の実施の形態におけるPMNP
Tコア層及びPLZTクラッド層の成膜条件と全く同じ
条件で、厚さが、例えば、2.4μmのPMNPTコア
層32、及び、厚さが、例えば、1.0μmのPLZT
クラッド層33を順次エピタキシャル成長させる。
Next, after mechanically and chemically polishing the first PZNPT substrate 31 to have a thickness of, for example, 220 μm, the PMNP in the first embodiment described above is polished.
The PMNPT core layer 32 having a thickness of, for example, 2.4 μm and the PLZT having a thickness of, for example, 1.0 μm are formed under the same conditions as the film forming conditions of the T core layer and the PLZT clad layer.
The cladding layer 33 is sequentially epitaxially grown.

【0041】図6(b)参照 次いで、DCスパッタ法によりPLZTクラッド層33
の表面に、厚さが、例えば、100nmのTi層、厚さ
が、例えば、500nmのPt層、及び、厚さが、例え
ば、300nmのAu層を順次成膜して導電性接着層3
4とする。一方、第2PZNPT基板35についても同
様にして、最表面側からAu/Pt/Ti構造の導電性
接着層36を形成する。
Next, referring to FIG. 6B, the PLZT clad layer 33 is formed by the DC sputtering method.
A Ti layer having a thickness of, for example, 100 nm, a Pt layer having a thickness of, for example, 500 nm, and an Au layer having a thickness of, for example, 300 nm are sequentially formed on the surface of the conductive adhesive layer 3
Set to 4. On the other hand, similarly for the second PZNPT substrate 35, the conductive adhesive layer 36 having the Au / Pt / Ti structure is formed from the outermost surface side.

【0042】図6(c)参照 次いで、導電性接着層34,36同士を対向させて接触
させたのち、真空チャンバー内において、上記の第1の
実施の形態と全く同様に、表面活性接合法を用いて第1
PZNPT基板31及び第2PZNPT基板35を接合
する。この際、導電性接着層34と導電性接着層36は
一体になって基板側電極37となる。
Next, as shown in FIG. 6 (c), the conductive adhesive layers 34 and 36 are made to face each other and brought into contact with each other. Then, in the vacuum chamber, the surface active bonding method is carried out in the same manner as in the first embodiment. First using
The PZNPT substrate 31 and the second PZNPT substrate 35 are bonded together. At this time, the conductive adhesive layer 34 and the conductive adhesive layer 36 are integrated to form the substrate side electrode 37.

【0043】図7(d)参照 次いで、第1PZNPT基板31の裏面を機械的に厚さ
が、例えば、30μmまで研磨したのち、ICP(誘導
結合型プラズマ)エッチング装置を用いて、さらに、厚
さが、例えば、20μmになるまで研磨してPZNPT
クラッド層38とする。
Next, referring to FIG. 7D, the back surface of the first PZNPT substrate 31 is mechanically polished to a thickness of, for example, 30 μm, and then the thickness is further reduced by using an ICP (inductively coupled plasma) etching apparatus. However, for example, PZNPT is polished until it becomes 20 μm.
The clad layer 38 is used.

【0044】図7(e)参照 次いで、例えば、底辺が1mmで高さが5mmのプリズ
ム状の開口部を有するマスクを用いたRFマグネトロン
スパッタ法を用いて、上記の第1の実施の形態と全く同
様の成膜条件でPLZTクラッド層38の表面に、厚さ
が、例えば、0.2μmのITOからなるプリズム状素
子電極39を形成する。
Next, referring to FIG. 7 (e), for example, by using the RF magnetron sputtering method using a mask having a prism-shaped opening having a base of 1 mm and a height of 5 mm, the above-described first embodiment is used. A prismatic element electrode 39 made of ITO having a thickness of, for example, 0.2 μm is formed on the surface of the PLZT clad layer 38 under exactly the same film forming conditions.

【0045】最後に、基板側電極37及び各プリズム状
素子電極39に半田からなるパッド40(プリズム状素
子電極39側のバンプは図示を省略)それぞれ形成する
ことによって、光偏向素子の基本構成が完成する。
Finally, the basic structure of the optical deflector is formed by forming the solder pads 40 (the bumps on the prismatic element electrode 39 side are not shown) on the substrate side electrode 37 and each prismatic element electrode 39, respectively. Complete.

【0046】この第2の実施の形態の光偏向素子におい
ても、100Vの電圧印加において、1.83°の光偏
向が得られる。
Also in the light deflecting element of the second embodiment, a light deflection of 1.83 ° can be obtained by applying a voltage of 100V.

【0047】この様に、本発明の第2の実施の形態にお
いては、エピタキシャル成長後に研磨を行ってクラッド
層となる第1PZNPT基板を薄層化しているので、低
電圧駆動が可能になる。
As described above, in the second embodiment of the present invention, since the first PZNPT substrate serving as the clad layer is thinned by polishing after the epitaxial growth, low voltage driving becomes possible.

【0048】次に、図8を参照して、上述の光偏向素子
を組み込んで構成した本発明の第3の実施の形態の光ス
イッチを説明する。 図8参照 図8は、本発明の第3の実施の形態の光スイッチの概略
的平面図であり、光入力側と光出力側とは対称的に構成
されている。
Next, with reference to FIG. 8, an optical switch of the third embodiment of the present invention constructed by incorporating the above-mentioned optical deflection element will be described. See FIG. 8. FIG. 8 is a schematic plan view of the optical switch according to the third embodiment of the present invention, in which the optical input side and the optical output side are symmetrically configured.

【0049】まず、光偏向素子51,55としては、上
記の第1の実施の形態或いは第2の実施の形態の光偏向
素子を多段に構成したものであり、図においては2段構
成としており、夫々のプリズム状電極52,53,5
6,57を点対称に組み合わせることによって偏向角の
偏向方向を任意にしている。
First, as the optical deflecting elements 51 and 55, the optical deflecting elements of the above-described first or second embodiment are configured in multiple stages, and in the figure, they are configured in two stages. , Each prismatic electrode 52, 53, 5
By combining 6 and 57 in point symmetry, the deflection direction of the deflection angle is arbitrary.

【0050】この光入力側の光偏向素子51と光出力側
の光偏向素子55とをスラブ導波路構造の共通導波路5
4を介して対向させるとともに、光入力側の光偏向素子
51の入力側には入力側光ファイバ60、個別導波路5
9、及び、二次元レンズ58が設けられ、一方、光出力
側の光偏向素子55の出力側には出力側光ファイバ6
3、個別導波路62、及び、二次元レンズ61が配置さ
れた構成となる。
The light deflecting element 51 on the light input side and the light deflecting element 55 on the light output side are used as the common waveguide 5 of the slab waveguide structure.
4 and the input side optical fiber 60 and the individual waveguide 5 are provided on the input side of the optical deflection element 51 on the optical input side.
9 and a two-dimensional lens 58 are provided, while the output side optical fiber 6 is provided on the output side of the optical deflection element 55 on the optical output side.
3, the individual waveguide 62 and the two-dimensional lens 61 are arranged.

【0051】この第3の実施の形態においても、光偏向
素子として上記の第1の実施の形態或いは第2の実施の
形態の構成の光偏向素子を用いているので低電圧駆動が
可能になる。
Also in the third embodiment, since the light deflecting element having the structure of the first embodiment or the second embodiment is used as the light deflecting element, low voltage driving becomes possible. .

【0052】以上、本発明の各実施の形態を説明してき
たが、本発明は各実施の形態に記載した構成に限られる
ものではなく、各種の変更が可能である。例えば、上記
の各実施の形態において偏向素子電極の形状を直角三角
形状のプリズム状電極としているが、この様な形状に限
られるものではなく、光入射面に対して光出射面が傾斜
した斜辺を有する形状の素子電極であれば良く、例え
ば、台形的な截頭三角形形状でも良い。
Although the respective embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the configurations described in the respective embodiments, and various modifications can be made. For example, in each of the above-mentioned embodiments, the shape of the deflection element electrode is a right-angled triangular prism-shaped electrode, but it is not limited to such a shape, and the hypotenuse in which the light emitting surface is inclined with respect to the light incident surface. The element electrode may have any shape, for example, a trapezoidal truncated triangular shape.

【0053】また、上記の各実施の形態においては、コ
ア層及びクラッド層を成長させる際にRFマグネトロン
スパッタ法を用いているが、RFマグネトロンスパッタ
法に限られるものではなく、有機金属気相成長法(MO
CVD法)或いはレーザアブレーション法を用いても良
いものである。
Further, in each of the above embodiments, the RF magnetron sputtering method is used for growing the core layer and the cladding layer, but the invention is not limited to the RF magnetron sputtering method, and metal organic chemical vapor deposition is possible. Law (MO
A CVD method) or a laser ablation method may be used.

【0054】また、上記の第1及び第2の実施の形態に
おいては、プリズム状素子電極をITOからなる透明電
極によって形成しており、電極界面での光の散乱を低減
しているが、第2の実施の形態のように、プリズム状素
子電極を設けるクラッド層が厚い場合には、ITO等の
透明電極を用いる必要はない。
Further, in the above-mentioned first and second embodiments, the prismatic element electrode is formed of the transparent electrode made of ITO to reduce the scattering of light at the electrode interface. When the clad layer on which the prismatic element electrode is provided is thick as in the second embodiment, it is not necessary to use a transparent electrode such as ITO.

【0055】また、上記の第1の実施の形態において
も、PLZTクラッド層を厚く成膜した場合には、プリ
ズム状素子電極を透明電極によって構成する必要はな
い。
Also in the first embodiment described above, when the PLZT clad layer is thickly formed, it is not necessary to form the prismatic element electrode by the transparent electrode.

【0056】また、上記の各実施の形態においては、光
導波路構造をコア層の両側をクラッド層で挟んだダブル
ヘテロ構造的に構成しているが、必ずしもダブルヘテロ
構造である必要はなく、特に、プリズム状素子電極を透
明電極で形成した場合には、この透明なプリズム状素子
電極がクラッド層の機能を兼ねるので、上部クラッド層
が必ずしも必要ではなくなる。
In each of the above embodiments, the optical waveguide structure has a double-hetero structure in which both sides of the core layer are sandwiched by the cladding layers. When the prismatic element electrode is formed of a transparent electrode, the transparent prismatic element electrode also serves as a clad layer, and thus the upper clad layer is not always necessary.

【0057】また、上記の各実施の形態においては、光
偏向素子として説明しているが、光偏向素子に限られる
ものではなく、光変調素子等の他の電気光学効果素子に
も適用されるものである。
Further, in each of the above-mentioned embodiments, the optical deflecting element is described, but the present invention is not limited to the optical deflecting element and is also applied to other electro-optical effect elements such as a light modulating element. It is a thing.

【0058】例えば、コア層或いは一方のクラッド層に
回折格子構造を形成することによって分布ブラッグ反射
器(DBR)を構成することができるが、このDBRに
電圧を印加することによって実効波長λn (=λ/n)
が大きく変化するので、回折条件を満たさなくなり、そ
れによって光変調機能を持たせることができる。
For example, a distributed Bragg reflector (DBR) can be constructed by forming a diffraction grating structure in the core layer or one of the cladding layers, and the effective wavelength λ n (by applying a voltage to this DBR. = Λ / n)
Changes drastically, so that the diffraction condition is no longer satisfied, and thereby a light modulation function can be provided.

【0059】ここで、再び、図1を参照して、改めて本
発明の詳細な特徴を説明する。 図1参照 (付記1) 少なくとも一方のクラッド層1がPb
{(Zn1-u Nbu 1-vTiv w 3 からなり、且
つ、コア層2がPb{(Mg1-x Nbx 1-y Ti y
z 3 からなる光導波路構造を備えたことを特徴とする
亜鉛ニオブ酸鉛−チタン酸鉛混晶系強誘電体単結晶を用
いた電気光学効果素子。 (付記2) 上記Pb{(Zn1-u Nbu 1-v
v w 3 におけるu,v,wが、それぞれ、0.5
<u<1,0≦v<0.5,0.8<v<1.2である
ことを特徴とする付記1記載の亜鉛ニオブ酸鉛−チタン
酸鉛混晶系強誘電体単結晶を用いた電気光学効果素子。 (付記3) 上記Pb{(Zn1-u Nbu 1-v
v w 3 の主表面が、ペロブスカイト構造の(10
0)面、(001)面、(101)面、及び、(11
1)面のいずれかであることを特徴とする付記1または
2に記載の亜鉛ニオブ酸鉛−チタン酸鉛混晶系強誘電体
単結晶を用いた電気光学効果素子。 (付記4) 上記一方のクラッド層1がPb{(Zn
1-u Nbu 1-v Tivw 3 からなる第1のPZN
PT基板から構成され、前記第1のPZNPT基板が導
電性物質5を介して第2のPZNPT基板4に接合され
ていることを特徴とする付記1乃至3のいずれか1に記
載の亜鉛ニオブ酸鉛−チタン酸鉛混晶系強誘電体単結晶
を用いた電気光学効果素子。 (付記5) 上記第1のPZNPT基板の厚さが、0.
5〜100μmであることを特徴とする付記4記載の亜
鉛ニオブ酸鉛−チタン酸鉛混晶系強誘電体単結晶を用い
た電気光学効果素子。 (付記6) 上記電気光学効果素子の少なくとも一方の
主面に入射面に対して出射面が傾斜した斜面を有する形
状の電極6が形成され、光導波路に入射された光が電気
光学プリズム効果によって偏向することを特徴とする付
記1乃至5のいずれか1に記載の亜鉛ニオブ酸鉛−チタ
ン酸鉛混晶系強誘電体単結晶を用いた電気光学効果素
子。 (付記7) 上記Pb{(Mg1-x Nbx 1-y
y z 3 をコア層2とする光導波路が、電界の印加
により電気光学効果を示すことにより光導波路を通過す
る光の波長が変わることを特徴とする付記1乃至5のい
ずれか1に記載の亜鉛ニオブ酸鉛−チタン酸鉛混晶系強
誘電体単結晶を用いた電気光学効果素子。 (付記8) 複数の光導波路と、前記各導波路の光信号
を個別にコリメートするコリメート部と、前記コリメー
ト部を通過した各光信号の伝搬方向をそれぞれ切り替え
る付記6記載の亜鉛ニオブ酸鉛−チタン酸鉛混晶系強誘
電体単結晶を用いた電気光学効果素子からなる複数の第
1の光偏向素子と、前記複数の第1の光偏向素子をそれ
ぞれ通過した各光信号が伝搬する共通導波路と、前記共
通導波路を通過した各信号の伝搬方向をそれぞれ個別に
切り替える付記6記載の亜鉛ニオブ酸鉛−チタン酸鉛混
晶系強誘電体単結晶を用いた電気光学効果素子からなる
複数の第2の光偏向素子と、前記第2の光偏向素子を通
過した各信号をそれぞれ個別に集光する集光部を少なく
とも有し、前記第1の光偏向素子および第2の光偏向素
子はいずれも1 つまたは複数のプリズム群ペアによって
構成されることを特徴とする光スイッチ。 (付記9) Pb{(Zn1-u Nbu 1-v Tiv w
3 からなる第1のPZNPT基板を導電性物質5を用
いてPb{(Zn1-u Nbu 1-v Tiv w3 から
なる第2のPZNPT基板4に接合したのち、前記第1
のPZNPT基板を薄層化してクラッド層1とし、次い
で、前記クラッド層1上に少なくともPb{(Mg1-x
Nbx 1-y Tiy z 3 からなるコア層2をエピタ
キシャル成長させる工程を有することを特徴とする亜鉛
ニオブ酸鉛−チタン酸鉛混晶系強誘電体単結晶を用いた
電気光学効果素子の製造方法。 (付記10) Pb{(Zn1-u Nbu 1-v Tiv
w 3 からなる第1のPZNPT基板上に少なくともP
b{(Mg1-x Nbx 1-y Tiy z 3 からなるコ
ア層2、及び、クラッド層3を順次エピタキシャル成長
させたのち、前記第1のPZNPT基板とPb{(Zn
1-u Nbu 1-v Tiv w 3 からなる第2のPZN
PT基板を導電性物質5によって接合し、次いで、第1
のPZNPT基板の裏面を薄層化してクラッド層1とす
る工程を有することを特徴とする亜鉛ニオブ酸鉛−チタ
ン酸鉛混晶系強誘電体単結晶を用いた電気光学効果素子
の製造方法。
Here, referring again to FIG. 1, the book is read again.
Detailed features of the invention will be described. See Figure 1 (Supplementary Note 1) At least one cladding layer 1 is Pb
{(Zn1-uNbu)1-vTiv}wO3Consists of, and
The core layer 2 is Pb {(Mg1-xNbx)1-yTi y}
zO3It is characterized by having an optical waveguide structure consisting of
Uses lead zinc niobate-lead titanate mixed crystal ferroelectric single crystal
The electro-optic effect element that was used. (Appendix 2) Pb {(Zn1-uNbu)1-vT
iv}wO3U, v, and w in 0.5 are respectively 0.5
<U <1,0 ≦ v <0.5, 0.8 <v <1.2
Lead zinc niobate-titanium according to appendix 1, characterized in that
Electro-optic effect element using lead oxide mixed crystal type ferroelectric single crystal. (Supplementary Note 3) Pb {(Zn1-uNbu)1-vT
iv}wO3Has a perovskite structure (10
(0) plane, (001) plane, (101) plane, and (11
1) Note 1 characterized by being one of the faces or
2. Lead zinc niobate-lead titanate mixed crystal ferroelectric according to 2.
An electro-optic effect element using a single crystal. (Supplementary Note 4) The one clad layer 1 is Pb {(Zn
1-uNbu)1-vTiv}wO3First PZN consisting of
It is composed of a PT substrate, and the first PZNPT substrate is conductive.
It is bonded to the second PZNPT substrate 4 via the electric substance 5.
In any one of appendices 1 to 3, characterized in that
Lead Zinc Niobate-Lead Titanate Mixed Crystal Ferroelectric Single Crystal
Electro-optical effect element using. (Supplementary Note 5) The thickness of the first PZNPT substrate is 0.
5 to 100 μm, the subordinate according to appendix 4
Lead lead niobate-lead titanate mixed crystal ferroelectric single crystal
Electro-optical effect element. (Supplementary Note 6) At least one of the electro-optical effect elements
A shape in which the main surface has a slope with the output surface inclined with respect to the input surface
-Shaped electrode 6 is formed, and the light incident on the optical waveguide is electrically
The feature is that the light is deflected by the optical prism effect.
The lead zinc niobate-titanium according to any one of items 1 to 5.
Electro-optic effect element using lead crystal mixed crystal ferroelectric single crystal
Child. (Supplementary Note 7) Pb {(Mg1-xNbx)1-yT
iy}zO3The optical waveguide with the core layer 2 applies an electric field
Shows an electro-optical effect by passing through an optical waveguide
Note 1 to 5 characterized in that the wavelength of the light
The lead zinc niobate-lead titanate mixed crystal system described in item 1
An electro-optic effect element using a dielectric single crystal. (Supplementary Note 8) A plurality of optical waveguides and optical signals of the respective waveguides
Collimating section for individually collimating
Switch the propagation direction of each optical signal that has passed through
Lead zinc niobate-lead titanate mixed crystal system according to appendix 6
A plurality of first electrodes composed of electro-optic effect elements using an electric single crystal.
1 optical deflecting element and the plurality of first optical deflecting elements
A common waveguide for propagating each optical signal passing through
The propagation direction of each signal that has passed through the through waveguide is individually
The lead zinc niobate-lead titanate mixture described in appendix 6
Consists of an electro-optic effect element using a cubic ferroelectric single crystal
A plurality of second light deflecting elements and the second light deflecting elements
Fewer light condensing units that individually collect each passed signal
And a first light deflection element and a second light deflection element.
Each child has one or more pairs of prism groups
An optical switch characterized by being configured. (Appendix 9) Pb {(Zn1-uNbu)1-vTiv}w
O3The first PZNPT substrate consisting of the conductive material 5
And Pb {(Zn1-uNbu)1-vTiv}wO3From
After being bonded to the second PZNPT substrate 4
The PZNPT substrate is made into a thin layer to form the clad layer 1. Next,
And at least Pb {(Mg1-x
Nbx)1-yTiy}zO3The core layer 2 consisting of
Zinc characterized by having a process of axial growth
Using lead niobate-lead titanate mixed crystal ferroelectric single crystal
Manufacturing method of electro-optical effect element. (Appendix 10) Pb {(Zn1-uNbu)1-vTiv}
wO3At least P on the first PZNPT substrate consisting of
b {(Mg1-xNbx)1-yTiy}zO3Consisting of
Epitaxial growth of layer 2 and cladding layer 3
Then, the first PZNPT substrate and Pb {(Zn
1-uNbu)1-vTiv}wO3Second PZN consisting of
The PT substrate is bonded by the conductive material 5, and then the first
The back surface of the PZNPT substrate is thinned to form the clad layer 1.
Zinc lead niobate-tita
Electro-optic effect element using lead acid mixed crystal ferroelectric single crystal
Manufacturing method.

【0060】[0060]

【発明の効果】以上説明したように、PZNPT基板兼
クラッド層及びPMNPTコア層を有する光導波路を作
製することにより、従来のLiNbO3 を用いた光変調
素子,光偏向素子に比べて駆動電圧を大きく低減でき、
特に、PZNPT基板兼クラッド層を薄層化することに
よって低電圧駆動が実現でき、ひいては、波長多重光通
信システムの普及・発展に寄与するところが大きい。
As described above, by manufacturing the optical waveguide having the PZNPT substrate / cladding layer and the PMNPT core layer, the driving voltage can be made higher than that of the conventional optical modulator and optical deflector using LiNbO 3. Can be greatly reduced,
In particular, a low voltage drive can be realized by thinning the PZNPT substrate / cladding layer, which in turn greatly contributes to the spread and development of the wavelength division multiplexing optical communication system.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の原理的構成の説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of a principle configuration of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施の形態の途中までの製造工
程の説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram of a manufacturing process up to the middle of the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第1の実施の形態の図2以降の製造工
程の説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram of the manufacturing process after FIG. 2 of the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第1の実施の形態の光偏向素子の偏向
特性の説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram of a deflection characteristic of the optical deflection element according to the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第1の実施の形態の光偏向素子の光導
波路の分散曲線である。
FIG. 5 is a dispersion curve of an optical waveguide of the optical deflecting element according to the first embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第2の実施の形態の途中までの製造工
程の説明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram of a manufacturing process up to the middle of the second embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第2の実施の形態の図6以降の製造工
程の説明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram of the manufacturing process after FIG. 6 according to the second embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第3の実施の形態の光スイッチの概略
的平面図である。
FIG. 8 is a schematic plan view of an optical switch according to a third embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 クラッド層 2 コア層 3 クラッド層 4 第2のPZNPT基板 5 導電性物質 6 斜面を有する形状の電極 11 第1PZNPT基板 12 導電性接着層 13 第2PZNPT基板 14 導電性接着層 15 基板側電極 16 PZNPTクラッド層 17 PMNPTコア層 18 PLZTクラッド層 19 プリズム状素子電極 20 パッド 21 パッド 22 電源 23 入力光 24 出力光 31 第1PZNPT基板 32 PMNPTコア層 33 PLZTクラッド層 34 導電性接着層 35 第2PZNPT基板 36 導電性接着層 37 基板側電極 38 PZNPTクラッド層 39 プリズム状素子電極 40 パッド 51 光偏向素子 52 プリズム状電極 53 プリズム状電極 54 共通導波路 55 光偏向素子 56 プリズム状電極 57 プリズム状電極 58 二次元レンズ 59 個別導波路 60 入力側光ファイバ 61 二次元レンズ 62 個別導波路 63 出力側光ファイバ 1 Clad layer 2 core layers 3 Clad layer 4 Second PZNPT substrate 5 Conductive substance 6 Electrodes with a slope 11 First PZNPT substrate 12 Conductive adhesive layer 13 Second PZNPT substrate 14 Conductive adhesive layer 15 Substrate side electrode 16 PZNPT clad layer 17 PMNPT core layer 18 PLZT clad layer 19 Prism element electrode 20 pads 21 pads 22 power 23 Input light 24 output light 31 First PZNPT substrate 32 PMNPT core layer 33 PLZT clad layer 34 Conductive adhesive layer 35 second PZNPT substrate 36 Conductive adhesive layer 37 Substrate side electrode 38 PZNPT clad layer 39 Prism element electrode 40 pads 51 Optical deflection element 52 prismatic electrode 53 Prism electrode 54 Common Waveguide 55 Optical deflection element 56 Prism electrode 57 Prism electrode 58 two-dimensional lens 59 Individual Waveguide 60 Input side optical fiber 61 Two-dimensional lens 62 individual waveguide 63 Output side optical fiber

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Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 少なくとも一方のクラッド層がPb
{(Zn1-u Nbu 1- v Tiv w 3 からなり、且
つ、コア層がPb{(Mg1-x Nbx 1-y Ti y z
3 からなる光導波路構造を備えたことを特徴とする亜
鉛ニオブ酸鉛−チタン酸鉛混晶系強誘電体単結晶を用い
た電気光学効果素子。
1. At least one cladding layer is Pb
{(Zn1-uNbu)1- vTiv}wO3Consists of, and
The core layer is Pb {(Mg1-xNbx)1-yTi y}z
O3The optical waveguide structure consisting of
Lead lead niobate-lead titanate mixed crystal ferroelectric single crystal
Electro-optical effect element.
【請求項2】 上記一方のクラッド層がPb{(Zn
1-u Nbu 1-v Ti v w 3 からなる第1のPZN
PT基板から構成され、前記第1のPZNPT基板が導
電性物質を介して第2のPZNPT基板に接合されてい
ることを特徴とする請求項1記載の亜鉛ニオブ酸鉛−チ
タン酸鉛混晶系強誘電体単結晶を用いた電気光学効果素
子。
2. The one clad layer is Pb {(Zn
1-uNbu)1-vTi v}wO3First PZN consisting of
It is composed of a PT substrate, and the first PZNPT substrate is conductive.
Bonded to the second PZNPT substrate via an electrically conductive material
The lead-zinc-niobate-chi according to claim 1, characterized in that
Electro-optic effect element using lead titanate mixed crystal ferroelectric single crystal
Child.
【請求項3】 上記第1のPZNPT基板の厚さが、
0.5〜100μmであることを特徴とする請求項2記
載の亜鉛ニオブ酸鉛−チタン酸鉛混晶系強誘電体単結晶
を用いた電気光学効果素子。
3. The thickness of the first PZNPT substrate is:
The electro-optic effect element using the lead zinc niobate-lead titanate mixed crystal ferroelectric single crystal according to claim 2, having a thickness of 0.5 to 100 μm.
【請求項4】 上記電気光学効果素子の少なくとも一方
の主面に入射面に対して出射面が傾斜した斜面を有する
形状の電極が形成され、光導波路に入射された光が電気
光学プリズム効果によって偏向することを特徴とする請
求項1乃至3のいずれか1項に記載の亜鉛ニオブ酸鉛−
チタン酸鉛混晶系強誘電体単結晶を用いた電気光学効果
素子。
4. An electrode having a shape in which an emitting surface is inclined with respect to an incident surface is formed on at least one main surface of the electro-optical effect element, and light incident on an optical waveguide is generated by an electro-optical prism effect. The lead zinc niobate according to any one of claims 1 to 3, which is deflected.
An electro-optical effect element using a lead titanate mixed crystal type ferroelectric single crystal.
【請求項5】 複数の光導波路と、前記各導波路の光信
号を個別にコリメートするコリメート部と、前記コリメ
ート部を通過した各光信号の伝搬方向をそれぞれ切り替
える請求項4記載の亜鉛ニオブ酸鉛−チタン酸鉛混晶系
強誘電体単結晶を用いた電気光学効果素子からなる複数
の第1の光偏向素子と、前記複数の第1の光偏向素子を
それぞれ通過した各光信号が伝搬する共通導波路と、前
記共通導波路を通過した各信号の伝搬方向をそれぞれ個
別に切り替える請求項4記載の亜鉛ニオブ酸鉛−チタン
酸鉛混晶系強誘電体単結晶を用いた電気光学効果素子か
らなる複数の第2の光偏向素子と、前記第2の光偏向素
子を通過した各信号をそれぞれ個別に集光する集光部を
少なくとも有し、前記第1の光偏向素子および第2の光
偏向素子はいずれも1 つまたは複数のプリズム群ペアに
よって構成されることを特徴とする光スイッチ。
5. The zinc niobate according to claim 4, wherein a plurality of optical waveguides, a collimating section for individually collimating the optical signals of the respective waveguides, and a propagation direction of each optical signal passing through the collimating section are switched. A plurality of first optical deflection elements composed of electro-optical effect elements using a lead-lead titanate mixed crystal type ferroelectric single crystal, and optical signals propagated through the plurality of first optical deflection elements, respectively. 5. The electro-optic effect using the lead zinc niobate-lead titanate mixed crystal ferroelectric single crystal according to claim 4, wherein the common waveguide and the propagation direction of each signal passing through the common waveguide are individually switched. At least a plurality of second light deflecting elements each including an element and a light condensing unit that individually condenses each signal that has passed through the second light deflecting element, and includes the first light deflecting element and the second light deflecting element. All of the light deflection elements An optical switch characterized by being composed of one or more pairs of prism groups.
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