JP2004279970A - 光偏向素子及びそれを用いた光デバイス - Google Patents
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Abstract
【課題】光の伝播の損失を抑制しながら、印加電圧を低減することができ、好ましくは印加電圧のばらつき及び反りも低減することができる光偏向素子及びそれを用いた光デバイスを提供する。
【解決手段】ＮｂがドープされたＳＴＯからなる半導電性の基板８の下に、全面にわたってＣｒ層２１が形成されている。基板８上には、エピタキシャル成長により、ＰＬＺＴ膜２２、ＰＺＴ膜２３及びＰＬＺＴ膜９が順次成膜されている。そして、ＰＬＺＴ膜上に、平面形状が三角形の複数個のＣｒ電極１０が形成されている。Ｃｒ層２１の側面には、取出部２４が設けられている。そして、電極１０と取出部２４との間に電源Ｖから電圧が印加される。このような光偏向素子７での偏向に際しては、下部電極として機能する部分が基板８だけでなく、Ｃｒ層２１も下部電極として機能する。このため、各電極１０と取出部２４との間に印加する電圧を低減することができる。
【選択図】 図２
【解決手段】ＮｂがドープされたＳＴＯからなる半導電性の基板８の下に、全面にわたってＣｒ層２１が形成されている。基板８上には、エピタキシャル成長により、ＰＬＺＴ膜２２、ＰＺＴ膜２３及びＰＬＺＴ膜９が順次成膜されている。そして、ＰＬＺＴ膜上に、平面形状が三角形の複数個のＣｒ電極１０が形成されている。Ｃｒ層２１の側面には、取出部２４が設けられている。そして、電極１０と取出部２４との間に電源Ｖから電圧が印加される。このような光偏向素子７での偏向に際しては、下部電極として機能する部分が基板８だけでなく、Ｃｒ層２１も下部電極として機能する。このため、各電極１０と取出部２４との間に印加する電圧を低減することができる。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光源等の外部から入力された光を電気光学効果によって偏向させる光偏向素子及びそれを用いた光デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気光学効果を用いた光変更素子では、光導波路を伝播する光に対し、電圧印加によって光導波路の屈折率を変化させて光の偏向が制御される。
【０００３】
図１１は、従来の光偏向素子の構造を示す図であって、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。従来の光偏向素子においては、Ｎｂが１質量％だけドープされたＳｒＴｉＯ３（以下、Ｎｂ−ＳＴＯともいう。）基板１０８上に、エピタキシャル成長により、ＰＬＺＴ（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）膜１２２、ＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）膜１２３及びＰＬＺＴ膜１０９が順次成膜されている。ＰＬＺＴ膜１２２、ＰＺＴ膜１２３及びＰＬＺＴ膜１０９の総膜厚は、９μｍ程度である。そして、ＰＬＺＴ膜１０９上に、平面形状が三角形のＰｔ電極１１０が光偏向素子毎に形成されている。また、基板１０８の側面には、取出部１２４が設けられている。
【０００４】
このように構成された光偏向素子では、ＰＺＴ膜１２３をコア層とし、ＰＬＺＴ膜１２２をアンダークラッド層とし、ＰＬＺＴ膜１０９をオーバークラッド層とする光導波路が構成されている。また、基板１０８は、半導電性を示す。このため、電極１１０と取出部１２４との間に電圧が印加されると、基板１０８及び電極１１０が夫々下部電極、上部電極として機能し、コア層であるＰＺＴ膜１２３の屈折率が変化する。この結果、外部から入射された光は屈折率の変化によって電極１１０の形状に応じて偏向する。
【０００５】
なお、下部電極として機能するＮｂ−ＳＴＯ基板１０８の体積抵抗率はドープ量が少ないほど高く、Ｎｂが１質量％程度ドープされた場合には、体積抵抗率は半導体と同程度の約１×１０−３Ω・ｃｍ〜約２×１０−３Ω・ｃｍとなる。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−４７２７１号公報
【特許文献２】
特開２０００−３０５１１７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電気伝導度は体積抵抗率の逆数であるため、Ｎｂのドープ量が少ないほど電気伝導度は低くなる。また、各電極１１０と取出部１２４との間の抵抗は、これらの間の距離に比例して大きくなる。このため、取出部１２４から最も離れた位置に設けられた電極１１０の直下で、十分な偏向を行うためには、比較的高い電圧を印加する必要がある。一方、基板１０８へのＮｂのドープ量を高くすれば、電気伝導度が上昇するが、この場合には、Ｎｂのドープ量の上昇に伴って、光導波路から基板１０８への光の染み出しが増加してしまう。この結果、光の伝播損失が増加してしまう。光の染み出しを抑制するには、アンダークラッド層を厚くすることが考えられるが、ＰＺＴ膜、ＰＬＺＴ膜はゾルゲル法等による薄膜（エピタキシャル成長）により作製しており、エピタキシャル成長によるアンダークラッド層の厚膜化は難しい。
【０００８】
また、従来の構造で１質量％程度のＮｂがドープされた基板１０８では、取出部１２４と電極１１０との間の距離に応じて、これらの間の抵抗１２５が大きく異なる。このため、光導波路に印加される電圧が、電極１１０の位置に応じて異なり、偏向の程度に差が生じる。
【０００９】
更に、ＰＺＴ膜１２３並びにＰＬＺＴ膜１０９及び１２２は、ゾルゲル法及び／又はスパッタ法によって０．２μｍ程度の原料膜を成膜した後に焼結によって原料膜を結晶化させることを繰り返して成膜している。しかし、原料膜の結晶化温度が高温のため、１辺の長さが１５ｍｍ程度の正方形状の基板１０８上に総膜厚が約９μｍの光導波路を形成した場合には、基板１０８が４μｍ程度も反ってしまう。反り量が大きくなると、例えば、光偏向素子を他の結像系と組み合わせる際に、アライメントが極めて困難になることがある。
【００１０】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、光の伝播の損失を抑制しながら、印加電圧を低減することができ、好ましくは印加電圧のばらつき及び反りも低減することができる光偏向素子及びそれを用いた光デバイスを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本願発明者は、上記課題を解決すべく、鋭意検討を重ねた結果、以下に示す発明の諸態様に想到した。
【００１２】
本発明に係る第１の光偏向素子は、導電性の基板と、前記基板の第１の主面上に形成され、電気光学効果を備えた光導波路と、前記光導波路上に形成された第１の電極と、を有している。更に、前記基板の第２の主面上には体積抵抗率が前記基板のそれよりも低い第２の電極が形成されている。そして、電源から前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧が印加される。
【００１３】
また、本発明に係る第２の光偏向素子は、導電性の基板と、前記基板の第１の主面上に形成され、光の吸収係数が前記基板のそれよりも低い光吸収抑制膜と、前記光吸収抑制膜上に形成され、電気光学効果を備えた光導波路と、前記光導波路上に形成された第１の電極と、を有している。そして、電源から前記基板と前記第１の電極との間に電圧が印加される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係る光偏向素子及び光デバイスついて添付の図面を参照して具体的に説明する。
【００１５】
（第１の実施形態）
先ず、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る光デバイス（光スイッチ）の構造を示すレイアウト図である。また、図２は、図１中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。
【００１６】
この光デバイスには、図１及び図２に示すように、その両端に断面形状が「Ｖ」の字型の溝が形成された２個のＶ溝付基板１が設けられ、その一方の端部では、各溝に光ファイバ２が取り付けられ、他方の端部では、各溝に光ファイバ２０が取り付けられている。２個のＶ溝付基板１は、光ファイバ２及び２０が互いに離間する方向に延びるようにして配置されている。Ｖ溝付基板１は、例えばシリコン又は石英製である。
【００１７】
一方のＶ溝付基板１の隣には、各光ファイバ２と対向するように形成されたチャネル導波路４を備えた導波部３が配置されている。図３は、図１中のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。チャネル導波路４は、図３に示すように、例えば共通基板６上に、石英からなるアンダークラッド層２６、不純物ドープにより屈折率が高めの石英からなるコア層２７及びアンダークラッド層２６と同じ材料からなるオーバークラッド層２８が順次成膜されて構成されている。共通基板６上には、各チャネル導波路４の端面と対向するようにして、例えば石英製の二次元レンズ５が配置されている。
【００１８】
共通基板６上には、更に、各二次元レンズ５と対向するように光導波路の位置が設定された光偏向素子７が配置されている。図４は、本発明の第１の実施形態に係る光デバイスに用いられている光偏向素子の構造を示す図であって、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）中のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。但し、図４（ｂ）の上下は、便宜上、図２とは反対になっている。
【００１９】
この光偏向素子７では、図４に示すように、例えばＮｂが１質量％ドープされたＮｂ−ＳＴＯからなる半導電性の基板８の下（第２の主面上）に、全面にわたってＣｒ層２１が形成されている。また、基板８上（第１の主面上）には、エピタキシャル成長により、ＰＬＺＴ膜２２、ＰＺＴ膜２３及びＰＬＺＴ膜９が順次成膜されている。ＰＬＺＴ膜２２、ＰＺＴ膜２３及びＰＬＺＴ膜９の膜厚は、例えば、夫々２μｍ程度、５μｍ程度、２μｍ程度である。そして、ＰＬＺＴ膜９上に、平面形状が三角形の複数個のＣｒ電極１０が各二次元レンズ５に対応するようにして形成されている。また、Ｃｒ層２１の側面には、取出部２４が設けられている。そして、電極１０と取出部２４との間に電源Ｖから電圧が印加される。
【００２０】
他方のＶ溝付基板１の隣には、図１及び図２に示すように、導波部１６及び光偏向素子１２が、夫々導波部３、光偏向素子７と点対称の関係で、共通基板６上に配置されている。導波部１６には、チャネル導波路１７及び二次元レンズ１８等が設けられており、導波部１６は、導波部３と同様の構造を備えている。また、光偏向素子１２は、図２に示すように、光偏向素子７と同様の構造を備えている。
【００２１】
なお、光偏向素子７及び１２は、本実施形態では、図２に示すように、基板８を上側、上部電極１０を下側にして実装されている。
【００２２】
そして、図１及び図２に示すように、光偏向素子７と光偏向素子１２との間にスラブ導波路１１が配置されている。
【００２３】
次に、上述のように構成された光デバイス（光スイッチ）の動作について説明する。
【００２４】
例えば、光ファイバ２に光が入射されると、この光はチャネル導波路４を介して二次元レンズ５に伝播される。そして、二次元レンズ５によってコリメート光に変換され、光偏向素子７に伝播される。
【００２５】
光偏向素子７では、コア層としてのＰＺＴ膜２３、アンダークラッド層としてのＰＬＺＴ膜２２、及びオーバークラッド層としてのＰＬＺＴ膜９から光導波路が構成されている。そして、電極１０と取出部２４との間に電圧が印加されると、基板８及びＣｒ層２１が下部電極として機能すると共に、電極１０が上部電極として機能し、コア層であるＰＺＴ膜２３の屈折率が変化する。この結果、二次元レンズ５から伝播されてきた光は屈折率の変化によって電極１０の形状に応じて偏向する。
【００２６】
その後、偏向した光は、スラブ導波路１１を介して、光偏向素子１２に伝播され、電極（上部電極）１０と取出部（図示せず）との間に印加された電圧に応じて偏向する。偏向した光（コリメート光）は二次元レンズ１８によって集光された後、チャネル導波路１７を介して、光ファイバ２０から出射される。
【００２７】
逆に、光ファイバ２０から光が入射されたときは、上記とは逆の経路を経て、光ファイバ２から光が出射される。
【００２８】
本実施形態においては、例えば、光偏向素子７での偏向に際し、下部電極として機能する部分が基板８だけでなく、Ｃｒ層２１も下部電極として機能する。Ｃｒ層２１の体積抵抗率は１．３２×１０−５Ω・ｃｍ程度であり、基板８のそれの１／１００程度である。このため、Ｃｒ層２１の体積抵抗率はほぼ無視することができ、図４（ｂ）に示すように、各電極１０と取出部２４との間の抵抗２５はほぼ一定となる。従って、従来のものと比較すると、各電極１０と取出部２４との間の抵抗２５が下がるため、これらの間に印加する電圧を低減することができる。このとき、Ｎｂのドープ量を増加させる必要はないため、光の伝播損失が増加することもない。
【００２９】
また、各電極１０の下に位置する光導波路に印加される電圧もほぼ一定となり、偏向のばらつきが抑制される。
【００３０】
更に、前述のように、従来の光偏向素子では、反り量が大きい。例えば、本実施形態に対して、Ｃｒ層２１が設けられていない場合には、図５（ａ）に示すような反りが生じる。これに対し、本実施形態においては、Ｃｒ層２１の弾性係数が基板８の弾性係数よりも高いため、図５（ｂ）に示すように、反りを抑制することができる。例えば、従来のもので４μｍ程度の反りが発生する場合、それにＣｒ層２１が設けられると、反りの量は２μｍ以下となる。このため、光偏向素子７を他の結像系（例えばＶ溝付基板１、導波部３及びスラブ導波路１１）と組み合わせる際に、他の結像系とのアライメントが容易になる。
【００３１】
これらの効果は、光偏向素子１２でも同様に得られる。
【００３２】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態では、光偏向素子の構造が第１の実施形態と異なっている。図６は、本発明の第２の実施形態に係る光デバイスに用いられている光偏向素子の構造を示す断面図である。図６は、第１の実施形態を示す図４（ｂ）に相当する。
【００３３】
本実施形態では、図６に示すように、第１の実施形態における基板８の代わりに、複数個の凹部２９ａが形成された基板８ａが光偏向素子７に設けられている。そして、凹部２９ａが形成された側の面（第２の主面）の上に、Ｃｒ層２１が全面にわたって形成され、反対側の面（第１の主面）の上に、ＰＬＺＴ膜２２、ＰＺＴ膜２３、ＰＬＺＴ膜９及び複数個の電極１０が形成されている。各凹部２９ａは、例えば各電極１０と整合する位置に形成されている。
【００３４】
基板８ａは、例えばＮｂが０．５質量％ドープされたＮｂ−ＳＴＯからなり、その体積抵抗率は、０．００５Ω・ｃｍである。また、基板８ａの厚さは最も厚い部分で０．５ｍｍであり、凹部２９ａの深さは０．３ｍｍである。
【００３５】
このように構成された本実施形態においては、電極１０とＣｒ層２１との距離が第１の実施形態のそれよりも小さくなる。このため、基板８ａへのＮｂのドープ量が第１の実施形態よりも少なくても、上部電極と下部電極との間の抵抗は、第１の実施形態のものと同程度に低い値となる。従って、第１の実施形態と同様に、従来のものと比較すると、電極１０と取出部２４との間の抵抗が下がるため、これらの間に印加する電圧を低減することができる。また、抵抗のばらつきが抑制され、偏向のばらつきが抑制される。
【００３６】
更に、本実施形態では、第１の実施形態よりも低いＮｂのドープ量で抵抗が低くなるため、Ｎｂのドープ量の低減により、光の伝播の損失が抑制されるという効果も得られる。
【００３７】
なお、凹部２９ａを形成する方法は特に限定されず、例えば、サンドブラストにより基板８ａの材料を加工することにより形成することができる。
【００３８】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。第３の実施形態では、光偏向素子の構造が第１の実施形態等と異なっている。図７は、本発明の第３の実施形態に係る光デバイスに用いられている光偏向素子の構造を示す断面図である。図７は、第１の実施形態を示す図４（ｂ）に相当する。
【００３９】
本実施形態では、図７に示すように、第１の実施形態における基板８の代わりに、凹部２９ｂが形成された基板８ｂが光偏向素子７に設けられている。そして、凹部２９ｂが形成された側の面の上に、Ｃｒ層２１が全面にわたって形成され、反対側の面の上に、ＰＬＺＴ膜２２、ＰＺＴ膜２３、ＰＬＺＴ膜９及び複数個の電極１０が形成されている。凹部２９ｂは、例えば全ての電極１０を取り囲む領域と整合するようにして形成されている。
【００４０】
また、第２の実施形態と同様に、基板８ｂは、例えばＮｂが０．５質量％ドープされたＮｂ−ＳＴＯからなり、その体積抵抗率は、０．００５Ω・ｃｍである。また、基板８ｂの厚さは最も厚い部分で０．５ｍｍであり、凹部２９ｂの深さは０．３ｍｍである。
【００４１】
このように構成された本実施形態においても、第２の実施形態と同様の効果が得られる。
【００４２】
第２の実施形態では、各電極１０と整合するようにして複数個の凹部２９ａが基板８ａに形成され、第３の実施形態では、全ての電極１０を取り囲む領域と整合するようにして形成されている。但し、基板に形成される凹部の大きさ及び形状はこれらに限定されず、例えば、複数個の電極を取り囲む領域と整合するようにして複数個の凹部が形成されていてもよい。
【００４３】
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。第４の実施形態では、光偏向素子の構造が第１の実施形態等と異なっている。図８は、本発明の第４の実施形態に係る光デバイスに用いられている光偏向素子の構造を示す断面図である。図８は、第１の実施形態を示す図４（ｂ）に相当する。
【００４４】
本実施形態では、図８に示すように、基板８とＰＬＺＴ膜２２との間に、低濃度ドープ膜（光吸収抑制膜）３０が、例えばエピタキシャル成長により形成されている。低濃度ドープ膜３０は、例えばＮｂが０．１質量％ドープされたＮｂ−ＳＴＯからなる。
【００４５】
また、基板８、低濃度ドープ膜３０、ＰＬＺＴ膜２２、ＰＺＴ膜２３及びＰＬＺＴ膜９の厚さは、例えば、夫々０．５ｍｍ程度、１μｍ程度、３．５μｍ程度、３μｍ程度、３．５μｍ程度である。
【００４６】
なお、Ｃｒ層２１は設けられておらず、取出部２４は、基板８の側面に設けられている。
【００４７】
このように構成された本実施形態においては、光導波路を構成するＰＬＺＴ膜２２、ＰＺＴ膜２３及びＰＬＺＴ膜９と基板８との間に、Ｎｂのドープ量が基板８のそれよりも低い低濃度ドープ膜３０が存在しているため、光導波路から基板８への光が染み出しても、低濃度ドープ膜３０での吸収が小さいため、染み出しによる損失は少なくて済む。図９は、波長が１５５０ｎｍの光に対するＮｂ−ＳＴＯ基板のＮｂ濃度と吸収係数との関係を示すグラフである。
【００４８】
逆に、光の染み出しが従来のものと同程度で許容される場合には、基板８へのＮｂのドープ量をより高いものとすることができる。従って、光の伝播損失を上昇させることなく、印加電圧を下げることが可能となる。図１０は、Ｎｂ−ＳＴＯ基板のＮｂ濃度と体積抵抗率との関係を示すグラフである。
【００４９】
なお、低濃度ドープ膜３０中のＮｂ濃度は、基板８のそれよりも低ければ特に限定されないが、０．５質量％以下であることが好ましい。これは、Ｎｂ濃度が０．５質量％を超えると、図９に示すように、吸収係数が低下するという効果を得にくくなるためである。
【００５０】
また、低濃度ドープ膜３０の厚さは特に限定されないが、１μｍ以下であることが好ましい。これは、低濃度ドープ膜３０の厚さが１μｍを超えると、上部電極と下部電極との間の抵抗が高くなりすぎて、印加電圧を低くしにくくなるためである。
【００５１】
（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。第５の実施形態は、第１の実施形態と第４の実施形態とを掛け合わせて構成されている。図１１は、本発明の第５の実施形態に係る光デバイスに用いられている光偏向素子の構造を示す断面図である。図１１は、第１の実施形態を示す図４（ｂ）に相当する。
【００５２】
本実施形態においては、第１の実施形態と同様に、Ｃｒ層２１が設けられると共に、第４の実施形態と同様に、低濃度ドープ膜３０が設けられている。
【００５３】
このような第５の実施形態によれば、より一層、印加電圧を低下させることができると共に、光の伝播損失を低減することができる。
【００５４】
なお、第４の実施形態及び第５の実施形態において、基板８の代わりに基板８ａ、８ｂのような凹部が形成された基板を用いてもよい。
【００５５】
また、Ｃｒ層２１は、基板の電極１０とは反対側の面に全面にわたって形成されている必要はない。例えば、平面視において、各電極１０と重なり合うように、電極１０と同数のＣｒ層２１が散在していてもよい。この場合、各Ｃｒ層は、それと重なる電極１０と完全に重なり合うか、又はそれよりも大きいことが好ましい。また、各Ｃｒ層は取出部２４に接続される等して同一の電位に設定可能になっている必要がある。
【００５６】
更に、電極１０の材料はＰｔに限定されるものではなく、例えばＣｒ電極等であってもよい。同様に、基板の電極１０とは反対側の面に形成される第２の電極の材料はＣｒ電極に限定されるものではなく、例えばＷ電極等であってもよい。
【００５７】
また、基板は、電流が流れるものであれば、半導電性である必要はなく、導電性であってもよいが、その上に光導波路及び低濃度ドープ膜（光吸収抑制膜）をエピタキシャル成長させる場合には、Ｎｂが導入されたＳＴＯからなる半導電性基板を用いることが好ましい。
【００５８】
以下、本発明の諸態様を付記としてまとめて記載する。
【００５９】
（付記１） 導電性の基板と、
前記基板の第１の主面上に形成され、電気光学効果を備えた光導波路と、
前記光導波路上に形成された第１の電極と、
前記基板の第２の主面上に形成され、体積抵抗率が前記基板のそれよりも低い第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧を印加する電源と、
を有することを特徴とする光偏向素子。
【００６０】
（付記２） 前記第２の電極の弾性係数は、前記基板のそれよりも高いことを特徴とする付記１に記載の光偏向素子。
【００６１】
（付記３） 平面視で、前記第２の電極の外縁内に、前記第１の電極が含まれていることを特徴とする付記１又は２に記載の光偏向素子。
【００６２】
（付記４） 前記第１の電極は、前記光導波路上に複数個形成されており、
平面視で、前記第２の電極の外縁内に、前記第１の電極の全てが含まれていることを特徴とする付記１又は２に記載の光偏向素子。
【００６３】
（付記５） 前記第２の電極は、前記基板の第２の主面上に複数個形成されており、
平面視で、複数個の前記第１の電極は、夫々複数個の前記第２の電極のいずれかの外縁内に含まれていることを特徴とする付記４に記載の光偏向素子。
【００６４】
（付記６） 前記基板と前記光導波路との間に形成され、光の吸収係数が前記基板のそれよりも低い光吸収抑制膜を有することを特徴とする付記１乃至５のいずれか１項に記載の光偏向素子。
【００６５】
（付記７） 導電性の基板と、
前記基板の第１の主面上に形成され、光の吸収係数が前記基板のそれよりも低い光吸収抑制膜と、
前記光吸収抑制膜上に形成され、電気光学効果を備えた光導波路と、
前記光導波路上に形成された第１の電極と、
前記基板と前記第１の電極との間に電圧を印加する電源と、
を有することを特徴とする光偏向素子。
【００６６】
（付記８） 前記基板は、絶縁体に不純物が導入されて構成されており、
前記光吸収抑制膜は、前記絶縁体に前記不純物が前記基板よりも低濃度で導入されて構成されていることを特徴とする付記６又は７に記載の光偏向素子。
【００６７】
（付記９） 前記光吸収抑制膜は、ＳｒＴｉＯ３にＮｂが導入されて構成されていることを特徴とする付記６乃至８のいずれか１項に記載の光偏向素子。
【００６８】
（付記１０） 前記光吸収抑制膜は、前記基板上にエピタキシャル成長により形成されていることを特徴とする付記６乃至９のいずれか１項に記載の光偏向素子。
【００６９】
（付記１１） 前記基板の第２の主面には、少なくとも１個の凹部が形成されていることを特徴とする付記１乃至１０のいずれか１項に記載の光偏向素子。
【００７０】
（付記１２） 前記第１の電極は、前記光導波路上に複数個形成されており、平面視で、１個の前記凹部の外縁内に、前記第１の電極の全てが含まれていることを特徴とする付記１１に記載の光偏向素子。
【００７１】
（付記１３） 前記第１の電極は、前記光導波路上に複数個形成されており、
前記凹部は、前記基板の第２の主面に複数個形成されており、
平面視で、複数個の前記第１の電極は、夫々複数個の前記凹部のいずれかの外縁内に含まれていることを特徴とする付記１１に記載の光偏向素子。
【００７２】
（付記１４） 前記第１の電極の平面形状は、三角形であることを特徴とする付記１乃至１３に記載の光偏向素子。
【００７３】
（付記１５） 前記基板は、半絶縁性基板であることを特徴とする付記１乃至１４のいずれか１項に記載の光偏向素子。
【００７４】
（付記１６） 前記基板は、ＳｒＴｉＯ３にＮｂが導入されて構成されていることを特徴とする付記１５に記載の光偏向素子。
【００７５】
（付記１７） コリメート光の伝播方向を切り替える第１の光偏向素子と、
前記第１の光偏向素子から出力されたコリメート光の伝播方向を切り替える第２の光偏向素子と、
を有する光デバイスであって、
前記第１の光偏向素子は、
導電性の第１の基板と、
前記第１の基板の第１の主面上に形成され、電気光学効果を備えた第１の光導波路と、
前記第１の光導波路上に形成された複数個の第１の電極と、
前記第１の基板の第２の主面上に形成され、体積抵抗率が前記基板のそれよりも低い第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧を印加する第１の電源と、
を有し、
前記第２の光偏向素子は、
導電性の第２の基板と、
前記第２の基板の第１の主面上に形成され、電気光学効果を備えた第２の光導波路と、
前記第２の光導波路上に形成された複数個の第３の電極と、
前記第２の基板の第２の主面上に形成され、体積抵抗率が前記基板のそれよりも低い第４の電極と、
前記第３の電極と前記第４の電極との間に電圧を印加する第２の電源と、
を有することを特徴とする光デバイス。
【００７６】
（付記１８） 前記第１の光偏向素子は、
前記第１の基板と前記第１の光導波路との間に形成され、光の吸収係数が前記第１の基板のそれよりも低い第１の光吸収抑制膜を有し、
前記第２の光偏向素子は、
前記第２の基板と前記第２の光導波路との間に形成され、光の吸収係数が前記第２の基板のそれよりも低い第２の光吸収抑制膜を有することを特徴とする付記１７に記載の光デバイス。
【００７７】
（付記１９） コリメート光の伝播方向を切り替える第１の光偏向素子と、
前記第１の光偏向素子から出力されたコリメート光の伝播方向を切り替える第２の光偏向素子と、
を有する光デバイスであって、
前記第１の光偏向素子は、
導電性の第１の基板と、
前記第１の基板の第１の主面上に形成され、光の吸収係数が前記第１の基板のそれよりも低い第１の光吸収抑制膜と、
前記第１の光吸収抑制膜上に形成され、電気光学効果を備えた第１の光導波路と、
前記第１の光導波路上に形成された複数個の第１の電極と、
前記第１の基板と前記第１の電極との間に電圧を印加する第１の電源と、
を有し、
前記第２の光偏向素子は、
導電性の第２の基板と、
前記第２の基板の第１の主面上に形成され、光の吸収係数が前記第２の基板のそれよりも低い第２の光吸収抑制膜と、
前記第２の光吸収抑制膜上に形成され、電気光学効果を備えた第２の光導波路と、
前記第２の光導波路上に形成された複数個の第３の電極と、
前記第１の基板と前記第３の電極との間に電圧を印加する第２の電源と、
を有することを特徴とする光デバイス。
【００７８】
（付記２０） 前記第１及び第２の基板の第２の主面には、少なくとも１個の凹部が形成されていることを特徴とする付記１７乃至１９のいずれか１項に記載の光デバイス。
【００７９】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、第２の電極や光吸収抑制膜の存在により、光の伝播損失を上昇させることなく、印加電圧を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光デバイス（光スイッチ）の構造を示すレイアウト図である。
【図２】図１中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。
【図３】図１中のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る光デバイスに用いられている光偏向素子の構造を示す図であって、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）中のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。
【図５】光偏向素子の反りを示す断面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る光デバイスに用いられている光偏向素子の構造を示す断面図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る光デバイスに用いられている光偏向素子の構造を示す断面図である。
【図８】本発明の第４の実施形態に係る光デバイスに用いられている光偏向素子の構造を示す断面図である。
【図９】波長が１５５０ｎｍの光に対するＮｂ−ＳＴＯ基板のＮｂ濃度と吸収係数との関係を示すグラフである。
【図１０】Ｎｂ−ＳＴＯ基板のＮｂ濃度と体積抵抗率との関係を示すグラフである。
【図１１】本発明の第５の実施形態に係る光デバイスに用いられている光偏向素子の構造を示す断面図である。
【図１２】従来の光偏向素子の構造を示す図であって、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。
【符号の説明】
１；Ｖ溝付基板
２、２０；光ファイバ
３、１６；導波部
４、１７；チャネル導波路
５、１８；二次元レンズ
６；共通基板
７、１２；光偏向素子
８、８ａ、８ｂ、１３；基板
９；ＰＬＺＴ膜
１０；電極
１１；スラブ導波路
２１；Ｃｒ層
２２；ＰＬＺＴ膜
２３；ＰＺＴ膜
２４；取出部
２５；抵抗
２６；アンダークラッド層
２７；コア層
２８；オーバークラッド層
２９ａ、２９ｂ；凹部
３０；低濃度ドープ膜
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光源等の外部から入力された光を電気光学効果によって偏向させる光偏向素子及びそれを用いた光デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気光学効果を用いた光変更素子では、光導波路を伝播する光に対し、電圧印加によって光導波路の屈折率を変化させて光の偏向が制御される。
【０００３】
図１１は、従来の光偏向素子の構造を示す図であって、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。従来の光偏向素子においては、Ｎｂが１質量％だけドープされたＳｒＴｉＯ３（以下、Ｎｂ−ＳＴＯともいう。）基板１０８上に、エピタキシャル成長により、ＰＬＺＴ（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）膜１２２、ＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）膜１２３及びＰＬＺＴ膜１０９が順次成膜されている。ＰＬＺＴ膜１２２、ＰＺＴ膜１２３及びＰＬＺＴ膜１０９の総膜厚は、９μｍ程度である。そして、ＰＬＺＴ膜１０９上に、平面形状が三角形のＰｔ電極１１０が光偏向素子毎に形成されている。また、基板１０８の側面には、取出部１２４が設けられている。
【０００４】
このように構成された光偏向素子では、ＰＺＴ膜１２３をコア層とし、ＰＬＺＴ膜１２２をアンダークラッド層とし、ＰＬＺＴ膜１０９をオーバークラッド層とする光導波路が構成されている。また、基板１０８は、半導電性を示す。このため、電極１１０と取出部１２４との間に電圧が印加されると、基板１０８及び電極１１０が夫々下部電極、上部電極として機能し、コア層であるＰＺＴ膜１２３の屈折率が変化する。この結果、外部から入射された光は屈折率の変化によって電極１１０の形状に応じて偏向する。
【０００５】
なお、下部電極として機能するＮｂ−ＳＴＯ基板１０８の体積抵抗率はドープ量が少ないほど高く、Ｎｂが１質量％程度ドープされた場合には、体積抵抗率は半導体と同程度の約１×１０−３Ω・ｃｍ〜約２×１０−３Ω・ｃｍとなる。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−４７２７１号公報
【特許文献２】
特開２０００−３０５１１７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電気伝導度は体積抵抗率の逆数であるため、Ｎｂのドープ量が少ないほど電気伝導度は低くなる。また、各電極１１０と取出部１２４との間の抵抗は、これらの間の距離に比例して大きくなる。このため、取出部１２４から最も離れた位置に設けられた電極１１０の直下で、十分な偏向を行うためには、比較的高い電圧を印加する必要がある。一方、基板１０８へのＮｂのドープ量を高くすれば、電気伝導度が上昇するが、この場合には、Ｎｂのドープ量の上昇に伴って、光導波路から基板１０８への光の染み出しが増加してしまう。この結果、光の伝播損失が増加してしまう。光の染み出しを抑制するには、アンダークラッド層を厚くすることが考えられるが、ＰＺＴ膜、ＰＬＺＴ膜はゾルゲル法等による薄膜（エピタキシャル成長）により作製しており、エピタキシャル成長によるアンダークラッド層の厚膜化は難しい。
【０００８】
また、従来の構造で１質量％程度のＮｂがドープされた基板１０８では、取出部１２４と電極１１０との間の距離に応じて、これらの間の抵抗１２５が大きく異なる。このため、光導波路に印加される電圧が、電極１１０の位置に応じて異なり、偏向の程度に差が生じる。
【０００９】
更に、ＰＺＴ膜１２３並びにＰＬＺＴ膜１０９及び１２２は、ゾルゲル法及び／又はスパッタ法によって０．２μｍ程度の原料膜を成膜した後に焼結によって原料膜を結晶化させることを繰り返して成膜している。しかし、原料膜の結晶化温度が高温のため、１辺の長さが１５ｍｍ程度の正方形状の基板１０８上に総膜厚が約９μｍの光導波路を形成した場合には、基板１０８が４μｍ程度も反ってしまう。反り量が大きくなると、例えば、光偏向素子を他の結像系と組み合わせる際に、アライメントが極めて困難になることがある。
【００１０】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、光の伝播の損失を抑制しながら、印加電圧を低減することができ、好ましくは印加電圧のばらつき及び反りも低減することができる光偏向素子及びそれを用いた光デバイスを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本願発明者は、上記課題を解決すべく、鋭意検討を重ねた結果、以下に示す発明の諸態様に想到した。
【００１２】
本発明に係る第１の光偏向素子は、導電性の基板と、前記基板の第１の主面上に形成され、電気光学効果を備えた光導波路と、前記光導波路上に形成された第１の電極と、を有している。更に、前記基板の第２の主面上には体積抵抗率が前記基板のそれよりも低い第２の電極が形成されている。そして、電源から前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧が印加される。
【００１３】
また、本発明に係る第２の光偏向素子は、導電性の基板と、前記基板の第１の主面上に形成され、光の吸収係数が前記基板のそれよりも低い光吸収抑制膜と、前記光吸収抑制膜上に形成され、電気光学効果を備えた光導波路と、前記光導波路上に形成された第１の電極と、を有している。そして、電源から前記基板と前記第１の電極との間に電圧が印加される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係る光偏向素子及び光デバイスついて添付の図面を参照して具体的に説明する。
【００１５】
（第１の実施形態）
先ず、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る光デバイス（光スイッチ）の構造を示すレイアウト図である。また、図２は、図１中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。
【００１６】
この光デバイスには、図１及び図２に示すように、その両端に断面形状が「Ｖ」の字型の溝が形成された２個のＶ溝付基板１が設けられ、その一方の端部では、各溝に光ファイバ２が取り付けられ、他方の端部では、各溝に光ファイバ２０が取り付けられている。２個のＶ溝付基板１は、光ファイバ２及び２０が互いに離間する方向に延びるようにして配置されている。Ｖ溝付基板１は、例えばシリコン又は石英製である。
【００１７】
一方のＶ溝付基板１の隣には、各光ファイバ２と対向するように形成されたチャネル導波路４を備えた導波部３が配置されている。図３は、図１中のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。チャネル導波路４は、図３に示すように、例えば共通基板６上に、石英からなるアンダークラッド層２６、不純物ドープにより屈折率が高めの石英からなるコア層２７及びアンダークラッド層２６と同じ材料からなるオーバークラッド層２８が順次成膜されて構成されている。共通基板６上には、各チャネル導波路４の端面と対向するようにして、例えば石英製の二次元レンズ５が配置されている。
【００１８】
共通基板６上には、更に、各二次元レンズ５と対向するように光導波路の位置が設定された光偏向素子７が配置されている。図４は、本発明の第１の実施形態に係る光デバイスに用いられている光偏向素子の構造を示す図であって、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）中のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。但し、図４（ｂ）の上下は、便宜上、図２とは反対になっている。
【００１９】
この光偏向素子７では、図４に示すように、例えばＮｂが１質量％ドープされたＮｂ−ＳＴＯからなる半導電性の基板８の下（第２の主面上）に、全面にわたってＣｒ層２１が形成されている。また、基板８上（第１の主面上）には、エピタキシャル成長により、ＰＬＺＴ膜２２、ＰＺＴ膜２３及びＰＬＺＴ膜９が順次成膜されている。ＰＬＺＴ膜２２、ＰＺＴ膜２３及びＰＬＺＴ膜９の膜厚は、例えば、夫々２μｍ程度、５μｍ程度、２μｍ程度である。そして、ＰＬＺＴ膜９上に、平面形状が三角形の複数個のＣｒ電極１０が各二次元レンズ５に対応するようにして形成されている。また、Ｃｒ層２１の側面には、取出部２４が設けられている。そして、電極１０と取出部２４との間に電源Ｖから電圧が印加される。
【００２０】
他方のＶ溝付基板１の隣には、図１及び図２に示すように、導波部１６及び光偏向素子１２が、夫々導波部３、光偏向素子７と点対称の関係で、共通基板６上に配置されている。導波部１６には、チャネル導波路１７及び二次元レンズ１８等が設けられており、導波部１６は、導波部３と同様の構造を備えている。また、光偏向素子１２は、図２に示すように、光偏向素子７と同様の構造を備えている。
【００２１】
なお、光偏向素子７及び１２は、本実施形態では、図２に示すように、基板８を上側、上部電極１０を下側にして実装されている。
【００２２】
そして、図１及び図２に示すように、光偏向素子７と光偏向素子１２との間にスラブ導波路１１が配置されている。
【００２３】
次に、上述のように構成された光デバイス（光スイッチ）の動作について説明する。
【００２４】
例えば、光ファイバ２に光が入射されると、この光はチャネル導波路４を介して二次元レンズ５に伝播される。そして、二次元レンズ５によってコリメート光に変換され、光偏向素子７に伝播される。
【００２５】
光偏向素子７では、コア層としてのＰＺＴ膜２３、アンダークラッド層としてのＰＬＺＴ膜２２、及びオーバークラッド層としてのＰＬＺＴ膜９から光導波路が構成されている。そして、電極１０と取出部２４との間に電圧が印加されると、基板８及びＣｒ層２１が下部電極として機能すると共に、電極１０が上部電極として機能し、コア層であるＰＺＴ膜２３の屈折率が変化する。この結果、二次元レンズ５から伝播されてきた光は屈折率の変化によって電極１０の形状に応じて偏向する。
【００２６】
その後、偏向した光は、スラブ導波路１１を介して、光偏向素子１２に伝播され、電極（上部電極）１０と取出部（図示せず）との間に印加された電圧に応じて偏向する。偏向した光（コリメート光）は二次元レンズ１８によって集光された後、チャネル導波路１７を介して、光ファイバ２０から出射される。
【００２７】
逆に、光ファイバ２０から光が入射されたときは、上記とは逆の経路を経て、光ファイバ２から光が出射される。
【００２８】
本実施形態においては、例えば、光偏向素子７での偏向に際し、下部電極として機能する部分が基板８だけでなく、Ｃｒ層２１も下部電極として機能する。Ｃｒ層２１の体積抵抗率は１．３２×１０−５Ω・ｃｍ程度であり、基板８のそれの１／１００程度である。このため、Ｃｒ層２１の体積抵抗率はほぼ無視することができ、図４（ｂ）に示すように、各電極１０と取出部２４との間の抵抗２５はほぼ一定となる。従って、従来のものと比較すると、各電極１０と取出部２４との間の抵抗２５が下がるため、これらの間に印加する電圧を低減することができる。このとき、Ｎｂのドープ量を増加させる必要はないため、光の伝播損失が増加することもない。
【００２９】
また、各電極１０の下に位置する光導波路に印加される電圧もほぼ一定となり、偏向のばらつきが抑制される。
【００３０】
更に、前述のように、従来の光偏向素子では、反り量が大きい。例えば、本実施形態に対して、Ｃｒ層２１が設けられていない場合には、図５（ａ）に示すような反りが生じる。これに対し、本実施形態においては、Ｃｒ層２１の弾性係数が基板８の弾性係数よりも高いため、図５（ｂ）に示すように、反りを抑制することができる。例えば、従来のもので４μｍ程度の反りが発生する場合、それにＣｒ層２１が設けられると、反りの量は２μｍ以下となる。このため、光偏向素子７を他の結像系（例えばＶ溝付基板１、導波部３及びスラブ導波路１１）と組み合わせる際に、他の結像系とのアライメントが容易になる。
【００３１】
これらの効果は、光偏向素子１２でも同様に得られる。
【００３２】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態では、光偏向素子の構造が第１の実施形態と異なっている。図６は、本発明の第２の実施形態に係る光デバイスに用いられている光偏向素子の構造を示す断面図である。図６は、第１の実施形態を示す図４（ｂ）に相当する。
【００３３】
本実施形態では、図６に示すように、第１の実施形態における基板８の代わりに、複数個の凹部２９ａが形成された基板８ａが光偏向素子７に設けられている。そして、凹部２９ａが形成された側の面（第２の主面）の上に、Ｃｒ層２１が全面にわたって形成され、反対側の面（第１の主面）の上に、ＰＬＺＴ膜２２、ＰＺＴ膜２３、ＰＬＺＴ膜９及び複数個の電極１０が形成されている。各凹部２９ａは、例えば各電極１０と整合する位置に形成されている。
【００３４】
基板８ａは、例えばＮｂが０．５質量％ドープされたＮｂ−ＳＴＯからなり、その体積抵抗率は、０．００５Ω・ｃｍである。また、基板８ａの厚さは最も厚い部分で０．５ｍｍであり、凹部２９ａの深さは０．３ｍｍである。
【００３５】
このように構成された本実施形態においては、電極１０とＣｒ層２１との距離が第１の実施形態のそれよりも小さくなる。このため、基板８ａへのＮｂのドープ量が第１の実施形態よりも少なくても、上部電極と下部電極との間の抵抗は、第１の実施形態のものと同程度に低い値となる。従って、第１の実施形態と同様に、従来のものと比較すると、電極１０と取出部２４との間の抵抗が下がるため、これらの間に印加する電圧を低減することができる。また、抵抗のばらつきが抑制され、偏向のばらつきが抑制される。
【００３６】
更に、本実施形態では、第１の実施形態よりも低いＮｂのドープ量で抵抗が低くなるため、Ｎｂのドープ量の低減により、光の伝播の損失が抑制されるという効果も得られる。
【００３７】
なお、凹部２９ａを形成する方法は特に限定されず、例えば、サンドブラストにより基板８ａの材料を加工することにより形成することができる。
【００３８】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。第３の実施形態では、光偏向素子の構造が第１の実施形態等と異なっている。図７は、本発明の第３の実施形態に係る光デバイスに用いられている光偏向素子の構造を示す断面図である。図７は、第１の実施形態を示す図４（ｂ）に相当する。
【００３９】
本実施形態では、図７に示すように、第１の実施形態における基板８の代わりに、凹部２９ｂが形成された基板８ｂが光偏向素子７に設けられている。そして、凹部２９ｂが形成された側の面の上に、Ｃｒ層２１が全面にわたって形成され、反対側の面の上に、ＰＬＺＴ膜２２、ＰＺＴ膜２３、ＰＬＺＴ膜９及び複数個の電極１０が形成されている。凹部２９ｂは、例えば全ての電極１０を取り囲む領域と整合するようにして形成されている。
【００４０】
また、第２の実施形態と同様に、基板８ｂは、例えばＮｂが０．５質量％ドープされたＮｂ−ＳＴＯからなり、その体積抵抗率は、０．００５Ω・ｃｍである。また、基板８ｂの厚さは最も厚い部分で０．５ｍｍであり、凹部２９ｂの深さは０．３ｍｍである。
【００４１】
このように構成された本実施形態においても、第２の実施形態と同様の効果が得られる。
【００４２】
第２の実施形態では、各電極１０と整合するようにして複数個の凹部２９ａが基板８ａに形成され、第３の実施形態では、全ての電極１０を取り囲む領域と整合するようにして形成されている。但し、基板に形成される凹部の大きさ及び形状はこれらに限定されず、例えば、複数個の電極を取り囲む領域と整合するようにして複数個の凹部が形成されていてもよい。
【００４３】
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。第４の実施形態では、光偏向素子の構造が第１の実施形態等と異なっている。図８は、本発明の第４の実施形態に係る光デバイスに用いられている光偏向素子の構造を示す断面図である。図８は、第１の実施形態を示す図４（ｂ）に相当する。
【００４４】
本実施形態では、図８に示すように、基板８とＰＬＺＴ膜２２との間に、低濃度ドープ膜（光吸収抑制膜）３０が、例えばエピタキシャル成長により形成されている。低濃度ドープ膜３０は、例えばＮｂが０．１質量％ドープされたＮｂ−ＳＴＯからなる。
【００４５】
また、基板８、低濃度ドープ膜３０、ＰＬＺＴ膜２２、ＰＺＴ膜２３及びＰＬＺＴ膜９の厚さは、例えば、夫々０．５ｍｍ程度、１μｍ程度、３．５μｍ程度、３μｍ程度、３．５μｍ程度である。
【００４６】
なお、Ｃｒ層２１は設けられておらず、取出部２４は、基板８の側面に設けられている。
【００４７】
このように構成された本実施形態においては、光導波路を構成するＰＬＺＴ膜２２、ＰＺＴ膜２３及びＰＬＺＴ膜９と基板８との間に、Ｎｂのドープ量が基板８のそれよりも低い低濃度ドープ膜３０が存在しているため、光導波路から基板８への光が染み出しても、低濃度ドープ膜３０での吸収が小さいため、染み出しによる損失は少なくて済む。図９は、波長が１５５０ｎｍの光に対するＮｂ−ＳＴＯ基板のＮｂ濃度と吸収係数との関係を示すグラフである。
【００４８】
逆に、光の染み出しが従来のものと同程度で許容される場合には、基板８へのＮｂのドープ量をより高いものとすることができる。従って、光の伝播損失を上昇させることなく、印加電圧を下げることが可能となる。図１０は、Ｎｂ−ＳＴＯ基板のＮｂ濃度と体積抵抗率との関係を示すグラフである。
【００４９】
なお、低濃度ドープ膜３０中のＮｂ濃度は、基板８のそれよりも低ければ特に限定されないが、０．５質量％以下であることが好ましい。これは、Ｎｂ濃度が０．５質量％を超えると、図９に示すように、吸収係数が低下するという効果を得にくくなるためである。
【００５０】
また、低濃度ドープ膜３０の厚さは特に限定されないが、１μｍ以下であることが好ましい。これは、低濃度ドープ膜３０の厚さが１μｍを超えると、上部電極と下部電極との間の抵抗が高くなりすぎて、印加電圧を低くしにくくなるためである。
【００５１】
（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。第５の実施形態は、第１の実施形態と第４の実施形態とを掛け合わせて構成されている。図１１は、本発明の第５の実施形態に係る光デバイスに用いられている光偏向素子の構造を示す断面図である。図１１は、第１の実施形態を示す図４（ｂ）に相当する。
【００５２】
本実施形態においては、第１の実施形態と同様に、Ｃｒ層２１が設けられると共に、第４の実施形態と同様に、低濃度ドープ膜３０が設けられている。
【００５３】
このような第５の実施形態によれば、より一層、印加電圧を低下させることができると共に、光の伝播損失を低減することができる。
【００５４】
なお、第４の実施形態及び第５の実施形態において、基板８の代わりに基板８ａ、８ｂのような凹部が形成された基板を用いてもよい。
【００５５】
また、Ｃｒ層２１は、基板の電極１０とは反対側の面に全面にわたって形成されている必要はない。例えば、平面視において、各電極１０と重なり合うように、電極１０と同数のＣｒ層２１が散在していてもよい。この場合、各Ｃｒ層は、それと重なる電極１０と完全に重なり合うか、又はそれよりも大きいことが好ましい。また、各Ｃｒ層は取出部２４に接続される等して同一の電位に設定可能になっている必要がある。
【００５６】
更に、電極１０の材料はＰｔに限定されるものではなく、例えばＣｒ電極等であってもよい。同様に、基板の電極１０とは反対側の面に形成される第２の電極の材料はＣｒ電極に限定されるものではなく、例えばＷ電極等であってもよい。
【００５７】
また、基板は、電流が流れるものであれば、半導電性である必要はなく、導電性であってもよいが、その上に光導波路及び低濃度ドープ膜（光吸収抑制膜）をエピタキシャル成長させる場合には、Ｎｂが導入されたＳＴＯからなる半導電性基板を用いることが好ましい。
【００５８】
以下、本発明の諸態様を付記としてまとめて記載する。
【００５９】
（付記１） 導電性の基板と、
前記基板の第１の主面上に形成され、電気光学効果を備えた光導波路と、
前記光導波路上に形成された第１の電極と、
前記基板の第２の主面上に形成され、体積抵抗率が前記基板のそれよりも低い第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧を印加する電源と、
を有することを特徴とする光偏向素子。
【００６０】
（付記２） 前記第２の電極の弾性係数は、前記基板のそれよりも高いことを特徴とする付記１に記載の光偏向素子。
【００６１】
（付記３） 平面視で、前記第２の電極の外縁内に、前記第１の電極が含まれていることを特徴とする付記１又は２に記載の光偏向素子。
【００６２】
（付記４） 前記第１の電極は、前記光導波路上に複数個形成されており、
平面視で、前記第２の電極の外縁内に、前記第１の電極の全てが含まれていることを特徴とする付記１又は２に記載の光偏向素子。
【００６３】
（付記５） 前記第２の電極は、前記基板の第２の主面上に複数個形成されており、
平面視で、複数個の前記第１の電極は、夫々複数個の前記第２の電極のいずれかの外縁内に含まれていることを特徴とする付記４に記載の光偏向素子。
【００６４】
（付記６） 前記基板と前記光導波路との間に形成され、光の吸収係数が前記基板のそれよりも低い光吸収抑制膜を有することを特徴とする付記１乃至５のいずれか１項に記載の光偏向素子。
【００６５】
（付記７） 導電性の基板と、
前記基板の第１の主面上に形成され、光の吸収係数が前記基板のそれよりも低い光吸収抑制膜と、
前記光吸収抑制膜上に形成され、電気光学効果を備えた光導波路と、
前記光導波路上に形成された第１の電極と、
前記基板と前記第１の電極との間に電圧を印加する電源と、
を有することを特徴とする光偏向素子。
【００６６】
（付記８） 前記基板は、絶縁体に不純物が導入されて構成されており、
前記光吸収抑制膜は、前記絶縁体に前記不純物が前記基板よりも低濃度で導入されて構成されていることを特徴とする付記６又は７に記載の光偏向素子。
【００６７】
（付記９） 前記光吸収抑制膜は、ＳｒＴｉＯ３にＮｂが導入されて構成されていることを特徴とする付記６乃至８のいずれか１項に記載の光偏向素子。
【００６８】
（付記１０） 前記光吸収抑制膜は、前記基板上にエピタキシャル成長により形成されていることを特徴とする付記６乃至９のいずれか１項に記載の光偏向素子。
【００６９】
（付記１１） 前記基板の第２の主面には、少なくとも１個の凹部が形成されていることを特徴とする付記１乃至１０のいずれか１項に記載の光偏向素子。
【００７０】
（付記１２） 前記第１の電極は、前記光導波路上に複数個形成されており、平面視で、１個の前記凹部の外縁内に、前記第１の電極の全てが含まれていることを特徴とする付記１１に記載の光偏向素子。
【００７１】
（付記１３） 前記第１の電極は、前記光導波路上に複数個形成されており、
前記凹部は、前記基板の第２の主面に複数個形成されており、
平面視で、複数個の前記第１の電極は、夫々複数個の前記凹部のいずれかの外縁内に含まれていることを特徴とする付記１１に記載の光偏向素子。
【００７２】
（付記１４） 前記第１の電極の平面形状は、三角形であることを特徴とする付記１乃至１３に記載の光偏向素子。
【００７３】
（付記１５） 前記基板は、半絶縁性基板であることを特徴とする付記１乃至１４のいずれか１項に記載の光偏向素子。
【００７４】
（付記１６） 前記基板は、ＳｒＴｉＯ３にＮｂが導入されて構成されていることを特徴とする付記１５に記載の光偏向素子。
【００７５】
（付記１７） コリメート光の伝播方向を切り替える第１の光偏向素子と、
前記第１の光偏向素子から出力されたコリメート光の伝播方向を切り替える第２の光偏向素子と、
を有する光デバイスであって、
前記第１の光偏向素子は、
導電性の第１の基板と、
前記第１の基板の第１の主面上に形成され、電気光学効果を備えた第１の光導波路と、
前記第１の光導波路上に形成された複数個の第１の電極と、
前記第１の基板の第２の主面上に形成され、体積抵抗率が前記基板のそれよりも低い第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧を印加する第１の電源と、
を有し、
前記第２の光偏向素子は、
導電性の第２の基板と、
前記第２の基板の第１の主面上に形成され、電気光学効果を備えた第２の光導波路と、
前記第２の光導波路上に形成された複数個の第３の電極と、
前記第２の基板の第２の主面上に形成され、体積抵抗率が前記基板のそれよりも低い第４の電極と、
前記第３の電極と前記第４の電極との間に電圧を印加する第２の電源と、
を有することを特徴とする光デバイス。
【００７６】
（付記１８） 前記第１の光偏向素子は、
前記第１の基板と前記第１の光導波路との間に形成され、光の吸収係数が前記第１の基板のそれよりも低い第１の光吸収抑制膜を有し、
前記第２の光偏向素子は、
前記第２の基板と前記第２の光導波路との間に形成され、光の吸収係数が前記第２の基板のそれよりも低い第２の光吸収抑制膜を有することを特徴とする付記１７に記載の光デバイス。
【００７７】
（付記１９） コリメート光の伝播方向を切り替える第１の光偏向素子と、
前記第１の光偏向素子から出力されたコリメート光の伝播方向を切り替える第２の光偏向素子と、
を有する光デバイスであって、
前記第１の光偏向素子は、
導電性の第１の基板と、
前記第１の基板の第１の主面上に形成され、光の吸収係数が前記第１の基板のそれよりも低い第１の光吸収抑制膜と、
前記第１の光吸収抑制膜上に形成され、電気光学効果を備えた第１の光導波路と、
前記第１の光導波路上に形成された複数個の第１の電極と、
前記第１の基板と前記第１の電極との間に電圧を印加する第１の電源と、
を有し、
前記第２の光偏向素子は、
導電性の第２の基板と、
前記第２の基板の第１の主面上に形成され、光の吸収係数が前記第２の基板のそれよりも低い第２の光吸収抑制膜と、
前記第２の光吸収抑制膜上に形成され、電気光学効果を備えた第２の光導波路と、
前記第２の光導波路上に形成された複数個の第３の電極と、
前記第１の基板と前記第３の電極との間に電圧を印加する第２の電源と、
を有することを特徴とする光デバイス。
【００７８】
（付記２０） 前記第１及び第２の基板の第２の主面には、少なくとも１個の凹部が形成されていることを特徴とする付記１７乃至１９のいずれか１項に記載の光デバイス。
【００７９】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、第２の電極や光吸収抑制膜の存在により、光の伝播損失を上昇させることなく、印加電圧を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光デバイス（光スイッチ）の構造を示すレイアウト図である。
【図２】図１中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。
【図３】図１中のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る光デバイスに用いられている光偏向素子の構造を示す図であって、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）中のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。
【図５】光偏向素子の反りを示す断面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る光デバイスに用いられている光偏向素子の構造を示す断面図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る光デバイスに用いられている光偏向素子の構造を示す断面図である。
【図８】本発明の第４の実施形態に係る光デバイスに用いられている光偏向素子の構造を示す断面図である。
【図９】波長が１５５０ｎｍの光に対するＮｂ−ＳＴＯ基板のＮｂ濃度と吸収係数との関係を示すグラフである。
【図１０】Ｎｂ−ＳＴＯ基板のＮｂ濃度と体積抵抗率との関係を示すグラフである。
【図１１】本発明の第５の実施形態に係る光デバイスに用いられている光偏向素子の構造を示す断面図である。
【図１２】従来の光偏向素子の構造を示す図であって、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。
【符号の説明】
１；Ｖ溝付基板
２、２０；光ファイバ
３、１６；導波部
４、１７；チャネル導波路
５、１８；二次元レンズ
６；共通基板
７、１２；光偏向素子
８、８ａ、８ｂ、１３；基板
９；ＰＬＺＴ膜
１０；電極
１１；スラブ導波路
２１；Ｃｒ層
２２；ＰＬＺＴ膜
２３；ＰＺＴ膜
２４；取出部
２５；抵抗
２６；アンダークラッド層
２７；コア層
２８；オーバークラッド層
２９ａ、２９ｂ；凹部
３０；低濃度ドープ膜
Claims (10)
- 導電性の基板と、
前記基板の第１の主面上に形成され、電気光学効果を備えた光導波路と、
前記光導波路上に形成された第１の電極と、
前記基板の第２の主面上に形成され、体積抵抗率が前記基板のそれよりも低い第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧を印加する電源と、
を有することを特徴とする光偏向素子。 - 前記基板と前記光導波路との間に形成され、光の吸収係数が前記基板のそれよりも低い光吸収抑制膜を有することを特徴とする請求項１に記載の光偏向素子。
- 導電性の基板と、
前記基板の第１の主面上に形成され、光の吸収係数が前記基板のそれよりも低い光吸収抑制膜と、
前記光吸収抑制膜上に形成され、電気光学効果を備えた光導波路と、
前記光導波路上に形成された第１の電極と、
前記基板と前記第１の電極との間に電圧を印加する電源と、
を有することを特徴とする光偏向素子。 - 前記基板は、絶縁体に不純物が導入されて構成されており、
前記光吸収抑制膜は、前記絶縁体に前記不純物が前記基板よりも低濃度で導入されて構成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の光偏向素子。 - 前記基板の第２の主面には、少なくとも１個の凹部が形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光偏向素子。
- 前記基板は、半絶縁性基板であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光偏向素子。
- コリメート光の伝播方向を切り替える第１の光偏向素子と、前記第１の光偏向素子から出力されたコリメート光の伝播方向を切り替える第２の光偏向素子と、
を有する光デバイスであって、
前記第１の光偏向素子は、
導電性の第１の基板と、
前記第１の基板の第１の主面上に形成され、電気光学効果を備えた第１の光導波路と、
前記第１の光導波路上に形成された複数個の第１の電極と、
前記第１の基板の第２の主面上に形成され、体積抵抗率が前記基板のそれよりも低い第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧を印加する第１の電源と、
を有し、
前記第２の光偏向素子は、
導電性の第２の基板と、
前記第２の基板の第１の主面上に形成され、電気光学効果を備えた第２の光導波路と、
前記第２の光導波路上に形成された複数個の第３の電極と、
前記第２の基板の第２の主面上に形成され、体積抵抗率が前記基板のそれよりも低い第４の電極と、
前記第３の電極と前記第４の電極との間に電圧を印加する第２の電源と、
を有することを特徴とする光デバイス。 - 前記第１の光偏向素子は、
前記第１の基板と前記第１の光導波路との間に形成され、光の吸収係数が前記第１の基板のそれよりも低い第１の光吸収抑制膜を有し、
前記第２の光偏向素子は、
前記第２の基板と前記第２の光導波路との間に形成され、光の吸収係数が前記第２の基板のそれよりも低い第２の光吸収抑制膜を有することを特徴とする請求項７に記載の光デバイス。 - コリメート光の伝播方向を切り替える第１の光偏向素子と、前記第１の光偏向素子から出力されたコリメート光の伝播方向を切り替える第２の光偏向素子と、
を有する光デバイスであって、
前記第１の光偏向素子は、
導電性の第１の基板と、
前記第１の基板の第１の主面上に形成され、光の吸収係数が前記第１の基板のそれよりも低い第１の光吸収抑制膜と、
前記第１の光吸収抑制膜上に形成され、電気光学効果を備えた第１の光導波路と、
前記第１の光導波路上に形成された複数個の第１の電極と、
前記第１の基板と前記第１の電極との間に電圧を印加する第１の電源と、
を有し、
前記第２の光偏向素子は、
導電性の第２の基板と、
前記第２の基板の第１の主面上に形成され、光の吸収係数が前記第２の基板のそれよりも低い第２の光吸収抑制膜と、
前記第２の光吸収抑制膜上に形成され、電気光学効果を備えた第２の光導波路と、
前記第２の光導波路上に形成された複数個の第３の電極と、
前記第１の基板と前記第３の電極との間に電圧を印加する第２の電源と、
を有することを特徴とする光デバイス。 - 前記第１及び第２の基板の第２の主面には、少なくとも１個の凹部が形成されていることを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載の光デバイス。
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