JP2605139B2 - 装荷型グレーテイング,集光グレーテイングカツプラ,導波路形光偏向器 - Google Patents

装荷型グレーテイング,集光グレーテイングカツプラ,導波路形光偏向器

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JP2605139B2
JP2605139B2 JP1127559A JP12755989A JP2605139B2 JP 2605139 B2 JP2605139 B2 JP 2605139B2 JP 1127559 A JP1127559 A JP 1127559A JP 12755989 A JP12755989 A JP 12755989A JP 2605139 B2 JP2605139 B2 JP 2605139B2
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康夫 日良
秀己 佐藤
和民 川本
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、装荷型グレーテイング、特に、薄膜型光ピ
ツクアツプなどの光集積回路を形成するのに用いられる
装荷型グレーテイングに関するものである。
〔従来の技術〕
従来の装荷型グレーテイングは、第5図に示すよう
に、例えば、LiNbO3結晶よりなる基板1の表面に、例え
ば、Tiを拡散して形成された光導波路2上に、例えば、
バツフア層3を介して形成した、例えば、SiO2からなる
装荷層4からなつており、装荷層4の外部は空気層(屈
折率=1.0)となつていた。
なお、関連する技術は、例えば、裏 升吾他、光集積
デイスクピツクアツプ用集光グレーテイング、電子通信
学会論文誌'85/10 Vol.J68−C No.10 803〜811p.に
開示されている。
〔発明が解決しようとする課題〕
装荷型グレーテイングの特性を決める1つの条件が装
荷層4とそれをとりまく層(クラツド層と称する)の屈
折率差であり、装荷型グレーテイングが正常に機能する
ためには両者の屈折率が高い精度で常に一定である必要
がある。しかしながらクラツド層が空気層である場合
は、湿度変化や大気中のほこり等により屈折率は一定で
ない。そればかりでなく、従来の装荷型グレーテイング
は第4図にEで示す如き電界分布をもち、空気層への光
のしみ出しが無視できないため、ほこりが付着した場合
は散乱などにより素子が充分機能しないことが問題であ
つた。また装荷層としてTiO2を用いる場合、水の吸収に
よる屈折率の変化を無視できないという問題があつた。
本発明の主なる目的は、装荷層とクラツド層とよりな
る層(以下グレーテイング層と称する)の屈折率が一定
で、外部の影響に関係なく、安定した特性を持つ装荷型
グレーテイングを得ることにある。
〔課題を解決するための手段〕
上述の課題を解決するためにとられた本発明の主なる
構成は、薄膜光導波路上に装荷層が形成される装荷型グ
レーテイングにおいて、前記薄膜光導波路が前記装荷層
の厚さより厚いクラツド層でおおわれ、該クラツド層の
屈折率ncが、 1<nc<n ……(1) ここで、 aは装荷層により形成されるグレーテイング格子の占
める体積が、装荷層を含むクラツド層の厚さを高さとし
薄膜光導波路を底面とする体積に占める体積比 nfは薄膜光導波路の屈折率 ngは装荷層の屈折率 であることを特徴とするものである。
〔作用〕
本発明の装荷型グレーテイングは、屈折率が(1)式
のnc未満の物質をクラツド層として装荷層よりも厚く形
成してあるので、クラツド層の屈折率は常に一定とな
る。
(1)式は、グレーテイング層の屈折率、すなわち装
荷層(屈折率ng)とクラツド層(屈折率nc)の平均屈折
率(ngc)が導波路の屈折率nfよりも小さくなるという
条件を満たす。導波路中の光線は通常上下の境界面でθ
gc<θ<90゜の全反射条件(θsc=sin-1(ngc/
nf),(θ=sin-1(ns/nf))を満たす角度θで全反
射をくり返しながらジグザグに伝搬していくが、もしグ
レーテイング層の屈折率ngcが導波路の屈折率nfよりも
大きくなるとグレーテイング層側へ光が漏れていく。そ
のためクラツド層の屈折率はncよりも小さい必要があ
る。
また、例えば、TiO2からなる装荷層はクラツド層の形
成により直接空気にふれないため水分の吸収による屈折
率変化を防ぐことができる。さらに、クラツド層を厚く
することにより、後述の如く、伝搬する光の電界は第3
図のEに示すようにクラツド層の外へはほとんどしみ出
さないためほこり等が付着しても散乱はおこらない。つ
まり適当な屈折率と厚さをもつクラツド層の形成によ
り、グレーテイング層の屈折率は常に一定となり、ま
た、外部の影響に関係なく安定した特性を有する装荷型
グレーテイングを得ることができる。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
第1図は本発明の第1の実施例である集光グレーテイ
ングカッフラ6の斜視図で、第2図は、その集光グレー
テイングの断面図であり、これらの図で、1,2,3,4は、
それぞれ、基板,光導波路,バツフア層,装荷層を示
し、5はクラツド層を示している。基板1にはLiNbO3
晶を用い、光導波路2は基板1上にスパツタリングによ
り24nm堆積したTiを熱拡散することにより作製する。Ti
のスパツタリングは高周波パワー300W,アルゴンガス圧
0.35Pa,スパツタ速度0.4nm/secの条件で行つた。熱拡散
は、電気炉を用いて、1000℃に加熱しアルゴンガス雰囲
気中で2時間、続いて酸素ガスを0.5時間流して行つ
た。ここで光導波路2の表面屈折率はnf=2.22となり等
価屈折率N=2.209のTE単一モード導波路であつた。光
導波路2上に形成するバツフア層3はコーニング社製#
7059ガラスをスパツタリングにより0.01μm形成した。
スパツタ条件は高周波パワー100W,アルゴンガス圧0.35P
a,スパツタ速度0.2nm/secである。バツフア層3上に形
成する装荷層4は厚さ0.1μmのTiO2をスパツタリング
で作製した。スパツタ条件は、TiO2ターゲツトを用いて
スパツタガスとしてアルゴンと酸素を用い、O2/Ar分圧
比0.7,スパツタガス圧力0.42Pa,高周波パワー500W,スパ
ツタ速度0.1nm/secである。次に装荷層4及びバツフア
層3を所定のグレーテイング形状に加工するために、電
子線レジストであるクロルメチル化ポリスチレン(CMS
−EXR;東洋ソーダ製)を回転塗布し、電子ビームにより
所定のパターンを露光,現像してレジスト製のマスクを
装荷層4の上に作製した。その後CF4ガスを用いた反応
性イオンエツチングにより装荷層4及びバツフア層3に
レジストパターンを微細加工した。レジストを除去し最
後にクラツド層5としてスパツタリングによりSiO2を1
μm成膜した。スパツタ条件はアルコンガス圧力0.35P
a,高周波パワー500W,スパツタ速度40nm/secである。
このとき集光グレーテイングカッフラと外部の空気層
との境界での電界振幅は導波路内における電界振幅の最
大値を1とするとほとんどゼロとなつた。
このようにして製作された集光グレーテイングカツプ
ラでの、入射光に対する出射光のパワーの比を測定した
ところ60%であつた。
なお、グレーテイングの形成については前述の第1実
施例と同様におこないクラツド層を形成しなかつた第5
図の場合は空気層での電界振幅は導波路内での最大値1
に対し0.15程度であつた。また集光グレーテイングカツ
プラにおける入射光に対する出射光のパワーの比は40%
と第1実施例に比べ低い値であつた。
第6図は本発明の第2実施例で、光学素子として形成
した導波路形光偏向器11を示したものである。この図
で、1,2,3,4,5,6はそれぞれ、基板,光導波路,バツフ
ア層,装荷層,クラツド層を示し、6は集光グレーテイ
ングカツプラ、7は入力グレーテイングカツプラ、8は
入射光、9は出射光(回折光)、10はトランスデユーサ
を示している。
この実施例も第1実施例の場合と同様に、基板1とし
てLiNbO3結晶を用い、Tiの熱拡散によつて光導波路2を
形成し、スパツタリング法によりガラス製のバツフア層
3及びTiO2製の装荷層4を形成した。つぎに、これらの
装荷層4およびバツフア層3を加工し、入力グレーテイ
ングカツプラ7,集光グレーテイングカツプラ6とするた
めに、レジスト塗布,露光,現像,イオンエツチングを
第1実施例の場合と同様の方法で行つたのちSiO2よりな
るクラツド層5を1μm形成した。ここで入力グレーテ
イングカツプラ7は入射光8を光導波路2へ導波させる
ものであり、格子間隔3μm、格子寸法3×3mmであ
る。一方、集光グレーテイングカツプラ6は光導波路2
を伝搬する導波光を外部へ放射させ、かつ一点に集光さ
せる機能を有するものであり、中心部分の格子間隔3μ
mの不等間隔曲線群で構成され、開口2×2mm,焦点距離
50mmである。次に光導波路2表面に表面弾性波(SAW:Su
rface Acoustic Wave)を励振するトランスデユーサ(I
DT:Inter Digital Transducer)10を形成する。形成方
法は、リフトオフ法を用いてAl製パターンを真空蒸着法
により形成した。トランスデユーサ10の仕様は中心波長
14μm,中心周波数250MHz、対数2である。
このようにして構成された導波路形光偏向器11の特性
を確認するため、He−Neレーザ光を入力グレーテイング
カツプラ7に入射させ集光グレーテイングカツプラ6で
出射させた結果、集光スポツト径は回折限界値14μmに
対して20μm、全効率40%と良好な結果を得た。また、
高周波電力をトランスデユーサ10に供給し、発生したSA
Wによる光偏向実験を行つた結果、導波光はSAWによりブ
ラツグ回折し、所定の偏向角である±10mradにて出射光
(回折光)9が得られた。この場合、偏向効率は80%で
あり、スポツト径についても顕著な劣化がないことを確
認した。
〔発明の効果〕
本発明によれば、屈折率が常に一定であり、ほこりや
水のような外部の影響をうけないためグレーテイングの
特性が全く変化しないという効果がある装荷型グレーテ
イングを提供可能とするもので、産業上の効果の大なる
ものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の装荷型グレーテイングの一実施例の集
光グレーテイングカツプラの斜視図、第2図は第1図の
断面図、第3図は第1図の集光グレーテイングカツプラ
の中を伝搬する光の電界分布の説明図、第4図は同じく
他の実施例の導波路形光偏向器の斜視図、第5図は従来
の集光グレーテイングカツプラの斜視図、第6図は第5
図の集光グレーテイングカツプラの中を伝搬する光の電
界分布の説明図である。 1……基板、2……光導波層、3……バツフア層、4…
…装荷層、5……クラツド層、6……集光グレーテイン
グカツプラ、7……入力グレーテイングカツプラ、8…
…入射光、9……出射光、10……トランスデユーサ、11
……導波路形光偏向器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川本 和民 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 伊藤 顕知 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株式会社日立製作所生産技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭63−192004(JP,A) 特開 昭63−279204(JP,A) 特開 昭62−264454(JP,A) 特開 平1−107212(JP,A)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】薄膜光導波路上に装荷層が形成される装荷
    型グレーテイングにおいて、前記薄膜光導波路が前記装
    荷層の厚さより厚いクラッド層でおおわれ、該クラツド
    層の屈折率ncが、 1<nc<n ここで、 aは装荷層により形成されるグレーテイング格子の占め
    る体積が、装荷層を含むむクラッド層の厚さを高さとし
    薄膜光導波路を底面とする体積に占める体積比 nfは薄膜光導波路の屈折率 ngは装荷層の屈折率 であることを特徴とする装荷型グレーテイング。
  2. 【請求項2】前記薄膜光導波路はTiを拡散したLiNbO3
    りなり、この薄膜光導波路上にガラスよりなるバツフア
    層を介してTiO2よりなる装荷層が形成され、前記クラッ
    ド層はSiO2よりなりかつそのクラツド層が前記装荷層の
    厚さより厚く被着してなることを特徴とする請求項1記
    載の装荷型グレーテイング。
  3. 【請求項3】請求項1又は2の装荷型グレーテイングよ
    りなることを特徴とする集光グレーテイングカツプラ。
  4. 【請求項4】請求項1又は2の装荷型グレーテイングが
    入力グレーテイングカツプラ及び集光グレーテイングカ
    ツプラとして光導波路の両端部に設けられていることを
    特徴とする導波路形光偏向器。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS63192004A (ja) * 1987-02-05 1988-08-09 Hitachi Ltd 導波路形光学素子およびその製造方法
JPS63279204A (ja) * 1987-05-11 1988-11-16 Seiko Epson Corp 光ピックアップ

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