JP2720654B2 - 光制御デバイス - Google Patents
光制御デバイスInfo
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- JP2720654B2 JP2720654B2 JP3253278A JP25327891A JP2720654B2 JP 2720654 B2 JP2720654 B2 JP 2720654B2 JP 3253278 A JP3253278 A JP 3253278A JP 25327891 A JP25327891 A JP 25327891A JP 2720654 B2 JP2720654 B2 JP 2720654B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光派の変調、光切り替え
などを行う光制御デバイスに関し、特に基板中に設けた
光導波路を用いて制御を行う導波形の光制御デバイスに
関する。
などを行う光制御デバイスに関し、特に基板中に設けた
光導波路を用いて制御を行う導波形の光制御デバイスに
関する。
【０００２】
【従来の技術】光通信システムの実用化が進むにつれ、
さらに大容量や多機能を持つ高度のシステムが求められ
ており、より高度の光信号の発生や光伝送路を切り替
え、交換などの新たな機能の付加が必要とされている。
現在の実用システムでは光信号は直接半導体レーザや発
光ダイオードの注入電流を変調することによって得られ
ているが、直接変調では直接変調では緩和振動などの効
果のため、１０ＧＨｚ前後以上の高速変調が難しいこ
と、波長変動が発生するためコヒーレント光伝送方式に
は適用が難しいことなどの欠点がある。これを解決する
手段としては、外部変調器を使用する方法があり、特に
基板中に形成した光大電流により構成した導波形の光変
調器は、小型、高効率、高速という特徴がある。
さらに大容量や多機能を持つ高度のシステムが求められ
ており、より高度の光信号の発生や光伝送路を切り替
え、交換などの新たな機能の付加が必要とされている。
現在の実用システムでは光信号は直接半導体レーザや発
光ダイオードの注入電流を変調することによって得られ
ているが、直接変調では直接変調では緩和振動などの効
果のため、１０ＧＨｚ前後以上の高速変調が難しいこ
と、波長変動が発生するためコヒーレント光伝送方式に
は適用が難しいことなどの欠点がある。これを解決する
手段としては、外部変調器を使用する方法があり、特に
基板中に形成した光大電流により構成した導波形の光変
調器は、小型、高効率、高速という特徴がある。
【０００３】一方、光伝送路の切り替えやネットワーク
の交換機能を得る手段としては光スイッチが使用され
る。現在実用されている光スイッチは、プリズム、ミラ
ー、ファイバーなどを機械的に移動させるものであり、
低速であること、信頼性が不十分であること、形状が大
きくマトリクス化に不適であること等の欠点がある。こ
れを解決する手段として開発が進められているものはや
はり光導波路を用いた導波形の光スイッチであり、高
速、多素子の集積化が可能、高信頼等の特長がある。特
にニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3 ）結晶等の強誘電体
材料を用いたものは、光吸収が小さく低損失であるこ
と、大きな電気光学効果を有しているため高効率である
こと等の特長があり、従来からも方向性結合器型光変調
器・スイッチ、全反射型光スイッチ、マッハツエンダ型
光変調器等の種々の方式の光制御素子が報告されてい
る。このような導波形の光制御素子を実際の光通信シス
テムに適用する場合、低損失、高速性等の基本的性能と
同時に特に、動作特性の再現性、すなわちデバイスの高
歩留り化が実用上不可欠である。
の交換機能を得る手段としては光スイッチが使用され
る。現在実用されている光スイッチは、プリズム、ミラ
ー、ファイバーなどを機械的に移動させるものであり、
低速であること、信頼性が不十分であること、形状が大
きくマトリクス化に不適であること等の欠点がある。こ
れを解決する手段として開発が進められているものはや
はり光導波路を用いた導波形の光スイッチであり、高
速、多素子の集積化が可能、高信頼等の特長がある。特
にニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3 ）結晶等の強誘電体
材料を用いたものは、光吸収が小さく低損失であるこ
と、大きな電気光学効果を有しているため高効率である
こと等の特長があり、従来からも方向性結合器型光変調
器・スイッチ、全反射型光スイッチ、マッハツエンダ型
光変調器等の種々の方式の光制御素子が報告されてい
る。このような導波形の光制御素子を実際の光通信シス
テムに適用する場合、低損失、高速性等の基本的性能と
同時に特に、動作特性の再現性、すなわちデバイスの高
歩留り化が実用上不可欠である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の導波形
の光制御デバイスでは、動作特性の再現性に関しては十
分な特性は得られていない。図３に従来の光制御デバイ
スの一例として方向性結合型光スイッチの平面図（ａ）
及び断面図（ｂ）を示す。図３（ａ）において、Ｚ軸に
垂直に切り出したニオブ酸リチウム結晶基板１の上にチ
タンを拡散して屈折率を基板よりも大きくして形成した
帯状の光導波路２及び３が形成されており、光導波路２
及び３は基板の中央部で互いに数μｍ程度まで近接し、
方向性結合器４を形成している。また、方向性結合器４
を構成する光導波路上には制御電極による光吸収を防ぐ
ためのバッファ層６を介して制御電極５が形成されてい
る。図３（ｂ）は方向性結合器４の部分の光導波路２，
３に垂直な断面図を示している。
の光制御デバイスでは、動作特性の再現性に関しては十
分な特性は得られていない。図３に従来の光制御デバイ
スの一例として方向性結合型光スイッチの平面図（ａ）
及び断面図（ｂ）を示す。図３（ａ）において、Ｚ軸に
垂直に切り出したニオブ酸リチウム結晶基板１の上にチ
タンを拡散して屈折率を基板よりも大きくして形成した
帯状の光導波路２及び３が形成されており、光導波路２
及び３は基板の中央部で互いに数μｍ程度まで近接し、
方向性結合器４を形成している。また、方向性結合器４
を構成する光導波路上には制御電極による光吸収を防ぐ
ためのバッファ層６を介して制御電極５が形成されてい
る。図３（ｂ）は方向性結合器４の部分の光導波路２，
３に垂直な断面図を示している。
【０００５】図３において、光導波路２に入射した入射
光７は方向性結合器４の部分を伝搬するにしたがって近
接した光導波路３へ徐々に光りエネルギーが移り、方向
性結合器４を通過後は光導波路３にほぼ１００％エネル
ギーが移って出射光８となる。一方、制御電極５に電圧
を印加した場合、電気光学効果により制御電極下の光導
波路の屈折率が変化し、光導波路２と３を伝搬する導波
モードの間に位相速度の不整合が生じ、両者の間の接合
状態は変化する。
光７は方向性結合器４の部分を伝搬するにしたがって近
接した光導波路３へ徐々に光りエネルギーが移り、方向
性結合器４を通過後は光導波路３にほぼ１００％エネル
ギーが移って出射光８となる。一方、制御電極５に電圧
を印加した場合、電気光学効果により制御電極下の光導
波路の屈折率が変化し、光導波路２と３を伝搬する導波
モードの間に位相速度の不整合が生じ、両者の間の接合
状態は変化する。
【０００６】制御電極５は、制御電極用膜成膜後マスク
を用いたリソグラフィ法などにより制御電極以外の制御
電極用膜をエッチングして形成する。バッファ層膜及び
制御電極用膜成膜時には各堆積膜と下地の物質の熱膨張
係数の違い及びポアソン比等の弾性定数の違いなどによ
り基板に対して歪が発生することが知られている。この
状態では、一般に成膜時に有していた歪量は均一に誘電
体結晶基板全体に分布するため、光導波路及び誘電体結
晶基板の屈折率の絶対値は変化しても、光導波路の誘電
体結晶に対する屈折率差は成膜前後において変化しな
い。従って、光導波路特性は光導波路を誘電体結晶基板
に形成したときの特性を保持しており、方向性結合器の
結合状態になんら変化を与えない。しかし、その後制御
電極用膜をエッチングすることで形成された制御電極部
は弾性的に不連続であるため、制御電極形成時に変動す
る歪が制御電極近傍に不均一に集中し局在する。この歪
により強誘電体結晶基板ではピエゾ効果及び光弾性効果
などにより屈折率の変動をもたらす。従って、この屈折
率変動が制御電極近傍に形成されている光導波路近傍に
も影響を与え、光導波路特性を変化させていまう。その
結果、方向性結合器の結合状態は変化するため、設計通
りの光導波結合状態が再現性良く得られないという問題
を有している。なお、この結合状態の変化量はバッファ
層膜及び制御電極用膜成膜のバッチ毎に変化に差があ
る。
を用いたリソグラフィ法などにより制御電極以外の制御
電極用膜をエッチングして形成する。バッファ層膜及び
制御電極用膜成膜時には各堆積膜と下地の物質の熱膨張
係数の違い及びポアソン比等の弾性定数の違いなどによ
り基板に対して歪が発生することが知られている。この
状態では、一般に成膜時に有していた歪量は均一に誘電
体結晶基板全体に分布するため、光導波路及び誘電体結
晶基板の屈折率の絶対値は変化しても、光導波路の誘電
体結晶に対する屈折率差は成膜前後において変化しな
い。従って、光導波路特性は光導波路を誘電体結晶基板
に形成したときの特性を保持しており、方向性結合器の
結合状態になんら変化を与えない。しかし、その後制御
電極用膜をエッチングすることで形成された制御電極部
は弾性的に不連続であるため、制御電極形成時に変動す
る歪が制御電極近傍に不均一に集中し局在する。この歪
により強誘電体結晶基板ではピエゾ効果及び光弾性効果
などにより屈折率の変動をもたらす。従って、この屈折
率変動が制御電極近傍に形成されている光導波路近傍に
も影響を与え、光導波路特性を変化させていまう。その
結果、方向性結合器の結合状態は変化するため、設計通
りの光導波結合状態が再現性良く得られないという問題
を有している。なお、この結合状態の変化量はバッファ
層膜及び制御電極用膜成膜のバッチ毎に変化に差があ
る。
【０００７】本発明の目的は上述の従来の光制御デバイ
スの欠点を除き、設計通りの特性を高歩留りで、常に安
定して得られる光制御デバイスを提供することにある。
スの欠点を除き、設計通りの特性を高歩留りで、常に安
定して得られる光制御デバイスを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】第１の発明は、電気光学
効果を有する誘電体結晶基板に形成された光導波路と前
記誘電体結晶基板表面に堆積されたバッファ層と該バッ
ファ層の上の前記光導波路の近傍に設けられた制御電極
とを含んで構成される光制御デバイスにおいて、前記誘
電体結晶基板に対する応力が前記バッファ層と等しくな
るような第１の層を前記誘電体結晶基板裏面に堆積させ
たことを特徴とする。
効果を有する誘電体結晶基板に形成された光導波路と前
記誘電体結晶基板表面に堆積されたバッファ層と該バッ
ファ層の上の前記光導波路の近傍に設けられた制御電極
とを含んで構成される光制御デバイスにおいて、前記誘
電体結晶基板に対する応力が前記バッファ層と等しくな
るような第１の層を前記誘電体結晶基板裏面に堆積させ
たことを特徴とする。
【０００９】
【作用】第１の発明の光制御デバイスは、誘電体結晶基
板の裏面に第１の層が形成されている。この第１の層の
膜厚を適当に選ぶことにより、バッファ層と誘電体結晶
基板との熱膨張係数や光弾性定数の違いにより生じる界
面での応力を相殺することができる。
板の裏面に第１の層が形成されている。この第１の層の
膜厚を適当に選ぶことにより、バッファ層と誘電体結晶
基板との熱膨張係数や光弾性定数の違いにより生じる界
面での応力を相殺することができる。
【００１０】第２の発明の制御デバイスでは、第１の発
明の制御デバイスにおける第１の層の上に制御電極と同
一の形状を有する第２の層が形成されている。この第２
の層により、制御電極を形成した際に生じる電極近傍に
局在した不均一な応力を相殺することができる。
明の制御デバイスにおける第１の層の上に制御電極と同
一の形状を有する第２の層が形成されている。この第２
の層により、制御電極を形成した際に生じる電極近傍に
局在した不均一な応力を相殺することができる。
【００１１】これらの結果、光導波路近傍の誘電体結晶
の歪による屈折率変化が抑圧される。従って、光導波路
特性は光導波路を誘電体結晶基板に形成したときの特性
を保持しており、方向性結合器の結合状態になんら変化
を与えない。
の歪による屈折率変化が抑圧される。従って、光導波路
特性は光導波路を誘電体結晶基板に形成したときの特性
を保持しており、方向性結合器の結合状態になんら変化
を与えない。
【００１２】以上のことにより、本発明の光制御デバイ
スは、従来に比べて設計通りの特性を歩留り良く、常に
安定して得られる。
スは、従来に比べて設計通りの特性を歩留り良く、常に
安定して得られる。
【００１３】
【実施例】図１は、第１の発明による光制御デバイスの
一実施例である方向性結合器型光スイッチの平面図
（ａ）及び断面図（ｂ）を示す。図３の例と同様にＺ板
ニオブ酸リチウム結晶基板１の上にチタンを９００〜１
１００℃程度で数時間熱拡散して形成された３〜１０μ
ｍ程度の光導波路２及び３が形成されており、基板の中
央部で両光導波路は互いに数μｍまで近接して方向性結
合器４を構成している。その上にバッファ層６を介して
制御電極５が形成されている。但し、この時、図３と異
なる点は、Ｚ板ニオブ酸リチウム結晶基板１の裏面に、
バッファ層６と同じ材質、膜厚を有する第１の層１０が
形成されていることである。
一実施例である方向性結合器型光スイッチの平面図
（ａ）及び断面図（ｂ）を示す。図３の例と同様にＺ板
ニオブ酸リチウム結晶基板１の上にチタンを９００〜１
１００℃程度で数時間熱拡散して形成された３〜１０μ
ｍ程度の光導波路２及び３が形成されており、基板の中
央部で両光導波路は互いに数μｍまで近接して方向性結
合器４を構成している。その上にバッファ層６を介して
制御電極５が形成されている。但し、この時、図３と異
なる点は、Ｚ板ニオブ酸リチウム結晶基板１の裏面に、
バッファ層６と同じ材質、膜厚を有する第１の層１０が
形成されていることである。
【００１４】バッファ層６としてはニオブ酸リチウム結
晶基板１より屈折率が小さく、かつ、光の吸収が少ない
ことが望まれ、ＳｉＯ2 ，ＳｉＯＮ，ＭｇＦ2 ，Ｓｉ3
Ｎ4 ，Ａｌ2 Ｏ3 などを用いる。また、作製方法はスパ
ッタ法、ＣＶＤ法、蒸着法、スピンコーティング法等が
ある。
晶基板１より屈折率が小さく、かつ、光の吸収が少ない
ことが望まれ、ＳｉＯ2 ，ＳｉＯＮ，ＭｇＦ2 ，Ｓｉ3
Ｎ4 ，Ａｌ2 Ｏ3 などを用いる。また、作製方法はスパ
ッタ法、ＣＶＤ法、蒸着法、スピンコーティング法等が
ある。
【００１５】なお、バッファ層６と第１の層１０は、層
厚等を調整して誘電体結晶基板１に対する応力が等しく
なるようにすれば同一の材質を用いる必要はない。
厚等を調整して誘電体結晶基板１に対する応力が等しく
なるようにすれば同一の材質を用いる必要はない。
【００１６】図２は第２の発明による光制御デバイスの
一実施例である方向性結合器光スイッチの断面図を示
す。図１の例と同様にＺ板ニオブ酸リチウム結晶基板１
の上にチタンを９００〜１１００℃程度で数時間熱拡散
して形成された３〜１０μｍ程度の光導波路２及び３が
形成されており、基板の中央部で両光導波路は互いに数
μｍまで近接して方向性結合器４を構成している。表面
はバッファ層６を介して制御電極５が形成され、裏面は
１の層１０が形成されている。ここで図１と異なる点
は、第１の層１０の上に、制御電極５と同じ材質、膜厚
を有し、同一の形状をもった第２の層１１が形成されて
いることである。
一実施例である方向性結合器光スイッチの断面図を示
す。図１の例と同様にＺ板ニオブ酸リチウム結晶基板１
の上にチタンを９００〜１１００℃程度で数時間熱拡散
して形成された３〜１０μｍ程度の光導波路２及び３が
形成されており、基板の中央部で両光導波路は互いに数
μｍまで近接して方向性結合器４を構成している。表面
はバッファ層６を介して制御電極５が形成され、裏面は
１の層１０が形成されている。ここで図１と異なる点
は、第１の層１０の上に、制御電極５と同じ材質、膜厚
を有し、同一の形状をもった第２の層１１が形成されて
いることである。
【００１７】制御電極５としてはＡｕ，Ａｌ，Ｐｔ，Ｔ
ｉ，Ａｇ等の金属やＩＴＯ，ＺｎＯ等の透明電極を用
い、限定されない。なお、電極を形成する方法として
は、リソグラフィー法を用いてマスクパターンを形成し
た後、イオンビームエッチング法、リアクティブイオン
エッチング法、リアクティブイオンビームエッチング法
等のドライエッチング法、またはエッチング液を用いた
ケミカルなウェットエッチング法を用いてエッチングす
る方法の他、収束イオンビームエッチング法等を用いて
直接形成する方法がある。
ｉ，Ａｇ等の金属やＩＴＯ，ＺｎＯ等の透明電極を用
い、限定されない。なお、電極を形成する方法として
は、リソグラフィー法を用いてマスクパターンを形成し
た後、イオンビームエッチング法、リアクティブイオン
エッチング法、リアクティブイオンビームエッチング法
等のドライエッチング法、またはエッチング液を用いた
ケミカルなウェットエッチング法を用いてエッチングす
る方法の他、収束イオンビームエッチング法等を用いて
直接形成する方法がある。
【００１８】
【発明の効果】本発明の光制御デバイスを適用すること
により、従来の光制御デバイスに比べ、設計通りの特性
を歩留り良く、常に安定して得ることができる。
により、従来の光制御デバイスに比べ、設計通りの特性
を歩留り良く、常に安定して得ることができる。
【図１】（ａ）第１の発明による光制御デバイスの一例
を示す平面図。 （ｂ）第１の発明による光制御デバイスの一例を示す断
面図。
を示す平面図。 （ｂ）第１の発明による光制御デバイスの一例を示す断
面図。
【図２】（ａ）第２の発明による光制御デバイスの一例
を示す平面図。 （ｂ）第２の発明による光制御デバイスの一例を示す断
面図。
を示す平面図。 （ｂ）第２の発明による光制御デバイスの一例を示す断
面図。
【図３】（ａ）従来の光制御デバイスの一例を示す平面
図。 （ｂ）従来の光制御デバイスの一例を示す断面図。
図。 （ｂ）従来の光制御デバイスの一例を示す断面図。
１ ニオブ酸リチウム結晶基板 ２，３ 光導波路 ４ 方向性結合器 ５ 制御電極 ６ バッファ層 ７ 入射光 ８，９ 出射光 １０ 第１の層 １１ 第２の層
Claims (2)
- 【請求項１】 電気光学効果を有する誘電体結晶基板に
形成された光導波路と、前記誘電体結晶基板表面に堆積
されたバッファ層と、前記バッファ層の上の前記光導波
路の近傍に設けられた制御電極とを含んで構成される光
制御デバイスにおいて、前記バッファ層と異なる材質
で、且つ、前記誘電体結晶基板に対する応力が前記バッ
ファ層と等しくなる第１の層を前記誘電体結晶基板の裏
面に設けたことを特徴とする光制御デバイス。 - 【請求項２】 電気光学効果を有する誘電体結晶基板に
形成された光導波路と、前記誘電体結晶基板表面に堆積
されたバッファ層と、前記バッファ層の上の前記光導波
路の近傍に設けられた制御電極とを含んで構成される光
制御デバイスにおいて、前記誘電体結晶基板に対する応
力が前記バッファ層と等しくなる第１の層を前記誘電体
結晶基板の裏面に設け、前記第１の層の上に、前記制御
電極と同一の形状を有する第２の層を設けたことを特徴
とする光制御デバイス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3253278A JP2720654B2 (ja) | 1991-10-01 | 1991-10-01 | 光制御デバイス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3253278A JP2720654B2 (ja) | 1991-10-01 | 1991-10-01 | 光制御デバイス |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0593925A JPH0593925A (ja) | 1993-04-16 |
| JP2720654B2 true JP2720654B2 (ja) | 1998-03-04 |
Family
ID=17249062
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3253278A Expired - Fee Related JP2720654B2 (ja) | 1991-10-01 | 1991-10-01 | 光制御デバイス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2720654B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4544541B2 (ja) * | 2007-11-01 | 2010-09-15 | 住友大阪セメント株式会社 | 光変調器 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2900569B2 (ja) * | 1990-09-14 | 1999-06-02 | 日本電気株式会社 | 光導波路デバイス |
-
1991
- 1991-10-01 JP JP3253278A patent/JP2720654B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0593925A (ja) | 1993-04-16 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19971021 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
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| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
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