JP2783491B2 - Laminated light polarization control device for near infrared to visible light region - Google Patents

Laminated light polarization control device for near infrared to visible light region

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JP2783491B2 JP5055900A JP5590093A JP2783491B2 JP 2783491 B2 JP2783491 B2 JP 2783491B2 JP 5055900 A JP5055900 A JP 5055900A JP 5590093 A JP5590093 A JP 5590093A JP 2783491 B2 JP2783491 B2 JP 2783491B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、近赤外乃至可視光領域
用光偏光制御素子に関するものである。光偏光制御素子
は、光アイソレータ、光スイッチなどのような光デバイ
ス、および各種光センサーに有用なものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light polarization control device for a near infrared to visible light region. Optical polarization control elements are useful for optical devices such as optical isolators and optical switches, and various optical sensors.

【0002】[0002]

【従来の技術】光偏光制御素子は、最も基本的な光受動
素子のひとつであり、多くの光デバイスおよび光センサ
ーを構成する上で必要不可欠な要素である。近年、光偏
光制御素子に対し、小型化、高性能化および高生産性化
が要求されており、この要求にこたえるものとして、誘
電体と金属又は半導体を交互に積層させて得られる多層
積層構造を有する光偏光制御素子が提案されている(例
えばS.Kawakami,Appl.Opt.,Vo
l.22,2426(1983))。
2. Description of the Related Art An optical polarization control element is one of the most basic optical passive elements, and is an indispensable element in configuring many optical devices and optical sensors. In recent years, there has been a demand for miniaturization, high performance, and high productivity of an optical polarization control element. To meet this demand, a multilayer laminate structure obtained by alternately laminating a dielectric and a metal or a semiconductor has been demanded. (For example, S. Kawakami, Appl. Opt., Vo)
l. 22, 2426 (1983)).

【0003】この積層型光偏光制御素子は、図1に示さ
れているように、複数個の誘電体膜1と、複数個の半導
体又は金属の薄膜2とが交互に積層された多層積層体で
あって、光通信波長1.3μmおよび1.55μm(長
波長領域)に用いられる場合、通常、誘電体膜1はSi
2 から形成され、金属薄膜は、Alから形成される。
この場合、誘電体膜は1〜1.2μmの厚さを有し、金
属薄膜は60〜70オングストロームの厚さを有してい
る。このような従来の光偏光制御素子は例えば光路長3
0μm当り、消光比60dB、および挿入損失0.3dBの
光偏光制御特性を示す(住友セメント(株)、光偏光制
御素子カタログ)。
[0003] As shown in FIG. 1, this laminated optical polarization controlling element is a multilayer laminated body in which a plurality of dielectric films 1 and a plurality of semiconductor or metal thin films 2 are alternately laminated. When used for optical communication wavelengths of 1.3 μm and 1.55 μm (long wavelength region), the dielectric film 1 is usually made of Si.
Formed from O 2 , the metal thin film is formed from Al.
In this case, the dielectric film has a thickness of 1 to 1.2 μm, and the metal thin film has a thickness of 60 to 70 Å. Such a conventional light polarization control element has, for example, an optical path length of three.
It shows an optical polarization control characteristic with an extinction ratio of 60 dB and an insertion loss of 0.3 dB per 0 μm (Sumitomo Cement Co., Ltd., optical polarization control element catalog).

【0004】光ファイバジャイロ、および光センサー
(電圧センサー)には波長0.85μm(短波長領域)
の光が使用されているが、これに上述の構造を有する光
偏光制御素子を用いると、光の挿入損失値が1dBより大
きくなるため、その実用は困難である。
A wavelength of 0.85 μm (short wavelength region) is used for an optical fiber gyro and an optical sensor (voltage sensor).
However, if the light polarization control element having the above-described structure is used for this, the light insertion loss value becomes larger than 1 dB, so that its practical use is difficult.

【0005】上記の困難を克服するために、短波長領域
において用いられる多層構造光偏光制御素子として、S
iO2 膜(誘電体膜)と、ゲルマニウム(Ge)薄膜
(半導体薄膜)との組み合わせが提案されている(馬、
川上 電子情報通信学会春季全国大会 C−273(1
991)、および馬、内田、川上 電子情報通信学会、
91−47、pp11(1991))。例えばSiO2
層の厚さを1μm、Ge層の厚さを60オングストロー
ムとしたとき、得られた光偏光制御素子は、光路長1μ
m当り、消光比2.9dB、および挿入損失0.018dB
を示し、従って、短波長領域において光偏光制御が可能
であることが示唆されている。
In order to overcome the above-mentioned difficulties, a multilayer-structured light polarization controlling element used in a short wavelength region has been proposed by S.
A combination of an iO 2 film (dielectric film) and a germanium (Ge) thin film (semiconductor thin film) has been proposed (Hama,
Kawakami IEICE Spring National Convention C-273 (1
991), and Ma, Uchida, Kawakami IEICE,
91-47, pp11 (1991)). For example, SiO 2
When the thickness of the layer is 1 μm and the thickness of the Ge layer is 60 Å, the obtained light polarization controlling element has an optical path length of 1 μm.
Per meter, extinction ratio 2.9 dB and insertion loss 0.018 dB
Therefore, it is suggested that light polarization control is possible in a short wavelength region.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上述のような従来の多
層積層構造を有する短波長領域用積層型光偏光制御素子
は、その構成膜間の界面結合力が小さく、このため、多
層構造の合計膜厚さに制限があり、すなわちこの合計膜
厚さは、一般に60μm程度が上限であって、これより
厚いものの製造が困難であった。また、上記多層構造を
有する従来の光偏光制御素子は、その研磨加工の際に、
多層積層構造が破壊され易く、製品歩留が、著しく低い
という問題点を有していた。
The short-wavelength-region laminated light polarization controlling element having a conventional multilayer laminated structure as described above has a small interfacial bonding force between its constituent films. There is a limit to the film thickness, that is, the upper limit of the total film thickness is generally about 60 μm, and it is difficult to manufacture a film having a thickness larger than this. Further, the conventional light polarization control element having the above-mentioned multilayer structure, when the polishing process,
There is a problem that the multilayer laminated structure is easily broken and the product yield is extremely low.

【0007】一般に多層積層構造を有する光偏光制御素
子は、その大部分の用途において、光ファイバコアに接
合される。この接合工程を機械化した場合、その操作を
容易にするためには、多層膜の厚さが大きいことが望ま
しい。また、高生産性を達成するためには、光偏光制御
素子の製造歩留りが、高いことが要求される。さらに、
光偏光制御素子は、光受動素子として、最も基本的なも
のであり、多くの光デバイスおよび光センサーの必要不
可欠な構成要素の一つであるから、それが安価に供給さ
れることが望ましい。
In general, an optical polarization controlling element having a multilayer laminated structure is bonded to an optical fiber core in most applications. When the joining step is mechanized, it is desirable that the thickness of the multilayer film be large in order to facilitate the operation. Further, in order to achieve high productivity, a high production yield of the optical polarization control element is required. further,
The optical polarization control element is the most basic optical passive element, and is one of the essential components of many optical devices and optical sensors. Therefore, it is desirable that the optical polarization control element be supplied at low cost.

【0008】また、半導体膜としてGe膜を用いた従来
の積層型光偏光制御素子においては、素子内で吸収し得
る光偏波の吸収率が、用いられる光の波長に大きく依存
し、使用される光の波長が短くなる程素子の挿入損失が
大きくなり、かつ素子の光導波路内に高次の光伝播モー
ドが励振されるため、素子の消光比が低下するという問
題を有している。
In a conventional stacked optical polarization control device using a Ge film as a semiconductor film, the absorptance of light polarization that can be absorbed in the device greatly depends on the wavelength of light used. As the wavelength of the light becomes shorter, the insertion loss of the element increases, and a higher-order light propagation mode is excited in the optical waveguide of the element, so that the extinction ratio of the element decreases.

【0009】近年、光ファイバジャイロ、および電圧セ
ンサーにより代表される光センサーにおける光偏光制御
素子の需要が増大しているが、このような用途における
光源としては、広範囲のスペクトルを有するものが用い
られている。また、光源に関する技術の最近の著しい進
歩により、発光スペクトルの短波長化が促進されてい
る。上記のような事情から、600〜850nmの領域に
わたって、高消光比を示し、かつ挿入損失の低い光偏光
制御素子の開発が強く望まれている。
In recent years, the demand for an optical polarization control element in an optical sensor typified by an optical fiber gyro and a voltage sensor has been increasing. As such a light source, a light source having a wide spectrum is used. ing. In addition, recent remarkable advances in technology relating to light sources have promoted the shortening of the emission spectrum. Under the circumstances described above, there is a strong demand for the development of an optical polarization control element that exhibits a high extinction ratio and low insertion loss over the region of 600 to 850 nm.

【0010】本発明は、安定な多層積層構造を有し、そ
の厚さが大きく、製品歩留りが高く、600〜850nm
の近赤外乃至可視光領域において、高消光比および低挿
入損失を示すことができる積層型光偏光制御素子を提供
しようとするものである。
The present invention has a stable multilayered structure, a large thickness, a high product yield, and a thickness of 600 to 850 nm.
It is an object of the present invention to provide a laminated light polarization control element capable of exhibiting a high extinction ratio and low insertion loss in the near infrared to visible light region.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、従来技術
の問題点解消のために鋭意研究の結果、多層積層構造を
有する光偏光制御素子において、半導体薄膜の両側に、
導電体膜と安定に接合し得る特定の側面層を配置するこ
とによって、上記課題の解決に成功したのである。
Means for Solving the Problems The present inventors have conducted intensive studies to solve the problems of the prior art, and as a result, in an optical polarization control element having a multilayer laminated structure,
By arranging a specific side layer capable of stably bonding to the conductor film, the above problem was successfully solved.

【0012】本発明の近赤外乃至可視光領域用積層型光
偏光制御素子は、複数個の半導体薄膜と、複数個の誘電
体膜とが交互に積層されている多層膜からなる素子であ
って、前記半導体薄膜の各々が、(A)ゲルマニウム、
又はゲルマニウム合金からなる半導体薄膜芯層、および
(B)前記半導体薄膜芯層の両側に積層され、前記誘電
体膜を構成している元素の1種を含み、かつ前記誘電体
膜に接合している一対の半導体側面層からなることを特
徴とするものである。
The laminated light polarization controlling element for near-infrared to visible light of the present invention is an element comprising a multilayer film in which a plurality of semiconductor thin films and a plurality of dielectric films are alternately laminated. Wherein each of the semiconductor thin films is (A) germanium;
Or (B) a semiconductor thin-film core layer made of a germanium alloy, and (B) one of the elements constituting the dielectric film laminated on both sides of the semiconductor thin-film core layer, and bonded to the dielectric film. And a pair of semiconductor side layers.

【0013】また、本発明の積層型光偏光制御素子にお
いて、前記半導体薄膜および誘電体膜の各々は、前記素
子内の光伝播が基本モードのみになる厚さを有すること
が好ましい。
Further, in the stacked optical polarization controlling element of the present invention, it is preferable that each of the semiconductor thin film and the dielectric film has a thickness such that light propagation in the element is only in a fundamental mode.

【0014】[0014]

【作用】図2に、本発明の積層型光偏光制御素子の一例
の構成が示されている。図2において、この素子におい
て、複数個の誘電体膜1と、複数個の半導体薄膜3とが
交互に積層されて、多層構造を形成している。この半導
体薄膜3の各々は、ゲルマニウム(Ge)、又はゲルマ
ニウム合金などの半導体材料からなる半導体薄膜芯層4
と、この半導体薄膜芯層4の両側に積層され、誘電体膜
1と、半導体薄膜芯層4とを安定に接合している一対の
半導体側面層5とから構成される。
FIG. 2 shows the structure of an example of the laminated light polarization controlling element of the present invention. In FIG. 2, in this element, a plurality of dielectric films 1 and a plurality of semiconductor thin films 3 are alternately stacked to form a multilayer structure. Each of the semiconductor thin films 3 has a semiconductor thin film core layer 4 made of a semiconductor material such as germanium (Ge) or a germanium alloy.
And a pair of semiconductor side layers 5 stacked on both sides of the semiconductor thin film core layer 4 and stably bonding the dielectric film 1 and the semiconductor thin film core layer 4 to each other.

【0015】誘電体膜1は、一般にSiO2 のような誘
電体から構成され、半導体側面層5は、誘電体膜を構成
している元素の1種、例えばSiを含むもの、すなわち
Si単体、或はSi合金又はSi化合物、例えばSi1
−xGexから構成される。このため、半導体薄膜芯層
4と一対の半導体側面層5とは、全体として半導体特性
を示し、半導体薄膜として機能する。
The dielectric film 1 is generally made of a dielectric material such as SiO 2 , and the semiconductor side layer 5 is made of a material containing one of the elements constituting the dielectric film, for example, Si, ie, Si alone. Or a Si alloy or a Si compound such as Si 1
-XGex. Therefore, the semiconductor thin film core layer 4 and the pair of semiconductor side layers 5 exhibit semiconductor characteristics as a whole and function as a semiconductor thin film.

【0016】多層膜構造を安定化させるには、異種膜間
の接合力(付着力)を強くすることが重要である。本発
明においては、誘電体膜と、半導体薄膜芯層とが、半導
体側面層を介して強固に接合されている。これら異種膜
間の付着力は、菊池、馬場、金原、「真空」第29巻、
第5号、p337(1986)に記載の方法により測定
評価することができる。
In order to stabilize the multilayer structure, it is important to increase the bonding strength (adhesion) between different kinds of films. In the present invention, the dielectric film and the semiconductor thin film core layer are firmly joined via the semiconductor side layer. Kikuchi, Baba, Kanehara, “Vacuum” Vol. 29,
No. 5, p337 (1986).

【0017】図3には、SiO2 からなる誘電体膜と、
Geからなる半導体薄膜芯層との間に、0〜30オング
ストロームの厚さを有する半導体側面層(Siからな
る)を配置したときの付着力が示されている。図3にお
いて、半導体側面層がない場合(厚さ=0)、SiO2
/Ge界面の付着力は5gfである。しかし厚さ5オング
ストロームのSi半導体側面層を設けると、前記付着力
は約40gf(5gfの約8倍)に急上昇し、その厚さが1
0オングストローム以上になると、前記付着力は、ほゞ
50gf(5gfの約10倍)において飽和する。
FIG. 3 shows a dielectric film made of SiO 2 ,
The adhesive force when a semiconductor side layer (made of Si) having a thickness of 0 to 30 Å is arranged between the semiconductor thin film core layer made of Ge and the semiconductor thin film core layer is shown. In FIG. 3, when there is no semiconductor side layer (thickness = 0), SiO 2
The adhesion at the / Ge interface is 5 gf. However, when a 5-angstrom-thick Si semiconductor side layer is provided, the adhesive force sharply increases to about 40 gf (about 8 times 5 gf), and the thickness becomes 1
Above 0 angstroms, the adhesion saturates at about 50 gf (about 10 times 5 gf).

【0018】図3から、Siからなる半導体側面層が、
SiO2 誘電体膜と、Ge半導体薄膜芯層との間のバイ
ンダーとして機能すること、およびバインダーとして機
能するSi半導体側面層の厚さは、ほゞ10オングスト
ローム以上であれば十分であることを示している。
From FIG. 3, the semiconductor side layer made of Si is
This shows that the function as a binder between the SiO 2 dielectric film and the Ge semiconductor thin film core layer, and that the thickness of the Si semiconductor side layer functioning as the binder is about 10 Å or more is sufficient. ing.

【0019】上記のように、本発明によりSiO2 誘電
体膜と、Ge半導体薄膜芯層との間の付着力を著しく高
めることが可能となり、その結果300μm以上の合計
膜厚を有する実用的積層型光偏光制御素子の製造が可能
になった。
As described above, according to the present invention, the adhesive force between the SiO 2 dielectric film and the Ge semiconductor thin film core layer can be significantly increased, and as a result, a practical laminated film having a total film thickness of 300 μm or more can be obtained. It has become possible to manufacture a type light polarization control element.

【0020】本発明の積層型光偏光制御素子において、
誘電体膜の厚さ(d2 )は0.8〜1μmであることが
好ましく、半導体薄膜の厚さ(d1 )は55〜100オ
ングストロームであることが好ましく、半導体薄膜内の
半導体薄膜芯層の厚さは45〜60オングストロームで
あることが好ましく、また、半導体側面層の厚さは10
〜20オングストロームであることが好ましい。
In the laminated optical polarization controlling element of the present invention,
The thickness (d 2 ) of the dielectric film is preferably 0.8 to 1 μm, the thickness (d 1 ) of the semiconductor thin film is preferably 55 to 100 Å, and the core layer of the semiconductor thin film in the semiconductor thin film Is preferably 45 to 60 angstroms, and the thickness of the semiconductor side layer is 10 to 60 Å.
Preferably it is 2020 Å.

【0021】図2に示されている本発明の光偏光制御素
子において、Y方向に振動する光偏波をTE波とし、X
方向に振動する光偏波をTM波とする。また、光が、d
1 で表わされる膜厚さ、およびεS1で表わされる複素誘
電率を有する半導体薄膜3と、d2 で表わされる膜厚さ
と、εS2で表わされる複素誘電率を有する誘電体膜1と
から構成される多層型光偏光制御素子を通過する際、半
導体薄膜3の光伝播定数をP1 とし、誘電体膜1の光伝
播定数をP2 とする。この場合、この光偏光制御素子内
で吸収し得る偏光成分(TE波およびTM波)に対する
当該素子の特性方程式は下記式(1),(2)および
(3)で表わされ、また、Z方向の光伝播係数γ(=α
+jβ)は、下記式(4)で示されることが知られてい
る(S.Kawakami,Appl.Opt.,Vo
l.22,2426(1983))
In the light polarization controlling element of the present invention shown in FIG. 2, the light polarization oscillating in the Y
The light polarization oscillating in the direction is defined as a TM wave. Also, the light is d
Film thickness represented by 1, and the semiconductor thin film 3 having a complex dielectric constant represented by epsilon S1, composed of the dielectric film 1 and having a film thickness expressed by d 2, the complex dielectric constant represented by epsilon S2 When passing through the multilayer optical polarization control element, the light propagation constant of the semiconductor thin film 3 is P 1 and the light propagation constant of the dielectric film 1 is P 2 . In this case, the characteristic equations of the element with respect to the polarization components (TE wave and TM wave) that can be absorbed in the light polarization control element are expressed by the following equations (1), (2) and (3). Direction light propagation coefficient γ (= α
+ Jβ) is known to be expressed by the following equation (4) (S. Kawakami, Appl. Opt., Vo)
l. 22, 2426 (1983))

【0022】[0022]

【数1】 (Equation 1)

【数2】 (Equation 2)

【数3】 (Equation 3)

【数4】 (Equation 4)

【0023】積層型光偏光制御素子においては、光の最
低次モードに対する吸収係数αO にくらべて、より小さ
な吸収係数を有する高次導波モードが励振される可能性
がある。このような高次導波モードも、前記(1)〜
(4)式に従うため、各モードの吸収係数αn (n=
0,1,2,……)は、素子を構成する成分膜の膜厚さ
(d1 ,d2 )、および、光学定数(εS1,εS2)か
ら、数値解法により予想することが可能である。
In the laminated optical polarization controlling element, there is a possibility that a higher-order waveguide mode having a smaller absorption coefficient than the absorption coefficient α O for the lowest-order mode of light is excited. Such higher-order waveguide modes are also described in the above (1) to
According to the equation (4), the absorption coefficient α n (n =
0, 1, 2,...) Can be predicted by a numerical method from the thicknesses (d 1 , d 2 ) of the component films constituting the element and the optical constants (ε S1 , ε S2 ). It is.

【0024】素子内において、TE波に対し高次の導波
モードが励振された場合、TE波の吸収が小さくなり、
このため、積層型光偏光制御素子の消光比が著しく低下
する。従って、性能の高い積層型光偏光制御素子を得る
ためには、当該素子内において、TE波に対し高次の導
波モードが励振されないように半導体膜および誘電体膜
の膜厚さを設計することが必要不可欠である。
When a higher-order guided mode is excited with respect to the TE wave in the element, the absorption of the TE wave decreases,
For this reason, the extinction ratio of the laminated light polarization control element is significantly reduced. Therefore, in order to obtain a high-performance laminated optical polarization control element, the thicknesses of the semiconductor film and the dielectric film are designed so that a high-order guided mode is not excited with respect to the TE wave in the element. It is essential.

【0025】半導体薄膜の膜厚さd1 を一定にし、(す
なわち、εS1も定まる)、誘電体膜の膜厚さd2 を変化
させた場合の積層膜1単位(1半導体薄膜(d1 )+1
誘電体膜(d2 ))の電磁界分布を解析し、その結果、
光センサーに使用される波長領域600〜850nmにお
いては、本発明の素子内において励振される高次モード
は、TE波に対しては一次モードのみであり、TM波に
対しては、高次モードは励振されないことが明らかにな
った。
When the thickness d 1 of the semiconductor thin film is constant (that is, ε S1 is also determined) and the thickness d 2 of the dielectric film is changed, one unit of the laminated film (one semiconductor thin film (d 1 ) +1
The electromagnetic field distribution of the dielectric film (d 2 ) was analyzed, and as a result,
In the wavelength range of 600 to 850 nm used for the optical sensor, the higher mode excited in the device of the present invention is only the first mode for the TE wave, and the higher mode for the TM wave. Is not excited.

【0026】そこで、本発明においては、光偏光制御素
子の誘電体膜の厚さを、素子内の光伝播が基本モードの
みになり、TE波の一次モードを励振させないように、
数値解法により算出し、これを素子設計に組み込んでい
る。これによって、本発明の積層型光偏光制御素子は、
波長850nmの光の場合、光路長30μm当りの消光比
を、54dBにすることが可能になった。
Therefore, in the present invention, the thickness of the dielectric film of the light polarization controlling element is adjusted so that light propagation in the element becomes only the fundamental mode and the primary mode of the TE wave is not excited.
It is calculated by a numerical solution and incorporated into the element design. Thereby, the laminated light polarization control element of the present invention is:
In the case of light having a wavelength of 850 nm, the extinction ratio per optical path length of 30 μm can be set to 54 dB.

【0027】また、半導体薄膜として、従来提案されて
いるGe単一膜を用いる場合、光センサーに使用される
波長領域600〜850nmにおいては、Ge薄膜の複素
誘電率の波長分散が大きく、かつ、波長が短かくなる
程、Ge薄膜への電磁界集中が大きくなり、このため、
Ge薄膜による光の吸収率が増大し、素子内の光挿入損
失が大きくなる。
When a conventionally proposed Ge single film is used as the semiconductor thin film, the wavelength dispersion of the complex dielectric constant of the Ge thin film is large in the wavelength region of 600 to 850 nm used for the optical sensor, and As the wavelength becomes shorter, the concentration of the electromagnetic field on the Ge thin film becomes larger.
The light absorption by the Ge thin film increases, and the light insertion loss in the device increases.

【0028】本発明においては、Geからなる半導体中
央薄膜の両側に複素誘電率の低い半導体側面層を積層す
ることにより、半導体薄膜全体の実行的誘電率を低下さ
せ、それにより、複素誘電率の波長分散および半導体薄
膜への導波モードの局在化を低減させている。上記の積
層構造を有する半導体薄膜を用いることにより、600
〜850nmの波長領域において、本発明の積層型光偏光
制御素子の消光比および光挿入損失は、波長依存性をほ
とんど示さなくなる。
In the present invention, the effective dielectric constant of the entire semiconductor thin film is reduced by stacking semiconductor side layers having a low complex dielectric constant on both sides of the semiconductor central thin film made of Ge, thereby reducing the complex dielectric constant. The wavelength dispersion and the localization of the waveguide mode in the semiconductor thin film are reduced. By using a semiconductor thin film having the above-mentioned laminated structure, 600
In the wavelength range of 8850 nm, the extinction ratio and the optical insertion loss of the laminated optical polarization controlling element of the present invention show almost no wavelength dependence.

【0029】[0029]

【実施例】本発明を下記実施例により更に説明する。実施例1および比較例1 実施例1においてGeよりなる厚さ60オングストロー
ムの半導体薄膜芯層と、その両側に配置され、Siより
なり、かつ10オングストロームの厚さを有する半導体
側面層とからなるSi/Ge/Si半導体薄膜と、Si
2 からなり、0.9μmの厚さを有する誘電体膜とを
交互に積層し積層型光偏光制御素子を作製した。Ge膜
およびSi膜の複素誘電率は下記の通り、 Ge芯層 : 25.662−j6.460 Si側面層: 9.681−j1.811
The present invention is further described by the following examples. Example 1 and Comparative Example 1 In Example 1, a Si thin film core layer made of Ge and having a thickness of 60 Å and a semiconductor side layer made of Si and having a thickness of 10 Å disposed on both sides thereof. / Ge / Si semiconductor thin film and Si
Dielectric films made of O 2 and having a thickness of 0.9 μm were alternately laminated to produce a laminated optical polarization controlling element. The complex dielectric constants of the Ge film and the Si film are as follows: Ge core layer: 25.662-j6.460 Si side layer: 9.681-j1.811

【0030】この素子の波長(600〜850nm)と、
光路長30μm当りの、消光比との関係を図4に示す。
またこの素子の波長(600〜850nm)と、光路長3
0μm当りの光挿入損失との関係を図5に示す。
The wavelength of this element (600 to 850 nm),
FIG. 4 shows the relationship with the extinction ratio per optical path length of 30 μm.
Further, the wavelength (600 to 850 nm) of this element and the optical path length 3
FIG. 5 shows the relationship with the optical insertion loss per 0 μm.

【0031】比較例1において、実施例1と同様にし
て、積層型光偏光制御素子を作成した。但し、半導体薄
膜はGe単一層(厚さ:60オングストローム)からな
り、誘電体(SiO2 )膜は1μmの厚さを有してい
た。得られた素子の、波長と消光比および光挿入損失と
の関係をそれぞれ図4、図5に示す。
In Comparative Example 1, a laminated optical polarization controlling element was prepared in the same manner as in Example 1. However, the semiconductor thin film was composed of a single Ge layer (thickness: 60 Å), and the dielectric (SiO 2 ) film had a thickness of 1 μm. FIGS. 4 and 5 show the relationship between the wavelength, the extinction ratio, and the optical insertion loss of the obtained device.

【0032】図4から明らかなように、比較例1の従来
積層型光偏光制御素子においては、波長が短かくなる程
消光比が低下する。しかし、実施例1の素子において
は、波長領域600〜850nmにおいて、その消光比
は、波長に依存することなく、約54dBの一定値を示
す。
As is apparent from FIG. 4, the extinction ratio of the conventional laminated optical polarization controlling element of Comparative Example 1 decreases as the wavelength becomes shorter. However, in the device of Example 1, the extinction ratio shows a constant value of about 54 dB in the wavelength region of 600 to 850 nm without depending on the wavelength.

【0033】また、図5から明らかなように、比較例1
の従来積層型光偏光制御素子においては、波長が短かく
なる程光挿入損失が大きくなるが、実施例1の素子にお
いては、600〜850nmの波長領域において、その光
挿入損失は波長に依存することなく、約0.34dB以下
の低い一定値を示す。また、実施例1の素子における光
伝播は基本モードのみであった。
As is clear from FIG. 5, Comparative Example 1
In the conventional laminated optical polarization control device of the above, the light insertion loss increases as the wavelength becomes shorter, but in the device of Example 1, the light insertion loss depends on the wavelength in the wavelength region of 600 to 850 nm. Without showing a low constant value of about 0.34 dB or less. Further, light propagation in the device of Example 1 was only in the fundamental mode.

【0034】実施例2 下記事項を除き、実施例1と同様にして積層型光偏光制
御素子を作製した。 (1)半導体薄膜中の半導体側面層を、Si1 −xGe
x合金により形成した。 (2)複素誘電率 Ge芯層 : 23.112−j4.36
7 Si1 −xGex側面層: 12.254−j2.18
9 (3)膜厚さ Ge芯層 : 50オングストローム Si1 −xGex側面層: 10オングストローム 半導体薄膜 : 70オングストローム 誘電体(SiO2 )膜 : 0.8μm 得られた素子は、600〜850nmの波長領域におい
て、光路長30μm当り、ほゞ一定の消光比60dB、お
よび光挿入損失0.4dBを示した。また、実施例2の素
子における光伝播は、基本モードのみであった。
Example 2 A laminated optical polarization controlling element was manufactured in the same manner as in Example 1 except for the following. (1) The semiconductor side layer in the semiconductor thin film is made of Si 1 -xGe
It was formed by x alloy. (2) Complex permittivity Ge core layer: 23.112-j4.36
7 Si 1 -xGex side layer: 12.254-j2.18
9 (3) Film thickness Ge core layer: 50 Å Si 1 -xGex Side layer: 10 Å Semiconductor thin film: 70 Å Dielectric (SiO 2 ) film: 0.8 μm The obtained device has a wavelength region of 600 to 850 nm. Showed a substantially constant extinction ratio of 60 dB and an optical insertion loss of 0.4 dB per 30 μm of optical path length. Light propagation in the device of Example 2 was only in the fundamental mode.

【0035】実施例1および2の光偏光制御素子におけ
る界面(誘電体膜/半導体薄膜)付着力、並びに、波長
850nmの光に対する光路長30μm当りの消光比およ
び挿入損失を表1に示す。
Table 1 shows the adhesive force at the interface (dielectric film / semiconductor thin film), the extinction ratio per 30 μm of optical path length for light having a wavelength of 850 nm, and the insertion loss in the optical polarization controlling elements of Examples 1 and 2.

【0036】[0036]

【表1】 [Table 1]

【0037】[0037]

【発明の効果】本発明の積層型光偏光制御素子におい
て、誘電体膜と、半導体中央薄膜層と間に、誘電体膜形
成元素を含み、低複素誘電率を有する半導体側面層を設
けることにより、膜間界面の付着力を著しく向上させ、
その結果、素子の多層積層構造の安定性が著しく向上
し、素子加工の際の積層構造の破壊現象が防止され、か
つ、300μm以上という全厚さ(これは従来の5倍以
上に相当する)の素子を得ることが可能になった。ま
た、半導体側面層を配置することにより光吸収層の実行
的誘電率が低下し、このため、光吸収に対する波長分
散、および半導体薄膜への導波モードの局在化を低減さ
せるという効果が発現する。更に、半導体層および誘電
体膜の厚さを基本モードのみを伝播させるように規定す
ることによって、600〜850nmの波長領域におい
て、例えば光路長30μm当り、消光比を54dB以上
の、また挿入損失を約0.3dB付近の一定値にすること
ができる。
According to the stacked optical polarization controlling element of the present invention, a semiconductor side layer containing a dielectric film forming element and having a low complex dielectric constant is provided between the dielectric film and the semiconductor central thin film layer. , Significantly improve the adhesion at the interface between the membranes,
As a result, the stability of the multilayer structure of the element is significantly improved, the phenomenon of destruction of the multilayer structure during element processing is prevented, and the total thickness of 300 μm or more (this is equivalent to 5 times or more the conventional thickness). Element can be obtained. In addition, the effective dielectric constant of the light absorbing layer is reduced by arranging the semiconductor side layer, which has the effect of reducing the wavelength dispersion for light absorption and the localization of the waveguide mode in the semiconductor thin film. I do. Further, by defining the thickness of the semiconductor layer and the dielectric film so as to propagate only the fundamental mode, in the wavelength region of 600 to 850 nm, for example, the extinction ratio is 54 dB or more per 30 μm of the optical path length, and the insertion loss is reduced. It can be a constant value around 0.3 dB.

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

【図1】図1は、従来の積層型光偏光制御素子の一例の
積層構造を示す説明図。
FIG. 1 is an explanatory view showing a laminated structure of an example of a conventional laminated optical polarization controlling element.

【図2】図2は、本発明の積層型光偏光制御素子の一例
の積層構造を示す説明図。
FIG. 2 is an explanatory view showing a laminated structure of an example of a laminated light polarization controlling element of the present invention.

【図3】図3は、本発明の積層型光偏光制御素子の半導
体側面層の厚さと、界面付着力の関係の一例を示すグラ
フ。
FIG. 3 is a graph showing an example of the relationship between the thickness of a semiconductor side surface layer and the interfacial adhesive force of the laminated optical polarization controlling element of the present invention.

【図4】図4は、実施例1および比較例1の積層型光偏
光制御素子の、波長と消光比との関係を示すグラフ。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the wavelength and the extinction ratio of the laminated optical polarization control devices of Example 1 and Comparative Example 1.

【図5】図5は、実施例1および比較例1の積層型光偏
光制御素子の、波長と挿入損失との関係を示すグラフ。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the wavelength and the insertion loss of the laminated optical polarization control elements of Example 1 and Comparative Example 1.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…誘電体膜 2…半導体薄膜(従来技術) 3…半導体薄膜(本発明) 4…半導体薄膜芯層 5…半導体側面層 d1 …半導体薄膜の厚さ d2 …誘電体膜の厚さ L…光路長REFERENCE SIGNS LIST 1 dielectric film 2 semiconductor thin film (prior art) 3 semiconductor thin film (present invention) 4 semiconductor thin film core layer 5 semiconductor side layer d 1 thickness of semiconductor thin film d 2 thickness of dielectric film L … Optical path length

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−87101(JP,A) 特開 平3−75705(JP,A) 特公 平7−66084(JP,B2) APPLIED OPTICS,22〜 16!(1983),P.2426−2428 1991年電子情報通信学会春季全国大会 論文集(C−273)、P.4−290 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G02B 5/30 G02B 5/18──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-61-87101 (JP, A) JP-A-3-75705 (JP, A) JP-B-7-66084 (JP, B2) APPLIED OPTICS, 22- 16! (1983), p. 2426-2428 Proceedings of the 1991 IEICE Spring Conference (C-273), p. 4-290 (58) Field surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) G02B 5/30 G02B 5/18

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 複数個の半導体薄膜と複数個の誘電体膜
とが、交互に積層されている多層膜からなる素子であっ
て、 前記半導体薄膜の各々が、 (A)ゲルマニウム又はゲルマニウム合金からなる半導
体薄膜芯層および (B)前記半導体薄膜芯層の両側に積層され、前記誘電
体膜を構成している元素の1種を含み、かつ前記誘導体
膜に接合している一対の半導体側面層からなることを特
徴とする、近赤外乃至可視光領域用積層光偏光制御素
子。
1. An element comprising a multilayer film in which a plurality of semiconductor thin films and a plurality of dielectric films are alternately stacked, wherein each of the semiconductor thin films is made of (A) germanium or a germanium alloy. And (B) a pair of semiconductor side layers stacked on both sides of the semiconductor thin film core and containing one of the elements constituting the dielectric film and joined to the derivative film. A laminated light polarization controlling element for the near infrared to visible light region, comprising:
【請求項2】 前記半導体薄膜層および誘電体膜の各々
が、前記素子内の光伝播が基本モードのみになる厚さを
有する、請求項1に記載の近赤外乃至可視光領域用積層
型光偏光制御素子。
2. The near-infrared to visible light region laminated type according to claim 1, wherein each of the semiconductor thin film layer and the dielectric film has a thickness such that light propagation in the element is only a fundamental mode. Light polarization control element.
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USRE45642E1 (en) 2007-02-06 2015-08-04 Sony Corporation Polarizing element and liquid crystal projector

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