JP2862838B2 - 光導波路型偏光子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、強誘電体基板表面
に形成された光導波路を利用した光導波路型偏光子に関
するものであり、特に、同じく強誘電体基板表面の光導
波路を応用した高速光変調器等の電気光学デバイスと同
一基板上に偏光作用を持つ部分を作り込み、集積化が可
能な光導波路型偏光子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】高速光通信システムの主要部品の一つ
に、電気光学効果を有する強誘電体結晶をベースとした
光変調器がある。特に、電気光学効果が大きなニオブ酸
リチウム単結晶、タンタル酸リチウム単結晶或いはその
固溶体単結晶の基板表面に、Ｔｉ等のイオンを所望の線
路形状に熱拡散等の方法で添加し、屈折率を周囲基板部
分よりも僅かに上昇させ形成した光導波路と、導波路の
屈折率を電気光学効果を利用して電気的に変調するため
の電極を組み合わせて構成した高速光変調器が一般的で
ある。

【０００３】これらの強誘電体結晶は、大きな光学異方
性（屈折率の結晶軸依存性）を持つため、特定の結晶軸
に沿って形成された導波路を伝搬する光波の偏光方向に
依存して、伝搬光が感じる屈折率が異なり、その伝搬速
度が変わる。このような光導波路素子に無偏波の光波を
入力した場合或いは無偏波光として素子から出力させた
場合、出力光強度の消光比の低下や駆動電圧変動等の素
子の安定動作に好ましくない現象が発生する。このた
め、光変調器の導波路に入射される或いは出射される光
波の偏光状態が、一方向に揃えられていることが好まし
い。

【０００４】例えば、入射光を偏光させて導波路素子に
導く構造として、導波路の入射端面と入射側光ファイバ
の間に偏光子を挿入する方法がある。特に、薄膜型の偏
光子を挟んで光ファイバを導波路端面に接着する実装方
法では、筐体の封止技術とあいまって、高信頼型の導波
路型光変調器が実現されている。しかし、素子のさらな
る高性能化を図るには、光路に偏光子が挿入されること
により発生する伝搬光強度の損失が無視できなくなる。

【０００５】従来法としては、例えば、特開昭６２─２
９９９１３号公報にみられるように、光導波路の近傍
に、導波路の屈折率と等しいか或いはほぼ等しい屈折率
を持つ膜を配置し、導波光の一方の偏光を膜を介して導
波路外に放射させるようにした光導波路型偏光子が提案
されており、ＴＥ偏波を放射させるには、導波路の脇に
膜を配置し、ＴＭ偏波を放射させるには、導波路の下に
膜を配置している。

【０００６】また、光路に偏光子が挟まれない別の方法
として、導波路表面に別部材を設置し、この部材中に、
必要でない方向の偏波を導波路中から導き出す或いは吸
収させて除去する等の方法がとられる。図１は、異方性
光学結晶を用いた導波路型偏光子の従来例を示し、Ｔｉ
拡散導波路を形成したｚ面−カットのニオブ酸リチウム
（以下、「ＬＮ」と略す。）基板表面に、酸化ニオブ
（Ｎｂ₂ Ｏ₅)膜を堆積して光導波路型偏光子を構成す
る。この時、ＬＮの異常光屈折率ｎ_e （ｚ軸方向）、常
光屈折率ｎ_o （ｚ−面内）、と酸化ニオブ膜の屈折率ｎ
_c は、ｎ_o ＞ｎ_c ＞ｎ_e の関係にあるので、入射光の偏
波のうち基板面に垂直なＴＭ偏波は、酸化ニオブ膜下を
通過する際に屈折率ｎ _e およびｎ_c を感じ、屈折率の大
きな酸化ニオブ側に漏洩していく。一方、基板面に平行
なＴＥ偏波は、屈折率ｎ_o を感じ、酸化ニオブ膜下を通
過しても、導波路側の屈折率の方が大きいため、導波路
に閉じ込められたまま伝搬する。結果として、出力側に
はＴＥ偏波のみが導波する。このような光導波路偏光子
部分を、例えば、変調器素子の入射側付近に形成するこ
とで、偏光子・変調器集積導波路を作成する。

【０００７】また、図２は、金属クラッディングを利用
した導波路型偏光子の従来例を示し、導波路表面に金属
膜を堆積することにより、伝搬光のＴＭ偏波の電界が金
属膜中に深く浸透し大きな吸収を受けることを利用し
て、ＴＥ偏波を通過させる光導波路型偏光子を構成して
いる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】外部偏光子を用いるこ
とによる伝搬光強度の損失を抑制するために提案される
従来法、つまり、基板と全く別の物体を導波路表面に装
荷する方法には、次のような欠点がある。

【０００９】金属膜によりＴＭ偏波を吸収させる方法で
は、僅かではあるがＴＥ偏波の電界も金属膜中に浸透し
吸収されるため、伝搬光強度の損失につながる。

【００１０】基板の屈折率異方性を利用して、屈折率を
調整した誘電体膜或いはバルク体を導波路表面に装荷す
る方法では、基板と装荷物体の材質が違うために、弾性
定数、熱膨張係数に著しいずれが生じ、基板及び導波路
に内部応力、歪みが導入されてしまう。ＬＮのような強
誘電体基板に応力、歪みが負荷されると、弾性光学効果
により屈折率が変化し、伝搬光の速度が乱されるため、
素子特性が変化してしまう。

【００１１】また、基板と装荷物体の材質の違いは、同
様な理由から、高い接合強度を得難く、構成素子の機械
的信頼性の点で問題が生ずる。

【００１２】さらに、素子の集積化を図る上で、素子表
面に第２の部材の貼り付けるといった構造及び高低は好
ましくなく、ウェファー単位で一括工程処理できる構
造、面内から大きく突出しない構造、基板結晶に結晶構
造の不連続性を与えない構造が望ましい。従来例であげ
た特開昭６２─２９９９１３号公報に示される方法は、
この点をも改善した方法であるが、ＴＭ偏波を導波路外
に放射させるには、導波路の下にＴＭ偏波を導くための
膜を設ける必要があり、基板結晶の結晶構造に不連続性
を与える可能性がある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記のような欠点を解決
するため、基板中に、光導波路を構成するための第１イ
オンと、偏光作用を導くための第２イオンを添加するこ
とにより、基板の結晶構造をほとんど乱さずに光導波路
形偏光子を構成する。

【００１４】特に、基板を強誘電体結晶であるニオブ酸
リチウム、タンタル酸リチウム或いはニオブ酸リチウム
とタンタル酸リチウムとの固溶体により構成し、これら
の結晶において、添加したイオンがＬｉサイトのＮｂイ
オン（Ｎｂ_Li) 、ＬｉサイトのＬｉイオン（Ｌｉ_Li) を
順次置換していく現象、およびイオン種の添加による基
板結晶の屈折率変化の一部が、結晶の弾性光学効果を通
し、添加されたイオンのサイズ効果による結晶歪みに起
因している現象を積極的に利用する。

【００１５】本発明は、強誘電体結晶であるニオブ酸リ
チウム、タンタル酸チリウム或いはニオブ酸リチウムと
タンタル酸リチウムの固溶体からなる基板に、Ｎｂ（＋
５）イオン或いはＴａ（＋５）イオンのイオン半径より
も小さいイオン半径をもつ第１イオンが所望の線路形状
に１種類以上含む材料により形成された光導波路部分
と、該光導波路部分に少なくとも接触して、前記第１イ
オンのイオン半径よりも大きいイオン半径をもつ第２イ
オンが１種類以上含む材料により、形成された補助光導
波路部分とからなることを特徴とする。

【００１６】ニオブ酸リチウム等の結晶基板の屈折率を
局所的に大きくし光導波路を形成する方法として、結晶
中に別イオンを添加、イオン置換する方法は既に知られ
た技術であり、種々のイオンについてその効果が検討さ
れてきた。その中で、例えば、Ｔｉ（＋４）イオンは常
光、異常光いずれの屈折率も上昇させる効果があり、一
方、Ｎｉ（＋２）イオン、Ｚｎ（＋２）イオン等は常光
屈折率は上昇させるが、異常光屈折率を低下させる効果
が見出されているが、このような屈折率変化の理由は明
らかでない。

【００１７】従来は、各々のイオンを単独で用いＴｉ添
加導波路、Ｎｉ添加導波路等を構成することが常識であ
ったが、本発明では、選定されたイオンを基板中に複数
種類添加することにより、偏光子効果を引き出すことが
特徴である。更に、添加されるイオンの大きさに着目す
ると、結晶中に本来存在するＮｂ（＋５）イオン或いは
Ｔａ（＋５）イオンよりも大きいイオンを添加すること
で、異常光屈折率が減少する効果が得られる。なぜなら
ば、この結晶中では、陽イオンは、Ｚ軸位置自由度しか
許されておらず、つまりＺ軸方向に変位して分極が生ず
る。分極が小さくなると屈折率は小さくなる。従って、
元の結晶のＬｉ位置を部分置換しているＮｂ（＋５）イ
オンよりも大きいイオンが添加されると、イオンサイズ
が大きいため、そのＺ軸方向の変位量は小さくなり、分
極量も小さくなって、分極方向、つまりＺ方向の屈折率
である異常光屈折率のみが小さくなることになる。

【００１８】主に光導波効果を導きだす第１イオンとし
て、Ｎｂ（＋５）イオン或いはＴａ（＋５）イオンのイ
オン半径よりも小さいイオン半径をもつイオンを選ぶ。
Ｎｂ（＋５）イオン、Ｔａ（＋５）イオンのイオン半径
は、いずれも０．６４Å程度であり（Shannon, Acta Cr
yst.Ａ３２，７５１（１９７６）による）、第１イオン
としてＴｉ（＋４）イオン（イオン半径０．６０５Å）
があげられる。Ｌｉ（＋１）イオンのイオン半径は０．
７６Åであるため、第１イオンは、Ｎｂ_Liサイト、Ｌｉ
_Liサイトを、結晶に大きな歪みをもたらすことなく置換
する。さらにこのような第１イオンは、常光屈折率を上
昇させる他、Ｚ軸方向の変位も大きくなるので、異常光
屈折率も上昇させる効果がある。。

【００１９】偏光効果を導くための第２イオンには、前
記第１イオンよりも大きいイオン、さらに好ましくはＮ
ｂ（＋５）イオンあるいはＴａ（＋５）イオンよりも大
きいイオンを選ぶ。このようなイオンとして、Ｎｉ（＋
２）イオン（イオン半径０．６９Å）、Ｃｕ（＋２）イ
オン（イオン半径０．７３Å）、Ｚｎ（＋２）イオン
（０．７４Å）等があり、前記の効果により、常光屈折
率のみ上昇し、異常光屈折率はほとんど変化しないか或
いは減少する。

【００２０】以上の、第１イオン、第２イオンを添加す
るという本発明の効果により、第１イオン添加部分より
なる光導波路中を伝搬する光波の偏波成分のうち、常光
屈折率を感じる偏波成分のみが、第２イオン添加により
同じく常光屈折率が上昇した前記導波路外、つまり補助
光導波路に導かれ、逆に異常光屈折率を感じる偏波成分
は、導波路周囲の異常光屈折率が第２イオン添加により
無添加の場合よりも減少した効果により、導波路内にさ
らに強く閉じ込められて伝搬する。つまり、伝搬光から
特定の偏光成分を取り出すことができる。

【００２１】上記偏光効果を得るには、第１イオンを添
加した部分と、第２イオンを添加した部分とが互いに重
なり合っていてもよい。

【００２２】結晶中に、例えば、一部の希土類イオンの
ように、Ｌｉ（＋１）イオンよりも大き過ぎるイオンが
置換されると、結晶歪みが大きくなり過ぎ、また拡散法
等でイオン添加に要するプロセス時間が長くなるため、
第１イオン及び第２イオンが、遷移金属より選ばれるこ
とが好ましい。

【００２３】このような光導波路型偏光子の応用とし
て、上記光導波路型偏光子を同一基板上に一部または全
部に組込まれた音響光学効果あるは電気光学効果を利用
した導波路型素子（以下「アクティブデバイス」と略
す。）があり、前記光導波路が上記第１イオンの添加に
より形成されていることにより、基板に第１イオンを添
加するという一回の操作で、偏光子部分（以下「パッシ
ブデバイス」と略す。）アクティブデバイス部分に共通
の光導波路を作り込み、導波路デバイスの集積化が容易
となる。この時、アクティブデバイス部分の性能に弊害
のない限りにおいて、第２イオンがアクティブデバイス
部分に重なっていてもよい。

【００２４】

【発明の実施の形態】本願の発明は、強誘電体結晶であ
るニオブ酸リチウムからなる基板に、Ｎｂ（＋５）イオ
ンのイオン半径よりも小さいイオン半径をもつ第１イオ
ンが１種類以上含まれる材料により、所望の線路形状に
形成された光導波路部分と、該光導波路部分に少なくと
も接触して、前記第１イオンのイオン半径よりも大きい
イオン半径をもつ第２イオンが１種類以上含まれる材料
により、形成された補助光導波路部分と、を具えること
を特徴とする。

【００２５】本願の発明は、強誘電体結晶であるタンタ
ル酸リチウムからなる基板に、Ｔａ（＋５）イオンのイ
オン半径よりも小さいイオン半径をもつ第１イオンが１
種類以上含まれる材料により、所望の線路形状に形成さ
れた光導波路部分と、該光導波路部分に少なくとも接触
して、前記第１イオンのイオン半径よりも大きいイオン
半径をもつ第２イオンが１種類以上含まれる材料によ
り、形成された補助光導波路部分とを具えることを特徴
とする。

【００２６】本願の発明は、強誘電体結晶であるニオブ
酸リチウムとタンタル酸リチウムの固溶体からなる基板
に、Ｎｂ（＋５）イオンのイオン半径よりも小さいイオ
ン半径をもつ第１イオンが１種類以上含まれる材料によ
り、所望の線路形状に形成された光導波路部分と、該光
導波路部分に少なくとも接触して、前記第１イオンのイ
オン半径よりも大きいイオン半径をもつ第２イオンが１
種類以上含まれる材料により、形成された補助光導波路
部分と、を具えることを特徴とする。

【００２７】本願の発明は、第１イオンが１種類以上含
まれる材料により形成された光導波路部分と、第２イオ
ンが１種類以上含まれる材料により、形成された補助光
導波路部分とが互いに重なり合っていることを特徴とす
る。本願の発明は、第１イオンおよび第２イオンが、遷
移金属より選定されることを特徴とする。本願の発明
は、第１イオンが、Ｔｉであり、第２イオンが、Ｎｉで
あることを特徴とする。本願の発明は、第１イオンが、
Ｔｉであり、第２イオンが、Ｃｕであることを特徴とす
る。本願の発明は、第１イオンが、Ｃｒであり、第２イ
オンが、Ｎｉであることを特徴とする。本願の発明は、
該光導波路型偏光子が同一基板上に組込まれた、音響光
学効果あるいは電気光学効果を利用した導波路型素子で
あることを特徴とする。

【００２８】本願の発明において、素子応用に供する単
結晶強誘電体基板としては、コングルエント組成のニオ
ブ酸リチウムが一般的であり、この基板を例に、本願の
発明を説明するが、同じ結晶構造をとるタンタル酸リチ
ウム及びニオブ酸リチウムとタンタル酸リチウムの固溶
体についても、同様な効果を得ることができる。

【００２９】

【実施例】

実施例１ 図３は、本発明の導波路型偏光子の実施例を示す。ｚ−
面カットニオブ酸リチウム基板１に、Ｔｉイオンを添加
した光導波路部分２と、この光導波路部分２の途中両脇
に、該光導波路部分２に接触して、Ｎｉイオンを添加し
た補助光導波路３を形成した。

【００３０】本実施例においては、光導波路部分２は、
金属Ｔｉを厚さ７４０Å、幅７μｍ、長さ６０ｍｍに真
空蒸着し、これを酸素気流中、９８０℃で、２０時間熱
処理して、基板中にＴｉイオンを拡散させ製造した。

【００３１】金属Ｔｉの蒸着厚さ、幅、および熱拡散処
理条件は、波長１．５μｍの光がシングルモードで伝搬
できる光導波路を製作する条件の一例である。

【００３２】次に、Ｔｉ拡散光導波路部分２の途中の両
脇に、金属Ｎｉを厚さ５００Å、幅５０μｍ、長さ５ｍ
ｍに真空蒸着し、これを酸素気流中、８５０℃で１０時
間熱処理して、基板中にＮｉイオンを拡散させ、前記Ｔ
ｉ拡散光導波路部分に接触するように補助光導波路部分
３を設けた。

【００３３】上記Ｔｉ拡散光導波路部分２及びＮｉ拡散
補助光導波路部分３を設けた効果を、次に説明する。図
５は、ＬＮ基板に、Ｔｉ、Ｎｉ及びＴｉ＋Ｎｉを拡散し
た光導波路部分とＬＮ基板の異常光屈折率と拡散温度と
の関係図を示す。

【００３４】図５は、別のｚ−面カットニオブ酸リチウ
ム基板に、金属Ｔｉを厚さ７４０Å真空蒸着し、酸素気
流中、９８０℃で、２０時間熱処理して、基板中にＴｉ
イオンを拡散させた部分と、基板が露出した面および前
記Ｔｉイオン拡散部分とも一部重なるように金属Ｎｉを
厚さ５００Å真空蒸着し、酸素気流中、８５０〜１００
０℃で、１０時間熱処理して基板中にＮｉイオンを拡散
させた部分を設け、室温で測定したＴｉイオン拡散部分
（▲：拡散温度９８０℃）、９８０℃でのＴｉイオン拡
散後の何も拡散されていない基板部分（●）、種々の温
度で処理したＮｉイオン拡散部分（○）及びＮｉとＴｉ
の両方のイオンが拡散された部分（他の実施例２の説明
で使う：□）の異常光屈折率の値である。

【００３５】図６は、上記の場合のＬＮ基板に、Ｔｉ、
Ｎｉ及びＴｉ＋Ｎｉを拡散した光導波路部分とＬＮ基板
の常光屈折率と拡散温度との関係図を示す。

【００３６】図３のＴｉ拡散光導波路部分の屈折率は、
図５及び図６の「▲」に相当し、また図３のＮｉ拡散補
助光導波路部分の屈折率は、Ｔｉ拡散部分と重ならない
ように、８５０℃で拡散させたＮｉイオン拡散部分、つ
まり「○：８５０℃」に相当する。

【００３７】図５及び図６の測定結果より、Ｎｉイオン
を基板中に拡散し、添加することにより、基板の異常光
屈折率は低下し（図５●と○の比較）、常光屈折率は上
昇する（図６●と○の比較）ことがわかる。

【００３８】図３に示される実施例において、Ｔｉイオ
ン拡散光導波路部分とＮｉイオン拡散補助光導波路部分
との異常光屈折率差（図５▲と○：８５０℃の差）は、
無添加基板部分との差（図５▲と●の差）に比較して大
きくなっており、補助光導波路部分が付随した光導波路
部分で、異常光屈折率を感じる偏波成分（図３のｚ−面
カットニオブ酸リチウム基板の例ではＴＭ偏波）の閉じ
込めが強くなっている。

【００３９】逆に、Ｎｉイオン拡散補助導波路部分での
常光屈折率の増大により、常光屈折率を感じる偏波成分
（図３のｚ−面カットニオブ酸リチウム基板の例ではＴ
Ｅ偏波）の閉じ込めは緩くなり、ＴＥ偏波成分は光導波
路部分から補助導波路部分に漏洩する。

【００４０】このような効果により、図３の実施例に示
した導波路型偏光子で、ＴＭ偏光を優先的に伝搬させる
ことができた。

【００４１】実施例２ 図４は、本発明の他の実施例を示す。ｚ−面カットニオ
ブ酸リチウム基板１に、Ｔｉイオンを添加した光導波路
部分２と、この光導波路部分２の途中に、Ｎｉイオンを
添加した補助光導波路３を一部重ねて形成した。本実施
例において、光導波路部分２は、金属Ｔｉを厚さ７４０
Å、幅７μｍ、長さ６０ｍｍに真空蒸着し、これを酸素
気流中、９８０℃で、２０時間熱処理して、基板中にＴ
ｉイオンを拡散させ形成した。

【００４２】次に、Ｔｉ拡散光導波路部分２途中の両脇
に、金属Ｎｉを厚さ５００Å、幅１０７μｍ（光導波路
部分との重なりを含む）、長さ５ｍｍに真空蒸着し、こ
れを酸素気流中、９００℃で、１０時間熱処理して、基
板中にＮｉイオンを拡散させ、Ｔｉ拡散光導波路部分２
に一部重なるように補助光導波路部分３を形成した。

【００４３】上記Ｔｉ拡散光導波路部分２及びＮｉ拡散
補助光導波路部分３の効果を、図５及び図６を用いて説
明する。

【００４４】図４のＮｉ補助光導波路３と重なっていな
いＴｉ拡散光導波路部分の屈折率は「▲」に相当し、ま
た図４のＮｉ拡散補助光導波路部分３の屈折率は、Ｔｉ
拡散部分と重ならないように８５０℃で拡散させたＮｉ
イオン拡散部分、つまり「○：９００℃」に相当する。
さらに、両導波路部分が重なった部分の屈折率は「□：
９００℃」に相当する。

【００４５】図５及び図６の測定結果より、Ｎｉイオン
が重なって添加されたＴｉイオン拡散光導波路部分で
は、Ｔｉイオンのみが添加された光導波路部分に比べ、
異常光屈折率がわずかに低下し（図５▲と□の比較）、
常光屈折率はわずかに上昇する（図６▲と□の比較）こ
とがわかる。

【００４６】このような重ね合わせによる光導波路部分
の屈折率変化があるが、図４の実施例の（Ｔｉ＋Ｎｉ）
イオン拡散光導波路部分とＮｉイオン拡散補助光導波路
部分との異常光屈折率差（図５□：９００℃と○：９０
０℃の差）は、Ｔｉイオン拡散光導波路部分と無添加基
板部分との差（図５▲と●の差）に比較して大きくなっ
ており、補助光導波路部分が付随した光導波路部分で、
異常光屈折率を感じる偏波成分（図４のｚ−面カットニ
オブ酸チリウム基板の例ではＴＭ偏波）の閉じ込めが強
くなっている。

【００４７】逆に、Ｎｉイオン拡散補助光導波路部分で
の常光屈折率の増大により、常光屈折率を感じる偏波成
分（図４のｚ−面カットニオブ酸リチウム基板の例では
ＴＥ偏波）の閉じ込めは緩くなり、ＴＥ偏波成分は光導
波路部分から補助光導波路部分に漏洩し易くなってい
る。

【００４８】このような効果により、図４の実施例に示
した光導波路型偏光子においても、ＴＭ偏光を優先的に
伝搬させることができた。

【００４９】実施例３ 図４の変形例の、本発明の更に他の実施例を示す。ｘ−
面カットニオブ酸リチウム基板に、Ｔｉイオン拡散光導
波路部分と、これに重ね合わせたＮｉイオン拡散補助光
導波路部分の組み合わせで製造した。

【００５０】光導波路部分は、基板のｙ−軸方向に厚さ
７４０Åの金属Ｔｉを幅７μｍ、長さ３０ｍｍにわたっ
て蒸着し、酸素中、温度９８０℃で、２０時間で拡散し
製造した。

【００５１】さらに基板の一方の端から長さ１０ｍｍに
わたって光導波路部分及び基板部分表面に金属Ｎｉを５
００Å真空蒸着し、酸素中、９００℃で、１０時間し、
補助光導波路部分を製造した。

【００５２】Ｔｉイオン拡散光導波路部分の両端を研磨
し、Ｎｉイオンが添加されていない側から光を入射（入
射光強度は、８００μＷ）して、他端で出力光の強度を
モニターした結果、ＴＥ偏光状態での出力光強度は、２
１μＷ、ＴＭ偏光状態での出力光強度は、７μＷであ
り、ＴＥ偏光が優先して伝搬していることを確認した。

【００５３】得られた出力光強度は弱いものであった
が、これは、本実施例のように光導波路部分と補助光導
波路部分が重なった形態の場合、実施例２において、図
５及び図６を用いて説明したように、第１イオン（Ｔ
ｉ）添加光導波路中への第２イオン（Ｎｉ）の追添加に
より、光導波路部分の屈折率が一部変化し、補助光導波
路部分が接触している実施例１（図３）の構成に比べ、
本発明の目的である異常光屈折率を感じる偏波の閉じ込
め効果が弱くなるとともに、同じく多重イオン添加部分
の屈折率変化により、光導波路を伝搬してきた光波がこ
の部分で散乱され易いためと考えられる。

【００５４】したがって、本実施例では、重なり部分の
屈折率変化がほとんどないイオンの添加条件を選んでや
る必要がある。又は図３の形態とすることが、より好適
である。

【００５５】実施例４ 図３と同様な形態の導波路型偏光子を、ニオブ酸リチウ
ム（ＬＮ）基板上に、第１イオンにＴｉ（４＋）、第２
イオンにＣｕ（２＋）を用いて製造した。

【００５６】光導波路部分を設けたｚ−面カットおよび
ｘ−面カット基板の表面に、金属Ｃｕを厚さ５００Å真
空蒸着し、酸素気流中、８５０℃及び９００℃で１０時
間熱拡散させて製造した。Ｃｕイオン拡散補助光導波路
部分の常光及び異常光屈折率を表１に示す。表１中に
は、対応する無添加基板について測定した屈折率も示し
た。

【００５７】Ｃｕ（２＋）イオンの添加による補助光導
波路部分においても、Ｎｉ（２＋）添加の場合と同様
に、常光屈折率は上昇し、逆に異常光屈折率は減少して
おり、異常光屈折率を感じる偏波を優先的に伝搬させる
偏光子を得ることができた。

【００５８】

【表１】

【００５９】実施例５ 図３と同様な形態の導波路型偏光子を、ニオブ酸リチウ
ム基板上に、第１イオンとして、Ｃｒ（３＋）（イオン
半径 ０．６１５Å）、第２イオンとして、Ｎｉ（２
＋）を用いて製造した。

【００６０】光導波路部分は、基板上に金属Ｃｒを厚さ
７００Å、幅７μｍ真空蒸着し、これを酸素気流中、１
０００℃で、１０時間拡散処理して製造した。

【００６１】このＣｒイオン拡散光導波路部分の屈折率
は、Ｔｉイオン拡散光導波路部分同様、常光屈折率、異
常光屈折率ともに基板の屈折率よりも上昇しており、Ｔ
ｉイオン拡散についての実施例１と類似の結果が得られ
た。

【００６２】しかし、第１イオンとして選択可能な、Ｃ
ｒ（３＋）、Ｆｅ（３＋）等は、Ｔｉ（４＋）に比べ、
入射した光波のエネルギー（短波長の場合）によってイ
オンの価数が変化し易く、出力光強度のドリフト現象い
わゆる結晶の「光損傷」が起こるため、長波長光（１．
３〜１．５μｍ）を伝搬させる素子への応用では問題は
ないが、これより短波長の光を伝搬させる場合は、安定
な素子特性が得難く、好適でない。

【００６３】以上の実施例は、ニオブ酸リチウム基板に
ついて説明したが、タンタル酸リチウム基板および両者
の固溶体基板についても、同様に製造でき、ほぼ同様な
効果が得られる。

【００６４】しかし、ニオブ酸リチウム基板或いはニオ
ブ酸リチウムをより多く含む固溶体基板の場合は、タン
タル酸リチウム基板に比べてキュリー温度が高いため、
熱拡散法を用いて、イオン添加を行う場合には、拡散温
度条件を広く選ぶことができ好適である。

【００６５】タンタル酸リチウムでは、６５０℃以下で
拡散条件を選択する必要がある。又、イオンの添加手段
として、イオン注入等の強制的な方法を用いる場合は、
この限りでない。

【００６６】また、以上の実施例における第１及び第２
イオンについて、第１イオンとなる金属Ｔｉに代えて、
Ｔｉ酸化物を所望の線路形状に堆積してもよい。第２イ
オンとなる金属Ｎｉに代えて、Ｎｉ酸化物を基板全面に
所望量堆積してもよい。

【００６７】更に、第２イオンとなる金属Ｃｕに代え
て、Ｃｕ酸化物を基板全面に所望量堆積してもよい。

【００６８】第１イオンとなる金属Ｃｒに代えて、Ｃｒ
酸化物を所望の線路形状に堆積してもよい。

【００６９】添加処理の順序は逆、あるいは同時であっ
てもよいが、拡散処理に高い温度を要するイオンの添加
を先に行うことが望ましい。

【００７０】

【発明の効果】以上のように、第１イオン及び第２イオ
ンを添加することにより、第１イオン添加部分よりなる
光導波路中を伝搬する光波の偏波成分のうち、常光屈折
率を感じる偏波成分のみが、第２イオン添加により常光
屈折率が上昇した前記導波路外に導かれ、逆に、異常光
屈折率を感じる偏波成分は、導波路周囲の異常光屈折率
が第２イオン添加により無添加の場合よりも減少した効
果により、導波路内にさらに強く閉じ込められて伝搬す
る。つまり、伝搬光から特定の偏光成分を取り出すこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】異方性光学結晶を用いた光導波路型偏光子（従
来例）を示す。

【図２】金属クラッディングを利用した光導波路型偏光
子の（従来例）を示す。

【図３】本願の発明に係る光導波路型偏光子の一実施例
を示す

【図４】本願の発明に係る光導波路型偏光子の他の実施
例を示す。

【図５】光導波路部分の異常光屈折率と拡散温度との関
係図を示す。

【図６】光導波路部分の常光屈折率と拡散温度との関係
図を示す。

【符号の説明】

１ 基板 ２ 光導波路部分 ３ 補助光導波路部分

フロントページの続き (72)発明者 市川 潤一郎 千葉県船橋市豊富町585番地 住友大阪 セメント株式会社 新規技術研究所 オ プトエレクトロニクス研究部内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G02B 6/126 G02B 6/13

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 強誘電体結晶であるニオブ酸リチウムか
   らなる基板に、 Ｎｂ（＋５）イオンのイオン半径よりも小さいイオン半
   径をもつ第１イオンが１種類以上含まれる材料により、
   所望の線路形状に形成された光導波路部分と、 該光導波路部分に少なくとも接触して、前記第１イオン
   のイオン半径よりも大きいイオン半径をもつ第２イオン
   が１種類以上含まれる材料により、形成された補助光導
   波路部分と、を具えることを特徴とする光導波路型偏光
   子。
2. 【請求項２】 強誘電体結晶であるタンタル酸リチウム
   からなる基板に、 Ｔａ（＋５）イオンのイオン半径よりも小さいイオン半
   径をもつ第１イオンが１種類以上含まれる材料により、
   所望の線路形状に形成された光導波路部分と、 該光導波路部分に少なくとも接触して、前記第１イオン
   のイオン半径よりも大きいイオン半径をもつ第２イオン
   が１種類以上含まれる材料により、形成された補助光導
   波路部分と、を具えることを特徴とする光導波路型偏光
   子。
3. 【請求項３】 強誘電体結晶であるニオブ酸リチウムと
   タンタル酸リチウムの固溶体からなる基板に、 Ｎｂ（＋５）イオンのイオン半径よりも小さいイオン半
   径をもつ第１イオンが１種類以上含まれる材料により、
   所望の線路形状に形成された光導波路部分と、 該光導波路部分に少なくとも接触して、前記第１イオン
   のイオン半径よりも大きいイオン半径をもつ第２イオン
   が１種類以上含まれる材料により、形成された補助光導
   波路部分と、を具えることを特徴とする光導波路型偏光
   子。
4. 【請求項４】 第１イオンが１種類以上含まれる材料に
   より形成された光導波路部分と、第２イオンが１種類以
   上含まれる材料により形成された補助光導波路部分とが
   互いに重なり合っていることを特徴とする前記請求項１
   記載の光導波路型偏光子。
5. 【請求項５】 第１イオンおよび第２イオンが、遷移金
   属より選定されることを特徴とする前記請求項１〜４記
   載のいずれか１項記載の光導波路型偏光子。
6. 【請求項６】 第１イオンが、Ｔｉであり、第２イオン
   が、Ｎｉであることを特徴とする前記請求項５記載の光
   導波路型偏光子。
7. 【請求項７】 第１イオンが、Ｔｉであり、第２イオン
   が、Ｃｕであることを特徴とする前記請求項５記載の光
   導波路型偏光子。
8. 【請求項８】 第１イオンが、Ｃｒであり、第２イオン
   が、Ｎｉであることを特徴とする前記請求項５記載の光
   導波路型偏光子。
9. 【請求項９】 該光導波路型偏光子が同一基板上に組込
   まれた、音響光学効果あるいは電気光学効果を利用した
   導波路型素子であることを特徴とする前記請求項１記載
   の光導波路型偏光子。