JP3234803B2 - 光導波路素子 - Google Patents
光導波路素子Info
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- JP3234803B2 JP3234803B2 JP34551397A JP34551397A JP3234803B2 JP 3234803 B2 JP3234803 B2 JP 3234803B2 JP 34551397 A JP34551397 A JP 34551397A JP 34551397 A JP34551397 A JP 34551397A JP 3234803 B2 JP3234803 B2 JP 3234803B2
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- Japan
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- optical waveguide
- film
- substrate
- polarizer
- waveguide device
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光導波路素子に関
し、特に、ＬｉＮｂＯ3 基板にＴｉの拡散により形成さ
れた光導波路（Ｔｉ拡散型ＬｉＮｂＯ3 導波路）上に偏
光子を搭載した光導波路素子に関する。
し、特に、ＬｉＮｂＯ3 基板にＴｉの拡散により形成さ
れた光導波路（Ｔｉ拡散型ＬｉＮｂＯ3 導波路）上に偏
光子を搭載した光導波路素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、光導波路は、放射を一定領域に
閉じ込め、そのエネルギーの流れを経路の軸に平行に案
内して伝搬させる機能を有する。そのため、現在では、
光ファイバケーブルで代表される光の導波線路を光導波
路に変えることによって、光学部品の小型化を図るよう
にしている。
閉じ込め、そのエネルギーの流れを経路の軸に平行に案
内して伝搬させる機能を有する。そのため、現在では、
光ファイバケーブルで代表される光の導波線路を光導波
路に変えることによって、光学部品の小型化を図るよう
にしている。
【０００３】前記光導波路としては、例えばＧａＡｓ
系、ＩｎＰ系の半導体導波路、Ｓｉ上に酸化膜を形成し
たり、ガラス基板を用いる誘電体（ガラス）導波路、Ｌ
ｉＮｂＯ3 やＬｉＴａＯ3 結晶で構成した強誘電体結晶
導波路がある。
系、ＩｎＰ系の半導体導波路、Ｓｉ上に酸化膜を形成し
たり、ガラス基板を用いる誘電体（ガラス）導波路、Ｌ
ｉＮｂＯ3 やＬｉＴａＯ3 結晶で構成した強誘電体結晶
導波路がある。
【０００４】特に、光導波路型変調器等のように、光導
波路を伝送する光ビームに電極を通じて情報を乗せるよ
うな光学素子としては、優れた電気光学特性を有するＬ
ｉＮｂＯ3 結晶にＴｉを拡散させたＴｉ拡散型ＬｉＮｂ
Ｏ3 導波路が用いられる。
波路を伝送する光ビームに電極を通じて情報を乗せるよ
うな光学素子としては、優れた電気光学特性を有するＬ
ｉＮｂＯ3 結晶にＴｉを拡散させたＴｉ拡散型ＬｉＮｂ
Ｏ3 導波路が用いられる。
【０００５】この場合、光導波路素子に搭載する偏光子
については、前記光導波路上に誘電体膜を介してＡｌ膜
が形成されたものが、通常用いられている。
については、前記光導波路上に誘電体膜を介してＡｌ膜
が形成されたものが、通常用いられている。
【０００６】このＴｉ拡散型ＬｉＮｂＯ3 導波路は、基
板上に厚さ数１００Åの金属Ｔｉ膜を形成し、１０００
℃程度の温度で４〜１０時間の熱拡散操作を経て作製さ
れる。
板上に厚さ数１００Åの金属Ｔｉ膜を形成し、１０００
℃程度の温度で４〜１０時間の熱拡散操作を経て作製さ
れる。
【０００７】偏光子を搭載する場合は、数百〜数千Å
の、例えば、ＨｆＯ2 等の誘電体膜を蒸着やスパッタリ
ング等の成膜手法を用いて形成し、その上に数百〜数千
ÅのＡｌ膜を同じく蒸着やスパッタリング等の成膜手法
を用いて形成することにより偏光子が作製される。
の、例えば、ＨｆＯ2 等の誘電体膜を蒸着やスパッタリ
ング等の成膜手法を用いて形成し、その上に数百〜数千
ÅのＡｌ膜を同じく蒸着やスパッタリング等の成膜手法
を用いて形成することにより偏光子が作製される。
【０００８】しかしながら、上記のような従来の金属装
荷型偏光子では、長期間の使用により熱サイクル、熱衝
撃が加えられると、基板とＡｌ膜が剥離し、偏光子とし
て働かなくなるという問題があった。また、剥離の際、
誘電体膜は、界面の付着強度に応じて、ＬｉＮｂＯ3 基
板側に付着したままであったり、Ａｌ膜に付着したまま
であったり、或いは部分的にはその両方であったりする
という問題もあった。
荷型偏光子では、長期間の使用により熱サイクル、熱衝
撃が加えられると、基板とＡｌ膜が剥離し、偏光子とし
て働かなくなるという問題があった。また、剥離の際、
誘電体膜は、界面の付着強度に応じて、ＬｉＮｂＯ3 基
板側に付着したままであったり、Ａｌ膜に付着したまま
であったり、或いは部分的にはその両方であったりする
という問題もあった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
金属装荷型偏光子を使用する際に、熱サイクル等による
Ａｌ膜の剥離がなく、また、偏光子特性等の劣化の少な
い改良された偏光子が搭載された光導波路素子を提供す
ることを目的とする。
金属装荷型偏光子を使用する際に、熱サイクル等による
Ａｌ膜の剥離がなく、また、偏光子特性等の劣化の少な
い改良された偏光子が搭載された光導波路素子を提供す
ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の光導波路素子
は、ＬｉＮｂＯ3 基板上にＴｉの拡散による光導波路が
形成された光導波路素子において、前記光導波路上に誘
電体膜を介してＡｌ膜が形成され、さらにその上に、Ａ
ｌ膜より小さく基板に近い線膨張率を有する金属膜が形
成された偏光子を設けることを特徴とする。この場合、
金属膜を形成する金属としては、所望の線膨張率を有す
るものであれば、その種類を限定するものではない。
は、ＬｉＮｂＯ3 基板上にＴｉの拡散による光導波路が
形成された光導波路素子において、前記光導波路上に誘
電体膜を介してＡｌ膜が形成され、さらにその上に、Ａ
ｌ膜より小さく基板に近い線膨張率を有する金属膜が形
成された偏光子を設けることを特徴とする。この場合、
金属膜を形成する金属としては、所望の線膨張率を有す
るものであれば、その種類を限定するものではない。
【００１１】従来の金属装荷型偏光子においては、Ａｌ
膜の線膨張係数が基板の平面方向の線膨張係数の２倍弱
と大きく、このため、素子使用時の熱サイクル、熱衝撃
により剥離するものと考えられる。これに対して本発明
に係る光導波路素子では、Ａｌ膜上にさらに、線膨張係
数が基板の平面方向のそれに近い金属膜を形成すること
により、熱応力による偏光子の剥離が解消される。
膜の線膨張係数が基板の平面方向の線膨張係数の２倍弱
と大きく、このため、素子使用時の熱サイクル、熱衝撃
により剥離するものと考えられる。これに対して本発明
に係る光導波路素子では、Ａｌ膜上にさらに、線膨張係
数が基板の平面方向のそれに近い金属膜を形成すること
により、熱応力による偏光子の剥離が解消される。
【００１２】このように光導波路を構成することによ
り、光導波路素子の劣化が軽減される。ここで、光導波
路素子の劣化とは、光導波路素子の評価方法として、Ｙ
形状分岐を有する光導波路素子を高温高湿下で長時間保
持する信頼性試験を行った後、光導波路の損失特性およ
び偏光子の偏光消光比特性を測定して劣化判定を行った
結果をいう。具体的には、光導波路素子を温度７５℃、
湿度９３％の試験装置に配置し１９２時間保持する信頼
性試験の前後における光導波路の損失上昇分および偏光
消光比劣化分を評価した結果をいい、本発明に係る光導
波路素子では、この劣化度合いが少ないことが判明し
た。
り、光導波路素子の劣化が軽減される。ここで、光導波
路素子の劣化とは、光導波路素子の評価方法として、Ｙ
形状分岐を有する光導波路素子を高温高湿下で長時間保
持する信頼性試験を行った後、光導波路の損失特性およ
び偏光子の偏光消光比特性を測定して劣化判定を行った
結果をいう。具体的には、光導波路素子を温度７５℃、
湿度９３％の試験装置に配置し１９２時間保持する信頼
性試験の前後における光導波路の損失上昇分および偏光
消光比劣化分を評価した結果をいい、本発明に係る光導
波路素子では、この劣化度合いが少ないことが判明し
た。
【００１３】また、本発明の光導波路素子は、金属膜と
して二以上の多層膜を用いることを特徴とする。金属膜
の金属の種類としては、基板の平面方向の線膨張係数と
金属膜の線膨張係数とができるだけ近いものが望まし
く、Ａｌ膜上にＣｒ膜を中間層としてＡｕ膜を搭載した
ものや、Ａｌ膜上にＴｉＮを中間層としてＴｉ膜を搭載
したもの等を用いることができる。但し、これに限定す
るものではなく、材料費や加工性等を考慮し、または光
導波路素子の使用環境を勘案したうえで適宜金属の種類
を選定することができる。
して二以上の多層膜を用いることを特徴とする。金属膜
の金属の種類としては、基板の平面方向の線膨張係数と
金属膜の線膨張係数とができるだけ近いものが望まし
く、Ａｌ膜上にＣｒ膜を中間層としてＡｕ膜を搭載した
ものや、Ａｌ膜上にＴｉＮを中間層としてＴｉ膜を搭載
したもの等を用いることができる。但し、これに限定す
るものではなく、材料費や加工性等を考慮し、または光
導波路素子の使用環境を勘案したうえで適宜金属の種類
を選定することができる。
【００１４】これにより、偏光子の材料費の軽減、使用
環境に応じた耐剥離性の調整、所望の積層厚みの調整等
を自由に行うことができる。
環境に応じた耐剥離性の調整、所望の積層厚みの調整等
を自由に行うことができる。
【００１５】さらに、本発明の光導波路素子は、Ａｌ膜
に接する金属膜としてＴｉ膜を用いることを特徴とす
る。
に接する金属膜としてＴｉ膜を用いることを特徴とす
る。
【００１６】Ａｌ膜に接する金属膜としては、Ｔｉ膜を
用いたものが、耐剥離性の面からは最も好適である。こ
れは、ＬｉＮｂＯ3 基板の線膨張係数が基板の三次元方
向で異なることに起因する。通常、金属膜に用いる金属
としては、基板の平面方向の線膨張係数（室温で約１４
×１０-6／℃）に近い線膨張係数を持つ金属を用いれば
十分であるが、耐剥離性を最大限に発揮するには基板の
平面方向に垂直な方向の線膨張係数（室温で約４×１０
-6／℃）をも考慮し、両者の中間値の線膨張係数（室温
で約９×１０-6／℃）を持つＴｉが最も望ましい。
用いたものが、耐剥離性の面からは最も好適である。こ
れは、ＬｉＮｂＯ3 基板の線膨張係数が基板の三次元方
向で異なることに起因する。通常、金属膜に用いる金属
としては、基板の平面方向の線膨張係数（室温で約１４
×１０-6／℃）に近い線膨張係数を持つ金属を用いれば
十分であるが、耐剥離性を最大限に発揮するには基板の
平面方向に垂直な方向の線膨張係数（室温で約４×１０
-6／℃）をも考慮し、両者の中間値の線膨張係数（室温
で約９×１０-6／℃）を持つＴｉが最も望ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る光導波路素子
及び光導波路素子の製造方法を図１〜図３を参照しなが
ら説明する。なお、基板および各膜の形成方法、形成条
件は、定法による。
及び光導波路素子の製造方法を図１〜図３を参照しなが
ら説明する。なお、基板および各膜の形成方法、形成条
件は、定法による。
【００１８】図１に本実施形態に係る光導波路素子２０
を示す。この光導波路素子２０は、ＬｉＮｂＯ3 基板１
０に所定形状の光導波路１２が形成されており、該光導
波路１２上に偏光子１３、位相変調器１４が搭載されて
いる。なお、ＬｉＮｂＯ3 基板１０の平面方向とは、Ｌ
ｉＮｂＯ3 基板１０の平面の長さ（Ｙ方向）および幅方
向（Ｚ方向）をいう。
を示す。この光導波路素子２０は、ＬｉＮｂＯ3 基板１
０に所定形状の光導波路１２が形成されており、該光導
波路１２上に偏光子１３、位相変調器１４が搭載されて
いる。なお、ＬｉＮｂＯ3 基板１０の平面方向とは、Ｌ
ｉＮｂＯ3 基板１０の平面の長さ（Ｙ方向）および幅方
向（Ｚ方向）をいう。
【００１９】作製した光導波路素子２０のＬｉＮｂＯ3
基板１０のサイズは、幅（Ｚ方向）が約３ｍｍ、光導波
路１２の長さ方向（Ｙ方向）が約３０ｍｍであり、偏光
子１３のサイズは、光導波路１２の長さ方向（Ｙ方向）
に対応する部分が約１ｍｍ、光導波路１２の幅方向（Ｚ
方向）に対応する部分が約２ｍｍである。
基板１０のサイズは、幅（Ｚ方向）が約３ｍｍ、光導波
路１２の長さ方向（Ｙ方向）が約３０ｍｍであり、偏光
子１３のサイズは、光導波路１２の長さ方向（Ｙ方向）
に対応する部分が約１ｍｍ、光導波路１２の幅方向（Ｚ
方向）に対応する部分が約２ｍｍである。
【００２０】図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線断面図であ
る。光導波路素子２０は、ＬｉＮｂＯ 3 基板１０に所定
形状の光導波路１２が形成されており、光導波路１２上
に誘電体膜１５、Ａｌ膜１６およびＴｉ膜１７から形成
される偏光子１３が搭載されている。ここで、誘電体膜
１５としては、ＨｆＯ2 を用いた。なお、ＬｉＮｂＯ3
基板１０の垂直方向とは、ＬｉＮｂＯ3 基板１０の厚み
方向（Ｘ方向）をいう。
る。光導波路素子２０は、ＬｉＮｂＯ 3 基板１０に所定
形状の光導波路１２が形成されており、光導波路１２上
に誘電体膜１５、Ａｌ膜１６およびＴｉ膜１７から形成
される偏光子１３が搭載されている。ここで、誘電体膜
１５としては、ＨｆＯ2 を用いた。なお、ＬｉＮｂＯ3
基板１０の垂直方向とは、ＬｉＮｂＯ3 基板１０の厚み
方向（Ｘ方向）をいう。
【００２１】この場合、ＬｉＮｂＯ3 基板１０の厚みは
約１ｍｍであり、光導波路１２の幅、深さはともに数μ
ｍである。光導波路１２上に積層される各膜の厚みは、
誘電体膜１５が４００Å、Ａｌ膜１６が５０００Å、Ｔ
ｉ膜１７が１０００Åである。
約１ｍｍであり、光導波路１２の幅、深さはともに数μ
ｍである。光導波路１２上に積層される各膜の厚みは、
誘電体膜１５が４００Å、Ａｌ膜１６が５０００Å、Ｔ
ｉ膜１７が１０００Åである。
【００２２】図３に本実施形態の第２の例に係る光導波
路素子４０を示す。この光導波路素子４０は、ＬｉＮｂ
Ｏ3 基板３０に所定形状の光導波路３２が形成されてお
り、光導波路３２上に誘電体膜３５、Ａｌ膜３６および
Ｔｉ膜３７が形成され、さらにＴｉ膜３７上にＰｔ膜３
８、Ａｕ膜３９が形成された偏光子３３が搭載されてい
る。
路素子４０を示す。この光導波路素子４０は、ＬｉＮｂ
Ｏ3 基板３０に所定形状の光導波路３２が形成されてお
り、光導波路３２上に誘電体膜３５、Ａｌ膜３６および
Ｔｉ膜３７が形成され、さらにＴｉ膜３７上にＰｔ膜３
８、Ａｕ膜３９が形成された偏光子３３が搭載されてい
る。
【００２３】この場合、ＬｉＮｂＯ3 基板３０の厚みは
約１ｍｍであり、光導波路３２の幅、深さはともに数μ
ｍである。光導波路３２上に積層されて偏光子３３を構
成する各膜の厚みは、誘電体膜３５が４００Å、Ａｌ膜
３６が３０００Å、Ｔｉ膜３７が４００Åである。さら
にＴｉ膜３７上に形成されるＰｔ膜３８の厚みは２００
Å、Ａｕ膜３９の厚みは３０００Åである。
約１ｍｍであり、光導波路３２の幅、深さはともに数μ
ｍである。光導波路３２上に積層されて偏光子３３を構
成する各膜の厚みは、誘電体膜３５が４００Å、Ａｌ膜
３６が３０００Å、Ｔｉ膜３７が４００Åである。さら
にＴｉ膜３７上に形成されるＰｔ膜３８の厚みは２００
Å、Ａｕ膜３９の厚みは３０００Åである。
【００２４】本実施形態の第１および第２の例に係る光
導波路素子２０、４０を温度７５℃、湿度９３％の環境
下において、１９２時間保持した信頼性試験前後での光
導波路１２、３２の損失の増加は約０．３ｄＢ程度であ
り、また、偏光消光比の劣化は約１ｄＢ程度であり、と
もに許容できる範囲内であった。さらに、これらの光導
波路素子２０、４０について、信頼性試験後に目視観察
を行った結果、偏光子部分の劣化は見られなかった。さ
らにこれに対し、誘電体膜を介してＡｌ膜を形成した従
来のものでは、偏光子部分のＡｌ膜に部分的な白濁や剥
離が見られた。また、この従来の光導波路素子の偏光子
部分の劣化判定を行ったところ、光導波路の損失の増加
は１ｄＢ以上であり、また、偏光消光比の劣化は５ｄＢ
以上であり、顕著な劣化傾向が見られた。
導波路素子２０、４０を温度７５℃、湿度９３％の環境
下において、１９２時間保持した信頼性試験前後での光
導波路１２、３２の損失の増加は約０．３ｄＢ程度であ
り、また、偏光消光比の劣化は約１ｄＢ程度であり、と
もに許容できる範囲内であった。さらに、これらの光導
波路素子２０、４０について、信頼性試験後に目視観察
を行った結果、偏光子部分の劣化は見られなかった。さ
らにこれに対し、誘電体膜を介してＡｌ膜を形成した従
来のものでは、偏光子部分のＡｌ膜に部分的な白濁や剥
離が見られた。また、この従来の光導波路素子の偏光子
部分の劣化判定を行ったところ、光導波路の損失の増加
は１ｄＢ以上であり、また、偏光消光比の劣化は５ｄＢ
以上であり、顕著な劣化傾向が見られた。
【００２５】上記のように、本発明に係る光導波路素子
では、光導波路素子の劣化を軽減させるために、Ａｌ膜
に接する金属膜の金属の種類として、Ｔｉの他、Ｔｉ
Ｎ、ＴｉＷ、ＷＳｉ等を用いることができる。また、本
発明に係る光導波路素子を、高湿度環境下（例えば湿度
９５％）で、所定時間（例えば１０００時間）以上保持
した場合においても、顕著なＡｌ膜の酸化の進行が認め
られず、かつ、導波路特性および偏光子特性が劣化しな
い、すなわち、耐湿度性が高いという結果が得られた。
では、光導波路素子の劣化を軽減させるために、Ａｌ膜
に接する金属膜の金属の種類として、Ｔｉの他、Ｔｉ
Ｎ、ＴｉＷ、ＷＳｉ等を用いることができる。また、本
発明に係る光導波路素子を、高湿度環境下（例えば湿度
９５％）で、所定時間（例えば１０００時間）以上保持
した場合においても、顕著なＡｌ膜の酸化の進行が認め
られず、かつ、導波路特性および偏光子特性が劣化しな
い、すなわち、耐湿度性が高いという結果が得られた。
【００２６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る光導
波路素子は、線膨張率の異なる基板とＡｌ膜で構成され
る偏光子において、Ａｌ膜上にさらに基板の線膨張率に
近い線膨張率をもつ金属膜を形成する。
波路素子は、線膨張率の異なる基板とＡｌ膜で構成され
る偏光子において、Ａｌ膜上にさらに基板の線膨張率に
近い線膨張率をもつ金属膜を形成する。
【００２７】これにより、使用時の熱サイクル、熱衝撃
による応力発生下において、Ａｌ膜の剥離を防止すると
ともに、光導波路特性および偏光子特性の劣化を軽減さ
せるという効果が得られる。
による応力発生下において、Ａｌ膜の剥離を防止すると
ともに、光導波路特性および偏光子特性の劣化を軽減さ
せるという効果が得られる。
【図１】本実施形態の第１の例である光導波路素子の平
面図である。
面図である。
【図２】図１の光導波路素子のＩＩ−ＩＩ線断面図であ
る。
る。
【図３】本実施形態の第２の例である偏光子を搭載した
光導波路素子の縦断面図である。
光導波路素子の縦断面図である。
１０、３０…ＬｉＮｂＯ3 基板 １２、３２…光導
波路 １３、３３…偏光子 １４…位相変調器 １５、３５…誘電体膜 １６、３６…Ａｌ
膜 １７、３７…Ｔｉ膜 ２０、４０…光導
波路素子 ３８…Ｐｔ膜 ３９…Ａｕ膜
波路 １３、３３…偏光子 １４…位相変調器 １５、３５…誘電体膜 １６、３６…Ａｌ
膜 １７、３７…Ｔｉ膜 ２０、４０…光導
波路素子 ３８…Ｐｔ膜 ３９…Ａｕ膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 6/12 - 6/146 G02B 5/18 G02B 5/30 G02F 1/00 - 1/125 G02F 1/29 - 7/00
Claims (3)
- 【請求項１】ＬｉＮｂＯ3 基板上にＴｉの拡散による光
導波路が形成された光導波路素子において、前記光導波
路上に誘電体膜を介してＡｌ膜が形成され、さらにその
上に、Ａｌ膜より小さく基板に近い線膨張率を有する金
属膜が形成された偏光子を設けたことを特徴とする光導
波路素子。 - 【請求項２】金属膜が、二以上の多層膜からなることを
特徴とする請求項１記載の光導波路素子。 - 【請求項３】Ａｌ膜に接する金属膜が、Ｔｉ膜であるこ
とを特徴とする請求項１または２記載の光導波路素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34551397A JP3234803B2 (ja) | 1997-12-15 | 1997-12-15 | 光導波路素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34551397A JP3234803B2 (ja) | 1997-12-15 | 1997-12-15 | 光導波路素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11174248A JPH11174248A (ja) | 1999-07-02 |
| JP3234803B2 true JP3234803B2 (ja) | 2001-12-04 |
Family
ID=18377098
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34551397A Expired - Lifetime JP3234803B2 (ja) | 1997-12-15 | 1997-12-15 | 光導波路素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3234803B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2369673C (en) * | 2000-02-18 | 2005-08-16 | Sumitomo Osaka Cement Co., Ltd. | A method for fabricating an optical waveguide device |
| JP4668239B2 (ja) * | 2007-05-14 | 2011-04-13 | 住友大阪セメント株式会社 | 光導波路素子 |
| CN104536089A (zh) * | 2014-12-09 | 2015-04-22 | 天津大学 | 周期极化钛扩散近化学计量比铌酸锂条形波导及制备方法 |
| JP6582821B2 (ja) * | 2015-09-30 | 2019-10-02 | 住友大阪セメント株式会社 | 光導波路素子 |
-
1997
- 1997-12-15 JP JP34551397A patent/JP3234803B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11174248A (ja) | 1999-07-02 |
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