JP4424356B2 - Ｔｅ−ｔｍ変換器 - Google Patents

Description

本発明は、ＴＥ−ＴＭ変換器に関し、より特定的には、電気光学効果を利用したＴＥ−ＴＭ変換器に関する。

従来のＴＥ−ＴＭ変換器としては、特許文献１に記載の偏波コントローラが提案されている。図１２は、該偏波コントローラ１００の外観斜視図である。

図１２に示す偏波コントローラ１００は、強誘電性基板１０１、光導波路１０２、モード変換部１０３及び平板状電極１０４ａ，ｂを備える。モード変換部１０３は、光導波路１０２における光波の進行方向に沿って配設される複数のドメイン領域Ｄ１〜Ｄ５を含む。更に、モード変換部１０３上には、光導波路１０２を挟むように、一対の平板状電極１０４ａ，ｂが設けられている。

前記偏波コントローラ１００では、前記平板状電極１０４ａ，ｂに制御電圧が印加されることにより、強誘電性基板１０１の主面に平行であってかつ光導波路１０２の長手方向に垂直な方向に電界が発生する。これにより、光導波路１０２における屈折率楕円体の主軸回転が起こり、互いに直交する偏波面を持つ２つの光波（ＴＥモード及びＴＭモード）が結合して、ＴＥ−ＴＭ変換が起こる。更に、ドメイン領域Ｄ１〜Ｄ５は、分極方向が交互に反転するように配置されているので、２つの光波の位相整合を行うグレーティングとして機能する。その結果、偏波コントローラ１００は、高い変換効率でＴＥ−ＴＭ変換を行うことができる。

しかしながら、グレーティングによってＴＥ−ＴＭ変換を行う偏波コントローラ１００は、ＴＥ−ＴＭ変換できる光波の帯域幅が狭いという問題を有する。具体的には、光通信における通信波長としては、Ｃバンド（Ｃバンド：１５３０〜１５６５ｎｍ）に属する１５５０ｎｍ近傍の波長を有する光波が用いられることが多い。そのため、該光波をＴＥ−ＴＭ変換するためには、偏波コントローラ１００が３５ｎｍの帯域幅で駆動できる必要がある。ところが、偏波コントローラ１００は、３５ｎｍの帯域幅で動作することは困難であった。
特開２００３−２０２５３２号公報

そこで、本発明の目的は、広帯域でＴＥ−ＴＭ変換を行うことができるＴＥ−ＴＭ変換器を提供することである。

本発明は、電気光学効果を利用したＴＥ−ＴＭ変換器において、基板と、０．０００５以下の複屈折率を有するタンタル酸リチウムによって構成され、前記基板の上層に配置された光導波路であって、タンタル酸リチウムのＺ軸に垂直な方向に光を導波する光導波路と、前記光導波路を挟んで対向し、かつ、該光導波路と略平行に延在するように１つずつ設けられている第１の電極及び第２の電極と、前記第１の電極及び前記第２の電極に制御電圧を印加して、モード変換部として、前記光導波路に、Ｚ軸及び光の進行方向と直交する方向に制御電圧を印加する電圧印加手段と、を備えること、を特徴とする。

本発明によれば、複屈折率が０．０００５以下のタンタル酸リチウムを光導波路の材料に用いることにより、Ｃバンドに属する光波に対して、ＴＥ−ＴＭ変換効率を９０％以上とすることができる。

本発明において、前記複屈折率は、０．０００３以下であることが好ましい。これにより、Ｃバンドに属する光波に対して、９５％以上のＴＥ−ＴＭ変換効率を得ることが可能となる。

本発明において、電圧印加手段は、前記光導波路に、光の進行方向と直交する方向に制御電圧を印加することが好ましい。このように制御電圧を印加することにより、光導波路における屈折率楕円体の主軸を回転させることができるようになる。その結果、Ｃバンドのような広帯域なバンドに属する光波に対して、ＴＥ−ＴＭ変換を行うことができるＴＥ−ＴＭ変換器を構成することが可能となる。

本発明において、前記第１の電極は、前記基板と前記光導波路との間に配置され、前記第２の電極は、前記光導波路を挟んで前記第１の電極と対向するように配置されていること、を特徴とする。複屈折率が０．０００５以下のタンタル酸リチウムを光導波路の基板材料に用いることにより、特許文献１に記載の偏波コントローラ１００のような分極方向が交互に反転するドメイン領域Ｄ１〜Ｄ５を形成する必要がなくなる。このようなドメイン領域Ｄ１〜Ｄ５がある場合には、タンタル酸リチウムの主面がＺ軸方向に垂直な基板を使用する必要があるが、ドメイン領域Ｄ１〜Ｄ５がない場合には、タンタル酸リチウムの主面がＹ軸方向に垂直な基板を用いることが可能となる。その結果、光導波路の上層と下層に制御電圧を印加する電極を配置させることができるようになる。すなわち、２つの電極の距離を小さくすることができ、小さな電圧でＴＥ−ＴＭ変換器を駆動させることができるようになる。

本発明によれば、複屈折率が０．０００５以下のＬｉＴａＯ₃（タンタル酸リチウム）により光導波路を形成しているので、Ｃバンド帯をカバーできる広帯域のＴＥ−ＴＭ変換器を製造することができる。

以下に、本発明の一実施形態に係るＴＥ−ＴＭ変換器について図面を参照しながら説明する。

（全体構成について）
図１は、ＴＥ−ＴＭ変換器１の外観斜視図である。図２（ａ）は、光導波路の厚みとＴＥモードの等価屈折率との関係を示したグラフである。図２（ｂ）は、光導波路の厚みとＴＭモードの等価屈折率との関係を示したグラフである。横軸は光導波路の厚みを示し、縦軸はＴＥモード及びＴＭモードの等価屈折率を示す。図３（ａ）は、光導波路の幅とＴＥモードの等価屈折率との関係を示したグラフである。図３（ｂ）は、光導波路の幅とＴＭモードの等価屈折率との関係を示したグラフである。横軸は光導波路の幅を示し、縦軸はＴＥモード及びＴＭモードの等価屈折率を示す。

ＴＥ−ＴＭ変換器１は、電気光学効果を利用してＴＥ−ＴＭ変換を行う装置であって、ＬｉＴａＯ₃（タンタル酸リチウム）からなる基板２、Ａｌからなる第１の電極３、ＵＶ接着剤からなる下部クラッド層４、非常に小さな複屈折率を有するＬｉＴａＯ₃からなる光導波路５、ＴｉＯ₂からなる上部クラッド層６、及び、Ａｌからなる第２の電極７を備える。

基板２は、モル分率[Ｌｉ]／（[Ｌｉ]＋[Ｔａ]）が０．４９２であって、０．０００４の複屈折率を有し、０．５ｍｍの厚みを有するＬｉＴａＯ₃からなる基板である。この基板２は、Ｚ軸に対して略垂直にカットされたＺカット結晶である。

下部クラッド層４は、基板２上に形成される。下部クラッド層４の厚みは、０．２μｍ以上である。該下部クラッド層４の上層には、光導波路５が形成されており、該下部クラッド層４は、該基板２と光導波路５とを接着する役割を果たしている。

光導波路５は、光波を長手方向に導波する役割を果たし、モル分率[Ｌｉ]／（[Ｌｉ]＋[Ｔａ]）が０．４９２であって、０．０００４の複屈折率を有するＬｉＴａＯ₃により、第１の電極３及び第２の電極７と略平行となるように下部クラッド層４を介して基板２上に形成される。光導波路５の厚みは４μｍであり、光導波路５の幅は３．５μｍである。この光導波路５の厚み及び幅は、１．５５μｍの波長のシングルモードの光波のみが導波されると共に、複屈折率が最小値となるように設計された値である。具体的には、シングルモードのＴＥモードの光波における等価屈折率と、シングルモードのＴＭモードの光波における等価屈折率とが略一致するときの、光導波路５の厚みを、図２に示すグラフを用いて４μｍと求めた。同様に、シングルモードのＴＥモードの光波における等価屈折率と、シングルモードのＴＭモードの光波における等価屈折率とが一致するときの、光導波路５の幅を、図３に示すグラフを用いて３．５μｍと求めた。なお、このグラフの作成に当っては、光導波路５の上面及び側面に接するクラッド層の材質をＴｉＯ₂とし、ＴｉＯ₂の屈折率（ｎｏ＝２．０５９５、ｎｅ＝２．１０６５）は、中村正行著，「ＥＸＣＥＬ ＶＢＡによる光学多層膜シミュレーション技術と最適設計」（技術情報協会）に記載されている分散係数を用いて、Ｓｅｌｌｍｅｉｅｒ算出式により算出した。

前記光導波路５は、基板２と同様に、Ｚ軸に対して垂直にカットされたＺカット結晶である。更に、基板２及び光導波路５の複屈折率は、０．０００５以下であればよく、より好ましくは０．０００３以下であればよい。光導波路５の複屈折率については、後述する。

上部クラッド層６は、ＴｉＯ₂膜により構成され、光導波路５の上面及び側面を覆う。これにより、光導波路５の周囲を該光導波路５の屈折率より低い物質により囲んで、光を光導波路５に閉じ込めている。

第１の電極３と第２の電極７とは、上部クラッド層６の主面上において光導波路５を挟んで互いに対向し、光導波路５と略平行となるようにＡｌにより形成される。第１の電極３及び第２の電極７の幅はそれぞれ１００μｍであり、第１の電極３と第２の電極７との間隔は、２０μｍである。

また、ＴＥ−ＴＭ変換器１では、第１の電極３及び第２の電極７に制御電圧を印加して、光導波路５に対して、光波の進行方向と直行する方向に制御電圧を印加している。これにより、電気光学効果により、光導波路５における屈折率楕円体の主軸回転が起こり、互いに直交する偏波面を持つ２つの光波（ＴＥモード及びＴＭモード）が結合して、ＴＥ−ＴＭ変換が起こる。

（効果）
以上のように構成されたＴＥ−ＴＭ変換器１では、０．０００５以下という市販されている光導波路材料に比べて非常に小さな複屈折率を有する材料を光導波路５に用いているので、広帯域の波長の光波をＴＥ−ＴＭ変換することができる。以下に、詳しく説明する。

光通信において、通信波長帯域は、以下のように定められている。
Ｏバンド：１２６０〜１３６０ｎｍ
Ｅバンド：１３６０〜１４６０ｎｍ
Ｓバンド：１４６０〜１５３０ｎｍ
Ｃバンド：１５３０〜１５６５ｎｍ
Ｌバンド：１５６５〜１６２５ｎｍ

光通信では、一般的に１５５０ｎｍ近傍の波長の光波が用いられる。この光波は、Ｃバンドの通信波長帯域に属する。そのため、ＴＥ−ＴＭ変換器は、Ｃバンドの通信波長帯域の帯域幅である３５ｎｍの間において十分なＴＥ−ＴＭ変換率を発揮する必要がある。そこで、複屈折率を変化させたときのＴＥ−ＴＭ変換率を計算により求める。

まず、伝播方向（ｘ方向）に一様な無損失導波路中には導波路の境界条件を満足する種々の導波モードが存在し、これら各モードは相互に結合することなく独立に伝播し、モード毎にパワーを伝播している。これを前提として、光導波路に何らかの摂動が加わったとき、無摂動時の各モードはもはや独立では存在せず、相互に結合するようになる。

いま、図４に示すような２つの導波路をｘ方向に伝播するＴＥ，ＴＭの２つのモードを考え、これらが界分布ψ_TE，ψ_TM，伝搬定数β_TE，β_TMで伝播することとする。

光波ψ_TE，ψ_TMを次のように表す。

ここで、Ｃ_TE（ｘ)，Ｃ_TM（ｘ）は各モードの振幅、f_TE，f_TMは断面内でのパワーフローを規格化した界分布関数を示す。結合がある場合は、Ｃ_TE（ｘ)，Ｃ_TM （ｘ）が互いに独立ではない。ｘ軸伝播で結合係数κ（正の実数）で結合する同方向結合のモード結合方程式を考えると、

ｎ：グレーティング周期，ｒ₅₁：電気光学定数，Ｅ_y：Ｙ軸方向への印加電圧

と書ける。この式（１）の一般解はＣ_TE0，Ｃ_TM0定数とすると、

ここで、

ここで、β＝k₀N，k₀=2π/λより、

ここでＮ_TE，Ｎ_TMは、ＴＥ，ＴＭ各モードの等価屈折率を示す。式（４）で表されるδが位相不整合量となる。

次に、図５に示すような単位区間Ｌの導波路において位置ゼロ（０）における振幅Ｃ_TE（０），Ｃ_TM （０）とし、位置Ｌにおける振幅Ｃ_TE（Ｌ），Ｃ_TM （Ｌ）としたときに、式（１）を境界条件として、Ｃ（Ｌ）＝Ｔｉ・Ｃ（０）（「・」は、掛け算の意味）の形に整理し、設定した範囲内の各波長で、単位区間毎の伝送行列Ｔｉを求めていく。

モード変換部全体の伝送行列Ｔは、各単位区間の伝送行列を式（７）で接続することにより得られる。

モード変換部の入り口・出口でのＣ_TEとＣ_TMを、Ｃ_TE（ｉｎ）、Ｃ_TM（ｉｎ）、Ｃ_TE（ｏｕｔ）、Ｃ_TM（ｏｕｔ）と表すと、

となる。ＴＥモードの光波のみ入射したときのモード変換部全体の変換効率χ_TMは、Ｃ_TE（ｉｎ）＝１、Ｃ_TM（ｉｎ）＝０のときのＣ_TM（ｏｕｔ）の値となる。

なお、式（８）までの解析としては、以下の点を前提とした。
（Ａ）ある波長でＴＥモードからＴＭモードに変換するときとＴＭモードからＴＥモードに変換するときの結合係数χは、等しい。
（Ｂ）計算した波長範囲での｜Ｎ_TM−Ｎ_TE｜は、基板材料のΔｎと等しいと仮定する。
（Ｃ）導波路内の屈折率分布による反射は無視する。
（Ｄ）光学系のインピーダンスは一定である。

（Ａ）〜（Ｄ）の前提に基づいて、式（８）に対して、中心波長１５５０ｎｍとして各材料の複屈折率を用いて、波長１３００ｎｍ〜１８００ｎｍの範囲について計算したところ、表１に示すような結果を得た。

表１は、市販のＬｉＮｂＯ₃、市販のＬｉＴａＯ₃、及び、市販のＬｉＴａＯ₃よりも小さな複屈折率を有するＬｉＴａＯ₃をそれぞれ光導波路材料として用いたときに、ＴＥ−ＴＭ変換効率が９０％及び９５％以上となる通信波長帯域の帯域幅を示したものである。

表１によれば、３５ｎｍの帯域幅において９０％以上のＴＥ−ＴＭ変換効率を得るための複屈折率は、０．０００５以下であることが理解できる。なお、複屈折率が０．０００５以下となるＬｉＴａＯ₃としては、例えば、ｎｏ＝２．１１８８，ｎｅ＝２．１１８９のＬｉＴａＯ₃が挙げられる。更に、３５ｎｍの帯域幅において９５％以上のＴＥ−ＴＭ変換効率を得るための複屈折率は、０．０００３以下であることが理解できる。

（変形例について）
図６は、前記実施形態に係るＴＥ−ＴＭ変換器１の変形であるＴＥ−ＴＭ変換器５１の外観斜視図である。

ＴＥ−ＴＭ変換器５１は、ＬｉＴａＯ₃（タンタル酸リチウム）からなる基板５２、Ａｌからなる第１の電極５３、ＵＶ接着剤からなる下部クラッド層５４、非常に小さな複屈折率を有するＬｉＴａＯ₃からなる光導波路５５、ＴｉＯ₂からなる上部クラッド層５６、及び、Ａｌからなる第２の電極５７を備える。

基板５２は、モル分率[Ｌｉ]／（[Ｌｉ]＋[Ｔａ]）が０．４９２であって、０．０００４の複屈折率を有し、０．５ｍｍの厚みを有するＬｉＴａＯ₃からなる基板である。この基板５２は、Ｙ軸に対して略垂直にカットされたＹカット結晶である。

第１の電極５３は、光導波路５５と略平行となるように基板５２と光導波路５５との間に形成される。該第１の電極５３の幅は、８μｍである。下部クラッド層５４は、第１の電極５３上に形成される。下部クラッド層５４の厚みは、０．２μｍ以上である。該下部クラッド層５４の上層には、光導波路５５が形成されており、該下部クラッド層５４は、光導波路５５と第１の電極５３とを接着する役割を果たしている。

光導波路５５は、光波を長手方向に導波する役割を果たし、モル分率[Ｌｉ]／（[Ｌｉ]＋[Ｔａ]）が０．４９２であって、０．０００４の複屈折率を有するＬｉＴａＯ₃により、第１の電極５３と略平行となるように第１の電極５３及び下部クラッド層５４を介して基板５２上に形成される。光導波路５５の厚みは、図１の光導波路５と同じく４μｍであり、光導波路５の幅は図１の光導波路５と同じく３．５μｍである。

前記光導波路５５は、基板５２と同様に、Ｙ軸に対して垂直にカットされたＹカット結晶である。更に、基板５２及び光導波路５５の複屈折率は、０．０００５以下であればよく、より好ましくは０．０００３以下であればよい。

上部クラッド層５６は、光導波路５５の上面及び側面を覆うように、ＴｉＯ₂膜により構成される。第２の電極５７は、光導波路５５を挟んで第１の電極５３と対向し、光導波路５５と略平行となるように、上部クラッド層５６の上層にＡｌにより形成される。該第２の電極５７の幅は、８μｍである。

図６に示すＴＥ−ＴＭ変換器５１は、第１の電極５３と第２の電極５７との距離を小さくできるので、図１に示すＴＥ−ＴＭ変換器１よりも制御電圧を小さくすることができるという更なる効果を奏する。以下に詳しく説明する。

電気光学効果を利用したＴＥ−ＴＭ変換器では、光導波路に電界をかけることにより、ＴＥモードの光波とＴＭモードの光波とを結合させると共に、グレーティングを用いることにより、ＴＥモードの光波とＴＭモードの光波との位相整合をとっている。このグレーティングの周期∧は、複屈折率をΔｎ、導波される光波の波長をλとしたときに、式（９）のように示される。

式（９）によれば、複屈折率Δｎを極めて小さくすれば、グレーティングの周期∧を非常に大きくすることができる。そこで、本実施形態では、一般的に光導波路材料として市販されているＬｉＴａＯ₃又はＬｉＮｂＯ₃の複屈折率０．００３８又は０．０７３よりも極めて小さな０．０００５以下の複屈折率を有するＬｉＴａＯ₃により光導波路５を形成している。そのため、本実施形態に係るＴＥ−ＴＭ変換器５１では、グレーティングの周期∧を非常に大きくでき、グレーティングを形成しなくても、ＴＥモードの光波とＴＭモードの光波との位相整合をとることができるようになる。図１２に示すようなグレーティングが形成されたＴＥ−ＴＭ変換器１００では、Ｚカット結晶を光導波路１０２に用いる必要があったが、図６に示すＴＥ−ＴＭ変換器５１では、Ｙカット結晶を光導波路５５に用いることができる。そのため、第１の電極５３及び第２の電極５７を、該光導波路５５の上下に積層することが可能となる。これにより、第１の電極５３と第２の電極５７との距離を小さくすることができ、低い電圧でもＴＥ−ＴＭ変換器５１を駆動させることが可能となると共に、ＴＥ−ＴＭ変換器５１を小型化できる。

例えば、図１に示すＴＥ−ＴＭ変換器１では、光導波路５に電界がＹ軸方向に均一にかかるようにするために、第１の電極３と第２の電極７とは、約２０μｍだけ離して配置されている。そのため、このＴＥ−ＴＭ変換器１を十分に駆動させるためには、１０．０Ｖという高い電圧を第１の電極３と第２の電極７との間に印加するか、ＴＥ−ＴＭ変換器１を長くして第１の電極３及び第２の電極７を十分に長くする必要がある。

一方、本実施形態に係るＴＥ−ＴＭ変換器５１では、ＴＥ−ＴＭ変換器１に比べて第１の電極５３と第２の電極５７との距離が小さい。そのため、ＴＥ−ＴＭ変換器５１は、ＴＥ−ＴＭ変換器１に比べてより低い電圧で駆動することができる。また、仮に電圧を低くしなかったとしても、より短いＴＥ−ＴＭ変換器５１でも十分に駆動することができる。例えば、ＴＥ−ＴＭ変換器５１では、各電極が同じ長さの場合において、ＴＥ−ＴＭ変換器１に印加される電圧よりも低い、４．０Ｖの電圧を第１の電極５３と第２の電極５７との間に印加するだけで足りる。

なお、基板２，５２の屈折率が光導波路５，５５の屈折率よりも小さい場合には、下部クラッド層４，５４は存在しなくてもよい。

（製造方法について）
次に、本実施形態に係るＴＥ−ＴＭ変換器１の製造方法について図面を参照しながら説明する。図７〜図１１は、ＴＥ−ＴＭ変換器１の製造過程における外観斜視図である。

まず、基板２及び光導波路５の材料となる複屈折率が０．０００４のＬｉＴａＯ₃のウエハーの作製について説明する。Ｌｉ₂ＣＯ₃：Ｔａ₂Ｏ₅のモル比が０．５５０：０．４５０となるように、Ｌｉ₂ＣＯ₃＝６６１．８ｇ，Ｔａ₂Ｏ₅＝３２３８．２ｇを秤量し、これをフッ素樹脂製ポットに入れ、吸湿に注意しながら1時間攪拌混合を行った。次に１３００℃で８時間仮焼して、目的となる溶液原料を得た。

吸湿に注意しながら溶液原料をＩｒ製の二重構造るつぼに入れ、昇温しるつぼを５ｒｐｍにて正反回転させながら1時間均質化後ＬｉＴａＯ₃単結晶育成を行った。 育成条件は結晶回転速度を６ｒｐｍ、引き上げ速度は１．０ｍｍ／ｈで一定とし、育成雰囲気を０．０５−１％酸素を含む窒素とした。上記組成は一致溶融組成ではないため、組成ずれの影響が出ない溶液原料の１０ｗｔ％までの結晶育成とした。

直径約６０ｍｍ、長さ約２０ｍｍの大きさであって、モル分率[Ｌｉ]／（[Ｌｉ]＋[Ｔａ]）が０．４９２である組成のＬｉＴａＯ₃結晶体を得た。得られた単結晶のＺ軸方向に対向してＰｔ板で挟み、抵抗加熱炉の中に設置した。これらを、７５０℃まで昇温し、十分保持した後、Ｐｔ板を電極として、直流０．０２ｍＡ／ｃｍ²の電流密度で電流を流しながら、２０℃／ｈの速度で室温まで徐冷した。

Ｙ軸方向に垂直な面から板状試料を切り出し、最終仕上げ０．５ｍｍ厚両主面を鏡面研磨加工した。板状試料について、プリズムカプラ法による屈折率測定を行ったところ、１５５０ｎｍの測定波長に対して、複屈折率Δｎ（＝ｎｅ−ｎｏ）は、０．０００４であった。なお、複屈折率が０．０００４となるＬｉＴａＯ₃としては、例えば、ｎｏ＝２．１１８９，ｎｅ＝２．１１９３のＬｉＴａＯ₃が挙げられる。これにより、複屈折率が０．０００４のＬｉＴａＯ₃の直径５０ｍｍのウエハーを得ることができた。

なお、前記ＬｉＴａＯ₃のウエハーの製造方法を利用すれば、光通信帯域である１０００ｎｍ以上の近赤外線に対する複屈折率を０．００００１オーダーまで制御できることが発明者によって立証されている。

次に、清浄な部屋の中で、前記ウエハーを基板２として用い、図７に示すように、基板２の主面上にＵＶ接着剤をスピンコート法により塗布して、下部クラッド層４を形成する。

次に、図８に示すように、下部クラッド層４の上層に光導波路５となるべきＬｉＴａＯ₃のウエハーを密着させて圧力を加えながら、キセノンランプを照射する。これにより、ＵＶ接着剤からなる下部クラッド層４が硬化し、基板２と光導波路５となるべきＬｉＴａＯ₃のウエハーとが接着される。

次に、光導波路５となるべきウエハーの主面を、コロイダルシリカによるメカノケミカル研磨仕上げを行って、図９に示すように、ウエハーの厚みが４μｍになるまで該ウエハーを研磨する。

次に、ダイシンソーを用いて、光導波路５となるウエハー及び下部クラッド層４の一部を削り取って、図１０に示すような２本の溝を形成する。これにより、３．５μｍの幅の光導波路５が形成される。

次に、図１１に示すように、光導波路５の上層に厚さ１μｍのＴｉＯ₂の上部クラッド層６を形成する。最後に、図１に示すように、上部クラッド層６上に第１の電極３及び第２の電極７をＡｌにより形成することにより、ＴＥ−ＴＭ変換器１が完成する。

なお、以下に、基板２及び光導波路５の材料となる複屈折率が０．０００１のＬｉＴａＯ₃のウエハーの作製についても言及しておく。Ｌｉ₂ＣＯ₃：Ｔａ₂Ｏ₅のモル比が０．５５３：０．４４７となるようにＬｉ₂ＣＯ₃：Ｔａ₂Ｏ₅を秤量し、これをフッ素樹脂製ポットに入れ、吸湿に注意しながら1時間攪拌混合を行った。次に１３００℃で８時間仮焼して、目的となる溶液原料を得た。

吸湿に注意しながら溶液原料をＩｒ製の二重構造るつぼに入れ、昇温しるつぼを５ｒｐｍにて正反回転させながら1時間均質化後にＬｉＴａＯ₃単結晶育成を行った。 育成条件は結晶回転速度を６ｒｐｍ、引き上げ速度は１．０ｍｍ／ｈで一定とし、育成雰囲気を０．０５−１％酸素を含む窒素とした。上記組成は一致溶融組成ではないため、組成ずれの影響が出ない溶液原料の１０ｗｔ％までの結晶育成とした。

直径約６０ｍｍ、長さ約２０ｍｍの大きさであって、モル分率[Ｌｉ]／（[Ｌｉ]＋[Ｔａ]）が０．４９５である組成のＬｉＴａＯ₃結晶体を得た。得られた単結晶のＺ軸方向に対向してＰｔ板で挟み、抵抗加熱炉の中に設置した。これらを、７５０℃まで昇温し、十分保持した後、Ｐｔ板を電極として、直流０．０２ｍＡ／ｃｍ²の電流密度で電流を流しながら、２０℃／ｈの速度で室温まで徐冷した。

Ｙ軸方向に垂直な面から板状試料を切り出し、最終仕上げ０．５ｍｍ厚両主面を鏡面研磨加工した。板状試料について、プリズムカプラ法による屈折率測定を行ったところ、１５５０ｎｍの測定波長に対して、複屈折率Δｎ（＝ｎｅ−ｎｏ）は、０．０００１であった。なお、複屈折率が０．０００１となるＬｉＴａＯ₃としては、例えば、ｎｏ＝２．１１８８，ｎｅ＝２．１１８９のＬｉＴａＯ₃が挙げられる。これにより、複屈折率が０．０００１のＬｉＴａＯ₃の直径５０ｍｍのウエハーを得ることができた。

なお、複屈折率は、ＬｉＴａＯ₃単結晶の組成比に略比例する。そこで、Ｌｉ₂ＣＯ₃とＴａ₂Ｏ₅とのモル比を制御することにより、複屈折率を調整することができる。具体的には、Ｔａに対するＬｉの組成比を大きくすることにより、ＴＭモードの光波の屈折率を小さくすることができ、これにより複屈折率を小さくすることができる。

本発明の一実施形態に係るＴＥ−ＴＭ変換器の外観斜視図である。 光導波路の厚みとＴＥモード及びＴＭモードの等価屈折率との関係を示したグラフである。 光導波路の幅とＴＥモード及びＴＭモードの等価屈折率との関係を示したグラフである。 ２つの導波路が形成された基板の外観斜視図である。 導波路中を導波する光波の様子を示した図である。 変形例に係るＴＥ−ＴＭ変換器の外観斜視図である。 ＴＥ−ＴＭ変換器の製造過程における外観斜視図である。 ＴＥ−ＴＭ変換器の製造過程における外観斜視図である。 ＴＥ−ＴＭ変換器の製造過程における外観斜視図である。 ＴＥ−ＴＭ変換器の製造過程における外観斜視図である。 ＴＥ−ＴＭ変換器の製造過程における外観斜視図である。 従来の偏波コントローラの外観斜視図である。

符号の説明

１，５１ ＴＥ−ＴＭ変換器
２，５２ 基板
３，５３ 第１の電極
４，５４ 下部クラッド層
５，５５ 光導波路
６，５６ 上部クラッド層
７，５７ 第２の電極

Claims (3)

1. 電気光学効果を利用したＴＥ−ＴＭ変換器において、
   基板と、
   ０．０００５以下の複屈折率を有するタンタル酸リチウムによって構成され、前記基板の上層に配置された光導波路であって、タンタル酸リチウムのＺ軸に垂直な方向に光を導波する光導波路と、
   前記光導波路を挟んで対向し、かつ、該光導波路と略平行に延在するように１つずつ設けられている第１の電極及び第２の電極と、
   前記第１の電極及び前記第２の電極に制御電圧を印加して、モード変換部として、前記光導波路に、Ｚ軸及び光の進行方向と直交する方向に制御電圧を印加する電圧印加手段と、
   を備えること、を特徴とするＴＥ−ＴＭ変換器。
2. 前記複屈折率は、０．０００３以下であること、を特徴とする請求項１に記載のＴＥ−ＴＭ変換器。
3. 前記第１の電極は、前記基板と前記光導波路との間に配置され、
   前記第２の電極は、前記光導波路を挟んで前記第１の電極と対向するように配置されていること、
   を特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載のＴＥ−ＴＭ変換器。

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