JPH01126605A - 迷光徐去層付光導波路デバイス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は先導波路デバイスに関し、特に先導波路基板内
の迷光を除去する層を有する光導波路デバイスに関する
。

〔従来の技術〕

光導波路を用いた光デバイスには、第５図、第６図に示
すような２Ｘ２ＥＯスイツチや、第７図に示すような多
分岐外部変調モジュール等がある。

第５図、第６図を参照して、２Ｘ２ＥＯスイツチは方向
性結合部での光導波路間のモード結合と。

Ｌ　ｓ　Ｎｂ　Ｏｓ等の強誘電体基板のもつ電気光学効
果にょ−る屈折率変化を利用したものである。久方側の
光ファイバ６から入力された光は、　Ｃｒ　−Ａｕによ
る電極５への印加電圧が０の時は出力側の光７アイパ７
から出射され、スイッチ動作電圧が印加され九時は出力
側の光ファイバ８から出射される。−方、多分岐外部変
調モジュールでは、第７図を参照して、レーデダイオニ
ド１５から出射された光がレンズ１６によシ集光されて
先導波路１７に導かれ２分岐部１８において各光導波路
に分岐される。更に、分岐された各光導波路においては
そこに設けられた光変調部１９において電圧をオン。

オフすることによシ変調が行われ、各変調光は各光導波
路に接続された光ファイバ２０に出射される。

これらの光導波略歴デバイスは、スイッチあるいは変調
に、基板の電気光学効果を用いるため。

第６図に示すように、まず電気光学効果を有するＬ　＊
　Ｎｂ　Ｏｓ等の強誘電体基板Ｉ　Ｋ　’ｒｔを先導波
路形状にパターニングし、約１０００℃前後の高温で数
時間熱拡散させて基板表面に光導波路２を形成する。

次に、磁界成分が基板全反射面（表面）に平行なＴＭ波
の金属電極への吸収損失を防ぐため、　５ｔＯ２膜等の
基板よりも低い屈折率の材料をコーティングしバッファ
層４を形成した上で、先導波路２上部に（：：ｒ、Ａｕ
等の材質をコーティング、パターニングして電極５を形
成する。最後に、電極５の保護のために、再びＳｉＯ□
膜を電極取出し部（パッド部）１０を除いた基板全面に
コーティングする。

従来は、こうして作製された基板よシ光導波路素子とな
る部分を切断した後、端面研磨し、これに光ファイバや
１発光、受光素子を接続して光スィッチや光変調器を形
成していた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述のＥＯスイッチや、多分岐外部変調モソユールは、
光スイツチング部や９分岐、変調部で光導波路に曲シ部
分を有している。このため、この曲シ部分において導波
光の放射損失を生じることがある。また、多分岐外部変
調モジュールでは。

分岐部でパターンの欠陥を生じやすく、散乱による光の
光導波路からの漏れ番生じることがある。

さらに、レーザＩイオード等の発光素子を光ファイバを
介さず、レンズ等を用いて直接光導波路に結合させる場
合、光導波路とレンズを用いて集光された光のスーット
サイズが合わないため、すぺての光が光導波路に結合し
ないで、一部の光が先導波路以外の基板内に漏れてしま
う。

こうした先導波路の曲シ部や分岐部で生じた放射光や２
発光素子からの基板内への漏れ光は迷光となって基板内
を散乱し、その一部は出射側の光フアイバ接続部端面へ
も伝搬し、ごくわずかではあるが、光フアイバ内に結合
してしまうことがある。基板内の迷光が出射光の光７ア
イ・９に結合した場合、ＥＯスイッチにおいては、この
迷光はクロストークとなってしまう。また、前述の多分
岐外部変調モジュールの場合は、変調時のオン、オフの
光量差が減少することになるので、消光比の劣化という
特性劣化をまねいてしまう。゛出射側の光７アイパをシ
ングルモードファイバとしたときは、たとえ、これらの
基板内達光が存在し九としても、先導波路と光ファイバ
の電界分布の大きさがｉｔぼ同じであるため、迷光は光
７アイパに結合されにくい。しかし、出射側光ファイバ
にコア径の大きいマルチモード７アイパを接続した）、
あるｈは、先導波路出射端に直接受光素子を結合するよ
うな場合、光導波路よりも受光径が大きくなると同時に
、開口数も大きくなるので。

光導波路周辺からの迷光に対しても受光感度が高くなシ
、先述のクロストークや消光比の劣化をよシ起としやす
くなる。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明による迷光除去層付光導波路デバイス゛は。

光導波路のバッファ層を光導波路上部とその近傍に限定
し、基板表面の先導波路が形成されている部分以外の領
域には、基板の屈折率よりも高い屈折率を有する材料を
基板表面に直接コーティングしていることを特徴として
いる。さらに、出射側の光゛ファイバあるいは受光素子
が結合している光導波路出射端では、前記コーティング
を施されていない部分が出射端に向ってテーバ状に広が
った形状を有している。

〔原理及び作用〕

基板表面に先導波路を形成した後、直接光導波路上部に
金属電極を設けると、７Ｍモード光は。

金属に吸収されて損失が生じるので、−旦基板表面にバ
ッファ層を形成した上で金属電極を形成する。通常は、
このバッファ層は、基板表面からの導波光の放射損失が
ないように基板よりも低い屈折率をもつ材料で形成され
る。

Ｔｉ拡散Ｌ　＊Ｎｂ　Ｏｓ光導波路の場合、　ＬｉＮｂ
０．の屈折率が２．２であるので、屈折率が１．４のＳ
　五〇２がこのバッファ層に用いられる。従来このバッ
ファ層は。

プロセスを容易にするため光導波路上部だけでなく、基
板表面全体に形成されている。本発明では。

このバッファ層を光導波路上部とその近傍だけに限定し
て形成し、光導波路が形成されていない領域には、逆に
、基板表面から光が放射されるよう基板よりも高い屈折
率をもつ材料を迷光除去層としてコーティングする。こ
うすることによって、基板内に散乱した迷光は、基板表
面に到達すると。

この迷光除去層に一旦放射され、閉じ込められたまま伝
搬する。この迷光除去層は、　ＬｉＮｂＯ３を基板とし
た光導波路の場合、コーティングが容易で。

しかも屈折率が２．４とＬｉＮｂＯ３よシ高いＴｉＯ２
が適している。

上述のように迷光除去層を設けた基板では、基板内の迷
光は伝搬されるに従って迷光除去層に閉じ込められる。

この迷光除去層に閉じ込められて伝搬された光を、光導
波路出射端に接続された光ファイバや、受光素子に結合
しないようにするために９本発明の迷光除去層付光導波
路デノ々イスでは、さらに光導波路出射端で先導波路上
部の迷光除去層がコーティングされていない領域を出射
端に向ってテーバ状に広げている。これは、迷光除去層
に閉じ込められた光の先導波路出射端近傍にある光が、
迷光除去層をテーパ状にすることにより光フアイバ端面
に到達゛しないようにするものである。

同様に、上記のＴｉＯ２のような基板よりも高い屈折率
をもつ物質によ゛シ迷光除去層を形成する以外に、　Ｇ
ａＡｓ等の光を吸収する物質を先導波路上部とその近傍
以外の領域に形成し、基板内の迷光をこの吸収膜によシ
吸収させることも可能である。

〔実施例〕

次に１本廃明について図面を参照して説明するＯ第１図
は本発明の迷光除去層付光導波路デバイスを適用した２
Ｘ２ＫＯスイツチの上面図であり。

第２図は第１図のＡ　−Ａ’線断面図である。１はＬｉ
ＮｂＯ３による基板、２は基板１にＴｌを光導波路形状
に７９ターニングし、１０００℃、６．Ｃｆ１で・熱拡
散させて形成した光導波路、３はＴｉＯ２による迷光除
去層、４はＳ　ｉ０２による／クツブア層、５はＣｒ　
−Ａｕによる電極、６および９は入力側の光ファイバ、
７および８は出力端の光ファイバ、１０は電極取出し部
でケースの端子に接続される。

まず９本発明の迷光除去層付光導波路デバイスの作製プ
ロセスについて説明する。基板表面を十分に洗浄したＬ
　ｉ　Ｎｂ　０３の基板にＴｉをスフ４ツタにより６０
０Ｘ成膜し、これにフォトリソグラフィーを用いてノク
ター二／グした後、エツチングによシ基板上にＴｉＯ光
導波路パターンを形成した。光導波路ノやターンは２本
の近接する光導波路間の七−ド結合と基板のもつ電気光
学効果を利用してスイッチング動作を行う方向性結合形
スイッチ形状である。ここでは光導波路幅は６μｍ、方
向性結合部では光導波路間ギャップは５μｍで結合長は
６ｍＭ、素子長は２０ｍとした。このＴｉの光導波路パ
ターンを１０００℃で６（Ｈ）熱拡散させて光導波路２
を作製した。

次にｓ　５ｉ０２をプラズマＣＶＤ法によシあらかじめ
基板全面にコーティングし、先導波路の上部とその近傍
だけ５ｉｎ２が残るようフォトリソグラフィーによりパ
ターニングした後に、フッ酸により先導波路近傍以外の
部分の８１０２をエッチンタし除去した。

レジストが付いたままで、今度は蒸着によシＴｉＯ□を
基板にコーティングした後、リフトオフによシＳｉＯバ
ッファ層上の’ｒ１０２層を除去した。これＫよシ、基
板に形成され先光導波路２の上部とその近傍にはＳｉＯ
□によるバッファ層４が、それ以外の領域にはＴｉＯ２
による迷光除去層３がそれぞれコーティングされたこと
になる。さらに、結合部分の光導波路２上部にＣｒ　−
Ａｕによる電極５を蒸着によシ成膜、パターニングし、
最後に基板全面に電極保護用の５ｉ０２による保護膜４
１を形成し、全ｆａセスを終える。こうして作製された
光導波路基板は。

所望の大きさに切断、端面研磨され、光導波路端部に入
力側光７アイパ６．９．出力側光ファイバ７．８がそれ
ぞれ接続される。

第３図は、上述のようにして作製された迷光除去層に閉
じ込められた光の光ファイバへの結合を防ぐために先導
波路２の出力側端部で、迷光除去層が形成されてない部
分を端部に向ってテーパ状に広げたものである。

第４図は出力側に第３図の光ファイバのかわシに受光素
子１３を結合させたものである。このように迷光除去層
にテーパ部を設けると、後述するように、デバイス化時
のクロストークがさらに改善できる。

第１図の入出力端部を第３図の構造にして作製された２
Ｘ２ＥＯスイツチの特性、特にクロストーク特性を評価
した。入力光は、スイッチング電圧を低くするためＴＭ
モード光とし、入力側光ファイ−バ６から入力した光を
スイッチングしたときの正規の光ファイバと反対側の光
ファイバから出力される光の量を測定した。本実施例の
ＥＯスイッチの場合、電圧オフでは、光ファイバ６から
入力された光は光ファイバ８から出力され、電圧オンの
ときは光ファイバ７から出力される。すなわち、電圧オ
フの時は、光ファイバ７がら出力されれる光が、電圧オ
ンの時は光ファイバ８から出力される光がそれぞれクロ
ストークとなる。

このクロストーク量を、従来の迷光除去層のない光導波
路デバイスを用いた場合と１本発明の迷光除去層付光導
波路デバイスを用いた場合罠ついて測定した。尚、出力
側の光ファイバには、シングルモードファイバを用いた
場合とマルチモードファイバを用いた場合のそれぞれに
ついて行なった。その測定結果を表１に示す。

表１ 表１の結果かられかるように、出力側にシングルモード
ファイバを用いたときは、クロストークは約３　ｄＢ　
、マルチモードを用いたときは、約７ｄＢ近く低減でき
た。このように１本発明の迷光・除去層付光導波路デバ
イスを用いることによシ基板内の迷光の出力側光７アイ
パへの結合を防ぎ、特性を改善することができる。

なお、前記実施例では迷光除去層３の材料として基板よ
りも高い屈折率を持つものについて説明したが１本発明
はこれに限定されるものではない。

例えば、迷光除去層としてＧａＡｓ等の光を吸収する物
質を利用しても十分な迷光除去効果が得られる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、光導波路が形成された基
板の上部のバッフ７層を光導波路上部に限定し、光導波
路が形成されている部分以外の領域には基板よりも屈折
率の高い材料をコーティングして迷光除去層を設け、さ
らには先導波路出力側端部で、この迷光除去層がコーテ
ィングされていない領域をテーパ状に広げることによシ
、先導波路の曲シ部や分岐部での放射による基板内の迷
光や２発光素子からの直接の基板内部の迷光を迷光除去
ノーに閉じ込め、出力光ファイバや、受光素子への結合
を防ぎ、クロストークや、消光比の劣化を少なくできる
効果がある。

このように１本発明の迷光除去層付光等波路基板を適用
することによル、クロストークが低いＥＯスイッチや、
消光比のよｈ多分岐変調器が実現できるだけでなく、出
力側にマルチモードファイバを適用したシ、先導波路に
直接受光素子を結合することも可能となシ、光導波路デ
バイスの特性が向上するとともに、そのアプリケーショ
ンも拡大させることができ１本発明の工業的価値は高い
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の迷光除去層付光導波路基板を用いた２
Ｘ２ＥＯスイツチの上面図、第２図は第１図のＡ　−Ａ
’線断面図、第３図は先導波路出射端にテーパ形状の迷
光除去層をもつ光導波路基板の光導波路出射端部拡大図
、第４図は第３図における光ファイバのかわシに受光素
子を光導波路出射端に接続した図である。また、第５図
は従来の光導波路基板を用いた２Ｘ２ＥＯスイツチの上
面図であシ、第６図は第５図のＢ　−８’線断面図、第
７図はＬＤ内内蔵多分岐外部変調モジ−ルの上面図であ
る。 ｌ・・・Ｌ　ｉＮ　ｂ　Ｏｓによる基板、２・・・Ｔｉ
拡散による光導波路、３・・・Ｔ　ｉ　Ｏ２による迷光
除去層、４・・・８１０２によるバッファ層、４′・・
・保護膜、５・・・電極、６，７・・・入力側光ファイ
バ、８，９・・・出力側光ファイバ。 １０・・・電極取出し部、１１・・・光フアイバコア。 １２・・・迷光除去層テーパ部、１３・・・受光素子。 １４・・・光導波路面シ部、１５・・・レーデダイオー
ド。 １６・・・レンズ、１７・：・光導波路、１８・・・分
岐部。 １９・・・変調部、２０・・・光ファイバ。 第３図 第４図 第５図 第６図 ２尤尋澄を各 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光導波路が形成された基板表面にバッファ層を有す
   る光導波路デバイスにおいて、前記バッファ層を光導波
   路上部とその近傍に限定し、前記バッファ層のない領域
   に迷光除去層を形成したことを特徴とする迷光除去層付
   光導波路デバイス。 ２、前記迷光除去層が前記基板の屈折率よりも大きい屈
   折率をもつ物質から成ることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の迷光除去層付光導波路デバイス。 ３、前記光導波路の出力側端部における前記迷光除去層
   の形成されていない部分が該光導波路の出力側端部に向
   かってテーパ状に広がっていることを特徴とする特許請
   求の範囲第２項記載の迷光除去層付光導波路デバイス。 ４、前記迷光除去層が光を吸収する物質から成ることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の迷光除去層付光
   導波路デバイス。