JPH01252929A - 光制御デバイス - 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） 本発明は光波の変調、光路切換え等を行なう光制御デバ
イスに関し、特に基板中に設けた光導波路を用いて制御
を行なう導波形の光制御デノくイスに関する。

（従来の技術） 光通信システムの実用化が進むにつれ、さらに大容量や
多機能をもつ高度のシステムが求められている。より高
速の光信号の発生や光伝送路の切換え、交換等の新たな
機能の付加が必要とされている。現在の実用システムで
は光信号は直接半導体レーザや発光ダイオードの注入電
流を変調することによって得られているが、直接変調で
は緩和振動等の効果のため数ＧＨｚ以上の高速変調が難
しいこと、波長変動が発生するためコヒーレント光伝送
方式には適用が難しいこと等の欠点がある。これを解決
する手段としては、外部光変調器を使用する方法があり
、特に基板中に形成した光導波路により構成した導波形
の光変調器は、小形、高効率、高速という特長がある。

一方、光伝送路の切換えやネットワークの交換機能を得
る手段としては光スィッチが使用される。現在実用され
ている光スィッチは、プリズム、ミラー、ファイバー等
を機械的に移動させるものであり、低速であること、信
頼性が不十分、形状が大きくマトリクス化に不適等の欠
点がある。これを解決する手段として開発が進められて
いるものはやはり光導波路を用いた導波形の光スィッチ
であり、高速、多素子の集積化が可能、高信頼等の特長
がある。特にニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）結晶等
の強誘電体材料を用いたものは、光吸収が小さく低損失
であること、大きな電気光学効果を汀しているため高効
率である等の特長があり、従来からも方向性結合形光変
調器またはスイッチ、全反射形光スイッチ等の種々の方
式の光制御素子が報告されている。このような導波形の
光制御素子を実際の光通信システムに適用する場合、低
損失、高速性等の基本的性能と同時に特に、動作の安定
性や長期的な信頼性が実用上不可欠である。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、従来の導波形の光制御デバイスでは、安定性、
信頼性に関しては十分な特性は得られていない。第２図
に従来の光制御デバイスの一例として方向性結合型光ス
ィッチの平面図（ａ）及び断面図（ｂ）を示す。第２図
（ａ）においてＺ軸に垂直に切り出したニオブ酸リチウ
ム結晶基板１の上にチタンを拡散して屈折率を基板より
も大きくして形成した帯状の光導波路２及び３が形成さ
れており、光導波路２及び３は基板の中央部で互いに数
μｍ程度まで近接し、方向性結合器４を構成している。

また、方向性結合器４を構成する光導波路上には電極に
よる光吸収を防ぐためのバンフＴ膜６を介して制御電極
５が形成されている。

第２図（ｂ）は方向性結合器４の部分の光導波路２．３
に垂直な断面図を示している。

第２図において、光導波路２に入射した入射光７は方向
性結合器４の部分を伝搬するに従って近接した光導波路
３へ徐々に光エネルギーが移り、方向性結合器４を通過
後は光導波路３にはほぼ１００％エネルギーが移って出
射光８となる。−方、制御電極５に電圧を印加した場合
、電気光学効果により電極下の光導波路の屈折率が変化
し、光導波路２と３を伝搬する導波モードの間に位相速
度の不整合が生じ、両者の間の結合状態は変化する。

印加電圧を上昇するに従って光導波路２から３への光エ
ネルギーの移行量は減少し、ある電圧値Ｖｓでは、入射
光７は方向性結合器４を通過後に光エネルギーの１００
％が光導波路２にもどってしまう状態となる。すなわち
、制御電極５への印加の電圧の有無により入射光７は光
導波路２からの出射光９又は光導波路３からの出射光８
となる。

しかし、第２図に示すような従来の光スィッチでは、温
度が変化した場合やＤＣ電圧を印加した場合の特性の不
安定性や経時的な特性劣化が生じていた。特性の不安定
性は、温度が変化した場合に焦電効果によって誂起され
る結晶中の局部的な電界の不均一性や、ＤＣ電圧印加に
より結晶中の電荷が結晶や膜の界面に局部的に蓄積され
て光波に作用する電界強度が変化することにより生じ、
また、経時的な特性劣化は、電極材料が電気化学的に空
気中の水分等と反応して腐食されることが原因である。

従来、単に温度変化による局部的な電界分布の不均一性
を除く手段として、表面にＩＴＯ膜やＳｉ膜をコーティ
ングし、基板裏面に接地用電極を設ける方法が報告され
ているが、その場合でも、ＩＴＯ，Ｓｉ等の膜自体が周
囲環境の影響を受けやすく経時的な変化が生じ易いこと
や、また、前述の電極の劣化を長期的に防ぐことができ
ない等の問題がある。また、上述のＩＴＯ，Ｓｉ等の膜
は成膜条件によって抵抗値が太き（異なるので製作時の
制御が難しいという欠点もある。

本発明の目的は上述の従来の光制御デバイスの欠点を除
き、特性が長期的にわたって安定でがつ、信頼性が高く
、製作の容易な光制御デバイスを提供することにある。

（問題を解決するための手段） 本発明による光制御デバイスは、電気光学効果を存する
誘電体結晶基板に形成された光導波路と誘光導波路の近
傍に設置された電極と該電極上に設置された酸化鉄の膜
により構成される。

（作用） 本発明の光制御デバイスは、電極上に酸化鉄の膜をコー
ティングしている。発明者らの実験によると、酸化鉄、
特にヘマタイト膜は、化学的に安定であり、また強度も
強（、電極材料が腐食されるのを長期間にわたって防ぐ
ことが可能である。

また、さらにその膜の比抵抗は、通常数μｍ〜数十μｍ
の間隔で数ｍｍ〜数十ｍｍの長さをもつ電極間に挿入さ
れても、該電極に接続された駆動回路が影響されない位
に十分に高い抵抗値となり、かつ局所的に蓄積された電
荷を均一化することが可能な１０４〜１０５ΩＣ■程度
の値である。さらに上記抵抗値は、従来のＩＴＯ膜やＳ
ｉ膜と異なり、温度、湿度等の周囲環境に対しても、経
時的にも非常に安定である。

以上のことより、本発明の光制御デバイスは、従来に比
べて長期間にわたり安定で高信頼である。また、本発明
は用いるヘマタイト膜は、構造的に安定であるので、ス
パッタ、蒸着等により非常に容易に形成できるという利
点がある。

（実施例） 第１図は本発明による光制御デバイスの一実施例である
方向性結合型光スィッチの平面図（ａ）及び断面図（ｂ
）を示す。第２図の例と同様にニオブ酸リチウム結晶基
板１の上にチタンを９００〜１１００℃程度で数時間熱
拡散して形成された深さ３〜１０μｍ程度の光導波路２
及び３が設置され、基板の中央部で両光導波路は互いに
数μｍまで近接して方向性結合器４を構成している。

その上に、バッファ層６を介して制御電極５が設置され
ている。本実施例ではさらにその上に酸化鉄の１種であ
るヘマタイト（Ｆ　ｅ２０３）　ｌ１ｉｌ　Ｏがスパッ
タ又は蒸着によりコーティングされている。形成法の一
例としては鉄（Ｆｅ）をターゲットとした０２を含む雰
囲気中でのスパッタやＦｅ２０ａをターゲットとしたス
パッタで容易に作製でき、その成膜条件、例えば温度、
ガス分圧、スパッタ速度等に対して非常に広い範囲で高
品質でかつ、前述した１０４〜１０５Ωｃｍの比抵抗を
もつ膜を再現性よ（得ることができる。

本実施例の方向性結合型光スィッチの基本的な動作は第
２図の従来例と同じであるが、本実施例では電極上にヘ
マタイト膜をコーティングすることにより長期的に安定
で高い信頼性が得られる。

（発明の効果） 以上述べたように、本発明の光制御デバイスでは、従来
の光制御デバイスに比べ、特性が長期間にわたって安定
で、かつ信頼性が高く、製作の容易な光制御デバイスが
得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）は本発明による光制御デバイスの
一例を示す図、第２図（ａ）、（ｂ）は従来の光制御デ
バイスの一例を示す図でともに（ａ）は平面図、（ｂ）
は断面図である。図において、１はニオブ酸リチウム結
晶基板、２．３は光導波路、５は制御電極、６はバッフ
Ｔ膜、１０は酸化鉄の膜である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　電気光学効果を有する誘電体結晶基板に形成された光
   導波路と、該光導波路の近傍に設置された電極と、該電
   極上に設置された酸化鉄の膜を有することを特徴とする
   光制御デバイス。