JPH0351827A - 光制御デバイス - Google Patents
光制御デバイスInfo
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- JPH0351827A JPH0351827A JP18773689A JP18773689A JPH0351827A JP H0351827 A JPH0351827 A JP H0351827A JP 18773689 A JP18773689 A JP 18773689A JP 18773689 A JP18773689 A JP 18773689A JP H0351827 A JPH0351827 A JP H0351827A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/29—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection
- G02F1/31—Digital deflection, i.e. optical switching
- G02F1/313—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure
- G02F1/3132—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure of directional coupler type
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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。
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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、光路切り換えなどを行う光制榊デ
バイスに関し、特に基板中に設けた光導波路を用いて制
御を行う導波型の光制御デバイスに関する。
バイスに関し、特に基板中に設けた光導波路を用いて制
御を行う導波型の光制御デバイスに関する。
（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
多機能を持つ高度のシステムが求められており、より高
速の光信号の発生や光伝送路の切り替え、交換などの新
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
調では緩和振動などの効果のため１０ＧＨｚ前後以上の
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など欠点がある。こ
れを解決する手段としては、外部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
導波型の光変調器は、小型、高効率、高速という特長が
ある。一方、光伝送路の切り替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
バーなどを機械的に移動させるものであり、低速である
こと、信頼性が不十分であること、単体での寸法が大き
くマトリクス化に不適であること等の欠点がある。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型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（ＬｉＮｂ０３）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有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器型光変調器・スイッ
チ、全反射型光スイッチ、マツハツエンダ型光変調器等
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、
動作特性の安定性や長期的な信頼性が実用上不可欠であ
る。
多機能を持つ高度のシステムが求められており、より高
速の光信号の発生や光伝送路の切り替え、交換などの新
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
調では緩和振動などの効果のため１０ＧＨｚ前後以上の
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など欠点がある。こ
れを解決する手段としては、外部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
導波型の光変調器は、小型、高効率、高速という特長が
ある。一方、光伝送路の切り替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
バーなどを機械的に移動させるものであり、低速である
こと、信頼性が不十分であること、単体での寸法が大き
くマトリクス化に不適であること等の欠点がある。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型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（ＬｉＮｂ０３）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有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器型光変調器・スイッ
チ、全反射型光スイッチ、マツハツエンダ型光変調器等
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、
動作特性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課題）
しかし、従来の導波形の光制御デバイスでは、動作特性
の安定性、信頼性に関しては十分なものが得られていな
い。第２図に従来の光制御デバイスの一例として方向性
結合器型光スイッチの平面図（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なニ
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１１ｍ程度まで近傍し、方向性結合器４を
形成している。
の安定性、信頼性に関しては十分なものが得られていな
い。第２図に従来の光制御デバイスの一例として方向性
結合器型光スイッチの平面図（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なニ
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１１ｍ程度まで近傍し、方向性結合器４を
形成している。
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ッファ層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Ａ、Ａ断面図を示してい
る。
よる光吸収を防ぐためのバッファ層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Ａ、Ａ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したがって近接した光導
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にほぼ１００％エネルギーが移って
出射光８となる。一方、制御電極５に電圧を印加した場
合、電気光学効果により制御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。
性結合器４の部分を伝搬するにしたがって近接した光導
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にほぼ１００％エネルギーが移って
出射光８となる。一方、制御電極５に電圧を印加した場
合、電気光学効果により制御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。
印加電圧が上層するにしたがって、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％が導波路２に戻ってしまう状態になる。すなわ
ち、制御電圧５への印加電圧の有無によって、入射光７
は光導波路２からの出射光９または光導波路３からの出
射光８となる。
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％が導波路２に戻ってしまう状態になる。すなわ
ち、制御電圧５への印加電圧の有無によって、入射光７
は光導波路２からの出射光９または光導波路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
度が変化した場合の特性の不安定性や経時的な特性の劣
化を生じていた。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誘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、経時的な特性の劣
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。
度が変化した場合の特性の不安定性や経時的な特性の劣
化を生じていた。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誘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、経時的な特性の劣
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膜などの半導
体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
等の膜自体が周囲の環境の影響を受は易く、経時的な変
化を生じ易いことや、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点がある。さらに、電極間に半
導体の膜が存在することにより、電極間に電流が流れ、
電気化学反応による電極の劣化を助長するという問題点
もある。
を除く手段として、表面にＩＴＯ膜やＳｉ膜などの半導
体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
等の膜自体が周囲の環境の影響を受は易く、経時的な変
化を生じ易いことや、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点がある。さらに、電極間に半
導体の膜が存在することにより、電極間に電流が流れ、
電気化学反応による電極の劣化を助長するという問題点
もある。
本発明の目的は、上述の従来の光制御デバイスの問題点
を除き、特性が長期に渡って安定で、信頼性が高く、４
・つ製作の容易な光制御デバイスを提供することにある
。
を除き、特性が長期に渡って安定で、信頼性が高く、４
・つ製作の容易な光制御デバイスを提供することにある
。
（課題を解決するための手段）
本発明による光制御デイバスは、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
近傍に設けられた制御電極と、該電極上に設置された絶
縁体膜と、該絶縁体膜上に設置された導電体膜によって
構成される。
誘電体結晶基板に形成された光導波路と、該光導波路の
近傍に設けられた制御電極と、該電極上に設置された絶
縁体膜と、該絶縁体膜上に設置された導電体膜によって
構成される。
（作用）
本発明の光制御デバイスは、制御電極上に薄い絶縁体膜
が形成され、さらにその上に金属などの導電体膜が形成
されている。絶縁体膜の存在により、制御電極間の抵抗
値が大きくなり、制御電極間に流れる電流はほぼ無視で
きる程度になる。
が形成され、さらにその上に金属などの導電体膜が形成
されている。絶縁体膜の存在により、制御電極間の抵抗
値が大きくなり、制御電極間に流れる電流はほぼ無視で
きる程度になる。
従って、従来のＳｉ膜やＩＴＯ膜のような半導体膜に比
べて電気化学反応による電極の劣化を著しく小さくする
ことができる。一方、絶縁体膜上の導電体膜の存在によ
り、焦電効果などによって誘起される局所的な電荷を均
一化することができる。この導電体膜の抵抗値は、通常
の導電物質の抵抗値の範囲にあればよく、従来のＳｉ膜
やＩＴＯ膜の様にきびしい抵抗値の制御は必要ないので
、製造行程を簡素化できる。さらに、絶縁体膜には、半
導体素子などに使われて温度や湿度に対する信頼性が確
認されている、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化シリコン
（Ｓｉ０２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ２）などを
用いることができる。さらに、この絶縁体膜によって制
御電極は埋め込まれた形になるので、絶縁体膜はパッシ
ベーション膜としての効果もある。
べて電気化学反応による電極の劣化を著しく小さくする
ことができる。一方、絶縁体膜上の導電体膜の存在によ
り、焦電効果などによって誘起される局所的な電荷を均
一化することができる。この導電体膜の抵抗値は、通常
の導電物質の抵抗値の範囲にあればよく、従来のＳｉ膜
やＩＴＯ膜の様にきびしい抵抗値の制御は必要ないので
、製造行程を簡素化できる。さらに、絶縁体膜には、半
導体素子などに使われて温度や湿度に対する信頼性が確
認されている、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化シリコン
（Ｓｉ０２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ２）などを
用いることができる。さらに、この絶縁体膜によって制
御電極は埋め込まれた形になるので、絶縁体膜はパッシ
ベーション膜としての効果もある。
以上のことより、本発明の光制御デバイスにより、従来
に比べて、高い信頼性と安定した温度特性を容易に得る
ことができる。
に比べて、高い信頼性と安定した温度特性を容易に得る
ことができる。
（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
方向性結合器型光スイッチの平面図（ａ）及び断面図（
ｂ）を示す。第２図の例と同様に２板ニオブ酸リチウム
結晶基板１の上にチタニウム（Ｔｉ）を９００°Ｃ〜１
１００°Ｃ程度で数時間熱拡散して形成された３〜１０
μｍ程度の光導波路２及び３が形成されており、基板の
中央部で両光導波路は互いに数ｐｍ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が形成されている。本実施例では、さらに
この制御電極５上にスパッタリング法、蒸着法、ＣＶＤ
（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｏｎ
）法等の方法により絶縁体膜１０が形成され、さらにこ
の絶縁体膜の上にスパッタリング法または蒸着法等の方
法により金属などの導電体膜１１が形成されている。絶
縁体膜１０としては、例えば窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４
）、酸化シリコン（Ｓｉ０２）、酸化アルミニウム（Ａ
ｌ２Ｏ２）等を用いればよい。また、導電体膜１１とし
ては、例えば金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、白
金（ｐｔ）、クロム（Ｃｒ）、チタニウム（Ｔｉ）、ア
ルミニウム（ＡＩ）などの金属や炭素（Ｃ）などを用い
ればよい。
方向性結合器型光スイッチの平面図（ａ）及び断面図（
ｂ）を示す。第２図の例と同様に２板ニオブ酸リチウム
結晶基板１の上にチタニウム（Ｔｉ）を９００°Ｃ〜１
１００°Ｃ程度で数時間熱拡散して形成された３〜１０
μｍ程度の光導波路２及び３が形成されており、基板の
中央部で両光導波路は互いに数ｐｍ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が形成されている。本実施例では、さらに
この制御電極５上にスパッタリング法、蒸着法、ＣＶＤ
（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｏｎ
）法等の方法により絶縁体膜１０が形成され、さらにこ
の絶縁体膜の上にスパッタリング法または蒸着法等の方
法により金属などの導電体膜１１が形成されている。絶
縁体膜１０としては、例えば窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４
）、酸化シリコン（Ｓｉ０２）、酸化アルミニウム（Ａ
ｌ２Ｏ２）等を用いればよい。また、導電体膜１１とし
ては、例えば金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、白
金（ｐｔ）、クロム（Ｃｒ）、チタニウム（Ｔｉ）、ア
ルミニウム（ＡＩ）などの金属や炭素（Ｃ）などを用い
ればよい。
本実施例の方向性結合器型光スイッチの基本的な動作は
第２図の従来例と同じであるが、本実施例では制御電極
５上に形成された絶縁体膜１０により制御電極間にはほ
とんど電流が流れることがなく、電気化学反応による制
御電極５の劣化を大幅に減少させることができる。さら
に制御電極５は絶縁体膜１０で覆われているため、絶縁
体膜１０は制御電極５に対スるパッシベーション膜の働
きもし、制御電極５の高い信頼性が得られる。一方、絶
縁体膜１０上の導電体膜１１の存在により、焦電効果な
どによって誘起される局所的な電荷を均一化することが
できる。この導電体膜１１の抵抗値は、通常の導電物質
の抵抗値の範囲にあればよく、従来のＳｉ膜やＩＴＯ膜
の様にきびしい抵抗値の制御は必要ないので、製造行程
を簡素化できる。
第２図の従来例と同じであるが、本実施例では制御電極
５上に形成された絶縁体膜１０により制御電極間にはほ
とんど電流が流れることがなく、電気化学反応による制
御電極５の劣化を大幅に減少させることができる。さら
に制御電極５は絶縁体膜１０で覆われているため、絶縁
体膜１０は制御電極５に対スるパッシベーション膜の働
きもし、制御電極５の高い信頼性が得られる。一方、絶
縁体膜１０上の導電体膜１１の存在により、焦電効果な
どによって誘起される局所的な電荷を均一化することが
できる。この導電体膜１１の抵抗値は、通常の導電物質
の抵抗値の範囲にあればよく、従来のＳｉ膜やＩＴＯ膜
の様にきびしい抵抗値の制御は必要ないので、製造行程
を簡素化できる。
（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、特性が長期間に渡って安定で
、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。
の光制御デバイスに比べ、特性が長期間に渡って安定で
、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。
第１図（ａ）、 （ｂ）は本発明による光制御デバイス
の一例を示す平面図及び断面図、第２図（ａ）、（ｂ）
は従来の光制御デバイスの一例を示す平面図及び断面図
である。 図において、 １・・・ニオブ酸リチウム結晶基板、２，３・・・光導
波路、４・・・方向性結合器、５・・・制御電極、６・
・・バッファ層、７・・・入射光、８，９・・・出射光
、１０・・・絶縁体膜、１１・・・導電体膜である。
の一例を示す平面図及び断面図、第２図（ａ）、（ｂ）
は従来の光制御デバイスの一例を示す平面図及び断面図
である。 図において、 １・・・ニオブ酸リチウム結晶基板、２，３・・・光導
波路、４・・・方向性結合器、５・・・制御電極、６・
・・バッファ層、７・・・入射光、８，９・・・出射光
、１０・・・絶縁体膜、１１・・・導電体膜である。
Claims (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けられた制御電極と、該
電極上に設置された絶縁体膜と、該絶縁体膜上に設置さ
れた導電体膜を有することを特徴とする光制御デバイス
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18773689A JPH0351827A (ja) | 1989-07-19 | 1989-07-19 | 光制御デバイス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18773689A JPH0351827A (ja) | 1989-07-19 | 1989-07-19 | 光制御デバイス |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0351827A true JPH0351827A (ja) | 1991-03-06 |
Family
ID=16211293
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18773689A Pending JPH0351827A (ja) | 1989-07-19 | 1989-07-19 | 光制御デバイス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0351827A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011107436A (ja) * | 2009-11-18 | 2011-06-02 | Kyocera Corp | 光電気配線基板および光モジュール |
-
1989
- 1989-07-19 JP JP18773689A patent/JPH0351827A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011107436A (ja) * | 2009-11-18 | 2011-06-02 | Kyocera Corp | 光電気配線基板および光モジュール |
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