JPH0434419A - 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、光波の変調および光路切替えを行う光制御デ
バイスに係り、特に電気光学結晶基板中に形成された光
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に伴い、さらに大容量で多機能
の高度なシステムが求必られている。このため、より高
速の光信号の発生や光伝送路の切替え、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に
おける光信号は直接、半導体レーザや発光ダイオードの
注入電流を直接変調することによって得られている。し
かし、この直接変調においては、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、また、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
難か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る。特に電気光
学結晶基板中に形成された光導波路により構成される導
波型の光変調器は小型、高効率、高速という特徴がある
。

一方、光伝送路の切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ている。現在実
用化されている光スィッチはプリズム、ミラー、ファイ
バ等を機械的に移動させて光路を切り替えるものである
。しかし、これらの光スイッチは切り替えおよび交換が
低速であることかや、形状が大きくマトリクス化に不適
当等の欠点がある。これを解決する手段としても光導波
路を用いた導波型の光スィッチの開発が進められている
。光導波路を用いた光スィッチは、高速、多素子の集積
化が可能で、高信頼等の特徴がある。

特にニオブ酸リチウム（以下Ｌ＋Ｎｂ０ｓ）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
である等の特徴がある。このたＺ、ＬｉＮｂ０．結晶等
の強誘電体材料を用いた方向性結合器光変調器あるいは
光スィッチ、全反射光スイッチ、マツハツエンダ型光変
調器等の種々の方式の光制御デバイスが提案されている
。

近年、この導波路型光スイッチの高密度集積化の研究開
発が盛んに行われている。電子情報通信学会０ＱＥ８８
−１４７によれば、Ｌ　ＩＮ’ｂ　０３基板を用いて、
方向性結合型光スィッチを６４素子集積した８×８マト
リクス光スイツチを得ている。一方、外部変調器のよう
な単一の光スイツチ素子からなるデバイスの研究開発も
盛んに進必られている。このような光スイツチデバイス
の特性項目には、スイッチング電圧（電力）、タロスト
ーク、消光性、損失、温湿度等の環境に対する動作の安
定性等がある。

ここで、従来の技術を図面に用いて説明する。

第３図は従来の光制御デバイスの構造を示す断面図であ
る。

第３図において、方向性結合器１が設けられた結晶基板
２と、バッファ層３と、金属材料からなる電極４　（以
下、金属電極と呼ぶ）と、導電性膜５とを有する。方向
性結合器１は、結晶基板２に形成された２本の光導波路
６により形成されている。

このような構成において、結晶基板２上にノ＼。

ファ層３が装荷されている。このバッファ層３を介して
、２本の金属電極４が２本の光導波路６の上にそれぞれ
形成される。そして、金属電極４およびバッファ層３の
上に導電性膜５が装荷される。

この導電性膜５は以下の理由により設けられている。

金属電極４に電圧を印加した場合や、温度変動があった
場合に発生する結晶基板２中の電荷発生およびバッファ
層３中のイオンの移動による特性不安定化を防ぐためで
ある。そして、この導電性膜５として、以下の理由によ
り、Ｓ１膜が用いられている。サク専らの文献クレオ８
６ＭＦ−２、ｐ４６によれば、特に温度の変動に対して
のスイッチング動作の安定化の効果があると考えられて
いる。

また、バッファ層３は光導波路６を伝搬する光が金属電
極４に吸収されるのを防ぐために用いられている。この
ため、通常光に対して極杓で吸収の少ない絶縁体を用い
る。

〔発胡が解決しようとする課題〕

上述した特性項目の中でも、スイッチング電圧の低減お
よびスイッチング動作の安定は、実用において最も重要
な点である。

ところで上述した従来の光制御デバイスにおいて、バッ
ファ層３が金属電極４と方向性結合器１との間に装荷さ
れている。このようなバッファ層３を用いると、バッフ
ァ層３を使用しない場合に比べて、スイッチング電圧は
増大する。これは、通常バッファ層３は誘電率が結晶基
板１に比べてかなり小さいため、電界がバッファ層３に
集中するためである。

例えば、結晶基板２としてのＬｉＮｂＯ３基板と、バッ
ファ層３としての８１０２バッファ層と、金属電極４と
を用いた場合を考えてみる。波長１３μｍの光を金属電
極４が吸収することによる損失を発生させないためには
、バッファ層３の厚さは少なくとも２００ＯＡ以上必要
となる。このときスイッチング電圧は、バッファ層３が
ない場合に比べて１．５倍程度になる。したがって、バ
ッファ層３の厚さを薄くするほど、スイッチング電圧が
低減されるということがわかる。一方、金属電極４の材
料である金属と同様な光学特性を有する前述の８１を、
導電性膜５に用いる場合にも同程度の厚さが必要である
。したがって、現状では、低損失の光導波路特性を維持
したまま、スイッチング電圧の低減およびスイッチング
動作の安定化を得るのは困難である。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、低損
失の光導波路特性を維持したまま、低いスイッチング電
圧により作動し、かつ、安定なスイッチング動作が得ら
れる光制御デバイスを提供するものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、結晶基板上に形成された光導波路と、この光
導波路上に形成されるバッファ層と、光導波路上方のバ
ッファ層表面に形成される電極と、この電極および前記
バッファ層に形成される導電性膜とにより構成される導
波路型の光制御デバイスにおいて、前記した電極を透明
電極とし、かつ、導電性膜を透明導電性膜として、バッ
ファ層が薄膜化したことによりなる光制御デバイスとし
、もって従来の光制御デバイスに比べて７１ソファ層が
薄いので、低損失な光導波路特性を維持したまま、低い
スイッチング電圧により作動し、かつ、安定なスイッチ
ング動作を得ることが可能となる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図を参照して説明する。

第１図は、２本の光導波路からなる方向性結合器を用い
た光制御デバイスについてのものであり、透明電極の上
に透明導電性膜を形成した構造を示している。第１図に
示すように、本実施例の光制御デバイスは、方向性結合
器１１が設けられた結晶基板１２と、薄膜化されたバッ
ファ層（以下、薄膜バッファ層１３と呼ぶ）と、透明電
極１４と、透明導電性膜１５とを有する。方向性結合器
　１は、結晶基板１２に形成された２本の光導波路１６
により形成されている。このような構成において、結晶
基板１２上に、薄膜バッファ層１３が装荷されて、いる
。この薄膜パフフッ層１３を介して、２つの透明電極１
４が２本の光導波路１６の上にそれぞれ形成されている
。そしてさらに、透明電極１４および薄膜バッファ層１
３の上に透明導電性膜１５が装荷されている。

結晶基板１２としては例えばＬＩＮｂ０３基板が、また
バッファ層１３としては例えば５１０２が、さらに透明
電極１４および透明導電性膜１５としては例えばＺｎＯ
系材料が適用される。

このような実施例によれば、以下のような効果が得られ
る。

すなわち従来では、波長１．３μｍの光を金属電極が吸
収することによる損失を発生させないために、バッファ
層の厚さは少なくとも２００ＯＡ以上必要であった。こ
れに対し、本実施例では、電極を光の吸収の小さい透明
電極１４とし、さらに導電性膜を同様な透明導電性膜１
５としたので、損失を等価に保ったまま、１０００人程
度０薄膜バッファ層を用いることができる。したがって
、同一損失で金属電極を用いた場合に比べ、前述した理
由から２割程度のスイッチング電圧の低減が可能である
。また、それと同時に温度特性の安定化も得られる。

なお、光の吸収が少ない透明電極１４および透明導電性
膜１５の材料としては、ＺｎＯ系材料等導電性酸化膜の
他に、ＩＴＯ高分子系材料等が適用できる。また、結晶
基板１２には、ＬｉＮｂＯ３等の強誘電体、ガラス基板
等の誘電体、Ｓｌ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ等の半導体が適用
できる。さらに、薄膜バッファ層１３としては、５ｉｎ
２の他に、Ａ　１２　０３　、Ｓ　Ｉ　Ｎ４　等が適用
できる。

第２図は本発明の他の実施例を示す断面図である。

本実施例は第１図と同様に、２本の光導波路からなる方
向性結合器を用いた光制御デバイスである。

第２図においては、方向性結合器２１が設けられた結晶
基板２２と、薄膜化されたバッファ層（以下、薄膜バッ
ファ層２３と呼ぶ）と、透明導電性膜２４と、透明電極
２５とを有している。方向性結合、器２１は、結晶基板
２２に形成された２本の光導波路２６により形成されて
いる。

そして、結晶基板２２上に薄膜バッファ層２３が装荷さ
れ、この薄膜バッファ層２３の上に透明導電性膜２４を
装荷している。そして、薄膜バッファ層２３および透明
導電性膜２４を介して、２つの透明電極２５が２本の光
導波路２６の上にそれぞれ形成されている。

このような他の実施例においても、電極を光の吸収の小
さい透明電極２５とし、さらに導電性膜を同様な透明導
電性膜２４としたので、前述と同様の効果が得られる。

なお、本発明が適用される光制御デバイスは方向性結合
器に限定されず、交差型、マツハツエンダ型等の全ての
光制御デバイスに適用できるのはもちろんである。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、電極および導電性膜に金
属材料に比べて光の吸収の小さい透明な材料を用いるた
杓、従来の光制御デバイスに比べてバッファ層の薄膜化
が可能であり、光制御デバイスの損失の増加を招くこと
な（、光制御デノくイスの低電圧動作および安定動作が
得られる等の優れた効果が奏される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る光制御デフ１イスの一実施例を示
す断面図、第２図は本発明の他の実施例を示す断面図、
第３図は従来の光制御デノ＼゛イスを示す断面図である
。 １１．２１・・・・・・方向性結合器 １２．２２・・・・・・結晶基板 １３．２３・・・・・・薄膜バッファ層１４．２５・・
・・・・透明電極 １５．２４・・・・・・透明導電性膜 １６．２６・・・・・・光導波路

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、結晶基板上に形成された光導波路と、この光導波路
   上に形成されるバッファ層と、前記光導波路上方の前記
   バッファ層表面に形成される電極と、この電極および前
   記バッファ層に形成される導電性膜とにより構成される
   導波路型の光制御デバイスにおいて、前記電極を透明電
   極とし、かつ、前記導電性膜を透明導電性膜として、バ
   ッファ層を薄膜化したことを特徴とする光制御デバイス
   。 ２、透明電極は、ＺｎＯ系材料等またはＩＴＯ高分子系
   材料により構成してなることを特徴とする請求項１記載
   の光制御デバイス。 ３、透明導電性膜は、ＺｎＯ系材料またはＩＴＯ高分子
   系材料により構成してなることを特徴とする請求項１記
   載の光制御デバイス。