JPH0452922B2 - - Google Patents

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JPH0452922B2
JPH0452922B2 JP58226981A JP22698183A JPH0452922B2 JP H0452922 B2 JPH0452922 B2 JP H0452922B2 JP 58226981 A JP58226981 A JP 58226981A JP 22698183 A JP22698183 A JP 22698183A JP H0452922 B2 JPH0452922 B2 JP H0452922B2
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optical
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light
modulation
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Juichi Handa
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/13Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method
    • G02B6/134Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method by substitution by dopant atoms
    • G02B6/1342Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method by substitution by dopant atoms using diffusion
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL 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
    • G02F1/00Devices 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
    • G02F1/29Devices 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
    • G02F1/33Acousto-optical deflection devices
    • G02F1/335Acousto-optical deflection devices having an optical waveguide structure

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Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は導波路型光変調または偏向器に関す
る。
〔従来技術〕
現在、光偏向器・光変調器を集積光学構造体で
実現する場合、光導波路基板として、圧電効果・
光音響効果・電気光学効果に優れ、且つ、光伝搬
損失が少ないニオブ酸リチウム(以下LiNbO3
記す)結晶及びタンタル酸リチウム(以下
LiTaO3と記す)結晶が広く用いられている。
前記結晶基板を用いて、薄膜光導波路を作製す
る代表的な方法として、チタン(以下Tiと記す)
金属を前記結晶基板の表面に、高温で熱拡散する
ことにより、該結晶基板の表面に基板の屈曲率よ
りわずかに大きな屈曲率を有する光導波路層を形
成する方法即ちTi内部拡散法がある。しかし、
この方法により作製された薄膜光導波路は、光学
損傷を受け易く、非常に小さいパワーの光しか該
導波路に導入できないという欠点がある。ここで
光学損傷は、「光導波路に入力する光の強度を増
大していつたときに、該光導波路内を伝搬し外部
に取り出される光の強度が、散乱によつて低減
し、前記入力光強度に比例して増大しなくなる現
象」を言う。
ここで、第1図を参照してTi内部拡散によつ
て作製したLiNbO3光導波路における光学損傷に
ついて説明する。第1図は導波形の高周波(以下
rと略す)スペクトラムアナライザをTi拡散
LiNbO3光導波路を用いて構成した従来例であ
る。導波光5の入力方法として第1図に示す様な
半導体レーザ3の発光面4を導波路2の端面に直
接コンタクトさせるいわゆるバツトカツプリング
法が用いられる。このバツトカツプリング法は高
効率が得られ、構成が簡便なことから半導体レー
ザと薄膜光導波路の結合法としては有効な方法の
1つである。
しかしながら、高効率を得るためには、半導体
レーザの発光面4と導波路2を密着させておく必
要があり、入力結合部分は著しく高いパワー密度
となる。そのためTi拡散によつて作製した導波
路では該入力結合部分において著しい光学損傷を
生じ、光パワーの損失と共に導波路レンズ6によ
つてコリメートした導波光7の散乱が増加すると
いう現象がみられた。また、このrスペクトラム
アナライザでは、解析すべきr電力入力8をくし
状電極9に印加し、電気入力の周波数に対応した
弾性表面波10を伝搬させ、コリメートされた光
波7をブラツグ回折させている。ブラツグ回折さ
れた光は導波路レンズ11によつてフーリエ交換
され、フーリエ変換面に周波数に対応したスペク
トル強度が観測できることになる。フーリエ変換
面は通常導波路端面14に設定し、光強度分布を
CCDなどの光検出器で分析することによつて入
力電気信号の実時間のスペクトル解析が可能とな
る。ここで、前記入力結合部分と同様、フーリエ
変換面となる導波路端面14では著しく高いパワ
ー密度となり光学損傷を生ずることになる。この
様に該rスペクラムアナライザ等の光学集積体の
入出力部分は高いパワー密度の光を導波させる必
要があり、光学損傷に対して耐性の強い導波路を
形成することが必要となる。
前記光学損傷を改善する方法として、いくつか
の導波路の作製方法が提案されている。従来行わ
れている方法として代表的なものは(1)酸化リチウ
ム(以下Li2Oと記す)外部拡散法と(2)イオン交
換法がある。Li2O外部拡散法はLiNbO3
LiTaO3などの単結晶を高温(約1000℃)で熱処
理し、基板表面にLiの欠乏層を形成して導波路を
形成する方法である。上記Li2O外部拡散法によ
つて作製した光導波路は、Ti内部拡散によつて
作製した導波路に比べて、光学損傷に対する耐性
が著しく高くなることが知られている〔文献参
照、R.L.Holman:SPIE 317巻47ページ
(1981)〕。しかしながら、該Li2O外部拡散法で作
製される光導波路の厚さはその屈折率変化が小さ
い為、導波路を形成するためには導波路厚を10〜
100μmとかなり厚くする必要がある。従つて導波
光のエネルギ分布が厚さ方向に拡がつて、光偏向
器、光変調器等を導波構造で実現する場合デバイ
スの効率が著しく低下するという欠点があつた。
もう1つの作製法であるイオン交換法はLiNbO3
やLiTaO3基板をカリウム、銀等のイオンを含む
溶融塩中で処理を行う方法である。また安息香酸
などの弱酸中で処理しイオン種としてプロトン
(H)を交換する方法も導波路を形成する方法と
して用いられる。上記イオン交換法あるいはプロ
トン交換法で作製された光導波路はTi内部拡散
法で作製された光導波路に比べて光学損傷の耐性
が高いことが確かめられている〔参考文献、Y.
Chen Appl.Phys.Lett.,40巻10ページ(1982)〕。
しかしながら、該イオン交換法においては、イオ
ン交換処理中に結晶に歪みを生じ、光偏向器・光
変調器としての特性が劣化するという欠点があつ
た。即ち、第1図に示したTi拡散の導波路層2
を前記のLi2O外部拡散法、またはイオン交換等
の方法で形成した導波路とすると、光学損傷に対
する耐性は高まるが、弾性表面波10と光波7の
相互作用が弱くなつたり、変調効率が低下すると
いう欠点があつた。
〔本発明の目的〕
本発明は、以上の如き従来技術に鑑み、光導波
路において光学損傷を抑制し且つ光変調あるいは
光偏向の効率を高めることを目的とする。
以上の如き目的は導波路の入出力部分と光変調
あるいは光偏向部分の導波特性をそれぞれ最適化
することによつて達成される。
〔本発明の実施例〕
以下、図面を参照しつつ本発明を説明する。
第2図は本発明による導波路型光変調または偏
向器の実施例を示す概略図である。
光導波路の作製は次の様にして行われた。
まず導波路レンズの形成のためy−cut
LiNbO3基板1上にボウル状の凹みをダイヤモン
ドボールによる加工で形成し、ジオデシツク形導
波路レンズの基板加工を行う。第1段階として
Li2O外部拡散を1000℃、10時間行い、光導波路
層を全面に構成する。次に第2段階として光変
調・偏向を行う部分のみにTi膜を蒸着し、1000
℃、2.5時間熱拡散を行うことによつて導波路部
15cを形成する。これにより、残りの部分に入
出力導波路部15a,15bが形成される。最後
に弾性表面波を励起するためのくし状電極9を通
常のフオトリソグラフイー技術を用いてアルミニ
ウム電極で形成する。光の入出力部分である導波
路部15a,15bの端面は導波路レンズ6,1
1の焦点位置に一致する様に精密に位置設定を行
い、光学研磨を施した。
この様にして作製された光導波路に半導体レー
ザ光(λ=0.83μm 5mW)をバツトカツプリン
グによつて結合させ、弾性表面波と相互作用させ
た結果、素子の変調効率を低下させることなく、
光学損傷に対する耐性が高められた。
第2の実施例は、前記実施例記載の導波路形成
法において第1段階で光変調・偏向を行う部分に
まずTi熱拡散によつて導波路部15cを形成す
る。次にこの導波路部15c上にマスクとして金
薄膜を施し、入出力部分にイオン交換によつて導
波路部15a,15bを形成する。イオン交換は
250℃に加熱した安息香酸中に上記基板を1時間
浸すことにより行つた。
この様にして作製した光導波路も前記第1実施
例と同様、素子の変調効率を低下させることなく
光学損傷に対する耐性が高められた。
以上の実施例において、光変調・偏向部として
弾性表面波を用いた機能素子について記述した
が、電気光学効果・熱光学効果等を用いた機能素
子に対しても適用できることは言うまでもない。
また入出力結合法として前記2つの実施例では、
特にバツトカツプリング法を用いたが、プリズム
カツプラあるいはグレーテイングカツプラによる
入出力結合を採用しても、本発明の効果が失われ
ることはない。
〔本発明の効果〕
以上説明した様に、本発明による導波路型光変
調または偏向器は光入出力部分に光学損傷耐性の
高い光導波路部を構成し、光変調・偏向部分に変
調特性の優れた光導波路部を構成することによつ
て、変調効率を低下させることなく、光学損傷に
対する耐性を高めることができる。
本発明によれば、更に、光導波路を上記の様に
変調部分と入出力部分とに分離することによつて
各部分の導波光の深さ方向の分布を制御し、入出
力効率、変調効率を最大にすることができるとい
う利点がある。例えば、入力部分の導波路部を伝
搬する光波の深さ方向の分布は入力半導体レーザ
の強度分布となるべく一致させる必要があり、両
者の強度分布の重ね合わせによつて入力効率が決
定される。一方、変調器部分では、屈曲率等が変
調された部分と導波光の強度分布が一致する方が
より変調効率が高まり低パワーで変調が可能とな
る。弾性表面波の場合には、弾性表面波の強度分
布と導波光の強度分布の重ね合わせが大きくなる
様に導波路厚を最適設計する必要がある。前記入
力部分において、入力効率を最大にする導波路厚
と該変調部分において、変調効率を最大にする導
波路厚とは一般に異なるため、両者の導波路部を
本発明の様に2つの部分に分離することは有効で
ある。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の導波路型光変調または偏向器の
構成概略図であり、第2図は本発明による導波路
型光変調または偏向器の構成概略図である。 各図において、1はLiNbO3基板、2はTi拡散
によつて作製した導波路層、3は半導体レーザ、
4は半導体レーザ発光面、5は入力導波光、6,
11は導波路レンズ、7はコリメートされた導波
光、8はr電気入力、9はくし形電極、10は弾
性表面波、12,13は各スペクトル成分にフー
リエ変換された出力導波光、14はフーリエ変換
面を示す導波路端面、15は光導波路層、15
a,15bは入出力光導波路部、15cは光変
調・光偏向導波路部である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 基板と、該基板の表面に形成された光導波路
    と、該光導波路を伝播する光を変調または偏向す
    る手段とから成る導波路型光変調または偏向器に
    おいて、 前記導波路が前記伝播光を入射または出射させ
    るための第1の部分と、前記変調または偏向手段
    が設けられた第2の部分とから成ること、前記第
    1の部分の導波路がイオン交換法または酸化リチ
    ウム外部拡散法によつて形成されていること、お
    よび、前記第2の部分の導波路がチタン内部拡散
    法によつて形成されていることを特徴とする導波
    路型光変調または偏向器。 2 前記基板が、ニオブ酸リチウム結晶またはタ
    ンタル酸リチウム結晶から成る特許請求の範囲第
    1項記載の導波路型光変調または偏向器。
JP58226981A 1983-12-02 1983-12-02 導波路型光変調または偏向器 Granted JPS60119522A (ja)

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