JPH05273417A - 光導波路 - Google Patents
光導波路Info
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- JPH05273417A JPH05273417A JP6720092A JP6720092A JPH05273417A JP H05273417 A JPH05273417 A JP H05273417A JP 6720092 A JP6720092 A JP 6720092A JP 6720092 A JP6720092 A JP 6720092A JP H05273417 A JPH05273417 A JP H05273417A
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- JP
- Japan
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- refractive index
- light
- waveguide
- layer
- liquid crystal
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は光導波路に関し、その目的は、比較
的簡単な構造で、光導波層の屈折率を部分的に変化させ
ることができる光導波路を提供することにある。 【構成】 光学的異方性を有する第１の部材と第２の部
材が、互いに異なる結晶方位で配置されたことを特徴と
するもの。
的簡単な構造で、光導波層の屈折率を部分的に変化させ
ることができる光導波路を提供することにある。 【構成】 光学的異方性を有する第１の部材と第２の部
材が、互いに異なる結晶方位で配置されたことを特徴と
するもの。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光導波路に関し、更に詳
しくは、新しい構造の光導波路に関する。
しくは、新しい構造の光導波路に関する。
【０００２】
【従来の技術】光導波路は光波を所望の経路に閉じ込め
て伝搬させる機能を持つものであり、レーザー発振器を
構成する光共振器の構成要素等として重要である。
て伝搬させる機能を持つものであり、レーザー発振器を
構成する光共振器の構成要素等として重要である。
【０００３】従来の導波路は、クラッド層になる基板に
不純物をドープすることにより屈折率を上げて導波路と
したり、コアの回りに不純物を拡散して屈折率を下げク
ラッドにしていた。
不純物をドープすることにより屈折率を上げて導波路と
したり、コアの回りに不純物を拡散して屈折率を下げク
ラッドにしていた。
【０００４】例えばサファイア系の導波路には、サファ
イアをファイバ状にして空気をクラッドにしたり(Appl.
Phys.Lett.,Vol.55,No.21,20 November 1989,2170-217
2、J.Appl.Phys.,Vol.64,No.8,15 October 1988,4239-4
241) 、サファイア基板にＨｅ ２＋を打ち込み低屈折率
層を内部に作り導波路構造を形成すること(ELECTRONICS
LETTERS 20th July 1989 Vol.25 No.15,985-986) 等が
提案されている。
イアをファイバ状にして空気をクラッドにしたり(Appl.
Phys.Lett.,Vol.55,No.21,20 November 1989,2170-217
2、J.Appl.Phys.,Vol.64,No.8,15 October 1988,4239-4
241) 、サファイア基板にＨｅ ２＋を打ち込み低屈折率
層を内部に作り導波路構造を形成すること(ELECTRONICS
LETTERS 20th July 1989 Vol.25 No.15,985-986) 等が
提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
従来の構造では、シングルモードが得られにくく、放射
線を扱っているため経時変化や損傷の点で問題があっ
た。
従来の構造では、シングルモードが得られにくく、放射
線を扱っているため経時変化や損傷の点で問題があっ
た。
【０００６】また、不純物を拡散して屈折率を変化させ
るためには複雑な工程や制御が必要になり、量産には不
向きである。本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたものであり、その目的は、比較的簡単な構造で、光
導波層の屈折率を部分的に変化させることができる光導
波路を提供することにある。
るためには複雑な工程や制御が必要になり、量産には不
向きである。本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたものであり、その目的は、比較的簡単な構造で、光
導波層の屈折率を部分的に変化させることができる光導
波路を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
る本発明は、光学的異方性を有する第１の部材と第２の
部材が、互いに異なる結晶方位で配置されたことを特徴
とするものである。
る本発明は、光学的異方性を有する第１の部材と第２の
部材が、互いに異なる結晶方位で配置されたことを特徴
とするものである。
【０００８】
【作用】屈折率に異方性を有する２つの部材の結晶方位
を異ならせて配置することにより、光から見て光の通る
側の屈折率は他の部分に比べて高くなり、光は閉じ込め
られる。
を異ならせて配置することにより、光から見て光の通る
側の屈折率は他の部分に比べて高くなり、光は閉じ込め
られる。
【０００９】
【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳
細に説明する。例えばサファイアは、波長λが６３３ｎ
ｍの光に対して、光学的主軸であるＣ軸方向の屈折率ｎ
ｏｄは１．７６７で、これと垂直な方向の屈折率ｎｅｘ
は１．７５９になっており、光の偏波方向（電場方向）
と結晶軸との関係で屈折率に異方性がある。
細に説明する。例えばサファイアは、波長λが６３３ｎ
ｍの光に対して、光学的主軸であるＣ軸方向の屈折率ｎ
ｏｄは１．７６７で、これと垂直な方向の屈折率ｎｅｘ
は１．７５９になっており、光の偏波方向（電場方向）
と結晶軸との関係で屈折率に異方性がある。
【００１０】いま、図１のようにＣ軸方向を直交させる
ようにして２枚の結晶１，２を重ね合わせる。このよう
な構造にした場合、例えば上側の結晶１のＣ軸方向に沿
って図のように水平に偏波した光を入射すれば、該入射
光に対して、上側の結晶１は、光の進行方向と結晶の主
軸（Ｃ軸）が平行で、電場方向（偏波方向）とは垂直に
なっている。このため、屈折率はｎｏｄ＝１．７６７に
なる。
ようにして２枚の結晶１，２を重ね合わせる。このよう
な構造にした場合、例えば上側の結晶１のＣ軸方向に沿
って図のように水平に偏波した光を入射すれば、該入射
光に対して、上側の結晶１は、光の進行方向と結晶の主
軸（Ｃ軸）が平行で、電場方向（偏波方向）とは垂直に
なっている。このため、屈折率はｎｏｄ＝１．７６７に
なる。
【００１１】一方、下側の結晶２は、上側の結晶１とは
逆に異常光線と見るため、屈折率はｎｅｘ＝１．７５９
になる。この場合の屈折率差は、 (nｏｄ-nｅｘ)/n ｅｘ＝０．４（％） になることから、Ｎ．Ａ．０．２程度の導波路となる。
逆に異常光線と見るため、屈折率はｎｅｘ＝１．７５９
になる。この場合の屈折率差は、 (nｏｄ-nｅｘ)/n ｅｘ＝０．４（％） になることから、Ｎ．Ａ．０．２程度の導波路となる。
【００１２】よって、導波層１の屈折率が高く、クラッ
ド側２の屈折率が低くなっているため、光は導波層１内
に閉じ込められることになる。これらを図２，図３及び
図６により更に詳しく考察する。尚、図２，図３及び図
６は屈折率楕円体の断面図であり、実際の光線の進行方
向と、θｉ，θｔとは若干の違いがある。しかし、ここ
では理論をすっきりさせるために、屈折率楕円体で考察
を進めた。実際の光線の進行方向は、光学軸と屈折率楕
円体上の進行方向そして偏波方向で決定されるが、その
差は小さい。
ド側２の屈折率が低くなっているため、光は導波層１内
に閉じ込められることになる。これらを図２，図３及び
図６により更に詳しく考察する。尚、図２，図３及び図
６は屈折率楕円体の断面図であり、実際の光線の進行方
向と、θｉ，θｔとは若干の違いがある。しかし、ここ
では理論をすっきりさせるために、屈折率楕円体で考察
を進めた。実際の光線の進行方向は、光学軸と屈折率楕
円体上の進行方向そして偏波方向で決定されるが、その
差は小さい。
【００１３】図２はサファイアのＡ面同士を、その光学
主軸を互いに直交するように接合することで導波層を作
製した例、図３はサファイアのＡ面を導波層にＣ面をク
ラッド層にした場合の例、図６はサファイアのＣ面を導
波層にＡ面をクラッド層にした例である。この他にも導
波層を形づくる組合せは様々考えられる。
主軸を互いに直交するように接合することで導波層を作
製した例、図３はサファイアのＡ面を導波層にＣ面をク
ラッド層にした場合の例、図６はサファイアのＣ面を導
波層にＡ面をクラッド層にした例である。この他にも導
波層を形づくる組合せは様々考えられる。
【００１４】ここであえて一般的な場合の詳細な考察は
行わないが、導波層を形成する場合、接合する面はＡ
面、Ｃ面に限らず導波層側で光にとっての屈折率が高く
なるような偏波方向、光の進行方向、及び接合する面の
組合せを選ぶことができる。
行わないが、導波層を形成する場合、接合する面はＡ
面、Ｃ面に限らず導波層側で光にとっての屈折率が高く
なるような偏波方向、光の進行方向、及び接合する面の
組合せを選ぶことができる。
【００１５】導波層１とクラッド層２が前述の図２（図
１の実施例に対応する考察図で、図１を横から見た場合
に相当する図）のような関係にある場合、紙面に垂直な
偏波は導波層１側で常光、クラッド層２側で異常光とな
る。また、紙面に平行な偏波はその逆になっている。
１の実施例に対応する考察図で、図１を横から見た場合
に相当する図）のような関係にある場合、紙面に垂直な
偏波は導波層１側で常光、クラッド層２側で異常光とな
る。また、紙面に平行な偏波はその逆になっている。
【００１６】境界にある入射角θｉで入射した光は、 ｎｉsiｎθｉ＝ｎｔsiｎθｔ なる角度で屈折する。
【００１７】紙面に垂直な偏波に対しては、 ｎｏsiｎθｉ＝ｎｅsiｎθｔ になり、紙面に平行な偏波に対しては、 {(cos ２θｉ／ｎｅ ２)+(sin２θｉ／ｎｏ ２)}−１／２
siｎθｉ＝ｎｏsiｎθｔとなる。
siｎθｉ＝ｎｏsiｎθｔとなる。
【００１８】ここで、垂直な偏波は、 （ｎｏ／ｎｅ）siｎθｉ＞１ の条件で導波層１内を全反射する。
【００１９】同様な考察により、導波層１とクラッド層
２が図３のような関係にある場合、紙面に垂直な偏波は
２つの領域１，２で常光となり屈折しないが、紙面に平
行な偏波は異常光となる。
２が図３のような関係にある場合、紙面に垂直な偏波は
２つの領域１，２で常光となり屈折しないが、紙面に平
行な偏波は異常光となる。
【００２０】そのため、 {(cos ２θｉ/nｅ ２)+(sin２θｉ/nｏ ２)}−１／２siｎ
θｉ={(sin２θｔ/nｅ ２)+(cos２θｔ/nｏ ２)}−１／２
siｎθｔ の屈折条件より、 sin ２θｔ=[1/{(2sin２θｉ/nｏ ２)+(cos２θｉ/
nｅ ２)-(sin２θｉ/nｅ ２）] (sin２θｉ/nｏ ２）＞１ から、 sin ２θｉ＞1/{2-(n ｅ ２/nｏ ２)} の条件で全反射する。
θｉ={(sin２θｔ/nｅ ２)+(cos２θｔ/nｏ ２)}−１／２
siｎθｔ の屈折条件より、 sin ２θｔ=[1/{(2sin２θｉ/nｏ ２)+(cos２θｉ/
nｅ ２)-(sin２θｉ/nｅ ２）] (sin２θｉ/nｏ ２）＞１ から、 sin ２θｉ＞1/{2-(n ｅ ２/nｏ ２)} の条件で全反射する。
【００２１】いま、Ａｌ２Ｏ３（サファイア）の場合を
考えると、ｎｏ＝１．７６７，ｎｅ＝１．７５９とし
て、図２ではθｉ＞８４．５５°（実際の光線では８
４．５０°より大）になって、図３ではθｉ＞８４．５
７°（実際の光線では８４．５２°より大）になり、θ
が５°程度（Ｎ．Ａ．が０．２程度）の導波層（路）と
なる。
考えると、ｎｏ＝１．７６７，ｎｅ＝１．７５９とし
て、図２ではθｉ＞８４．５５°（実際の光線では８
４．５０°より大）になって、図３ではθｉ＞８４．５
７°（実際の光線では８４．５２°より大）になり、θ
が５°程度（Ｎ．Ａ．が０．２程度）の導波層（路）と
なる。
【００２２】図６のような関係にある場合、紙面に垂直
な偏波に対しては、 ｎｏsiｎθｉ＝ｎｅsiｎθｔ になり、紙面に平行な偏波に対しては、 {(cos ２θｉ／ｎｏ ２)+(sin２θｉ／ｎｅ ２)}−１／２
siｎθｉ＝ｎｏsiｎθｔとなる。
な偏波に対しては、 ｎｏsiｎθｉ＝ｎｅsiｎθｔ になり、紙面に平行な偏波に対しては、 {(cos ２θｉ／ｎｏ ２)+(sin２θｉ／ｎｅ ２)}−１／２
siｎθｉ＝ｎｏsiｎθｔとなる。
【００２３】このとき、Ａｌ２Ｏ３の場合、θは５．４
５°以下となる。図４は本発明の他の実施例の構成図で
あり、導波層１をクラッド層２に埋め込んだ埋め込み形
導波路の例である。この場合、図２及び図３で考察した
通りの全反射条件を底面（図２に対応）及び側面（図３
の対応）の両方で満足している。
５°以下となる。図４は本発明の他の実施例の構成図で
あり、導波層１をクラッド層２に埋め込んだ埋め込み形
導波路の例である。この場合、図２及び図３で考察した
通りの全反射条件を底面（図２に対応）及び側面（図３
の対応）の両方で満足している。
【００２４】図５も本発明の他の実施例の構成図であ
り、導波層１の外周をクラッド層２で覆った例である。
この場合、図２及び図３で考察した通りの全反射条件を
底面（図２に対応）及び側面（図３の対応）の両方で満
足している。図７も本発明の他の実施例の構成図であ
り、この例においては導波層（凸状のコア層を有してい
る）１としてサファイア（若しくはチタンサファイア…
Ｔｉ：Ａｌ2Ｏ3の単結晶）を用い、クラッド層２として
サファイア（Ａｌ2Ｏ3の単結晶）を用い、直接接合によ
り接合する。この場合、導波層１とクラッド層２はＡ面
同士を合わせＣ軸方向が直角になるように配置する。３
は導波層１の表面に形成された屈折率の異なる例えばＳ
ｉＯ2層である。なお、図では省略するが入射面および
出射面には公知の方法によりミラーコーティングが施さ
れている。
り、導波層１の外周をクラッド層２で覆った例である。
この場合、図２及び図３で考察した通りの全反射条件を
底面（図２に対応）及び側面（図３の対応）の両方で満
足している。図７も本発明の他の実施例の構成図であ
り、この例においては導波層（凸状のコア層を有してい
る）１としてサファイア（若しくはチタンサファイア…
Ｔｉ：Ａｌ2Ｏ3の単結晶）を用い、クラッド層２として
サファイア（Ａｌ2Ｏ3の単結晶）を用い、直接接合によ
り接合する。この場合、導波層１とクラッド層２はＡ面
同士を合わせＣ軸方向が直角になるように配置する。３
は導波層１の表面に形成された屈折率の異なる例えばＳ
ｉＯ2層である。なお、図では省略するが入射面および
出射面には公知の方法によりミラーコーティングが施さ
れている。
【００２５】上記の構成によれば、入射端面からポンピ
ング光を入射するとレーザ媒質として機能する導波路内
で発振光が発生し，その発振光が増幅されて出射端面か
ら出射する。次に、図８を参照して図７に示す光導波路
の製造方法について概略工程に従って説明する。 工程１（ａ図参照） 導波層１とクラッド層２（サファイア）の接合面を光学
研磨により滑らかに加工する（この場合、クラッド層２
は面積５×２５ｍｍ、厚さ０．５ｍｍ程度、導波層１は
同面積で０．２ｍｍ程度の厚さのものを使用する）。
ング光を入射するとレーザ媒質として機能する導波路内
で発振光が発生し，その発振光が増幅されて出射端面か
ら出射する。次に、図８を参照して図７に示す光導波路
の製造方法について概略工程に従って説明する。 工程１（ａ図参照） 導波層１とクラッド層２（サファイア）の接合面を光学
研磨により滑らかに加工する（この場合、クラッド層２
は面積５×２５ｍｍ、厚さ０．５ｍｍ程度、導波層１は
同面積で０．２ｍｍ程度の厚さのものを使用する）。
【００２６】次に、硫酸過水で洗浄して十分に汚れを落
とした後結晶軸方向に注意して密着させる。この密着さ
せた導波層１とクラッド層２を１３００℃の電気炉内で
５０００Ｐａ（０．５ｋｇｆ／ｃｍ2）程度で加圧しな
がら６０分間熱処理する（この場合、加熱温度が低い
（１１００℃程度）と接合が不完全となり、高い（１６
００℃程度）と面方位による膨張係数の違いにより破損
する恐れがある）。
とした後結晶軸方向に注意して密着させる。この密着さ
せた導波層１とクラッド層２を１３００℃の電気炉内で
５０００Ｐａ（０．５ｋｇｆ／ｃｍ2）程度で加圧しな
がら６０分間熱処理する（この場合、加熱温度が低い
（１１００℃程度）と接合が不完全となり、高い（１６
００℃程度）と面方位による膨張係数の違いにより破損
する恐れがある）。
【００２７】工程２（ｂ図参照） 接合した２枚の板のうち導波層１を研磨して５μｍ程度
の厚さ（ｔ）に形成する（偏波光がシングルモードとな
るためにはこの程度の厚さにする必要がある）。この研
磨は例えばラップ盤で６μｍ程度のダイアモンド砥粒を
用いて粗削りを行い、次に１μｍ程度のダイアモンド砥
粒を用いて所望の厚さに鏡面仕上げを行うが、最終的に
光導波路の壁面となるため散乱損失の原因にならないよ
うに十分滑らかに加工する。ここまでの工程で２次元光
導波路が形成されるが、光を横方向に閉じ込める必要が
ない場合は、この上に例えばＳｉＯ2層を形成する。
の厚さ（ｔ）に形成する（偏波光がシングルモードとな
るためにはこの程度の厚さにする必要がある）。この研
磨は例えばラップ盤で６μｍ程度のダイアモンド砥粒を
用いて粗削りを行い、次に１μｍ程度のダイアモンド砥
粒を用いて所望の厚さに鏡面仕上げを行うが、最終的に
光導波路の壁面となるため散乱損失の原因にならないよ
うに十分滑らかに加工する。ここまでの工程で２次元光
導波路が形成されるが、光を横方向に閉じ込める必要が
ない場合は、この上に例えばＳｉＯ2層を形成する。
【００２８】工程３（ｃ図参照） 次に、導波層１上にフォトリソグラフィによりマスクを
パターニングした後、ＲＩＥ（リアクティブ・イオンエ
ッチング）にてエッチングを行う。マスク幅は５μｍ程
度とする。マスク材としては始めにＴｉを０．０３μｍ
程度形成し、その上に０．５μｍ程度のＰｔを形成す
る。次に、ＲＩＥ装置の電力を０．４８Ｗ／ｃｍ2、反
応ガスとしてＣＣｌ4（四塩化炭素）を用い、装置内の
圧力を１２０ｍｔｏｒｒ程度として３μｍ（ｔ1）程度
のエッチングを行う（この条件では０．０３μｍ／分程
度のエッチングとなる）。 工程４（ｄ図参照） 次にスパッタリングにより導波層１上にＳｉＯ2膜３を
２μｍ程度の厚さに形成する。
パターニングした後、ＲＩＥ（リアクティブ・イオンエ
ッチング）にてエッチングを行う。マスク幅は５μｍ程
度とする。マスク材としては始めにＴｉを０．０３μｍ
程度形成し、その上に０．５μｍ程度のＰｔを形成す
る。次に、ＲＩＥ装置の電力を０．４８Ｗ／ｃｍ2、反
応ガスとしてＣＣｌ4（四塩化炭素）を用い、装置内の
圧力を１２０ｍｔｏｒｒ程度として３μｍ（ｔ1）程度
のエッチングを行う（この条件では０．０３μｍ／分程
度のエッチングとなる）。 工程４（ｄ図参照） 次にスパッタリングにより導波層１上にＳｉＯ2膜３を
２μｍ程度の厚さに形成する。
【００２９】なお、上記実施例においては導波層１とク
ラッド層２としてサファイアを用いたが光学異方性を有
する材料であれば種類に制限はなく、ルチル，方解石，
ＬｉＮｂＯ３等、種々の物質に応用することができる。
ラッド層２としてサファイアを用いたが光学異方性を有
する材料であれば種類に制限はなく、ルチル，方解石，
ＬｉＮｂＯ３等、種々の物質に応用することができる。
【００３０】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明で
は、導波路の構成として、屈折率の異方性を利用してい
る。従って、不純物をドープする従来の構成と異なり、
同一材質のみで導波路が構成できる。これにより、不純
物に起因する光の散乱がなくなり、製造過程での不純物
濃度の制御等が不要になって工程を簡略できる。
は、導波路の構成として、屈折率の異方性を利用してい
る。従って、不純物をドープする従来の構成と異なり、
同一材質のみで導波路が構成できる。これにより、不純
物に起因する光の散乱がなくなり、製造過程での不純物
濃度の制御等が不要になって工程を簡略できる。
【図１】本発明に基づく一実施例の構成図である。
【図２】本発明に基づく構造の第１の考察図である。
【図３】本発明に基づく構造の第２の考察図である。
【図４】本発明に基づく他の実施例の構成図である。
【図５】本発明に基づく他の実施例の構成図である。
【図６】本発明に基づく構造の第３の考察図である。
【図７】本発明に基づく他の実施例の構成図である。
【図８】図７の光導波路の概略製作工程を示す図であ
る。
る。
１ 第１の部材（導波層） ２ 第２の部材（クラッド層）
Claims (1)
- 【請求項１】 光学的異方性を有する第１の部材と第２
の部材が、互いに異なる結晶方位で配置されたことを特
徴とする光導波路。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4-16651 | 1992-01-31 | ||
| JP1665192 | 1992-01-31 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05273417A true JPH05273417A (ja) | 1993-10-22 |
Family
ID=11922251
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6720092A Pending JPH05273417A (ja) | 1992-01-31 | 1992-03-25 | 光導波路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05273417A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003027736A1 (fr) * | 2001-09-19 | 2003-04-03 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Guide d'onde optique et procede de fabrication associe |
| JP2014002198A (ja) * | 2012-06-15 | 2014-01-09 | Mitsubishi Electric Corp | 光導波路 |
-
1992
- 1992-03-25 JP JP6720092A patent/JPH05273417A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003027736A1 (fr) * | 2001-09-19 | 2003-04-03 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Guide d'onde optique et procede de fabrication associe |
| US6996324B2 (en) | 2001-09-19 | 2006-02-07 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Optical waveguide and method for fabricating the same |
| JP2014002198A (ja) * | 2012-06-15 | 2014-01-09 | Mitsubishi Electric Corp | 光導波路 |
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