JPH0566428A - 光制御デバイス - Google Patents
光制御デバイスInfo
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- JPH0566428A JPH0566428A JP22574791A JP22574791A JPH0566428A JP H0566428 A JPH0566428 A JP H0566428A JP 22574791 A JP22574791 A JP 22574791A JP 22574791 A JP22574791 A JP 22574791A JP H0566428 A JPH0566428 A JP H0566428A
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- Japan
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- control device
- optical
- lithium niobate
- crystal substrate
- optical control
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- Pending
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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
-
- 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
- G02F2203/00—Function characteristic
- G02F2203/21—Thermal instability, i.e. DC drift, of an optical modulator; Arrangements or methods for the reduction thereof
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- Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】従来の光制御デバイスで問題となっているＤＣ
ドリフトを小さくし、特性が長期に渡って安定な光制御
デバイスを提供することにある。 【構成】ニオブ酸リチウム結晶基板１上に、互いに近接
した２本の光導波路２，３とその近傍に設置された制御
用電極５からなる方向性結合器型光制御デバイスにおい
て、上記ニオブ酸リチウム結晶基板中にニオブ酸リチウ
ムのバルク結晶の抵抗率より抵抗率の低い低抵抗領域１
０が設けられていることを特徴とする光制御デバイス。
ドリフトを小さくし、特性が長期に渡って安定な光制御
デバイスを提供することにある。 【構成】ニオブ酸リチウム結晶基板１上に、互いに近接
した２本の光導波路２，３とその近傍に設置された制御
用電極５からなる方向性結合器型光制御デバイスにおい
て、上記ニオブ酸リチウム結晶基板中にニオブ酸リチウ
ムのバルク結晶の抵抗率より抵抗率の低い低抵抗領域１
０が設けられていることを特徴とする光制御デバイス。
Description
【０００１】
【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う導波路型の光制御デバイ
スに関する。
えなどを行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う導波路型の光制御デバイ
スに関する。
【０００２】
【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、より高度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１０
ＧＨｚ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
どの欠点がある。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路型の光変調器は、小型、高効
率、高速という特長がある。
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、より高度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１０
ＧＨｚ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
どの欠点がある。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路型の光変調器は、小型、高効
率、高速という特長がある。
【０００３】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イッチが使用され
る。現在実用されている光スイッチは、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ッ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路型の光スイッチ
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、マッハツェン
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。
の交換機能を得る手段としては光スイッチが使用され
る。現在実用されている光スイッチは、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ッ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路型の光スイッチ
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、マッハツェン
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。
【０００４】図３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。図３（ａ）においてニオブ酸リチウム結
晶基板１の上にチタン（Ｔｉ）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。図３（ｂ）は方向性結合器４
の部分の光導波路２，３ひ垂直な断面図を示している。
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。図３（ａ）においてニオブ酸リチウム結
晶基板１の上にチタン（Ｔｉ）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。図３（ｂ）は方向性結合器４
の部分の光導波路２，３ひ垂直な断面図を示している。
【０００５】図３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。すなわち、制御電極５への制御電圧の有
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。
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。すなわち、制御電極５への制御電圧の有
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。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図３に
示すような従来の光スイッチでは、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
波に使用する電界強度が変化する現象、即ち、ＤＣドリ
フトが生じやすく、デバイスの安定性に課題があった。
示すような従来の光スイッチでは、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
波に使用する電界強度が変化する現象、即ち、ＤＣドリ
フトが生じやすく、デバイスの安定性に課題があった。
【０００７】本発明の目的は、上述の従来の光制御デバ
イスの課題を除き、特性が長期に渡って安定な光制御デ
バイスを提供することにある。
イスの課題を除き、特性が長期に渡って安定な光制御デ
バイスを提供することにある。
【０００８】
【課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、電気光学効果を有する誘電体結晶基板中に設置
された光導波路とその光導波路近傍に設置された制御用
電極からなる導波路型光制御デバイスにおいて、上記誘
電体結晶基板中に上記誘電体結晶基板のバルクの抵抗率
より抵抗率の低い低抵抗領域が設けられていることを特
徴とする光制御デバイスである。
イスは、電気光学効果を有する誘電体結晶基板中に設置
された光導波路とその光導波路近傍に設置された制御用
電極からなる導波路型光制御デバイスにおいて、上記誘
電体結晶基板中に上記誘電体結晶基板のバルクの抵抗率
より抵抗率の低い低抵抗領域が設けられていることを特
徴とする光制御デバイスである。
【０００９】
【作用】誘電体結晶基板中に上記誘電体結晶のバルクの
抵抗率より抵抗率の低い領域が設けられている。抵抗率
が低いということは、荷電粒子の移動度が大きいかまた
は荷電粒子の量が多いことを意味する。従って、外部電
界によって不純物イオンや結晶欠陥が結晶基板表面に局
在しても、すぐに荷電粒子がこの低抵抗領域を通って局
在した不純物イオンや結晶欠陥の回りに移動し、不純物
イオンや結晶欠陥による電界を打ち消し、ＤＣドリフト
を抑圧することができる。
抵抗率より抵抗率の低い領域が設けられている。抵抗率
が低いということは、荷電粒子の移動度が大きいかまた
は荷電粒子の量が多いことを意味する。従って、外部電
界によって不純物イオンや結晶欠陥が結晶基板表面に局
在しても、すぐに荷電粒子がこの低抵抗領域を通って局
在した不純物イオンや結晶欠陥の回りに移動し、不純物
イオンや結晶欠陥による電界を打ち消し、ＤＣドリフト
を抑圧することができる。
【００１０】以上のことより、本発明の光制御デバイス
は、従来に比べて安定な光制御デバイスが得られる。
は、従来に比べて安定な光制御デバイスが得られる。
【００１１】
【実施例】図１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）である。図３の例と同様にニオブ酸リチウ
ム（ＬｉＮｂＯ3 ）結晶基板１の上にチタン（Ｔｉ）を
９００〜１１００℃程度で数時間熱拡散して形成された
３〜１０μｍ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が形成されている。バッファ層
６は光の偏光方向や電極材料によっては必ずしも必要が
無い場合もある。ニオブ酸リチウム結晶基板中にはニオ
ブ酸リチウムのバルク結晶の抵抗率より抵抗率の低い低
抵抗領域１０が設けられている。この低抵抗領域１０の
抵抗率は低ければ低いほどＤＣドリフト抑圧には効果が
あるが、余り低すぎると制御電極５の間に電圧を印加し
たときにリーク電流による発熱が生じ、スイッチング特
性が不安定にある。従って、制御電極間５の間の抵抗値
は数十ｋΩ以上になるようにする。このような低抵抗領
域１０を形成する一つの方法としては、プロトンイオン
交換法がある。プロトンイオン交換法は、加熱された安
息香酸やピロ燐酸等の酸の中にニオブ酸リチウム基板を
浸漬し、ニオブ酸リチウム中のリチウムイオン（Ｌ
ｉ+ ）をプロトン（Ｈ+ ）に交換する方法である。例え
ば、２５０℃の安息香酸中にニオブ酸リチウム基板を１
時間浸漬すると厚さ約２．５μｍのプロトンイオン交換
層が形成され、このプロトンイオン交換層の体積抵抗率
は約１０9 Ωｃｍ程度となる。ニオブ酸リチウムのバル
クの体積抵抗率は常温で約１０17Ωｃｍであるから、低
抵抗領域１０の体積抵抗率はバルク結晶の体積抵抗率に
比べて約８桁低くなる。このプロトンイオン交換低抵抗
領域の抵抗率は安息香酸中に安息香酸リチウムを数ｍｏ
ｌ％程度混入することによって調整することができる。
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）である。図３の例と同様にニオブ酸リチウ
ム（ＬｉＮｂＯ3 ）結晶基板１の上にチタン（Ｔｉ）を
９００〜１１００℃程度で数時間熱拡散して形成された
３〜１０μｍ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が形成されている。バッファ層
６は光の偏光方向や電極材料によっては必ずしも必要が
無い場合もある。ニオブ酸リチウム結晶基板中にはニオ
ブ酸リチウムのバルク結晶の抵抗率より抵抗率の低い低
抵抗領域１０が設けられている。この低抵抗領域１０の
抵抗率は低ければ低いほどＤＣドリフト抑圧には効果が
あるが、余り低すぎると制御電極５の間に電圧を印加し
たときにリーク電流による発熱が生じ、スイッチング特
性が不安定にある。従って、制御電極間５の間の抵抗値
は数十ｋΩ以上になるようにする。このような低抵抗領
域１０を形成する一つの方法としては、プロトンイオン
交換法がある。プロトンイオン交換法は、加熱された安
息香酸やピロ燐酸等の酸の中にニオブ酸リチウム基板を
浸漬し、ニオブ酸リチウム中のリチウムイオン（Ｌ
ｉ+ ）をプロトン（Ｈ+ ）に交換する方法である。例え
ば、２５０℃の安息香酸中にニオブ酸リチウム基板を１
時間浸漬すると厚さ約２．５μｍのプロトンイオン交換
層が形成され、このプロトンイオン交換層の体積抵抗率
は約１０9 Ωｃｍ程度となる。ニオブ酸リチウムのバル
クの体積抵抗率は常温で約１０17Ωｃｍであるから、低
抵抗領域１０の体積抵抗率はバルク結晶の体積抵抗率に
比べて約８桁低くなる。このプロトンイオン交換低抵抗
領域の抵抗率は安息香酸中に安息香酸リチウムを数ｍｏ
ｌ％程度混入することによって調整することができる。
【００１２】図２は本発明の別の実施例の方向性結合器
光スイッチである。この例では、低抵抗領域１０を制御
電極５の間の部分だけに設けている。こうすることによ
り、低抵抗領域１０に起因する導波損失を小さくするこ
とができる。このような低抵抗領域１０を形成するに
は、ニオブ酸リチウム基板上を金属，酸化物，窒化物等
の薄膜で覆い、通常のホトリソグラフィー技術で制御電
極５の間になる部分だけの薄膜を取り除いた後、前述の
プロトンイオン交換を行い、その後前記薄膜を除去すれ
ばよい。
光スイッチである。この例では、低抵抗領域１０を制御
電極５の間の部分だけに設けている。こうすることによ
り、低抵抗領域１０に起因する導波損失を小さくするこ
とができる。このような低抵抗領域１０を形成するに
は、ニオブ酸リチウム基板上を金属，酸化物，窒化物等
の薄膜で覆い、通常のホトリソグラフィー技術で制御電
極５の間になる部分だけの薄膜を取り除いた後、前述の
プロトンイオン交換を行い、その後前記薄膜を除去すれ
ばよい。
【００１３】本実施例の光制御デバイスは、外部電界に
よって不純物イオンや結晶欠陥が結晶基板方面に移動し
てきても、表面の抵抗率が低いのですぐに電荷粒子が低
抵抗層の通って局在した不純物イオンや結晶欠陥の回り
に移動し、不純物イオンや結晶欠陥による電界を打ち消
し、ＤＣドリフトを抑圧することができる。
よって不純物イオンや結晶欠陥が結晶基板方面に移動し
てきても、表面の抵抗率が低いのですぐに電荷粒子が低
抵抗層の通って局在した不純物イオンや結晶欠陥の回り
に移動し、不純物イオンや結晶欠陥による電界を打ち消
し、ＤＣドリフトを抑圧することができる。
【００１４】
【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、特性の安定し
た光制御デバイスが得られる。
イスでは、従来の光制御デバイスに比べ、特性の安定し
た光制御デバイスが得られる。
【図１】（ａ）は本発明による光制御デバイスの一例を
示す平面図である。（ｂ）は本発明による光制御デバイ
スの一例を示す断面図である。
示す平面図である。（ｂ）は本発明による光制御デバイ
スの一例を示す断面図である。
【図２】（ａ）は本発明による光制御デバイスの一例を
示す平面図である。（ｂ）は本発明による光制御デバイ
スの一例を示す断面図である。
示す平面図である。（ｂ）は本発明による光制御デバイ
スの一例を示す断面図である。
【図３】（ａ）は従来例による光制御デバイスの一例を
示す平面図である。（ｂ）は従来例による光制御デバイ
スの一例を示す断面図である。
示す平面図である。（ｂ）は従来例による光制御デバイ
スの一例を示す断面図である。
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 低抵抗領域
Claims (1)
- 【請求項１】 電気光学効果を有する誘電体結晶基板中
に設置された光導波路とその光導波路近傍に設置された
制御用電極からなる導波路型光制御デバイスにおいて、
上記誘電体結晶基板中に上記誘電体結晶基板のバルクの
抵抗率より抵抗率の低い低抵抗領域が設けられているこ
とを特徴とする光制御デバイス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22574791A JPH0566428A (ja) | 1991-09-05 | 1991-09-05 | 光制御デバイス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22574791A JPH0566428A (ja) | 1991-09-05 | 1991-09-05 | 光制御デバイス |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0566428A true JPH0566428A (ja) | 1993-03-19 |
Family
ID=16834203
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22574791A Pending JPH0566428A (ja) | 1991-09-05 | 1991-09-05 | 光制御デバイス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0566428A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5687265A (en) * | 1994-09-27 | 1997-11-11 | Nec Corporation | Optical control device and method for making the same |
| EP1043617A1 (en) * | 1999-04-07 | 2000-10-11 | Lucent Technologies Inc. | Optical waveguide device with enhanced stability |
| CN111164496A (zh) * | 2017-10-02 | 2020-05-15 | Tdk株式会社 | 光调制器 |
| US11892716B2 (en) | 2021-02-12 | 2024-02-06 | Fujitsu Optical Components Limited | Optical device and optical transceiver using the same |
-
1991
- 1991-09-05 JP JP22574791A patent/JPH0566428A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5687265A (en) * | 1994-09-27 | 1997-11-11 | Nec Corporation | Optical control device and method for making the same |
| EP1043617A1 (en) * | 1999-04-07 | 2000-10-11 | Lucent Technologies Inc. | Optical waveguide device with enhanced stability |
| CN111164496A (zh) * | 2017-10-02 | 2020-05-15 | Tdk株式会社 | 光调制器 |
| US11366344B2 (en) | 2017-10-02 | 2022-06-21 | Tdk Corporation | Optical modulator |
| US11892716B2 (en) | 2021-02-12 | 2024-02-06 | Fujitsu Optical Components Limited | Optical device and optical transceiver using the same |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19971216 |