JPH059775B2 - - Google Patents
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- JPH059775B2 JPH059775B2 JP57135394A JP13539482A JPH059775B2 JP H059775 B2 JPH059775 B2 JP H059775B2 JP 57135394 A JP57135394 A JP 57135394A JP 13539482 A JP13539482 A JP 13539482A JP H059775 B2 JPH059775 B2 JP H059775B2
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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
- G02F1/01—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 intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/11—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 intensity, phase, polarisation or colour based on acousto-optical elements, e.g. using variable diffraction by sound or like mechanical waves
- G02F1/125—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 intensity, phase, polarisation or colour based on acousto-optical elements, e.g. using variable diffraction by sound or like mechanical waves in an optical waveguide structure
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、音響光学装置（デバイス）に関す
る。特に、本発明は、薄膜音響光学デバイスの構
造と構成材料に関している。
る。特に、本発明は、薄膜音響光学デバイスの構
造と構成材料に関している。
従来、音響光学デバイスは、例えばLiNbO3の
ような圧電性結晶基板上に形成されていた。この
場合、例えば表面を研摩したLiNbO3単結晶基板
の表面層に、Ti金属を拡散させて導波路を形成
するとともに、例えば櫛型電極を同じく上記
LiNbO3単結晶基板の表面に設けて表面波トラン
スデユーサを形成し、上記光導波路を伝搬する光
と例えば上記表面波トランスデユーサで励起した
表面波と相互作用させようとするものである。し
かしながら、この種の音響光学デバイスは、微少
光学素子例えば微少レンズ、プリズムなどの形成
や、半導体素子例えばGaAsからなる微少光検出
素子の集積化が困難であるという欠点があつた。
ような圧電性結晶基板上に形成されていた。この
場合、例えば表面を研摩したLiNbO3単結晶基板
の表面層に、Ti金属を拡散させて導波路を形成
するとともに、例えば櫛型電極を同じく上記
LiNbO3単結晶基板の表面に設けて表面波トラン
スデユーサを形成し、上記光導波路を伝搬する光
と例えば上記表面波トランスデユーサで励起した
表面波と相互作用させようとするものである。し
かしながら、この種の音響光学デバイスは、微少
光学素子例えば微少レンズ、プリズムなどの形成
や、半導体素子例えばGaAsからなる微少光検出
素子の集積化が困難であるという欠点があつた。
本発明者らは、この種の音響光学デバイスに半
導体基板上に薄膜多層構造を形成することによ
り、従来の欠点を除去することに成功し、新規な
音響光学デバイスを発明した。したがつて、本発
明の目的は、薄膜多層構造からなる音響光学デバ
イスの構造と構成材料を与える。
導体基板上に薄膜多層構造を形成することによ
り、従来の欠点を除去することに成功し、新規な
音響光学デバイスを発明した。したがつて、本発
明の目的は、薄膜多層構造からなる音響光学デバ
イスの構造と構成材料を与える。
本発明は半導体基板上に圧電性薄膜からなる表
面波トランスデユーサとAs−Ｓ薄膜光導波路と
を形成し、上記表面波トランスデユーサは上記圧
電性薄膜とその圧電性薄膜の表面に設けられた櫛
形電極と裏面に設けられた対向電極とからなるサ
ンドウイツチ構造で構成された音響光学装置を形
成することにより、集積化が容易な音響光学装置
を提供するものである。
面波トランスデユーサとAs−Ｓ薄膜光導波路と
を形成し、上記表面波トランスデユーサは上記圧
電性薄膜とその圧電性薄膜の表面に設けられた櫛
形電極と裏面に設けられた対向電極とからなるサ
ンドウイツチ構造で構成された音響光学装置を形
成することにより、集積化が容易な音響光学装置
を提供するものである。
本発明による音響光学装置の基本構造は、第１
図１０に示すごとく、圧電性薄膜からなる表面波
トランスデユーサ１１と、As−Ｓ薄膜光導波路
１２からなつている。この音響光学装置では、表
面波トランスデユーサ１１と、As−Ｓ薄膜光導
波路１２は、これらを保持するための通常表面が
平滑な基板１３の上に設けられ、かつ上記薄膜光
導波路１２中の伝搬光を上記表面波トランスデユ
ーサ１１から励起された表面波１４で回折させる
ことを特徴としている。この場合、表面波１４
が、薄膜光導波路１２に伝搬し易い様に、表面波
トランスデユーサ１１と薄膜光導波路１２は傾斜
した界面１５で接触している。この種の構造にお
いて、表面波トランスデユーサ１１を構成する圧
電物質とAs−Ｓ薄膜との界面１５における相互
拡散による表面波トランスデユーサ１１および
As−Ｓ薄膜光導波路１２の特性劣化、表面波ト
ランスデユーサ１１の表面波励起効率、さらには
これらの構造の容易さなどを考慮に入れて、表面
波トランスデユーサ１１を構成する圧電性薄膜の
組成を本発明者らは詳細に調べた結果、従来圧電
材料として広く知られている水晶やLiNbO3より
も、ZnS，ZnO，CdSの如き−族化合物ある
いはＡＮの如き−族化合物が有効であるこ
とを確認した。
図１０に示すごとく、圧電性薄膜からなる表面波
トランスデユーサ１１と、As−Ｓ薄膜光導波路
１２からなつている。この音響光学装置では、表
面波トランスデユーサ１１と、As−Ｓ薄膜光導
波路１２は、これらを保持するための通常表面が
平滑な基板１３の上に設けられ、かつ上記薄膜光
導波路１２中の伝搬光を上記表面波トランスデユ
ーサ１１から励起された表面波１４で回折させる
ことを特徴としている。この場合、表面波１４
が、薄膜光導波路１２に伝搬し易い様に、表面波
トランスデユーサ１１と薄膜光導波路１２は傾斜
した界面１５で接触している。この種の構造にお
いて、表面波トランスデユーサ１１を構成する圧
電物質とAs−Ｓ薄膜との界面１５における相互
拡散による表面波トランスデユーサ１１および
As−Ｓ薄膜光導波路１２の特性劣化、表面波ト
ランスデユーサ１１の表面波励起効率、さらには
これらの構造の容易さなどを考慮に入れて、表面
波トランスデユーサ１１を構成する圧電性薄膜の
組成を本発明者らは詳細に調べた結果、従来圧電
材料として広く知られている水晶やLiNbO3より
も、ZnS，ZnO，CdSの如き−族化合物ある
いはＡＮの如き−族化合物が有効であるこ
とを確認した。
すなわち、ここに示した−あるいは−
族化合物の表面波の励起効率は、例えばLiNbO3
より小さいから、表面波トランスデユーサの形成
にはLiNbO3の様な圧電材料の方が有効であると
通常考えられるが、例えば第２図２０に示すごと
く、上記圧電性薄膜１１の表面２２に櫛型電極２
３を、裏面２４に対向電極２５を設けたサンドウ
イツチ構造の表面波トランスデユーサを構成する
と、表面波の励起効率も例えばZnOでは15％にも
達し、実用上全く問題がない上、As−Ｓ薄膜
（例えばAs2S3薄膜）との界面における相互拡散
もないということを本発明者らは確認した。この
ように、対向電極を設けることにより高い励起効
率が得られる理由は、次のように考えられる。
族化合物の表面波の励起効率は、例えばLiNbO3
より小さいから、表面波トランスデユーサの形成
にはLiNbO3の様な圧電材料の方が有効であると
通常考えられるが、例えば第２図２０に示すごと
く、上記圧電性薄膜１１の表面２２に櫛型電極２
３を、裏面２４に対向電極２５を設けたサンドウ
イツチ構造の表面波トランスデユーサを構成する
と、表面波の励起効率も例えばZnOでは15％にも
達し、実用上全く問題がない上、As−Ｓ薄膜
（例えばAs2S3薄膜）との界面における相互拡散
もないということを本発明者らは確認した。この
ように、対向電極を設けることにより高い励起効
率が得られる理由は、次のように考えられる。
すなわち、電極に印加される電圧により圧電性
薄膜中に発生する電界は、対向電極がない場合、
圧電性薄膜の膜厚方向の成分と膜面方向の成分を
持つ。これに対して、圧電性薄膜を挟んで櫛形電
極に対向する電極を設けることにより、圧電性薄
膜中での電界は、圧電性薄膜の膜厚方向にのみ発
生する。従つて、対向電極を設けた場合の方が、
電界の向きが揃うことにより電界が集中し、圧電
性薄膜に対して効率的に電界が印加されるため、
励起効率が高くなるものと考えられる。
薄膜中に発生する電界は、対向電極がない場合、
圧電性薄膜の膜厚方向の成分と膜面方向の成分を
持つ。これに対して、圧電性薄膜を挟んで櫛形電
極に対向する電極を設けることにより、圧電性薄
膜中での電界は、圧電性薄膜の膜厚方向にのみ発
生する。従つて、対向電極を設けた場合の方が、
電界の向きが揃うことにより電界が集中し、圧電
性薄膜に対して効率的に電界が印加されるため、
励起効率が高くなるものと考えられる。
さらに本発明者らは、第３図３０に示す如く、
上記基板１３が、少なくとも表面を電気絶縁性の
バツフア層３１で被覆されたGe，Siの如き族
半導体あるいはGaAs，InPの如き−族半導
体３２で構成すると実用上有効であることを確認
した。すなわち、この種の構造において、上記
As−Ｓ薄膜光導波路１２に光を伝搬させるため、
半導体基板３２の表面に、電気絶縁性のバツフア
層３１として例えば厚さ2000ÅのSiO2のガラス
層を設ける。この場合、好都合なことに、SiO2
ガラスの上に、例えば圧電性薄膜からなる表面波
トランスデユーサを設ける際、上記ZnS，ZnO，
CdSの如き−族化合物あるいはＡＮの如き
−族化合物の圧電体は、例えばスパツタリン
グ蒸着法により、Ｃ軸配向した圧電性の薄膜が容
易に形成でき、この種の多層構造が工業的にも形
成が容易であることを本発明者らは確認した。第
３図に上記バツフア層３１上に積層した超音波ト
ランスデユーサ１１を示す。同様に、上記As2S3
薄膜光導波路１２も、通常上記バツフア層３１上
に直接積層する。
上記基板１３が、少なくとも表面を電気絶縁性の
バツフア層３１で被覆されたGe，Siの如き族
半導体あるいはGaAs，InPの如き−族半導
体３２で構成すると実用上有効であることを確認
した。すなわち、この種の構造において、上記
As−Ｓ薄膜光導波路１２に光を伝搬させるため、
半導体基板３２の表面に、電気絶縁性のバツフア
層３１として例えば厚さ2000ÅのSiO2のガラス
層を設ける。この場合、好都合なことに、SiO2
ガラスの上に、例えば圧電性薄膜からなる表面波
トランスデユーサを設ける際、上記ZnS，ZnO，
CdSの如き−族化合物あるいはＡＮの如き
−族化合物の圧電体は、例えばスパツタリン
グ蒸着法により、Ｃ軸配向した圧電性の薄膜が容
易に形成でき、この種の多層構造が工業的にも形
成が容易であることを本発明者らは確認した。第
３図に上記バツフア層３１上に積層した超音波ト
ランスデユーサ１１を示す。同様に、上記As2S3
薄膜光導波路１２も、通常上記バツフア層３１上
に直接積層する。
なお、薄膜光導波路１２の構成材料となるAs
−Ｓ薄膜としてAs2S3薄膜を例にあげて説明した
が、これ以外にAs−Se−ＳあるいはAs−Se−
Ge−Ｓ薄膜でもその構成材料として実用できる。
−Ｓ薄膜としてAs2S3薄膜を例にあげて説明した
が、これ以外にAs−Se−ＳあるいはAs−Se−
Ge−Ｓ薄膜でもその構成材料として実用できる。
以上の説明から、本発明にかかる音響光学デバ
イスの基本構成が理解されたと考えられる。
イスの基本構成が理解されたと考えられる。
以下、本発明をよりよく理解されるため、実施
例を用いて説明する。
例を用いて説明する。
第４図４０に、本発明にかかる音響光学装置の
具体的な実施例を示す。同図の音響光学装置で
は、厚さ0.3mmのSi半導体３２の表面を大気中熱
酸化して、厚さ0.4μmの酸化シリコン膜からなる
バツフア層３１を形成して基板１３を完成させ
た。この基板１３上の両端部４１に厚さ1000Åの
Ａ薄膜を真空蒸着して、表面波トランスデユー
サの対向電極２５を形成し、この上に、高周波ス
パツタリング法で厚さ約1μmのZnO圧電薄膜１１
を形成し、さらにこの上に周期30μm、膜厚1000
ÅのＡの櫛型電極２３を真空蒸着およびホトリ
ソグラフイ技術で形成し、第２図に示す構造と類
似の表面波トランスデユーサ２０を作製した。こ
の場合表面波トランスデユーサの動作周波数は
125MHzであつた。さらにこれらの上に、真空蒸
着法により、厚さ1.0μmのAs2S3薄膜１２に形成
して光導波路４２とした。さらに、上記光導波路
４２の端部に、電子ビーム照射により、周期的
0.5μm入出力用の一対のグレーテグイング光結合
器４３を形成した。この電子ビーム照射による上
記グレーテングイングの形成は、電子ビーム照射
によるAs2S3薄膜１２の屈折率変化を用いてい
る。
具体的な実施例を示す。同図の音響光学装置で
は、厚さ0.3mmのSi半導体３２の表面を大気中熱
酸化して、厚さ0.4μmの酸化シリコン膜からなる
バツフア層３１を形成して基板１３を完成させ
た。この基板１３上の両端部４１に厚さ1000Åの
Ａ薄膜を真空蒸着して、表面波トランスデユー
サの対向電極２５を形成し、この上に、高周波ス
パツタリング法で厚さ約1μmのZnO圧電薄膜１１
を形成し、さらにこの上に周期30μm、膜厚1000
ÅのＡの櫛型電極２３を真空蒸着およびホトリ
ソグラフイ技術で形成し、第２図に示す構造と類
似の表面波トランスデユーサ２０を作製した。こ
の場合表面波トランスデユーサの動作周波数は
125MHzであつた。さらにこれらの上に、真空蒸
着法により、厚さ1.0μmのAs2S3薄膜１２に形成
して光導波路４２とした。さらに、上記光導波路
４２の端部に、電子ビーム照射により、周期的
0.5μm入出力用の一対のグレーテグイング光結合
器４３を形成した。この電子ビーム照射による上
記グレーテングイングの形成は、電子ビーム照射
によるAs2S3薄膜１２の屈折率変化を用いてい
る。
この第４図の構造を用い、表面波トランスデユ
ーサ２０により、音響表面波４４を光導波路４２
の膜中に伝搬させることにより、入力用光結合器
４３から、上記光導波路４２に導入された伝搬光
４５を回折させて導波型光偏向器を形成できる。
ーサ２０により、音響表面波４４を光導波路４２
の膜中に伝搬させることにより、入力用光結合器
４３から、上記光導波路４２に導入された伝搬光
４５を回折させて導波型光偏向器を形成できる。
第５図は第４図の構造を用いた表面弾性波光偏
向器を示す。第５図において、第４図のＡ対向
電極２５は省略してあり、４３′は入力用光結合
器４３と同時に同様に形成された出力用のグレー
テイング光結合器である。第５図において４５
ａ，４５ｂは出力光で、出力用光結合器４３′を
用いて、波長1.064μmのYAGレーザ光で４５で
励振したTEoモードの導波光に対する回折角４
６（回折光４５ａと直接光４５ｂとの角度）を測
ると光導波路４２中で13mrad、その回折効率は
90％であつた。この出力光４５ａ，４５ｂの検出
は、基板１３に光検出素子（図示せず）を一体化
して検出することもできる。
向器を示す。第５図において、第４図のＡ対向
電極２５は省略してあり、４３′は入力用光結合
器４３と同時に同様に形成された出力用のグレー
テイング光結合器である。第５図において４５
ａ，４５ｂは出力光で、出力用光結合器４３′を
用いて、波長1.064μmのYAGレーザ光で４５で
励振したTEoモードの導波光に対する回折角４
６（回折光４５ａと直接光４５ｂとの角度）を測
ると光導波路４２中で13mrad、その回折効率は
90％であつた。この出力光４５ａ，４５ｂの検出
は、基板１３に光検出素子（図示せず）を一体化
して検出することもできる。
以上のように、本発明にかかる音響光学装置で
は、半導体基板上に形成しているため、例えば半
導体基板上にｐ・ｎまたはｐ・ｉ・ｎ構造等の光
検出ダイオードを集積化することにより、光IC
の高密度化を可能にする。さらに、本発明にかか
る音響光学デバイスではAs−Ｓ薄膜が、電子ビ
ーム照射のみで、屈折率を変化させ得るため、容
易に光導波路が形成される上、例えば光集光素子
やビームスプリツタなどの微小光素子も容易に集
積化できる特長がある。したがつて、本発明は高
密度に集積化された表面波による光の回折効果を
用いた音響光学デバイスを提供し、その産業上の
利用価値は高い。
は、半導体基板上に形成しているため、例えば半
導体基板上にｐ・ｎまたはｐ・ｉ・ｎ構造等の光
検出ダイオードを集積化することにより、光IC
の高密度化を可能にする。さらに、本発明にかか
る音響光学デバイスではAs−Ｓ薄膜が、電子ビ
ーム照射のみで、屈折率を変化させ得るため、容
易に光導波路が形成される上、例えば光集光素子
やビームスプリツタなどの微小光素子も容易に集
積化できる特長がある。したがつて、本発明は高
密度に集積化された表面波による光の回折効果を
用いた音響光学デバイスを提供し、その産業上の
利用価値は高い。
第１図は本発明にかかる音響光学装置の要部断
面図、第２図は本発明にかかる音響光学装置の要
部斜視図、第３図は本発明にかかる他の音響光学
装置の要部断面図、第４図は本発明にかかる音響
光学装置の要部断面斜視図、第５図は本発明を用
いた光偏向器の概略斜視図である。 １１……圧電性薄膜、１２……As2S3薄膜光導
波路、２０……表面波トランスデユーサ、２３…
…櫛型電極、２５……対向電極、３１……バツフ
ア層、３２……半導体基板、４２……光導波路、
４４……表面波、４５……伝搬光。
面図、第２図は本発明にかかる音響光学装置の要
部斜視図、第３図は本発明にかかる他の音響光学
装置の要部断面図、第４図は本発明にかかる音響
光学装置の要部断面斜視図、第５図は本発明を用
いた光偏向器の概略斜視図である。 １１……圧電性薄膜、１２……As2S3薄膜光導
波路、２０……表面波トランスデユーサ、２３…
…櫛型電極、２５……対向電極、３１……バツフ
ア層、３２……半導体基板、４２……光導波路、
４４……表面波、４５……伝搬光。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 半導体基板上に表面波トランスデユーサと
As−Ｓ薄膜光導波路とを形成し、上記表面波ト
ランスデユーサは圧電性薄膜とその圧電性薄膜の
表面に設けられた櫛形電極と裏面に設けられた対
向電極とからなるサンドウイツチ構造で構成さ
れ、上記As−Ｓ薄膜光導波路の伝搬光を上記表
面波トランスデユーサで励振した表面波で回折さ
せることを特徴とする音響光学装置。 ２ 圧電性薄膜が、−族化合物または−
族化合物からなることを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載の音響光学装置。 ３ 半導体基板が、表面を電気絶縁性のバツフア
層で被覆された族半導体または−族半導体
で構成されていることを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載の音響光学装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13539482A JPS5924832A (ja) | 1982-08-03 | 1982-08-03 | 音響光学装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13539482A JPS5924832A (ja) | 1982-08-03 | 1982-08-03 | 音響光学装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5924832A JPS5924832A (ja) | 1984-02-08 |
| JPH059775B2 true JPH059775B2 (ja) | 1993-02-05 |
Family
ID=15150683
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13539482A Granted JPS5924832A (ja) | 1982-08-03 | 1982-08-03 | 音響光学装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5924832A (ja) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4938630A (ja) * | 1972-08-10 | 1974-04-10 | ||
| JPS4975351A (ja) * | 1972-10-26 | 1974-07-20 | ||
| JPS5274362A (en) * | 1975-12-18 | 1977-06-22 | Mitsubishi Electric Corp | Optical switch element of thin film |
-
1982
- 1982-08-03 JP JP13539482A patent/JPS5924832A/ja active Granted
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4938630A (ja) * | 1972-08-10 | 1974-04-10 | ||
| JPS4975351A (ja) * | 1972-10-26 | 1974-07-20 | ||
| JPS5274362A (en) * | 1975-12-18 | 1977-06-22 | Mitsubishi Electric Corp | Optical switch element of thin film |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5924832A (ja) | 1984-02-08 |
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