JPH06289345A

JPH06289345A - 光導波路素子

Info

Publication number: JPH06289345A
Application number: JP18085792A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Eda; 和生江田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1992-07-08
Filing date: 1992-07-08
Publication date: 1994-10-18
Anticipated expiration: 2012-01-22
Also published as: JP2574602B2

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は光通信などに用いる光変調器などの
光導波路素子に関するもので、特に光ファイバーとの結
合損失の少ない、伝搬損失の少ない、光損傷の少ない光
導波路素子の構造とその製造方法を提供することを目的
とする。【構成】電気光学効果を有し、含有不純物の違いによ
り屈折率の異なる単結晶誘電体基板を、結晶方位を変え
て、少なくとも２枚、直接もしくはガラスまたは珪素ま
たは珪素化合物を用いて接合した基板に、含有不純物の
違いによる屈折率の差により、一方の単結晶誘電体基板
内に光の閉じこめられた光導波路を有し、その光導波路
を通る光を電気光学効果により制御するようにした構成
からなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光導波路を使った光強
度変調、光スイッチングなどを行う、各種光導波路素子
の高性能化に係わる構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、光導波路素子、例えば光（強度）
変調器、光スイッチ、光偏波面制御素子、光伝搬モード
制御素子などは、ニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リ
チウムなどの電気光学効果を有する誘電体単結晶に、単
一モード伝搬の光導波路を形成し、その形状を工夫する
とともに電極を適当な形で設け、電気光学効果により光
導波路通過光を制御して行っている。光導波路の作製
は、金属、例えばチタンを蒸着し、高温で熱拡散するこ
とにより、拡散部分の屈折率を他の部分よりも少し高く
することによって、光を閉じこめるようにしている。あ
るいは所定部分に金属マスクをして、２００から３００
度Ｃの燐酸中でプロトンイオン交換を行い、屈折率を一
部変え光導波路を形成している。しかしいずれの方法も
表面からの拡散処理により光導波路を形成していること
から、光導波路の断面形状が拡散に従った形状になるた
め、色々不都合がある。

【０００３】大きな課題の一つに、光導波路と光ファイ
バーとの結合損失がある。光ファイバーの断面形状は円
形、同心円状であるのに対して、光導波路の形状は、表
面からの拡散によるため逆三角形に似た形状であり、か
つ導波光の強度の最も強い部分が、表面近くにあるた
め、光ファイバーとの光結合があまりうまくいかず、そ
こで大きな損失を生じていた。光導波路素子では、光の
結合損失の低減は極めて重要な課題となっている。

【０００４】また拡散処理を行うことにより、拡散前よ
りも光伝搬損失が増大するという課題もあった。チタン
拡散光導波路の場合、通常１ｄＢ／ｃｍ程度の伝搬損失
が生ずる。伝搬損失の低減も光導波路素子の大きな課題
となっている。

【０００５】また同じく拡散処理により光損傷が大きく
なるという課題もあった。これは、強度の強い光ないし
は短波長の光を拡散型光導波路に入れると、伝搬損失が
時間とともに増大するというものである。これはイオン
の光導波路中への拡散により、光導波路中に電子のトラ
ップが増大することによると考えられている。

【０００６】イオン拡散型でない光導波路の形成方法と
して、単結晶のエピタキシャル成長膜を用いる方法が知
られている。例えば、タンタル酸リチウム基板にニオブ
酸リチウムとタンタル酸リチウムの混晶膜を形成した光
導波路が知られている。しかしこの方法にはいくつかの
制約がある。まず第１に、エピタキシャル成長膜は成長
速度や成長時に発生する結晶内の歪の問題から、５ミク
ロン以上の膜厚を実用的に得ることが困難であり、コア
径約１０ミクロンの光ファイバーとの結合特性が悪くな
る。

【０００７】またエピタキシャル成長の条件が限られて
いる。結晶格子間隔がほぼ同じでなければエピタキシャ
ル成長が困難であることから、タンタル酸リチウム基板
上に、純粋のニオブ酸リチウムを形成することは困難で
あり、そのため混晶膜の成長に留まっている。ニオブ酸
リチウムの場合、混晶膜よりも、純粋のニオブ酸リチウ
ムの方が、光導波路特性全般に優れている。

【０００８】同種のエピタキシャル成長は可能である
が、結晶方位が同じとなるため、屈折率が一様な基板と
なり、光導波路を形成できないなどの課題があった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記の如く、単一基板
に上からの拡散法のみにより形成した光導波路あるいは
エピタキシャル成長膜を用いた光導波路素子では、光導
波路と光ファイバーとの結合損失が大きい、伝搬損失が
大きい、光損傷が大きいなどという課題があった。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、電気光学効果を有し、含有する不純物により屈折率
の異なる単結晶誘電体基板を、少なくとも２枚、直接接
合もしくはガラスもしくは珪素もしくは珪素化合物を用
いて接合した基板の一方の単結晶誘電体基板内に、含有
する不純物の違いによる屈折率の差により、光の閉じこ
められた光導波路を有し、その光導波路を通る光を電気
光学効果により制御するようにしたものである。

【００１１】

【作用】上記のような構成とすることにより、光ファイ
バーとの結合損失の少ない、伝搬損失の少ない、光損傷
の少ない光導波路素子が得られる。

【００１２】

【実施例】以下本発明の実施例の光導波路素子、特に光
変調器に適用した場合の構成とその製造方法について、
図面を参照しながら説明する。

【００１３】（実施例１）本実施例の構造の第１の例を
図１および図２に示す。図１は、光変調器に適用した場
合を示したもので、１はニオブ酸リチウム基板、２はニ
オブ酸リチウム基板１に直接接合された、ニオブ酸リチ
ウム基板１と含有する不純物が異なるニオブ酸リチウム
薄板、３はニオブ酸リチウム薄板２に形成された入出力
光導波路部、４は入力部から二つに分岐されたうちの一
方の分岐光導波路、５は他方の分岐光導波路、６および
７は分岐光導波路５の両側に形成された電極である。図
２はその中心部分の断面図で、図において、１、２、
４、５、６、７の各構成要素の名称は、図１と同じであ
る。分岐光導波路４、５は、断面、頭の部分が台形とな
っており、いわゆるリッジ型光導波路の構造となってい
る。入出力光導波路３の断面形状も同じになっている。
８は導波光伝搬部を示したものである。光変調器の構成
そのものは、いわゆるマッハーゼンダー型と呼ばれるも
ので、入力部より入射した光を、二つに分岐し、分岐し
た一方の光導波路に電界を加え、電気光学効果により、
光導波路部の屈折率を変えて導波光の伝搬速度を変え、
再結合部での光の位相が異なるようにすることにより、
出力部の光の強度を変調するようにしたものである。

【００１４】ニオブ酸リチウムは、常光線に対し２．２
９の屈折率を有している。屈折率に０．０１程度以上の
差があれば、光導波路構造にした時、屈折率の大きい方
に光を閉じこめることができ、光導波路の形成が可能と
なる。本実施例の場合、光の伝搬モードに対して、ニオ
ブ酸リチウム基板１の屈折率よりも、ニオブ酸リチウム
薄板２の屈折率の方が大きくなるようにそれぞれの含有
する不純物の種類と量を変えている。具体的には、ニオ
ブ酸リチウム基板１の方には、１０²⁰／ｃｍ³程度のマ
グネシウム（Ｍｇ）をあらかじめ含有させた材料を用い
た。この程度不純物を含有させておくと、何も不純物を
加えていないニオブ酸リチウムよりも屈折率が０．０１
程度は小さくなる。したがってニオブ酸リチウム薄板２
の方には、何も不純物を含有していない材料を用いるこ
とができる。これによりニオブ酸リチウム薄板２に入射
した光は薄板内に閉じこめられる。さらにリッジ構造を
設けることにより、リッジ下部の部分の方が、その他の
部分よりも実効誘電率が大きくなりため、光はリッジ下
部に閉じこめられ、したがったリッジ下部が光導波路と
して作用する。

【００１５】この場合の導波路形状は、頭部が台形ない
しは矩形で内部は均一の屈折率からなることにより、導
波光の中心は、光導波路の中心付近になり、かつ円形に
近い形となる。入出力光導波路部断面も同じ形状であ
り、したがって、光ファイバーの直径約１０ミクロンの
円形光導波路部構造との結合効率は極めて良好となっ
た。

【００１６】各寸法の代表値は、ニオブ酸リチウム基板
１の厚みが６００ミクロン、ニオブ酸リチウム薄板２の
厚みが７ミクロン、リッジ頭部でっぱりの高さが３ミク
ロン、光導波路幅は７ミクロン、分岐光導波路部の長さ
は２ｃｍ、光導波路部全体の長さは３ｃｍであった。電
極はアルミニウムを用いた。以上のような構成とするこ
とにより、光ファイバーとの結合損失は、屈折率の整合
をとった接着材を用いて接着固定することにより、片面
で０．３ｄＢ以下となった。従来のチタン拡散光導波路
を用いた場合、同様の接着固定方法で、結合損失は約
０．５から１．０ｄＢであったことから大幅に改善され
た。光変調器としての性能は、従来のチタン拡散光導波
路で構成したものとほぼ同様の性能が得られた。

【００１７】また光導波路として、イオン拡散処理を行
わない純粋の単結晶としての光学特性を有するニオブ酸
リチウム薄板を用いているため、光の伝搬損失も極めて
小さくすることができた。具体的には、０．１ｄＢ／ｃ
ｍ以下の光導波路伝搬損失が容易に得られた。通常チタ
ン拡散光導波路の場合、０．５から１．０ｄＢ／ｃｍで
あったので、大幅に特性が改善された。

【００１８】また入射光の強度を０ｄＢｍから２０ｄＢ
ｍまで変えて、光損傷の様子をみたが、ほとんど光損傷
は見られなっかた。これは、光導波路として電子トラッ
プの非常に少ない純粋の単結晶ニオブ酸リチウム薄板を
用いたことによる効果と考えられる。

【００１９】なお測定は１．３ミクロンの波長で行っ
た。（実施例２）本実施例の光導波路素子の構造の第２の例
を図３に示す。図３は、やはり光変調器に適用した場合
を示したもので、図３において、１から８までの各構成
要素の名称と機能は実施例１と同じである。９は、ニオ
ブ酸リチウム基板１とニオブ酸リチウム薄板２を接合す
るためのガラス層である。ガラスの屈折率は、１．５程
度であるが、厚みを１００ｎｍから１ミクロン程度とし
てニオブ酸リチウム薄板２よりも十分薄くしておけば、
やはりニオブ酸リチウム基板１とニオブ酸リチウム薄板
２の屈折率の違いにより、屈折率の大きいニオブ酸リチ
ウム薄板の方に光を効果的に閉じこめることができ、光
導波路の形成が可能となった。これにより、ニオブ酸リ
チウム薄板２に入射した光は、薄板内に閉じこめられ
た。さらにリッジ構造を設けることにより、リッジ下部
の部分の方が、その他の部分よりも実効誘電率が大きく
なりため、光はリッジ下部に閉じこめられ、したがった
リッジ下部が光導波路として作用する。

【００２０】この場合の導波路形状は、実施例１の場合
とほぼ同様であり、したがって光ファイバーの円形の光
導波路部構造との結合効率は極めて良好となった。

【００２１】各寸法の代表値として、ガラス層９の膜厚
を０．５ミクロンとした時、実施例１とほぼ同じ諸特性
が得られ、光ファイバーとの結合損失は片面で０．３ｄ
Ｂ以下となり、大幅に改善できた。

【００２２】また伝搬損失は、実施例１と同様０．１ｄ
Ｂ／ｃｍのものが容易に得られた。また光損傷について
も実施例１と同様の効果が得られた。

【００２３】（実施例３）本実施例の光導波路素子の構
造の第３の例を図４に示す。図４は、やはり光変調器に
適用した場合を示したもので、図４において、１から８
までの各構成要素の名称と機能は実施例１と同じであ
る。１０は、ニオブ酸リチウム基板１とニオブ酸リチウ
ム薄板２を接合するための珪素もしくは珪素化合物層で
ある。珪素の屈折率はニオブ酸リチウムと異なるが、実
施例２と同様、その厚みを１００ｎｍから１ミクロン程
度としてニオブ酸リチウム薄板２よりも十分薄くしてお
けば、やはりニオブ酸リチウム基板１とニオブ酸リチウ
ム薄板２の屈折率の違いにより、屈折率の大きいニオブ
酸リチウム薄板の方に光を効果的に閉じこめることがで
き、光導波路の形成が可能となった。

【００２４】珪素としては、多結晶珪素、非晶質珪素ま
た珪素化合物としては、酸化珪素もしくは窒化珪素を用
いることにより、いずれの場合もほぼ同様の効果が得ら
れた。これにより、ニオブ酸リチウム薄板２に入射した
光は、薄板内に閉じこめられた。さらにリッジ構造を設
けることにより、リッジ下部の部分の方が、その他の部
分よりも実効誘電率が大きくなりため、光はリッジ下部
に閉じこめられ、したがってリッジ下部が光導波路とし
て作用する。

【００２５】この場合の導波路形状は、実施例１の場合
とほぼ同様であり、したがって光ファイバーの円形の光
導波路部構造との結合効率は極めて良好となった。

【００２６】各寸法の代表値として、珪素または珪素化
合物１０の膜厚を０．５ミクロンとした時、実施例１と
ほぼ同じ諸特性が得られた。例えば、光ファイバーとの
結合損失は、実施例１と同様、片面で０．３ｄＢ以下と
なり、大幅に改善できた。

【００２７】また伝搬損失も、実施例１と同様０．１ｄ
Ｂ／ｃｍのものが容易に得られた。また光損傷について
も実施例１と同様の効果が得られた。

【００２８】（実施例４）本実施例の光導波路素子の製
造方法の例を示す。

【００２９】まず鏡面研磨された含有不純物が異なるこ
とによって屈折率のわずかに異なる２枚のニオブ酸リチ
ウム基板の表面を、エッチングによりきわめて清浄にし
た。具体的には、弗酸系エッチング液でニオブ酸リチウ
ム表面層をエッチング除去した。その後その表面を純水
で十分洗浄し、すぐに一様に重ねあわせると、ニオブ酸
リチウム基板表面に吸着した水、もう少し具体的にはそ
の構成成分である水酸基、水素によって、容易に直接接
合が得られた。このままでも十分強固な接合が得られた
が、さらにこの状態で、１００度Ｃから１１００度Ｃの
温度で熱処理を行うと、その接合は更に強化された。次
に、屈折率の高い方のニオブ酸リチウム基板を、機械的
研磨およびエッチングにより薄板化していった。７ミク
ロンまで薄板化した後、薄板化した方のニオブ酸リチウ
ム薄板上にホトリソグラフィー技術により、実施例１で
示した光導波路構造のパターンにエッチングマスクを形
成し、エッチングにより、光導波路部以外を３ミクロン
エッチング除去した。マスクとしてはＣｒを、エッチン
グ液としては、弗酸系エッチング液を用いた。その後マ
スクを除去し、アルミニウム電極を通常のホトリソグラ
フィーとエッチング技術により形成した。これにより実
施例１に示す光導波路素子の構造を得た。この素子の光
ファイバーとの結合特性、伝搬損失、光損傷特性は、い
ずれも実施例１と同様であった。

【００３０】（実施例５）本実施例の光導波路素子の製
造方法の他の例を示す。

【００３１】実施例４と同様にして、鏡面研磨されたニ
オブ酸リチウム基板の表面をエッチングにより、極めて
清浄かつ平坦にした。次にスパッタリングにより、低融
点ガラス薄膜をそれぞれの基板の片面に０．３ミクロン
の厚みで形成した。次に実施例４と同様にして、ガラス
膜同士を接触させて、低融点ガラスの融点近傍の温度に
加熱した。これにより低融点ガラスが軟化もしくは溶融
し強固な接合が得られた。接合層の厚みは熱処理温度に
より多少かわるが、一般に、高温で行うほど、スパッタ
リング形成した膜厚よりも薄くなった。以後実施例４と
同様の方法により、アルミニウム電極まで形成し、実施
例２に示す光導波路素子の構造を得た。

【００３２】この素子の光ファイバーとの結合特性、伝
搬損失、光損傷特性は、いずれも実施例２と同様であっ
た。

【００３３】（実施例６）本実施例の光導波路素子の製
造方法の他の例を示す。

【００３４】実施例４と同様にして、鏡面研磨されたニ
オブ酸リチウム基板の表面をエッチングにより、極めて
清浄かつ平坦にした。次にスパッタリングにより、非晶
質珪素薄膜をそれぞれの基板の片面に０．２５ミクロン
の厚みで形成した。次に実施例４と同様にして、非晶質
珪素膜表面を弗酸系エッチング液により、清浄にし、純
水に浸して後すぐ非晶質珪素膜同士を接触させて、１０
０−１１００℃の温度で熱処理を行った。これにより非
晶質珪素膜を介して強固な接合が得られた。熱処理温度
が高いほど接合部の強度は向上した。以後、実施例４と
同様の方法により、アルミニウム電極まで形成し、実施
例３に示す光導波路素子の構造を得た。

【００３５】この素子の光ファイバーとの結合特性、伝
搬損失、光損傷特性は、いずれも実施例３と同様であっ
た。

【００３６】（実施例７）本実施例の光導波路素子の製
造方法の他の例を示す。

【００３７】実施例６と同様にして、鏡面研磨および清
浄かつ平坦化されたニオブ酸リチウム基板の表面に、化
学気相成長法（ＣＶＤ）により、多結晶珪素薄膜をそれ
ぞれの面に０．２５ミクロンの厚みで形成した。次に実
施例６と同様にして、多結晶珪素膜表面を弗酸系エッチ
ング液により、清浄にし、純水に浸して後すぐ多結晶珪
素膜同士を接触させて、１００−１１００℃の温度で熱
処理を行った。これにより多結晶珪素膜を介して強固な
接合が得られた。熱処理温度が高いほど接合部の強度は
向上した。以後、実施例４と同様の方法により、アルミ
ニウム電極まで形成し、実施例３に示す光導波路素子の
構造を得た。

【００３８】この素子の光ファイバーとの結合特性、伝
搬損失、光損傷特性は、いずれも実施例３と同様であっ
た。

【００３９】（実施例８）本実施例の光導波路素子の製
造方法の他の例を示す。

【００４０】実施例６と同様にして、鏡面研磨および清
浄かつ平坦化されたニオブ酸リチウム基板の表面に、化
学気相成長法（ＣＶＤ）により、酸化珪素薄膜をそれぞ
れの面に０．２５ミクロンの厚みで形成した。次に実施
例６と同様にして、酸化珪素膜表面を弗酸系エッチング
液により、清浄にし、純水に浸して後すぐ酸化珪素膜同
士を接触させて、１００−１１００℃の温度で熱処理を
行った。これにより酸化珪素膜を介して強固な接合が得
られた。熱処理温度が高いほど接合部の強度は向上し
た。以後、実施例４と同様の方法により、アルミニウム
電極まで形成し、実施例３に示す光導波路素子の構造を
得た。

【００４１】この素子の光ファイバーとの結合特性、伝
搬損失、光損傷特性は、いずれも実施例３と同様であっ
た。

【００４２】（実施例９）本実施例の光導波路素子の製
造方法の他の例を示す。

【００４３】実施例６と同様にして、鏡面研磨および清
浄かつ平坦化されたニオブ酸リチウム基板の表面に、化
学気相成長法（ＣＶＤ）により、窒化珪素薄膜をそれぞ
れの面に０．２５ミクロンの厚みで形成した。次に実施
例６と同様にして、窒化珪素膜表面を弗酸系エッチング
液により、清浄にし、純水に浸して後すぐ窒化珪素膜同
士を接触させて、１００−１１００℃の温度で熱処理を
行った。これにより窒化珪素膜を介して強固な接合が得
られた。熱処理温度が高いほど接合部の強度は向上し
た。以後、実施例４と同様の方法により、アルミニウム
電極まで形成し、実施例３に示す光導波路素子の構造を
得た。

【００４４】この素子の光ファイバーとの結合特性、伝
搬損失、光損傷特性は、いずれも実施例３と同様であっ
た。

【００４５】（実施例１０）本実施例の光導波路素子の
構造の第４の例を図５に示す。図５は、やはり光変調器
に適用した場合を示したもので、図５において、３から
７までの各構成要素の名称と機能は実施例１と同じであ
る。１’は屈折率を低くするような不純物を含有するタ
ンタル酸リチウム基板、２’は含有不純物の違いにより
タンタル酸リチウム基板１’よりも、わずかに屈折率の
高いタンタル酸リチウム薄板である。このような構成と
することにより、実施例１に示したと同じ原理に基づ
き、実施例１と同様の光導波路素子を得ることができ
た。

【００４６】この場合の導波路形状は、実施例１の場合
とほぼ同様であり、したがって光ファイバーの円形の光
導波路部構造との結合効率は極めて良好となった。

【００４７】各寸法の代表値として、実施例１と同様の
値をとった時、実施例１とほぼ同じ諸特性が得られた。
以上のような構成とすることにより、光ファイバーとの
結合損失は、やはり実施例１と同様、片面で０．３ｄＢ
以下となり、大幅に改善できた。

【００４８】また伝搬損失は、実施例１と同様０．１ｄ
Ｂ／ｃｍのものが容易に得られた。また光損傷について
も実施例１と同様の効果が得られた。

【００４９】（実施例１１）本実施例の光導波路素子の
製造方法の他の例を示す。

【００５０】実施例４と同様にして、鏡面研磨および清
浄かつ平坦化されたタンタル酸リチウム板の表面を、弗
酸系エッチング液で清浄化し、純水に浸したのち、すぐ
に重ねて熱処理を行うことにより、強固な接合が得られ
た。以後、実施例４と同様の方法により、アルミニウム
電極まで形成し、実施例１０に示す光導波路素子の構造
を得た。

【００５１】この素子の光ファイバーとの結合特性、伝
搬損失、光損傷特性は、いずれも実施例１０と同様であ
った。

【００５２】同様にして、タンタル酸リチウムの場合に
も、ガラスによる接合、珪素もしくは珪素化合物による
接合の光導波路素子も得ることができた。またその諸特
性も実施例１０とほぼ同様であった。

【００５３】実施例６−９および１１における接合強化
の熱処理効果は、例えば、１００度Ｃで１時間程度保持
するだけでも接合強度は数倍に上がり、数１０Ｋｇ／平
方ｃｍの強度が得られた。一般に温度が高いほどまた時
間が長いほど接合強度は強くなった。しかし１１００度
Ｃ以上に温度を上げると、ニオブ酸リチウムまたはタン
タル酸リチウム表面からのリチウムの抜けが激しくなる
ため、表面の特性劣化が大きく光導波路素子としての性
能が劣化した。したがって接合熱処理温度は１１００度
Ｃ以下が好ましかった。

【００５４】実施例１または１０に示すニオブ酸リチウ
ム同士またはタンタル酸リチウム同士の直接接合の場
合、熱膨張率が同じであることから、接着強度向上のた
めの熱処理温度を、より高温でより容易に行うことがで
きた。その場合、薄板化のための加工を強度の研磨など
で行っても、剥離がない、あるいは光導波路素子とし
て、より高温まで安定に動作するなどの効果が得られ
た。

【００５５】直接接合は、それぞれの誘電体表面に水中
の水酸基、水素などが表面吸着し、そのイオンの結合力
で接合したと考えられる。この状態で熱処理を行うと、
接合界面から次第に水が抜け、水酸基の水素や直接吸着
していた水素が抜け、残された酸素と酸化物である誘電
体表面の酸素が誘電体構成元素と反応して、接合が強化
されると考えられる。

【００５６】また実施例では、単結晶誘電体の例とし
て、ニオブ酸リチウムおよびタンタル酸リチウムの例を
用いて説明したが、他の電気光学効果を有する単結晶誘
電体を用いても同様に形成できることは、原理的に明ら
かである。

【００５７】また光導波路を形成する側の基板厚みは、
光通信が一般に単一モードで行われることから、単一モ
ードで伝搬する基板厚みにするのが望ましい。

【００５８】また実施例では、光導波路形成側には不純
物を含有しない材料を用い、屈折率の差をもっぱら下の
基板側に屈折率を小さくするような不純物、例えばＭｇ
を含有させることによって得ていたが、光導波路形成側
に屈折率を大きくするような不純物、例えばチタン（Ｔ
ｉ）を含有させることによっても、本実施例の構造の光
導波路素子を得ることができる。この場合にも光導波路
の光伝搬部の形状がほぼ同心円状となるため、光ファイ
バーとの結合性が良くなるなどの効果はそのまま得られ
る。

【００５９】本実施例では光変調器の構成例で示した
が、光変調器で特定の条件、すなわち出射光強度が最大
になるところと、最小になるところでＯＮ−ＯＦＦ的に
動作させれば光スイッチになることは明かである。また
光導波路とその電気光学効果を用いる素子には同様に適
用でき、同様の効果の得られることも明かである。

【００６０】また本実施例では、特定の寸法例を示した
が、これに限定されるものではない。

【００６１】また実施例ではいずれも２枚の基板の接合
例を示したが、３枚以上接合することも可能である。例
えば３枚の基板を接合し、一番上と一番下の基板に光導
波路素子をつくりこむことも可能であり、２枚の接合に
限定されるものではない。

【００６２】

【発明の効果】本発明は、以上説明したような構成と製
造方法から成るので、以下に記載されるような効果を示
す。

【００６３】光導波路として、導波路部の屈折率が均一
の構造が得られることから、光導波路断面形状の対称性
が良く、また光の伝搬中心をほぼ薄板中央にすることが
でき、またその厚みを自在にでき、それにより光ファイ
バーとの結合損失を大幅に低減できた。

【００６４】また光導波路として、拡散処理していない
純粋の単結晶誘電体薄板など、結晶性の良い材料を用い
ることができるので、光伝搬損失が少なく、また光損傷
の少ない光導波路素子を得ることができた。

【００６５】また同物質からなる直接接合基板の場合、
熱膨張率が同じであることから、直接接合強度の向上の
ための熱処理をより高温で、より容易に行えるため、薄
板加工がより容易になる、高温まで特性が安定であるな
どの効果があった。

【００６６】本実施例では、光変調器の構成の例を示し
たが、本実施例の特徴が光導波路の構成そのものにある
ことから、基本的には光導波路を用いた各種光導波路素
子に広く一般的に適用できるものであり、光変調器に限
らず、光スイッチ光偏波面制御、伝搬モード制御などの
光導波路素子に適用できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の構成図

【図２】本発明の第１の実施例の断面構成図

【図３】本発明の第２の実施例の構成図

【図４】本発明の第３の実施例の構成図

【図５】本発明の第４の実施例の構成図

【符号の説明】

１ニオブ酸リチウム基板２１より屈折率の大きいニオブ酸リチウム薄板３入出力光導波路部４第１の分岐光導波路５第２の分岐光導波路６電極７電極８導波光伝搬部９ガラス層１０珪素または珪素化合物層１’ タンタル酸リチウム基板２’ １’より屈折率の大きいタンタル酸リチウム薄板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電気光学効果を有し、含有する不純物の違
いにより屈折率の異なる単結晶誘電体基板を、少なくと
も２枚直接接合した基板の一方の単結晶誘電体基板内
に、屈折率の差により光の閉じこめられた光導波路を有
し、その光導波路を通る光を電気光学効果により制御し
たことを特徴とする光導波路素子。
【請求項２】電気光学効果を有し、含有する不純物の違
いにより屈折率の異なる単結晶誘電体基板を、少なくと
も２枚ガラスを用いて接合した基板の一方の単結晶誘電
体基板内に、屈折率の差により光の閉じこめられた光導
波路を有し、その光導波路を通る光を電気光学効果によ
り制御したことを特徴とする光導波路素子。
【請求項３】電気光学効果を有し、含有する不純物の違
いにより屈折率の異なる単結晶誘電体基板を、少なくと
も２枚、珪素もしくは珪素化合物を用いて接合した基板
の一方の単結晶誘電体基板内に、屈折率の差により光の
閉じこめられた光導波路を有し、その光導波路を通る光
を電気光学効果により制御したことを特徴とする光導波
路素子。
【請求項４】単結晶誘電体として、ニオブ酸リチウムま
たはタンタル酸リチウムを用いたことを特徴とする請求
項１から３のいずれかに記載の光導波路素子。
【請求項５】光強度変調または光スイッチングを行うこ
とを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光導
波路素子。
【請求項６】直接接合を、水を媒介として行ったことを
特徴とする請求項１記載の光導波路素子。
【請求項７】珪素化合物として、酸化珪素または窒化珪
素を用いたことを特徴とする請求項３記載の光導波路素
子。