JPH063546A - シングルモード光導波路 - Google Patents
シングルモード光導波路Info
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- JPH063546A JPH063546A JP4185906A JP18590692A JPH063546A JP H063546 A JPH063546 A JP H063546A JP 4185906 A JP4185906 A JP 4185906A JP 18590692 A JP18590692 A JP 18590692A JP H063546 A JPH063546 A JP H063546A
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- G02B6/12—Light 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
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- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B19/00—Liquid-phase epitaxial-layer growth
- C30B19/02—Liquid-phase epitaxial-layer growth using molten solvents, e.g. flux
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ナトリウム、マグネシウムをＬｉＮｂＯ3 単
結晶中に含有させることによりＬｉＴａＯ3 基板単結晶
とＬｉＮｂＯ3 薄膜導波層の結晶の格子定数を整合させ
た光導波路をシングルモードに調整する。 【構成】 ＬｉＴａＯ3 基板単結晶とＬｉＮｂＯ3 薄膜
導波層の結晶とが、ナトリウムを０．１〜１４．３ｍｏ
ｌ％、マグネシウムを０．８〜１０．８ｍｏｌ％の範囲
でＬｉＮｂＯ3 単結晶中に含有させることにより格子整
合された光導波路であって、その形状が導波層の厚さを
Ｔ（μｍ）、導波光の波長をλ（μｍ）とすると、下記
の条件を満たす。 ＴＭモードの場合、 １．９ ＜ （Ｔ＋０．７）／λ＜ ５．７ （但しＴ
＞０） ＴＥモードの場合、 ０．２９＜（Ｔ＋０．０４）／λ＜１．１９ （但しＴ
＞０）
結晶中に含有させることによりＬｉＴａＯ3 基板単結晶
とＬｉＮｂＯ3 薄膜導波層の結晶の格子定数を整合させ
た光導波路をシングルモードに調整する。 【構成】 ＬｉＴａＯ3 基板単結晶とＬｉＮｂＯ3 薄膜
導波層の結晶とが、ナトリウムを０．１〜１４．３ｍｏ
ｌ％、マグネシウムを０．８〜１０．８ｍｏｌ％の範囲
でＬｉＮｂＯ3 単結晶中に含有させることにより格子整
合された光導波路であって、その形状が導波層の厚さを
Ｔ（μｍ）、導波光の波長をλ（μｍ）とすると、下記
の条件を満たす。 ＴＭモードの場合、 １．９ ＜ （Ｔ＋０．７）／λ＜ ５．７ （但しＴ
＞０） ＴＥモードの場合、 ０．２９＜（Ｔ＋０．０４）／λ＜１．１９ （但しＴ
＞０）
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光通信システム、光情
報処理システムや、光センサシステムなどに用いられる
光集積回路において、その構成部品である光変調器や光
スイッチとなるシングルモード光導波路である。
報処理システムや、光センサシステムなどに用いられる
光集積回路において、その構成部品である光変調器や光
スイッチとなるシングルモード光導波路である。
【０００２】
【従来の技術】近年、シングルモードファイバーと単一
波長レーザーの進歩により、Gb/sの高速光伝送が可能と
なってきた。シングルモードファイバーと適合性のよい
導波路デバイスは今後の光通信の発展の鍵を握ってい
る。光通信分野において、光ファイバーネットワークを
構築してゆくためには、光マトリックススイッチや光変
調器などの光デバイスの開発が必要である。シングルモ
ード光導波路は、このような光デバイスの構成部品であ
る。
波長レーザーの進歩により、Gb/sの高速光伝送が可能と
なってきた。シングルモードファイバーと適合性のよい
導波路デバイスは今後の光通信の発展の鍵を握ってい
る。光通信分野において、光ファイバーネットワークを
構築してゆくためには、光マトリックススイッチや光変
調器などの光デバイスの開発が必要である。シングルモ
ード光導波路は、このような光デバイスの構成部品であ
る。
【０００３】ところで応用物理学会、学懇話会編、光集
積回路 Ｐ158 〜（朝倉書店 1988）に記載のように、
これまで、光デバイスとして、Ｔｉ拡散ＬｉＮｂＯ3 チ
ャンネル導波路を用いたものが多く開発されている。Ｌ
ｉＮｂＯ3 は、無機光学結晶の中では電気光学定数が大
きいため、電気光学効果を用いたデバイスにはよく用い
られる。また、Ｔｉの熱拡散法や、プロトン交換法は導
波路を形成する方法としてよく用いられる。
積回路 Ｐ158 〜（朝倉書店 1988）に記載のように、
これまで、光デバイスとして、Ｔｉ拡散ＬｉＮｂＯ3 チ
ャンネル導波路を用いたものが多く開発されている。Ｌ
ｉＮｂＯ3 は、無機光学結晶の中では電気光学定数が大
きいため、電気光学効果を用いたデバイスにはよく用い
られる。また、Ｔｉの熱拡散法や、プロトン交換法は導
波路を形成する方法としてよく用いられる。
【０００４】このような光デバイスは、西原らが、光集
積回路 P 36（オーム社 1985）に記載のように、導波
路内でのモード間の干渉やわずかなゆう乱による不要な
モード変換を避けるために基本モードのみが伝搬可能な
単一モード（シングルモード）チャンネル導波路を用い
て構成されている。
積回路 P 36（オーム社 1985）に記載のように、導波
路内でのモード間の干渉やわずかなゆう乱による不要な
モード変換を避けるために基本モードのみが伝搬可能な
単一モード（シングルモード）チャンネル導波路を用い
て構成されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】さて、光デバイスの構
成材料としては、前述のようにＬｉＮｂＯ3 が望まし
く、現実に多く使用されているが、熊谷浩一他が、信学
技報 OQE85 (116-132)19(1985)で、報告しているよ
うに、１．Ｔｉ拡散法で作製したＬｉＮｂＯ3 光導波路
は、光損傷により短波長が導波できない。２．プロトン
交換法で作製したＬｉＮｂＯ3 光導波路は、導波路形成
後の結晶性が本来のＬｉＮｂＯ3 とは異なることなどに
より電気光学定数が、バルクより小さくなり、これを、
光方向性結合器、光変調器等の光デバイスとして用いた
場合に、大きなスイッチング電圧や、長い作用長が必要
となり、省電力化や、小型化が図れない、等の問題があ
った。
成材料としては、前述のようにＬｉＮｂＯ3 が望まし
く、現実に多く使用されているが、熊谷浩一他が、信学
技報 OQE85 (116-132)19(1985)で、報告しているよ
うに、１．Ｔｉ拡散法で作製したＬｉＮｂＯ3 光導波路
は、光損傷により短波長が導波できない。２．プロトン
交換法で作製したＬｉＮｂＯ3 光導波路は、導波路形成
後の結晶性が本来のＬｉＮｂＯ3 とは異なることなどに
より電気光学定数が、バルクより小さくなり、これを、
光方向性結合器、光変調器等の光デバイスとして用いた
場合に、大きなスイッチング電圧や、長い作用長が必要
となり、省電力化や、小型化が図れない、等の問題があ
った。
【０００６】さらに、Ｔｉ拡散ＬｉＮｂＯ3 導波路は、
野口らが、信学技報 OQE90-40 (1990) で報告してい
るように、１０００℃でＴｉを拡散する。また、プロト
ン交換ＬｉＮｂＯ3 導波路は、熊谷らが、信学技報 OQ
E85 (116-132) 19(1958)で、報告しているように、
２００℃前後でプロトン交換を行う。このため、これら
の導波路を、ＬｉＮｂＯ3 のキュリー点まで昇温する
と、Ｔｉやプロトンがさらに拡散し、導波モードやプロ
ファイルの変化や、導波モードが存在しなくなる等の問
題があった。
野口らが、信学技報 OQE90-40 (1990) で報告してい
るように、１０００℃でＴｉを拡散する。また、プロト
ン交換ＬｉＮｂＯ3 導波路は、熊谷らが、信学技報 OQ
E85 (116-132) 19(1958)で、報告しているように、
２００℃前後でプロトン交換を行う。このため、これら
の導波路を、ＬｉＮｂＯ3 のキュリー点まで昇温する
と、Ｔｉやプロトンがさらに拡散し、導波モードやプロ
ファイルの変化や、導波モードが存在しなくなる等の問
題があった。
【０００７】このため特開平４−１２０９５号に示され
るように、本発明者等は、上記の問題点を解決すべく研
究した結果、電気光学効果が低い原因が基板と導波路を
構成する結晶材料の格子定数が整合していないためであ
ることを見いだすとともに、ナトリウムを０．１〜１
４．３ｍｏｌ％、マグネシウムを０．８〜１０．８ｍｏ
ｌ％の範囲でＬｉＮｂＯ3 単結晶中に含有させることに
よりＬｉＴａＯ3 基板単結晶とＬｉＮｂＯ3 薄膜導波層
の結晶の格子定数を整合させ、電気光学効果に優れた光
導波路が得られることに想達したのである。
るように、本発明者等は、上記の問題点を解決すべく研
究した結果、電気光学効果が低い原因が基板と導波路を
構成する結晶材料の格子定数が整合していないためであ
ることを見いだすとともに、ナトリウムを０．１〜１
４．３ｍｏｌ％、マグネシウムを０．８〜１０．８ｍｏ
ｌ％の範囲でＬｉＮｂＯ3 単結晶中に含有させることに
よりＬｉＴａＯ3 基板単結晶とＬｉＮｂＯ3 薄膜導波層
の結晶の格子定数を整合させ、電気光学効果に優れた光
導波路が得られることに想達したのである。
【０００８】ところが、光導波路を実用的なデバイスと
するためには、前述のように、シングルモード光導波路
である必要があるが、本発明者らが開発したＬｉＮｂＯ
3 導波路は、従来のＬｉＮｂＯ3 導波路とは屈折率が異
なるため、シングルモードの為の条件が異なり、従来の
設計ではシングルモードとはならなかった。
するためには、前述のように、シングルモード光導波路
である必要があるが、本発明者らが開発したＬｉＮｂＯ
3 導波路は、従来のＬｉＮｂＯ3 導波路とは屈折率が異
なるため、シングルモードの為の条件が異なり、従来の
設計ではシングルモードとはならなかった。
【０００９】そこで、各種光源を用いた研究により、光
導波層の厚さとシングルモードの領域の波長分散の関係
を見いだし、波長と光導波層の厚さが特定関係式を満た
す領域で光導波路を作成すれば、良好なシングルモード
導波路が得られ、受動光デバイスのみならず、電気光学
効果、熱光学効果、音響光学効果等を用いた能動光デバ
イスへの応用も可能であることを知見した。
導波層の厚さとシングルモードの領域の波長分散の関係
を見いだし、波長と光導波層の厚さが特定関係式を満た
す領域で光導波路を作成すれば、良好なシングルモード
導波路が得られ、受動光デバイスのみならず、電気光学
効果、熱光学効果、音響光学効果等を用いた能動光デバ
イスへの応用も可能であることを知見した。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、ＬｉＮｂＯ3
薄膜導波層の結晶中に少なくともナトリウムを０．１〜
１４．３ｍｏｌ％、マグネシウムを０．８〜１０．８ｍ
ｏｌ％の範囲にて含有させることにより該ＬｉＮｂＯ3
薄膜導波層とＬｉＴａＯ3 単結晶基板とを格子整合させ
た光導波路であって、導波層の厚さをＴ（μｍ）、導波
光の波長をλ（μｍ）とすると、ＴＭモードの場合、 １．９ ＜ （Ｔ＋０．７）／λ＜ ５．７ （但しＴ
＞０） ＴＥモードの場合、 ０．２９＜（Ｔ＋０．０４）／λ＜１．１９ （但しＴ
＞０） をみたす、シングルモード光導波路である。さらに、前
述の光導波路であって、その光導波路形状が、導波路幅
Ｗ（μｍ）、エッチング深さΔＴ（μｍ）とすると、Ｔ
Ｍモードの場合、 Ｗ≦（４λ−０．５）×（λ2 ／ΔＴ＋２．０） ＴＥモードの場合、 Ｗ≦（０．０４λ3 ＋０．１λ2 ）／ΔＴ＋２．５λ をみたす、リッジ型のシングルモード光導波路である。
薄膜導波層の結晶中に少なくともナトリウムを０．１〜
１４．３ｍｏｌ％、マグネシウムを０．８〜１０．８ｍ
ｏｌ％の範囲にて含有させることにより該ＬｉＮｂＯ3
薄膜導波層とＬｉＴａＯ3 単結晶基板とを格子整合させ
た光導波路であって、導波層の厚さをＴ（μｍ）、導波
光の波長をλ（μｍ）とすると、ＴＭモードの場合、 １．９ ＜ （Ｔ＋０．７）／λ＜ ５．７ （但しＴ
＞０） ＴＥモードの場合、 ０．２９＜（Ｔ＋０．０４）／λ＜１．１９ （但しＴ
＞０） をみたす、シングルモード光導波路である。さらに、前
述の光導波路であって、その光導波路形状が、導波路幅
Ｗ（μｍ）、エッチング深さΔＴ（μｍ）とすると、Ｔ
Ｍモードの場合、 Ｗ≦（４λ−０．５）×（λ2 ／ΔＴ＋２．０） ＴＥモードの場合、 Ｗ≦（０．０４λ3 ＋０．１λ2 ）／ΔＴ＋２．５λ をみたす、リッジ型のシングルモード光導波路である。
【００１１】
【作用】本発明は、ＬｉＮｂＯ3 薄膜導波層の結晶中に
少なくともナトリウムを０．１〜１４．３ｍｏｌ％、マ
グネシウムを０．８〜１０．８ｍｏｌ％の範囲にて含有
させることにより該ＬｉＮｂＯ3 薄膜導波層とＬｉＴａ
Ｏ3 単結晶基板とを格子整合させた光導波路であって、
導波層の厚さをＴ（μｍ）、導波光の波長をλ（μｍ）
とすると、ＴＭモードの場合、 １．９ ＜ （Ｔ＋０．７）／λ＜ ５．７ （但しＴ
＞０） ＴＥモードの場合、 ０．２９＜（Ｔ＋０．０４）／λ＜１．１９ （但しＴ
＞０） をみたす、シングルモード光導波路である必要がある。
さらに、前述の光導波路であって、その光導波路形状
が、導波路幅Ｗ（μｍ）、エッチング深さΔＴ（μｍ）
とすると、ＴＭモードの場合、 Ｗ≦（４λ−０．５）×（λ2 ／ΔＴ＋２．０） ＴＥモードの場合、 Ｗ≦（０．０４λ3 ＋０．１λ2 ）／ΔＴ＋２．５λ をみたす、リッジ型シングルモード光導波路である必要
である。
少なくともナトリウムを０．１〜１４．３ｍｏｌ％、マ
グネシウムを０．８〜１０．８ｍｏｌ％の範囲にて含有
させることにより該ＬｉＮｂＯ3 薄膜導波層とＬｉＴａ
Ｏ3 単結晶基板とを格子整合させた光導波路であって、
導波層の厚さをＴ（μｍ）、導波光の波長をλ（μｍ）
とすると、ＴＭモードの場合、 １．９ ＜ （Ｔ＋０．７）／λ＜ ５．７ （但しＴ
＞０） ＴＥモードの場合、 ０．２９＜（Ｔ＋０．０４）／λ＜１．１９ （但しＴ
＞０） をみたす、シングルモード光導波路である必要がある。
さらに、前述の光導波路であって、その光導波路形状
が、導波路幅Ｗ（μｍ）、エッチング深さΔＴ（μｍ）
とすると、ＴＭモードの場合、 Ｗ≦（４λ−０．５）×（λ2 ／ΔＴ＋２．０） ＴＥモードの場合、 Ｗ≦（０．０４λ3 ＋０．１λ2 ）／ΔＴ＋２．５λ をみたす、リッジ型シングルモード光導波路である必要
である。
【００１２】ナトリウムやマグネシウムが存在している
ことにより、ＬｉＮｂＯ3 の屈折率ｎの波長分散は、波
長λ（μｍ）とすると、実験的に、ＴＭモードの場合、 ｎ＝２．０８６＋（０．００２９４／λ5 ）−（０．０
２１６／λ4 ）＋（０．０７５０／λ3 ）−（０．１２
０／λ2 ）＋（０．１２７／λ）＋ｎａ 但し、ｎａは、波長によって異なる値をとり、 ｎａ＝−０．０１（λ＞０．５３） ｎａ＝０．０４６２×λ−０．０３４５（λ≦０．５
３） ＴＥモードの場合、 ｎ＝２．１５８＋（０．００２２４／λ5 ）−（０．０
１５６／λ4 ）＋（０．０５８０／λ3 ）−（０．０８
５６／λ2 ）＋（０．１１９／λ）＋ｎｂ 但し、ｎｂは、波長によって異なる値をとり、 ｎｂ＝０．００１７５×λ−０．００４１１（λ＞０．
６３） ｎｂ＝０．０１７４×λ−０．０１４（λ≦０．６３） であることを知見した。この時の導波光の波長λ（μ
ｍ）と、膜厚Ｔ（μｍ）、及び、導波モードの関係を調
べたところ、ＴＭモードの場合、 １．９ ＜ （Ｔ＋０．７）／λ＜ ５．７ （但しＴ
＞０） ＴＥモードの場合、 ０．２９＜（Ｔ＋０．０４）／λ＜１．１９ （但しＴ
＞０） を満たす範囲で、シングルモードになることを見出し
た。シングルモード導波路とすることで、不要なモード
がなく、ゆう乱によるモード変換などの不安定現象がな
い。プリズムなどにより光源と導波路結合し、電極など
を形成することにより、導波光の制御のしやすい能動デ
バイスができる。また、特に、ＴＭモードの場合、 ３．５ ＜ （Ｔ＋０．７）／λ＜ ５．７ （但しＴ
＞０） を満たす範囲が望ましい。これは、ＴＭモードにおい
て、格子整合させるためにナトリウムやマグネシウムを
用いることにより、ＬｉＮｂＯ3 単結晶の屈折率が、通
常のＬｉＮｂＯ3 単結晶の屈折率より小さくなるためで
ある。このため、シングルモードの許容幅が通常のＬｉ
ＮｂＯ3 単結晶導波路より大きくなり、作製が容易とな
る。
ことにより、ＬｉＮｂＯ3 の屈折率ｎの波長分散は、波
長λ（μｍ）とすると、実験的に、ＴＭモードの場合、 ｎ＝２．０８６＋（０．００２９４／λ5 ）−（０．０
２１６／λ4 ）＋（０．０７５０／λ3 ）−（０．１２
０／λ2 ）＋（０．１２７／λ）＋ｎａ 但し、ｎａは、波長によって異なる値をとり、 ｎａ＝−０．０１（λ＞０．５３） ｎａ＝０．０４６２×λ−０．０３４５（λ≦０．５
３） ＴＥモードの場合、 ｎ＝２．１５８＋（０．００２２４／λ5 ）−（０．０
１５６／λ4 ）＋（０．０５８０／λ3 ）−（０．０８
５６／λ2 ）＋（０．１１９／λ）＋ｎｂ 但し、ｎｂは、波長によって異なる値をとり、 ｎｂ＝０．００１７５×λ−０．００４１１（λ＞０．
６３） ｎｂ＝０．０１７４×λ−０．０１４（λ≦０．６３） であることを知見した。この時の導波光の波長λ（μ
ｍ）と、膜厚Ｔ（μｍ）、及び、導波モードの関係を調
べたところ、ＴＭモードの場合、 １．９ ＜ （Ｔ＋０．７）／λ＜ ５．７ （但しＴ
＞０） ＴＥモードの場合、 ０．２９＜（Ｔ＋０．０４）／λ＜１．１９ （但しＴ
＞０） を満たす範囲で、シングルモードになることを見出し
た。シングルモード導波路とすることで、不要なモード
がなく、ゆう乱によるモード変換などの不安定現象がな
い。プリズムなどにより光源と導波路結合し、電極など
を形成することにより、導波光の制御のしやすい能動デ
バイスができる。また、特に、ＴＭモードの場合、 ３．５ ＜ （Ｔ＋０．７）／λ＜ ５．７ （但しＴ
＞０） を満たす範囲が望ましい。これは、ＴＭモードにおい
て、格子整合させるためにナトリウムやマグネシウムを
用いることにより、ＬｉＮｂＯ3 単結晶の屈折率が、通
常のＬｉＮｂＯ3 単結晶の屈折率より小さくなるためで
ある。このため、シングルモードの許容幅が通常のＬｉ
ＮｂＯ3 単結晶導波路より大きくなり、作製が容易とな
る。
【００１３】さらに、格子整合されたリッジ型のＬｉＮ
ｂＯ3 導波路を、導波路幅Ｗ（μｍ）、エッチング深さ
ΔＴ（μｍ）とすると、ＴＭモードの場合、 Ｗ≦（４λ−０．５）×（λ2 ／ΔＴ＋２．０） ＴＥモードの場合、 Ｗ≦（０．０４λ3 ＋０．１λ2 ）／ΔＴ＋２．５λ の範囲で、チャンネル化すると、シングルモードとな
る。チャンネル化することにより、光を更に小さな領域
に閉じ込めることが出来る。このため、光源と導波路を
ファイバーや、レンズにより結合し、電極などを形成す
ることにより、電気光学効果、熱光学効果、音響光学効
果等を用いて導波光を制御する小型の能動デバイスの作
成が容易となる。
ｂＯ3 導波路を、導波路幅Ｗ（μｍ）、エッチング深さ
ΔＴ（μｍ）とすると、ＴＭモードの場合、 Ｗ≦（４λ−０．５）×（λ2 ／ΔＴ＋２．０） ＴＥモードの場合、 Ｗ≦（０．０４λ3 ＋０．１λ2 ）／ΔＴ＋２．５λ の範囲で、チャンネル化すると、シングルモードとな
る。チャンネル化することにより、光を更に小さな領域
に閉じ込めることが出来る。このため、光源と導波路を
ファイバーや、レンズにより結合し、電極などを形成す
ることにより、電気光学効果、熱光学効果、音響光学効
果等を用いて導波光を制御する小型の能動デバイスの作
成が容易となる。
【００１４】前記格子整合とは、前記ＬｉＮｂＯ3 単結
晶の格子定数が、ＬｉＴａＯ3 単結晶の格子定数の９
９．８１〜１００．０７％より好ましくは９９．９２〜
１００．０３％の範囲となるよう調整されていることを
意味する。このような構成とすることにより、ＬｉＮｂ
Ｏ3 単結晶を液相エピタキシャル成長させる際発生する
歪を防止でき、ＬｉＮｂＯ3 単結晶バルクと同等の電気
光学定数を有するＬｉＮｂＯ3 単結晶導波路が得られ
る。格子整合の方法としては、国際出願番号ＰＣＴ／Ｊ
Ｐ／９０／０１２０７に記載の方法が望ましく、１）ナ
トリウムやマグネシウムをＬｉＮｂＯ3 単結晶中に含有
させる方法、２）Ｌｉ／Ｎｂの比率を４１／５９〜５６
／４４の間で変える方法、３）ＴｉなどのＬｉＴａＯ3
単結晶基板の格子定数を小さくする方法、等があるが、
１）の方法が最も望ましい。ＬｉＴａＯ3 単結晶基板の
格子定数はＬｉＮｂＯ3 単結晶のそれより大きいことか
ら、ＬｉＮｂＯ3 単結晶にナトリウムやマグネシウムを
含有させることにより、ＬｉＮｂＯ3 単結晶の格子定数
を大きくできるからである。ナトリウムやマグネシウム
をＬｉＮｂＯ3 単結晶中に含有させる場合、含有量は、
ナトリウムについては０．１〜１４．３ｍｏｌ％、マグ
ネシウムについては、０．８〜１０．８ｍｏｌ％が必要
である。前記ＬｉＴａＯ3 単結晶基板１の（０００１）
面上にＬｉＮｂＯ3 単結晶導波路の（０００１）面が積
層されるように形成されていることが望ましい。また、
本発明の光導波路作製工程には、光導波層に光損傷の原
因となる遷位金属等の不純物を添加することがないた
め、光損傷がＴｉ拡散法で作製した導波路に比べ小さ
く、短波長でも損失なく導波できるものである。
晶の格子定数が、ＬｉＴａＯ3 単結晶の格子定数の９
９．８１〜１００．０７％より好ましくは９９．９２〜
１００．０３％の範囲となるよう調整されていることを
意味する。このような構成とすることにより、ＬｉＮｂ
Ｏ3 単結晶を液相エピタキシャル成長させる際発生する
歪を防止でき、ＬｉＮｂＯ3 単結晶バルクと同等の電気
光学定数を有するＬｉＮｂＯ3 単結晶導波路が得られ
る。格子整合の方法としては、国際出願番号ＰＣＴ／Ｊ
Ｐ／９０／０１２０７に記載の方法が望ましく、１）ナ
トリウムやマグネシウムをＬｉＮｂＯ3 単結晶中に含有
させる方法、２）Ｌｉ／Ｎｂの比率を４１／５９〜５６
／４４の間で変える方法、３）ＴｉなどのＬｉＴａＯ3
単結晶基板の格子定数を小さくする方法、等があるが、
１）の方法が最も望ましい。ＬｉＴａＯ3 単結晶基板の
格子定数はＬｉＮｂＯ3 単結晶のそれより大きいことか
ら、ＬｉＮｂＯ3 単結晶にナトリウムやマグネシウムを
含有させることにより、ＬｉＮｂＯ3 単結晶の格子定数
を大きくできるからである。ナトリウムやマグネシウム
をＬｉＮｂＯ3 単結晶中に含有させる場合、含有量は、
ナトリウムについては０．１〜１４．３ｍｏｌ％、マグ
ネシウムについては、０．８〜１０．８ｍｏｌ％が必要
である。前記ＬｉＴａＯ3 単結晶基板１の（０００１）
面上にＬｉＮｂＯ3 単結晶導波路の（０００１）面が積
層されるように形成されていることが望ましい。また、
本発明の光導波路作製工程には、光導波層に光損傷の原
因となる遷位金属等の不純物を添加することがないた
め、光損傷がＴｉ拡散法で作製した導波路に比べ小さ
く、短波長でも損失なく導波できるものである。
【００１５】このように本発明の光導波路は、１．不純
物を拡散していない、２．基板と導波路の結晶の格子整
合がなされていることにより、耐熱性に優れ、ＬｉＮｂ
Ｏ3のキュリー点付近まで昇温した後も、導波特性に何
等変化の無いなどの特性を持つ。
物を拡散していない、２．基板と導波路の結晶の格子整
合がなされていることにより、耐熱性に優れ、ＬｉＮｂ
Ｏ3のキュリー点付近まで昇温した後も、導波特性に何
等変化の無いなどの特性を持つ。
【００１６】本発明の光導路は、図１に示したような、
直線、曲がり、Ｙ分岐、Ｘ分岐、テーパー等の形状を有
するチャンネル型光導波路である。
直線、曲がり、Ｙ分岐、Ｘ分岐、テーパー等の形状を有
するチャンネル型光導波路である。
【００１７】以上のように、本発明の光導波路は、様々
な光デバイスを構成する光導波路として作用させること
ができる。
な光デバイスを構成する光導波路として作用させること
ができる。
【００１８】次に本発明の光導波路の製法について述べ
る。ＬｉＮｂＯ3 単結晶導波路の製法としては、ＬｉＴ
ａＯ3 単結晶基板１上にＬｉＮｂＯ3 単結晶膜を格子整
合させながら形成した後、導波路形成部にＴｉなどでマ
スクし、ドライエッチングにより、不要部分を除去し、
導波路２を形成する方法が用いられる。（図２参照） ＬｉＮｂＯ3 単結晶膜を格子整合させながら形成する方
法としては、酸化リチウム−五酸化バナジウム−五酸化
ニオブ−酸化ナトリウム−酸化マグネシウムからなる溶
融体にＬｉＴａＯ3 単結晶基板１を接触させながら行
う。この製造方法については、特開平４−１２０９５号
に詳細に開示されている。以下、本発明を実施例を用い
て説明する。
る。ＬｉＮｂＯ3 単結晶導波路の製法としては、ＬｉＴ
ａＯ3 単結晶基板１上にＬｉＮｂＯ3 単結晶膜を格子整
合させながら形成した後、導波路形成部にＴｉなどでマ
スクし、ドライエッチングにより、不要部分を除去し、
導波路２を形成する方法が用いられる。（図２参照） ＬｉＮｂＯ3 単結晶膜を格子整合させながら形成する方
法としては、酸化リチウム−五酸化バナジウム−五酸化
ニオブ−酸化ナトリウム−酸化マグネシウムからなる溶
融体にＬｉＴａＯ3 単結晶基板１を接触させながら行
う。この製造方法については、特開平４−１２０９５号
に詳細に開示されている。以下、本発明を実施例を用い
て説明する。
【実施例】
【００１９】（実施例１） （１）Ｎａ2 ＣＯ3 ２２モル％、Ｌｉ2 ＣＯ3 ２８モル
％、Ｖ2 Ｏ5 ４０モル％、Ｎｂ2 Ｏ5 １０モル％、Ｍｇ
Ｏを 溶融体組成から析出可能なＬｉＮｂＯ3 の理論量
に対して２モル％添加した混合物を白金ルツボに入れ、
エピタキシャル成長育成装置中で空気雰囲気下で、１１
００℃まで加熱してルツボの内容物を溶解した。さらに
溶融体をプロペラを用い、１００ｒｐｍの回転速度で１
２時間撹拌させた。 （２）厚さ１ｍｍのＬｉＴａＯ3 単結晶（０００１）面
を光学研磨した。 （３）溶融体を１時間当りに６０℃の冷却速度で９１５
℃まで徐冷した後、この基板１を９１５℃で３０分予備
加熱した後、溶融体中に２０ｒｐｍで回転させながら５
分間浸漬した。ＬｉＮｂＯ3 の成長速度は、１μｍ／分
であった。 （４）溶液体から基板１を引き上げ、回転数１０００ｒ
ｐｍで３０秒溶融体上で溶融体を振り切った後、１℃／
分の速度で室温まで徐冷し、基板材料上に約５μｍの厚
さのナトリウム、マグネシウム含有ＬｉＮｂＯ3 単結晶
薄膜を得た。（５）得られたＬｉＮｂＯ3 単結晶薄膜中
に含有されていたナトリウム、マグネシウムの量は、そ
れぞれ３モル％、２モル％であった。又、薄膜の格子定
数（ａ軸）は、５．１５６Ａ、入射光波長１．１５μｍ
で測定した屈折率は２．２３５±０．００１であった。 （６）得られたスラブ導波路の伝搬損失をプリズム移動
法により測定したところ、波長０．８３μｍ、ＴＭモー
ドにおいて１ｄＢ／ｃｍ以下であった。 （７）この導波路をパターニングし、Ｔｉマスクを作成
し、Ａｒプラズマエッチングによりリッジ型チャンネル
導波路を作製した。導波路形状は、幅１０μｍ、エッチ
ング深さ１μｍとした。 （８）以上のようにして作製した光導波路に、波長１．
５５μｍ、ＴＭモードのレーザ光を導波したところ、導
波モードは単一であり、伝搬損失はスラブ導波路の値と
同じであった。また、出射光の経時変化を測定したとこ
ろ、少なくとも２４時間は変化はなかった。 （９）この導波路は、前述の望ましい波長λ（μｍ）
と、導波路厚Ｔ（μｍ）、導波路幅Ｗ（μｍ）の関係を
満たしている。 ４．７３＜Ｔ＜８．１４ Ｗ＜２５．０９ （１０）この導波路を、水蒸気雰囲気で、１２時間、１
０００℃に保持し、再び波長１．５５μｍ、ＴＭモード
のレーザ光を導波したところ、その導波モードは単一で
あり、伝搬損失はスラブ導波路の値と同じであった。ま
た、出射光の経時変化を測定したところ、少なくとも２
４時間は変化はなかった。 （１１）さらに、導波路の直上にシリカ緩衝層をＣＶＤ
にて形成した後、アルミニウム電極を蒸着により形成
し、電気光学定数を測定したところ、バルクＬｉＮｂＯ
3 単結晶とほぼ同じ値であることが分かった。
％、Ｖ2 Ｏ5 ４０モル％、Ｎｂ2 Ｏ5 １０モル％、Ｍｇ
Ｏを 溶融体組成から析出可能なＬｉＮｂＯ3 の理論量
に対して２モル％添加した混合物を白金ルツボに入れ、
エピタキシャル成長育成装置中で空気雰囲気下で、１１
００℃まで加熱してルツボの内容物を溶解した。さらに
溶融体をプロペラを用い、１００ｒｐｍの回転速度で１
２時間撹拌させた。 （２）厚さ１ｍｍのＬｉＴａＯ3 単結晶（０００１）面
を光学研磨した。 （３）溶融体を１時間当りに６０℃の冷却速度で９１５
℃まで徐冷した後、この基板１を９１５℃で３０分予備
加熱した後、溶融体中に２０ｒｐｍで回転させながら５
分間浸漬した。ＬｉＮｂＯ3 の成長速度は、１μｍ／分
であった。 （４）溶液体から基板１を引き上げ、回転数１０００ｒ
ｐｍで３０秒溶融体上で溶融体を振り切った後、１℃／
分の速度で室温まで徐冷し、基板材料上に約５μｍの厚
さのナトリウム、マグネシウム含有ＬｉＮｂＯ3 単結晶
薄膜を得た。（５）得られたＬｉＮｂＯ3 単結晶薄膜中
に含有されていたナトリウム、マグネシウムの量は、そ
れぞれ３モル％、２モル％であった。又、薄膜の格子定
数（ａ軸）は、５．１５６Ａ、入射光波長１．１５μｍ
で測定した屈折率は２．２３５±０．００１であった。 （６）得られたスラブ導波路の伝搬損失をプリズム移動
法により測定したところ、波長０．８３μｍ、ＴＭモー
ドにおいて１ｄＢ／ｃｍ以下であった。 （７）この導波路をパターニングし、Ｔｉマスクを作成
し、Ａｒプラズマエッチングによりリッジ型チャンネル
導波路を作製した。導波路形状は、幅１０μｍ、エッチ
ング深さ１μｍとした。 （８）以上のようにして作製した光導波路に、波長１．
５５μｍ、ＴＭモードのレーザ光を導波したところ、導
波モードは単一であり、伝搬損失はスラブ導波路の値と
同じであった。また、出射光の経時変化を測定したとこ
ろ、少なくとも２４時間は変化はなかった。 （９）この導波路は、前述の望ましい波長λ（μｍ）
と、導波路厚Ｔ（μｍ）、導波路幅Ｗ（μｍ）の関係を
満たしている。 ４．７３＜Ｔ＜８．１４ Ｗ＜２５．０９ （１０）この導波路を、水蒸気雰囲気で、１２時間、１
０００℃に保持し、再び波長１．５５μｍ、ＴＭモード
のレーザ光を導波したところ、その導波モードは単一で
あり、伝搬損失はスラブ導波路の値と同じであった。ま
た、出射光の経時変化を測定したところ、少なくとも２
４時間は変化はなかった。 （１１）さらに、導波路の直上にシリカ緩衝層をＣＶＤ
にて形成した後、アルミニウム電極を蒸着により形成
し、電気光学定数を測定したところ、バルクＬｉＮｂＯ
3 単結晶とほぼ同じ値であることが分かった。
【００２０】（実施例２） （１）Ｌｉ2 ＣＯ3 ４４．３モル％、Ｖ2 Ｏ5 ４６．４
モル％、Ｎｂ2 Ｏ5 ９．３モル％、Ｎａ2 ＣＯ3 をＬｉ
2 ＣＯ3 に対して２７．２モル％、ＭｇＯを溶融体組成
から析出可能なＬｉＮｂＯ3 の理論量に対して５モル％
添加した混合物を白金ルツボに入れ、エピタキシャル成
長育成装置中で空気雰囲気下で、１０５０℃まで加熱し
てルツボの内容物を溶解した。さらに溶融体をプロペラ
を用い、１００ｒｐｍの回転速度で２０時間撹拌させ
た。 （２）厚さ１ｍｍのＬｉＴａＯ3 単結晶（００１）面を
光学研磨した。 （３）溶融体を１時間当りに６０℃の冷却速度で９１５
℃まで徐冷した後、この基板１を９１５℃で３０分予備
加熱した後、溶融体中に２０ｒｐｍで回転させながら１
分間浸漬した。ＬｉＮｂＯ3 の成長速度は、１μｍ／分
であった。 （４）溶液体から基板１を引き上げ、回転数１０００ｒ
ｐｍで３０秒溶融体上で溶融体を振り切った後、１℃／
分の速度で室温まで徐冷し、基板材料上に約１μｍの厚
さのナトリウム、マグネシウム含有ＬｉＮｂＯ3 単結晶
薄膜を得た。 （５）得られたＬｉＮｂＯ3 単結晶薄膜中に含有されて
いたナトリウム、マグネシウムの量は、それぞれ３モル
％、２モル％であった。又、薄膜の格子定数（ａ軸）
は、５．１５６Ａ、入射光波長１．１５μｍで測定した
屈折率は２．２３５±０．００１であった。 （６）得られたスラブ導波路の伝搬損失をプリズム移動
法により測定したところ、波長０．８３μｍ、ＴＭモー
ドにおいて１ｄＢ／ｃｍ以下であった。 （７）この導波路をパターニングし、Ｔｉマスクを作成
し、Ａｒプラズマエッチングによりリッジ型チャンネル
導波路を作製した。導波路形状は、幅１．５μｍ、エッ
チング深さ０．３μｍとした。 （２）以上のようにして作製した光導波路に、波長０．
４８μｍ、ＴＭモードのレーザ光を導波したところ、導
波モードは単一であり、伝搬損失はスラブ導波路の値と
同じ１ｄＢ／ｃｍ以下であった。また、出射光の経時変
化を測定したところ、少なくとも２４時間は変化はなか
った。 （９）この導波路は、前述の望ましい波長λ（μｍ）
と、導波路厚Ｔ（μｍ）、導波路幅Ｗ（μｍ）の関係を
満たしている。 ０．９８＜Ｔ＜２．０３ Ｗ＜３．９３ （１０）この導波路を、水蒸気雰囲気で、１２時間、１
０００℃に保持し、再び波長０．４８μｍ、ＴＭモード
のレーザ光を導波したところ、その導波モードは単一で
あり、伝搬損失はスラブ導波路の値と同じであった。ま
た、出射光の経時変化を測定したところ、少なくとも２
４時間は変化はなかった。 （１１）さらに、導波路の直上にシリカ緩衝層をＣＶＤ
にて形成した後、アルミニウム電極を蒸着により形成
し、電気光学定数を測定したところ、バルクＬｉＮｂＯ
3 単結晶とほぼ同じ値であることが分かった。
モル％、Ｎｂ2 Ｏ5 ９．３モル％、Ｎａ2 ＣＯ3 をＬｉ
2 ＣＯ3 に対して２７．２モル％、ＭｇＯを溶融体組成
から析出可能なＬｉＮｂＯ3 の理論量に対して５モル％
添加した混合物を白金ルツボに入れ、エピタキシャル成
長育成装置中で空気雰囲気下で、１０５０℃まで加熱し
てルツボの内容物を溶解した。さらに溶融体をプロペラ
を用い、１００ｒｐｍの回転速度で２０時間撹拌させ
た。 （２）厚さ１ｍｍのＬｉＴａＯ3 単結晶（００１）面を
光学研磨した。 （３）溶融体を１時間当りに６０℃の冷却速度で９１５
℃まで徐冷した後、この基板１を９１５℃で３０分予備
加熱した後、溶融体中に２０ｒｐｍで回転させながら１
分間浸漬した。ＬｉＮｂＯ3 の成長速度は、１μｍ／分
であった。 （４）溶液体から基板１を引き上げ、回転数１０００ｒ
ｐｍで３０秒溶融体上で溶融体を振り切った後、１℃／
分の速度で室温まで徐冷し、基板材料上に約１μｍの厚
さのナトリウム、マグネシウム含有ＬｉＮｂＯ3 単結晶
薄膜を得た。 （５）得られたＬｉＮｂＯ3 単結晶薄膜中に含有されて
いたナトリウム、マグネシウムの量は、それぞれ３モル
％、２モル％であった。又、薄膜の格子定数（ａ軸）
は、５．１５６Ａ、入射光波長１．１５μｍで測定した
屈折率は２．２３５±０．００１であった。 （６）得られたスラブ導波路の伝搬損失をプリズム移動
法により測定したところ、波長０．８３μｍ、ＴＭモー
ドにおいて１ｄＢ／ｃｍ以下であった。 （７）この導波路をパターニングし、Ｔｉマスクを作成
し、Ａｒプラズマエッチングによりリッジ型チャンネル
導波路を作製した。導波路形状は、幅１．５μｍ、エッ
チング深さ０．３μｍとした。 （２）以上のようにして作製した光導波路に、波長０．
４８μｍ、ＴＭモードのレーザ光を導波したところ、導
波モードは単一であり、伝搬損失はスラブ導波路の値と
同じ１ｄＢ／ｃｍ以下であった。また、出射光の経時変
化を測定したところ、少なくとも２４時間は変化はなか
った。 （９）この導波路は、前述の望ましい波長λ（μｍ）
と、導波路厚Ｔ（μｍ）、導波路幅Ｗ（μｍ）の関係を
満たしている。 ０．９８＜Ｔ＜２．０３ Ｗ＜３．９３ （１０）この導波路を、水蒸気雰囲気で、１２時間、１
０００℃に保持し、再び波長０．４８μｍ、ＴＭモード
のレーザ光を導波したところ、その導波モードは単一で
あり、伝搬損失はスラブ導波路の値と同じであった。ま
た、出射光の経時変化を測定したところ、少なくとも２
４時間は変化はなかった。 （１１）さらに、導波路の直上にシリカ緩衝層をＣＶＤ
にて形成した後、アルミニウム電極を蒸着により形成
し、電気光学定数を測定したところ、バルクＬｉＮｂＯ
3 単結晶とほぼ同じ値であることが分かった。
【００２１】（比較例１） （１）Ｎａ2 ＣＯ3 ２２モル％、Ｌｉ2 ＣＯ3 ２８モル
％、Ｖ2 Ｏ5 ４０モル％、Ｎｂ2 Ｏ5 １０モル％、Ｍｇ
Ｏを 溶融体組成から析出可能なＬｉＮｂＯ3 の理論量
に対して２モル％添加した混合物を白金ルツボに入れ、
エピタキシャル成長育成装置中で空気雰囲気下で、１１
００℃まで加熱してルツボの内容物を溶解した。さらに
溶融体をプロペラを用い、１００ｒｐｍの回転速度で１
２時間撹拌させた。 （２）厚さ１ｍｍのＬｉＴａＯ3 単結晶（００１）面を
光学研磨した。 （３）溶融体を１時間当りに６０℃の冷却速度で９１５
℃まで徐冷した後、この基板１を９１５℃で３０分予備
加熱した後、溶融体中に２０ｒｐｍで回転させながら２
分間浸漬した。ＬｉＮｂＯ3 の成長速度は、１μｍ／分
であった。 （４）溶液体から基板１を引き上げ、回転数１０００ｒ
ｐｍで３０秒溶融体上で溶融体を振り切った後、１℃／
分の速度で室温まで徐冷し、基板材料上に約２μｍの厚
さのナトリウム、マグネシウム含有ＬｉＮｂＯ3 単結晶
薄膜を得た。（５）得られたＬｉＮｂＯ3 単結晶薄膜中
に含有されていたナトリウム、マグネシウムの量は、そ
れぞれ３モル％、２モル％であった。又、薄膜の格子定
数（ａ軸）は、５．１５６Ａ、入射光波長１．１５μｍ
で測定した屈折率は２．２３５±０．００１であった。 （６）得られたスラブ導波路の伝搬損失をプリズム移動
法により測定したところ、波長０．８３μｍ、ＴＭモー
ドにおいて１ｄＢ／ｃｍ以下であった。 （７）この導波路をパターニングし、Ｔｉマスクを作成
し、Ａｒプラズマエッチングによりリッジ型チャンネル
導波路を作製した。導波路形状は、幅１０μｍ、エッチ
ング深さ１μｍとした。 （８）以上のようにして作製した光導波路に、波長１．
５５μｍ、ＴＭモードのレーザ光を導波したところ、導
波光は観察されなかった。 （９）この導波路は、前述の望ましい波長λ（μｍ）
と、導波路厚Ｔ（μｍ）の関係を満たしていない。 ４．７３＜Ｔ＜８．１４
％、Ｖ2 Ｏ5 ４０モル％、Ｎｂ2 Ｏ5 １０モル％、Ｍｇ
Ｏを 溶融体組成から析出可能なＬｉＮｂＯ3 の理論量
に対して２モル％添加した混合物を白金ルツボに入れ、
エピタキシャル成長育成装置中で空気雰囲気下で、１１
００℃まで加熱してルツボの内容物を溶解した。さらに
溶融体をプロペラを用い、１００ｒｐｍの回転速度で１
２時間撹拌させた。 （２）厚さ１ｍｍのＬｉＴａＯ3 単結晶（００１）面を
光学研磨した。 （３）溶融体を１時間当りに６０℃の冷却速度で９１５
℃まで徐冷した後、この基板１を９１５℃で３０分予備
加熱した後、溶融体中に２０ｒｐｍで回転させながら２
分間浸漬した。ＬｉＮｂＯ3 の成長速度は、１μｍ／分
であった。 （４）溶液体から基板１を引き上げ、回転数１０００ｒ
ｐｍで３０秒溶融体上で溶融体を振り切った後、１℃／
分の速度で室温まで徐冷し、基板材料上に約２μｍの厚
さのナトリウム、マグネシウム含有ＬｉＮｂＯ3 単結晶
薄膜を得た。（５）得られたＬｉＮｂＯ3 単結晶薄膜中
に含有されていたナトリウム、マグネシウムの量は、そ
れぞれ３モル％、２モル％であった。又、薄膜の格子定
数（ａ軸）は、５．１５６Ａ、入射光波長１．１５μｍ
で測定した屈折率は２．２３５±０．００１であった。 （６）得られたスラブ導波路の伝搬損失をプリズム移動
法により測定したところ、波長０．８３μｍ、ＴＭモー
ドにおいて１ｄＢ／ｃｍ以下であった。 （７）この導波路をパターニングし、Ｔｉマスクを作成
し、Ａｒプラズマエッチングによりリッジ型チャンネル
導波路を作製した。導波路形状は、幅１０μｍ、エッチ
ング深さ１μｍとした。 （８）以上のようにして作製した光導波路に、波長１．
５５μｍ、ＴＭモードのレーザ光を導波したところ、導
波光は観察されなかった。 （９）この導波路は、前述の望ましい波長λ（μｍ）
と、導波路厚Ｔ（μｍ）の関係を満たしていない。 ４．７３＜Ｔ＜８．１４
【００２２】（比較例２） （１）Ｌｉ2 ＣＯ3 ５０モル％、Ｖ2 Ｏ5 ４０モル％、
Ｎｂ2 Ｏ5 １０モル％からなる原料を１０００℃まで加
熱し、溶融体とした後、溶融体を１時間当りに６０℃の
冷却速度で９１５℃まで徐冷した後、この基板１を９１
５℃で３０分予備加熱した後、溶融体中に３０ｒｐｍで
回転させながら５分間浸漬した。ＬｉＮｂＯ3 の成長速
度は、１μｍ／分であった。 （２）溶液体から基板１を引き上げ、回転数１０００ｒ
ｐｍで３０秒溶融体上で溶融体を振り切った後、１℃／
分の速度で室温まで徐冷し、基板材料上に約５μｍの厚
さのＬｉＮｂＯ3 単結晶薄膜を得た。 （３）得られたスラブ導波路の伝搬損失をプリズム移動
法により測定したところ、波長０．８３μｍ、ＴＭモー
ドにおいて１０ｄＢ／ｃｍであった。 （４）さらに、ＬｉＮｂＯ3 単結晶薄膜をイオンビーム
エッチングにより、不要部分を除去し、ＬｉＮｂＯ3 単
結晶導波路を形成した。導波路形状は、幅１０μｍ、エ
ッチング深さ１μｍとした。 （６）以上のようにして作製した光導波路に、波長１．
５５μｍ、ＴＭモードのレーザ光を導波したところ、導
波モードは２つ観測され、伝搬損失はスラブ導波路の値
と同じ１０ｄＢ／ｃｍであった。また、出射光の経時変
化を測定したところ、少なくとも２４時間は変化はなか
った。 （７）この導波路の直上にシリカ緩衝層をＣＶＤにて形
成した後、アルミニウム電極を蒸着により形成し、電気
光学定数を測定したところ、バルクＬｉＮｂＯ3単結晶
のほぼ１／１０の値であることが分かった。 （８）さらに、この導波路を、水蒸気雰囲気で、１２時
間、１０００℃に保持したところ、マイクロクラックが
観測され、導波はできなかった。 （９）この導波路は、前述の望ましい波長λ（μｍ）と
導波路厚さ（Ｔμｍ）の関係を満たしている。 ４．７３＜Ｔ＜８．１４ （１０）この導波路は、Ｎａ、Ｍｇが含有されていない
ので、ＬｉＴａＯ3 基板とＬｉＮｂＯ3 単結晶の格子整
合はされていない。
Ｎｂ2 Ｏ5 １０モル％からなる原料を１０００℃まで加
熱し、溶融体とした後、溶融体を１時間当りに６０℃の
冷却速度で９１５℃まで徐冷した後、この基板１を９１
５℃で３０分予備加熱した後、溶融体中に３０ｒｐｍで
回転させながら５分間浸漬した。ＬｉＮｂＯ3 の成長速
度は、１μｍ／分であった。 （２）溶液体から基板１を引き上げ、回転数１０００ｒ
ｐｍで３０秒溶融体上で溶融体を振り切った後、１℃／
分の速度で室温まで徐冷し、基板材料上に約５μｍの厚
さのＬｉＮｂＯ3 単結晶薄膜を得た。 （３）得られたスラブ導波路の伝搬損失をプリズム移動
法により測定したところ、波長０．８３μｍ、ＴＭモー
ドにおいて１０ｄＢ／ｃｍであった。 （４）さらに、ＬｉＮｂＯ3 単結晶薄膜をイオンビーム
エッチングにより、不要部分を除去し、ＬｉＮｂＯ3 単
結晶導波路を形成した。導波路形状は、幅１０μｍ、エ
ッチング深さ１μｍとした。 （６）以上のようにして作製した光導波路に、波長１．
５５μｍ、ＴＭモードのレーザ光を導波したところ、導
波モードは２つ観測され、伝搬損失はスラブ導波路の値
と同じ１０ｄＢ／ｃｍであった。また、出射光の経時変
化を測定したところ、少なくとも２４時間は変化はなか
った。 （７）この導波路の直上にシリカ緩衝層をＣＶＤにて形
成した後、アルミニウム電極を蒸着により形成し、電気
光学定数を測定したところ、バルクＬｉＮｂＯ3単結晶
のほぼ１／１０の値であることが分かった。 （８）さらに、この導波路を、水蒸気雰囲気で、１２時
間、１０００℃に保持したところ、マイクロクラックが
観測され、導波はできなかった。 （９）この導波路は、前述の望ましい波長λ（μｍ）と
導波路厚さ（Ｔμｍ）の関係を満たしている。 ４．７３＜Ｔ＜８．１４ （１０）この導波路は、Ｎａ、Ｍｇが含有されていない
ので、ＬｉＴａＯ3 基板とＬｉＮｂＯ3 単結晶の格子整
合はされていない。
【００２３】（比較例３） （１）厚さ１ｍｍのＬｉＴａＯ3 単結晶（０００１）面
を光学研磨した。 （２）Ｌｉ2 ＣＯ3 ５０モル％、Ｖ2 Ｏ5 ４０モル％、
Ｎｂ2 Ｏ5 １０モル％からなる原料を１０００℃まで加
熱し、溶融体とした後、溶融体を１時間当りに６０℃の
冷却速度で９１５℃まで徐冷した後、この基板１を９１
５℃で３０分予備加熱した後、溶融体中に３０ｒｐｍで
回転させながら５分間浸漬した。ＬｉＮｂＯ3 の成長速
度は、１μｍ／分であった。 （３）溶液体から基板１を引き上げ、回転数１０００ｒ
ｐｍで３０秒溶融体上で溶融体を振り切った後、１℃／
分の速度で室温まで徐冷し、基板材料上に約５μｍの厚
さのＬｉＮｂＯ3 単結晶薄膜を得た。 （４）得られたスラブ導波路の伝搬損失をプリズム移動
法により測定したところ、波長０．８３μｍ、ＴＭモー
ドにおいて１０ｄＢ／ｃｍであった。 （５）さらに、ＬｉＮｂＯ3 単結晶薄膜をイオンビーム
エッチングにより、不要部分を除去し、ＬｉＮｂＯ3 単
結晶導波路を形成した。導波路形状は、幅１０μｍ、エ
ッチング深さ１μｍとした。 （６）以上のようにして作製した光導波路に、波長１．
５５μｍ、ＴＭモードのレーザ光を導波したところ、導
波モードは２つ観測され、伝搬損失はスラブ導波路の値
と同じ１０ｄＢ／ｃｍであった。また、出射光の経時変
化を測定したところ、少なくとも２４時間は変化はなか
った。 （７）この導波路の直上にシリカ緩衝層をＣＶＤにて形
成した後、アルミニウム電極を蒸着により形成し、電気
光学定数を測定したところ、バルクＬｉＮｂＯ3単結晶
のほぼ１／１０の値であることが分かった。 （８）さらに、この導波路を、水蒸気雰囲気で、１２時
間、１０００℃に保持したところ、マイクロクラックが
観測され、導波はできなかった。 （９）この導波路は、前述の望ましい波長λ（μｍ）と
導波路厚さ（Ｔμｍ）の関係を満たしていない。 ４．７３＜Ｔ＜８．１４ 当然、実施例１の導波路を本比較例（５）と同寸法に加
工しても、シングルモードとはならない。
を光学研磨した。 （２）Ｌｉ2 ＣＯ3 ５０モル％、Ｖ2 Ｏ5 ４０モル％、
Ｎｂ2 Ｏ5 １０モル％からなる原料を１０００℃まで加
熱し、溶融体とした後、溶融体を１時間当りに６０℃の
冷却速度で９１５℃まで徐冷した後、この基板１を９１
５℃で３０分予備加熱した後、溶融体中に３０ｒｐｍで
回転させながら５分間浸漬した。ＬｉＮｂＯ3 の成長速
度は、１μｍ／分であった。 （３）溶液体から基板１を引き上げ、回転数１０００ｒ
ｐｍで３０秒溶融体上で溶融体を振り切った後、１℃／
分の速度で室温まで徐冷し、基板材料上に約５μｍの厚
さのＬｉＮｂＯ3 単結晶薄膜を得た。 （４）得られたスラブ導波路の伝搬損失をプリズム移動
法により測定したところ、波長０．８３μｍ、ＴＭモー
ドにおいて１０ｄＢ／ｃｍであった。 （５）さらに、ＬｉＮｂＯ3 単結晶薄膜をイオンビーム
エッチングにより、不要部分を除去し、ＬｉＮｂＯ3 単
結晶導波路を形成した。導波路形状は、幅１０μｍ、エ
ッチング深さ１μｍとした。 （６）以上のようにして作製した光導波路に、波長１．
５５μｍ、ＴＭモードのレーザ光を導波したところ、導
波モードは２つ観測され、伝搬損失はスラブ導波路の値
と同じ１０ｄＢ／ｃｍであった。また、出射光の経時変
化を測定したところ、少なくとも２４時間は変化はなか
った。 （７）この導波路の直上にシリカ緩衝層をＣＶＤにて形
成した後、アルミニウム電極を蒸着により形成し、電気
光学定数を測定したところ、バルクＬｉＮｂＯ3単結晶
のほぼ１／１０の値であることが分かった。 （８）さらに、この導波路を、水蒸気雰囲気で、１２時
間、１０００℃に保持したところ、マイクロクラックが
観測され、導波はできなかった。 （９）この導波路は、前述の望ましい波長λ（μｍ）と
導波路厚さ（Ｔμｍ）の関係を満たしていない。 ４．７３＜Ｔ＜８．１４ 当然、実施例１の導波路を本比較例（５）と同寸法に加
工しても、シングルモードとはならない。
【００２４】実施例１、２、比較例１、２、３の導波路
の諸特性の測定結果を表１に示す。表中、耐アニール性
の欄の〇は、アニール後も光を導波ができなくなった
り、導波路が割れるなど、導波特性が低下しないことを
指す。×は、アニールにより光を導波できなくなること
を指す。以上のように、本発明の光導波路は、従来の光
導波路より優れた特性を得ることができる。さらに、本
発明の光導波路は、ＬｉＮｂＯ3 単結晶導波路２とＬｉ
ＴａＯ3 単結晶１との格子定数が整合されているため、
ＬｉＮｂＯ3 単結晶導波路２の結晶格子に歪がなく、ま
た、Ｔｉ拡散ＬｉＮｂＯ3 光導波路や、プロトン交換導
波路等の拡散光導波路ように不純物を拡散しないので、
対アニーリング性に優れている。
の諸特性の測定結果を表１に示す。表中、耐アニール性
の欄の〇は、アニール後も光を導波ができなくなった
り、導波路が割れるなど、導波特性が低下しないことを
指す。×は、アニールにより光を導波できなくなること
を指す。以上のように、本発明の光導波路は、従来の光
導波路より優れた特性を得ることができる。さらに、本
発明の光導波路は、ＬｉＮｂＯ3 単結晶導波路２とＬｉ
ＴａＯ3 単結晶１との格子定数が整合されているため、
ＬｉＮｂＯ3 単結晶導波路２の結晶格子に歪がなく、ま
た、Ｔｉ拡散ＬｉＮｂＯ3 光導波路や、プロトン交換導
波路等の拡散光導波路ように不純物を拡散しないので、
対アニーリング性に優れている。
【００２５】
【表１】
【００２６】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の光導波路
は、電気光学定数の低下がなく、また、耐光損傷性も高
いため、光変調器、光スイッチ等の光デバイスとして用
いられる優れた導波路であり、さらに対アニーリング性
に優れた光導波路となることから産業上寄与する効果は
きわめて大きい。
は、電気光学定数の低下がなく、また、耐光損傷性も高
いため、光変調器、光スイッチ等の光デバイスとして用
いられる優れた導波路であり、さらに対アニーリング性
に優れた光導波路となることから産業上寄与する効果は
きわめて大きい。
【図１】図１は本発明の光変調器 １．直線型、２．曲がり型、３．Ｙ分岐、４．Ｘ分岐、
５．テーパー型である。
５．テーパー型である。
【図２】図２は本発明の光変調器の製造方法
１ ＬｉＴａＯ3 単結晶基板 ２ ＬｉＮｂＯ3 単結晶導波路 ３ 入射光 ４ 溝 ５ ＬｉＮｂＯ3 単結晶薄膜
Claims (2)
- 【請求項１】 ＬｉＮｂＯ3 薄膜導波層の結晶中に少な
くともナトリウムを０．１〜１４．３ｍｏｌ％、マグネ
シウムを０．８〜１０．８ｍｏｌ％の範囲にて含有させ
ることにより該ＬｉＮｂＯ3 薄膜導波層とＬｉＴａＯ3
単結晶基板とを格子整合させた光導波路であって、導波
層の厚さをＴ（μｍ）、導波光の波長をλ（μｍ）とす
ると、ＴＭモードの場合、 １．９ ＜ （Ｔ＋０．７）／λ＜ ５．７ （但しＴ
＞０） ＴＥモードの場合、 ０．２９＜（Ｔ＋０．０４）／λ＜１．１９ （但しＴ
＞０） をみたすことを特徴とするシングルモード光導波路。 - 【請求項２】 請求項１に記載のシングルモード光導波
路であって、その光導波路形状が、導波路幅Ｗ（μ
ｍ）、エッチング深さΔＴ（μｍ）とすると、ＴＭモー
ドの場合、 Ｗ≦（４λ−０．５）×（λ2 ／ΔＴ＋２．０） ＴＥモードの場合、 Ｗ≦（０．０４λ3 ＋０．１λ2 ）／ΔＴ＋２．５λ をみたすことを特徴とするシングルモード光導波路。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4185906A JPH063546A (ja) | 1992-06-18 | 1992-06-18 | シングルモード光導波路 |
| US08/077,549 US5291576A (en) | 1992-06-18 | 1993-06-17 | Single mode optical waveguide |
| NL9301058A NL9301058A (nl) | 1992-06-18 | 1993-06-17 | Optische enkelvoudige-mode golfgeleider. |
| GB9312524A GB2267975B (en) | 1992-06-18 | 1993-06-17 | Single mode optical waveguides |
| DE4320128A DE4320128B4 (de) | 1992-06-18 | 1993-06-17 | Monotyp-Lichtwellenleiter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4185906A JPH063546A (ja) | 1992-06-18 | 1992-06-18 | シングルモード光導波路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH063546A true JPH063546A (ja) | 1994-01-14 |
Family
ID=16178956
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4185906A Pending JPH063546A (ja) | 1992-06-18 | 1992-06-18 | シングルモード光導波路 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
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| JP (1) | JPH063546A (ja) |
| DE (1) | DE4320128B4 (ja) |
| GB (1) | GB2267975B (ja) |
| NL (1) | NL9301058A (ja) |
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| WO1996024869A1 (de) * | 1995-02-07 | 1996-08-15 | Ldt Gmbh & Co. Laser-Display-Technologie Kg | Verbindungsaufspalter aus streifen-wellenleitern und verwendungen |
| JPH0987085A (ja) * | 1995-09-22 | 1997-03-31 | Ngk Insulators Ltd | 光学単結晶品および光学素子 |
| GB2330664B (en) * | 1997-10-21 | 2002-01-23 | Integrated Optical Components | The manufacture of integrated optical devices |
| JP2002072267A (ja) * | 2000-08-25 | 2002-03-12 | National Institute For Materials Science | 光機能素子、該素子用単結晶基板、およびその使用方法 |
| JP3879521B2 (ja) * | 2001-04-23 | 2007-02-14 | オムロン株式会社 | 光学素子及び当該光学素子を用いた光トランシーバその他の光学装置 |
| US7449481B2 (en) * | 2004-04-13 | 2008-11-11 | Cephalon, Inc. | Thio-substituted biaryl-methanesulfinyl derivatives |
| US8189981B2 (en) * | 2009-11-23 | 2012-05-29 | The Aerospace Corporation | Stable lithium niobate waveguides, and methods of making and using same |
| US9939709B2 (en) * | 2015-08-21 | 2018-04-10 | Tdk Corporation | Optical waveguide element and optical modulator using the same |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3563630A (en) * | 1966-12-07 | 1971-02-16 | North American Rockwell | Rectangular dielectric optical wave-guide of width about one-half wave-length of the transmitted light |
| DE2821642C3 (de) * | 1977-05-24 | 1987-12-03 | Hughes Aircraft Co., Culver City, Calif. | Faser-Lichtwellenleiter und Verfahren zu dessen Herstellung |
| US4265667A (en) * | 1980-04-25 | 1981-05-05 | Nippon Sheet Glass Co., Ltd. | Step-type light-transmitting body having excellent water resistance |
| DE3524605A1 (de) * | 1985-01-22 | 1987-01-15 | Schott Glaswerke | Lichtwellenleiter, hergestellt aus speziellen hoch-aluminiumhaltigen substratglaesern durch ionenaustausch gegen cs+-ionen |
| US4647330A (en) * | 1985-10-01 | 1987-03-03 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Hybrid single crystal optic fibers by growth solution |
| US4788687A (en) * | 1987-12-16 | 1988-11-29 | Gte Laboratories Incorporated | Fluorozirconate fiber optic laser |
| JPH0361931A (ja) * | 1989-03-30 | 1991-03-18 | Ibiden Co Ltd | 第２高調波発生素子 |
| US5185829A (en) * | 1989-08-18 | 1993-02-09 | Ibiden Co., Ltd. | Light beam deflector for deflecting light from optical waveguide by inclined grating |
| JP2850045B2 (ja) * | 1989-09-20 | 1999-01-27 | イビデン株式会社 | ニオブ酸リチウム単結晶薄膜の製造方法 |
| US5209917A (en) * | 1989-09-20 | 1993-05-11 | Ibiden Co., Ltd. | Lithium niobate single crystal thin film and production method thereof |
| JP2838803B2 (ja) * | 1989-09-20 | 1998-12-16 | イビデン株式会社 | ニオブ酸リチウム単結晶薄膜の製造方法 |
| JP2680699B2 (ja) * | 1989-09-27 | 1997-11-19 | 住友金属鉱山 株式会社 | 光導波路の形成方法 |
| JP2926264B2 (ja) * | 1989-11-10 | 1999-07-28 | イビデン株式会社 | 第２高調波発生素子とその製造方法 |
| US5175784A (en) * | 1989-12-19 | 1992-12-29 | Ibiden Co., Ltd. | Second harmonic wave generating device |
| JPH0412094A (ja) * | 1990-04-26 | 1992-01-16 | Ibiden Co Ltd | ニオブ酸リチウム単結晶薄膜 |
| JPH0437698A (ja) * | 1990-05-30 | 1992-02-07 | Ibiden Co Ltd | ニオブ酸リチウム単結晶薄膜 |
| JPH0437697A (ja) * | 1990-05-30 | 1992-02-07 | Ibiden Co Ltd | ニオブ酸リチウム単結晶薄膜 |
| JPH0453933A (ja) * | 1990-06-22 | 1992-02-21 | Ibiden Co Ltd | 第２高調波発生素子 |
| JP3148896B2 (ja) * | 1990-11-30 | 2001-03-26 | イビデン株式会社 | ニオブ酸リチウム単結晶薄膜 |
-
1992
- 1992-06-18 JP JP4185906A patent/JPH063546A/ja active Pending
-
1993
- 1993-06-17 NL NL9301058A patent/NL9301058A/nl not_active Application Discontinuation
- 1993-06-17 US US08/077,549 patent/US5291576A/en not_active Expired - Lifetime
- 1993-06-17 DE DE4320128A patent/DE4320128B4/de not_active Expired - Lifetime
- 1993-06-17 GB GB9312524A patent/GB2267975B/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB2267975A (en) | 1993-12-22 |
| NL9301058A (nl) | 1994-01-17 |
| GB2267975B (en) | 1995-09-20 |
| US5291576A (en) | 1994-03-01 |
| GB9312524D0 (en) | 1993-08-04 |
| DE4320128B4 (de) | 2007-10-18 |
| DE4320128A1 (de) | 1993-12-23 |
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