JPH0644086B2 - 光制御素子の製造方法 - Google Patents
光制御素子の製造方法Info
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- JPH0644086B2 JPH0644086B2 JP59257852A JP25785284A JPH0644086B2 JP H0644086 B2 JPH0644086 B2 JP H0644086B2 JP 59257852 A JP59257852 A JP 59257852A JP 25785284 A JP25785284 A JP 25785284A JP H0644086 B2 JPH0644086 B2 JP H0644086B2
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- optical waveguide
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- waveguide
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は光波の変調、光路切換え等を行なう光制御素子
に関し、特に基板中に設けた光導波路を用いて制御を行
なう導波型の光制御素子の製造方法に関する。
に関し、特に基板中に設けた光導波路を用いて制御を行
なう導波型の光制御素子の製造方法に関する。
（従来技術とその問題点） 近年光通信システムの実用化が進むにつれ、さらに大容
量、高機能のシステムが要求されるようになり、より高
速の光波の変調器や光スイッチ等の光制御素子が必要と
なっている。このような光制御素子においては、その挿
入損失が光信号の伝送距離を制限するということもあり
得るので、高速性とともに低損失性も重要となる。高速
の光制御素子としては、大きな電気光学効果係数を有す
るLiNbO3結晶等の基板中に導波路を形成し、導波路の屈
折率分布を電気光学効果を利用して電界で変化させるこ
とにより制御する方式の光制御素子があり、方向性結合
型光変調器またはスイッチ全反射型光スイッチ、分岐干
渉型光変調器またはスイッチ等に関する報告がなされて
いる。例えばLiNbO3結晶中にTiを拡散して形成した光導
波路においては波長1.3μｍに対して0.1〜0.2dB／cmと
いう小さな伝搬損失が得られている。しかしながらこの
ような導波型光制御素子を実際の光ファイバ伝送系へ適
用する場合には、光ファイバとの結合損失も考慮する必
要がある。このためには光導波路の伝搬モードの光エネ
ルギー分布を光ファイバの伝搬モードの光エネルギー分
布になるべく近づけるように光導波路を作成することが
行なわれている。上記の手段により光ファイバ間に光導
波路を挿入したときの損失値としては２dB程度の値とな
る。これはTi拡散導波路においては基板に垂直な方向と
水平な方向の屈折率分布が異なり、円形の屈折率分布を
もつ光ファイバとは光エネルギー分布が一致しないこと
による。一方、導波型の光制御素子の動作速度はその動
作電圧に大きく依存し、高速化のためには動作電圧をで
きるだけ小さくすることが実用上非常に重要である。し
かしながら、光制御素子の電圧を低減するためには印加
電界の強度が大きい電極近傍に伝搬光の光エネルギーを
集中させる必要があり、この低電圧化の条件は一般に前
述の光ファイバとの結合損失を低減させるための条件と
は異なっている。
量、高機能のシステムが要求されるようになり、より高
速の光波の変調器や光スイッチ等の光制御素子が必要と
なっている。このような光制御素子においては、その挿
入損失が光信号の伝送距離を制限するということもあり
得るので、高速性とともに低損失性も重要となる。高速
の光制御素子としては、大きな電気光学効果係数を有す
るLiNbO3結晶等の基板中に導波路を形成し、導波路の屈
折率分布を電気光学効果を利用して電界で変化させるこ
とにより制御する方式の光制御素子があり、方向性結合
型光変調器またはスイッチ全反射型光スイッチ、分岐干
渉型光変調器またはスイッチ等に関する報告がなされて
いる。例えばLiNbO3結晶中にTiを拡散して形成した光導
波路においては波長1.3μｍに対して0.1〜0.2dB／cmと
いう小さな伝搬損失が得られている。しかしながらこの
ような導波型光制御素子を実際の光ファイバ伝送系へ適
用する場合には、光ファイバとの結合損失も考慮する必
要がある。このためには光導波路の伝搬モードの光エネ
ルギー分布を光ファイバの伝搬モードの光エネルギー分
布になるべく近づけるように光導波路を作成することが
行なわれている。上記の手段により光ファイバ間に光導
波路を挿入したときの損失値としては２dB程度の値とな
る。これはTi拡散導波路においては基板に垂直な方向と
水平な方向の屈折率分布が異なり、円形の屈折率分布を
もつ光ファイバとは光エネルギー分布が一致しないこと
による。一方、導波型の光制御素子の動作速度はその動
作電圧に大きく依存し、高速化のためには動作電圧をで
きるだけ小さくすることが実用上非常に重要である。し
かしながら、光制御素子の電圧を低減するためには印加
電界の強度が大きい電極近傍に伝搬光の光エネルギーを
集中させる必要があり、この低電圧化の条件は一般に前
述の光ファイバとの結合損失を低減させるための条件と
は異なっている。
通常用いられる単一モード光ファイバの光エネルギー分
布は強度が１／e となる幅６〜８μｍ程度であるので低
結合損失を目的とする場合、光導波路の光エネルギー分
布も上記値程度となるように選ばれる。この条件は、例
えば、ブイ・ラマスワーミイ（V・Ramaswamy），アール
・シー・アルファーネス（R・C・Alferness）エム・デビ
ノ（M・Diviro）によりエレクトロニクス・レターズ誌(E
l-ectronics Letters)第１８巻、１号、３０ページから
３１ページに述べられている。一方低電化のためには光
導波路の伝搬光のエネルギー分布を光ファイバとの低結
合損失条件の幅よりも小さくする必要がある。この低電
圧化条件と光ファイバとの結合損失の低減条件とのトレ
ード・オフについてはエル・リビェール（L・Riviere）
らにより第４図集積光学と光ファイバ通信国際会議（4t
h I-nternational Conference on Integrated Pptics a
nd Optical Fiber Communication）のテクニカル・ダイ
ジェスト29C4−4番（ページ362〜363）に述べられてい
る。
布は強度が１／e となる幅６〜８μｍ程度であるので低
結合損失を目的とする場合、光導波路の光エネルギー分
布も上記値程度となるように選ばれる。この条件は、例
えば、ブイ・ラマスワーミイ（V・Ramaswamy），アール
・シー・アルファーネス（R・C・Alferness）エム・デビ
ノ（M・Diviro）によりエレクトロニクス・レターズ誌(E
l-ectronics Letters)第１８巻、１号、３０ページから
３１ページに述べられている。一方低電化のためには光
導波路の伝搬光のエネルギー分布を光ファイバとの低結
合損失条件の幅よりも小さくする必要がある。この低電
圧化条件と光ファイバとの結合損失の低減条件とのトレ
ード・オフについてはエル・リビェール（L・Riviere）
らにより第４図集積光学と光ファイバ通信国際会議（4t
h I-nternational Conference on Integrated Pptics a
nd Optical Fiber Communication）のテクニカル・ダイ
ジェスト29C4−4番（ページ362〜363）に述べられてい
る。
このように強誘電材料を金属を拡散して形成した光制御
素子においては低損失・低電圧を同時に満足するために
は光ファイバとの結合部では導波路の伝搬モードの光エ
ネルギー分布を光ファイバの伝搬モードの光エネルギー
分布に一致させかつ光エネルギー分布を円形化する必要
があり、光制御部においては印加電界の強度が大きい電
極近傍に伝搬モードの光エネルギーを集中させる必要が
ある。しかしながら従来用いられている製造方法すなわ
ちTi等の１種類の金属原子の薄膜パターンの入出力光導
波路部も光制御部も同じ膜厚、同じパターン幅で強誘電
体基板中に熱拡散する方法、では入出力導波路部と光制
御部の屈折率分布を別々に設定することはできないの
で、低損失・低電圧を同時に実現することは不可能であ
った。これに対して低損失・低電圧を同時に実現する光
制御素子の製造方法の１つの試みとして近藤、小松、太
田により第７回集積光学と導波光学に関する会議（７th
Topical Meeting on Integrated and Guided-Wave Opt
ics）のテクニカル・ダイジェストTuA5−1に述べられて
いるように、光制御部を構成する光導波路とそれと光入
出力端面とを接続する入出力光導波路との間で拡散する
金属原子を含む薄膜導波路パターンの膜厚を別々に設定
して、光ファイバとの結合部となる入出力光導波路部で
は導波路の光エネルギー分布を光ファイバの光エネルギ
ー分布に近づけ、光制御部においては導波路の光エネル
ギー分布を電極近傍に集中させるものがある。しかしな
がら上記製造方法においては入出力光導波路の光エネル
ギー分布は基板の深さ方向では日対称であり、円形では
ないためまだ光ファイバとの結合において損失が理論限
界には達していない。したがってさらに低損失化するた
めには入出力光導波路の光エネルギー分布を基板の深さ
方向にも対称化し円形化するような製造方法が必要とな
る。
素子においては低損失・低電圧を同時に満足するために
は光ファイバとの結合部では導波路の伝搬モードの光エ
ネルギー分布を光ファイバの伝搬モードの光エネルギー
分布に一致させかつ光エネルギー分布を円形化する必要
があり、光制御部においては印加電界の強度が大きい電
極近傍に伝搬モードの光エネルギーを集中させる必要が
ある。しかしながら従来用いられている製造方法すなわ
ちTi等の１種類の金属原子の薄膜パターンの入出力光導
波路部も光制御部も同じ膜厚、同じパターン幅で強誘電
体基板中に熱拡散する方法、では入出力導波路部と光制
御部の屈折率分布を別々に設定することはできないの
で、低損失・低電圧を同時に実現することは不可能であ
った。これに対して低損失・低電圧を同時に実現する光
制御素子の製造方法の１つの試みとして近藤、小松、太
田により第７回集積光学と導波光学に関する会議（７th
Topical Meeting on Integrated and Guided-Wave Opt
ics）のテクニカル・ダイジェストTuA5−1に述べられて
いるように、光制御部を構成する光導波路とそれと光入
出力端面とを接続する入出力光導波路との間で拡散する
金属原子を含む薄膜導波路パターンの膜厚を別々に設定
して、光ファイバとの結合部となる入出力光導波路部で
は導波路の光エネルギー分布を光ファイバの光エネルギ
ー分布に近づけ、光制御部においては導波路の光エネル
ギー分布を電極近傍に集中させるものがある。しかしな
がら上記製造方法においては入出力光導波路の光エネル
ギー分布は基板の深さ方向では日対称であり、円形では
ないためまだ光ファイバとの結合において損失が理論限
界には達していない。したがってさらに低損失化するた
めには入出力光導波路の光エネルギー分布を基板の深さ
方向にも対称化し円形化するような製造方法が必要とな
る。
（問題点を解決するための手段） 本発明は、基板上に金属原子を含む薄膜をパターン状に
積層し、前記薄膜パターンを形成した基板上に部分的に
誘電体を積層し、上記基板を加熱して上記薄膜パターン
を該基板中および積層した誘電体中に拡散させることに
よって光導波路を形成する工程と、前記基板中のみに薄
膜パターンが拡散されて形成された光導波路の上部に電
極を設置して少くとも１つの光制御部を形成し、該光制
御部と接続されかつ前記基板中および積層された誘電体
中の両者に薄膜パターンが拡散された光導波路の端部に
光入出力端面を形成することを特徴とする光制御素子の
製造方法である。
積層し、前記薄膜パターンを形成した基板上に部分的に
誘電体を積層し、上記基板を加熱して上記薄膜パターン
を該基板中および積層した誘電体中に拡散させることに
よって光導波路を形成する工程と、前記基板中のみに薄
膜パターンが拡散されて形成された光導波路の上部に電
極を設置して少くとも１つの光制御部を形成し、該光制
御部と接続されかつ前記基板中および積層された誘電体
中の両者に薄膜パターンが拡散された光導波路の端部に
光入出力端面を形成することを特徴とする光制御素子の
製造方法である。
本発明では、前述のように光制御部を構成する光導波路
とそれと光入出力端面とを接続する入出力導波路との間
で薄膜パターンを拡散する対象を基板のみと基板および
積層された誘電体の両方とすることにより両者の屈折率
分布を異ならしめることにより、入出力光導波路部分で
は光ファイバの光エネルギ分布に近い伝搬光エネルギ分
布を与えるように円形化した屈折率分布を設定し、かつ
それとは独立に光制御部を構成する光導波路の屈折率分
布はその伝搬光エネルギ分布が電極近傍に十分閉じ込め
られるように設定することにより、低損失結合が可能で
かつ低電圧動作が可能な光制御素子が得られる。
とそれと光入出力端面とを接続する入出力導波路との間
で薄膜パターンを拡散する対象を基板のみと基板および
積層された誘電体の両方とすることにより両者の屈折率
分布を異ならしめることにより、入出力光導波路部分で
は光ファイバの光エネルギ分布に近い伝搬光エネルギ分
布を与えるように円形化した屈折率分布を設定し、かつ
それとは独立に光制御部を構成する光導波路の屈折率分
布はその伝搬光エネルギ分布が電極近傍に十分閉じ込め
られるように設定することにより、低損失結合が可能で
かつ低電圧動作が可能な光制御素子が得られる。
（実施例） 以下図面を参照して本発明を詳細に説明する。
第１図は本発明による光制御素子の製造方法の一実施例
を説明するために、本発明による方向性結合型光制御素
子の製造方法を示したものである。以下に本発明による
方向性結合型光制御素子の製造方法を順を追って説明す
る。
を説明するために、本発明による方向性結合型光制御素
子の製造方法を示したものである。以下に本発明による
方向性結合型光制御素子の製造方法を順を追って説明す
る。
先ず、LiNbO3基板301上に通常のフォトリソグラフィ技
術を用いて光導波路のパターンを形成する。すなわちLi
NbO3基板301上にフォトレジストを一様に塗布し、光導
波路部分と同形のフォトマスクを通して上記フォトレジ
ストを露光し、現象することによって、フォトレジスト
膜に導波路形状の溝を形成する。ここで方向性結合器部
光導波路パターン302は互いに数μｍの間隔で近接した
幅が数〜数＋μｍ，長さ数〜数＋mmの２本の導波路パタ
ーンとし、入力光導波路パターン303および出力光導波
路パターン304は２本の導波路の間で結合が生じない程
度、例えば数十〜数百μｍ離れた２本の導波路より構成
され、かつ２本の光導波路の間隔は方向性結合器部端部
から入出力光導波路に至る間に徐々に広がって行くよう
にフォトマスクを作成するものとする。フォトリソグラ
フィ技術を用いてフォトレジスト膜に導波路形状の溝を
形成した後、この上からまずTi膜を700〜1100Å程度全
面に蒸着する。次にフォトレジスト膜を溶解することに
よりTiの光導波路パターンを形成する。この後方向性結
合器部302の部分は遮へい板でおおっておき、入出力導
波路部分および入出力光導波路と方向性結合器部導波路
の接続部分に相当する部分にのみにLiNbO3膜305を１〜1
0μｍ程度スパッタ法などにより形成すると第１図に示
すような、入出力光導波路では基板上にTiとLiNbO3膜が
積層され、光制御部分ではTiのみの光導波路パターンが
形成される。なお入出力光導波路部分と光制御部分の境
界は、LiNbO3膜をスパッタ法などで形成する際に前記遮
へい板と基板との間隔を調整することによって、または
遮へい板をLiNbO3膜形成時に徐々に移動することによっ
て任意のテーパ形状とすることができる。第１図のよう
に光導波路のパターンを設置した基板は1000〜1100℃，
５〜10時間程度拡散炉で加熱されることによりTiがLiNb
O3中へ拡算されその部分のみ屈折率がわずかに増加して
光導波路となる。その後光吸収を防ぐためにLiNbO3基板
上にSiO2膜を2000Å以下形成し、方向性結合器部の導波
路の真上にSiO2上にCr,AuもしくはCr,Alを積層した第２
図に示すような１対の電極４を形成する。なお第２図に
おいてはSiO2膜は省略している。以上が本発明による方
向性結合型光制御素子の製造方法であり、以上の製造方
法により第２図に示す方向性結合型光制御素子が形成さ
れる。
術を用いて光導波路のパターンを形成する。すなわちLi
NbO3基板301上にフォトレジストを一様に塗布し、光導
波路部分と同形のフォトマスクを通して上記フォトレジ
ストを露光し、現象することによって、フォトレジスト
膜に導波路形状の溝を形成する。ここで方向性結合器部
光導波路パターン302は互いに数μｍの間隔で近接した
幅が数〜数＋μｍ，長さ数〜数＋mmの２本の導波路パタ
ーンとし、入力光導波路パターン303および出力光導波
路パターン304は２本の導波路の間で結合が生じない程
度、例えば数十〜数百μｍ離れた２本の導波路より構成
され、かつ２本の光導波路の間隔は方向性結合器部端部
から入出力光導波路に至る間に徐々に広がって行くよう
にフォトマスクを作成するものとする。フォトリソグラ
フィ技術を用いてフォトレジスト膜に導波路形状の溝を
形成した後、この上からまずTi膜を700〜1100Å程度全
面に蒸着する。次にフォトレジスト膜を溶解することに
よりTiの光導波路パターンを形成する。この後方向性結
合器部302の部分は遮へい板でおおっておき、入出力導
波路部分および入出力光導波路と方向性結合器部導波路
の接続部分に相当する部分にのみにLiNbO3膜305を１〜1
0μｍ程度スパッタ法などにより形成すると第１図に示
すような、入出力光導波路では基板上にTiとLiNbO3膜が
積層され、光制御部分ではTiのみの光導波路パターンが
形成される。なお入出力光導波路部分と光制御部分の境
界は、LiNbO3膜をスパッタ法などで形成する際に前記遮
へい板と基板との間隔を調整することによって、または
遮へい板をLiNbO3膜形成時に徐々に移動することによっ
て任意のテーパ形状とすることができる。第１図のよう
に光導波路のパターンを設置した基板は1000〜1100℃，
５〜10時間程度拡散炉で加熱されることによりTiがLiNb
O3中へ拡算されその部分のみ屈折率がわずかに増加して
光導波路となる。その後光吸収を防ぐためにLiNbO3基板
上にSiO2膜を2000Å以下形成し、方向性結合器部の導波
路の真上にSiO2上にCr,AuもしくはCr,Alを積層した第２
図に示すような１対の電極４を形成する。なお第２図に
おいてはSiO2膜は省略している。以上が本発明による方
向性結合型光制御素子の製造方法であり、以上の製造方
法により第２図に示す方向性結合型光制御素子が形成さ
れる。
本発明による製造方法では方向性結合器部はTiをLiNbO3
基板中のみに拡散しているので、方向性結合器部の光導
波路2,3の深さ方向の屈折率分布は第３図(a)に示すよう
に大きく、伝搬光のエネルギ分布は第３図(c)に示すよ
うに小さくなり光導波路内に強く、小さく閉じ込めら
れ、低電圧で光路切換えが可能である。一方光導波路と
光ファイバとの結合においては、光ファイバのスポット
サイスが単一モードファイバにおいても10μｍ(1／e2全
幅)程度と比較的大きいため光導波路出射光のエネルギ
分布もある程度広がっており、かつ光ファイバの光強度
分布は対称であるので、光導波路出射光のエネルギ分布
も基板方向と深さ方向で対称であることが低損失結合の
ためには必要である。
基板中のみに拡散しているので、方向性結合器部の光導
波路2,3の深さ方向の屈折率分布は第３図(a)に示すよう
に大きく、伝搬光のエネルギ分布は第３図(c)に示すよ
うに小さくなり光導波路内に強く、小さく閉じ込めら
れ、低電圧で光路切換えが可能である。一方光導波路と
光ファイバとの結合においては、光ファイバのスポット
サイスが単一モードファイバにおいても10μｍ(1／e2全
幅)程度と比較的大きいため光導波路出射光のエネルギ
分布もある程度広がっており、かつ光ファイバの光強度
分布は対称であるので、光導波路出射光のエネルギ分布
も基板方向と深さ方向で対称であることが低損失結合の
ためには必要である。
本発明による製造方法においては入力光導波路5,6およ
び出力光導波路7,8の部分はTiパターンを基板中および
積層されたLiNbO3膜中の両者に拡散するため屈折率が第
３図(b)に示すように、方向性結合器部の屈折率に比べ
て小さく、伝搬光のエネルギ分布は第３図(d)に示すよ
うに広がっており、かつ光強度分布が深さ方向にも対称
な分布となる。したがって光ファイバと低損失に結合す
ることが可能となる。なお、光導波路2,3と入力光導波
路5,6および出力光導波路7,8の接続部分9,１０は伝搬光
のモード変換による損失を小さくするために屈折率が第
３図(a)の分布から(b)の分布へと数百μｍから数mmにわ
たって徐々に変化するように形成されている。これは積
層するLiNbO3膜の厚さにテーパを付けることにより可能
である。
び出力光導波路7,8の部分はTiパターンを基板中および
積層されたLiNbO3膜中の両者に拡散するため屈折率が第
３図(b)に示すように、方向性結合器部の屈折率に比べ
て小さく、伝搬光のエネルギ分布は第３図(d)に示すよ
うに広がっており、かつ光強度分布が深さ方向にも対称
な分布となる。したがって光ファイバと低損失に結合す
ることが可能となる。なお、光導波路2,3と入力光導波
路5,6および出力光導波路7,8の接続部分9,１０は伝搬光
のモード変換による損失を小さくするために屈折率が第
３図(a)の分布から(b)の分布へと数百μｍから数mmにわ
たって徐々に変化するように形成されている。これは積
層するLiNbO3膜の厚さにテーパを付けることにより可能
である。
上述のように本発明の光制御素子の製造方法を用いれば
入出力光導波路部と方向性結合器部光導波路部の屈折率
分布を別々に設定することができ入出力光導波路部にお
いては導波光のエネルギー分布を光ファイバのエネルギ
ー分布に一致した円形化した分布とすることができ、方
向性結合器部においてはエネルギー分布を基板表面に強
く閉じこめることができる。したがって従来の製造方法
よりもさらに光制御素子の低損失、低電圧化が可能であ
る。しかも本発明の製造方法は従来の製造方法と比べ
て、入出力光導波路路にLiNbO3を積層するという工程が
増えるだけであり、製造工程としては従来方法とほとん
ど変わりは無く、また困難も伴わない。
入出力光導波路部と方向性結合器部光導波路部の屈折率
分布を別々に設定することができ入出力光導波路部にお
いては導波光のエネルギー分布を光ファイバのエネルギ
ー分布に一致した円形化した分布とすることができ、方
向性結合器部においてはエネルギー分布を基板表面に強
く閉じこめることができる。したがって従来の製造方法
よりもさらに光制御素子の低損失、低電圧化が可能であ
る。しかも本発明の製造方法は従来の製造方法と比べ
て、入出力光導波路路にLiNbO3を積層するという工程が
増えるだけであり、製造工程としては従来方法とほとん
ど変わりは無く、また困難も伴わない。
第４図は本発明による光制御素子の製造方法の他の実施
例を説明するために、本発明による分岐干渉型光変調器
の製造方法を示したものである。以下に本発明による分
岐干渉型光変調器の製造方法を説明する。
例を説明するために、本発明による分岐干渉型光変調器
の製造方法を示したものである。以下に本発明による分
岐干渉型光変調器の製造方法を説明する。
先ず、LiNbO3基板401上に通常のファトリソグラフィ技
術を用いて光導波路のパターンを形成する。すなわちLi
NbO3基板上にフォトレジストを一様に塗布し、光導波路
部分と同形のフォトマスクを通して上記フォトレジスト
を露光し、現像することによってフォトレジスト膜に導
波路形状の溝を形成する。ここで光導波路パターンは幅
数〜数10μｍである。３dB分岐部光導波路パターン405
はＹ分岐光導波路であり、その開き角を数ｍradとし、
２本の位相変調器部光導波路パターン402の間隔は数十
μｍとする。合流部光導波路パターン406も３dB分岐部
光導波路パターン405と同様開き角数ｍradのＹ分岐光導
波路パターンである。フォトリソグラフィ技術を用いて
フォトレジスト膜に導波路形状の溝を形成した後、この
上からまずTi膜を700〜1100Å程度全面に形成する。次
にフォトレジスト膜を溶解することによりTiの光導波路
パターンを形成する。この後3dB分岐部光導波路パター
ン405,位相変調器部光導波路パターン402,および合流部
光導波路パターン406の部分は遮へい板でおおってお
き、入力光導波路パターん403および出力光導波路パタ
ーン404の部分にのみ、LiNbO3膜407を１〜１０μｍ程度
スパッタ法などにより形成すると第４図に示すような入
出力光導波路部では基板上にTiとLiNbO3膜が積層され、
分岐干渉型光変調器部ではTiのみの光導波路パターンが
形成される。なお入出力光導波路部分と分岐干渉型光変
調器部分の境界は、LiNbO3膜をスパッタ法などで形成す
る際に、前記遮へい板と基板の間隔を調整することによ
って、または遮へい板をLiNbO3膜形成時に徐々に移動す
ることによって任意のテーパ形状とすることができる。
第４図のように光導波路のパターンを設置した基板は10
00〜1100℃，５〜10時間程度拡散炉中で加熱されること
によりTiがLiNbO3中へ拡散されその部分の屈折率が変化
することにより光導波路502503が形成される。その後電
極での光吸収を防ぐためにLiNbO3基板上にSiO2膜を2000
Å以下形成し、位相変調器部の導波路の真上に、SiO2上
にCrとAuもしくはCrとAlを積層した第５図に示すような
電極504を形成する。その後入出力光導波路に垂直方向
に研磨もしくはへき開により光入出力端面を形成する。
なお第５図においてはSiO2膜は省略している。以上が本
発明による分岐干渉型光変調器の製造方法であり、以上
の製造方法により第５図に示す分岐干渉型光変調器が形
成される。
術を用いて光導波路のパターンを形成する。すなわちLi
NbO3基板上にフォトレジストを一様に塗布し、光導波路
部分と同形のフォトマスクを通して上記フォトレジスト
を露光し、現像することによってフォトレジスト膜に導
波路形状の溝を形成する。ここで光導波路パターンは幅
数〜数10μｍである。３dB分岐部光導波路パターン405
はＹ分岐光導波路であり、その開き角を数ｍradとし、
２本の位相変調器部光導波路パターン402の間隔は数十
μｍとする。合流部光導波路パターン406も３dB分岐部
光導波路パターン405と同様開き角数ｍradのＹ分岐光導
波路パターンである。フォトリソグラフィ技術を用いて
フォトレジスト膜に導波路形状の溝を形成した後、この
上からまずTi膜を700〜1100Å程度全面に形成する。次
にフォトレジスト膜を溶解することによりTiの光導波路
パターンを形成する。この後3dB分岐部光導波路パター
ン405,位相変調器部光導波路パターン402,および合流部
光導波路パターン406の部分は遮へい板でおおってお
き、入力光導波路パターん403および出力光導波路パタ
ーン404の部分にのみ、LiNbO3膜407を１〜１０μｍ程度
スパッタ法などにより形成すると第４図に示すような入
出力光導波路部では基板上にTiとLiNbO3膜が積層され、
分岐干渉型光変調器部ではTiのみの光導波路パターンが
形成される。なお入出力光導波路部分と分岐干渉型光変
調器部分の境界は、LiNbO3膜をスパッタ法などで形成す
る際に、前記遮へい板と基板の間隔を調整することによ
って、または遮へい板をLiNbO3膜形成時に徐々に移動す
ることによって任意のテーパ形状とすることができる。
第４図のように光導波路のパターンを設置した基板は10
00〜1100℃，５〜10時間程度拡散炉中で加熱されること
によりTiがLiNbO3中へ拡散されその部分の屈折率が変化
することにより光導波路502503が形成される。その後電
極での光吸収を防ぐためにLiNbO3基板上にSiO2膜を2000
Å以下形成し、位相変調器部の導波路の真上に、SiO2上
にCrとAuもしくはCrとAlを積層した第５図に示すような
電極504を形成する。その後入出力光導波路に垂直方向
に研磨もしくはへき開により光入出力端面を形成する。
なお第５図においてはSiO2膜は省略している。以上が本
発明による分岐干渉型光変調器の製造方法であり、以上
の製造方法により第５図に示す分岐干渉型光変調器が形
成される。
本発明による製造方法では、位相変調器部はTiをLiNbO3
基板中のみに拡散しているので位相変調器部の光導波路
の深さ方向の屈折率分布は第３図(a)と同様であり大き
く、伝搬光のエネルギ分布は第３図(c)に示すように小
さくなり、光導波路内に強く、小さく閉じ込めれるの
で、低電圧で光の変調が可能である。また本発明による
製造方法においては、入出力光導波路部分507,508は、T
iパターンを基板中および積層されたLiNbO3膜中の両者
に拡散することにより形成している。したがって入力光
導波路507および出力光導波路508では屈折率の最大値が
第３図(b)に示すように、位相変調器部の屈折率に比べ
て小さく、伝搬光のエネルギ分布は第３図(d)に示すよ
うに広がっておりかつ光強度分布が深さ方向にも対称な
分布となる。したがって光ファイバと低損失に結合する
ことが可能となる。
基板中のみに拡散しているので位相変調器部の光導波路
の深さ方向の屈折率分布は第３図(a)と同様であり大き
く、伝搬光のエネルギ分布は第３図(c)に示すように小
さくなり、光導波路内に強く、小さく閉じ込めれるの
で、低電圧で光の変調が可能である。また本発明による
製造方法においては、入出力光導波路部分507,508は、T
iパターンを基板中および積層されたLiNbO3膜中の両者
に拡散することにより形成している。したがって入力光
導波路507および出力光導波路508では屈折率の最大値が
第３図(b)に示すように、位相変調器部の屈折率に比べ
て小さく、伝搬光のエネルギ分布は第３図(d)に示すよ
うに広がっておりかつ光強度分布が深さ方向にも対称な
分布となる。したがって光ファイバと低損失に結合する
ことが可能となる。
以上のように本発明による分岐干渉型光変調器の製造方
法を用いれば入出力光導波路部と位相変調器部光導波路
部の屈折率分布を別々に設定することができ、入出力光
導波路部においては導波光のエネルギー分布を光ファイ
バのエネルギー分布に一致した円形化した分布とするこ
とができ、位相変調器部においてはエネルギー分布を基
板表面に強く閉じこめることができる。したがって従来
の製造方法よりもさらに低損失、低電圧の光制御素子を
本方法により製造することが可能である。しかも従来の
製造方法と比較して、導波路の屈折率を下げる金属原子
を積層する工程が増えるだけであり、従来方法とほとん
ど変わりはない。
法を用いれば入出力光導波路部と位相変調器部光導波路
部の屈折率分布を別々に設定することができ、入出力光
導波路部においては導波光のエネルギー分布を光ファイ
バのエネルギー分布に一致した円形化した分布とするこ
とができ、位相変調器部においてはエネルギー分布を基
板表面に強く閉じこめることができる。したがって従来
の製造方法よりもさらに低損失、低電圧の光制御素子を
本方法により製造することが可能である。しかも従来の
製造方法と比較して、導波路の屈折率を下げる金属原子
を積層する工程が増えるだけであり、従来方法とほとん
ど変わりはない。
（本発明の効果） 以上述べたように本発明によれば低損失に光ファイバ結
合可能でかつ、低電圧動作可能な光制御回路の製造方法
が得られる。
合可能でかつ、低電圧動作可能な光制御回路の製造方法
が得られる。
本発明は、いかなる方式の光制御素子、例えば光位相変
調器や交差導波路形光スイッチ等に対しても従来それぞ
れ別々の素子で得られている低動作電圧特性と低損失光
ファイバ結合特性の両方を１つの素子で得ることができ
る。本発明に用いる基板材料、光導波路形状、電極形状
等は上記実施例に限定されるものでなく、基板材料とし
て、LiTaO3結晶等の強誘電体結晶を、光導波路としては
熱拡散とイオン交換の両者と併用した光導波路等を、電
極形状としては、高速化により適した進行波形の電極等
を用いることができる。
調器や交差導波路形光スイッチ等に対しても従来それぞ
れ別々の素子で得られている低動作電圧特性と低損失光
ファイバ結合特性の両方を１つの素子で得ることができ
る。本発明に用いる基板材料、光導波路形状、電極形状
等は上記実施例に限定されるものでなく、基板材料とし
て、LiTaO3結晶等の強誘電体結晶を、光導波路としては
熱拡散とイオン交換の両者と併用した光導波路等を、電
極形状としては、高速化により適した進行波形の電極等
を用いることができる。
また、近藤、小松、太田により第７回集積光学と導波光
学に関する会議（7th Topical meeting on Integrated
and Guided-Wave Optics）のテクニカル・ダイジェスト
TuA5−1に述べられているように、光制御素子を構成す
る光導波路と入出力光導波路との間で拡散する金属原子
を含む薄膜パターンの膜厚を別々に設定して両者の境界
をテーパ形状とし、入出力光導波路に担当する部分にの
み誘電体を積層した後に薄膜パターンを基板中および積
層した誘電体中に熱拡散して光導波路を形成すれば、光
入出力導波路と光制御素子部分の光導波路の屈折率分布
を独立にかつさらにきめ細かく制御でき、さらに低損失
に光ファイバと結合できかつ低電圧動作可能な光制御素
子の製造方法が得られる。
学に関する会議（7th Topical meeting on Integrated
and Guided-Wave Optics）のテクニカル・ダイジェスト
TuA5−1に述べられているように、光制御素子を構成す
る光導波路と入出力光導波路との間で拡散する金属原子
を含む薄膜パターンの膜厚を別々に設定して両者の境界
をテーパ形状とし、入出力光導波路に担当する部分にの
み誘電体を積層した後に薄膜パターンを基板中および積
層した誘電体中に熱拡散して光導波路を形成すれば、光
入出力導波路と光制御素子部分の光導波路の屈折率分布
を独立にかつさらにきめ細かく制御でき、さらに低損失
に光ファイバと結合できかつ低電圧動作可能な光制御素
子の製造方法が得られる。
第１図は本発明による光制御回路の製造方法の第１の実
施例を説明するための方向性結合型光制御素子の製造方
法を説明するための図、第２図は本発明により得られる
方向性結合型光制御素子の構成を示す図、第３図は本発
明による光制御素子の製造方法の原理を説明するための
図、第４図、第５図は本発明の第２の実施例を示す図で
ある。 図において 301,401 LiNbO3基板 2,3,5,6,7,8,9,10,502,503光導波路 4,504電極 302方向性結合器部導波路パターン（Ti） 303,403入力光導波路パターン（Ti） 304,404出力光導波路パターン（Ti） 305,407LiNbO3膜 405,3dB分岐部 406分流部
施例を説明するための方向性結合型光制御素子の製造方
法を説明するための図、第２図は本発明により得られる
方向性結合型光制御素子の構成を示す図、第３図は本発
明による光制御素子の製造方法の原理を説明するための
図、第４図、第５図は本発明の第２の実施例を示す図で
ある。 図において 301,401 LiNbO3基板 2,3,5,6,7,8,9,10,502,503光導波路 4,504電極 302方向性結合器部導波路パターン（Ti） 303,403入力光導波路パターン（Ti） 304,404出力光導波路パターン（Ti） 305,407LiNbO3膜 405,3dB分岐部 406分流部
Claims (1)
- 【請求項１】基板上に金属原子を含む薄膜を所望のパタ
ーン状に積層する工程と、前記薄膜パターンを形成した
基板上に入出力光導波路に相当する部分を含むようにし
て部分的に誘電体を積層する工程と、上記基板を加熱し
て上記薄膜パターンを該基板中および積層した誘電体中
に拡散させることによって光導波路を形成する工程と、
前記基板中のみに薄膜パターンが拡散されて形成された
光導波路の上部に電極を設置して少くとも１つの光制御
部を形成する工程と、該光制御部と接続されかつ前記基
板中および積層された誘電体中の両者に薄膜パターンが
拡散された光導波路の端部に光入出力端面を形成する工
程とを少なくとも備えていることを特徴とする光制御素
子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59257852A JPH0644086B2 (ja) | 1984-12-06 | 1984-12-06 | 光制御素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59257852A JPH0644086B2 (ja) | 1984-12-06 | 1984-12-06 | 光制御素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61134730A JPS61134730A (ja) | 1986-06-21 |
| JPH0644086B2 true JPH0644086B2 (ja) | 1994-06-08 |
Family
ID=17312052
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59257852A Expired - Lifetime JPH0644086B2 (ja) | 1984-12-06 | 1984-12-06 | 光制御素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0644086B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4868763B2 (ja) * | 2005-03-31 | 2012-02-01 | 住友大阪セメント株式会社 | 光変調器 |
| JP4682081B2 (ja) * | 2006-04-27 | 2011-05-11 | 富士通株式会社 | 光デバイス |
| JP5254855B2 (ja) * | 2008-03-28 | 2013-08-07 | 日本碍子株式会社 | 進行波型光変調器 |
| TW201346363A (zh) * | 2012-05-11 | 2013-11-16 | Hon Hai Prec Ind Co Ltd | 光波導方向耦合器 |
| JP7205317B2 (ja) * | 2019-03-13 | 2023-01-17 | 住友大阪セメント株式会社 | 光導波路素子及びその製造方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57211103A (en) * | 1981-06-23 | 1982-12-24 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Production for optical waveguide |
| JPS59137346A (ja) * | 1983-01-27 | 1984-08-07 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | ガラス導波路の作製法 |
-
1984
- 1984-12-06 JP JP59257852A patent/JPH0644086B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57211103A (en) * | 1981-06-23 | 1982-12-24 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Production for optical waveguide |
| JPS59137346A (ja) * | 1983-01-27 | 1984-08-07 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | ガラス導波路の作製法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61134730A (ja) | 1986-06-21 |
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