JPH07120631A

JPH07120631A - 光導波路型部品

Info

Publication number: JPH07120631A
Application number: JP18010294A
Authority: JP
Inventors: Sukehito Asano; 祐人浅野; Tetsuya Ejiri; 哲也江尻
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1993-09-06
Filing date: 1994-08-01
Publication date: 1995-05-12

Abstract

(57)【要約】【目的】光導波路型部品の周囲の温度を変化させた場合
にも、光導波路の機能部分における挿入損失、分岐比、
消光比等の変動を防止することである。【構成】強誘電性結晶からなる光導波路基板１の主面１
ａ側に、光導波路４を形成する。光の分岐又は結合を行
うための機能部分４ｂが、光導波路４に少なくとも一つ
設けられている。強誘電性結晶における自発分極方向Ａ
が、光の進行方向に対して交差している。光導波路基板
１においてそれぞれ反対の電荷を発生する第一の結晶面
１ｂと第二の結晶面１ｃとが、光導波路基板１に存在し
ている。第一の結晶面１ｂと主面１ａとの境界から機能
部分４ｂに至る一方の領域５Ａに、第一の導電性膜６ａ
が形成されている。第二の結晶面１ｃと主面１ａとの境
界から機能部分４ｂに至る他方の領域５Ｂに第二の導電
性膜６ｃが形成されている。第一の導電性膜６ａと第二
の導電性膜６ｃとが電気的に導通している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、強誘電性結晶製の光導
波路基板を有する光導波路型部品に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光計測システム、光通信システム等にお
いて、各種の電気光学結晶上に三次元光導波路を形成
し、光導波路型部品を製造することが知られている。こ
うした光導波路型部品としては、光分岐素子、光変調素
子、光偏向素子、光スイッチ、マルチプレクサー等が知
られている。こうした導波型のデバイスは、小型で安定
性が良く、少ない電力で駆動させることができ、高速で
信号が伝達できるという利点を有しており、注目されて
いる。

【０００３】本発明者は、いわゆるＹ分岐形の三次元光
導波路を、ＬｉＮｂＯ₃からなる基板上に形成して光導
波路型部品を製造し、これを、光ファイバジャイロスコ
ープ用の変調器として使用することを、主として研究し
ていた。即ち、上記光導波路の一端から光を入れ、光導
波路の分岐部分において光を５０：５０（％）の割合で
分岐させる。分岐した光の一方に、所定の電圧を加えて
位相変調する。目的とする光学系の回転によって生ず
る、Ｓａｇｎａｃ効果による位相差を、この光導波路型
部品において検出する。こうして検出した位相差を、光
学系の回転角速度と位相差との関係式に代入し、回転速
度を算出する。

【０００４】また、本発明者は、いわゆるマッハツェン
ダー型の光導波路を基板上に形成し、マッハツェンダー
型の強度変調器を製造する研究を進めていた。即ち、強
度変調器への入力光を分岐させ、各分岐光に対し電圧を
印加して光の位相を変調させ、次いで変調後の光を干渉
させてその強度を変化させるものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この研究の過程で、本
発明者は、次の問題に直面した。即ち、光ファイバジャ
イロスコープ用の変調器においては、上記の分岐比を、
できるだけ５０：５０という設定値に近くすることが必
要である。しかし、特に光ファイバジャイロスコープ用
途ではこの許容範囲が狭い。これは、分岐比が５０：５
０から外れると、たとえ光学系の回転速度が変化してい
なくとも、算出される回転角速度が大幅に変動するた
め、変調器として役に立たなくなるからである。

【０００６】例えば、分岐比が５０：５０から４０：６
０へと一時的に変動したと仮定すると、回転角速度の算
出値は２０％程度変動することになる。この理由から、
光ファイバジャイロスコープ用途では上記分岐比を４
８：５２〜５０：５０の範囲内に収めることが要求され
ている。一方、光導波路型部品には、広い温度範囲で正
確に動作することが、基本的特性として要求される。し
かし、光導波路型部品の周囲の温度を変化させると、光
導波路の分岐部分での分岐比が一時的に大きく変動し、
分岐比が３０：７０、極端な場合には１００：０近くに
なることがあった。また、この分岐比の変動に加え、挿
入損失の変動も生じた。

【０００７】また、マッハツェンダー型強度変調器にお
いては、光の分岐比率が変化する結果、消光比が大きく
変動し、同時に光導波路全体の挿入損失も一時的に増大
した。

【０００８】本発明の課題は、強誘電性結晶からなり、
主面側に形成された光導波路を有する光導波路基板を備
えており、光の分岐又は結合を行うための機能部分が光
導波路に少なくとも一つ設けられている光導波路型部品
において、光導波路型部品の周囲の温度を変化させて
も、光の挿入損失、分岐比、消光比等の特性が劣化しな
いようにすることである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の光導波路型部品
は、強誘電性結晶からなり、主面側に形成された光導波
路を有する光導波路基板を備えており、光の分岐又は結
合を行うための機能部分が光導波路に少なくとも一つ設
けられており、強誘電性結晶における自発分極方向が、
光の進行方向に対して交差している。光導波路基板にお
いてそれぞれ反対の電荷を発生する第一の結晶面と第二
の結晶面とが、光導波路基板に存在している。第一の結
晶面と主面との境界から機能部分に至る一方の領域内に
第一の導電性膜が形成されており、第二の結晶面と主面
との境界から機能部分に至る他方の領域内に第二の導電
性膜が形成されており、第一の導電性膜と第二の導電性
膜とが電気的に導通していることを特徴とする。

【００１０】

【作用】本発明者は、上記したように、光導波路の機能
部分における挿入損失、分岐比、消光比等が変動する理
由について、種々検討した。この結果、光導波路型部品
の周囲の温度変化によって焦電が発生し、この焦電によ
り、光導波路基板の自発分極方向の結晶面で電荷が多量
に発生し、この電荷による電界が、光導波路の機能部分
における光の振る舞いに大きく干渉していることを発見
した。

【００１１】ここで、本発明者は、第一の結晶面と主面
との境界から機能部分に至る一方の領域内に第一の導電
性膜を形成し、第二の結晶面と主面との境界から機能部
分に至る他方の領域内に第二の導電性膜を形成し、第一
の導電性膜と第二の導電性膜とを電気的に導通させてみ
た。この結果、光導波路の機能部分における挿入損失、
分岐比、消光比等の変動が、顕著に減少することを見い
だした。

【００１２】こうした顕著な効果が得られる理由は、必
ずしも明白ではない。ただ、焦電により電荷が発生する
各結晶面から光導波路の機能部分へと至る領域に導電性
膜を設けることで、各結晶面に電荷が発生したときに
も、この導電性膜の周辺では電気力線が疎になり、電位
勾配が小さくなる。このため、機能部分への焦電の影響
が小さくなるのであろう。しかも、第一の導電性膜と第
二の導電性膜とを電気的に導通させることで、機能部分
の両側にある各導電性膜の電位がほぼ同電位になり、焦
電の影響が及びにくくなるものと考えられる。

【００１３】なお、本発明の方法では、電荷が直接発生
する第一の結晶面および第二の結晶面のいずれにも、導
電性膜などを形成してはおらず、結晶面上に瞬間的に発
生した電荷を、消去してはいない。しかし、本発明によ
れば、このように、結晶面上の電荷を直接消去しない状
況下においても、光が分岐する機能部分への瞬間的な悪
影響を防止することができるのである。

【００１４】なお、特開平第５─８８１２５号公報で
は、光導波路の表面にバッファー層を形成し、このバッ
ファー層の表面に帯電防止膜を形成し、この上に制御用
電極を設けている。しかし、この発明では、焦電で発生
した電荷が、制御用電極の影響によって結晶表面で不均
一に偏よることを、帯電防止膜によって防止しているだ
けである。この帯電防止膜には、焦電によって発生した
電荷を即時に取り除く機能はない。また、光導波路は直
線状である。

【００１５】特開平第２─２５７１０８号公報では、焦
電の影響を減らすことを目的にしてはいる。このために
２枚の強誘電体基板を、自発分極方向が互いに反対にな
るように導電材を介して結合させている。しかし、これ
では、２枚の強誘電体基板の接合面にある電荷は消去さ
れるが、接合されていない表面の電荷は除去されない。
従って、強誘電体基板内にやはり電界が残るので、焦電
の影響は消去できない。また、光導波路は直線状であ
る。

【００１６】

【実施例】第一の導電性膜と前記第二の導電性膜とを電
気的に導通させるのには、次の方法が好ましい。（１）光導波路基板の表面（光導波路のある側）に、制
御用電極を形成する際に、これと同時に短絡用の導通パ
ターン又は導電性細条を形成する。この方法によれば、
印刷や蒸着法によって制御用電極を形成するのと同時
に、導通パターンを形成して、上記の各導電性膜を導通
させることができるので、製造上有利である。ただし、
この導通パターンを光導波路の上に形成する必要がある
ので、光の挿入損失の原因となる場合がある。

【００１７】（２）光導波路基板の表面（光導波路のあ
る側）において、第一の導電性膜と第二の導電性膜との
間をワイヤーによって結ぶ。このワイヤーは、光導波路
の上を通る。この場合には、ワイヤーが光導波路に対し
て接触しないので、光導波路において前記のような挿入
損失が生ずる可能性はない。しかし、ワイヤーを各導電
性膜に対して接触させる工程が必要である。

【００１８】（３）第一の導電性膜と第二の導電性膜と
を、一体の導電性膜の一部として形成する。この方法に
よる場合にも、印刷や蒸着法によって制御用電極を形成
するのと同時に、一体の導電性膜を形成することができ
る。

【００１９】特に、光導波路型部品が能動型の光導波路
型部品であり、分岐側の各光導波路の外側と内側とにそ
れぞれ制御用電極を備えており、これらの制御用電極に
よって分岐側の各光導波路に対して制御用電圧を印加で
きるように構成されている場合に、第一の導電性膜と前
記第二の導電性膜とを、分岐側の各光導波路の外側にあ
る各制御用電極に対してそれぞれ電気的に導通させるこ
とができる。

【００２０】また、前記したような能動型の光導波路型
部品において、第一の導電性膜と前記第二の導電性膜と
を、分岐側の各光導波路の外側にある各制御用電極と絶
縁することができる。この場合には、第一の導電性膜お
よび第二の導電性膜における電位が、制御用電極に加わ
る電位の影響を受けないので、焦電を防止するという観
点から、一層好ましい。

【００２１】また、前記機能部分において、分岐した複
数の光導波路の間の領域内に第三の導電性膜を形成し、
この第三の導電性膜を、第一の導電性膜と第二の導電性
膜との少なくとも一方に対して電気的に接続することが
できる。この方法によれば、前記機能部分の内側におい
ても、前記したような、焦電による影響を排除する作用
効果があり、一層好ましいことを確認した。

【００２２】この場合において、光導波路型部品が能動
型の光導波路型部品であり、分岐側の各光導波路の外側
と内側とにそれぞれ制御用電極を備えており、これらの
制御用電極によって分岐側の各光導波路に対して制御用
電圧を印加できるように構成されている場合には、更
に、第三の導電性膜を、分岐側の各光導波路の内側にあ
る制御用電極と絶縁することが好ましい。なぜなら、第
三の導電性膜と、分岐側の各光導波路の内側にある制御
用電極とが導通していると、各導電性膜の電位が、内側
にある制御用電極の電位変化に影響を受けるからであ
る。特に、第一の導電性膜や第二の導電性膜が、分岐側
の各光導波路の外側にある各制御用電極と導通している
場合には、第三の導電性膜を、分岐側の各光導波路の内
側にある制御用電極と絶縁する必要がある。

【００２３】強誘電性結晶としては、ＬｉＮｂＯ₃、Ｌ
ｉＴａＯ₃、Ｌｉ（Ｎｂ _x，Ｔａ_1-x）Ｏ₃、ＢａＴｉ
Ｏ₃、ＺｎＯ、ＮＨ₄Ｈ₂ＰＯ₄、ＫＨ₂ＰＯ₄、ＫＴ
ｉＯＰＯ₄等が好ましい。光導波路の種類としては、次
の（１）、（２）のものが好ましい。（１）強誘電性結
晶内にチタン、銅等を熱により拡散させて形成した光導
波路。（２）ＬｉＮｂＯ₃、ＬｉＴａＯ₃、Ｌｉ（Ｎｂ
_x，Ｔａ_1- _x）Ｏ₃結晶のＬｉ原子を水素原子と交換さ
せるプロトン交換法により、形成された光導波路。その
他、リッジ型の光導波路、誘電体装荷型光導波路、金属
装荷型光導波路等に対しても、本発明は適用できる。

【００２４】本発明の光導波路型部品では、光の分岐又
は結合を行うための機能部分が前記光導波路に少なくと
も一つ設けられている。光導波路自体の平面形状は、直
線状であってもよく、曲線状であってもよい。上記の機
能部分は、いわゆるＹ字状分岐部、方向性結合器であっ
てよい。

【００２５】Ｙ字状分岐部は、一列の光導波路と二列の
光導波路とを結合したものであり、光の分岐及び／又は
結合のために使用される。方向性結合器は、隣り合う光
導波路を近接して配置し、光導波路間で導波光を移行さ
せるものである。従って、入力側の光を方向性結合器の
部分で分岐させ、入力光の出力を分配することができ
る。むろん、上記したＹ字状分岐部と方向性結合器とを
併用することもできる。

【００２６】本発明の光導波路型部品は、能動素子、受
動素子として使用することができる。この受動素子とし
ては、光分波素子、複数のＹ字状分岐部のカスケード構
造からなる光導波路を有するスターカプラー等がある。
この能動素子としては、強度変調器、位相変調器、光ス
イッチング素子、光音響素子、光コンピューターの論理
素子（ＡＮＤ素子、ＯＲ素子）、上記のスターカプラー
に光変調用電極を配置した多重変調素子等を例示でき
る。

【００２７】特に、能動素子の内でも、光ファイバジャ
イロスコープ用の光変調器においては、出力光の分岐比
が所定値から外れると、測定すべき光学系の回転角速度
の値が極端にずれ、役に立たなくなる（前述）。従っ
て、本発明の光導波路型部品は、この用途に最も適して
いる。

【００２８】また、マッハツェンダー型強度変調器にお
いては、最も重要な消光比が前記のように変動すると言
う問題があったが、これが本発明によって防止される。
更に、光分波素子、光スイッチング素子、論理素子等、
光の出力を分割するための光導波路型部品においても、
分割された出力に変動があると誤動作が生ずる。従っ
て、本発明は、こうした素子に対しても極めて有用であ
る。特に、光スイッチング素子、論理素子においては、
２列の光導波路に分割された各光の出力からＯＮ─ＯＦ
Ｆのいずれかを読み取るため、分割された出力がしきい
値を越えて変動するとＯＮとＯＦＦとが入れ代わり、極
端な誤動作が生ずる。

【００２９】また、上記のスターカプラーや多重変調素
子においては、Ｙ字状分岐部がカスケード構造をなすよ
うに、複数のＹ字状分岐部が配列されている。従って、
これらの各Ｙ字状分岐部の分岐比が所定値から変動する
と、光導波路型部品の入力部分から出力部分へと至るま
でに、この変動が乗数的に累積する。従って、一つのＹ
字状分岐部における変動が例えば５％であったとして
も、これが累積すると極めて大きな変動になる。従っ
て、本発明は、こうしたスターカプラーや多重変調素子
に対して効果的である。

【００３０】本発明において、第一、第二および第三の
各導電性膜としては、次のものを使用できる。（１）蒸着により、酸化インジウム、酸化インジウム─
酸化すず、酸化銅、Ｓｉ／Ｇｅ等の、半導体、金属から
なる薄膜を形成する。（２）酸化インジウム、酸化インジウム─酸化すず、酸
化銅、Ｓｉ／Ｇｅ等の、半導体、金属を含んだ材料、特
にペーストを、結晶面に塗布してペースト層を形成し、
このペースト層を焼き付ける。（３）結晶面をプラズマ処理するか、酸処理することに
より、結晶面の結晶構造を破壊し、低抵抗層を形成す
る。（４）カーボンブラック、グラファイト等の、導電性と
遮光性とを備えた材料からなる薄膜を形成する。こうし
た薄膜は、これらの粉末を含んだ材料、特にペースト
を、結晶面に塗布してペースト層を形成し、このペース
ト層を焼き付けることによって、形成することができ
る。

【００３１】以下、図面を参照しつつ、本発明の好適例
を説明する。図１は、本発明の実施例にかかる光導波路
型部品を概略的に示す平面図である。ＬｉＮｂＯ ₃、Ｌ
ｉＴａＯ₃又はＬｉ（Ｎｂ_x，Ｔａ_1-x）Ｏ₃からなる
Ｘ板によって、光導波路基板１が形成されている。光導
波路基板１の主面１ａに、三次元光導波路４が形成され
ている。光導波路４は、入力側の直線状部４ａ、Ｙ字状
分岐部４ｂ、及び出力側にある一対の直線状部４ｃから
なる。

【００３２】光導波路基板１の入力側に光ファイバ保持
基板３Ａが結合され、光ファイバ保持基板３Ａによって
光ファイバ２Ａが保持されている。光ファイバ２Ａと直
線状部４ａとが光学結合されている。光導波路基板１の
出力側に光ファイバ保持基板３Ｂが結合され、光ファイ
バ保持基板３Ｂによって、一対の光ファイバ２Ｂが保持
されている。各光ファイバ２Ｂと各直線状部４ｃとが光
学結合されている。

【００３３】本例では、光導波路基板１を構成する強誘
電性結晶における自発分極方向が、矢印Ａの方向であ
り、光の進行方向に対してほぼ直交している。この自発
分極方向は、光の進行方向に対して、所定の角度をもっ
て交差させればよいが、直交させることが好ましい。第
一の結晶面１ｂと第二の結晶面１ｃとが、光導波路基板
１に存在している。第一の結晶面１ｂと第二の結晶面１
ｃとは、焦電によってそれぞれ反対の電荷を発生させ
る。

【００３４】第一の結晶面１ｂと主面１ａとの境界から
Ｙ字状分岐部４ｂに至る一方の領域５Ａに、第一の導電
性膜６ａが形成されており、第二の結晶面１ｃと主面１
ａとの境界からＹ字状分岐部４ｂに至る他方の領域５Ｂ
に、第二の導電性膜６ｃが形成されている。本例では、
第一の導電性膜６ａと第二の導電性膜６ｃとが一体化さ
れ、一体の導電性膜６を構成している。

【００３５】導電性膜６の形状を説明する。各導電性膜
６ａ、６ｃは、共に略台形状であり、各導電性膜６ａ、
６ｃの外縁側は、主面１ａと各結晶面との境界に沿った
直線状である。各導電性膜６ａ、６ｃの内側は、ほぼ光
導波路の形状に沿っている。各導電性膜６ａ、６ｃは、
連結部分６ｅによって一体化されており、連結部分６ｅ
は光導波路４の上側に位置している。

【００３６】各導電性膜６ａと６ｃとは、図１において
水平方向の直線に対して線対称である。各導電性膜６
ａ、６ｃの、図１において右側に、細長い制御用電極６
ｂ、６ｄが並行して伸びている。分岐側の各直線状部４
ｃが、光導波路の内側の制御用電極７と、外側の各制御
用電極６ｂ、６ｄによって挟まれている。

【００３７】図２、図３は、それぞれ、本発明の実施例
にかかる光導波路型部品を概略的に示す平面図である。
図１において説明した部分については、説明を省略す
る。図２の光導波路型部品においては、光導波路４を挟
んで、一対の導電性膜１６Ａ、１６Ｂが形成されてい
る。導電性膜１６Ａと１６Ｂとは、図２において水平方
向の直線に対して線対称である。

【００３８】導電性膜１６Ａは、第一の導電性膜１６ａ
と制御用電極１６ｂとからなる。導電性膜１６Ｂは、第
二の導電性膜１６ｃと制御用電極１６ｄとからなる。各
導電性膜１６ａ、１６ｃは、共に略台形状であり、これ
らの外縁側は、主面１ａと各結晶面との境界に沿った直
線状であり、これらの内側は、ほぼ光導波路の形状に沿
っている。各導電性膜１６ａ、１６ｃの、図２において
右側に、細長い制御用電極１６ｂ、１６ｄが、それぞれ
並行して伸びている。分岐側の各直線状部４ｃが、光導
波路の内側の制御用電極７と、外側の各制御用電極１６
ｂ、１６ｄによって挟まれている。

【００３９】第一の導電性膜１６ａと第二の導電性膜１
６ｃとが、短絡部材１０によって短絡されている。短絡
部材１０は、導電性細条であってよく、また導電性ワイ
ヤー等であってよい。

【００４０】図３においては、導電性膜２６が、一対の
制御用電極８とは分離されており、導電性膜２６には電
圧印加の機能がない。分岐側の各直線状部４ｃが、光導
波路の内側の制御用電極７と、外側の各制御用電極８と
によって挟まれている。一体の導電性膜２６は、第一の
導電性膜２６ａ、第二の導電性膜２６ｂ及び連結部分２
６ｃによって構成されている。各導電性膜２６ａ、２６
ｂは、共に略台形状であり、各導電性膜２６ａ、２６ｂ
の外縁側は、主面１ａと各結晶面との境界に沿った直線
状である。各導電性膜２６ａ、２６ｂの内側は、ほぼ光
導波路の形状に沿っている。連結部分２６ｃは光導波路
４の上側に位置している。

【００４１】図１〜図３に示す各実施例では、特に第一
の導電性膜及び第二の導電性膜の形状を略台形状とし、
各導電性膜の内側の形状を、光導波路の形状に追随さ
せ、各導電性膜と光導波路との間、各導電性膜と主面１
ａの周縁部との間に、隙間が生じないようにした。この
形状を採用することにより、Ｙ字状分岐部への焦電の影
響を最小にできる。

【００４２】図４、図５は、それぞれ、マッハツェンダ
ー型強度変調器を概略的に示す平面図である。図４、図
５に示す強度変調器では、光導波路１４が、入力側の直
線状部１４ａ、Ｙ字状分岐部１４ｂ、一対の直線状部１
４ｃ、Ｙ字状分岐部１４ｄ及び出力側の直線状部１４ｅ
からなる。光ファイバ２Ａが直線状部１４ａに結合され
ており、光ファイバ２Ｂが直線状部１４ｅに結合されて
いる。

【００４３】図４の例では、Ｙ字状分岐部１４ｂ側にの
み、導電性膜６が形成されている。各導電性膜６ａ、６
ｃは、共に略台形状であり、各導電性膜６ａ、６ｃの外
縁側は、主面１ａと各結晶面との境界に沿った直線状で
ある。各導電性膜６ａ、６ｃの内側は、ほぼ光導波路の
形状に沿っている。各導電性膜６ａ、６ｃは、連結部分
６ｅによって一体化されており、連結部分６ｅは光導波
路１４の上側に位置している。

【００４４】各導電性膜６ａと６ｃとは、図４において
水平方向の直線に対して線対称である。各導電性膜６
ａ、６ｃの、図４において右側に、細長い制御用電極６
ｂ、６ｄが並行して伸びている。分岐側の光導波路の内
側にある制御用電極１７は、略長方形部分１７ａと三角
形部分１７ｂとからなる。各直線状部１４ｃが、略長方
形部分１７ａと制御用電極６ｂ、６ｄとによって挟まれ
ている。三角形部分１７ｂが、Ｙ字状分岐部１４ｂの方
へ向かって延びている。

【００４５】図４の例では、第一の結晶面１ｂと主面１
ａとの境界からＹ字状分岐部１４ｂに至る一方の領域５
Ａが、第一の導電性膜６ａによってほぼ覆われている。
第二の結晶面１ｃと主面１ａとの境界からＹ字状分岐部
１４ｂに至る他方の領域５Ｂが、第二の導電性膜６ｃに
よってほぼ覆われている。

【００４６】図５の例では、Ｙ字状分岐部１４ｂ、１４
ｄ及び一対の直線状部１４ｃによって形成される六角形
の領域と、主面１ａの周縁部とのあいだの領域が、ほぼ
すべて導電性膜３６によって覆われている。また、上記
した六角形の領域の内部が、ほぼすべて制御用電極２７
によって覆われている。導電性膜３６は、制御用電極２
７の対向電極としても作用する。

【００４７】導電性膜３６の形状を更に説明する。一方
の領域５Ａが、第一の導電性膜３６ａによってほぼ覆わ
れ、他方の領域５Ｂが、第二の導電性膜３６ｃによって
ほぼ覆われている。Ｙ字状分岐部１４ｄ側では、第一の
結晶面１ｂと主面１ａとの境界からＹ字状分岐部１４ｄ
に至る一方の領域５Ｃが、第一の導電性膜３６ｆによっ
てほぼ覆われている。第二の結晶面１ｃと主面１ａとの
境界からＹ字状分岐部１４ｄに至る他方の領域５Ｄが、
第二の導電性膜３６ｇによってほぼ覆われている。

【００４８】各導電性膜３６ａ、３６ｃ、３６ｆ、３６
ｇは、共に略台形状であり、各導電性膜３６ａ、３６
ｃ、３６ｆ、３６ｇの外縁側は、主面１ａと各結晶面と
の境界に沿った直線状である。これらの各導電性膜の内
側は、ほぼ光導波路の形状に沿っている。

【００４９】導電性膜３６ａと３６ｃとは、連結部分３
６ｅによって一体化されており、連結部分３６ｅは光導
波路１４の上側に位置している。導電性膜３６ｆと３６
ｇとは、連結部分３６ｈによって一体化されており、連
結部分３６ｈは光導波路１４の上側に位置している。導
電性膜３６ａと３６ｃ、３６ｆと３６ｇとは、それぞ
れ、図５において水平方向の直線に対して線対称であ
る。

【００５０】導電性膜３６ａと３６ｆとの間、導電性膜
３６ｃと３６ｇとの間は、細長い制御用電極３６ｂ、３
６ｄによってそれぞれ連結されている。電極２７は、略
長方形部分２７ａ、三角形部分２７ｂ、２７ｃからな
る。各直線状部１４ｃが、略長方形部分２７ａと制御用
電極３６ｂ、３６ｄとによって挟まれている。三角形部
分２７ｂが、Ｙ字状分岐部１４ｂの方へ向かって延びて
おり、三角形部分２７ｃが、Ｙ字状分岐部１４ｄの方へ
向かって延びている。

【００５１】図６は、方向性結合器を概略的に示す平面
図である。光導波路２４が、一対の入力部分２４ａ、一
対の出力部分２４ｂ及び方向性結合部分２４ｃからな
る。方向性結合部分２４ｃを含む長方形領域９を除い
て、主面１ａのほぼ全面が、導電性膜４６によって覆わ
れている。長方形領域９の中に、線状の電極３７が形成
されており、従って、導電性膜４６は、方向性結合器の
制御用電極としても作用する。

【００５２】導電性膜４６の形状を更に説明する。導電
性膜４６の外周は、主面１ａの外側輪郭にほぼ沿ってい
る。第一の結晶面１ｂと主面１ａとの境界から方向性結
合部分２４ｃに至る一方の領域１５Ａが、第一の導電性
膜４６ｃによってほぼ覆われている。第二の結晶面１ｃ
と主面１ａとの境界から方向性結合部分２４ｃに至る他
方の領域１５Ｂが、第二の導電性膜４６ｄによってほぼ
覆われている。

【００５３】第一の導電性膜４６ｃ及び第二の導電性膜
４６ｄの図６において左側は、連結部分４６ａによって
一体化されており、第一の導電性膜４６ｃ及び第二の導
電性膜４６ｄの図６において右側は、連結部分４６ｂに
よって一体化されている。

【００５４】次いで、更に具体的な実験例について述べ
る。（実験例１）本発明の実施例の光導波路型部品及び比
較例の光導波路型部品を製造し、光ファイバジャイロス
コープ用の位相変調器としての性能を調べた。

【００５５】実施例の光導波路型部品としては、図１に
示した光導波路型部品を使用した。この光導波路型部品
の製造手順を述べる。Ｘ軸結晶断面を有するＬｉＮｂＯ
₃からなる、直径３インチ、厚さ１ｍｍの円盤状ウエハ
ーを用意した。フォトリソグラフィー技術を用いて、ウ
エハーに幅３μｍ、厚さ５００オングストロームのチタ
ン薄膜を形成し、電気炉内にウエハーを収容し、温度１
０００°Ｃ、保持時間６時間の条件でＬｉＮｂＯ₃ウエ
ハー中にチタンを拡散させ、チタン拡散光導波路４を形
成した。

【００５６】光導波路４を形成した後、金薄膜からなる
導電性膜６及び制御用電極７を、それぞれ塗布法によっ
て形成した。導電性膜６及び電極７の厚さは、２５００
オングストロームとした。電極７と電極部分６ｂ、６ｄ
とのギャップ間隔は１０μｍとし、電極の長さは１５ｍ
ｍとした。このウエハーより１チップ分の光導波路基板
１を切り出した。

【００５７】光導波路基板１の末端面に、図１に示す方
法で光ファイバ２Ａ、２Ｂを接続し、試験用品を得た。
一方、図７（ａ）に示す比較例の光導波路型部品を、上
記と同様にして製造した。ただし、導電性膜６の代わり
に電極８を形成した。

【００５８】温度調節装置内に、本発明の実施例及び比
較例の光導波路型部品を収容した。そして、光源から波
長０．８５μｍの光を入射させ、一対の光量計によっ
て、一対の光ファイバ２Ｂからの出力を測定した。各光
量計の測定値から、挿入損失と分岐比とを算出した。

【００５９】この測定の間、図８及び図９に示すよう
に、光導波路型部品の周囲温度を変動させた。この温度
変動においては、２０°Ｃ〜−４０°Ｃの間で、グラフ
において階段状に温度を変動させた。この際、各温度に
おける保持時間は約４５分とし、８０°Ｃ／時間の速度
で、温度を上昇又は下降させた。

【００６０】この結果、比較例では、図８に示す結果が
得られ、実施例では、図９に示す結果が得られた。即
ち、比較例では、温度上昇時、温度下降時に、分岐比、
挿入損失が大幅に変動した。なお、図８では、分岐比が
３０：７０以上になる部分でピークの頂点部分をカット
し、かつ挿入損失の変動量が４ｄＢ以上になる部分でピ
ークの頂点部分をカットしてある。

【００６１】一方、実施例では、図９に示すように、挿
入損失、分岐比共にほどんど変動しなかった。数値で示
すと、挿入損失の変動は０．４ｄＢ以下であり、分岐比
の変動は、５０：５０〜５２：４８の範囲内に納まっ
た。

【００６２】また、上記の実施例、比較例の各光導波路
型部品を光ファイバジャイロスコープ用の変調器とし
て、光ファイバジャイロスコープシステム内に組み込ん
だ。そして、図８、図９に示すように周囲温度を変動さ
せた。この結果、比較例では、算出された回転角速度が
２０％以上変動し、時には角速度が計測できないことも
あった。実施例では４％変動した。

【００６３】また、上記と同様の製造方法で、図２及び
図３に示す各光導波路型部品を製造した。そして、各光
導波路型部品について、上記と同様の実験を実施した。
この結果、図９に示すグラフとほぼ同様の結果が得られ
た。

【００６４】（実験例２）本発明の実施例の光導波路型
部品及び比較例の光導波路型部品を製造し、マッハツェ
ンダー型強度変調器としての性能を調べた。実施例の光
導波路型部品としては、図４、図５に示した光導波路型
部品を使用した。

【００６５】この光導波路型部品の製造手順を述べる。
Ｘ軸結晶断面を有するＬｉＮｂＯ₃からなる、直径３イ
ンチ、厚さ１ｍｍの円盤状ウエハーを用意した。フォト
リソグラフィー技術を用いて、ウエハーに幅３μｍ、厚
さ５００オングストロームのチタン薄膜を形成し、電気
炉内にウエハーを収容し、温度１０００°Ｃ、保持時間
６時間の条件でＬｉＮｂＯ₃ウエハー中にチタンを拡散
させ、チタン拡散光導波路１４を形成した。

【００６６】光導波路１４を形成した後、金薄膜からな
る導電性膜６、３６、電極１７、２７を、それぞれ塗布
法によって形成した。導電性膜６、３６及び電極１７、
２７の厚さは、２５００オングストロームとした。この
ウエハーより１チップ分の光導波路基板１を切り出し
た。

【００６７】光導波路基板１の末端面に、図４、図５に
示す方法で光ファイバ２Ａ、２Ｂを接続し、試験用品を
得た。一方、図７（ｂ）に示す比較例の光導波路型部品
を、上記と同様にして製造した。ただし、導電性膜６、
３６、電極１７、２７は設けず、その代わりに電極１
８、３７を形成した。

【００６８】温度調節装置内に、本発明の実施例及び比
較例の光導波路型部品を収容した。光源から波長０．８
５μｍの光を入射させ、光量計によって、光ファイバ２
Ｂからの出力を測定した。そして、温度安定時（−２０
°Ｃ）における挿入損失及び消光比を測定した。また、
８０°Ｃ／時間の速度で温度を変動させ、この温度変動
時の挿入損失及び消光比を測定した。

【００６９】なお、消光比を測定するには、図１０に示
すように印加電圧を周期的に変動させた。このＶπは５
Ｖである。この結果、図７（ｂ）の比較例では、温度変
動時に、出力光の強度が、図１１（ａ）に示すように変
動した（ただし、縦軸の「強度」は、任意単位であ
る。）。この消光比は、０．６ｄＢである。また、温度
変動時の挿入損失は、温度安定時にくらべて３ｄＢ増大
した。

【００７０】図４の実施例では、温度変動時に、出力光
の強度が、図１１（ｂ）に示すように変動した。この消
光比は、２ｄＢである。また、温度変動時の挿入損失
は、温度安定時にくらべて３ｄＢ増大した。このよう
に、分岐部分１４ｂの周囲に導電性膜６ａ、６ｃを設け
ることにより、温度変動時の消光比が顕著に改善されて
いる。

【００７１】図５の実施例では、温度変動時に、出力光
の強度が、図１１（ｃ）に示すように変動した。この消
光比は、２０ｄＢである。また、温度変動時の挿入損失
は、温度安定時にくらべて０．１ｄＢ以下しか増大しな
かった。このように、分岐部分１４ｂ及び１４ｄの周囲
に導電性膜３６ａ、３６ｃ、３６ｆ、３６ｇを設けるこ
とにより、温度変動時の消光比、挿入損失共に、顕著に
改善されている。

【００７２】図１２は、本発明の更に他の実施例に係る
光導波路型部品を示す平面図であり、図１〜図３に示し
たようなＹ分岐型光導波路基板に関するものである。図
１２においては、導電性膜２６が、一対の制御用電極８
とは分離されており、導電性膜２６には電圧印加の機能
がない。分岐側の各直線状部４ｃが、光導波路の内側の
制御用電極７と、外側の各制御用電極８とによって挟ま
れている。一体の導電性膜２６は、第一の導電性膜２６
ａ、第二の導電性膜２６ｂ及び連結部分２６ｃによって
構成されている。各導電性膜２６ａ、２６ｂは、共に略
台形状であり、各導電性膜２６ａ、２６ｂの外縁側は、
主面１ａと各結晶面との境界に沿った直線状である。各
導電性膜２６ａ、２６ｂの内側は、ほぼ光導波路の形状
に沿っている。連結部分２６ｃは光導波路４の上側に位
置している。Ｙ分岐部分４ｂの内側に、略三角形状を有
する第三の導電性膜３０が形成されており、第三の導電
性膜３０と第二の導電性膜２６ｂとが、短絡部材１０に
よって電気的に導通している。第三の導電性膜３０と制
御用電極７とは、絶縁されている。

【００７３】（実験例３）図１２に示した光導波路型部
品を試作し、実験例１と同様の実験を行った。実験例１
と同様にして、チタン拡散法によって、光導波路基板１
に、チタン拡散光導波路４を形成した。

【００７４】光導波路４を形成した後、金薄膜からなる
導電性膜２６、３０、制御用電極７および制御用電極８
を、それぞれ塗布法によって形成した。各導電性膜２
６、３０の厚さおよび制御用電極７、８の厚さは、２５
００オングストロームとした。制御用電極７と８とのギ
ャップ間隔は１０μｍとし、制御用電極の長さは１５ｍ
ｍとした。このウエハーより１チップ分の光導波路基板
１を切り出した。光導波路基板１の末端面に、図１２に
示す方法で光ファイバ２Ａ、２Ｂを接続し、試作品を得
た。

【００７５】温度調節装置内に、図１２に示す上記光導
波路型部品の試作品を収容した。そして、光源から波長
０．８５μｍの光を入射させ、一対の光量計によって、
一対の光ファイバ２Ｂからの出力を測定した。各光量計
の測定値から、挿入損失と分岐比とを算出した。

【００７６】この測定の間、図１３に示すように、光導
波路型部品の周囲温度を変動させた。この温度変動にお
いては、−４０℃〜＋８０℃の温度範囲内で、図１３の
グラフに示すように、階段状に温度を変動させた。この
際、各温度における保持時間は約４５分とし、８０°Ｃ
／時間の速度で、温度を上昇又は下降させた。

【００７７】この結果、図１３に示すように、挿入損
失、分岐比共にほどんど変動しなかった。数値で示す
と、−４０℃〜＋８０℃の非常に広範な温度範囲におい
て、挿入損失の変動は０．３ｄＢであり、分岐比の変動
は、４８：５２〜４９．８〜５０．２の範囲内に納まっ
た。特に、−４０℃〜＋２０℃の温度範囲においては、
挿入損失の変動は０．２ｄＢ以下であり、分岐比の変動
は、４８：５２〜４９：５１の範囲内に納まった。

【００７８】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の光導波路型
部品によれば、光導波路型部品の周囲の温度を変化させ
ても、光導波路の機能部分における挿入損失、分岐比、
消光比等の変動が、顕著に減少する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る光導波路型部品（光ファ
イバジャイロスコープ用の変調器）を概略的に示す平面
図である。

【図２】本発明の実施例に係る光導波路型部品を概略的
に示す平面図である。

【図３】本発明の実施例に係る光導波路型部品を概略的
に示す平面図である。

【図４】本発明の実施例に係る光導波路型部品（マッハ
ツェンダー型強度変調器）を概略的に示す平面図であ
る。

【図５】本発明の実施例に係る光導波路型部品を概略的
に示す平面図である。

【図６】本発明の更に他の実施例（方向性結合器を用い
た実施例）に係る光導波路型部品を概略的に示す平面図
である。

【図７】（ａ）は、従来の光導波路型部品（光ファイバ
ジャイロスコープ用の変調器）を概略的に示す平面図で
あり、（ｂ）は、従来の光導波路型部品（マッハツェン
ダー型の強度変調器）を概略的に示す平面図である。

【図８】比較例の光導波路型部品（光ファイバジャイロ
スコープ用の変調器）を使用した場合の、周囲の温度変
動と挿入損失、分岐比との関係を示すグラフである。

【図９】実施例の光導波路型部品を使用した場合の、周
囲の温度変動と挿入損失、分岐比との関係を示すグラフ
である。

【図１０】印加電圧と時間との関係を示すグラフであ
る。

【図１１】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、各例の光導波路
型部品（マッハツェンダー型の強度変調器）を使用した
場合の、時間と強度との関係を示すグラフである。

【図１２】本発明の更に他の実施例に係る光導波路型部
品を概略的に示す平面図である。

【図１３】図１２に示す実施例の光導波路型部品を使用
した場合の、周囲の温度変動と、挿入損失および分岐比
の変動との関係を示すグラフである。

【符号の説明】１光導波路基板１ａ主面１ｂ第一の結晶
面１ｃ第二の結晶面２Ａ、２Ｂ光ファイバ３
Ａ、３Ｂ光ファイバ保持基板４、１４、２４光
導波路４ａ、４ｃ、１４ａ、１４ｃ、１４ｅ直線状
部４ｂ、１４ｂ、１４ｄＹ字状分岐部５Ａ、
５Ｃ、１５Ａ一方の領域５Ｂ、５Ｄ、１５Ｂ他方
の領域６、１６Ａ、１６Ｂ、２６、３６、４６導
電性膜６ａ、１６ａ、２６ａ、３６ａ、３６ｆ、４
６ｃ第一の導電性膜６ｃ、１６ｃ、２６ｂ、３６
ｃ、３６ｇ、４６ｄ第二の導電性膜６ｂ、６ｄ、
１６ｂ、１６ｄ、３６ｂ、３６ｄ電極部分７、
８、１７、１８、２７、３７制御用電極２４ｃ
方向性結合部分３０第三の導電性膜Ａ自発
分極方向

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０２Ｆ 1/313 7625−2Ｋ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】強誘電性結晶からなり、主面側に形成され
た光導波路を有する光導波路基板を備えた光導波路型部
品であって、光の分岐又は結合を行うための機能部分が
前記光導波路に少なくとも一つ設けられており、前記強
誘電性結晶における自発分極方向が光の進行方向に対し
て交差しており、前記光導波路基板においてそれぞれ反
対の電荷を発生する第一の結晶面と第二の結晶面とが前
記光導波路基板に存在しており、前記第一の結晶面と前
記主面との境界から前記機能部分に至る一方の領域内に
第一の導電性膜が形成されており、前記第二の結晶面と
前記主面との境界から前記機能部分に至る他方の領域内
に第二の導電性膜が形成されており、前記第一の導電性
膜と前記第二の導電性膜とが電気的に導通していること
を特徴とする、光導波路型部品。
【請求項２】前記第一の導電性膜と前記第二の導電性膜
とが、ワイヤー又は導電性細条によって電気的に導通し
ていることを特徴とする、請求項１記載の光導波路型部
品。
【請求項３】前記第一の導電性膜と前記第二の導電性膜
とが一体の導電性膜を構成していることを特徴とする、
請求項１記載の光導波路型部品。
【請求項４】前記光導波路型部品が能動型の光導波路型
部品であり、分岐側の各光導波路の外側と内側とにそれ
ぞれ制御用電極を備えており、これらの制御用電極によ
って分岐側の各光導波路に対して制御用電圧を印加でき
るように構成されており、前記第一の導電性膜と前記第
二の導電性膜とが、分岐側の各光導波路の外側にある各
制御用電極に対してそれぞれ電気的に導通していること
を特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つの項に記載
の光導波路型部品。
【請求項５】前記光導波路型部品が能動型の光導波路型
部品であり、分岐側の各光導波路の外側と内側とにそれ
ぞれ制御用電極を備えており、これらの制御用電極によ
って分岐側の各光導波路に対して制御用電圧を印加でき
るように構成されており、前記第一の導電性膜と前記第
二の導電性膜とが、分岐側の各光導波路の外側にある各
制御用電極と絶縁されていることを特徴とする、請求項
１〜３のいずれか一つの項に記載の光導波路型部品。
【請求項６】前記機能部分において、分岐した複数の光
導波路の間の領域内に第三の導電性膜が形成されてお
り、この第三の導電性膜が、前記第一の導電性膜と前記
第二の導電性膜との少なくとも一方に対して電気的に接
続されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれ
か一つの項に記載の光導波路型部品。
【請求項７】前記光導波路型部品が能動型の光導波路型
部品であり、分岐側の各光導波路の外側と内側とにそれ
ぞれ制御用電極を備えており、これらの制御用電極によ
って分岐側の各光導波路に対して制御用電圧を印加でき
るように構成されており、前記第三の導電性膜が、分岐
側の各光導波路の内側にある制御用電極と絶縁されてい
ることを特徴とする、請求項６記載の光導波路型部品。
【請求項８】前記機能部分が、Ｙ字状分岐部又は方向性
結合器である、請求項１〜７のいずれか一つの項に記載
の光導波路型部品。
【請求項９】光ファイバジャイロスコープ用変調器又は
マッハツェンダー型強度変調器として使用される、請求
項４、５、７又は８に記載の光導波路型部品。