JPH07120633A - 光導波路素子の作製方法 - Google Patents

光導波路素子の作製方法

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JPH07120633A
JPH07120633A JP5266196A JP26619693A JPH07120633A JP H07120633 A JPH07120633 A JP H07120633A JP 5266196 A JP5266196 A JP 5266196A JP 26619693 A JP26619693 A JP 26619693A JP H07120633 A JPH07120633 A JP H07120633A
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JP
Japan
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optical waveguide
crystal
proton exchange
substrate
base
Prior art date
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JP5266196A
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English (en)
Inventor
Masami Hatori
正美 羽鳥
Hiroshi Sunakawa
寛 砂川
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Fujifilm Holdings Corp
Original Assignee
Fuji Photo Film Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 所定形状の結晶基板と、その表面に形成され
たプロトン交換光導波路とを有する光導波路素子を作製
する方法において、工程を簡略化し、加工コストを低減
させる。 【構成】 結晶のインゴット9を切断、研磨して所定形
状の結晶基板10を形成し、次いでこの所定形状の結晶基
板10を酸5に浸漬してプロトン交換処理を施し、光導波
路11を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、結晶基板の表面にプロ
トン交換光導波路を備えてなる光導波路素子を作製する
方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より、結晶基板上に光導波路を形成
し、この光導波路において光を導波モードで伝搬させる
ようにした光導波路素子が種々提供されている。そして
このような光導波路を形成する方法の一つとして、従来
よりプロトン交換法が広く知られている。このプロトン
交換法は、LiNbO3 、LiTaO3 等の結晶を安息
香酸、ピロリン酸等の酸の中に浸して、結晶表面部分の
Li+ を酸中のH+ と交換させ、結晶表面部分にHx
1-x NbO3 なる高屈折率層を形成するものである。
【0003】一方、この種の光導波路素子においては、
導波光を光導波路外へ出射させるため、あるいは外部光
を光導波路内に入射させるために、光導波路の表面に形
成した回折格子(グレーティングカプラ)を利用するこ
とが多い。その際、斜めカットされた基板端面を通して
外部光を入力させ、あるいは導波光を光導波路外へ出力
させることが多いが、そのようにする場合は、光損失を
低く抑えるために基板端面を正確に所定の角度に切断
し、研磨しておく必要がある。またそれ以外の事情から
も、通常この結晶基板は所定形状に切断、研磨されるこ
とが多い。
【0004】このように所定形状とされた結晶基板と、
その表面に形成されたプロトン交換光導波路とを有する
光導波路素子を作製するために従来は、図2に示すよう
な方法が用いられていた。すなわち、まず結晶のインゴ
ット1を切断、研磨してウェハ2を形成し、次いでこの
ウェハ2をルツボ4中の酸5に浸漬してプロトン交換に
より光導波路を形成し、その後該ウェハ2を一般にはア
ニール処理してから所定形状に切断、研磨し、次いでこ
の所定形状となった結晶基板2’の光導波路6の部分に
例えばグレーティングカプラや各種電極等の要素7を形
成してデバイス化するようにしていた。なお、上記のウ
ェハ2を形成する代わりに角チップ3を形成し、それ以
降この角チップ3に上記と同様の処理を施す場合もあ
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしこの従来方法
は、結晶を切断、研磨する工程が間にプロトン交換処理
を挟んで2回必要で、煩雑になっているので、加工コス
トが高くつくものとなっていた。
【0006】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
であり、従来方法よりも工程が簡略化され、それにより
加工コストを低減することができる、プロトン交換光導
波路を備えた光導波路素子の作製方法を提供することを
目的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明による光導波路素
子の作製方法は、従来はウェハや角チップの状態の結晶
にプロトン交換処理を施していたのに対し、結晶をまず
光導波路素子において求められる所定形状、あるいは簡
単に切り分けるだけでこの所定形状となる形状に切断、
研磨しておき、それからこの結晶にプロトン交換処理を
施すようにしたものである。
【0008】すなわち、より具体的に、本発明による第
1の光導波路素子の作製方法は、前述したように所定形
状の結晶基板と、その表面に形成されたプロトン交換光
導波路とを有する光導波路素子を作製する方法におい
て、結晶のインゴットを切断、研磨して上記所定形状の
結晶基板を形成し、次いでこの所定形状の結晶基板にプ
ロトン交換処理を施して光導波路を形成することを特徴
とするものである。
【0009】また、本発明による第2の光導波路素子の
作製方法は、所定形状の結晶基板と、その表面に形成さ
れたプロトン交換光導波路とを有する光導波路素子を作
製する方法において、結晶のインゴットを切断、研磨し
て、上記所定形状が複数集合した形状の結晶基板を形成
し、次いでこの結晶基板にプロトン交換処理を施して光
導波路を形成し、その後該結晶基板を複数に切断して上
記所定形状とすることを特徴とするものである。
【0010】
【作用および発明の効果】上記構成の第1の光導波路素
子の作製方法においては、結晶を所定形状に切断、研磨
する工程をプロトン交換処理の前に1回設けるだけで済
むから、このような結晶の切断、研磨工程を2回設ける
従来方法と比べれば、工程が簡略化され、それにより加
工コストを低減できる。
【0011】一方第2の光導波路素子の作製方法におい
ては、第1の方法と同じ結晶切断、研磨工程に加えて、
プロトン交換処理の後に結晶基板を複数に切断する工程
が入るが、これはただ単に結晶基板を切り分けるだけの
ものであって、研磨作業は必要としないから、この第2
の方法も結晶の切断、研磨工程を2回設ける従来方法と
比べれば、工程が簡略化され、それにより加工コストを
低減できる。
【0012】
【実施例】以下、図面に示す実施例に基づいて本発明を
詳細に説明する。図1は本発明の第1実施例により光導
波路素子を作製する手順を示すものであり、図3と図4
はそれぞれ、完成した光導波路素子の平面形状、側断面
形状を示すものである。
【0013】説明を容易にするため、まず図3および図
4を参照して、完成した光導波路素子について説明す
る。この光導波路素子は一例として、電気光学光変調器
を構成するものであり、MgOドープLiNbO3 の結
晶からなる所定形状の基板10上にプロトン交換による薄
膜光導波路11が形成され、この光導波路11の上に光入射
用の線状回折格子(Linear Grating Coupler :以下L
GCと称する)14と光出射用LGC15とが形成され、そ
してLGC14とLGC15との間において光導波路11の上
には、導波光の光路を切り換えてLGC15からの出射を
制御するEOG電極13が配設されてなるものである。な
お、このEOG電極13は、光導波路11に電気光学的回折
格子(Electro-Optic Grating )を形成する格子状電極
であり、光導波路11の上にバッファ層12を介して設けら
れている。
【0014】また、X−cut の基板10の一端面10aは、
He−Neレーザ等のレーザ21から発せられた光ビーム
20を入射させるため、そして基板10の他端面10bは光出
射用LGC15で回折した光を基板10外に出射させるた
め、それぞれ所定の角度で斜めに研磨されている。
【0015】端面10aを通して基板10内に入射し、光導
波路11越しにLGC14の部分に入射した光ビーム20は、
このLGC14において回折し、光導波路11内に入射して
導波光20’となる。この導波光20’は、EOG電極13に
対応する部分を通って図3の矢印A方向に導波するが、
EOG電極13に電圧が印加されていない状態ではそこを
直進する。一方、EOG電極13に駆動回路16から所定の
電圧が印加されると、電気光学効果を有する光導波路11
の屈折率が変化して回折格子が形成され、導波光20’は
その回折格子により回折する。以上のようにして回折し
た光ビーム20Aおよび回折しない光ビーム20Bは、LG
C15において基板10側に回折し、この基板10の斜めにカ
ットされた端面10bから素子外に出射する。
【0016】そこでこの素子外に出射した例えば光ビー
ム20Aを使用光とすれば、EOG電極13への電圧印加の
有無に応じてこの光ビーム20Aを変調することができ
る。例えば所定の画像信号に基づいてこの光ビーム20A
を変調する場合は、その画像信号に基づいて電圧印加を
制御すればよい。
【0017】次に図1を参照して、上記光導波路素子の
作製方法を説明する。まずMgOドープLiNbO3
晶のインゴット9を切断、研磨して、X−cut の基板10
を形成する。この段階で該基板10は、両端面10aおよび
10bを含むすべての面を加工して、上記光変調器におい
て最終的に求められる所定形状とされる。
【0018】次いでこの基板10をルツボ4に貯えた酸5
中に浸漬して、プロトン交換処理する。このプロトン交
換処理は、より詳しくは、一例として以下のようになさ
れる。白金ツルボ4内にピロリン酸5を50cc程度入
れ、数時間、140〜160℃で予熱しておく。その
後、基板10を上記ピロリン酸5中に数10分間浸し、す
ばやく取り出す。この基板10は空冷後、純水にて洗浄
し、不活性のN2 ガスを吹き付けて乾燥させる。以上の
処理により、MgOドープLiNbO3 結晶基板10の表
面のLi+ がピロリン酸中のH+ と交換され、前述した
通りの光導波路11が形成される。
【0019】次にこの基板10を、空気中にて300〜4
50℃で約1時間アニールし、最後にEOG電極13、L
GC14およびLGC15を形成して、デバイス化する。
【0020】EOG電極13は、例えば、光導波路11の表
面にレジストを塗布し、電子ビーム描画により電極パタ
ーンを形成し、現像後SiO2 を厚さ50〜100nm
にスパッタリングし、その上にAlを厚さ100〜50
0nmに蒸着し、次いでリフトオフを行なう、という方
法により形成される。それにより、SiO2 からなるバ
ッファ層12上にAlからなるEOG電極13が形成され
る。一方LGC14とLGC15は、電子ビーム描画により
形成したレジストパターン上にRFスパッター法により
ZnSを製膜し、次いでリフトオフして形成される。
【0021】以上説明した光導波路素子の作製方法にお
いては、MgOドープLiNbO3結晶を所定形状に切
断、研磨する工程をプロトン交換処理の前に1回設ける
だけで済むから、このような結晶の切断、研磨工程を2
回設ける従来方法と比べれば、工程が簡略化され、それ
により加工コストを低減できる。
【0022】なお、この方法により作製された光導波路
素子においては、図4に示す通り、基板10の光入射端面
10aおよび光出射端面10bを含むすべての表面部分に光
導波路11(プロトン交換層)が形成されることになる。
このようなプロトン交換層を介して光入射および光出射
を行なっても、光ビーム品質に悪影響が及ばないこと
は、実験的に確認できた。
【0023】ここで、前述のようなリソグラフィーによ
りEOG電極13、LGC14、15等を形成する場合、線幅
を均一にするためには、レジストを基板10上に厚さが均
一になるようにスピンコートする必要がある。そのため
には、断面台形状とされる基板10は、図5に示すよう
に、10×10mm程度の平面正方形のチップ形状とす
るのが望ましい。それに対して光ビーム20の径は一般に
1mm前後であるので、基板10には、光ビームが通過し
ないムダな部分(図5中で斜線を付した部分)が多くで
きてしまうことになる。
【0024】次に説明する本発明の第2実施例は、上述
のムダな部分をできるだけ少なくするようにしたもので
ある。以下、図6を参照してこの第2実施例の方法につ
いて説明する。なおこの図6において、図1中の要素と
同等のものには同番号を付し、それらについての重複し
た説明は省略する。
【0025】この実施例においても、まずMgOドープ
LiNbO3 結晶のインゴット9を切断、研磨して、X
−cut の基板10を形成する。この基板10の形状は、上記
光変調器において最終的に求められる所定形状が2つ横
に並んだ形状とされる。以下、第1実施例と同様のプロ
トン交換、アニール処理がなされ、次いでEOG電極13
およびLGC14、15が形成されてデバイス化されるが、
これらEOG電極13およびLGC14、15はそれぞれ2組
並べて形成される。そして最後に、上記基板10を中央部
分から2つに切断することにより、2つの光変調器が作
製される。
【0026】以上の方法によれば、前記レジストのスピ
ンコートは比較的大きな基板10に対してなされるので、
レジストの厚さを十分均一にすることができる。そし
て、このように比較的大きな基板10を最後に2分して2
つの光導波路素子を形成しているので、上に説明したよ
うなムダを少なく抑えることができる。
【0027】なおこの第2実施例においては、第1実施
例と同じ結晶切断、研磨工程に加えて、プロトン交換処
理の後に基板10を2つに切断する工程が入るが、これは
ただ単に基板10を切り分けるだけのものであって、研磨
作業は必要としないから、この第2実施例の方法も結晶
の切断、研磨工程を2回設ける従来方法と比べれば、工
程が簡略化され、それにより加工コストを低減できる。
【0028】以上、電気光学光変調器を構成する光導波
路素子を作製する場合に適用された実施例について説明
したが、本発明はこれに限らず、前記EOG電極13、L
GC14、15の代わりに例えばAO(音響光学)素子やビ
ームスプリッタ等のその他の要素が設けられたり、ある
いはそれらが組み合わせて設けられた別のタイプの光導
波路素子を作製する場合にも同様に適用可能である。
【0029】さらに本発明は、MgOドープLiNbO
3 結晶から基板を構成する場合に限らず、その他例えば
LiNbO3 、LiTaO3 、MgOドープLiTaO
3 結晶等から基板を構成する場合にも同様に適用可能で
ある。
【0030】また本発明において、プロトン交換処理の
後に基板をアニールすることは必ずしも必要ではない
が、一般にこのプロトン交換処理を施せば、光導波路素
子のデバイス特性が改善されることが多い。
【0031】また以上は、2次元(薄膜)光導波路を形
成する実施例について述べたが、本発明は3次元光導波
路を形成する際にも適用可能であり、その場合にも同様
の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例による光導波路素子の作製
方法を示す概略図
【図2】従来の光導波路素子の作製方法を示す概略図
【図3】本発明方法により作製された光導波路素子の一
例を示す平面図
【図4】図3の光導波路素子の側断面図
【図5】結晶基板のサイズと光ビーム径との関係を説明
するため概略平面図
【図6】本発明の第2実施例による光導波路素子の作製
方法を示す概略図
【符号の説明】
4 ルツボ 5 酸 9 MgOドープLiNbO3 結晶のインゴット 10 MgOドープLiNbO3 結晶基板 11 光導波路 12 バッファ層 13 EOG電極 14 光入射用LGC 15 光出射用LGC

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 所定形状の結晶基板と、その表面に形成
    されたプロトン交換光導波路とを有する光導波路素子を
    作製する方法であって、 結晶のインゴットを切断、研磨して前記所定形状の結晶
    基板を形成し、 次いでこの所定形状の結晶基板にプロトン交換処理を施
    して光導波路を形成することを特徴とする光導波路素子
    の作製方法。
  2. 【請求項2】 所定形状の結晶基板と、その表面に形成
    されたプロトン交換光導波路とを有する光導波路素子を
    作製する方法であって、 結晶のインゴットを切断、研磨して、前記所定形状が複
    数集合した形状の結晶基板を形成し、 次いでこの結晶基板にプロトン交換処理を施して光導波
    路を形成し、 その後該結晶基板を複数に切断して前記所定形状とする
    ことを特徴とする光導波路素子の作製方法。
JP5266196A 1993-10-25 1993-10-25 光導波路素子の作製方法 Withdrawn JPH07120633A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0837345A1 (en) * 1996-09-30 1998-04-22 Nikon Corporation Method for manufacturing optical components for use in the ultraviolet region

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US5983672A (en) * 1996-09-30 1999-11-16 Nikon Corporation Method for manufacturing optical components for use in the ultraviolet region
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