JPH07168042A - 光制御デバイスおよびその製造方法 - Google Patents

光制御デバイスおよびその製造方法

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JPH07168042A
JPH07168042A JP5315104A JP31510493A JPH07168042A JP H07168042 A JPH07168042 A JP H07168042A JP 5315104 A JP5315104 A JP 5315104A JP 31510493 A JP31510493 A JP 31510493A JP H07168042 A JPH07168042 A JP H07168042A
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JP
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optical waveguide
buffer layer
control device
electrode
optical
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Masashi Fukuda
昌史 福田
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Abstract

(57)【要約】 【目的】電極から光導波路に印加される電界がバッファ
層によって不安定になる現象を低減し、かつ、イオン交
換法によって作成した光導波路にも適用可能な、光導波
路と電極とバッファ層を備えた光制御デバイスを提供す
る。 【構成】バッファ層は、少なくとも2層3、4からな
り、光導波路2に接する第1のバッファ層3は、屈折率
が光導波路2の屈折率より小さく、かつ、光導波2を伝
搬する光を吸収しない波長特性の材料で形成する。第1
のバッファ層3より電極4側に位置する第2のバッファ
層5は絶縁性の材料で形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電気信号により光の変
調、光のモ−ド変換、光路切り替え等を行う光制御デバ
イスに関するものである。特に、光導波路のエバネッセ
ント波が電極で吸収されるのを防ぐために、バッファ層
を備えた光制御デバイスに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、光制御デバイスは、図1のよう
に、誘電体結晶基板21を用い、この基板21に光導波
路22と、光導波路22に電圧を印加する電極24を備
えている。そして、基板の電気光学効果、音響光学効果
を利用して光の振幅変調、位相変調、偏波面回転、光路
切り替え等を行う。誘電体基板に光導波路を形成する方
法は、金属拡散、イオン交換、イオン注入等が用いられ
ている。
【0003】また、光導波路22を伝搬する光のエバネ
ッセント波が、電極24で吸収されるのを防ぐために、
光導波路22と電極24の間に透明かつ絶縁性の材料で
形成したバッファ層23を配置している。
【0004】しかしながら、バッファ層を備えた光制御
デバイスには、一定の電圧を印加しているにもかかわら
ず出射光の強度が時間的に変化する不安定な現象が現れ
る。この現象を一般にDCドリフトと称している。この
DCドリフトの主たる原因はバッファ層内のキャリア移
動によるリーク電流のためであると考えられている。
【0005】このバッファ層に起因する電界の不安定性
現象を低減する方法の一つとしてバッファ層アニ−ル技
術がある。この技術は低温で形成したバッファ層の緻密
化させて、リーク電流を防止するための熱処理技術であ
り、これによりバッファ層の膜質が改善され電界の不安
定現象が低減される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
バッファ層をアニールする方法は、光導波路をイオン交
換法によって作成した光制御デバイスには適用できない
という問題があった。なぜなら、バッファ層をアニール
する温度が、通常、イオン交換を施す温度よりも高いた
め、バッファ層をアニールすることにより、イオン交換
がさらに進み、光導波路の伝搬特性に劣化が生じたり、
光導波路の構成に破壊が生じたりするためである。
【0007】本発明は、光導波路と電極とバッファ層を
備えた光制御デバイスであって、光導波路の形成方法に
かかわらず電極から光導波路に印加される電界がバッフ
ァ層によって不安定になる現象を低減することができる
構成を提供することを目的とする。
【0008】
【問題点を解決するための手段】本発明は上記目的を達
成するために、光導波路と、光導波路に電界を印加する
ための電極と、光導波路と電極との間に配置されたバッ
ファ層とを備えた光制御デバイスのバッファ層を、少な
くとも2層構造とする。そして、バッファ層のうち光導
波路に接する第1のバッファ層を、屈折率が前記光導波
路の屈折率より小さく、かつ、光導波路を伝搬する光を
吸収しない波長特性を有する材料で形成する。さらに、
バッファ層のうち第1のバッファ層より電極側に位置す
る第2のバッファ層は、絶縁性の材料で形成する。
【0009】
【作用】光制御デバイスにおいて、光導波路と電極との
間に配置するバッファ層は、3つの条件を満たす必要が
ある。第1に、光導波路より屈折率が低く、伝搬光を光
導波路に閉じ込めること。第2に、光導波路2を伝搬す
る光のエバネッセント波を吸収しないこと。第3に、抵
抗が高く、電極膜4と光導波路2との間にリーク電流が
発生するのを防ぐことである。本発明においては、光導
波路と電極との間に配置するバッファ層を、少なくとも
2層構造にすることにより、上記3つの条件を満たす。
【0010】まず、光導波路に接する第1のバッファ層
は、屈折率が光導波路の屈折率より小さく、かつ、光導
波路を伝搬する光を吸収しない波長特性を有する材料で
構成する。これにより、光導波路を伝搬する光は、光導
波路に閉じ込められ、エバネッセント波がバッファ層で
吸収されない。
【0011】また、電極側に位置する第2のバッファ層
は、電極と、第1のバッファ層とを完全に絶縁する。こ
れにより、電極から光導波路に対して、リーク電流が発
生することを防ぎ、電界の不安定現象を解消し、光制御
デバイスの動作の信頼性を高める。
【0012】したがって、第1のバッファ層には、絶縁
性は必要とされず、第2のバッファ層には、屈折率や透
明性といった光学的特性は必要とされない。よって、従
来のように、高温の熱処理を施すまでもなく、第1のバ
ッファ層の条件を満たす材料の膜、第2のバッファ層の
条件を満たす材料の膜をそれぞれ別個に容易に形成する
ことができる。したがって、イオン交換法で形成した光
導波路のように、高温熱処理に耐えられない構造の光制
御デバイスであっても、本発明のバッファ層を備えるこ
とにより、DCドリフトのような電界の不安定現象を解
消することが可能であり、信頼性の高い光制御デバイス
を提供することが可能である。
【0013】
【実施例】以下、本発明の一実施例の光制御デバイスに
ついて説明する。
【0014】本実施例の光制御デバイスは、図3に示す
ように、分岐干渉型光変調器である。まず、分岐干渉型
光変調器の構成と動作について、図2、図3を用いて説
明する。
【0015】図2、図3のように、電気光学効果を有す
るLiNbO3の結晶から成る基板1には、光導波路2
が形成されている。光導波路2は、LiNbO3をプロ
トン交換して屈折率を高めることによって形成された光
導波路である。光導波路2の入射端11および出射端1
2は、それぞれ1つであるが、途中の分岐部13で2本
の光導波路に分岐し、合流部14で再び1本の光導波路
2に合流している。光導波路2の上には、第1のバッフ
ァ層3と、第2のバッファ層5が設けられている。光導
波路2の分岐した部分には、電極膜4がそれぞれ配置さ
れている。
【0016】光導波路2の分岐した部分には、電極膜4
から第1のバッファ層3、第2のバッファ層5を介し
て、電界が印加される。光導波路2を構成するプロトン
交換されたLiNbO3は電気光学効果を有しているの
で、この電界により、屈折率が変化している。
【0017】光導波路2、第1のバッファ層3、第2の
バッファ層5、電極膜4の構成についてさらに詳しく説
明する。
【0018】光導波路2は、幅6μm、深さ2μmであ
る。第1のバッファ層3は、厚さ0.2μmのSiO2
膜、第2のバッファ層5は、厚さ0.2μmのポリイミ
ド膜で構成した。電極膜4は、Al膜で構成した。
【0019】このように、バッファ層を第1のバッファ
層3と第2のバッファ層5とに分けているのは、つぎの
ような理由による。導波路2と電極膜4との間に配置さ
れるバッファ層3、5は、3つの条件を満足している必
要がある。第1に、光導波路2より屈折率が低いこと。
第2に、光導波路2を伝搬する光のエバネッセント波を
吸収しないこと。第3に、抵抗が高く、電極膜4と光導
波路2との間にリーク電流が発生するのを防ぐこと。し
かも、本実施例においては、光導波路2をプロトン交換
法で形成しているので、バッファ層を形成する際に、プ
ロトン交換法の加熱温度よりも高い温度に加熱すること
はできない。
【0020】本実施例では、光導波路2側の第1のバッ
ファ層3として、第1の条件および第2の条件を満足し
た膜を低温で形成できる材料として、SiO2膜を用い
ている。また、電極膜4側の第2のバッファ層5とし
て、第3の条件を満足した膜を低温で形成できるポリイ
ミド膜を用いる。このように、第1のバッファ層3と第
2のバッファ層5とを同時に備えることにより、第1、
第2、第3の条件を同時に満足できるバッファ層を低温
で形成可能な構成にした。
【0021】つぎに、本実施例の光制御デバイスの製造
方法について説明する。
【0022】LiNbO3基板1の光導波路2を形成す
る部分以外にマスクを形成し、これを235℃の安息香
酸溶液に6〜7分間浸漬して、350℃で15分程度ア
ニールし、プロトン交換により光導波路2を形成した。
つぎに、マスクを取り除き、スパッタ法でSiO2膜を
形成した。さらに、SiO2膜の上にポリイミド溶液を
塗布した後アニールしてポリイミド膜を形成した。これ
により、第1のバッファ層3、第2のバッファ層5が形
成された。スパッタ時には、基板1が200℃以上に加
熱されないようにした。その後、蒸着法により、Alを
電極膜4の形状に形成した。
【0023】本実施例の光制御デバイスの動作について
説明する。
【0024】入射端11から波長0.633μmの光を
入射させる。第1のバッファ層3の波長0.633μm
に対する屈折率は1.46、光導波路2の波長0.63
3μmに対する屈折率は2.2であるので、光は、光導
波路2に閉じ込められ、光導波路2を伝搬する。また、
第1のバッファ層3は、エバネッセント波が到達する領
域の厚さより厚く0.2μm厚さに形成されている。第
1のバッファ層3は、波長0.633μmに対して透明
(波長0.633μmの光を吸収しない波長特性)であ
り、第2のバッファ層5は波長0.633μmに対して
不透明(波長0.633μmの光を吸収する波長特性)
であるが、エバネッセント波は第2のバッファ層5に到
達しないので、伝搬光は減衰することなく伝搬する。
【0025】伝搬光は、分岐部13で2つに分岐され、
電極膜4が設けられた部分を伝搬する。光導波路2のう
ち、電極膜4から電界を受ける部分は、電極膜4から印
加される電界の大きさに応じて、電気光学効果によって
屈折率が変化しているため、伝搬光は位相変調される。
このとき、第2のバッファ層5を構成するポリイミド膜
は、1015Ω・cmの高抵抗の絶縁性を示すので、電極
膜4に100ボルト程度の電圧を印加した場合であって
も、電極膜4から光導波路2の方向にリーク電流が生じ
るのを完全に防止する。したがって、電極膜4から印加
された電界は、ただちに光導波路2に印加され、DCド
リフト等の不安定現象が生じることはない。
【0026】分岐された導波路2で、それぞれ位相変調
された伝搬光は、合波部14で合波される際に互いに干
渉する。したがって、電極膜4から印加する電界を制御
することにより、出射端12から出射される光強度が変
調される。
【0027】上述のように、本実施例では、バッファ層
を2層構造にすることにより、屈折率、透過率、絶縁性
という3つの条件を容易に満足するバッファ層を備えた
光制御デバイスを得ること可能である。光導波路側の第
1のバッファ層には、屈折率と透過率というの光学的な
条件を満足する膜を用い、電極側の第2のバッファ層に
は、絶縁性の高い電気的な条件を満足する膜を用いるこ
とにより、3つの条件を満足する2層構造のバッファ層
が得られる。このような第1のバッファ層および第2の
バッファ層に必要な条件は、膜の緻密さ等の膜構造を選
択するまでもなく、これらの層を形成する材料の特性で
十分に達成できるので熱処理を施す必要がなく、プロト
ン交換に用いる温度よりも、低い温度で容易に形成する
ことができる。よって、プロトン交換法で形成した光導
波路を備えた光制御デバイスであって、DCドリフト等
のリーク電流による不安定現象のないデバイスを実現す
ることができる。
【0028】上述の実施例では、光導波路側の第1のバ
ッファ層として、SiO2膜を、電極側の第2のバッフ
ァ層として、ポリイミド膜を用いたが、これに限らず、
光導波路の屈折率および伝搬させる光の波長に応じて、
上述した条件を満たす膜を用いることができる。例え
ば、プロトン交換したLiNbO3を光導波路として用
い、伝搬光として、波長0.633μmの光を用いる場
合には、 ・第1のバッファ層を構成する材料として、ITO、Z
nO、コーニング7059(コーニング社製)等、 ・第2のバッファ層を構成する材料として、TiO2
Si34、PMMA(ポリメチルメタアクリレート)、
ポリカーボネイト、ポリスチレン等を用いることができ
る。
【0029】また、本実施例では、分岐干渉型光強度変
調器を光制御デバイスとして示したが、これに限らず、
光導波路と、バッファ層と、電極とを備えた光制御デバ
イスであれば、本実施例のバッファ層の構成を用いるこ
とができる。例えば、方向性結合型の光スイッチング素
子、グレーティング制御型のTE−TMモード変換器、
屈折率分布制御型の分岐スイッチに用いることができ
る。
【0030】また、本実施例では、プロトン交換法で形
成した光導波路を用いたが、金属拡散法やイオン注入法
等のように、他の方法で形成した光導波路を用いること
ももちろん可能である。
【0031】本実施例の光制御デバイスでは、バッファ
層を2層構造にしたが、2層以上の構造にすることもで
きる。例えば、上述の第1のバッファ層と第2のバッフ
ァ層の間に、第3のバッファ層を配置したり、第2のバ
ッファ層と電極膜との間に、第4のバッファ層を配置す
ることができる。この場合であっても、第1のバッファ
層と第2のバッファ層とが、上述の実施例の条件を満た
しているかぎり、上述の光制御デバイスと同様の効果を
得ることができる。
【0032】
【発明の効果】以上のように、本発明は、バッファ層を
少なくとも2層にすることにより、電極からのリ−ク電
流を減少することができ、電界の不安定現象を低減し、
信頼性の高い光制御デバイスを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の光制御デバイスの断面図。
【図2】本発明の一実施例の光制御デバイスの断面図。
【図3】本発明の一実施例の光制御デバイスの上面図。
【符号の説明】
1、21・・・・・・LiNbO3基板 2、22・・・・・・光導波路 3 ・・・・・・第1のバッファ層 4 ・・・・・・電極 5 ・・・・・・第2のバッファ層

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光導波路と、前記光導波路に電界を印加す
    るための電極と、前記光導波路と電極との間に配置され
    たバッファ層とを有し、 前記バッファ層は、少なくとも2層からなり、 前記バッファ層のうち前記光導波路に接する第1のバッ
    ファ層は、屈折率が前記光導波路の屈折率より小さく、
    かつ、前記光導波路を伝搬する光を吸収しない波長特性
    を有し、 前記バッファ層のうち前記第1のバッファ層より前記電
    極側に位置する第2のバッファ層は、絶縁性の材料で形
    成されていることを特徴とする光制御デバイス。
  2. 【請求項2】請求項1において、前記第1のバッファ層
    の厚さは、前記光導波路を伝搬する光のエバネッセント
    波が前記バッファ層において到達する領域の厚さよりも
    厚く形成されていることを特徴とする光制御デバイス。
  3. 【請求項3】請求項1において、前記光導波路は、プロ
    トン交換されたLiNbO3で形成され、前記第1のバ
    ッファ層は、SiO2膜で形成され、前記第2のバッフ
    ァ層は、ポリイミド膜で形成されていることを特徴とす
    る光制御デバイス。
  4. 【請求項4】基板に光導波路を形成する第1の工程と、 前記基板上に、屈折率が前記光導波路の屈折率より小さ
    く、かつ、前記光導波路を伝搬する光を吸収しない材料
    を用いて、前記第1の工程よりも低い温度で第1のバッ
    ファ層を形成する第2の工程と、 絶縁性の材料を用いて、前記第1の工程よりも低い温度
    で第2のバッファ層を形成する第3の工程と、 前記光導波路に電界を印加するための電極膜を形成する
    第4の工程とを有することを特徴とする光制御デバイス
    の製造方法。
  5. 【請求項5】請求項4の第1の工程において、前記光導
    波路をイオン交換法で形成することを特徴とする光制御
    デバイスの製造方法。
JP5315104A 1993-12-15 1993-12-15 光制御デバイスおよびその製造方法 Withdrawn JPH07168042A (ja)

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