JPH07294759A - 光制御デバイス及びその製造方法 - Google Patents

光制御デバイス及びその製造方法

Info

Publication number
JPH07294759A
JPH07294759A JP6083265A JP8326594A JPH07294759A JP H07294759 A JPH07294759 A JP H07294759A JP 6083265 A JP6083265 A JP 6083265A JP 8326594 A JP8326594 A JP 8326594A JP H07294759 A JPH07294759 A JP H07294759A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical
buffer layer
substrate
control device
optical waveguide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP6083265A
Other languages
English (en)
Inventor
Naoki Kitamura
直樹 北村
Toshiyuki Kanbe
俊之 神戸
Yutaka Urino
豊 賣野
Yutaka Nishimoto
裕 西本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
Priority to JP6083265A priority Critical patent/JPH07294759A/ja
Publication of JPH07294759A publication Critical patent/JPH07294759A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光制御デバイスの特性を歩留り良く、常に安
定して得ることができる。 【構成】 バッファ層3の作製前に光導波路2が形成さ
れたLiNbO3 またはLiTaO3 基板1の表面のL
iをNaあるいはKとイオン交換したことを特徴とす
る。この処理により基板1の表面からのLiの外拡散が
抑制される。この結果バッファ層3中のLiイオンの量
が少なくなるためDCドリフトを低減することができ、
常に安定な動作が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は光波の変調、光路切替え
を行う光制御デバイスに関し、特に電気光学効果を有す
るLiNbO3 あるいはLiTaO3 基板中に形成され
た光導波路を用いて制御を行う導波型光スイッチ及びそ
の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】光通信システムの実用化に伴い、更に大
容量で多機能の高度なシステムが求められており、より
高速の光信号の発生や光伝送路の切り替え、交換等の新
たな機能の付加が必要とされている。現在の実用システ
ムでは光信号は直接半導体レーザや発光ダイオードの注
入電流を変調することによって得られているが、直接変
調では緩和振動の効果、波長チャーピングの発生等のた
め数GHz以上の高速変調が難しいこと、波長変動が発
生するためコヒーレント光伝送方式には適用が難しい等
の欠点がある。これを解決する手段としては、外部変調
器を使用する方法があり、特に電気光学結晶基板中に形
成された光導波路により構成される導波型の光変調器は
小型、高効率、高速という特徴がある。
【0003】一方、光伝送路の切り替えやネットワーク
の交換機能を得る手段としては、光スイッチが使用され
ている。現在実用化されている光スイッチはプリズム、
ミラー、ファイバ等を機械的に移動させて光路を切り替
えるものであり、低速であること、形状が大きくマトリ
クス化に不適等の欠点がある。これを解決する手段とし
ても光導波路を用いた導波型の光スイッチの開発が進め
られており、高速、多素子の集積化が可能、高信頼等の
特徴がある。特にニオブ酸リチウム(LiNbO3 )結
晶等の強誘電体材料を用いたものは、光吸収が小さく低
損失であること、大きな電気光学効果を有しているため
高効率である等の特徴があり、方向性結合器型光変調器
あるいは光スイッチ、全反射型光スイッチ、マッハツェ
ンダ型光変調器等の種々の方式の光制御デバイスが報告
されている。
【0004】近年、この導波路型光スイッチの高密度集
積化の研究開発が盛んに行われており、西本裕らの文
献、電子情報通信学会OQE88−147によれば、L
iNbO3 基板を用いて方向性結合器型光スイッチを6
4素子集積した8×8マトリクス光スイッチを得てい
る。一方、外部光変調器のような単一の光スイッチ素子
からなるデバイスの研究開発も盛んに進められている。
このような光スイッチデバイスの特性項目には、スイッ
チング電圧(電力)、クロストーク、消光比、損失、切
り替え速度、温湿度などの環境に対する動作の安定性、
また、電圧の連続印加時における動作の安定性などがあ
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述した特性項目の中
でも安定動作は実用において最も重要な点である。
【0006】ここで従来の技術を図面を用いて説明す
る。図2は方向性結合器5を用いた従来の光スイッチの
最終形態を示す断面図である。図2において、電気光学
効果を有するLiNbO3 あるいはLiTaO3 基板1
(今後、基板1と呼ぶ)に形成された2本の光導波路2
からなる方向性結合器5を含む基板1上にバッファ層3
が装荷され、前記バッファ層3を介して主として金属材
料からなる電極4a,4bが光導波路2の上に形成され
る。そして更に導電性膜7が装荷される。この導電性膜
7はサワキらの文献クレオ(CLEO)’86 MF−
2、46ページによれば、温度変動が発生した場合に強
誘電体が有する焦電効果により基板中に生ずる電荷の移
動による特性不安定化を防ぐ作用がある。すなわち、温
度の変動に対してのスイッチ動作の安定化の効果がある
と考えられており、Si膜が用いられている。
【0007】また、バッファ層3は光導波路2を伝搬す
る光が電極4a,4b及び導電性膜7に吸収されるのを
防ぐために用いられ、通常光に対して極めて吸収の少な
い絶縁体、特にSiO2 やAl2 3 が一般に用いられ
る。なぜなら、これらの屈折率は電気光学効果を有する
LiNbO3 あるいはLiTaO3 基板1の屈折率の約
2.2より小さく、かつ、光の吸収がほとんど無いため
である。屈折率が小さい場合、電極4a,4b及び導電
性膜7での光の吸収を防ぐために必要なバッファ層3の
厚さを屈折率が大きい場合より薄膜化できる。スイッチ
ング電圧を考えると、電極4a,4bに電圧を印加した
場合、通常バッファ層3の誘電率は基板1に比べて小さ
いため電界がバッファ層3に集中するため、バッファ層
3の厚さが厚いほどスイッチング電圧は増大する。従っ
て、バッファ層3としては屈折率が小さく、かつ、光の
吸収が極めて小さいSiO2 が用いられる。しかし、バ
ッファ層3としてSiO2 を用い、電極4aをアースと
して電極4bに直流電圧を連続印加するとバッファ層3
中のイオンが電界により移動し各電極4a、4bの下に
は外部から印加した電圧の符号とは逆のイオンが集ま
る。従って、電極4a,4bの間は外部からの印加電圧
で発生する基板中の電界に対して反電界が発生する。こ
の反電界の大きさは時間と共にイオンの総移動量が増加
するために大きくなっていく。この現象は一般にDCド
リフトと呼ばれる。外部からの印加電圧を一定としてい
る場合、反電界が発生すると光導波路に印加される電界
が減少することになり特性劣化が起こる。すなわち、時
間と共に大きくなる反電界が発生した場合、反電界が発
生する前の特性に戻すためには反電界をキャンセルさせ
る電圧を外部から印加しなければならない。これはスイ
ッチ動作の動作電圧点のシフトを意味し、実用化するた
めの大きな障害となる。
【0008】また、このイオンはバッファ層3の作製プ
ロセスにおいて不純物としてバッファ層3中に混入す
る。不純物イオンの中でNa、Li、K等のアルカリ金
属類は可動イオンとしてバッファ層3中を容易に動くこ
とが知られこれらのイオンの侵入を防ぐ必要がある。し
かしLiNbO3 あるいはLiTaO3 においては熱処
理を施したときに結晶表面からLi2 Oが外部へ放出さ
れる外拡散現象が生じるため、特に基板1の表面にバッ
ファ層3を形成する際熱処理を施すと、この外拡散によ
りバッファ層3中にLi2 Oが混入しさらにLiイオン
となることによってデバイス作製後電界を印加した際に
バッファ層3中を動き、DCドリフトの原因となる。
【0009】本発明の目的は、従来の光制御デバイスに
比べて長期に渡って安定な動作が得られる光制御デバイ
スを与えることにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は電気光学効果を
有するLiNbO3 あるいはLiTaO3 基板上に形成
された光導波路、前記光導波路上に形成されるバッファ
層、前記光導波路近傍の前記バッファ層上に形成される
複数本からなる電極及び前記電極上または前記電極と前
記バッファ層の間に形成される導電性膜からなる導波路
型の光制御デバイスにおいて、前記光導波路を形成した
前記基板の表面のLiをNaあるいはKとイオン交換処
理することを特徴とする。
【0011】
【作用】本発明の光制御デバイスにおいては、基板の表
面のLiをNaあるいはKとイオン交換させる。一般に
アルカリの金属類のイオンの移動度はそのイオン半径等
の要因によってLi、Na、Kの順に小さくなることが
知られている。すなわちNa、KイオンはLiイオンに
比べて動きにくいイオンである。そこで基板の表面近傍
のLiをNaあるいはKでイオン交換し、LiX Na
(1-X) NbO3 、LiX (1-X) NbO3 あるいはLi
X Na(1-X) NbO3 、LiX (1-X) NbO3 (0≦
X≦1)のイオン交換層を形成することによって基板か
らのLiの混入を抑制することができる。この結果DC
ドリフトを低減することができ、光制御デバイスを安定
に動作させることができる。
【0012】
【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。図1(a)、図1(b)は本発明の一実施例に係わ
る光制御デバイスの製造方法を示す断面図である。
【0013】図1(a)は方向性結合器5を用いた光ス
イッチの製造工程において、バッファ層3作製前の本発
明による処理を示す断面図である。図1(a)において
電気光学効果を有するLiNbO3 あるいはLiTaO
3 基板1上に2本の光導波路2からなる方向性結合器5
が形成されている。本発明による製造方法ではこの基板
1の表面のLiをNaあるいはKによってイオン交換さ
せる。このイオン交換に用いる物質としてはNaあるい
はKを含む硝酸塩類、塩素酸塩類、過酸化物等の酸化性
物質が有効である。例えば硝酸塩類であるNaNO3
KNO3 はその融点が300〜400℃程度であり電気
炉等で溶融することができ、この融液8中に光導波路2
が形成された基板1を浸すことによって、LiとNaあ
るいはKとのイオン交換が行われる。この処理により表
面に形成されたイオン交換層6によってこの後形成され
るバッファ層3の作製時の熱プロセスにおいては基板1
からのLi2 Oの外拡散が抑制されるためバッファ層3
中へのLiの混入を防ぐことができる。ただしデバイス
の光学特性に影響を及ぼさないようにこのイオン交換層
6の厚さは光導波路2の厚さよりも十分薄くする必要が
ある。図1(b)は本発明による光制御デバイスの最終
形態を示す断面図である。上記のように本発明によりバ
ッファ層3内で動きうるLiイオンの量を低減させるこ
とができ、DCドリフトを抑圧することができる。
【0014】なお、本発明は方向性結合器からなる光制
御デバイスだけに対してだけでなく、マッハツェンダ
型、交差導波路を用いた全反射型等の全ての光制御デバ
イスに有効であるのは明らかである。
【0015】
【発明の効果】本発明の光制御デバイスにおいては、基
板からバッファ層に混入しバッファ層内で移動するLi
イオンの量を少なくすることができるため、DCドリフ
トを低減でき常に安定な動作が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明に係わる光制御デバイスの製造
工程を示す断面図。(b)は本発明に係わる光制御デバ
イスの最終形態の断面図。
【図2】従来の光制御デバイスの断面図。
【符号の説明】
1 電気光学効果を有するLiNbO3 あるいはLiT
aO3 基板 2 光導波路 3 バッファ層 4a、4b 電極 5 方向性結合器 6 イオン交換層(LiX Na(1-X) NbO3 、LiX
(1-X) NbO3 (0≦X≦1)etc.) 7 導電性膜 8 イオン交換用融液
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西本 裕 東京都港区芝五丁目7番1号 日本電気株 式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電気光学効果を有するLiNbO3 あるい
    はLiTaO3 基板上に形成された光導波路と、前記光
    導波路上に形成されるバッファ層と、前記光導波路近傍
    の前記バッファ層上に形成される複数本からなる電極及
    び前記電極上または前記電極と前記バッファ層の間に形
    成される導電性膜からなる導波路型の光制御デバイスに
    おいて、前記光導波路を形成した前記基板の表面のLi
    がNaあるいはKとイオン交換処理され、基板表面にL
    X Na(1-X) NbO3 、またはLiX (1-X ) NbO
    3 あるいはLiX Na(1-X) TaO3 、またはLiX
    (1-X) TaO3(0≦X≦1)からなる層が形成されて
    いることを特徴とする光制御デバイス。
  2. 【請求項2】電気光学効果を有するLiNbO3 あるい
    はLiTaO3 基板上に光導波路と、前記光導波路上に
    形成されるバッファ層を形成する工程と、前記光導波路
    近傍の前記バッファ層上に複数本からなる電極を形成し
    前記電極上または前記電極と前記バッファ層の間に導電
    性膜を形成する工程とを有する光制御デバイスの製造方
    法において、前記バッファ層の形成前に前記基板の表面
    のLiをNaあるいはKとイオン交換処理することを特
    徴とする光制御デバイスの製造方法。
JP6083265A 1994-04-21 1994-04-21 光制御デバイス及びその製造方法 Pending JPH07294759A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP6083265A JPH07294759A (ja) 1994-04-21 1994-04-21 光制御デバイス及びその製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP6083265A JPH07294759A (ja) 1994-04-21 1994-04-21 光制御デバイス及びその製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH07294759A true JPH07294759A (ja) 1995-11-10

Family

ID=13797527

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP6083265A Pending JPH07294759A (ja) 1994-04-21 1994-04-21 光制御デバイス及びその製造方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH07294759A (ja)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6273207A (ja) * 1985-09-27 1987-04-03 Fujitsu Ltd 導波路光デイバイス

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6273207A (ja) * 1985-09-27 1987-04-03 Fujitsu Ltd 導波路光デイバイス

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2555942B2 (ja) 光制御デバイス
JPWO2015087988A1 (ja) 電気光学素子
US10921682B1 (en) Integrated optical phase modulator and method of making same
EP0717306B1 (en) Waveguide type optical control device with properties of suppressed DC drift, reduced driving voltage and high speed operation
JP2894961B2 (ja) 光制御デバイス
JPH05196972A (ja) 導波路型光方向性結合器
JPH0675195A (ja) 光制御デバイス
JPH04328720A (ja) 導波路型光デバイス
JP3139712B2 (ja) 光制御デバイス
US5687265A (en) Optical control device and method for making the same
JPH07294759A (ja) 光制御デバイス及びその製造方法
JP2730465B2 (ja) 光制御デバイスとその製造方法
JP2503880B2 (ja) 光制御デバイスの製造方法
JP2809112B2 (ja) 光制御デバイスとその製造方法
JP2850899B2 (ja) 光制御デバイス
JPH0566428A (ja) 光制御デバイス
JP3490510B2 (ja) 光半導体装置
JP2624199B2 (ja) 光制御デバイスとその製造方法
JPH02114243A (ja) 光制御デバイス及びその製造方法
JPH06347837A (ja) 光制御デバイスとその製造方法
JP2705134B2 (ja) 方向性結合器型導波路光スイッチ
JP2995832B2 (ja) 光制御デバイス
JP3106710B2 (ja) 光制御デバイス
JP2944200B2 (ja) 導波路形光デバイス
JPH10213821A (ja) 導波型光リミッター

Legal Events

Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 19970121