JPH07306422A - Optical wave guiding method and optical waveguide element - Google Patents

Optical wave guiding method and optical waveguide element

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JPH07306422A
JPH07306422A JP9768894A JP9768894A JPH07306422A JP H07306422 A JPH07306422 A JP H07306422A JP 9768894 A JP9768894 A JP 9768894A JP 9768894 A JP9768894 A JP 9768894A JP H07306422 A JPH07306422 A JP H07306422A
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JP
Japan
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light
optical
optical waveguide
waveguide
guided
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Application number
JP9768894A
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Japanese (ja)
Inventor
Atsuo Yamada
淳夫 山田
Hitoshi Tamada
仁志 玉田
Maki Saito
真樹 斎藤
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Publication of JPH07306422A publication Critical patent/JPH07306422A/en
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Abstract

PURPOSE:To avert influence by photodamage and to assure the reliability for practicable use of an optical device for which optical waveguides consisting an oxide inorg. ferroelectric substance, such as LiNb03 are used in the case of guiding of signal light including transmission information by using these optical waveguides. CONSTITUTION:This optical waveguide element is 'provided with the one input side waveguide 2a for guiding the signal light L1 and the other input side waveguide 2b for guiding stabilizing light L2 for stabilizing a refractive index change and is so constituted that the signal light L1 is guided in:j the output side waveguide 2c where the refractive index change is held in the satd. state by the stabilizing light L2. The wavelength lambda2 of the stabilizing light L2 is specified to a range of 250 to 1700mn and the wavelength lambda1 of the signal light L1 is specified to a range of 250 to 2000nm. The light intensity I2 of the stabilizing light L2 is specified to >=0.1W/cm<2>.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、伝達情報を包含する導
波光により情報の伝達を行なう例えば情報処理分野ある
いは光応用計測並びに光通信分野に利用され、特に、光
損傷による影響をなくして実用上の信頼性を確保するこ
とができる光導波方法及び光導波路素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is used in, for example, the information processing field or optical measurement and optical communication fields in which information is transmitted by guided light containing transmitted information. The present invention relates to an optical waveguide method and an optical waveguide element capable of ensuring the above reliability.

【0002】[0002]

【従来の技術】近時、光スイッチ、第2高調波発生(S
HG)素子、光変調器等の光機能素子を構成するための
光導波路用材料として、LiNbO3 等の酸化物無機強
誘電体が広く用いられている。
2. Description of the Related Art Recently, optical switches and second harmonic generation (S
As an optical waveguide material for forming an optical functional element such as an HG) element or an optical modulator, an oxide inorganic ferroelectric such as LiNbO 3 is widely used.

【0003】特に、LiNbO3 単結晶は、大きな電気
光学効果を示し、また、音響光学材料としてみても比較
的大きな良度指数Mと電気機械結合係数をもち、更に低
損失の薄膜光導波路が容易に作製できるという利点を有
する。
In particular, a LiNbO 3 single crystal exhibits a large electro-optical effect, and has a relatively large figure of merit M and an electromechanical coupling coefficient as an acousto-optical material, and a thin film optical waveguide with low loss can be easily formed. It has an advantage that it can be manufactured.

【0004】LiNbO3 による光導波路の作製方法と
しては、例えばエピタキシャル成長法、スパッタ法、外
拡散法、熱拡散法及びイオン交換法等が知られている。
As a method of manufacturing an optical waveguide made of LiNbO 3 , for example, an epitaxial growth method, a sputtering method, an outer diffusion method, a thermal diffusion method, an ion exchange method and the like are known.

【0005】しかし、上記LiNbO3 等の酸化物無機
強誘電体は、共通して光損傷と呼ばれる現象がみられ
る。この現象は、光を当てることによって物質の屈折率
が経時変化してしまう現象であり、デバイスを組んだと
きの特性のばらつき、不安定性の原因となり、実用上の
信頼性を確保する上での大きな障壁となっている。
However, the above-mentioned inorganic oxide ferroelectrics such as LiNbO 3 commonly have a phenomenon called optical damage. This phenomenon is a phenomenon in which the refractive index of a substance changes over time when exposed to light, which causes variations in characteristics when the device is assembled and causes instability, and is important for ensuring practical reliability. It is a big barrier.

【0006】特に、Ti拡散LiNbO3 による光導波
路は、比較的作製が容易で、強い電気光学効果、音響光
学効果及び非線形光学効果をもっているが、短波長域で
は上記光損傷の影響によって光パワーレベルが制限され
るという問題がある。
In particular, an optical waveguide made of Ti-diffused LiNbO 3 is relatively easy to manufacture and has a strong electro-optic effect, acousto-optic effect and non-linear optical effect, but in the short wavelength region, the optical power level is affected by the above optical damage. Is limited.

【0007】ここで、光損傷について説明すると、Li
NbO3 ,LiTaO3などの電気光学結晶に可視レー
ザ光を照射すると、結晶中の不純物準位から電子が伝導
帯に励起されることになる。この励起電子は+z方向に
ドリフトするが、その途中でトラップ準位に落込む。そ
の結果、結晶中に正と負に帯電した部分が生じ、空間電
界が発生する。この空間電界は電気光学効果を通して屈
折率変化をもたらす。ここにいう光損傷とは、このよう
な光照射による屈折率変化を意味し、結晶自体の構造破
壊ではない。
Here, the optical damage will be described. Li
When a visible laser beam is applied to an electro-optic crystal such as NbO 3 or LiTaO 3 , electrons are excited in the conduction band from the impurity level in the crystal. The excited electrons drift in the + z direction, but fall into the trap level in the middle of the drift. As a result, positively and negatively charged portions are generated in the crystal, and a spatial electric field is generated. This spatial electric field causes a change in the refractive index through the electro-optic effect. The optical damage referred to here means a change in the refractive index due to such light irradiation, and is not structural destruction of the crystal itself.

【0008】上記光損傷の発生を抑制するために、従来
では、光の伝搬方向を特定の方向に選ぶことが検討され
(例えば特開平3−24505号公報、特開平2−17
9327号公報及び特開平3−120514号公報参
照)、その他、他元素(Mg,Zn,Sc等)を添加す
る方向での検討もなされている(例えば特開平5−10
5590号公報参照)。
In order to suppress the occurrence of the above-mentioned optical damage, it has been conventionally considered to select a light propagation direction in a specific direction (for example, Japanese Patent Laid-Open Nos. 3-24505 and 2-17).
9327 and Japanese Unexamined Patent Publication No. 3-120514), as well as studies in the direction of adding other elements (Mg, Zn, Sc, etc.) (for example, Japanese Unexamined Patent Publication No. 5-10).
5590 publication).

【0009】また最近では、オゾン中での熱処理によっ
て光損傷を低減させる方法も報告されている(例えば特
開平5−105590号公報参照)。
Recently, a method of reducing photodamage by heat treatment in ozone has also been reported (see, for example, JP-A-5-105590).

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
上記3つの方法において、光の伝搬方向を特定の方向に
選ぶ方法は、デバイス設計の自由度を大幅に制限し、複
雑な回路構成に対してはその適応が困難になるという問
題がある。また、他元素を添加する方法は、均一な大型
結晶成長が困難である点で問題がある。
However, among the above-mentioned three conventional methods, the method of selecting the propagation direction of light in a specific direction greatly limits the degree of freedom in device design and makes it possible to cope with complicated circuit configurations. Has a problem that its adaptation becomes difficult. Further, the method of adding another element has a problem in that it is difficult to grow a large crystal uniformly.

【0011】しかも、上記3つの方法は、あくまでも光
損傷耐性をある程度改善させるという考えから検討され
ており、改善によってレベルが低くなっても光損傷は内
在的に存在し、この影響を完全に回避することはできな
い。
Moreover, the above three methods have been studied in view of improving the light damage resistance to some extent, and even if the level is lowered by the improvement, the light damage is inherently present, and this influence is completely avoided. You cannot do it.

【0012】本発明は、上記の課題に鑑みてなされたも
ので、その目的とするところは、光を照射することによ
り屈折率が変化する材料からなる光導波路を用いて、伝
達情報を包含する導波光を導波させる場合において、光
損傷による影響を回避でき、光導波路を用いた光デバイ
スの実用上の信頼性を確保することができる光導波方法
を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to include transmission information by using an optical waveguide made of a material whose refractive index changes by irradiation with light. An object of the present invention is to provide an optical waveguide method capable of avoiding the influence of optical damage in guiding guided light and ensuring the practical reliability of an optical device using the optical waveguide.

【0013】また、本発明の他の目的は、基板及び/又
は光導波路を、光を照射することにより屈折率が変化す
る材料にて作製した場合において、伝達情報を包含する
導波光を導波させる際の光損傷による影響を回避でき、
光導波路を用いた光デバイスの実用上の信頼性を確保す
ることができる光導波路素子を提供することにある。
Another object of the present invention is to guide a guided light containing transmission information when the substrate and / or the optical waveguide is made of a material whose refractive index changes by irradiating light. You can avoid the effects of light damage when
An object of the present invention is to provide an optical waveguide element capable of ensuring the practical reliability of an optical device using the optical waveguide.

【0014】また、本発明の他の目的は、光導波路に、
強い電気光学効果、音響光学効果、非線形光学効果を持
たせることができるLiNbO3 等の酸化物無機誘電体
で基板及び/又は光導波路を作製した場合において、伝
達情報を包含する導波光を導波させる際の光損傷による
影響を回避でき、酸化物無機誘電体による光導波路を用
いた光デバイスの実用上の信頼性を確保することができ
る光導波路素子を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide an optical waveguide.
When a substrate and / or an optical waveguide is made of an oxide inorganic dielectric material such as LiNbO 3 which can have a strong electro-optic effect, acousto-optic effect, and non-linear optical effect, guided light including transmission information is guided. An object of the present invention is to provide an optical waveguide element capable of avoiding the influence of optical damage at the time of making it possible and ensuring the practical reliability of an optical device using an optical waveguide made of an oxide-inorganic dielectric.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明は、例えば図1に
示すように、光を照射することにより屈折率が変化する
材料からなる光導波路2を用いて、伝達情報を包含する
第1の導波光L1 を導波させる光導波方法において、第
2の導波光L2 により、光導波路2の屈折率変化△nを
飽和させた状態で、第1の導波光L1 を導波させるよう
にする。
According to the present invention, as shown in FIG. 1, for example, an optical waveguide 2 made of a material whose refractive index changes by irradiation with light is used to include transmitted information. the guided light L 1 in the optical waveguide method for guiding, by the second guided light L 2, in a state saturated with refractive index change △ n of the optical waveguide 2, so as to guiding the first guided wave L 1 To

【0016】この場合、光導波路2内における第2の導
波光L2 の光強度I2 を0.1W/cm2 以上にするこ
とが好ましい。また、第2の導波光L2 の波長λ2 を2
50〜1700nmの範囲にし、第1の導波光L1 の波
長λ1 を250〜2000nmの範囲にする。
In this case, it is preferable that the light intensity I 2 of the second guided light L 2 in the optical waveguide 2 be 0.1 W / cm 2 or more. In addition, the wavelength λ 2 of the second guided light L 2 is set to 2
The wavelength is in the range of 50 to 1700 nm, and the wavelength λ 1 of the first guided light L 1 is in the range of 250 to 2000 nm.

【0017】また、本発明に係る光導波路素子は、例え
ば図1に示すように、基板1上に、伝達情報を包含する
第1の導波光L1 を導波させるための第1の光導波路2
aと、第2の導波光L2 を導波させるための第2の光導
波路2bとを設け、第2の導波光L2 により屈折率変化
△nが飽和状態とされた第3の光導波路2c中を第1の
導波光L1 が導波するように構成する。
The optical waveguide element according to the present invention is, for example, as shown in FIG. 1, a first optical waveguide for guiding a first guided light L 1 containing transmission information on a substrate 1. Two
a and the second guided light L 2 is provided a second optical waveguide 2b for guided, a third optical waveguide whose refractive index change △ n is saturated by the second guided light L 2 The first guided light L 1 is configured to be guided in 2c.

【0018】この場合、基板1及び/又は光導波路2
を、酸化物無機誘電体にて構成する。具体的には、酸化
物無機誘電体をLiNbO3 とする。
In this case, the substrate 1 and / or the optical waveguide 2
Is composed of an oxide inorganic dielectric. Specifically, the oxide inorganic dielectric is LiNbO 3 .

【0019】[0019]

【作用】本発明に係る光導波方法においては、まず、光
を照射することにより屈折率が変化する材料からなる光
導波路2に、第2の導波光L2 を導波させる。これによ
って、光導波路2に光損傷が発生し、屈折率が変化する
ことになるが、その屈折率変化△nは第2の導波光L2
によって飽和状態となる。この状態で、伝達情報を包含
する第1の導波光L1 を導波させる。
In the optical waveguide method according to the present invention, first, the second guided light L 2 is guided through the optical waveguide 2 made of a material whose refractive index changes by irradiation with light. As a result, optical damage occurs in the optical waveguide 2 and the refractive index changes, but the refractive index change Δn is the second guided light L 2
Becomes saturated. In this state, the first guided light L 1 containing the transmission information is guided.

【0020】この場合、発生した光損傷による屈折率変
化△nは、飽和状態となっていることから、光照射時間
tの経過に拘らず、ほぼ一定の値△nsを維持すること
になり、等価的に屈折率変化△nが安定化した第1の導
波光L1 を導波させることが可能となる。その結果、光
損傷の影響による弊害、即ちデバイス特性が劣化する、
及び光強度に制限を受けるという弊害を回避することが
でき、光導波デバイスの寿命、特性の安定化及び信頼性
の向上を図ることができる。
In this case, since the refractive index change Δn due to the generated optical damage is in a saturated state, it maintains a substantially constant value Δns regardless of the elapse of the light irradiation time t. It becomes possible to guide the first guided light L 1 whose refractive index change Δn is equivalently stabilized. As a result, the adverse effect of the optical damage, that is, the device characteristics are deteriorated,
Also, it is possible to avoid the adverse effect that the light intensity is limited, and it is possible to improve the life, stability of characteristics, and reliability of the optical waveguide device.

【0021】また、第2の導波光L2 にて積極的に光損
傷を発生させながらも、屈折率変化△nを飽和状態にし
て屈折率変化△nを安定化させるようにしているため、
導波路材料に内在するある程度の光損傷が許容されるこ
とになり、結晶成長や導波路作製等における制約が大幅
に緩和される。
Further, while positively causing optical damage by the second guided light L 2 , the refractive index change Δn is saturated to stabilize the refractive index change Δn.
A certain degree of optical damage inherent in the waveguide material is allowed, and the restrictions on crystal growth, waveguide fabrication, etc. are greatly eased.

【0022】しかも、光の偏波方向や導波方向を特定方
向に選んで光損傷を回避する従来のような手法ではな
く、光の偏波方向や導波方向に依存することなく光損傷
による影響を回避することができるため、光導波路の設
置条件や光路上の制約を考慮する必要がなくなり、多機
能化に伴う素子構造の複雑化に十分対応させることがで
きる。これは、光伝送系を有する電子機器の多機能化を
図る上で極めて有利になる。
Moreover, it is not the conventional method of avoiding the optical damage by selecting the polarization direction or the waveguide direction of the light as a specific direction, and the optical damage caused by the optical damage does not depend on the polarization direction or the waveguide direction of the light. Since the influence can be avoided, it is not necessary to consider the installation condition of the optical waveguide and the constraint on the optical path, and it is possible to sufficiently cope with the complication of the element structure due to the multifunctionalization. This is extremely advantageous in increasing the functionality of electronic equipment having an optical transmission system.

【0023】ここで、導波路2内における第2の導波光
2 の光強度I2 を0.1W/cm 2 以上にしたのは、
これ以下では、屈折率変化△nsの飽和が起こらず、光
損傷による不安定化を解消できないこと、あるいは飽和
が起こったとしても、飽和状態に達するまでに時間がか
かるためである。
Here, the second guided light in the waveguide 2
L2Light intensity of20.1 W / cm 2What I did above is
Below this, saturation of the refractive index change Δns does not occur, and
Inability to eliminate instability due to damage or saturation
If it happens, it will take some time to reach saturation.
This is because it works.

【0024】また、第2の導波光L2 の波長λ2 を25
0〜1700nmの範囲にしたのは、これ以下では、小
型のコヒーレント光源が存在せず、これ以上では、光損
傷がほとんど起こらないからである。また、第1の導波
光L1 の波長λ1 を250〜2000nmとしたのは、
これ以外の波長域においては、小型のコヒーレント光源
が存在しないからである。
Further, the wavelength λ 2 of the second guided light L 2 is set to 25
The range of 0 to 1700 nm is set because a small coherent light source does not exist below this range and optical damage hardly occurs above this range. The wavelength λ 1 of the first guided light L 1 is set to 250 to 2000 nm because
This is because there is no small coherent light source in the wavelength range other than this.

【0025】次に、本発明に係る光導波路素子において
は、第1の光導波路2aに、伝達情報を包含する第1の
導波光L1 が導波することになり、第2の光導波路2b
に、第2の導波光L2 が導波することになる。このと
き、この第2の光導波路2bを導波する第2の導波光L
2 によって、第3の光導波路2cに光損傷が発生し、該
導波路2cにおける屈折率が変化することになるが、そ
の屈折率変化△nは第2の導波光L2 によって飽和状態
となる。そして、第2の導波光L2 によって屈折率変化
△nが飽和状態となされた第3の光導波路2cを第1の
光導波路2aを導波する第1の導波光L1 が導波するこ
とになる。
Next, in the optical waveguide element according to the present invention, the first guided light L 1 containing the transmission information is guided to the first optical waveguide 2a, and the second optical waveguide 2b.
Then, the second guided light L 2 is guided. At this time, the second guided light L guided through the second optical waveguide 2b
2 causes optical damage to the third optical waveguide 2c and changes the refractive index in the waveguide 2c. The refractive index change Δn is saturated by the second guided light L 2 . . Then, the first guided light L 1 guided through the first optical waveguide 2a is guided through the third optical waveguide 2c whose refractive index change Δn is saturated by the second guided light L 2 . become.

【0026】この場合、第3の光導波路2cにおいて発
生した光損傷による屈折率変化△nは、第2の導波光L
2 によって飽和状態となっていることから、光照射時間
tの経過に拘らず、ほぼ一定の値△nsを維持すること
になり、等価的に屈折率変化△nが安定化した第1の導
波光L1 を導波させることが可能となる。その結果、光
損傷の影響による弊害、即ちデバイス特性が劣化する、
及び光強度に制限を受けるという弊害を回避することが
でき、光導波デバイスの寿命、特性の安定化及び信頼性
の向上を図ることができる。
In this case, the refractive index change Δn due to the optical damage generated in the third optical waveguide 2c is equal to the second guided light L
Since it is in a saturated state due to 2 , the constant value Δns is maintained irrespective of the elapse of the light irradiation time t, and the first derivative in which the refractive index change Δn is equivalently stabilized. It becomes possible to guide the wave light L 1 . As a result, the adverse effect of the optical damage, that is, the device characteristics are deteriorated,
Also, it is possible to avoid the adverse effect that the light intensity is limited, and it is possible to improve the life, stability of characteristics, and reliability of the optical waveguide device.

【0027】また、第2の導波光L2 にて積極的に光損
傷を発生させながらも、屈折率変化△nを飽和状態にし
て屈折率変化△nを安定化させるようにしているため、
導波路材料に内在するある程度の光損傷が許容されるこ
とになり、結晶成長や導波路作製等における制約が大幅
に緩和される。
Further, while the optical damage is positively generated by the second guided light L 2 , the refractive index change Δn is saturated to stabilize the refractive index change Δn.
A certain degree of optical damage inherent in the waveguide material is allowed, and the restrictions on crystal growth, waveguide fabrication, etc. are greatly eased.

【0028】しかも、光の偏波方向や導波方向を特定方
向に選んで光損傷を回避する従来のような手法ではな
く、光の偏波方向や導波方向に依存することなく光損傷
による影響を回避することができるため、光導波路の設
置条件や光路上の制約を考慮する必要がなくなり、多機
能化に伴う素子構造の複雑化に十分対応させることがで
きる。これは、光伝送系を有する電子機器の多機能化を
図る上で極めて有利になる。
Moreover, this is not a conventional method of avoiding optical damage by selecting a specific polarization direction or waveguide direction of light, and is not dependent on the polarization direction or waveguide direction of light. Since the influence can be avoided, it is not necessary to consider the installation condition of the optical waveguide and the constraint on the optical path, and it is possible to sufficiently cope with the complication of the element structure due to the multifunctionalization. This is extremely advantageous in increasing the functionality of electronic equipment having an optical transmission system.

【0029】ここで、基板1及び/又は光導波路2を、
LiNbO3 等の酸化物無機誘電体にて構成した場合に
おいては、一般的に、大きな電気光学効果を示し、ま
た、音響光学材料としてみても比較的大きな良度指数M
と電気機械結合係数をもち、更に低損失の薄膜光導波路
が容易に作製できるという利点を有することになるが、
光損傷の発生によって、基板1及び/又は光導波路2の
屈折率が経時変化し、これにより、デバイスを組んだと
きの特性のばらつき、不安定性を引き起こし、更に短波
長域では光損傷の影響によって光パワーレベルが制限さ
れるという問題が生じることになる。
Here, the substrate 1 and / or the optical waveguide 2 are
In the case of being composed of an oxide inorganic dielectric material such as LiNbO 3 , a large electro-optical effect is generally exhibited, and a merit index M which is relatively large as an acousto-optic material is also obtained.
And has an electromechanical coupling coefficient, and has an advantage that a low loss thin film optical waveguide can be easily manufactured.
Due to the occurrence of optical damage, the refractive index of the substrate 1 and / or the optical waveguide 2 changes over time, which causes characteristic variations and instability when the device is assembled, and in the short wavelength region, due to the effect of optical damage. The problem arises that the optical power level is limited.

【0030】しかし、本発明では、第2の光導波路2b
に屈折率変化△nを飽和状態にするための第2の導波光
2 を導波させて、第1の導波光L1 が導波する第3の
光導波路2cの屈折率変化△nを飽和状態にするように
したので、上記のような光損傷による屈折率変化△nに
伴う影響が低減され、実用上の信頼性を確保することが
可能となる。
However, in the present invention, the second optical waveguide 2b
To guide the second guided light L 2 for making the refractive index change Δn into a saturated state, and change the refractive index change Δn of the third optical waveguide 2c through which the first guided light L 1 is guided. Since the saturation state is adopted, the influence caused by the change Δn in the refractive index due to the optical damage as described above is reduced, and the practical reliability can be secured.

【0031】従って、LiNbO3 等の酸化物無機誘電
体にて構成された光導波路2の効果(比較的作製が容易
で、強い電気光学効果、音響光学効果及び非線形光学効
果を有する)を十分に発揮させることができ、酸化物無
機誘電体にて構成された光導波路の利用範囲を広げるこ
とができる。
Therefore, the effect of the optical waveguide 2 composed of an oxide inorganic dielectric material such as LiNbO 3 (relatively easy to manufacture, having a strong electro-optic effect, acousto-optic effect and non-linear optical effect) is sufficiently obtained. It can be exhibited, and the application range of the optical waveguide composed of the oxide-inorganic dielectric can be expanded.

【0032】[0032]

【実施例】以下、本発明に係る光導波方法を実現させる
光導波路素子の実施例(以下、単に実施例に係る光導波
路素子と記す)を図1〜図9を参照しながら説明する。
実施例に係る光導波路素子の具体的な構成を説明する前
に、本発明に係る光導波方法の原理について以下に説明
する。
EXAMPLES Examples of an optical waveguide element for realizing the optical waveguide method according to the present invention (hereinafter, simply referred to as an optical waveguide element according to the example) will be described below with reference to FIGS.
Before describing the specific configuration of the optical waveguide device according to the example, the principle of the optical waveguide method according to the present invention will be described below.

【0033】本発明に係る光導波方法は、内在的な光損
傷を完全に抑制することは不可能であることの認識に基
づき、光損傷に対するいままでの発想を逆転して、光損
傷を十分に起こした後の安定な平衡状態を利用するとい
う概念に基づくものである。
The optical waveguide method according to the present invention is based on the recognition that it is impossible to completely suppress the intrinsic optical damage, and reverses the conventional idea of the optical damage so that the optical damage is sufficiently suppressed. It is based on the concept of utilizing a stable equilibrium state after the occurrence of.

【0034】具体的には、本発明に係る光導波方法は、
光損傷現象の次の4点の現象の解明、確認に基づき、こ
れらを利用するものである。
Specifically, the optical waveguide method according to the present invention is
These are utilized based on the elucidation and confirmation of the following four phenomena of the light damage phenomenon.

【0035】(1)まず、図3に示すように、光損傷に
よる屈折率変化△nは、光照射時間tの経過に伴って、
まず、飽和屈折率変化△nsに向かってほぼ直線状に変
化し、ニー(Knee)点を境として非線形曲線を描き
ながら飽和屈折率変化△nsに近接し、更にこの飽和屈
折率変化△nsを漸近線としてほぼ時間軸に平行に伸び
るという特性を有する。この屈折率変化△nの時間依存
性は、以下の(1)式で示すように、指数関数形に表わ
すことができる。
(1) First, as shown in FIG. 3, the change Δn in the refractive index due to light damage changes with the elapse of the light irradiation time t.
First, it changes almost linearly toward the saturated refractive index change Δns, approaches the saturated refractive index change Δns while drawing a non-linear curve with the knee point as a boundary, and further changes this saturated refractive index change Δns. As an asymptote, it has a characteristic of extending almost parallel to the time axis. The time dependency of the refractive index change Δn can be expressed in an exponential function form as shown in the following equation (1).

【0036】 △n(t)=△ns{1−exp(−t/τ)} ………(1) ここで、τは、結晶中を伝搬する光波の走行時間であ
る。
Δn (t) = Δns {1-exp (-t / τ)} (1) where τ is the transit time of the light wave propagating in the crystal.

【0037】(2)また、屈折率変化△nは、図4に示
すように、光強度が大きいほど直線状に変化する部分が
急峻となり、飽和屈折率変化△nsに近接するまでの時
間がより短くなるという特性を有する。
(2) As for the refractive index change Δn, as shown in FIG. 4, the portion where it changes linearly becomes steeper as the light intensity is larger, and the time until it approaches the saturated refractive index change Δns. It has the property of being shorter.

【0038】(3)また、飽和屈折率変化△nsは、図
5に示すように、光強度Iの増加に伴って、上記屈折率
変化△nにおける時間依存性の特性(図3参照)と同様
に、まず、ほぼ直線状に変化し、その後、ニー(kne
e)点を境として非線形曲線を描きながら徐々に上昇
し、ある一定の光強度Itにおいて飽和状態に達すると
いう特性を有する。飽和状態となった飽和屈折率変化△
nsは、上記光強度It以上では、光強度Iによらずほ
ぼ一定となる。
(3) Further, as shown in FIG. 5, the saturated refractive index change Δns has a time-dependent characteristic (see FIG. 3) in the refractive index change Δn as the light intensity I increases. Similarly, it first changes into a substantially linear shape, and then
It has the characteristic that it gradually rises while drawing a non-linear curve at point e) and reaches a saturation state at a certain light intensity It. Change in saturated refractive index in saturated condition △
Above a light intensity It, ns is substantially constant regardless of the light intensity I.

【0039】図7〜図9に、本実施例で用いたLiNb
3 導波路の実験データを示す。図7は、5mol/%
MgがドープされたLiNbO3 単結晶上に液相エピタ
キシャル成長法でLiNbO3 単結晶膜を成長させて作
製されたLiNbO3 導波路の、特にTEモードの光損
傷による飽和屈折率変化△nsの光強度依存性を示すも
のである。
7 to 9 show the LiNb used in this example.
The experimental data of an O 3 waveguide are shown. FIG. 7 is 5 mol /%
Light intensity of change in saturation refractive index Δns of LiNbO 3 waveguide produced by growing LiNbO 3 single crystal film on Mg-doped LiNbO 3 single crystal by liquid phase epitaxial growth, especially due to optical damage of TE mode Δns It shows dependence.

【0040】そのうち、曲線aは、0.25mol%の
バナジウム(V)が含有された溶液による液相エピタキ
シャル成長法にて作製されたLiNbO3 導波路の特性
を示し、曲線bは、ボロン(B)の溶液中に0.3mo
l%の鉄(Fe)が含有された溶液による液相エピタキ
シャル成長法にて作製されたLiNbO3 導波路の特性
を示し、曲線cはボロン(B)の溶液中に0.7mol
%のマグネシウム(Mg)が含有された溶液による液相
エピタキシャル成長法にて作製されたLiNbO3 導波
路の特性を示す。
Among them, the curve a shows the characteristics of the LiNbO 3 waveguide produced by the liquid phase epitaxial growth method using the solution containing 0.25 mol% of vanadium (V), and the curve b shows the characteristic of boron (B). 0.3mo in the solution
The characteristics of a LiNbO 3 waveguide produced by a liquid phase epitaxial growth method using a solution containing 1% iron (Fe) are shown, and a curve c shows 0.7 mol in a solution of boron (B).
The characteristics of a LiNbO 3 waveguide manufactured by a liquid phase epitaxial growth method using a solution containing 20% magnesium (Mg) are shown.

【0041】図8は、Ti熱拡散法にて作製されたLi
NbO3 導波路の特性を示すもので、曲線dは、TMモ
ードの光損傷による飽和屈折率変化△nsの光強度依存
性を示し、曲線eは、TEモードの光損傷による飽和屈
折率変化△nsの光強度依存性を示す。
FIG. 8 shows Li prepared by the Ti thermal diffusion method.
The characteristics of the NbO 3 waveguide are shown. The curve d shows the dependency of the saturated refractive index change Δns due to the TM mode optical damage on the light intensity, and the curve e shows the saturation refractive index change Δ due to the TE mode optical damage. The light intensity dependence of ns is shown.

【0042】図9は、プロトン交換法にて作製されたL
iNbO3 導波路の、特にTMモードの光損傷による飽
和屈折率変化△nsの光強度依存性を示すものであり、
曲線fは、プロトン交換後に結晶を高温でアニールした
場合の特性を示し、曲線gはプロトン交換後に高温アニ
ールを行なわない場合の特性を示す。
FIG. 9 shows L produced by the proton exchange method.
It shows the light intensity dependence of the saturation refractive index change Δns of the iNbO 3 waveguide due to the optical damage particularly in the TM mode,
Curve f shows the characteristics when the crystal is annealed at a high temperature after the proton exchange, and curve g shows the characteristics when the high temperature annealing is not performed after the proton exchange.

【0043】これらの各種特性曲線a〜fのうち、図7
で示す液相エピタキシャル法にて作製されたLiNbO
3 導波路は、光強度が約100(W/cm2 )付近にて
飽和状態となり、それ以上の光強度において、それぞれ
一定の飽和屈折率変化△nsを示す。
Of these various characteristic curves a to f, FIG.
LiNbO prepared by the liquid phase epitaxial method
The three waveguides are in a saturated state when the light intensity is around 100 (W / cm 2 ), and show a constant saturation refractive index change Δns when the light intensity is higher than that.

【0044】図8で示すTi熱拡散法によるLiNbO
3 導波路、特にそのTEモードにおいては、光強度が約
104 (W/cm2 )付近にて飽和状態となり、それ以
上の光強度において、一定の飽和屈折率変化△ns(=
1.7×10-4)を示す。TMモードの方は、その飽和
変化率変化△nsが、この実験で使用した光検出器の入
力ダイナミックレンジの上限値を超えるため、確かな特
性は得られていないが、破線で示す特性を示すものと予
想される。
LiNbO by the Ti thermal diffusion method shown in FIG.
In the three waveguides, especially in the TE mode, the light intensity is saturated near about 10 4 (W / cm 2 ), and when the light intensity is higher than that, a constant saturation refractive index change Δns (=
1.7 × 10 −4 ) is shown. In the TM mode, the change in the saturation change rate Δns exceeds the upper limit value of the input dynamic range of the photodetector used in this experiment, so no reliable characteristic is obtained, but the characteristic indicated by the broken line is shown. Expected.

【0045】図9で示すプロトン交換法によるLiNb
3 導波路は、いずれも、その飽和変化率変化△ns
が、この実験で使用した光検出器の入力ダイナミックレ
ンジの上限値を超えるため、確かな特性は得られていな
いが、破線で示す特性を示すものと予想される。
LiNb by the proton exchange method shown in FIG.
Each of the O 3 waveguides has a saturation change rate Δns.
However, since it exceeds the upper limit of the input dynamic range of the photodetector used in this experiment, no reliable characteristics have been obtained, but it is expected that the characteristics shown by the broken line are exhibited.

【0046】(4)また、飽和屈折率変化△nsは、図
6に示すように、光の波長λが大きくなるに従って、そ
の飽和状態に入る光強度Iの大きさが増大するという傾
向を示すが、飽和屈折率変化△nsの値自体には変化が
見られない。即ち、飽和屈折率変化△nsは、光の波長
には依存しない。
(4) Further, the saturated refractive index change Δns shows a tendency that as the wavelength λ of light increases, the magnitude of the light intensity I entering the saturated state increases as shown in FIG. However, there is no change in the saturated refractive index change Δns. That is, the saturated refractive index change Δns does not depend on the wavelength of light.

【0047】このように、光損傷による屈折率変化△n
は、光強度Iがある一定の値(光強度It)以上になっ
たときに飽和状態となり、また、そのときの値(飽和値
△ns)が光の波長λに依存しないことから、本実施例
においては、飽和状態に入る光強度Itよりも光強度の
大きい光によって、LiNbO3 導波路に意図的に光損
傷を発生させながらもその屈折率変化を安定させ、この
状態で信号光をLiNbO3 導波路に導波させることに
よって、安定なデバイス特性を実現させるものである。
Thus, the refractive index change Δn due to optical damage
Is a saturated state when the light intensity I exceeds a certain value (light intensity It) and the value (saturation value Δns) at that time does not depend on the wavelength λ of the light. In the example, light having a light intensity higher than the light intensity It that enters the saturation state stabilizes the change in the refractive index of the LiNbO 3 waveguide while intentionally causing optical damage to the LiNbO 3 waveguide. By guiding in three waveguides, stable device characteristics are realized.

【0048】次に、上記実施例に係る光導波路素子の具
体的な2つの構成例(以下、便宜的に第1実施例に係る
光導波路素子及び第2実施例に係る光導波路素子と記
す)を図1及び図2に基づいて説明する。
Next, two concrete structural examples of the optical waveguide device according to the above-mentioned embodiment (hereinafter, referred to as an optical waveguide device according to the first embodiment and an optical waveguide device according to the second embodiment for convenience). Will be described with reference to FIGS. 1 and 2.

【0049】図1で示す第1実施例に係る光導波路素子
1 は、上記実施例に係る原理が適用される最も簡単な
デバイス構成例を示すもので、SHG素子や位相変調器
等に適用できるものである。この図1で示す光導波路素
子A1 について説明すると、この第1実施例に係る光導
波路素子A1 は、例えばリッジ形を例にとった場合、例
えばZカットLiNbO3 結晶からなる基板1の一主面
に対して例えばTi熱拡散法とドライエッチング法を施
して基板1上にTi:LiNbO3 結晶による導波層
(光導波路)2を形成して構成されるものである。
The optical waveguide device A 1 according to the first embodiment shown in FIG. 1 shows the simplest device configuration example to which the principle according to the above embodiment is applied, and is applied to an SHG device, a phase modulator or the like. It is possible. The optical waveguide device A 1 shown in FIG. 1 will be described. The optical waveguide device A 1 according to the first embodiment is one example of the substrate 1 made of, for example, Z-cut LiNbO 3 crystal when the ridge type is taken as an example. For example, a Ti thermal diffusion method and a dry etching method are applied to the main surface to form a waveguide layer (optical waveguide) 2 made of Ti: LiNbO 3 crystal on a substrate 1.

【0050】上記基板1上に形成された光導波路2は、
入力側に形成された2本の導波路2a及び2bと出力側
に形成された1本の導波路2cが途中で結合された平面
ほぼY字状の形を有する。そして、入力側の2本の導波
路2a及び2b中、一方の導波路2aに信号光(波長λ
1 ,光強度I1 )L1 が導波され、他方の導波路2bに
屈折率変化の安定化を図った安定化光(波長λ2 ,光強
度I2 >It)L2 が導波されるようになっている。
The optical waveguide 2 formed on the substrate 1 is
The two waveguides 2a and 2b formed on the input side and the one waveguide 2c formed on the output side are connected in the middle and have a substantially Y-shaped plane. Then, of the two waveguides 2a and 2b on the input side, the signal light (wavelength λ
1 , the light intensity I 1 ) L 1 is guided, and the stabilized light (wavelength λ 2 , light intensity I 2 > It) L 2 for stabilizing the change in the refractive index is guided to the other waveguide 2b. It has become so.

【0051】また、この第1実施例に係る光導波路素子
1 は、基板1上のうち、出力側の直線状の導波路2c
に近接する部分に、変調電圧が印加されるプレーナ電極
3が装荷され、この光導波路素子A1 の出力側導波路2
cから空間的に離れた部分に波長λ1 を有する光(変調
信号光)mL1 を透過させる光学フィルタ4が配されて
いる。
The optical waveguide device A 1 according to the first embodiment has a linear waveguide 2c on the output side of the substrate 1.
A planar electrode 3 to which a modulation voltage is applied is loaded in a portion near the output side waveguide 2 of the optical waveguide device A 1.
An optical filter 4 that transmits light (modulated signal light) mL 1 having a wavelength λ 1 is spatially separated from c.

【0052】ここで、上記第1実施例に係る光導波路素
子A1 の動作について説明する。まず、一方の入力側導
波路2aを導波する信号光L1 が結合部分(分岐部分)
において、他方の入力導波路2bを導波する安定化光L
2 と合波・干渉され、光強度の高い合成信号光L12とし
て出力側導波路2cを導波することになる。
The operation of the optical waveguide device A 1 according to the first embodiment will now be described. First, the signal light L 1 guided through one of the input-side waveguides 2a is coupled (branched).
, The stabilizing light L guided through the other input waveguide 2b
2 is combined and interfered with 2, and is guided through the output side waveguide 2c as the combined signal light L 12 having high light intensity.

【0053】この光強度が大きい安定化光L2 が入力側
導波路2bを導波することによって、これら導波路2b
及び2cに光損傷が発生するが、安定化光L2 の光強度
2が飽和屈折率変化△nsをもたらす光強度It以上
となっているため、発生した光損傷による屈折率変化△
nは、光照射時間tの経過に拘らず、ほぼ一定の値△n
sを維持することになる。従って、この安定化光L2
合波・干渉された合成信号光L12は、等価的に屈折率変
化△nが安定化した光となる。
The stabilized light L 2 having a large light intensity is guided through the input side waveguide 2b, so that these waveguides 2b
And the light damage occurs 2c, the light intensity I 2 of the stable Kahikari L 2 is a light intensity It least bring △ ns saturated refractive index change, the refractive index change due to optical damage occurred △
n is a substantially constant value Δn regardless of the elapse of the light irradiation time t.
s will be maintained. Therefore, the combined signal light L 12 obtained by multiplexing and interfering the stabilizing light L 2 is equivalently the light with the stabilized refractive index change Δn.

【0054】上記出力側導波路2cを導波する合成信号
光L12は、プレーナ電極3に印加される変調電圧によっ
て位相変化を受け、変調合成信号光mL12として出力側
導波路2cを導波することとなる。この変調合成信号光
mL12は、安定化光成分L2によってその屈折率変化△
nが飽和状態となされているため、変調電圧により高周
波変調されても、光損傷の影響によって光強度が制限さ
れるということがない。この出力側導波路2cを導波さ
れた変調合成信号光mL12は、後段の光学フィルタ4に
よって、安定化光成分L2 が除去されて、信号光L1
変調成分mL1のみが次段以降に送られることになる。
The combined signal light L 12 guided through the output side waveguide 2c undergoes a phase change by the modulation voltage applied to the planar electrode 3 and is guided through the output side waveguide 2c as the modulated combined signal light mL 12. Will be done. This modulated combined signal light mL 12 changes its refractive index due to the stabilizing light component L 2 .
Since n is in a saturated state, the light intensity is not limited by the influence of light damage even if high frequency modulation is performed by the modulation voltage. The output waveguide 2c a guided modulated synthesized signal light mL 12 is the subsequent stage of the optical filter 4, is stabilized Kahikari component L 2 is removed, only the modulated component mL 1 of the signal light L 1 is the next stage It will be sent later.

【0055】次に、第2実施例に係る光導波路素子A2
について図2を参照しながら説明する。なお、図1と対
応するものについては同符号を記し、その重複説明を省
略する。
Next, the optical waveguide device A 2 according to the second embodiment.
This will be described with reference to FIG. In addition, the same code | symbol is described about the thing corresponding to FIG. 1, and the overlapping description is abbreviate | omitted.

【0056】この第2実施例に係る光導波路素子A
2 は、分岐干渉型光変調器(マッハ・ツェンダー型光変
調器)であり、この場合も、上記第1実施例に係る光導
波路素子A1 と同様に、リッジ形を例にとった場合、例
えばZカットLiNbO3 結晶からなる基板1の一主面
に対して例えばTi熱拡散法とドライエッチング法を施
して基板1上にTi:LiNbO3 結晶による導波層
(導波路)2を形成して構成される。
Optical waveguide device A according to the second embodiment
Reference numeral 2 denotes a branching interference type optical modulator (Mach-Zehnder type optical modulator). Also in this case, like the optical waveguide device A 1 according to the first embodiment, when a ridge type is taken as an example, For example, a Ti thermal diffusion method and a dry etching method are applied to one main surface of the substrate 1 made of Z-cut LiNbO 3 crystal to form a waveguide layer (waveguide) 2 made of Ti: LiNbO 3 crystal on the substrate 1. Consists of

【0057】基板1上に形成された導波路2は、上記第
1実施例に係る光導波路素子A1 の光導波路形状、特に
出力側導波路2cの形状が、それぞれ2本に分岐された
形に形成されている。具体的には、入力側導波路2a及
び2bの結合点から出力側に延びる1本の導波路2c1
が途中の入力側の分岐点において2本の導波路(第1及
び第2の導波路2c2 及び2c3 )に分岐され、更に、
これら第1及び第2の導波路2c2 及び2c3 がその出
力側の分岐点において結合されて1本の導波路2c4
された分岐干渉形の形状を有する。
The waveguide 2 formed on the substrate 1 has a shape in which the optical waveguide shape of the optical waveguide element A 1 according to the first embodiment, particularly the shape of the output side waveguide 2c, is branched into two. Is formed in. Specifically, one waveguide 2c 1 extending from the coupling point of the input-side waveguides 2a and 2b to the output side
Is branched into two waveguides (first and second waveguides 2c 2 and 2c 3 ) at a branch point on the input side in the middle, and further,
The first and second waveguides 2c 2 and 2c 3 are combined at the branch point on the output side to form a single waveguide 2c 4 , which has a branch interference type shape.

【0058】そして、上記第1実施例に係る光導波路素
子A1 と同様に、上記入力側の2本の導波路2a及び2
b中、一方の導波路2aに信号光(波長λ1 ,光強度I
1 )L1 が導波され、他方の導波路2bに屈折率変化の
安定化を図った安定化光(波長λ2 ,光強度I2 >I
t)L2 が導波されるようになっている。
Then, like the optical waveguide device A 1 according to the first embodiment, the two waveguides 2a and 2 on the input side are provided.
b, signal light (wavelength λ 1 , light intensity I
1 ) Stabilized light (wavelength λ 2 , light intensity I 2 > I) in which L 1 is guided and the refractive index change is stabilized in the other waveguide 2 b.
t) L 2 is guided.

【0059】また、この第2実施例に係る光導波路素子
2 は、基板1上のうち、第1の導波路2c2 に近接す
る部分に、変調電圧が印加されるプレーナ電極3が装荷
されて構成される。
In the optical waveguide device A 2 according to the second embodiment, the planar electrode 3 to which the modulation voltage is applied is loaded on the portion of the substrate 1 which is close to the first waveguide 2c 2. Consists of

【0060】ここで、上記第2実施例に係る光導波路素
子A2 の動作について説明する。まず、一方の入力側導
波路2aを導波する信号光L1 が結合部分において、他
方の入力導波路2bを導波する安定化光L2 と合波・干
渉され、光強度の高い合成信号光L12として導波路2c
1 を導波することになる。
The operation of the optical waveguide device A 2 according to the second embodiment will now be described. First, the signal light L 1 guided through one input side waveguide 2a is combined and interfered with the stabilizing light L 2 guided through the other input waveguide 2b at the coupling portion, and a combined signal with high optical intensity is obtained. Waveguide 2c as light L 12
It will guide one .

【0061】この光強度が大きい安定化光L2 が入力側
導波路2bを導波することによって、これら導波路2b
及び2cに光損傷が発生するが、安定化光L2 の光強度
2が飽和屈折率変化△nsをもたらす光強度It以上
となっているため、発生した光損傷による屈折率変化△
は、光照射時間tの経過に拘らず、ほぼ一定の値△ns
を維持することになる。従って、この安定化光L2 が合
波・干渉された合成信号光L12は、等価的に屈折率変化
△nが安定化した光となる。
The stabilized light L 2 having a large light intensity is guided through the input side waveguide 2b, so that the waveguide 2b
And the light damage occurs 2c, the light intensity I 2 of the stable Kahikari L 2 is a light intensity It least bring △ ns saturated refractive index change, the refractive index change due to optical damage occurred △
Is a substantially constant value Δns regardless of the elapse of the light irradiation time t.
Will be maintained. Therefore, the combined signal light L 12 obtained by multiplexing and interfering the stabilizing light L 2 is equivalently the light with the stabilized refractive index change Δn.

【0062】上記導波路2c1 を導波する合成信号光L
12は、入力側の分岐点で2等分される。この2等分され
た合成信号光L12のうち、第1の導波路2c2 を導波す
る合成信号光L12は、プレーナ電極3に印加される変調
電圧によって位相変化を受け、変調合成信号光mL12
してこの第1の導波路2c2 を導波することとなる。一
方、第2の導波路2c3 を導波する合成信号光L12は、
何も変調を受けず、参照合成信号光L12としてこの第2
の導波路2c3 を導波することになる。
Combined signal light L guided through the waveguide 2c 1
12 is bisected at the branch point on the input side. Of the bisected synthetic signal light L 12, the combined signal light L 12 guided through first waveguide 2c 2 is subjected to the phase change by the modulation voltage applied to the planar electrode 3, modulated synthesized signal The light mL 12 is guided through the first waveguide 2c 2 . On the other hand, the combined signal light L 12 guided through the second waveguide 2c 3 is
No modulation is applied, and the second reference light signal L 12
Will be guided through the waveguide 2c 3 .

【0063】そして、第1の導波路2c2 を導波する変
調合成信号光mL12は、出力側の分岐点で、第2の導波
路2c3 を導波してきた参照合成信号光L12と合波・干
渉されて位相差成分△φを含んだ変調合成信号光mL12
として出力側導波路2c4 を導波することになり、該変
調合成信号光mL12に含まれる位相差成分△φに対応し
てその出力光強度が変化することになる。この場合、変
調合成信号光mL12は、安定化光L2 によってその屈折
率変化△nが飽和状態となされているため、変調電圧に
より高周波変調されても、光損傷の影響によって光強度
が制限されるということがない。この出力側導波路2c
4 を導波された変調合成信号光mL12は、後段の光学フ
ィルタ4によって、安定化光成分L2 が除去されて、位
相差成分△φを含んだ信号光L1 の変調成分mL1 のみ
が次段以降に送られることになる。
The modulated combined signal light mL 12 guided through the first waveguide 2c 2 and the reference combined signal light L 12 guided through the second waveguide 2c 3 at the branch point on the output side. Modulated combined signal light mL 12 that is combined / interfered and contains the phase difference component Δφ
As a result, the light is guided through the output side waveguide 2c 4 , and the output light intensity changes corresponding to the phase difference component Δφ included in the modulated combined signal light mL 12 . In this case, since the refractive index change Δn of the modulated combined signal light mL 12 is saturated by the stabilizing light L 2 , even if the modulated voltage is high frequency modulated by the modulation voltage, the light intensity is limited due to the influence of optical damage. There is nothing to be done. This output side waveguide 2c
In the modulated combined signal light mL 12 guided by 4, the stabilizing light component L 2 is removed by the optical filter 4 in the subsequent stage, and only the modulation component mL 1 of the signal light L 1 including the phase difference component Δφ is obtained. Will be sent to the next and subsequent stages.

【0064】このように、上記第1及び第2実施例に係
る光導波路素子A1 及びA2 においては、2本の入力側
導波路2a及び2bのうち、一方の導波路2aに信号光
1を導波させ、他方の導波路2bに光強度が飽和屈折
率変化△nsをもたらす光強度It以上である安定化光
2 を導波させるようにし、これら信号光L1 と安定化
光L2 とを合波・干渉させた光を信号光L1 として用い
るようにしたので、発生した光損傷による屈折率変化△
nは、光照射時間tの経過に拘らず、ほぼ一定の値△n
sを維持することになり、等価的に屈折率変化△nが安
定化した信号光L1 を導波させるが可能となる。その結
果、光損傷の影響による弊害、即ちデバイス特性が劣化
する、及び光強度に制限を受けるという弊害を回避する
ことができ、光導波デバイスの寿命、特性の安定化及び
信頼性の向上を図ることができる。
As described above, in the optical waveguide elements A 1 and A 2 according to the first and second embodiments, the signal light L is fed to one of the two input side waveguides 2a and 2b. 1 is guided, and the stabilizing light L 2 whose light intensity is equal to or higher than the light intensity It that causes the saturation refractive index change Δns is guided in the other waveguide 2b, and these signal light L 1 and the stabilizing light L 2 are guided. Since the light that is combined and interfered with L 2 is used as the signal light L 1 , the change in the refractive index due to the optical damage that occurs Δ
n is a substantially constant value Δn regardless of the elapse of the light irradiation time t.
Since s is maintained, it is possible to equivalently guide the signal light L 1 whose refractive index change Δn is stabilized. As a result, it is possible to avoid the adverse effects caused by the influence of optical damage, that is, the adverse effects that the device characteristics are deteriorated and the light intensity is limited, and the life, stability of the characteristics, and the reliability of the optical waveguide device are improved. be able to.

【0065】また、上記実施例においては、信号光L1
の波長λ1 と安定化光L2 の波長λ 2 とを違えるように
したので、光学フィルタ4を用いて、出力側導波路2c
を導波する変調合成信号光mL12から容易に安定化光L
2 を除去することができ、後段に配される種々の光学部
品や光電変換素子等に対して、安定化光L2 が合波・干
渉されていない真の信号光L1 の変調成分mL1 のみを
送ることが可能となり、特に光電変換素子の入力ダイナ
ミックレンジの変更等のめんどうな設計変更を回避する
ことができる。
In the above embodiment, the signal light L1
Wavelength λ1And stabilizing light L2Wavelength λ 2To be different from
Therefore, using the optical filter 4, the output side waveguide 2c
Modulated synthetic signal light mL that guides light12Easy to stabilize light L
2Various optical parts that can be eliminated
Stabilized light L for products and photoelectric conversion elements2Is mixed and dried
True signal light L that has not been propagated1Modulation component of mL1Only
Can be sent, especially when the input
Avoid complicated design changes such as changing the Mick Range
be able to.

【0066】また、上記実施例においては、安定化光L
2 にて積極的に光損傷を発生させながらも、屈折率変化
△nを安定化させるようにしているため、導波路材料に
内在するある程度の光損傷が許容されることになり、結
晶成長や導波路作製等における制約が大幅に緩和され
る。しかも、光の偏波方向や導波方向を特定方向に選ん
で光損傷を回避する従来のような手法ではなく、光の偏
波方向や導波方向に依存することなく光損傷による影響
を回避することができるため、光導波路素子の設置条件
や光路上の制約を考慮する必要がなくなり、多機能化に
伴う素子構造の複雑化に十分対応させることができる。
これは、光伝送系を有する電子機器の多機能化を図る上
で極めて有利になる。
In the above embodiment, the stabilizing light L
Since the refractive index change Δn is stabilized while the optical damage is positively generated in 2 , the optical damage inherent in the waveguide material is allowed to some extent, and crystal growth or The restrictions on the fabrication of waveguides are greatly eased. Moreover, it avoids the influence of optical damage without depending on the polarization direction or the waveguide direction of light, instead of the conventional method of avoiding the optical damage by selecting the polarization direction or the waveguide direction of light as a specific direction. Therefore, it is not necessary to consider the installation condition of the optical waveguide device and the constraint on the optical path, and it is possible to sufficiently cope with the complication of the device structure due to the multifunctionalization.
This is extremely advantageous in increasing the functionality of electronic equipment having an optical transmission system.

【0067】上記第1及び第2実施例に係る光導波路素
子A1 及びA2 は、あくまでも一例であり、その他、進
行波光変調器,バランスブリッジ形光変調器,単一側帯
波変調器等の位相制御形デバイスや、一様△β方向性結
合器,反転△β方向性結合器,光波長フィルタ等の分布
結合形デバイスなどの電気光学制御デバイスや、モード
変換器,可変波長フィルタ等のコリニア形デバイスや、
ブラッグ形変調器,ブラッグ形偏向器等のコプレーナ形
デバイスなどの音響光学制御デバイスや、導波形双安定
デバイスなどの光双安定素子(非線形素子)等にも適用
できるものである。
The optical waveguide devices A 1 and A 2 according to the first and second embodiments are merely examples, and in addition, traveling wave optical modulators, balance bridge optical modulators, single sideband modulators, etc. Electro-optical control devices such as phase control devices, uniform Δβ directional couplers, inverting Δβ directional couplers, distributed wavelength coupling devices such as optical wavelength filters, and collinear devices such as mode converters and variable wavelength filters. Shaped device,
It is also applicable to acousto-optic control devices such as coplanar devices such as Bragg modulators and Bragg deflectors, and optical bistable elements (non-linear elements) such as waveguide bistable devices.

【0068】上記各種デバイスに適用した場合の条件と
して、対象とする光導波路材料としては、光損傷を起こ
すものであって、代表的には酸化物無機強誘電体であ
り、具体的には、上記LiNbO3 ,LiTaO3 ,K
TiOPO4 ,KNbO3 などから構成されるものであ
る。
As a condition when applied to the above-mentioned various devices, the target optical waveguide material is a material that causes optical damage, typically an oxide inorganic ferroelectric, and specifically, The above LiNbO 3 , LiTaO 3 , and K
It is composed of TiOPO 4 , KNbO 3, and the like.

【0069】また、光導波路の形成方法としては、不純
物(例えばチタン(Ti))拡散、外拡散法、LPE
(液相エピタキシャル)法、イオン交換法、レーザアブ
レーション、スパッタ法、ゾル−ゲル法等による。
As the method of forming the optical waveguide, impurities (for example, titanium (Ti)) diffusion, out-diffusion method, LPE are used.
(Liquid phase epitaxial) method, ion exchange method, laser ablation, sputtering method, sol-gel method and the like.

【0070】特に、第1及び第2実施例においては、リ
ッジ形の光導波路を主体に説明したが、その他、埋め込
み形、(誘電体)装荷形、(金属)装荷形等にも適用で
きる。具体的には、例えば埋め込み形の場合、基板とし
てLiNbO3 結晶を用い、選択熱酸化によってTi:
LiNbO3 を埋め込んで導波層を形成する例や、基板
としてLiNbO3 結晶を用い、選択プロトン交換法に
てH+:LiNbO3を埋め込んで導波層を形成する例
などがある。
In particular, although the ridge type optical waveguide is mainly described in the first and second embodiments, it is also applicable to a buried type, (dielectric) loaded type, (metal) loaded type and the like. Specifically, for example, in the case of the embedded type, LiNbO 3 crystal is used as the substrate and Ti:
There are examples of forming a waveguide layer by embedding LiNbO 3, and examples of using a LiNbO 3 crystal as a substrate and embedding H +: LiNbO 3 by a selective proton exchange method to form a waveguide layer.

【0071】そして、光導波路を導波させる信号光L1
の波長λ1 は、250〜2000nmとする。これ以外
の波長域においては、小型のコヒーレント光源が存在し
ないからである。
Then, the signal light L 1 guided through the optical waveguide
Has a wavelength λ 1 of 250 to 2000 nm. This is because there is no small coherent light source in the wavelength range other than this.

【0072】一方、安定化光L2 の波長λ2 は、250
〜1700nmとする。これ以下では、小型のコヒーレ
ント光源が存在せず、これ以上では、光損傷がほとんど
起こらないからである。また、この安定化光L2 の光強
度I2 は、1平方センチメートル当たり0.1W以上と
する。これ以下では、飽和屈折率変化△nsの飽和が起
こらず、光損傷による不安定化を解消できないこと、あ
るいは飽和が起こったとしても、飽和状態に達するまで
に時間がかかるためである。
[0072] On the other hand, the wavelength λ 2 of stability Kahikari L 2 is, 250
˜1700 nm. This is because below this, there is no small coherent light source, and above this, almost no optical damage occurs. Further, the light intensity I 2 of the stabilizing light L 2 is set to 0.1 W or more per square centimeter. This is because below this, saturation of the change Δns in the saturated refractive index does not occur, destabilization due to optical damage cannot be eliminated, or even if saturation occurs, it takes time to reach the saturated state.

【0073】なお、上記実施例においては、信号光L1
と安定化光L2 とを別光路から光導波路に入射させるよ
うにしたが、信号光L1 そのものに安定化光L2 の役割
を持たせ、飽和屈折率変化△nsの飽和を考慮に入れた
デバイス設計を行なうといった展開も考えられる。
In the above embodiment, the signal light L 1
The stabilizing light L 2 and the stabilizing light L 2 are made to enter the optical waveguide from different optical paths. However, the signal light L 1 itself has the role of the stabilizing light L 2 , and the saturation of the saturated refractive index change Δns is taken into consideration. It is also conceivable to develop such as device design.

【0074】[0074]

【発明の効果】上述のように、本発明に係る光導波方法
によれば、光を照射することにより屈折率が変化する材
料からなる光導波路を用いて、伝達情報を包含する第1
の導波光を導波させる光導波方法において、第2の導波
光により、上記光導波路の屈折率変化を飽和させた状態
で、上記第1の導波光を導波させるようにしたので、等
価的に屈折率変化が安定化した第1の導波光を導波させ
ることが可能となる。その結果、光損傷の影響による弊
害、即ちデバイス特性が劣化する、及び光強度に制限を
受けるという弊害を回避することができ、光導波デバイ
スの寿命、特性の安定化及び信頼性の向上を図ることが
できる。
As described above, according to the optical waveguide method of the present invention, an optical waveguide made of a material whose refractive index is changed by irradiating light is used to include transmission information.
In the optical waveguide method of guiding the guided light, the first guided light is guided in a state where the change in the refractive index of the optical waveguide is saturated by the second guided light. It is possible to guide the first guided light whose refractive index change is stabilized. As a result, it is possible to avoid the adverse effects caused by the influence of optical damage, that is, the adverse effects that the device characteristics are deteriorated and the light intensity is limited, and the life, stability of the characteristics, and the reliability of the optical waveguide device are improved. be able to.

【0075】また、本発明に係る光導波方法は、上記方
法において、上記導波路内における上記第2の導波光の
光強度を0.1W/cm2 以上にしたので、屈折率変化
△nsの飽和が起こらず、光損傷による不安定化を解消
できなくなるという問題や、飽和状態に達するまでに時
間がかかるという不都合を回避することができる。
Further, in the optical waveguide method according to the present invention, in the above method, the light intensity of the second guided light in the waveguide is set to 0.1 W / cm 2 or more, so that the refractive index change Δns It is possible to avoid the problem that the saturation does not occur and the instability due to the optical damage cannot be eliminated, and the inconvenience that it takes time to reach the saturated state.

【0076】また、本発明に係る光導波方法は、上記方
法において、上記第2の導波光の波長を250〜170
0nmの範囲にしたので、小型のコヒーレント光源を使
用できないという問題や、光損傷がほとんど起こらない
という不都合を回避することができる。
Further, in the optical waveguide method according to the present invention, in the above method, the wavelength of the second waveguide light is 250 to 170.
Since the range is 0 nm, it is possible to avoid the problem that a small coherent light source cannot be used and the inconvenience that optical damage hardly occurs.

【0077】また、本発明に係る光導波方法は、上記方
法において、上記第1の導波光の波長を250〜200
0nmの範囲にしたので、小型のコヒーレント光源が使
用できないという不都合を回避することができる。
Further, in the optical waveguide method according to the present invention, in the above method, the wavelength of the first guided light is 250 to 200.
Since the range is 0 nm, it is possible to avoid the disadvantage that a small coherent light source cannot be used.

【0078】また、本発明に係る光導波路によれば、基
板上に、伝達情報を包含する第1の導波光を導波させる
ための第1の光導波路と、第2の導波光を導波させるた
めの第2の光導波路とを設け、上記第2の導波光により
光屈折率が飽和状態とされた第3の光導波路中を上記第
1の導波光が導波するようにしたので、第1の導波光が
導波する第3の光導波路において発生した光損傷による
屈折率変化が、第2の導波光によって飽和状態となっ
て、屈折率変化が光照射時間の経過に拘らず、ほぼ一定
の値を維持することになる。即ち、等価的に屈折率変化
が安定化した第1の導波光を第3の光導波路に導波させ
ることが可能となり、光損傷の影響による弊害、即ちデ
バイス特性が劣化する、及び光強度に制限を受けるとい
う弊害を回避することができ、光導波デバイスの寿命、
特性の安定化及び信頼性の向上を図ることができる。
Further, according to the optical waveguide of the present invention, the first optical waveguide for guiding the first guided light containing the transmission information and the second guided light are guided on the substrate. And a second optical waveguide for causing the first guided light to be guided in the third optical waveguide whose optical refractive index is saturated by the second guided light. The change in the refractive index due to the optical damage generated in the third optical waveguide guided by the first guided light is saturated by the second guided light, and the change in the refractive index occurs regardless of the elapsed time of the light irradiation. It will maintain an almost constant value. That is, it becomes possible to equivalently guide the first guided light whose refractive index change is stabilized to the third optical waveguide, which causes a harmful effect due to the influence of optical damage, that is, device characteristics are deteriorated and light intensity is reduced. It is possible to avoid the adverse effect of being limited, and the life of the optical waveguide device,
It is possible to stabilize the characteristics and improve the reliability.

【0079】また、本発明に係る光導波路素子は、上記
構成において、上記基板及び/又は上記光導波路を、酸
化物無機誘電体にて構成する。具体的には、上記酸化物
無機誘電体としてLiNbO3 としたので、酸化物無機
誘電体にて構成された光導波路の効果(比較的作製が容
易で、強い電気光学効果、音響光学効果及び非線形光学
効果を有する)を十分に発揮させることができ、酸化物
無機誘電体にて構成された光導波路の利用範囲を広げる
ことができる。
In the optical waveguide element according to the present invention, in the above structure, the substrate and / or the optical waveguide is made of an oxide inorganic dielectric material. Specifically, since LiNbO 3 is used as the oxide inorganic dielectric, the effect of the optical waveguide formed of the oxide inorganic dielectric (relatively easy to manufacture, strong electro-optic effect, acousto-optic effect and nonlinear effect) is obtained. (Having an optical effect) can be sufficiently exerted, and the utilization range of the optical waveguide composed of the oxide-inorganic dielectric can be expanded.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る光導波方法を実現させる光導波路
素子の第1実施例を示す構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of an optical waveguide device for realizing an optical waveguide method according to the present invention.

【図2】本発明に係る光導波方法を実現させる光導波路
素子の第2実施例を示す構成図である。
FIG. 2 is a configuration diagram showing a second embodiment of an optical waveguide device for realizing the optical waveguide method according to the present invention.

【図3】光導波路の光損傷による屈折率変化△nの時間
依存性を示す特性図である。
FIG. 3 is a characteristic diagram showing the time dependence of a refractive index change Δn due to optical damage of an optical waveguide.

【図4】光導波路の光損傷による屈折率変化△nの光強
度依存性を示す特性図である。
FIG. 4 is a characteristic diagram showing a light intensity dependency of a refractive index change Δn due to optical damage of an optical waveguide.

【図5】飽和屈折率変化△nsの光強度依存性を示す特
性図である。
FIG. 5 is a characteristic diagram showing a light intensity dependence of a saturated refractive index change Δns.

【図6】光の波長を可変させた場合の飽和屈折率変化△
nsの光強度依存性を示す特性図である。
FIG. 6 shows the change in saturated refractive index when the wavelength of light is changed.
It is a characteristic view which shows the light intensity dependence of ns.

【図7】LPE法により作製された光導波路の実験結果
(飽和屈折率変化△nsの光強度依存性)を示す特性図
である。
FIG. 7 is a characteristic diagram showing experimental results (optical intensity dependence of saturation refractive index change Δns) of an optical waveguide manufactured by the LPE method.

【図8】Ti熱拡散法により作製された光導波路の実験
結果(飽和屈折率変化△nsの光強度依存性)を示す特
性図である。
FIG. 8 is a characteristic diagram showing experimental results (optical intensity dependence of saturation refractive index change Δns) of an optical waveguide manufactured by a Ti thermal diffusion method.

【図9】プロトン交換法により作製された光導波路の実
験結果(飽和屈折率変化△nsの光強度依存性)を示す
特性図である。
FIG. 9 is a characteristic diagram showing experimental results (optical intensity dependence of saturation refractive index change Δns) of an optical waveguide manufactured by the proton exchange method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ,A2 光導波路素子 1 基板 2 光導波路 2a,2b 入力側導波路 2c,2c1 ,2c2 ,2c3 ,2c4 出力側導波路 3 プレーナ電極 4 光学フィルタ L1 信号光 L2 安定化光 L12 合成信号光 mL12 変調合成信号光A 1, A 2 optical waveguide device 1 substrate 2 waveguide 2a, 2b input waveguide 2c, 2c 1, 2c 2, 2c 3, 2c 4 output waveguide 3 planar electrode 4 optical filter L 1 signal light L 2 stable Light L 12 Combined signal light mL 12 Modulated signal light

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光を照射することにより屈折率が変化す
る材料からなる光導波路を用いて、伝達情報を包含する
第1の導波光を導波させる光導波方法において、 第2の導波光により、上記光導波路の屈折率変化を飽和
させた状態で、上記第1の導波光を導波させることを特
徴とする光導波方法。
1. An optical waveguide method for guiding a first guided light containing transmission information by using an optical waveguide made of a material whose refractive index is changed by irradiating light, wherein the second guided light is used. An optical waveguide method in which the first guided light is guided while the change in the refractive index of the optical waveguide is saturated.
【請求項2】 上記導波路内における上記第2の導波光
の光強度が0.1W/cm2 以上であることを特徴とす
る請求項1記載の光導波方法。
2. The optical waveguide method according to claim 1, wherein the light intensity of the second guided light in the waveguide is 0.1 W / cm 2 or more.
【請求項3】 上記第2の導波光の波長が250〜17
00nmであることを特徴とする請求項1又は2記載の
光導波方法。
3. The wavelength of the second guided light is 250 to 17
It is 00 nm, The optical waveguide method of Claim 1 or 2 characterized by the above-mentioned.
【請求項4】 上記第1の導波光の波長が250〜20
00nmであることを特徴とする請求項1、2又は3記
載の光導波方法。
4. The wavelength of the first guided light is 250 to 20.
It is 00 nm, The optical waveguide method of Claim 1, 2 or 3 characterized by the above-mentioned.
【請求項5】 基板上に、伝達情報を包含する第1の導
波光を導波させるための第1の光導波路と、第2の導波
光を導波させるための第2の光導波路とを備え、 上記第2の導波光により屈折率変化が飽和状態とされた
第3の光導波路中を上記第1の導波光が導波するように
構成された光導波路素子。
5. A first optical waveguide for guiding a first guided light containing transmission information and a second optical waveguide for guiding a second guided light on a substrate. An optical waveguide device comprising the above-mentioned first guided light guided through a third optical waveguide whose refractive index change is saturated by the second guided light.
【請求項6】 上記基板及び/又は上記光導波路が、酸
化物無機誘電体からなることを特徴とする請求項5記載
の光導波路素子。
6. The optical waveguide element according to claim 5, wherein the substrate and / or the optical waveguide is made of an oxide inorganic dielectric.
【請求項7】 上記酸化物無機誘電体がLiNbO3
あることを特徴とする請求項6記載の光導波路素子。
7. The optical waveguide device according to claim 6, wherein the oxide inorganic dielectric material is LiNbO 3 .
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011024392A1 (en) * 2009-08-28 2011-03-03 パナソニック株式会社 Method for manufacturing wavelength conversion element
KR20160142466A (en) * 2015-06-02 2016-12-13 한국과학기술원 Optical switch and modulator stuructures based on multiple waveguide coupling

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