JPH0743486B2 - 光制御デバイスとその製造方法 - Google Patents
光制御デバイスとその製造方法Info
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- JPH0743486B2 JPH0743486B2 JP34453589A JP34453589A JPH0743486B2 JP H0743486 B2 JPH0743486 B2 JP H0743486B2 JP 34453589 A JP34453589 A JP 34453589A JP 34453589 A JP34453589 A JP 34453589A JP H0743486 B2 JPH0743486 B2 JP H0743486B2
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- Japan
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- electrode
- optical
- buffer layer
- optical waveguide
- lattice
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/29—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection
- G02F1/31—Digital deflection, i.e. optical switching
- G02F1/313—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure
- G02F1/3132—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure of directional coupler type
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- Physics & Mathematics (AREA)
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光波の変調，光路切換え等を行なう光制御デバ
イスに関し、特に基板中に形成された光導波路を用いて
制御を行なう導波形の光制御デバイスとその製造方法に
関する。
イスに関し、特に基板中に形成された光導波路を用いて
制御を行なう導波形の光制御デバイスとその製造方法に
関する。
光通信システムの実用化が進むにつれ、さらに大容量や
多機能をもつ高度の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換え，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
は緩和振動等の効果のため数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こと等の欠点がある。これを解決す
る手段としては、外部光変調器を使用する方法があり、
特に基板中に形成した光導波路により構成した導波形の
光変調器は、小形，高効率，高速という特長がある。一
方、光伝送路の切換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る。現在実用されて
いる光スイッチは、プリズム，ミラー，ファイバー等を
機械的に移動させるものであり、低速であること、信頼
性が不十分であること、形状が大きくマトリクス化に不
適であること等の欠点がある。これを解決する手段とし
て開発が進められているものは、やはり光導波路を用い
た導波形の光スイッチであり、高速，多素子の集積化が
可能，高信頼等の特長がある。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長があり、従来からも
方向性結合形光変調器またはスイッチ，全反射形光スイ
ッチ等の種々の方式の光制御素子が報告されている（C2
05昭63信学会秋季全国大会）。このような導波形の光制
御素子を実際の光通信システムに適用する場合、低損
失，高速性等の基本的性能と共に、特に動作の安定性が
実用上不可欠である。
多機能をもつ高度の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換え，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
は緩和振動等の効果のため数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こと等の欠点がある。これを解決す
る手段としては、外部光変調器を使用する方法があり、
特に基板中に形成した光導波路により構成した導波形の
光変調器は、小形，高効率，高速という特長がある。一
方、光伝送路の切換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る。現在実用されて
いる光スイッチは、プリズム，ミラー，ファイバー等を
機械的に移動させるものであり、低速であること、信頼
性が不十分であること、形状が大きくマトリクス化に不
適であること等の欠点がある。これを解決する手段とし
て開発が進められているものは、やはり光導波路を用い
た導波形の光スイッチであり、高速，多素子の集積化が
可能，高信頼等の特長がある。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長があり、従来からも
方向性結合形光変調器またはスイッチ，全反射形光スイ
ッチ等の種々の方式の光制御素子が報告されている（C2
05昭63信学会秋季全国大会）。このような導波形の光制
御素子を実際の光通信システムに適用する場合、低損
失，高速性等の基本的性能と共に、特に動作の安定性が
実用上不可欠である。
第３図（ａ）は従来の一例を示す方向性結合型光スイッ
チの平面図，第３図（ｂ）は第３図（ａ）におけるＢ−
Ｂ線断面図である。
チの平面図，第３図（ｂ）は第３図（ａ）におけるＢ−
Ｂ線断面図である。
第３図（ａ）においてＺ軸に垂直に切り出したニオブ酸
リチウム結晶基板１の上にチタンを拡散して屈折率を基
板よりも大きくして形成した帯状の光導波路２及び３が
形成されており、光導波路２及び３は基板の中央部で互
いに数μｍ程度まで近接し、方向性結合器４を構成して
いる。また、方向性結合器４を構成する光導波路上には
電極による光吸収を防ぐためのバッファ膜６を介して制
御電極５が形成されている。
リチウム結晶基板１の上にチタンを拡散して屈折率を基
板よりも大きくして形成した帯状の光導波路２及び３が
形成されており、光導波路２及び３は基板の中央部で互
いに数μｍ程度まで近接し、方向性結合器４を構成して
いる。また、方向性結合器４を構成する光導波路上には
電極による光吸収を防ぐためのバッファ膜６を介して制
御電極５が形成されている。
第３図（ａ）において、光導波路２に入射した入射光７
は方向性結合器４の部分を伝搬するに従って近接した光
導波路３へ徐々に光エネルギーが移り、方向性結合器４
を通過後は光導波路３にほぼ100％エネルギーが移って
出射光８となる。一方、制御電極５に電圧を印加した場
合、電気光学効果により電極下の光導波路の屈折率が変
化し、光導波路２と３を伝搬する導波モードの間に位相
速度の不整合が生じ、両者の間の結合状態は変化する。
は方向性結合器４の部分を伝搬するに従って近接した光
導波路３へ徐々に光エネルギーが移り、方向性結合器４
を通過後は光導波路３にほぼ100％エネルギーが移って
出射光８となる。一方、制御電極５に電圧を印加した場
合、電気光学効果により電極下の光導波路の屈折率が変
化し、光導波路２と３を伝搬する導波モードの間に位相
速度の不整合が生じ、両者の間の結合状態は変化する。
一般に、制御電極５は電極膜の成膜後にマスクを用いて
光電波路2,3上に電極が来るようにパターニングし、そ
の後、エッチングして形成する。ここでバッファ膜６及
び電極膜の成膜時に発生する歪が電極膜のエッチングに
よって制御電極近傍に不均一に残存する。この歪は光導
波路2,3の近傍にまで及んで導波路特性を変化させ、そ
の結果方向性結合器４の結合状態も変化させてしまう。
光電波路2,3上に電極が来るようにパターニングし、そ
の後、エッチングして形成する。ここでバッファ膜６及
び電極膜の成膜時に発生する歪が電極膜のエッチングに
よって制御電極近傍に不均一に残存する。この歪は光導
波路2,3の近傍にまで及んで導波路特性を変化させ、そ
の結果方向性結合器４の結合状態も変化させてしまう。
〔発明が解決しようとする課題〕 上述した従来の導波形の光制御デバイスでは、エッチン
グによって電極及び光導波路の近傍に成膜歪が不均一に
局在して導波路特性と結合状態とを変化させる。その変
化量は電極膜の成膜バッチごとに変化の差があるばかり
でなく、同一の電極成膜バッチ内においても１ウェハ内
に複数形成した方向性結合器で個々に異なる傾向にある
ため、導波路形成時に有していた結合状態が電極エッチ
ング後に各方向性結合器で変化し、設計どおりの結合状
態が安定して得られないという欠点があった。
グによって電極及び光導波路の近傍に成膜歪が不均一に
局在して導波路特性と結合状態とを変化させる。その変
化量は電極膜の成膜バッチごとに変化の差があるばかり
でなく、同一の電極成膜バッチ内においても１ウェハ内
に複数形成した方向性結合器で個々に異なる傾向にある
ため、導波路形成時に有していた結合状態が電極エッチ
ング後に各方向性結合器で変化し、設計どおりの結合状
態が安定して得られないという欠点があった。
第１の発明の光制御デバイスは、電気光学効果を有する
誘電体結晶基板に形成された光導波路と、この光導波路
上に形成されたバッファ層と、このバッファ層上に且つ
前記光導波路の近傍に形成された電極と、この電極と同
一材料により前記電極近傍に形成した電極膜格子と、前
記バッファ層と同一材料により前記電極膜格子と前記電
極との間に形成したバッファ層格子とを備えることを特
徴とする。
誘電体結晶基板に形成された光導波路と、この光導波路
上に形成されたバッファ層と、このバッファ層上に且つ
前記光導波路の近傍に形成された電極と、この電極と同
一材料により前記電極近傍に形成した電極膜格子と、前
記バッファ層と同一材料により前記電極膜格子と前記電
極との間に形成したバッファ層格子とを備えることを特
徴とする。
また第２の発明の光制御デバイスの製造方法は、電気光
学効果を有する誘電体結晶基板に光導波路を形成し、前
記光導波路上にバッファ層を形成し、このバッファ層上
に且つ前記光導波路の近傍に電極を形成し、この電極形
成時に電極近傍に電極膜格子をパターニングし、前記電
極と前記電極膜格子との間の領域にバッファ層格子をエ
ッチングによって形成することを特徴とする。
学効果を有する誘電体結晶基板に光導波路を形成し、前
記光導波路上にバッファ層を形成し、このバッファ層上
に且つ前記光導波路の近傍に電極を形成し、この電極形
成時に電極近傍に電極膜格子をパターニングし、前記電
極と前記電極膜格子との間の領域にバッファ層格子をエ
ッチングによって形成することを特徴とする。
一般に、成膜時に有していた歪量は誘電体結晶基板上の
任意の位置の近傍では均一とみなせる。その結果、成膜
の前後において誘電体結晶基板及び光導波路の屈折率が
変化しても、光導波路と誘電体結晶基板との屈折率差は
変化しない。従って、方向性結合器の結合状態も成膜の
前後で変化しないため、光導波路を誘電体結晶基板に形
成したときの嵌合状態を保存している。
任意の位置の近傍では均一とみなせる。その結果、成膜
の前後において誘電体結晶基板及び光導波路の屈折率が
変化しても、光導波路と誘電体結晶基板との屈折率差は
変化しない。従って、方向性結合器の結合状態も成膜の
前後で変化しないため、光導波路を誘電体結晶基板に形
成したときの嵌合状態を保存している。
しかし、制御電極を形成するために、光導波路の方向性
結合器の近傍にのみ電極膜にパターニング，エッチング
を施して残すと、制御電極位置の近傍に均一に分布して
いた歪量はエッチングにより除去された部分の成膜歪が
制御電極位置の近傍に不均一に集中するため、方向性結
合器の各部分での結合状態を変化させてしまう。その結
果、方向性結合器の一方の光導波路から光を入射した
際、方向性結合器をその光が通過した後にもう一方の光
導波路に移動するように誘電体結晶基板上に形成した方
向性結合器の特性は、制御電極形成後に方向性結合器各
部分での結合状態の変化を総合した影響を受けるため変
化してしまう。
結合器の近傍にのみ電極膜にパターニング，エッチング
を施して残すと、制御電極位置の近傍に均一に分布して
いた歪量はエッチングにより除去された部分の成膜歪が
制御電極位置の近傍に不均一に集中するため、方向性結
合器の各部分での結合状態を変化させてしまう。その結
果、方向性結合器の一方の光導波路から光を入射した
際、方向性結合器をその光が通過した後にもう一方の光
導波路に移動するように誘電体結晶基板上に形成した方
向性結合器の特性は、制御電極形成後に方向性結合器各
部分での結合状態の変化を総合した影響を受けるため変
化してしまう。
本発明は、電極膜エッチング時に電極膜を格子状に残す
ことにより、除去した電極膜が有していた成膜歪の集中
を各格子に分散させることができる。さらにその後、制
御電極近傍上のバッファ層を格子状に残すことにより、
制御電極に残った歪量のために制御電極近傍のバッファ
層上に形成された歪を分散させることができる。電極膜
による格子は制御電極に近づくにつれてスイッチング立
上がり特性が悪くなるので近づけることはできない。そ
こで本発明では、制御電極に集中した歪によりバッファ
層に発生した不均一な歪を低減するために、電極膜によ
って形成した格子と制御電極との間のバッファ層をエッ
チングしている。
ことにより、除去した電極膜が有していた成膜歪の集中
を各格子に分散させることができる。さらにその後、制
御電極近傍上のバッファ層を格子状に残すことにより、
制御電極に残った歪量のために制御電極近傍のバッファ
層上に形成された歪を分散させることができる。電極膜
による格子は制御電極に近づくにつれてスイッチング立
上がり特性が悪くなるので近づけることはできない。そ
こで本発明では、制御電極に集中した歪によりバッファ
層に発生した不均一な歪を低減するために、電極膜によ
って形成した格子と制御電極との間のバッファ層をエッ
チングしている。
次に、本発明について第１図，第２図を参照して説明す
る。
る。
第１図（ａ）は本発明の一実施例を示す方向性結合型光
スイッチの平面図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）におけ
るＡ−Ａ線断面図、第２図は第１図及び第３図における
TEモード光に対する電極パターニング前後の分岐比変化
を示す図である。
スイッチの平面図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）におけ
るＡ−Ａ線断面図、第２図は第１図及び第３図における
TEモード光に対する電極パターニング前後の分岐比変化
を示す図である。
第１図に示すように、本実施例はＺカットのニオブ酸リ
チウム結晶板１の上にチタンを900〜1100℃で数時間熱
拡散して深さ３〜10μｍの光導波路2,3を形成する。光
導波路2,3は基板の中央部で互いに数μｍまで近接して
方向性結合器４を構成している。その上にバッファ層６
を介して制御電極５を形成する。さらに制御電極を形成
する工程で制御電極５と同一材料で電極膜格子10を同時
に形成する。この電極膜格子10は制御電極５から約70μ
ｍ離れた位置から制御電極５の寸法と同一の幅及び間隔
で、制御電極５の長さ方向と平行に形成している。この
電極膜格子10の形成後、バッファ層６と同一材料でバッ
ファ層格子11を形成する。このバッファ層格子11は制御
電極５と制御電極５から100μｍ離れた電極膜格子10と
の間の領域に、光導波路2,3の幅と同一の幅と、方向性
結合器４の寸法と同じ間隔で、制御電極５の長さ方向と
平行に形成している。
チウム結晶板１の上にチタンを900〜1100℃で数時間熱
拡散して深さ３〜10μｍの光導波路2,3を形成する。光
導波路2,3は基板の中央部で互いに数μｍまで近接して
方向性結合器４を構成している。その上にバッファ層６
を介して制御電極５を形成する。さらに制御電極を形成
する工程で制御電極５と同一材料で電極膜格子10を同時
に形成する。この電極膜格子10は制御電極５から約70μ
ｍ離れた位置から制御電極５の寸法と同一の幅及び間隔
で、制御電極５の長さ方向と平行に形成している。この
電極膜格子10の形成後、バッファ層６と同一材料でバッ
ファ層格子11を形成する。このバッファ層格子11は制御
電極５と制御電極５から100μｍ離れた電極膜格子10と
の間の領域に、光導波路2,3の幅と同一の幅と、方向性
結合器４の寸法と同じ間隔で、制御電極５の長さ方向と
平行に形成している。
上記の工程により製造した本実施例の光制御デバイスで
は、第２図に実線で図示したように電極パターニング前
後における方向性結合器４の分岐比P1／（P1＋P2）の変
化が従来例のもの（破線図示）より著しく小さいことが
わかる。この効果は、例えば制御電極に電圧を印加した
時の分岐比変化、すなわちスイッチング特性を測定する
と、従来の電極パターニング形状では10V以上の電圧シ
フト量を持っていたのに対し、本実施例では0.5V以下の
電圧シフト量となってあらわれる。
は、第２図に実線で図示したように電極パターニング前
後における方向性結合器４の分岐比P1／（P1＋P2）の変
化が従来例のもの（破線図示）より著しく小さいことが
わかる。この効果は、例えば制御電極に電圧を印加した
時の分岐比変化、すなわちスイッチング特性を測定する
と、従来の電極パターニング形状では10V以上の電圧シ
フト量を持っていたのに対し、本実施例では0.5V以下の
電圧シフト量となってあらわれる。
以上説明したように本発明は、電極パターニング時に制
御電極と同一の材料で制御電極の近傍に電極膜格子を形
成し、その後、制御電極と電極膜格子との間にバッファ
層格子を形成することにより、電極パターニング後の方
向性結合器への歪の影響を低減することができるので、
設計どおりの特性が安定して得られるという効果があ
る。
御電極と同一の材料で制御電極の近傍に電極膜格子を形
成し、その後、制御電極と電極膜格子との間にバッファ
層格子を形成することにより、電極パターニング後の方
向性結合器への歪の影響を低減することができるので、
設計どおりの特性が安定して得られるという効果があ
る。
第１図（ａ）は本発明の一実施例を示す方向性結合型光
スイッチの平面図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）におけ
るＡ−Ａ線断面図、第２図は第１図及び第３図における
TEモード光に対する電極パターニング前後の分岐比変化
を示す図、第３図（ａ）は従来の一例を示す方向性結合
型光スイッチの平面図、第３図（ｂ）は第３図（ａ）に
おけるＢ−Ｂ線断面図である。 １……ニオブ酸リチウム結晶基板、2,3……光導波路、
４……方向性結合器、５……制御電極、６……バッファ
層、７……入射光、8,9……出射光、10……電極膜格
子、11……バッファ層格子。
スイッチの平面図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）におけ
るＡ−Ａ線断面図、第２図は第１図及び第３図における
TEモード光に対する電極パターニング前後の分岐比変化
を示す図、第３図（ａ）は従来の一例を示す方向性結合
型光スイッチの平面図、第３図（ｂ）は第３図（ａ）に
おけるＢ−Ｂ線断面図である。 １……ニオブ酸リチウム結晶基板、2,3……光導波路、
４……方向性結合器、５……制御電極、６……バッファ
層、７……入射光、8,9……出射光、10……電極膜格
子、11……バッファ層格子。
Claims (2)
- 【請求項１】電気光学効果を有する誘電体結晶基板に形
成された光導波路と、この光導波路上に形成されたバッ
ファ層と、このバッファ層上に且つ前記光導波路の近傍
に形成された電極と、この電極と同一材料により前記電
極近傍に形成した電極膜格子と、前記バッファ層と同一
材料により前記電極膜格子と前記電極との間に形成した
バッファ層格子とを備えることを特徴とする光制御デバ
イス。 - 【請求項２】電気光学効果を有する誘電体結晶基板に光
導波路を形成し、前記光導波路上にバッファ層を形成
し、このバッファ層上に且つ前記光導波路の近傍に電極
を形成し、この電極形成時に電極近傍に電極膜格子をパ
ターニングし、前記電極と前記電極膜格子との間の領域
にバッファ層格子をエッチングによって形成することを
特徴とする光制御デバイスの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34453589A JPH0743486B2 (ja) | 1989-12-28 | 1989-12-28 | 光制御デバイスとその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34453589A JPH0743486B2 (ja) | 1989-12-28 | 1989-12-28 | 光制御デバイスとその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03202816A JPH03202816A (ja) | 1991-09-04 |
| JPH0743486B2 true JPH0743486B2 (ja) | 1995-05-15 |
Family
ID=18370030
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34453589A Expired - Lifetime JPH0743486B2 (ja) | 1989-12-28 | 1989-12-28 | 光制御デバイスとその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0743486B2 (ja) |
-
1989
- 1989-12-28 JP JP34453589A patent/JPH0743486B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03202816A (ja) | 1991-09-04 |
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