JPH0743540A - 光導波路素子 - Google Patents

光導波路素子

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Publication number
JPH0743540A
JPH0743540A JP5186131A JP18613193A JPH0743540A JP H0743540 A JPH0743540 A JP H0743540A JP 5186131 A JP5186131 A JP 5186131A JP 18613193 A JP18613193 A JP 18613193A JP H0743540 A JPH0743540 A JP H0743540A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical waveguide
optical
substrate
electrodes
proton exchange
Prior art date
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Pending
Application number
JP5186131A
Other languages
English (en)
Inventor
Yoshinari Kozuka
義成 小塚
Sukehito Asano
祐人 浅野
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.)
NGK Insulators Ltd
Original Assignee
NGK Insulators Ltd
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Publication date
Application filed by NGK Insulators Ltd filed Critical NGK Insulators Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 光損傷に強く、波長の短い光領域で強力な光
を使用した場合にも特性劣化が生じず、また基板の本来
有する電気光学定数に比べて電気光学定数の劣化が小さ
いことから駆動電圧が小さい、能動型の光導波路素子を
提供することである。 【構成】 LiNbO3 からなる基板1の主面1aに、
光導波路2及び電極3が形成される。光導波路2が、複
数の直線状部2a、2cと一つ以上のY字状分岐部2b
とからなる。一つ以上の直線状部2cに並行して電極3
が形成されている。電極3に並行する直線状部2cがチ
タン拡散法によって形成されており、Y字状分岐部2b
がプロトン交換法によって形成されていることを特徴と
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光計測、光通信システ
ム等に用いる光導波路素子に関するものである。更に詳
しくは、光ファイバージャイロに使用する光集積回路
や、光通信用のマッハツェンダー型の高速変調器等に使
用する光導波路素子に関するものである。
【0002】
【従来の技術】電気光学結晶基板の上に光導波路を形成
する方法として、従来、チタン拡散法とプロトン交換法
とが知られている。このうち、チタン拡散法において
は、基板上にチタン薄膜を形成し、1000℃前後の温
度まで基板を加熱し、チタンを基板内に拡散させること
によって、光導波路を形成する。この光導波路は、伝播
損失が小さく、電気光学定数の劣化がない等の特徴を有
する。しかし、一方、チタン拡散法で作製した光導波路
は光損傷に弱く、特に、波長の短い光領域で強力な光を
使用した場合、光伝播損失が大きくなること等の特性劣
化をきたすという問題がある。
【0003】一方、プロトン交換法においては、LiN
bO3 基板を安息香酸等の溶融液に200℃前後の温度
で浸漬し、次いで300〜400℃程度の温度で基板を
アニールすることによって、光導波路を作製する。この
光導波路は光損傷に強く、またチタン拡散法よりも低温
で作製できるため量産し易い等の特徴を有する(参考、
「Waveguides in Lithium Niobate 」J.Am.Ceram.Soc.
72〔8〕1311〜1321頁、1989年、、第1311頁、20〜
23行等)。しかしこの一方、プロトン交換法で作製した
光導波路においては、LiNbO3 基板の本来有する電
気光学効果が低下するため、能動素子として使用するた
めには、駆動電圧を高くすることで電気光学効果の低下
を埋め合わせる必要があるので、不都合である(IGW
O’88、84〜87頁「Very Low-Loss Proton-Excha
nged LiNbO3 Waveguides With a Substantially
Restored Electrooptic Effect」A.Loni等の第8
4頁「INTRODUCTION」の11行目等)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来の光
導波路においては、光損傷に弱く、波長の短い光領域で
強力な光を使用した場合に光伝播損失が大きくなること
等の特性劣化をきたし、また、基板の本来有する電気光
学効果が低下するため、能動素子として使用するために
は駆動電圧を高くする必要があった。
【0005】本発明の課題は、光損傷に強く、波長の短
い光領域で強力な光を使用した場合にも特性劣化が生じ
ず、また、基板の本来有する電気光学定数に比べて電気
光学定数の劣化が小さい、光導波路素子を提供すること
である。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の光導波路素子
は、LiNbO3 からなる基板、この基板の主面に形成
された光導波路及び電極を有しており、光導波路が複数
の直線状部と一つ以上のY字状分岐部とからなり、一つ
以上の直線状部に並行して電極が形成されており、この
電極に並行する直線状部がチタン拡散法によって形成さ
れており、Y字状分岐部がプロトン交換法によって形成
されていることを特徴とする。
【0007】本発明は、LiNbO3 からなる基板、こ
の基板の主面に形成された光導波路及び電極を有してお
り、光導波路が複数の直線状部と一つ以上のY字状分岐
部とからなり、一つ以上の直線状部に並行して電極が形
成されている光導波路素子を、対象としている。好まし
くは、本発明の光導波路素子は、光ファイバージャイロ
に使用する光集積回路や、光通信用のマッハツェンダー
型の高速変調器等に適用される。
【0008】こうした光導波路素子中の光導波路は、
(1)入力、出力用の光ファイバーと接続される直線状
部、(2)光を分岐させ、結合させるためのY字状分岐
部、及び、(3)電界の印加される、光変調用の直線状
部を含む。光ファイバージャイロに使用する光集積回路
においては、更に(4)光導波路に偏光機能を付与する
必要がある。
【0009】本発明の光導波路素子の例を図1に示す。
LiNbO3 からなる基板1の主面1aに、光導波路2
が形成されている。本例では、光導波路2は、直線状部
2a、Y字状分岐部2b、直線状部2aの反対側にある
一対の直線状部2cからなる。各直線状部2cをそれぞ
れ挟むように、電極3が並行して形成されている。直線
状部2aの末端面5、直線状部2cの末端面6には、光
ファイバーが接続される。Y字状分岐部2bは、光を分
岐させ、結合させるためのものである。直線状部2cに
は電界が印加される。
【0010】本発明では、直線状部2cをチタン拡散法
で形成し、Y字状分岐部2bをプロトン交換法で形成す
る。直線状部2aは、チタン拡散法で形成してよく、プ
ロトン交換法で形成してもよい。
【0011】
【作用】本発明者は、プロトン交換光導波路の電気光学
定数の劣化を克服すべく、研究を積み重ねてきたが、こ
の電気光学定数を充分に大きくし、光導波路素子の駆動
電圧を充分に小さくすることは、非常に困難であった。
ところが、電極に並行する直線状部をチタン拡散法によ
って形成し、Y字状分岐部をプロトン交換法によって形
成すると、光導波路が光損傷に強くなり、同時に電気光
学定数も大きくなることを見いだした。
【0012】即ち、光導波路の光損傷特性に最も寄与す
るのは、光を分岐させ、結合させるためのY字状分岐部
であるが、少なくともこのY字状分岐部をプロトン交換
法で形成すれば、充分光損傷に強い光導波路が得られる
ことを確認した。しかも、少なくとも電極に並行する直
線状部を、チタン拡散法によって形成すれば、基板の本
来有する電気光学定数に比べて電気光学定数の劣化を小
さくできること、駆動電圧を小さくできることも確認し
た。
【0013】なお、実際の素子の構成においては、チタ
ン拡散光導波路とプロトン交換光導波路との接続箇所が
少ない方が、素子を量産し易いので、より好ましい。従
って、前記した「(3)電界の印加される、光変調用の
直線状部」以外の部分をすべてプロトン交換法で形成す
ることが、量産し易さの点で好ましい。図1の例をとる
と、直線状部2a、Y字状分岐部2bを共にプロトン交
換法で形成すれば、接続箇所4を2箇所に押さえること
ができるので、好ましい。
【0014】
【実施例】本発明において、LiNbO3 からなる基板
は、X板、Y板、Z板のいずれであってもよい。図1の
例では基板1上にY字状分岐部2bが1個形成されてい
るが、Y字状分岐部2bを2個以上ツリー状に形成し、
カスケード配列の光導波路を形成してもよい。
【0015】チタン拡散法によって光導波路を形成する
際の温度は、950〜1100℃とすることが好まし
く、保持時間は1〜10時間とすることが好ましい。プ
ロトン交換法によって光導波路を形成する際の温度は、
150〜250℃とすることが好ましく、保持時間は1
0〜30分とすることが好ましい。プロトン交換用の媒
体は、安息香酸の他、溶融点の高い燐酸類も利用でき
る。プロトン交換工程の後に、基板をアニールすること
が好ましい。このアニール時の温度は、250〜450
℃とすることが好ましく、保持時間は0.5〜10時間
とすることが好ましい。
【0016】光ファイバージャイロに使用する光集積回
路を作製した。まず、X軸結晶断面を有するLiNbO
3 からなる、直径3インチ、厚さ1mmの円盤状ウエハ
ーを用意した。最初に、このウエハーに、電界の加わる
電界印加部を形成した。具体的には、フォトリソグラフ
ィー技術を用いて、ウエハーに幅3μm、長さ18m
m、厚さ500オングストロームのチタン薄膜を、25
0μm離して2本形成し、電気炉内にウエハーを収容
し、温度1000℃、保持時間6時間の条件でLiNb
3 ウエハー中にチタンを拡散させ、チタン拡散光導波
路2cを形成した。
【0017】次いで、直線状部2a及びY字状分岐部2
bを形成するため、フォトリソグラフィー技術を用い
て、これらの部分以外の部分をレジスト膜でマスクし
た。マスクしない部分の線幅は2μmに設計した。この
ウエハーを200℃の安息香酸中に15分間浸漬してプ
ロトン交換し、次いで380℃で45分間アニール処理
を施した。
【0018】こうして光導波路を形成した後、チタン拡
散光導波路に並行した位置に、この光導波路を挟むよう
に、Au薄膜からなる電極3をそれぞれ形成した。この
電極の寸法は、幅50μm、長さ15mm、厚さ250
0オングストロームとし、一対の電極のギャップ間隔は
10μmとした。このウエハーより1チップ分の素子
(基板1)を切り出し、末端面5、6に光ファイバーを
接続し、素子の特性を測定した。
【0019】使用した光源の波長は、0.85μmとし
た。まず、耐光損傷特性を測定するため、末端面5側か
ら光を入れ、末端面6側で光を受け、受光光量を測定し
た。入力光量を順次上昇させて受光光量の測定を繰り返
した。比較例として、上記と同様の寸法、材料の光導波
路素子を作製し、この際すべての光導波路をチタン拡散
法によって作製した。
【0020】本発明の実施例に係る光導波路素子におい
ては、入力光量を1000μW以上にしても、伝播損失
特性の劣化は見られなかった。上記の比較例に係る光導
波路素子においては、入力光量を500μW以上にする
と、伝播損失特性が劣化した。
【0021】次に、光導波路素子を機能させるための駆
動電圧を測定した。具体的には、光導波路素子によって
光の位相が2π変化するときの電圧(駆動電圧)を測定
した。比較例として、上記と同様の寸法、材料の光導波
路素子を作製し、この際、すべての光導波路をプロトン
交換法によって作製した。
【0022】本発明の実施例に係る光導波路素子の駆動
電圧は、4.3Vであった。上記の比較例に係る光導波
路素子の駆動電圧は、5.3Vであった。このように、
本発明の光導波路素子は、従来の光導波路素子よりも、
低い駆動電圧で作動する。
【0023】なお、光ファイバージャイロに使用する光
集積回路には、前記のように、光導波路に偏光機能を付
与する必要があるが、プロトン交換光導波路は、それ自
体が偏光機能を有する。本実施例では、入力側の直線状
部2aが偏光機能を有する。
【0024】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の光導波路素
子は、光損傷に強く、波長の短い光領域で強力な光を使
用した場合にも特性劣化が生じず、また基板の本来有す
る電気光学定数に比べて電気光学定数の劣化が小さいの
で、駆動電圧が小さい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係る光導波路素子を示す斜視
図である。
【符号の説明】 1 基板、1a 主面、2 光導波路、2a 直線状
部、2b Y字状分岐部、2c 電極3に並行する直線
状部、3 電極

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】LiNbO3 からなる基板、この基板の主
    面に形成された光導波路及び電極を有する能動型の光導
    波路素子であって、前記光導波路が複数の直線状部と一
    つ以上のY字状分岐部とからなり、一つ以上の前記直線
    状部に並行して前記電極が形成されており、この電極に
    並行する前記直線状部がチタン拡散法によって形成され
    ており、前記Y字状分岐部がプロトン交換法によって形
    成されていることを特徴とする、光導波路素子。
JP5186131A 1993-07-28 1993-07-28 光導波路素子 Pending JPH0743540A (ja)

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JP5186131A JPH0743540A (ja) 1993-07-28 1993-07-28 光導波路素子

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JP5186131A JPH0743540A (ja) 1993-07-28 1993-07-28 光導波路素子

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ID=16182917

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JP5186131A Pending JPH0743540A (ja) 1993-07-28 1993-07-28 光導波路素子

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117148501A (zh) * 2023-11-01 2023-12-01 北京世维通科技股份有限公司 一种y波导芯片集成结构及其制备方法、应用

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Legal Events

Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20020305