JPH09197152A - Optical waveguide and optical information detecting device using that - Google Patents

Optical waveguide and optical information detecting device using that

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JPH09197152A
JPH09197152A JP8010288A JP1028896A JPH09197152A JP H09197152 A JPH09197152 A JP H09197152A JP 8010288 A JP8010288 A JP 8010288A JP 1028896 A JP1028896 A JP 1028896A JP H09197152 A JPH09197152 A JP H09197152A
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JP
Japan
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optical waveguide
mode
substrate
film
light
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Application number
JP8010288A
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Japanese (ja)
Inventor
Takashi Shionoya
孝 塩野谷
Junji Ikeda
順司 池田
Keiji Matsuura
恵二 松浦
Masaaki Doi
正明 土肥
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an optical waveguide which has less restriction on conditions for the production and acts as a single mode for the one side of linearly polarized light and as a double mode for the other side of linearly polarized light by diffusing a metal in a lithium niobate substrate which is subjected to proton desorption treatment. SOLUTION: A lithium niobate substrate 1 is preliminarily treated to decrease the amt. of proton, namely, subjected to proton desorption treatment to prepare the substrate 1. The crystal direction of the substrate 1 is selected to give a z-cut plane (which means the principal plane is perpendicular to the z-axis of the crystal axis). A Ti film is formed in the form of an optical waveguide on the lithium niobate substrate 1 thus prepared and is patterned by a lift-off method or etching. Then, the lithium niobate substrate 1 with the patterned Ti film is heated in an electric furnace. By heating, Ti atoms in the Ti film is diffused into the lithium niobate substrate, the refractive index in the region 8 where Ti is diffused, is increased higher than the refractive index of lithium niobate, and thus the region 8 is made as an optical waveguide. Then, the end faces of the optical waveguide are polished to complete the optical waveguide.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、予め定めた、偏光
方位の異なる2つの直線偏光のうち、一方の直線偏光に
対してシングルモード光導波路、他方の直線偏光に対し
てダブルモード光導波路として作用する光導波路に関す
る。また、このような光導波路を利用して情報を検出す
る光情報検出装置に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a single-mode optical waveguide for one linearly polarized light and a double-mode optical waveguide for the other linearly polarized light of two linearly polarized lights having different polarization directions. It relates to a working optical waveguide. The present invention also relates to an optical information detection device that detects information by using such an optical waveguide.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、様々な分野で光導波路が注目され
ている。その理由は光導波路を用いることにより光学系
の小型、軽量化を図ることが可能になり、また、光軸の
調整が不要になるという利点を有しているからである。
2. Description of the Related Art In recent years, optical waveguides have attracted attention in various fields. The reason is that the use of the optical waveguide has the advantages that the size and weight of the optical system can be reduced and the adjustment of the optical axis becomes unnecessary.

【0003】光導波路を作製する基板としてニオブ酸リ
チウム(LiNbO3)単結晶が広く用いられている。
ニオブ酸リチウム基板に光導波路を作製する方法として
はTi拡散法が広く行われている。例えば、「光集積回
路」(西原他著、オーム社)に詳述されている。具体的
には、ニオブ酸リチウム基板上にTi膜を光導波路の形
状にパターニングして形成し、その後、電気炉中で基板
を加熱し、Tiをニオブ酸リチウム中に拡散させる。T
iの拡散した領域が、Tiの拡散していない領域の屈折
率に比べ増加することにより光導波路となる。ニオブ酸
リチウム単結晶は、一軸性結晶であり、結晶の軸方向に
より屈折率に異方性を有している。Ti拡散された領域
では常光線と異常光線の両方の屈折率が増加する。
Lithium niobate (LiNbO 3 ) single crystal is widely used as a substrate for producing an optical waveguide.
A Ti diffusion method is widely used as a method for producing an optical waveguide on a lithium niobate substrate. For example, it is described in detail in "Optical integrated circuit" (Nishihara et al., Ohmsha). Specifically, a Ti film is patterned and formed in the shape of an optical waveguide on a lithium niobate substrate, and then the substrate is heated in an electric furnace to diffuse Ti into lithium niobate. T
The region where i is diffused becomes an optical waveguide by increasing the refractive index of the region where Ti is not diffused. The lithium niobate single crystal is a uniaxial crystal and has a refractive index anisotropy depending on the axial direction of the crystal. In the Ti diffused region, the refractive indices of both ordinary rays and extraordinary rays increase.

【0004】光導波路は、光導波路と基板との屈折率の
差、光導波路の幅または屈折率分布によって、0次モー
ド光のみが励振される(シングルモードで光を伝搬す
る)シングルモード光導波路と、0次と1次の2つのモ
ード光が励振され得る(ダブルモードで光を伝搬する)
ダブルモード光導波路と、0次、1次及び2次以上の3
つ以上のモード光が励振され得る(マルチモードで光を
伝搬する)マルチモード光導波路とに分類される。この
とき、ダブルモード光導波路とマルチモード光導波路
は、常に複数のモード光が励振されるものではなく、最
大いくつのモード光が励振されるかで分類される。例え
ば、光導波路に入射する光の位置や状態によって0次モ
ード光のみが励振されることもある。
The optical waveguide is a single-mode optical waveguide in which only zero-order mode light is excited (propagates light in a single mode) due to the difference in refractive index between the optical waveguide and the substrate, the width of the optical waveguide, or the refractive index distribution. And, two mode light of 0th order and 1st order can be excited (propagating light in double mode)
Double-mode optical waveguide and 0th, 1st and 2nd or higher order 3
It is classified as a multimode optical waveguide in which two or more mode lights can be excited (propagating light in multimode). At this time, the double-mode optical waveguide and the multi-mode optical waveguide are not always excited by a plurality of mode lights, but are classified by the maximum number of mode lights excited. For example, only 0th-order mode light may be excited depending on the position and state of light incident on the optical waveguide.

【0005】このような光導波路を全く新しい分野へ応
用したものとして、ダブルモード光導波路におけるモー
ド干渉現象を利用した光情報検出装置があり、様々な応
用分野が考えられる有用なデバイスとして各方面の注目
を集めている。その基本原理およびモード干渉型レーザ
走査顕微鏡への応用については、H.0oki and J.Iw
asaki,0pt.Commun.85(1991)177‐1
82および特開平4‐208913号公報及び特開平4
‐296810号公報に詳述されている。また、光ピッ
クアップヘの応用については、特開平4‐252444
号公報に詳述されている。
As an application of such an optical waveguide to a completely new field, there is an optical information detecting device utilizing the mode interference phenomenon in the double mode optical waveguide, and it is useful as a useful device in various fields. It is getting attention. Regarding its basic principle and its application to a mode interference type laser scanning microscope, see H. 0oki and J. Iw
asaki, 0pt. Commun. 85 (1991) 177-1
82 and JP-A-4-208913 and JP-A-4-208913.
-296810. Regarding application to an optical pickup, JP-A-4-252444
The details are described in Japanese Patent Publication No.

【0006】上述のモード干渉型レーザ走査顕微鏡は、
ダブルモード光導波路に分岐部を介して3本のシングル
モード光導波路を接続した光導波路デバイスを利用し
て、被検物体の傾斜や反射率の分布を検出する。照明光
は、3本のシングルモード光導波路のうち中央のシング
ルモード光導波路に入射させ、分岐部を介してダブルモ
ード光導波路に入射させる。中央のシングルモード光導
波路とダブルモード光導波路の中心線が一致している場
合は、ダブルモード光導波路の0次モードのみが励振す
る。ダブルモード光導波路は、0次モードのみで伝搬し
た照明光を、被検物体に向けて照射する。
The above-mentioned mode interference type laser scanning microscope is
An optical waveguide device in which three single-mode optical waveguides are connected to a double-mode optical waveguide via a branching portion is used to detect the tilt and reflectance distribution of an object to be inspected. The illumination light is made incident on the central single-mode optical waveguide among the three single-mode optical waveguides, and is made incident on the double-mode optical waveguide via the branching portion. When the center lines of the central single-mode optical waveguide and the double-mode optical waveguide are aligned, only the zero-order mode of the double-mode optical waveguide is excited. The double-mode optical waveguide irradiates the object to be inspected with the illumination light propagated only in the 0th mode.

【0007】0次モードのみで伝搬した光は、シングル
モード状態で光導波路から出射するため、このような照
明光が照射された被検物体に段差や反射率の分布がある
と、被検物体からの反射光には、段差や反射率分布を反
映した非対称性が生じる。この被検物体からの反射光を
ダブルモード光導波路に入射させると、反射光の位相分
布が傾斜しているか、強度分布が非対称になっている場
合には、0次モードと1次モードとが励振され、両モー
ドの干渉光が蛇行しながら伝搬され、3本のシングルモ
ード光導波路に分配される。3本のシングルモード光導
波路の両脇のシングルモード光導波路に分配された光の
強度差を検出することにより、被検物体からの反射光の
対称性を検出できる。
Light propagated only in the 0th mode exits from the optical waveguide in the single mode state. Therefore, if there is a step or a distribution of reflectance in the object to be illuminated by such illumination light, the object to be inspected The reflected light from A has an asymmetry that reflects a step or a reflectance distribution. When the reflected light from the object to be inspected is made incident on the double-mode optical waveguide, when the phase distribution of the reflected light is inclined or the intensity distribution is asymmetric, the 0th-order mode and the 1st-order mode are separated. When excited, the interference light of both modes propagates while meandering and is distributed to the three single-mode optical waveguides. By detecting the intensity difference of the light distributed to the single mode optical waveguides on both sides of the three single mode optical waveguides, the symmetry of the reflected light from the object to be inspected can be detected.

【0008】ここでダブルモード光導波路を伝搬する0
次モードと1次モード光の位相差が180゜となる長さ
(完全結合長)をLcとし、光導波路のうちダブルモー
ドで光が伝搬可能な領域の長さをLとすると、
Here, 0 which propagates through the double mode optical waveguide
Let Lc be the length at which the phase difference between the second-order mode light and the first-order mode light is 180 ° (complete coupling length), and let L be the length of the region where light can propagate in the double mode in the optical waveguide.

【0009】[0009]

【数1】 L=Lc(2m+1)/2 (m=0、1、2、・・・) ・・・(1) となるとき、被検物体の段差による反射光の位相分布の
情報(位相情報)のみが検出され、
When L = Lc (2m + 1) / 2 (m = 0, 1, 2, ...) (1), the information of the phase distribution of the reflected light due to the step of the object to be inspected (phase Information) only detected,

【0010】[0010]

【数2】 L=mLc (m=1、2、3、・・・) ・・・(2) となるとき、被検物体の透過率や反射率による反射光の
振幅分布の情報(振幅情報)のみが検出され、また、ダ
ブルモード領域の長さを(1)、(2)式以外の任意の
長さにすると、位相分布の情報(位相情報)と振幅分布
の情報(振幅情報)との両者を、任意の割合で検出する
ことができる。この構成はモード干渉系となる。
## EQU00002 ## When L = mLc (m = 1, 2, 3, ...) (2), information on the amplitude distribution of the reflected light due to the transmittance or reflectance of the object to be measured (amplitude information ) Is detected, and when the length of the double mode region is set to an arbitrary length other than equations (1) and (2), the information of the phase distribution (phase information) and the information of the amplitude distribution (amplitude information) are obtained. Both can be detected at any ratio. This configuration becomes a mode interference system.

【0011】ここで、ダブルモードで光が伝搬可能な領
域の長さとは、ダブルモード光導波路、分岐部および3
本のシングルモード導波路において、ダブルモードで光
が伝搬可能な実質的長さである。例えば、3本のシング
ルモード光導波路の間隔が近接している領域では、3本
のシングルモード光導波路の間で結合が起こり、この領
域では光がダブルモードで伝搬することがある。従っ
て、上述のダブルモード領域の長さLとは、光が実質的
にダブルモードで伝搬している長さで定義される。
Here, the length of the region in which light can propagate in the double mode means the double mode optical waveguide, the branch portion and
In the single-mode waveguide of the book, this is a substantial length that allows light to propagate in a double mode. For example, in a region where three single-mode optical waveguides are close to each other, coupling may occur between the three single-mode optical waveguides, and light may propagate in a double mode in this region. Therefore, the length L of the double mode region described above is defined as the length of light that propagates substantially in the double mode.

【0012】また、光導波路を作製する基板にニオブ酸
リチウム等の電気光学効果を有する材料を用い、ダブル
モード光導波路の近傍にバッファ層を介して電極を配置
し、この電極から電界を印加することにより、上記した
完全結合長の長さを変化させることが行われている。電
極に印加する電圧を制御することによって、ダブルモー
ド領域の幾何学的な長さが一定であっても被検物体の位
相情報、振幅情報及び位相情報と振幅情報を任意に得る
ことができる。
Further, a material having an electro-optical effect such as lithium niobate is used for a substrate for forming an optical waveguide, an electrode is arranged in the vicinity of the double mode optical waveguide via a buffer layer, and an electric field is applied from this electrode. By doing so, the length of the above-mentioned perfect bond length is changed. By controlling the voltage applied to the electrodes, the phase information, the amplitude information, and the phase information and the amplitude information of the object to be inspected can be arbitrarily obtained even if the geometric length of the double mode region is constant.

【0013】上述したモード干渉型レーザ走査顕微鏡で
は、中央のシングルモード光導波路の中心線と、ダブル
モード光導波路の中心線とが一致するように光導波路デ
バイスを形成することによって、中央のシングルモード
光導波路からダブルモード光導波路へ入射する光に、ダ
ブルモード光導波路での0次モード光のみを励振させる
構成になっている。
In the mode interference type laser scanning microscope described above, the optical waveguide device is formed so that the center line of the central single mode optical waveguide and the center line of the double mode optical waveguide coincide with each other. The light entering the double mode optical waveguide from the optical waveguide is configured to excite only the 0th mode light in the double mode optical waveguide.

【0014】しかしながら、中央のシングルモード光導
波路の中心線とダブルモード光導波路の中心線とが完全
に一致するように光導波路デバイスを製造するのは製造
プロセス上困難である。
However, it is difficult in the manufacturing process to manufacture an optical waveguide device so that the center line of the central single-mode optical waveguide and the center line of the double-mode optical waveguide completely coincide with each other.

【0015】というのは、光導波路を作製する際、中心
線がずれたり、分岐領域部分が中心対称でなく非対称に
なったり、ダブルモード光導波路の屈折率分布に片寄り
が生じたりすると、ダブルモード領域内に0次モード光
の他に1次モード光も励振されてしまう可能性がある。
1次モード光が励振された場合には、光導波路から出射
する光は、シングルモード状態でないため、被検物体の
反射光から、被検物体の微視的な傾斜を検出することが
できなくなる。そのため、光導波路デバイスを高精度に
製作しなければならず、高価な装置になる。
When the optical waveguide is manufactured, if the center line is deviated, the branching region is not symmetrical with respect to the center, or the refractive index distribution of the double mode optical waveguide is deviated, the double In addition to the 0th-order mode light, the 1st-order mode light may be excited in the mode region.
When the first-order mode light is excited, the light emitted from the optical waveguide is not in the single mode state, and therefore it becomes impossible to detect the microscopic tilt of the object to be inspected from the reflected light of the object to be inspected. . Therefore, the optical waveguide device must be manufactured with high accuracy, and the device becomes expensive.

【0016】この問題点を解決するため特開平6−16
0718号公報に記載されているモード干渉型レーザ走
査顕微鏡は、ダブルモード光導波路を、屈折率に異方性
を有する材料によって形成し、照明光の偏光に対して
は、シングルモード光導波路であり、反射光の偏光に対
しては、ダブルモード光導光導波路となるように構成す
ることを提案している。これにより、シングルモード光
導波路の中心線が、ダブルモード光導波路の中心線と完
全に一致していなくとも、照明光を0次モードのみで伝
搬させて、端面から出射させることかできる。
To solve this problem, Japanese Patent Laid-Open No. 6-16
The mode interference laser scanning microscope described in Japanese Patent No. 0718 has a double-mode optical waveguide formed of a material having anisotropy in refractive index, and is a single-mode optical waveguide for polarization of illumination light. For the polarization of the reflected light, it has been proposed to construct a double-mode optical waveguide. Thereby, even if the center line of the single-mode optical waveguide does not completely coincide with the center line of the double-mode optical waveguide, the illumination light can be propagated only in the 0th mode and emitted from the end face.

【0017】[0017]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
特開平6−160718号公報記載の構成は、照明光の
偏光に対してシングルモード、それに直交する反射光の
偏光に対してダブルモードとなる光導波路を作製するた
めの製造工程が複雑であり、製造条件が厳しく、製造コ
ストが高くなるという問題があった。
However, the configuration described in Japanese Patent Laid-Open No. 6-160718 described above is a light guide which is single mode for the polarization of the illumination light and double mode for the polarization of the reflected light orthogonal thereto. There are problems that the manufacturing process for manufacturing the waveguide is complicated, the manufacturing conditions are strict, and the manufacturing cost is high.

【0018】本発明は、予め定めた、偏光方位の異なる
2つの直線偏光のうち、一方の直線偏光に対してはシン
グルモード光導波路、他方の直線偏光対してはダブルモ
ード光導波路として作用する光導波路であって、製造条
件が緩やかな光導波路、ならびに、このような光導波路
を用いた光情報検出装置を提供することを目的とする。
In the present invention, of two predetermined linearly polarized lights having different polarization directions, one linearly polarized light serves as a single-mode optical waveguide, and the other linearly polarized light serves as a double-mode optical waveguide. An object of the present invention is to provide an optical waveguide which is a waveguide and whose manufacturing conditions are gentle, and an optical information detecting device using such an optical waveguide.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によれば、予め定めた偏光方位aの直線偏光
の照明光を0次モードのみで伝搬し情報を検出すべき物
体に向けて照射するとともに、前記被検物体からの反射
光であって前記偏光方位aとは異なる、予め定めた偏光
方位bの直線偏光の光を0次モードのみ、もしくは、0
次モードと1次モードとで伝搬するための光導波路と、
前記光導波路を伝搬してきた前記反射光の対称性を検出
するための検出手段とを有し、前記光導波路は、プロト
ン離脱処理が施されたニオブ酸リチウム基板に金属を拡
散することにより形成されていることを特徴とする光情
報検出装置が提供される。
In order to achieve the above object, according to the present invention, linearly polarized illumination light having a predetermined polarization azimuth a is propagated only in the 0th mode to an object whose information is to be detected. The linearly polarized light having a predetermined polarization azimuth b different from the polarization azimuth a, which is reflected light from the object to be inspected, is irradiated only toward the 0th mode or 0
An optical waveguide for propagating in a second mode and a first mode,
And a detection means for detecting the symmetry of the reflected light that has propagated through the optical waveguide, wherein the optical waveguide is formed by diffusing a metal into a proton desorption treated lithium niobate substrate. An optical information detecting device is provided.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態について説
明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of the present invention will be described.

【0021】まず、本発明の第1の実施の形態の光導波
路の製造方法について説明する。
First, a method of manufacturing the optical waveguide according to the first embodiment of the present invention will be described.

【0022】発明者らは、ニオブ酸リチウム基板にTi
を拡散させることにより形成する光導波路において、基
板として、プロトン離脱処理を施された基板を用いるこ
とにより、従来よりも緩やかな製造条件で、入射する光
の偏光方位によってダブルモード導波路およびシングル
モード導波路として作用する光導波路が得られることを
見いだした。
The inventors of the present invention used Ti on a lithium niobate substrate.
In the optical waveguide formed by diffusing light, by using a substrate that has undergone a proton desorption process as the substrate, a double mode waveguide and a single mode waveguide can be produced depending on the polarization azimuth of the incident light under manufacturing conditions that are gentler than before. It has been found that an optical waveguide acting as a waveguide can be obtained.

【0023】製造方法を以下具体的に説明する。The manufacturing method will be specifically described below.

【0024】ニオブ酸リチウム基板1として、予め基板
1中のプロトン量を減少させる処理すなわちプロトン離
脱処理が施されたニオブ酸リチウム基板1を用意する。
プロトン離脱処理としては、例えば、水素イオンや水素
原子のない雰囲気中で基板を加熱する方法を用いること
ができる。本実施の形態では、予めプロトン離脱処理が
施されたニオブ酸リチウム基板(日本結晶光学株式会社
製)を用いた。基板中のプロトン濃度と光の吸収係数と
は、比例関係にあることが知られているが、本実施の形
態で用いた上述の基板は、波長2.87μmでの光の吸
収係数が0.0476cm-1である。
As the lithium niobate substrate 1, there is prepared a lithium niobate substrate 1 which has been previously subjected to a treatment for reducing the amount of protons in the substrate 1, that is, a proton desorption treatment.
As the proton desorption treatment, for example, a method of heating the substrate in an atmosphere free of hydrogen ions and hydrogen atoms can be used. In the present embodiment, a lithium niobate substrate (manufactured by Nippon Crystal Optical Co., Ltd.) that has been subjected to a proton desorption treatment in advance is used. It is known that the concentration of protons in the substrate and the absorption coefficient of light are in a proportional relationship, but the above-mentioned substrate used in the present embodiment has an absorption coefficient of light of 0.8 in the wavelength of 2.87 μm. It is 0476 cm -1 .

【0025】基板1の結晶方位は、Zカット(主平面が
結晶軸のZ軸に垂直)である。このニオブ酸リチウム基
板1に、図1のように、光導波路形状にTi膜2を形成
し、リフトオフ法もしくはエッチング法を用いてパター
ニングする。本実施の形態では、形成しようとしている
光導波路の形状は、直線であり、光の伝搬方向が結晶軸
のX軸(X伝搬)であるので、帯状のTi膜2を長手方
向がX軸と一致するように形成する。
The crystal orientation of the substrate 1 is Z-cut (the main plane is perpendicular to the Z-axis of crystal axes). As shown in FIG. 1, a Ti film 2 is formed in the shape of an optical waveguide on the lithium niobate substrate 1 and patterned by a lift-off method or an etching method. In the present embodiment, since the shape of the optical waveguide to be formed is a straight line and the light propagation direction is the X axis (X propagation) of the crystal axis, the strip-shaped Ti film 2 has the longitudinal direction as the X axis. Form to match.

【0026】その後、Ti膜2がパターニングされたニ
オブ酸リチウム基板1を電気炉中で加熱する。図4に、
電気炉の概略構成図を示す。石英管3の周りにヒーター
4と図示しない断熱材が配置されている。この電気炉の
石英管3中にTi膜2が形成された前記ニオブ酸リチウ
ム基板1を入れ、1000℃で6時間加熱する。この加
熱中に石英管3にはチューブ7から乾燥O2ガスを導入
する。
After that, the lithium niobate substrate 1 on which the Ti film 2 is patterned is heated in an electric furnace. In FIG.
The schematic block diagram of an electric furnace is shown. A heater 4 and a heat insulating material (not shown) are arranged around the quartz tube 3. The lithium niobate substrate 1 on which the Ti film 2 is formed is placed in the quartz tube 3 of this electric furnace and heated at 1000 ° C. for 6 hours. During this heating, dry O 2 gas is introduced into the quartz tube 3 from the tube 7.

【0027】加熱中の雰囲気として乾燥O2ガスを用い
たのは、本実施の形態のようにニオブ酸リチウム結晶中
のプロトン量が少ない基板であるため、拡散雰囲気に湿
気を含んだO2ガスを用いなくてもLi2Oの外拡散は生
じないことが知られているからである。その詳細は J
apanese Jounal of Applied Physics Vol.33(1
994)pp.L957−L958 Part2,No.7A A.Koi
de,H.Shimizu and T.Saito に報告されている。
The dry O 2 gas was used as the atmosphere during heating because the substrate in which the amount of protons in the lithium niobate crystal was small as in the present embodiment, the O 2 gas containing moisture in the diffusion atmosphere was used. This is because it is known that Li 2 O does not diffuse out even without using. The details are J
apanese Jounal of Applied Physics Vol. 33 (1
994) pp.L957-L958 Part2, No. 7A A. Koi
de, H. Shimizu and T. Saito.

【0028】加熱することにより、図2のように、Ti
膜2のTiがニオブ酸リチウム基板中に拡散していき、
Tiの拡散した領域8の屈折率がニオブ酸リチウムの屈
折率より増加し、光導波路となる。その後、光導波路の
端面を研磨し、光導波路が完成する。
By heating, as shown in FIG.
Ti of the film 2 diffuses into the lithium niobate substrate,
The refractive index of the region 8 in which Ti is diffused is higher than the refractive index of lithium niobate to form an optical waveguide. Then, the end face of the optical waveguide is polished to complete the optical waveguide.

【0029】本実施の形態では、基板1上に配置するT
i膜2の膜厚を200オングストロームとし、その幅を
2.5μm以上8.0μm以下の範囲で、0.5μm刻
みに変化させた10種類の試料を作成した(表1)。こ
のTi膜2を上述の方法で拡散させ光導波路8を形成し
た。
In the present embodiment, the T arranged on the substrate 1
The thickness of the i-film 2 was set to 200 angstroms, and the width thereof was changed from 0.5 μm to 8.0 μm in increments of 0.5 μm to prepare 10 types of samples (Table 1). The Ti film 2 was diffused by the above method to form the optical waveguide 8.

【0030】完成した10種類の光導波路8の波長0.
6328μmの光に対するモード次数を測定した。測定
は、次の手順で行った。まず、光導波路8の一方の端面
からヘリウムネオンレーザ光を入射させ、別の端面から
出射する光の近視野像をカメラで撮影する。そして、光
の入射位置を光導波路8の幅方向にずらし、近視野像の
パターンの変化を観察することにより、励振する最大次
数のモードを確認する。よって、この方法を用いて確認
されるモード次数は、導波路の幅方向についてのモード
次数である。モード次数の測定結果を表1に示す。ま
た、導波路の深さ方向のモード次数を別途調べたところ
偏光方向に関わらず全て最大モード次数が0次モードの
シングルモード導波路であった。
The wavelengths of the completed 10 kinds of optical waveguides 8 are 0.
The mode order for light of 6328 μm was measured. The measurement was performed by the following procedure. First, a helium neon laser beam is made incident from one end face of the optical waveguide 8 and a near-field image of light emitted from another end face is photographed by a camera. Then, the incident position of light is shifted in the width direction of the optical waveguide 8 and the change in the pattern of the near-field image is observed to confirm the mode of the maximum order to be excited. Therefore, the mode order confirmed using this method is the mode order in the width direction of the waveguide. Table 1 shows the measurement results of the mode orders. Further, when the mode order in the depth direction of the waveguide was separately investigated, it was found that the maximum mode orders were all single-mode waveguides with the 0th-order mode regardless of the polarization direction.

【0031】[0031]

【表1】 [Table 1]

【0032】表1のように、拡散前のTi膜2の幅が
5.0μm、5.5μm、6.0μmの場合、完成した
光導波路8が常光線に対しては1次モードが励振しダブ
ルモード光導波路となり、異常光線に対しては0次モー
ドのみが励振しシングルモード光導波路となり、目的と
する光導波路が得られることがわかった。
As shown in Table 1, when the width of the Ti film 2 before diffusion is 5.0 μm, 5.5 μm and 6.0 μm, the completed optical waveguide 8 excites the primary mode with respect to the ordinary ray. It was found that a double-mode optical waveguide was formed, and only an 0th-order mode was excited with respect to an extraordinary ray to become a single-mode optical waveguide, and the desired optical waveguide was obtained.

【0033】これに対し、比較例として、プロトン離脱
処置を施さない基板を用い、他の条件を第1の実施の形
態と同じにして作成した光導波路は、拡散前のTi膜の
幅が5.5μmの場合のみで、常光線に対しては1次モ
ードが励振しダブルモード光導波路となり、異常光線に
対しては0次モードのみが励振しシングルモード光導波
路となる。
On the other hand, as a comparative example, an optical waveguide prepared by using a substrate not subjected to proton desorption treatment under the same conditions as in the first embodiment except that the width of the Ti film before diffusion was 5 Only in the case of 0.5 μm, the first-order mode is excited for the ordinary ray and becomes the double-mode optical waveguide, and only the zero-order mode is excited for the extraordinary ray and becomes the single-mode optical waveguide.

【0034】[0034]

【表2】 [Table 2]

【0035】このことから、プロトン離脱処理を施した
ニオブ酸リチウム基板を用いる本発明の第1の実施の形
態の製造方法は、拡散前のTi膜2の幅が5.0μm以
上6.0μm以下の少なくとも1μmの範囲に含まれて
いれば、目的とする光導波路が得られるが、プロトン離
脱処理を施さない基板を用いた比較例では、拡散前のT
i膜の幅が5.5μmのみで目的とする光導波路が得ら
れ、5.5μmから±0.5μmずれると目的とする光
導波路は得られないことがわかる。よって、入射光の偏
光方位によってシングルモード光導波路またはダブルモ
ード光導波路として機能する光導波路を作成しようとし
た場合、本発明のようにプロトン離脱処理を施したニオ
ブ酸リチウム基板を用いることにより、Ti膜の幅とし
て少なくとも±0.5μmの誤差を許容することがで
き、製造条件を緩やかにすることができる。
From the above, according to the manufacturing method of the first embodiment of the present invention using the proton desorption treated lithium niobate substrate, the width of the Ti film 2 before diffusion is 5.0 μm or more and 6.0 μm or less. Of at least 1 μm, the target optical waveguide can be obtained, but in the comparative example using the substrate not subjected to the proton desorption treatment, the T
It can be seen that the target optical waveguide can be obtained only when the width of the i film is 5.5 μm, and the target optical waveguide cannot be obtained when the i film has a deviation of ± 0.5 μm from 5.5 μm. Therefore, when an optical waveguide functioning as a single-mode optical waveguide or a double-mode optical waveguide is to be produced depending on the polarization direction of incident light, by using the lithium niobate substrate that has undergone the proton desorption treatment as in the present invention, Ti An error of at least ± 0.5 μm can be allowed as the width of the film, and the manufacturing conditions can be made gentle.

【0036】つぎに、本発明の第2から第4の実施の形
態として、Ti膜2の厚さを変えて第1の実施の形態と
同様に光導波路を作成することにより、入射光の偏光方
位によってシングルモード光導波路またはダブルモード
光導波路として機能する光導波路が作成できるTi膜2
の幅の範囲を調べた。
Next, in the second to fourth embodiments of the present invention, the thickness of the Ti film 2 is changed to form an optical waveguide in the same manner as in the first embodiment, whereby the polarized light of the incident light is polarized. Ti film 2 capable of forming an optical waveguide functioning as a single mode optical waveguide or a double mode optical waveguide depending on the orientation
I investigated the range of width.

【0037】第2実施の形態ではTi膜厚を220オン
グストロームとし、その他の光導波路の作製条件は第1
実施の形態と同様にした。
In the second embodiment, the Ti film thickness is set to 220 Å, and other optical waveguide manufacturing conditions are the first.
The same as the embodiment.

【0038】第2の実施の形態で得られた光導波路のモ
ード次数の測定結果を表3に示す。
Table 3 shows the measurement results of the mode orders of the optical waveguide obtained in the second embodiment.

【0039】[0039]

【表3】 [Table 3]

【0040】表3から拡散前のTi膜2の幅が4.5μ
m、5.0μm、5.5μm、6.0μmの場合、得ら
れた光導波路が、常光線に対しては1次モードが励振し
ダブルモード光導波路となり、異常光線に対しては0次
モードのみが励振しシングルモード光導波路となり、目
的とする光導波路となることがわかる。
From Table 3, the width of the Ti film 2 before diffusion is 4.5 μm.
m, 5.0 μm, 5.5 μm, 6.0 μm, the obtained optical waveguide becomes a double mode optical waveguide due to the excitation of the first-order mode for ordinary rays and the zero-order mode for extraordinary rays. It can be seen that only the light is excited and becomes the single-mode optical waveguide, which is the desired optical waveguide.

【0041】第3実施の形態ではTi膜厚を240オン
グストロームとし、その他の光導波路作製条件は第1実
施の形態と同様にした。
In the third embodiment, the Ti film thickness is set to 240 Å, and the other optical waveguide manufacturing conditions are the same as those in the first embodiment.

【0042】第3の実施の形態で得られた光導波路のモ
ード次数の測定結果を表4に示す。
Table 4 shows the measurement results of the mode orders of the optical waveguide obtained in the third embodiment.

【0043】[0043]

【表4】 [Table 4]

【0044】表4から拡散前のTi膜2の幅が4.5μ
m、5.0μm、5.5μmの場合、得られた光導波路
が、常光線に対しては1次モードが励振しダブルモード
光導波路となり、異常光線に対しては0次モードのみが
励振しシングルモード光導波路となり、目的とする光導
波路となることがわかる。
From Table 4, the width of the Ti film 2 before diffusion is 4.5 μm.
In the case of m, 5.0 μm and 5.5 μm, the obtained optical waveguide excites the first-order mode for ordinary rays and becomes a double-mode optical waveguide, and only the zero-order mode for extraordinary rays. It can be seen that it becomes a single-mode optical waveguide, and the target optical waveguide.

【0045】本発明の第4実施の形態では、Ti膜厚を
260オングストロームとし、その他の光導波路作製条
件は第1の実施の形態と同様にした。
In the fourth embodiment of the present invention, the Ti film thickness is set to 260 Å, and the other optical waveguide manufacturing conditions are the same as those in the first embodiment.

【0046】第4の実施の形態で得られた光導波路のモ
ード次数の測定結果を表5に示す。
Table 5 shows the measurement results of the mode orders of the optical waveguide obtained in the fourth embodiment.

【0047】[0047]

【表5】 [Table 5]

【0048】表5から拡散前のTi膜2の幅が4.0μ
m、4.5μm、5.0μmの場合、得られた光導波路
が、常光線に対しては1次モードが励振しダブルモード
光導波路となり、異常光線に対しては0次モードのみが
励振しシングルモード光導波路となり、目的とする光導
波路となることがわかる。
From Table 5, the width of the Ti film 2 before diffusion is 4.0 μm.
In the case of m, 4.5 μm and 5.0 μm, the obtained optical waveguide excites the first-order mode for ordinary rays and becomes a double-mode optical waveguide, and only the zero-order mode for extraordinary rays. It can be seen that it becomes a single-mode optical waveguide, and the target optical waveguide.

【0049】上述した第1〜第4の実施の形態および比
較例において、目的とする光導波路が得られたTi膜の
幅と、他の製造条件をまとめて図8に示す。図8からわ
かるように、プロトン離脱処理を施した基板を用いた本
発明では、Ti膜の厚さを変えても、いずれも、少なく
とも1μmの範囲のTi膜幅で目的とする光導波路を得
ることができる。よって、Ti膜幅としては、従来より
も緩やかな製造条件で、常光線に対しては1次モードが
励振しダブルモード光導波路となり、異常光線に対して
は0次モードのみが励振しシングルモード光導波路とな
る光導波路を製造することができる。
In the above-described first to fourth embodiments and comparative examples, the width of the Ti film in which the intended optical waveguide is obtained and other manufacturing conditions are shown together in FIG. As can be seen from FIG. 8, in the present invention using the substrate subjected to the proton desorption treatment, the target optical waveguide can be obtained with a Ti film width of at least 1 μm even if the thickness of the Ti film is changed. be able to. Therefore, as for the Ti film width, under the manufacturing conditions gentler than the conventional one, the first-order mode is excited for the ordinary ray and becomes the double-mode optical waveguide, and only the zero-order mode is excited for the extraordinary ray and the single-mode is excited. An optical waveguide that becomes an optical waveguide can be manufactured.

【0050】また、第5、第6および第7の実施の形態
として、第1の実施の形態と同様にプロトン離脱処理を
施した基板を用い、基板の主平面を結晶軸のX軸に垂直
にし、光をY軸方向に伝搬(XカットY伝搬)させるよ
うに光導波路を製造した場合について説明する。第5、
第6および第7の実施の形態の製造条件ならびに目的と
する光導波路が得られたTi膜の幅を図9に示す。
As the fifth, sixth, and seventh embodiments, a substrate on which a proton desorption process is performed is used as in the first embodiment, and the main plane of the substrate is perpendicular to the X axis of the crystal axis. Then, the case where the optical waveguide is manufactured so as to propagate light in the Y-axis direction (X-cut Y-propagation) will be described. Fifth,
FIG. 9 shows the manufacturing conditions of the sixth and seventh embodiments and the width of the Ti film on which the desired optical waveguide is obtained.

【0051】第5の実施の形態では、ニオブ酸リチウム
基板の結晶方位をXカットY伝搬とし、Ti膜厚を30
0オングストロームとし、その他の光導波路作製条件
は、第1の実施の形態と同様にした。
In the fifth embodiment, the crystal orientation of the lithium niobate substrate is X-cut Y-propagation, and the Ti film thickness is 30.
The thickness was set to 0 Å, and the other optical waveguide manufacturing conditions were the same as those in the first embodiment.

【0052】得られた光導波路のモード次数の測定結果
を表6に示す。表6中で、記号−は光が全く導波しなか
ったことを示す。
Table 6 shows the measurement results of the mode order of the obtained optical waveguide. In Table 6, the symbol-indicates that no light was guided.

【0053】[0053]

【表6】 [Table 6]

【0054】表6から、拡散前のTi膜2の幅が5.5
μm、6.0μm、6.5μmの場合、光導波路は、常
光線に対しては1次モードが励振しダブルモード光導波
路となり、異常光線に対しては0次モードのみが励振し
シングルモード光導波路となり、目的とする光導波路に
なることがわかる。
From Table 6, the width of the Ti film 2 before diffusion is 5.5.
In the case of μm, 6.0 μm, and 6.5 μm, the optical waveguide becomes a double-mode optical waveguide by exciting the first-order mode with respect to the ordinary ray, and only the zero-order mode is excited with respect to the extraordinary ray by the single-mode light guide. It turns out that it becomes a waveguide, and it becomes a target optical waveguide.

【0055】第6の実施の形態ではニオブ酸リチウム基
板の結晶方位をXカットY伝搬とし、Ti膜厚を320
オングストロームとし、その他の光導波路作製条件は第
1の実施の形態と同様にした。
In the sixth embodiment, the crystal orientation of the lithium niobate substrate is X-cut Y-propagation, and the Ti film thickness is 320.
The thickness is set to angstrom, and the other optical waveguide manufacturing conditions are the same as those in the first embodiment.

【0056】得られた光導波路のモード次数の測定結果
を表7に示す。
Table 7 shows the measurement results of the mode orders of the obtained optical waveguide.

【0057】[0057]

【表7】 [Table 7]

【0058】表7から、拡散前のTi膜2の幅が5.5
μm、6.0μm、6.5μmの場合、光導波路は、常
光線に対しては1次モードが励振しダブルモード光導波
路となり、異常光線に対しては0次モードのみが励振し
シングルモード光導波路となり、目的とする光導波路に
なることがわかる。
From Table 7, the width of the Ti film 2 before diffusion is 5.5.
In the case of μm, 6.0 μm, and 6.5 μm, the optical waveguide becomes a double-mode optical waveguide by exciting the first-order mode with respect to the ordinary ray, and only the zero-order mode is excited with respect to the extraordinary ray by the single-mode light guide. It turns out that it becomes a waveguide, and it becomes a target optical waveguide.

【0059】第7の実施の形態ではニオブ酸リチウム基
板の結晶方位をXカットY伝搬とし、Ti膜厚を400
オングストロームとし、熱処理温度を1050℃とし
た。その他の光導波路作製条件は第1の実施の形態と同
様にした。
In the seventh embodiment, the crystal orientation of the lithium niobate substrate is X-cut Y-propagation, and the Ti film thickness is 400.
The temperature was set to angstrom and the heat treatment temperature was set to 1050 ° C. The other optical waveguide manufacturing conditions were the same as those in the first embodiment.

【0060】得られた光導波路のモード次数の測定結果
を表8に示す。但し、本実施の形態では、モード次数の
測定を波長0.830μmの半導体レーザを用いて行っ
た。
Table 8 shows the measurement results of the mode order of the obtained optical waveguide. However, in this embodiment, the mode order is measured using a semiconductor laser having a wavelength of 0.830 μm.

【0061】[0061]

【表8】 [Table 8]

【0062】表8から、拡散前のTi膜2の幅が5.1
μm、5.4μm、6.2μm、6.9μmの場合、光
導波路は、常光線に対しては1次モードが励振しダブル
モード光導波路となり、異常光線に対しては0次モード
のみが励振しシングルモード光導波路となり、目的とす
る光導波路になることがわかる。
From Table 8, the width of the Ti film 2 before diffusion is 5.1.
In the case of μm, 5.4 μm, 6.2 μm, and 6.9 μm, the optical waveguide excites the first-order mode for ordinary rays and becomes the double-mode optical waveguide, and excites only the zero-order mode for extraordinary rays. However, it turns out that it becomes a single-mode optical waveguide, and the target optical waveguide.

【0063】図9からわかるように、プロトン離脱処理
を施した基板を用いた本発明では、Ti膜の厚さや基板
の結晶軸方向を変えても、少なくとも1μmの範囲のT
i膜幅で目的とする光導波路が得ることができる。よっ
て、Ti膜幅としては、従来よりも緩やかな製造条件
で、常光線に対しては1次モードが励振しダブルモード
光導波路となり、異常光線に対しては0次モードのみが
励振しシングルモード光導波路となり、目的とする光導
波路を製造することができる。
As can be seen from FIG. 9, in the present invention using the substrate subjected to the proton desorption treatment, even if the thickness of the Ti film or the crystal axis direction of the substrate is changed, the T in the range of at least 1 μm is obtained.
The target optical waveguide can be obtained with the i film width. Therefore, as for the Ti film width, under the manufacturing conditions gentler than the conventional one, the first-order mode is excited for the ordinary ray and becomes the double-mode optical waveguide, and only the zero-order mode is excited for the extraordinary ray and the single-mode is excited. It becomes an optical waveguide, and the desired optical waveguide can be manufactured.

【0064】次に、本発明の別の実施の形態の光導波路
の製造方法について説明する。
Next, a method of manufacturing an optical waveguide according to another embodiment of the present invention will be described.

【0065】本発明者らは、入射光の偏光方位によって
シングルモード光導波路およびダブルモード光導波路と
して機能する光導波路を、プロトン離脱処理を施してい
ないニオブ酸リチウム基板を用いながら、Ti膜の幅の
条件を比較的緩やかにすることのできる製造条件を探索
した。
The inventors of the present invention used the lithium niobate substrate not subjected to the proton desorption treatment as the optical waveguides functioning as the single mode optical waveguide and the double mode optical waveguide depending on the polarization direction of the incident light, while using the width of the Ti film. We searched for manufacturing conditions that can make the conditions of (4) relatively mild.

【0066】その結果、プロトン離脱処理を施していな
いニオブ酸リチウム基板では、少なくとも以下に詳述す
る第8から第11の実施の形態の製造条件においては、
光導波路のTi濃度をできるだけ低く抑えることによ
り、目的とする光導波路を製造できるTi幅の条件が緩
やかになる傾向があることがわかった。Ti拡散工程に
おいて、Tiの拡散深さは加熱時間に依存し、光導波路
のTi濃度はTi膜厚に依存するため、Ti膜厚を薄く
することによりTi膜の幅の製造精度が緩やかにでき
る。但し、Ti膜厚を薄くしすぎると屈折率の増加量が
小さくなり、光導波路が形成されなくなるため、適切な
厚さに設定する必要がある。
As a result, in the lithium niobate substrate not subjected to the proton desorption treatment, at least under the manufacturing conditions of the eighth to eleventh embodiments described in detail below,
It has been found that by keeping the Ti concentration of the optical waveguide as low as possible, the conditions for the Ti width with which the desired optical waveguide can be manufactured tend to become gentle. In the Ti diffusion step, the diffusion depth of Ti depends on the heating time, and the Ti concentration of the optical waveguide depends on the Ti film thickness. Therefore, by reducing the Ti film thickness, the manufacturing accuracy of the width of the Ti film can be moderated. . However, if the Ti film thickness is made too thin, the amount of increase in the refractive index becomes small and the optical waveguide cannot be formed. Therefore, it is necessary to set the thickness appropriately.

【0067】まず、本発明の第8の実施の形態では、基
板1としてプロトン離脱処理を施していないニオブ酸リ
チウム基板を用い、基板1の主平面を、結晶軸のX軸に
垂直にした。この基板1上に、結晶軸のY軸方向に光を
伝搬するようにTi膜2を形成する(XカットY伝
搬)。Ti膜の膜厚は、400オングストロームとし
た。そして、Ti膜2の幅を表9のように2.6μm以
上8.5μm以下の範囲で変化させた11種類の試料を
用意した。
First, in the eighth embodiment of the present invention, a lithium niobate substrate not subjected to a proton desorption treatment was used as the substrate 1, and the main plane of the substrate 1 was made perpendicular to the X axis of the crystal axis. A Ti film 2 is formed on the substrate 1 so as to propagate light in the Y axis direction of the crystal axis (X cut Y propagation). The thickness of the Ti film was 400 Å. Then, 11 kinds of samples were prepared in which the width of the Ti film 2 was changed in the range of 2.6 μm or more and 8.5 μm or less as shown in Table 9.

【0068】そして、これらの試料を電気炉中で加熱
し、Tiを拡散させた。図3は、加熱に用いた電気炉の
概略構成図である。石英管3の周りにヒーター4と図示
しない断熱材が配置されている。この電気炉の石英管3
中に前述の試料を入れ、1000℃で6時間加熱する。
この加熱中に乾燥O2ガスをバブラー5に導入し、約6
0℃の温水6中を通して水蒸気を含ませ、チューブ7か
ら石英管3中に導入する。このように、ガスに水蒸気を
含ませるのは、Li2Oの外拡散を抑止するためであ
る。これによりTi膜2が基板1中に拡散していき、図
2のようにTiの拡散した部分8の屈折率がニオブ酸リ
チウムの屈折率より増加し、光導波路となる。その後、
光導波路の端面を研磨し、光導波路を完成させた。
Then, these samples were heated in an electric furnace to diffuse Ti. FIG. 3 is a schematic configuration diagram of an electric furnace used for heating. A heater 4 and a heat insulating material (not shown) are arranged around the quartz tube 3. Quartz tube 3 of this electric furnace
The above sample is put therein and heated at 1000 ° C. for 6 hours.
During this heating, dry O 2 gas was introduced into the bubbler 5, and about 6
Steam is introduced through warm water 6 at 0 ° C. and introduced into the quartz tube 3 through the tube 7. Thus, the reason why the gas is made to contain water vapor is to prevent out diffusion of Li 2 O. As a result, the Ti film 2 diffuses into the substrate 1, and the refractive index of the Ti-diffused portion 8 becomes higher than that of lithium niobate as shown in FIG. 2 to form an optical waveguide. afterwards,
The end face of the optical waveguide was polished to complete the optical waveguide.

【0069】完成した光導波路に励振する最大のモード
次数の測定を行った。モード次数の測定は、第1の実施
の形態と同じであるが、入射させる光は、波長0.83
0μmの半導体レーザ光とした。測定したモード次数を
表9に示す。
The maximum mode order excited in the completed optical waveguide was measured. The measurement of the mode order is the same as that of the first embodiment, but the incident light has a wavelength of 0.83.
The semiconductor laser light was 0 μm. Table 9 shows the measured mode orders.

【0070】[0070]

【表9】 [Table 9]

【0071】表9から拡散前のTi膜の幅が4.1μ
m、4.6μm、5.1μm、5.4μmの場合、異常
光線に対しては1次モードが励振しダブルモード光導波
路となり、常光線に対しては0次モードのみが励振しシ
ングルモード光導波路となり、目的とするモード次数が
得られることがわかる。
From Table 9, the width of the Ti film before diffusion is 4.1 μm.
m, 4.6 μm, 5.1 μm, 5.4 μm, the first-order mode is excited for extraordinary rays and becomes a double-mode optical waveguide, and only the zero-order mode is excited for ordinary rays and single-mode optical It can be seen that it becomes a waveguide and the desired mode order is obtained.

【0072】また、第9の実施の形態として、Ti膜の
厚さを450オングストロームにし、他の製造条件は、
第8の実施の形態と同じにした場合の光導波路のモード
次数を表10に示す。
Further, as the ninth embodiment, the thickness of the Ti film is set to 450 Å, and other manufacturing conditions are as follows.
Table 10 shows the mode orders of the optical waveguide when the same as in the eighth embodiment.

【0073】[0073]

【表10】 [Table 10]

【0074】さらに、第10の実施の形態として、Ti
膜の厚さを500オングストロームにし、他の製造条件
は、第8の実施の形態と同じにした場合の光導波路のモ
ード次数を表11に示す。
Further, as a tenth embodiment, Ti
Table 11 shows the mode order of the optical waveguide when the film thickness is set to 500 Å and the other manufacturing conditions are the same as those in the eighth embodiment.

【0075】[0075]

【表11】 [Table 11]

【0076】また、上述の第8から第10の実施の形態
の製造条件と、目的とするモード次数の光導波路が得ら
れるTi膜の幅とを図10に示す。また、目的とするモ
ード次数が得られるTi膜の幅の許容範囲(Ti膜幅の
種類数)と、Ti膜厚との関係を示すグラフを図12に
示す。図10、図12から明らかなように、Ti膜厚が
厚くなるほどTi膜幅の許容範囲が狭くなる。
FIG. 10 shows the manufacturing conditions of the eighth to tenth embodiments described above and the width of the Ti film from which the optical waveguide of the desired mode order is obtained. Further, FIG. 12 shows a graph showing the relationship between the Ti film width and the permissible range of the Ti film width (the number of types of Ti film width) at which the target mode order is obtained. As is clear from FIGS. 10 and 12, the allowable range of the Ti film width becomes narrower as the Ti film thickness becomes thicker.

【0077】具体的には、第8から第10の実施の形態
の製造条件では、Ti膜厚を500オングストローム以
下にすることにより、少なくとも0.4μmのTi膜幅
の許容範囲が得られる。また、Ti膜厚を450オング
ストローム以下にすることにより、少なくとも1μm以
上のTi膜幅の許容範囲が得られる。
Specifically, under the manufacturing conditions of the eighth to tenth embodiments, by setting the Ti film thickness to 500 angstroms or less, an allowable range of the Ti film width of at least 0.4 μm can be obtained. Further, by setting the Ti film thickness to 450 angstroms or less, an allowable range of the Ti film width of at least 1 μm or more can be obtained.

【0078】このように、プロトン離脱処理を施してい
ない基板を用いる場合には、Ti膜の膜厚を薄く抑える
ことにより、Ti膜の幅の許容範囲を従来よりも緩やか
にすることができる。
As described above, in the case of using the substrate which has not been subjected to the proton desorption treatment, the allowable range of the width of the Ti film can be made gentler than the conventional one by suppressing the thickness of the Ti film.

【0079】つぎに、第11の実施の形態として、Ti
膜の膜厚を薄く抑えた場合のさらに別の製造条件を図1
1を用いて説明する。
Next, as an eleventh embodiment, Ti
Figure 1 shows another manufacturing condition when the film thickness is kept small.
1 will be described.

【0080】本実施の形態では、基板1の主平面が結晶
軸のZ軸に垂直であり、光の伝搬方向を結晶軸のX軸に
平行にした(ZカットX伝搬)。そして、Ti膜厚を2
20オングストロームに抑えた。Ti膜幅は、3.0μ
m以上8.5μm以下の範囲で変化させ、表12のよう
な10種類の試料を作製した。そして、第8の実施の形
態と同様に光導波路を作製して、モード次数を測定し
た。その結果を表12に示す。
In the present embodiment, the main plane of the substrate 1 is perpendicular to the Z axis of the crystal axis, and the light propagation direction is parallel to the X axis of the crystal axis (Z cut X propagation). Then, the Ti film thickness is set to 2
I kept it at 20 Å. Ti film width is 3.0μ
Ten kinds of samples as shown in Table 12 were prepared by changing the thickness in the range of m to 8.5 μm. Then, an optical waveguide was prepared in the same manner as in the eighth embodiment, and the mode order was measured. Table 12 shows the results.

【0081】[0081]

【表12】 [Table 12]

【0082】図11および表12から明らかなように、
Ti膜厚を220オングストロームに抑えることによ
り、Ti膜幅4.5μm、5.0μm、5.5μmで目
的とするモード次数が得られ、少なくとも1μmの許容
範囲が得られることがわかる。
As is clear from FIG. 11 and Table 12,
It can be seen that by suppressing the Ti film thickness to 220 Å, the target mode order can be obtained with the Ti film width of 4.5 μm, 5.0 μm, and 5.5 μm, and the allowable range of at least 1 μm can be obtained.

【0083】つぎに、本発明の第12の実施の形態とし
て、上述の実施の形態で製造した光導波路を用いたモー
ド干渉型レーザ走査顕微鏡について、図5を用いて説明
する。
Next, as a twelfth embodiment of the present invention, a mode interference type laser scanning microscope using the optical waveguide manufactured in the above embodiment will be described with reference to FIG.

【0084】第12の実施の形態のモード干渉型レーザ
走査顕微鏡は、図5のように、被検物体109に光を照
射するためのレーザ光源101と、被検物体109から
反射光を検出するための光検出器114、115とが備
えられた光導波路デバイスを用いている。光導波路デバ
イスは、ニオブ酸リチウム基板103上に、レーザ光源
101から照射された照明光と、被検物体109からの
反射光とを伝搬するための光導波路が形成されている。
具体的には、主幹光導波路104と、主幹光導波路10
4を3本の光導波路に分岐する分岐部113と、分岐部
113に接続された3本の枝光導波路110、102、
111とが形成されている。
The mode interference type laser scanning microscope of the twelfth embodiment, as shown in FIG. 5, detects the laser light source 101 for irradiating the object 109 with light and the reflected light from the object 109. The optical waveguide device provided with the photodetectors 114 and 115 is used. In the optical waveguide device, an optical waveguide for propagating the illumination light emitted from the laser light source 101 and the reflected light from the object to be measured 109 is formed on the lithium niobate substrate 103.
Specifically, the main optical waveguide 104 and the main optical waveguide 10
A branch part 113 for branching 4 into three optical waveguides, and three branch optical waveguides 110, 102 connected to the branch part 113,
111 are formed.

【0085】レーザ光源101は、偏光方向a(光導波
路の深さ方向の偏光)の直線偏光を出射する光源であ
り、中央の枝光導波路102の端面に配置されている。
本実施の形態では、レーザ光源101として、波長0.
6328μmの半導体レーザを用いた。中央の枝光導波
路102は、レーザ光源101から発せられる偏光方向
aの直線偏光に対してシングルモードとなるように形成
されている。レーザ光源101から出射された光は、中
央の枝光導波路102と主幹光導波路104とを伝搬し
て、主幹光導波路の端面105から被検物体109に対
して照射される。
The laser light source 101 is a light source for emitting linearly polarized light in the polarization direction a (polarization in the depth direction of the optical waveguide), and is arranged on the end face of the central branch optical waveguide 102.
In the present embodiment, the laser light source 101 has a wavelength of 0.
A 6328 μm semiconductor laser was used. The central branch optical waveguide 102 is formed to be a single mode for linearly polarized light in the polarization direction a emitted from the laser light source 101. The light emitted from the laser light source 101 propagates through the central branch optical waveguide 102 and the main optical waveguide 104, and is irradiated onto the object to be inspected 109 from the end surface 105 of the main optical waveguide.

【0086】基板103と被検物体109との間には、
四分の一波長板106と、X−Y2次元スキャンニング
手段107と、対物レンズ108とが順に配置され、照
明光の直線偏光を円偏光に変換し、走査し、被検物体1
09上に集光する。これらの光学系は、被検物体109
からの円偏光の反射光を、照明光と直交する偏光方向b
(光導波路の幅方向の偏光)の直線偏光に変換し、主幹
光導波路104の端面105に集光させる光学系を兼ね
ている。
Between the substrate 103 and the test object 109,
The quarter-wave plate 106, the XY two-dimensional scanning means 107, and the objective lens 108 are arranged in this order, and the linearly polarized light of the illumination light is converted into circularly polarized light and scanned to scan the object 1 to be inspected.
Focus on 09. These optical systems are used for the object 109 to be inspected.
The circularly polarized reflected light from the polarization direction b orthogonal to the illumination light
It also serves as an optical system that converts the light (polarized light in the width direction of the optical waveguide) into linearly polarized light and focuses it on the end surface 105 of the main optical waveguide 104.

【0087】被検物体109からの反射光は、主幹光導
波路104の端面105から入射して、主幹光導波路1
04を導波した後、分岐されて3本の枝光導波路11
0、102、111を伝搬する。枝光導波路110、1
11は、偏光方向bの光に対して、シングルモード導波
路となるように構成されている。光検出器114、11
5は、両脇の枝光導波路110、111の端面に配置さ
れ、枝光導波路110、111を伝搬してきた光の強度
を検出する。
The reflected light from the object 109 to be inspected enters from the end face 105 of the main optical waveguide 104, and the main optical waveguide 1
After guiding 04, it is branched into three branch optical waveguides 11
0, 102, 111 are propagated. Branch optical waveguides 110, 1
Reference numeral 11 is configured to serve as a single mode waveguide for light in the polarization direction b. Photodetectors 114, 11
Reference numeral 5 is arranged on the end faces of the branch optical waveguides 110 and 111 on both sides and detects the intensity of light propagating through the branch optical waveguides 110 and 111.

【0088】主幹光導波路104は、上述のように偏光
方向a(光導波路の深さ方向の偏光)の直線偏光に対し
てシングルモード光導波路であるが、偏光方向b(光導
波路の偏方向の偏光)の直線偏光である反射光に対して
は、ダブルモード光導波路となるように構成されてい
る。光検出器114、115には、光量の差を求めるた
めの差動検出手段116が接続されている。差動検出器
116の出力信号117は、制御手段118に入カされ
る。また、制御手段118には、X−Y2次元スキャニ
ング手段107が接続されていて、光スポットの位置を
制御手段118に入力する。制御手段118は、被検物
体109の微分信号像を合成してモニタ119に表示さ
せる。
The main optical waveguide 104 is a single-mode optical waveguide for linearly polarized light in the polarization direction a (polarization in the depth direction of the optical waveguide) as described above, but is polarized in the polarization direction b (in the polarization direction of the optical waveguide). For the reflected light that is linearly polarized light of (polarized light), a double-mode optical waveguide is formed. The photodetectors 114 and 115 are connected to a differential detection means 116 for obtaining a difference in light amount. The output signal 117 of the differential detector 116 is input to the control means 118. Further, an XY two-dimensional scanning means 107 is connected to the control means 118 and inputs the position of the light spot to the control means 118. The control means 118 synthesizes the differential signal image of the object 109 to be inspected and displays it on the monitor 119.

【0089】次に、基板103上に形成された各光導波
路104、110、102、111の構成について詳細
に説明する。
Next, the structure of each optical waveguide 104, 110, 102, 111 formed on the substrate 103 will be described in detail.

【0090】基板103としては、ZカットX伝搬のニ
オブ酸リチウムであって、プロトン離脱処理が施された
ものを用いた。主幹光導波路104および、枝光導波路
110、102、111は、Ti拡散法で作製されてい
る。
As the substrate 103, Z-cut X-propagation lithium niobate which had been subjected to a proton desorption treatment was used. The main optical waveguide 104 and the branch optical waveguides 110, 102 and 111 are manufactured by the Ti diffusion method.

【0091】枝光導波路102、110、111は、偏
光方向a(異常光線)と偏光方向b(常光線)の両方に
対してシングルモード光導波路である。主幹光導波路1
04は、偏光方向a(異常光線)については、シングル
モード光導波路であるが、偏光方向b(常光線)につい
ては、ダブルモード光導波路である。主幹光導波路10
4および枝光導波路102、110、111は、第1の
実施の形態の製造方法を用いることにより同時に形成す
ることができる。但し、枝光導波路は、Ti膜2の幅を
2.5μm以上4.5μm以下にすることにより、偏光
方向a(異常光線)と偏光方向b(常光線)の両方に対
してシングルモード光導波路となるようにする。
The branch optical waveguides 102, 110 and 111 are single mode optical waveguides for both the polarization direction a (extraordinary ray) and the polarization direction b (ordinary ray). Main optical waveguide 1
Reference numeral 04 is a single-mode optical waveguide for the polarization direction a (extraordinary ray), but is a double-mode optical waveguide for the polarization direction b (ordinary ray). Main optical waveguide 10
4 and the branch optical waveguides 102, 110, and 111 can be simultaneously formed by using the manufacturing method of the first embodiment. However, the branch optical waveguide is a single mode optical waveguide for both the polarization direction a (extraordinary ray) and the polarization direction b (ordinary ray) by setting the width of the Ti film 2 to be 2.5 μm or more and 4.5 μm or less. So that

【0092】さらに、基板103上に光導波路104、
110、102、111を作製する製造方法について具
体的に説明する。まず、ニオブ酸リチウム基板103上
に、主幹光導波路の領域104に幅5.5μmのTi膜
を、枝光導波路110、102、111の領域に幅3.
5μmのTi膜を膜厚200オングストロームパターニ
ングして堆積させる。パターニング方法としては周知の
リフトオフ法を用いる。本実施の形態では、第1の実施
の形態の製造方法を用いているため、主幹光導波路10
4のためのTi膜幅としては、±0.5μmの誤差を許
容できる。よって、リフトオフ法により容易に形成する
ことができる。次に、図4に示す電気炉中の石英管3に
ニオブ酸リチウム基板を入れ、温度1000℃で6時間
加熱する。この加熱中に乾燥O2ガスを石英管3中に導
入する。
Further, on the substrate 103, the optical waveguide 104,
A manufacturing method for manufacturing 110, 102, and 111 will be specifically described. First, on the lithium niobate substrate 103, a Ti film having a width of 5.5 μm is formed in the region 104 of the main optical waveguide, and in the regions of the branch optical waveguides 110, 102 and 111, a width of 3.
A Ti film of 5 μm is patterned and deposited to a thickness of 200 Å. A well-known lift-off method is used as the patterning method. In this embodiment, since the manufacturing method of the first embodiment is used, the main optical waveguide 10
As a Ti film width for No. 4, an error of ± 0.5 μm can be allowed. Therefore, it can be easily formed by the lift-off method. Next, the lithium niobate substrate is put into the quartz tube 3 in the electric furnace shown in FIG. 4 and heated at a temperature of 1000 ° C. for 6 hours. Dry O 2 gas is introduced into the quartz tube 3 during this heating.

【0093】その後、バッファ層としてEB蒸着法でS
iO2膜を2000オングストローム堆積し、EB蒸着
法で電極材料のAlを5000オングストローム堆積
し、電極112の形状にエッチング法でパターニング
し、光導波路の両端面を研磨することで光導波路デバイ
スができあがる。
After that, as a buffer layer, S was formed by the EB vapor deposition method.
An optical waveguide device is completed by depositing an iO 2 film at 2000 angstroms, depositing Al as an electrode material at 5000 angstroms by the EB vapor deposition method, patterning the shape of the electrodes 112 by the etching method, and polishing both end surfaces of the optical waveguide.

【0094】このような光導波路をもちいることによ
り、枝光導波路102および主幹光導波路104は、照
明光に対して両者共シングルモードであるので、光量を
効率良く受け渡すことができる程度の精度に接続されて
いれば十分であるので、基板103上の分岐部113
は、容易に形成することができる。
By using such an optical waveguide, both the branch optical waveguide 102 and the main optical waveguide 104 are in the single mode with respect to the illumination light, so that the amount of light can be transferred efficiently. It is sufficient to connect to the branch portion 113 on the substrate 103.
Can be easily formed.

【0095】また、主幹光導波路104は、被検物体1
09からの反射光に対してはダブルモード光導波路であ
るで、伝搬した光を技光導波路110、111に分岐す
ることによって、反射光から被検物体の微分情報を取り
出すことができる。
Further, the main optical waveguide 104 is the object 1 to be inspected.
Since it is a double-mode optical waveguide for the reflected light from 09, the differential information of the object to be inspected can be extracted from the reflected light by branching the propagated light to the technical optical waveguides 110 and 111.

【0096】ここで、本実施の形態のモード干渉走査レ
ーザ顕微鏡によって、反射光からの被検物体の微分情報
を取り出すことができる原理についてさらに説明する。
Here, the principle by which the differential information of the object to be inspected from the reflected light can be extracted by the mode interference scanning laser microscope of the present embodiment will be further described.

【0097】主幹光導波路104の端面105を射出し
た照明光は、上述のように光導波路の深さ方向の直線偏
光であり、四分の一波長板106を通過することによっ
て円偏光に変換され、X−Y2次元スキャンニング手段
107を経て、対物レンズ108に入射し、物体面10
9上に集光される。スポット光で照明された物体109
上の一点に傾きまたは反射率の勾配があった場合、スポ
ット光の反射光に位相分布の傾斜または強度分布に非対
称が生じる。反射光は、再び対物レンズ108およびX
−Y2次元スキャニング手段107を経て、再び四分の
一波長板106を通過することによって、偏光が円偏光
から光導波路出射時の偏光方向と直交した光導波路の幅
方向の偏光方向の直線偏光に変換され、主幹光導波路1
04の端面105上に集光される。
The illumination light emitted from the end surface 105 of the main optical waveguide 104 is linearly polarized light in the depth direction of the optical waveguide as described above, and is converted into circularly polarized light by passing through the quarter wavelength plate 106. , The XY two-dimensional scanning means 107, and then enters the objective lens 108,
9 is focused. Object 109 illuminated by spotlight
If there is an inclination or a gradient of reflectance at one point above, the reflected light of the spot light will have an asymmetric phase distribution inclination or intensity distribution. The reflected light is again reflected by the objective lens 108 and X.
-By passing through the quarter-wave plate 106 again via the Y two-dimensional scanning means 107, the polarized light changes from circularly polarized light to linearly polarized light in the width direction of the optical waveguide orthogonal to the polarization direction at the time of emission of the optical waveguide. Converted and main optical waveguide 1
It is condensed on the end surface 105 of 04.

【0098】ここで光導波路104の入射端がピンホー
ルと同様の動きをするので、この構成はコンフォーカル
レーザ走査顕微鏡を構成する。スポット光の反射光に位
相分布の傾斜または強度分布の非対称があった場合、異
常光線に対するダブルモード光導波路104内に0次、
1次両モードが励振され、両モードの干渉により分岐領
域113に達した時に、2本の枝光導波路110、11
1に分配される光量が異なる。したがって、2つの光検
出器114、115に達する光パワーの比が変化する。
よって、差動検出手段116によって2つの検出器11
4、115の出力の差信号をとることにより物体109
上の微小な段差または反射率変化を検出することかでき
る。
Here, since the incident end of the optical waveguide 104 behaves like a pinhole, this structure constitutes a confocal laser scanning microscope. When the reflected light of the spot light has a gradient of the phase distribution or an asymmetry of the intensity distribution, the 0th order in the double mode optical waveguide 104 with respect to the extraordinary ray,
When the primary both modes are excited and reach the branch region 113 due to the interference of both modes, the two branch optical waveguides 110, 11
The amount of light distributed to 1 is different. Therefore, the ratio of the optical power reaching the two photodetectors 114, 115 changes.
Therefore, the differential detector 116 causes the two detectors 11 to
By taking the difference signal of the outputs of
It is possible to detect a minute step above or a change in reflectance.

【0099】このとき異常光線に対するダブルモード光
導波路の長さLは、完全結合長をLcとして、物体の位
相分布を観察するときは、 L=Lc(2m+1)/2 (m=0、1、2、・
・・) 同様に、物体の強度分布を観察するときは、 L=mLc (m=1、2、・・・) とすればよい。また、ダブルモード光導波路の長さLが
上記以外の時は物体の位相分布と強度分布をその長さに
対応した割合で同時に観察することができる。この構成
は、モード干渉系となる。これらのことについては、特
開平4−208913号公報に詳細に記戟されている。
At this time, the length L of the double mode optical waveguide for extraordinary rays is L = Lc (2m + 1) / 2 (m = 0, 1, 2, ...
..) Similarly, when observing the intensity distribution of the object, L = mLc (m = 1, 2, ...). Further, when the length L of the double mode optical waveguide is other than the above, the phase distribution and the intensity distribution of the object can be simultaneously observed at a rate corresponding to the length. This configuration becomes a modal interference system. These matters are described in detail in JP-A-4-208913.

【0100】このとき、上述のダブルモード光導波路の
長さLとは、主幹光導波路104の長さにくわえ、分岐
部113で光がダブルモードで伝搬する部分の長さを加
味することにより定められる長さである。というのは、
分岐部113においても、導波路間が接近している部分
では、光は、ダブルモードで伝搬し得るためである。
At this time, the above-mentioned length L of the double-mode optical waveguide is determined by adding the length of the main optical waveguide 104 and the length of the portion of the branch 113 where the light propagates in the double mode. It is the length. I mean,
This is because even in the branching portion 113, light can propagate in the double mode in the portion where the waveguides are close to each other.

【0101】また、ニオブ酸リチウム基板103は、電
気光学効果を有しているので、主幹導波路104の近傍
に図示しないバッファ層を介して配置した電極112を
用いて、電極112から電界を印加することにより、完
全結合長Lcを変化させることができる。よって、上記
2つの条件は電極112に印加する電圧を調整すること
で、同一のダブルモード領域の長さLに対して成り立
つ。即ち、1つの光導波路デバイスで物体の位相情報と
強度分布とを独立に検出することができる。
Further, since the lithium niobate substrate 103 has an electro-optical effect, an electric field is applied from the electrode 112 by using the electrode 112 arranged in the vicinity of the main waveguide 104 with a buffer layer (not shown) interposed therebetween. By doing so, the complete bond length Lc can be changed. Therefore, the above two conditions are satisfied for the same length L of the double mode region by adjusting the voltage applied to the electrode 112. That is, the phase information and the intensity distribution of the object can be independently detected by one optical waveguide device.

【0102】上述してきたような光導波路を用いること
により、照明光は、主幹光導波路104においては、常
に0次モードのみで伝搬される。従来、1次モードを励
振しないために、機械的に高精度に、枝光導波路102
と主幹光導波路104との接続部を製造する必要があっ
たが、第9実施の形態では、照明光に対して、双方シン
グルモード光導波路であるので1次モードが励振される
恐れはなく、光量が効率良く受け渡される程度の精度で
十分である。これにより、基板103上の分岐部113
は、容易に製造することのできるので、製造コストが低
くでき、照明光を0次モードのみで伝搬することのでき
る光導波路を備え、かつ、安価なモード干渉型レーザ走
査顕微鏡が実現される。
By using the optical waveguide as described above, the illumination light always propagates in the main optical waveguide 104 only in the 0th mode. Conventionally, since the first-order mode is not excited, the branch optical waveguide 102 is mechanically highly accurate.
It was necessary to manufacture a connection part between the main optical waveguide 104 and the main optical waveguide 104, but in the ninth embodiment, since both are single mode optical waveguides with respect to the illumination light, there is no fear of excitation of the primary mode, It is sufficient that the amount of light is efficiently delivered. As a result, the branch portion 113 on the substrate 103
Since it can be easily manufactured, the manufacturing cost can be reduced, and an inexpensive mode interference type laser scanning microscope including an optical waveguide capable of propagating illumination light only in the 0th mode can be realized.

【0103】つぎに、本発明の第13の実施の形態とし
て、第12の実施の形態のモード干渉型レーザ走査顕微
鏡に用いることのできる光導波路デバイスの別の構成を
図6を用いて説明する。
Next, as a thirteenth embodiment of the present invention, another configuration of the optical waveguide device which can be used in the mode interference type laser scanning microscope of the twelfth embodiment will be described with reference to FIG. .

【0104】図6の光導波路デバイスにおいて、図5の
光導波路デバイスと共通な部品については番号を同じに
した。第13の実施の形態の主幹光導波路104は第5
の実施の形態の光導波路の製造方法で製造された光導波
路で構成されている。
In the optical waveguide device of FIG. 6, parts common to those of the optical waveguide device of FIG. 5 have the same numbers. The main optical waveguide 104 of the thirteenth embodiment is the fifth optical waveguide.
The optical waveguide is manufactured by the method for manufacturing an optical waveguide according to the embodiment.

【0105】つぎに、ニオブ酸リチウム基板103上に
光導波路104、110、102、111を作製する製
造方法について説明する。まず、プロトン離脱処理が施
された結晶方位XカットY伝搬のニオブ酸リチウム基板
103上に、主幹光導波路の領域104には幅6.0μ
mのTi膜を、枝光導波路110、102、111の領
域には幅4.5μmでTi膜を膜厚300オングストロ
ームパターニングして堆積させる。パターニング方法と
しては周知のリフトオフ法を用いた。次に、図4に示す
電気炉の石英管3中に前記ニオブ酸リチウム基板を置
き、温度1000℃で6時間加熱する。この加熱中に乾
燥O2ガスを石英管3中に導入する。
Next, a method of manufacturing the optical waveguides 104, 110, 102 and 111 on the lithium niobate substrate 103 will be described. First, the width of 6.0 μm is formed in the region 104 of the main optical waveguide on the crystal orientation X-cut Y-propagation lithium niobate substrate 103 subjected to the proton desorption treatment.
A Ti film having a width of 4.5 μm is patterned and deposited in the regions of the branch optical waveguides 110, 102, and 111 with a film thickness of 300 angstroms. A well-known lift-off method was used as the patterning method. Next, the lithium niobate substrate is placed in the quartz tube 3 of the electric furnace shown in FIG. 4 and heated at a temperature of 1000 ° C. for 6 hours. Dry O 2 gas is introduced into the quartz tube 3 during this heating.

【0106】その後、バッファ層としてEB蒸着法でS
iO2膜を2000オングストローム堆積し、EB蒸着
法で電極材料のAlを5000オングストローム堆積
し、電極の形状にエッチング法でパターニングし、光導
波路の両端面を研磨することで光導波路デバイスができ
あがる。
After that, as a buffer layer, S was formed by the EB vapor deposition method.
An optical waveguide device is completed by depositing an io 2 film of 2000 angstrom, depositing 5000 angstrom of Al as an electrode material by EB vapor deposition method, patterning the shape of the electrode by etching method, and polishing both end surfaces of the optical waveguide.

【0107】つぎに、本発明の第14の実施の形態とし
て、第12の実施の形態のモード干渉型レーザ走査顕微
鏡に用いることのできる光導波路デバイスについて説明
する。第14の実施の形態の光導波路デバイスは、図6
の光導波路デバイスと同様の構成となっているので、図
6を用いて説明する。図5の光導波路デバイスと共通な
部品については番号を同じにした。
Next, as a fourteenth embodiment of the present invention, an optical waveguide device which can be used in the mode interference type laser scanning microscope of the twelfth embodiment will be described. The optical waveguide device according to the fourteenth embodiment is shown in FIG.
Since the optical waveguide device has the same configuration as that of the optical waveguide device of FIG. The same numbers are used for the parts common to the optical waveguide device of FIG.

【0108】第14の実施の形態の光導波路デバイスの
主幹光導波路104は、第8実施の形態の光導波路の製
造方法で製造された光導波路で構成されている。
The main optical waveguide 104 of the optical waveguide device of the fourteenth embodiment is composed of the optical waveguide manufactured by the optical waveguide manufacturing method of the eighth embodiment.

【0109】ニオブ酸リチウム基板103上に光導波路
104、110、102、111を作製する製造方法に
ついて説明する。まず、XカットY伝搬ニオブ酸リチウ
ム基板であって、プロトン離脱処理が施されていない基
板103上の主幹光導波路の領域104に幅4.7μm
のTi膜を、枝光導波路109、102、111の領域
に幅3.0μmのTi膜を膜厚400オングストローム
パターニングして堆積させる。パターニング方法として
は周知のリフトオフ法を用いた。次に、図3に示す電気
炉の石英管3中に前記ニオブ酸リチウム基板を置き、温
度1000℃で6時間加熱する。この加熱中に乾燥O2
ガスをバブラー5に導入し、約60℃の温水6中を通し
て水蒸気を含ませ、チューブ7から石英管3に導入す
る。
A method of manufacturing the optical waveguides 104, 110, 102 and 111 on the lithium niobate substrate 103 will be described. First, in the X-cut Y-propagation lithium niobate substrate, which is not subjected to the proton desorption treatment, in the region 104 of the main optical waveguide on the substrate 103, the width is 4.7 μm.
The Ti film is deposited in the regions of the branch optical waveguides 109, 102 and 111 by patterning a Ti film having a width of 3.0 μm with a film thickness of 400 Å. A well-known lift-off method was used as the patterning method. Next, the lithium niobate substrate is placed in the quartz tube 3 of the electric furnace shown in FIG. 3 and heated at a temperature of 1000 ° C. for 6 hours. Dry O 2 during this heating
The gas is introduced into the bubbler 5, water vapor is introduced through warm water 6 at about 60 ° C., and introduced into the quartz tube 3 from the tube 7.

【0110】その後の製造方法は、第12の実施の形態
と同じであるので、説明を省略する。
Since the subsequent manufacturing method is the same as that of the twelfth embodiment, its explanation is omitted.

【0111】次に、本発明の第15の実施の形態とし
て、第12の実施の形態のモード干渉型レーザ走査顕微
鏡に用いることのできる光導波路デバイスについて図7
を用いて説明する。図5の光導波路デバイスと共通な部
品については番号を同じにした。
Next, as a fifteenth embodiment of the present invention, an optical waveguide device which can be used in the mode interference type laser scanning microscope of the twelfth embodiment will be described with reference to FIG.
This will be described with reference to FIG. The same numbers are used for the parts common to the optical waveguide device of FIG.

【0112】第15の実施の形態の主幹光導波路104
は第11の実施の形態の光導波路の製造方法で製造され
た光導波路で構成されている。
Main optical waveguide 104 of the fifteenth embodiment
Comprises an optical waveguide manufactured by the optical waveguide manufacturing method of the eleventh embodiment.

【0113】ニオブ酸リチウム基板103上に光導波路
104、110、102、111を作製する製造方法に
ついて説明する。まず、結晶方位ZカットX伝搬のニオ
ブ酸リチウム基板であって、プロトン離脱処理が施され
ていない基板103上の主幹光導波路の領域104に幅
4.5μmのTi膜を、枝光導波路109、102、1
11の領域に幅3.0μmのTi膜を膜厚260オング
ストロームパターニングして堆積させる。パターニング
方法としては周知のリフトオフ法を用いた。次に、図3
に示す電気炉の石英管3中に前記ニオブ酸リチウム基板
を置き、温度1000℃で6時間加熱する。この加熱中
に乾燥O2ガスをバブラー5に導入し、約60℃の温水
6中を通して水蒸気を含ませ、チューブ7から石英管3
に導入する。
A method of manufacturing the optical waveguides 104, 110, 102 and 111 on the lithium niobate substrate 103 will be described. First, a Ti film with a width of 4.5 μm is formed in a region 104 of the main optical waveguide on a substrate 103 of a crystal orientation Z-cut X-propagation lithium niobate substrate not subjected to a proton desorption treatment, and a branch optical waveguide 109, 102, 1
A Ti film having a width of 3.0 μm is patterned and deposited in a thickness of 260 angstroms on the region 11 of FIG. A well-known lift-off method was used as the patterning method. Next, FIG.
The lithium niobate substrate is placed in the quartz tube 3 of the electric furnace shown in, and heated at 1000 ° C. for 6 hours. During this heating, dry O 2 gas was introduced into the bubbler 5 and was passed through warm water 6 at about 60 ° C. to contain water vapor, and the tube 7 to the quartz tube 3
To be introduced.

【0114】その他、構成、動作等は第9実施の形態と
同様であるため説明を省略する。
Other than that, the configuration, operation, and the like are the same as those of the ninth embodiment, and the description thereof will be omitted.

【0115】以上のように本発明によれば、ニオブ酸リ
チウム基板にTi拡散法で光導波路を作製する際、製造
条件を限定することにより、Ti膜幅の条件を緩やかに
して、光の偏光方向によりシングルモード光導波路およ
びダブルモード光導波路になる光導波路を容易に製造す
ることができる。例えば、上述の第1〜第7の実施の形
態のように、基板として、プロトン離脱処理を施したニ
オブ酸リチウム基板を用いることにより、Ti膜幅の条
件を緩やかにすることができる。また、例えば、第8〜
第11の実施の形態のように、Ti膜厚を薄くすること
により、Ti膜幅の条件を緩やかにすることができる。
As described above, according to the present invention, when the optical waveguide is formed on the lithium niobate substrate by the Ti diffusion method, the manufacturing conditions are limited so that the condition of the Ti film width is relaxed and the polarization of light is reduced. It is possible to easily manufacture an optical waveguide that becomes a single mode optical waveguide or a double mode optical waveguide depending on the direction. For example, as in the first to seventh embodiments described above, by using a lithium niobate substrate that has undergone a proton desorption process as the substrate, the conditions for the Ti film width can be made gentle. In addition, for example,
By reducing the Ti film thickness as in the eleventh embodiment, the condition of the Ti film width can be made gentle.

【0116】また、このような製造方法で作製した光導
波路を用いることにより、第12〜第15の実施の形態
のように、モード干渉を用いて光情報を検出する光情報
検出装置において、照明光を0次モードでのみ伝搬して
出射し、かつ、反射光を0次モードと1次モードとで伝
搬することのでき、製造が容易な光導波路デバイスを提
供することができる。また、上述の第12〜第15の実
施の形態では、第1〜第11の光導波路のうちのいくつ
かをモード干渉レーザ走査顕微鏡に応用する具体例につ
いて述べたが、第1〜第11の実施の形態の他の光導波
路をモード干渉型レーザ走査顕微鏡に用いることももち
ろん可能である。
Further, by using the optical waveguide manufactured by such a manufacturing method, as in the twelfth to fifteenth embodiments, in the optical information detecting device for detecting the optical information by using the mode interference, Since light can be propagated and emitted only in the 0th-order mode and reflected light can be propagated in the 0th-order mode and the 1st-order mode, an optical waveguide device that can be easily manufactured can be provided. In the twelfth to fifteenth embodiments described above, specific examples in which some of the first to eleventh optical waveguides are applied to the mode interference laser scanning microscope have been described. It is of course possible to use the other optical waveguides of the embodiment in a mode interference type laser scanning microscope.

【0117】上記第第12の実施の形態では、光情報検
出デバイスをモード干渉型レーザ走査顕微鏡に用いた例
について説明したが、本発明の光情報検出装置は、顕微
鏡に限定されるものではなく、モード干渉を利用して光
の位相分布や振幅分布を検出する装置であれば他の装置
に本発明を適用することができる。
In the twelfth embodiment described above, the example in which the optical information detecting device is used in the mode interference type laser scanning microscope has been described, but the optical information detecting device of the present invention is not limited to the microscope. The present invention can be applied to other devices as long as they are devices that detect the phase distribution and amplitude distribution of light using mode interference.

【0118】また、上記各実施の形態では、振動鏡や回
転ミラー等のX−Y2次元スキャナーによって、光スポ
ットを被検物体上で走査する構成としたが、走査装置と
しては被検物体と光スポットとを相対的に移動させるも
のであれば良く、従って、光スポットを固定し、被検物
体を載置するステージを走査する構成とすることも可能
である。
Further, in each of the above embodiments, the light spot is scanned on the object to be inspected by an XY two-dimensional scanner such as a vibrating mirror or a rotating mirror. It is only necessary to move the spot relative to the light spot. Therefore, it is possible to fix the light spot and scan the stage on which the object to be inspected is placed.

【0119】[0119]

【発明の効果】上述のように、本発明によれば、偏光方
位の異なる2つの直線偏光のうち、一方の直線偏光には
シングルモード光導波路、他方の直線偏光にはダブルモ
ード光導波路として作用する光導波路であって、製造条
件が緩やかな光導波路、ならびに、このような光導波路
を用いた光情報検出装置を提供することができる。
As described above, according to the present invention, of the two linearly polarized lights having different polarization directions, one linearly polarized light acts as a single mode optical waveguide and the other linearly polarized light acts as a double mode optical waveguide. It is possible to provide an optical waveguide for which the manufacturing conditions are gentle, and an optical information detecting device using such an optical waveguide.

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

【図1】本発明の光導波路の製造方法の一工程を表す斜
視図。
FIG. 1 is a perspective view showing one step of a method for manufacturing an optical waveguide of the present invention.

【図2】本発明の光導波路の斜視図。FIG. 2 is a perspective view of an optical waveguide of the present invention.

【図3】本発明の光導波路の製造方法に用いる電気炉の
説明図。
FIG. 3 is an explanatory view of an electric furnace used in the method for manufacturing an optical waveguide of the present invention.

【図4】本発明の光導波路の製造方法に用いる電気炉の
説明図。
FIG. 4 is an explanatory diagram of an electric furnace used in the method for manufacturing an optical waveguide of the present invention.

【図5】本発明の第12の実施の形態のモード干渉型レ
ーザ走査顕微鏡の構成を示す説明図。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a configuration of a mode interference type laser scanning microscope according to a twelfth embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第13〜14の実施の形態の光導波路
デバイスの構成を示す説明図。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a configuration of an optical waveguide device according to a thirteenth to fourteenth embodiments of the present invention.

【図7】本発明の第15の実施の形態の光導波路デバイ
スの構成を示す説明図。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a configuration of an optical waveguide device according to a fifteenth embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第1〜第4の実施の形態の光導波路の
製造方法を示す説明図。
FIG. 8 is an explanatory view showing a method for manufacturing an optical waveguide according to the first to fourth embodiments of the present invention.

【図9】本発明の第5〜第7の実施の形態の光導波路の
製造方法を示す説明図。
FIG. 9 is an explanatory view showing a method for manufacturing an optical waveguide according to fifth to seventh embodiments of the present invention.

【図10】本発明の第8〜第10の実施の形態の光導波
路の製造方法を示す説明図。
FIG. 10 is an explanatory view showing the manufacturing method of the optical waveguide according to the eighth to tenth embodiments of the present invention.

【図11】本発明の第11の実施の形態の光導波路の製
造方法を示す説明図。
FIG. 11 is an explanatory view showing the manufacturing method of the optical waveguide according to the eleventh embodiment of the present invention.

【図12】本発明の第8〜第10の実施の形態の光導波
路の製造方法で得られた目的とする光導波路の数(Ti
幅の種類数)と、Ti膜厚との関係を示すグラフ。
FIG. 12 shows the number of target optical waveguides (Ti) obtained by the optical waveguide manufacturing methods according to the eighth to tenth embodiments of the present invention.
The kind of width | variety) and the graph which shows the relationship between Ti film thickness.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、103・・・ニオブ酸リチウム基板 2・・・Ti膜 8・・・光導波路 104・・・主幹光導波路 102、110、111・・・枝光導波路 113・・・分岐部 112・・・電極 101・・・レーザ光源 114、115・・・光検出器 106・・・四分の一波長板 1, 103 ... Lithium niobate substrate 2 ... Ti film 8 ... Optical waveguide 104 ... Main optical waveguide 102, 110, 111 ... Branch optical waveguide 113 ... Branch portion 112 ... Electrode 101 ... Laser light source 114, 115 ... Photodetector 106 ... Quarter wave plate

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 土肥 正明 東京都千代田区丸の内3丁目2番3号 株 式会社ニコン内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Masaaki Toi 3 2-3 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Inside Nikon Corporation

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】予め定めた偏光方位aの直線偏光の照明光
を0次モードのみで伝搬し情報を検出すべき物体に向け
て照射するとともに、前記被検物体からの反射光であっ
て前記偏光方位aとは異なる、予め定めた偏光方位bの
直線偏光の光を0次モードのみ、もしくは、0次モード
と1次モードとで伝搬するための光導波路と、前記光導
波路を伝搬してきた前記反射光の対称性を検出するため
の検出手段とを有し、 前記光導波路は、プロトン離脱処理が施されたニオブ酸
リチウム基板に金属を拡散することにより形成されてい
ることを特徴とする光情報検出装置。
1. A linearly polarized illumination light having a predetermined polarization azimuth a propagates only in the 0th mode and illuminates an object whose information is to be detected, and is reflected light from the object to be inspected. An optical waveguide for propagating linearly polarized light having a predetermined polarization azimuth b, which is different from the polarization azimuth a, only in the 0th-order mode or in the 0th-order mode and the 1st-order mode, and has propagated through the optical waveguide. A detecting means for detecting the symmetry of the reflected light, wherein the optical waveguide is formed by diffusing a metal into a lithium niobate substrate which has been subjected to a proton desorption treatment. Optical information detection device.
【請求項2】請求項1において、前記基板は、波長2.
87μmの光の吸収係数が0.05cm-1以下であるこ
とを特徴とする光情報検出装置。
2. The substrate according to claim 1, wherein the substrate has a wavelength of 2.
An optical information detection device having an absorption coefficient of 87 μm of 0.05 cm −1 or less.
【請求項3】請求項1において、前記金属はTiである
ことを特徴とする光情報検出装置。
3. The optical information detecting device according to claim 1, wherein the metal is Ti.
【請求項4】予め定めた偏光方位aの直線偏光により励
振され得る最大モード次数が0次モードであり、しか
も、前記偏光方位aとは異なる、予め定めた偏光方位b
の直線偏光により励振され得る最大モード次数が1次モ
ードである光導波路であって、 プロトン離脱処理が施されたニオブ酸リチウム基板に金
属を拡散することにより形成されていることを特徴とす
る光導波路。
4. A predetermined polarization direction b different from the polarization direction a in that the maximum mode order that can be excited by linearly polarized light having a predetermined polarization direction a is the 0th mode.
Is an optical waveguide in which the maximum mode order that can be excited by the linearly polarized light is a first-order mode, and is formed by diffusing a metal into a lithium-niobate substrate that has undergone a proton desorption process. Waveguide.
【請求項5】予め定めた偏光方位aの直線偏光により励
振され得る最大モード次数が0次モードであり、しか
も、前記偏光方位aとは異なる、予め定めた偏光方位b
の直線偏光により励振され得る最大モード次数が1次モ
ードである光導波路の製造方法であって、 プロトン離脱処理が施されたニオブ酸リチウム基板上
に、Ti膜を形成し、 前記基板を熱処理することにより前記Tiを前記基板に
拡散させることを特徴とする光導波路の製造方法。
5. A predetermined polarization azimuth b different from the polarization azimuth a in which the maximum mode order that can be excited by linearly polarized light having a predetermined polarization azimuth a is the 0th mode.
Is a method of manufacturing an optical waveguide in which the maximum mode order that can be excited by linearly polarized light is the first-order mode, a Ti film is formed on a proton desorption treated lithium niobate substrate, and the substrate is heat-treated. By so doing, the Ti is diffused into the substrate.
【請求項6】請求項5において、前記基板は、主平面が
結晶軸のZ軸に垂直であり、 前記Ti膜は、光の伝搬方向が結晶軸のX軸に一致する
ように形成され、 前記熱処理は、1000℃で6時間施され、 前記Ti膜は、厚さが、200オングストローム以上2
60オングストローム以下であり、幅が、3.5μmよ
り大きく、6.5μmより小さいことを特徴とする光導
波路の製造方法。
6. The substrate according to claim 5, wherein the main plane of the substrate is perpendicular to the Z axis of the crystal axis, and the Ti film is formed such that the light propagation direction coincides with the X axis of the crystal axis. The heat treatment is performed at 1000 ° C. for 6 hours, and the Ti film has a thickness of 200 Å or more.
A method for manufacturing an optical waveguide, which is 60 angstroms or less and has a width of more than 3.5 μm and less than 6.5 μm.
【請求項7】請求項5において、前記基板は、主平面が
結晶軸のX軸に垂直であり、 前記Ti膜は、光の伝搬方向が結晶軸のY軸に一致する
ように形成され、 前記熱処理は、1000℃以上1050℃以下で6時間
施され、 前記Ti膜は、厚さが、300オングストローム以上4
00オングストロームであり、幅が、5.0μmより大
きく、7.0μmより小さいことを特徴とする光導波路
の製造方法。
7. The substrate according to claim 5, wherein the main plane is perpendicular to the X axis of the crystal axis, and the Ti film is formed so that the light propagation direction coincides with the Y axis of the crystal axis. The heat treatment is performed at 1000 ° C. or more and 1050 ° C. or less for 6 hours, and the Ti film has a thickness of 300 Å or more 4
A method for manufacturing an optical waveguide, which has a thickness of 00 Å and a width of more than 5.0 μm and less than 7.0 μm.
【請求項8】予め定めた偏光方位aの直線偏光により励
振され得る最大モード次数が0次モードであり、しか
も、前記偏光方位aとは異なる、予め定めた偏光方位b
の直線偏光により励振され得る最大モード次数が1次モ
ードである光導波路の製造方法であって、 主平面が結晶軸のX軸に垂直なニオブ酸リチウム基板上
に、厚さが500オングストローム以下の帯状のTi膜
を長手方向が結晶軸のY軸に一致するように形成し、 前記基板を1000℃で6時間熱処理することにより前
記Tiを前記基板に拡散させることを特徴とする光導波
路の製造方法。
8. A predetermined polarization azimuth b different from the polarization azimuth a in that the maximum mode order that can be excited by linearly polarized light of the predetermined polarization azimuth a is the 0th mode.
Is a method for manufacturing an optical waveguide in which the maximum mode order that can be excited by linearly polarized light is the first mode, the thickness of which is 500 angstroms or less on a lithium niobate substrate whose main plane is perpendicular to the X axis of the crystal axis. A band-shaped Ti film is formed so that the longitudinal direction thereof coincides with the Y axis of the crystal axis, and the substrate is heat-treated at 1000 ° C. for 6 hours to diffuse the Ti into the substrate. Method.
【請求項9】請求項8において、前記Ti膜は、厚さが
500オングストロームであり、幅が2.6μmより大
きく4.6μmより小さいことを特徴とする光導波路の
製造方法。
9. The method of manufacturing an optical waveguide according to claim 8, wherein the Ti film has a thickness of 500 Å and a width of more than 2.6 μm and less than 4.6 μm.
【請求項10】請求項8において、前記Ti膜は、厚さ
が450オングストロームであり、幅が3.7μmより
大きく5.4μmより小さいことを特徴とする光導波路
の製造方法。
10. The method of manufacturing an optical waveguide according to claim 8, wherein the Ti film has a thickness of 450 Å and a width of more than 3.7 μm and less than 5.4 μm.
【請求項11】請求項8において、前記Ti膜は、厚さ
が400オングストロームであり、幅が3.7μmより
大きく6.2μmより小さいことを特徴とする光導波路
の製造方法。
11. The method of manufacturing an optical waveguide according to claim 8, wherein the Ti film has a thickness of 400 Å and a width of more than 3.7 μm and less than 6.2 μm.
【請求項12】予め定めた偏光方位aの直線偏光により
励振され得る最大モード次数が0次モードであり、しか
も、前記偏光方位aとは異なる、予め定めた偏光方位b
の直線偏光により励振され得る最大モード次数が1次モ
ードである光導波路の製造方法であって、 主平面が結晶軸のZ軸に垂直なニオブ酸リチウム基板上
に、厚さが220オングストロームで、幅が4.0μm
より大きく6.0μmより小さいの帯状のTi膜を長手
方向が結晶軸のX軸方向に一致するように形成し、 前記基板を1000℃で6時間熱処理することにより前
記Tiを前記基板に拡散させることを特徴とする光導波
路の製造方法。
12. A predetermined polarization azimuth b different from the polarization azimuth a in that the maximum mode order that can be excited by linearly polarized light of the predetermined polarization azimuth a is the 0th mode.
Is a method for manufacturing an optical waveguide in which the maximum mode order that can be excited by linearly polarized light is a first-order mode, the main plane of which is 220 angstroms thick on a lithium niobate substrate whose crystal plane is perpendicular to the Z axis of the crystal axis. Width is 4.0 μm
A band-shaped Ti film having a size larger than 6.0 μm and having a longitudinal direction aligned with the X-axis direction of the crystal axis is formed, and the substrate is heat-treated at 1000 ° C. for 6 hours to diffuse the Ti into the substrate. A method for manufacturing an optical waveguide, which is characterized by the above.
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