JPH0943442A - 光回路とその製造方法 - Google Patents

光回路とその製造方法

Info

Publication number
JPH0943442A
JPH0943442A JP7212655A JP21265595A JPH0943442A JP H0943442 A JPH0943442 A JP H0943442A JP 7212655 A JP7212655 A JP 7212655A JP 21265595 A JP21265595 A JP 21265595A JP H0943442 A JPH0943442 A JP H0943442A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical
waveguide
optical circuit
diffused
loss
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP7212655A
Other languages
English (en)
Other versions
JP3125638B2 (ja
Inventor
Yukinobu Nakabayashi
幸信 中林
Toru Hosoi
亨 細井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
Priority to JP07212655A priority Critical patent/JP3125638B2/ja
Publication of JPH0943442A publication Critical patent/JPH0943442A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3125638B2 publication Critical patent/JP3125638B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】ニオブ酸リチウムを基板に用いた拡散型光回路
において、Ti拡散光導波路の曲がり損失低減化、偏光無
依存動作、及び光ファイバとの結合損失低減をする光素
子を実現するために、より設計自由度の高い拡散型光回
路とその製造方法の提供。 【解決手段】Tiの製膜と拡散を複数回繰り返すことによ
り光導波路の曲がり損失、偏光依存性、結合損失を低減
化する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ニオブ酸リチウム
を基板に用いた拡散型光回路とその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】ニオブ酸リチウムLiNbO3(「LN」もい
う)はその優れた電気光学効果を用いて、光変調器、光
スイッチ等多くの光デバイスに応用されている誘電体光
学結晶材料である。この結晶材料では、一般的にチタン
(Ti)を熱拡散して3次元光導波路を作製し、光の光回
路への導入、偏向、取り出しその他の機能をもつ光回路
を形成する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このTi
拡散型LiNbO3光導波路においては、熱拡散時の温度、雰
囲気等のパラメータによって決定される一定の熱拡散係
数により、3次元光導波路の屈折率分布のアスペクト比
(導波路幅と深さの比)が一義的に決定されるために、
光回路の導波路特性を最良に調整することが困難であっ
た。以下に詳しく説明する。
【0004】光デバイスには曲がり導波路部分が存在す
るために、低損失の光デバイスを実現するにはこれらの
曲がり損失を低減することが重要である。
【0005】また、曲がり損失を低減した場合、より小
さな曲率半径で導波路のとり回しが可能になるために、
光素子の小型化に有効である。
【0006】ところが、特にX-CutやY-CutのLiNbO3を用
いた光導波路では、導波路の深さ方向の拡散速度に比し
て基板面方向への拡散速度が大きいために、拡散後の屈
折率プロファイルが非常に扁平なものになりやすい。そ
のため、導波光の横方向モードフィールド径が大きくな
り、低損失の曲がり導波路の実現が難しかった。
【0007】また、X-CutやY-CutのLiNbO3を用いて、Z
方向に光を伝搬する光素子においてはTE、TM両偏光状態
の感じる基板屈折率が同等になるために偏光無依存素子
の実現が期待されるが、拡散後の屈折率プロファイルが
非常に扁平な場合には、TE、TM両偏光の伝搬定数が異な
る。このために、偏光無依存素子の実現は困難であっ
た。
【0008】さらに、Ti拡散型LiNbO3光導波路の場合、
他の光回路、特に光ファイバとの光結合において結合損
失が大きくなる。
【0009】特に、LN光デバイスにおいては光ファイ
バとの結合損失は1dBかそれ以上といわれており、低損
失光素子の実現のためには屈折率プロファイルの制御が
必要である。
【0010】従って、本発明は、上記問題点を解消し、
Ti拡散光導波路の曲がり損失低減化、偏光無依存動作、
及び光ファイバとの結合損失低減をする光素子を実現す
るために、より設計自由度の高い拡散型光回路とその製
造方法を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は、(a)チタン(Ti)の製膜及びパタンニン
グの工程と、(b)該Tiの熱拡散工程と、をこの順に2回
以上繰り返すことを特徴とするTi拡散型ニオブ酸リチウ
ム光回路の製造方法を提供する。
【0012】また、本発明においては、チタン(Ti)製
膜及びパタンニングと該Tiの熱拡散と、を2回以上繰り
返してなり、曲がり損失を低減させたことを特徴とす
る。
【0013】そして、本発明の光回路においては、チタ
ン(Ti)製膜及びパタンニングと、該Tiの熱拡散と、を
2回以上繰り返し、偏光間における完全結合長を概ね一
致させたことを特徴とする。
【0014】さらに、本発明の光回路においては、チタ
ン(Ti)拡散型ニオブ酸リチウム光回路において、Ti製
膜及びパタンニングと、該Tiの熱拡散を2回以上繰り返
してなり、他の光素子との結合損失を調整してなること
を特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面を参照
して以下に詳細に説明する。
【0016】従来、Ti拡散型3次元光導波路は、LiNbO3
基板上にTi層を蒸着又はスパッタリング法等で成膜し、
導波路の形状に応じてTiをパタンニングした後に、概ね
1000℃から1050℃の範囲で該パタンニングされたTiを熱
拡散することで形成される。
【0017】X-Cut Z軸伝搬のLiNbO3基板を用いた場
合、拡散導波路の屈折率は基板屈折率2.2202に対して概
ね0.005程度大きくなり、その形状はガウシアン分布(G
auss分布)で近似される形状となる。
【0018】ニオブ酸リチウム光回路の従来の製造方法
により製造された光回路の表面屈折率分布と、本発明の
第1の実施の形態により製造された光回路の表面屈折率
分布を図1に示す。
【0019】いずれも、X-Cut LiNbO3ウエハ上にZ軸方
向に光回路を形成したものであり、従来例はTiを成膜、
パタンニング後に、1000℃において24H(時間)拡散を
行った。
【0020】また、本発明の実施形態に係る光回路はTi
成膜、パタンニング後に、1000℃において12H拡散を行
い、さらに形成された光回路上に同様なTi成膜、パタン
ニングを行い、1000℃において12H拡散を行った。
【0021】従来例、及び本発明の実施形態とも全拡散
時間は24Hと同様であり、成膜したTiの全膜厚も同様で
ある。
【0022】図1に示す測定結果からも明らかなよう
に、本発明の実施形態によれば、従来の光回路の製造方
法に比べて、より大きな表面屈折率変化が得られ、その
分布も半値幅の小さなものが得られる。
【0023】このため、本発明の実施形態によれば、曲
がり導波路損失の小さな光回路の形成が容易になる。
【0024】次に、本発明の第2の実施の形態として、
低損失な曲がり光導波路について詳細に説明する。図2
には、本実施形態に係る曲がり光導波路の製造を工程順
に模式的に示した断面図である。図2を参照して、本実
施形態に係る曲がり光導波路の製造方法を説明する。
【0025】まず、曲がり光導波路を含む導波路パタン
をリフトオフ法によって作製した。この時成膜したTi薄
膜2の膜厚は20nmから80nmとした(図2(A)参照)。
【0026】TiパタンニングされたLiNbO3基板1を1000
℃で12H熱拡散して、一段目の導波路を作製した(図2
(B)参照)。
【0027】さらに、この上に一段目と同様に曲がり光
導波路を含む導波路パタンをリフトオフ法によって作製
し(図2(C)参照)、1000℃で12H熱拡散した(図2
(D)参照)。2段目においてTi薄膜2の膜厚は100nm
に設定した。
【0028】参考例として、従来の導波路作製方法によ
る曲がり光導波路は、曲がり光導波路を含む導波路パタ
ンを作製し、TiパタンニングされたLiNbO3基板を1000℃
で12H熱拡散することで作製した。Ti膜厚は100nmとし
た。
【0029】これらの成膜パラメータは、所望する光回
路特性に対して最適化しうるものである。
【0030】図3は、このように作製された曲がり導波
路の損失を曲がり導波路の曲率半径に対してプロットし
たものである。測定は1.31μmのLD(laser diode)を
入射光に用いて行った。
【0031】図3に示すように、従来の製造方法(1階
拡散法)では曲率半径が50mmより小さい場合に曲がり損
失が0.1dB/mmを超える。
【0032】これに対して、本発明の実施形態(「2階
拡散法」という)によって作製した曲がり導波路につい
ては、曲率半径が30mm以上で曲がり損失が0.1dB/mm以
下の良好な導波路であった。
【0033】一般的に、光素子においてはより曲率半径
を小さくした曲がり導波路を用いることで素子全長を短
くできることから、本発明の実施形態に係る曲がり導波
路においては低損失で小型の光素子を提供できる。
【0034】次に、本発明の第3の実施の形態として偏
光無依存光回路について詳細に説明する。
【0035】光素子においては、近接して設置した複数
の光導波路間での相互作用によって、光のパワー移行を
行ったり、所望の分岐比に分岐することが行われる(方
向性結合器)。分岐比率は、導波路パラメータや光導波
路間の距離、相互作用長によって制御される。
【0036】この時、分岐比率が偏光間によって異なる
場合には、光素子への入射偏光によって分岐比率が異な
ることになり、光素子としての応用が困難である。この
ため、入射偏光間で分岐比率が概ね等しい方向性結合器
が期待される。
【0037】本実施形態に係る偏光無依存光回路は、Ti
製膜及びパタンニングと、その熱拡散を2回以上繰り返
すことによって、偏光間における完全結合長を概ね一致
させ得るようにしたものである。
【0038】図4に、本発明の実施形態に係る方向性結
合器の概略構成を示す。
【0039】図4を参照して、入射ポートから入射した
光は方向性結合器の結合長や導波路間ギャップに依存す
る、所定の分岐比率でクロスポート(Cross Port)とバ
ーポート(Bar Port)とに分岐する。
【0040】方向性結合器型光スイッチでは、この分岐
比率を印加電圧0Vで100%クロスポート(Cross Por
t)に分岐するように設定する。また、3dBカプラでは
各ポートへの分岐比率を50%に設定する。
【0041】図5は、本発明の実施形態に係る方向性結
合器(図4参照)による各ポートへの分岐比率を方向性
結合器の結合長に対してプロットしたものである。ま
た、図6には参考として、従来の光回路作製法による方
向性結合器の分岐比率を示した。
【0042】本実施形態における光回路の作製プロセス
は、前記第1の実施形態として説明した曲がり導波路の
作製プロセスと同様である。
【0043】図6を参照して、従来の光回路作製法によ
る方向性結合器ではTE、TM両偏光間で結合長が大きく異
なった。
【0044】これに対して、本発明の実施形態に係る方
向性結合器では、図5に示すように、TE、TM両偏光間で
の完全結合長は5%以内で一致し、偏光無依存動作をす
ることがわかる。
【0045】次に、本発明の第4の実施の形態として、
他の光素子との結合が改善されるように調整されたこと
を特徴とする光回路について詳細に説明する。
【0046】多くの光回路はその両端に他の光回路たと
えば光ファイバやLD、PD(photo diode)等の光素
子を結合する形態で使用される。従って、光回路の挿入
損失を低減するためには他の光回路との結合損失を低減
することが重要になり、そのためには入出射端での導波
モードの広がり(モードフィールド径)を他の光素子と
一致させることが有効である。
【0047】従来の方法で作製した光回路の出射端での
モードフィールド径は直径16μmであり、光通信用シン
グルモードファイバのモードフィールド径10μmと大き
く異なるために、結合損失はほぼ2dBであった。
【0048】これに対して、本発明の実施形態による光
回路の出射端でのモードフィールド径は直径13μmであ
り、シングルモード光ファイバのモードフィールド径10
μmにより近づけることができた。この場合において、
シングルモード光ファイバとの結合損失は概ね1dBと良
好な結果を得た。
【0049】以上では、X-Cut Z軸伝搬素子についての
実施形態を説明した。しかしながら、本発明は、熱拡散
によって基板上に高屈折率領域を作成する光回路に対し
て、一般的に適用できるものである。
【0050】具体的には、上記発明の実施形態として説
明したものと異なる結晶方位に作成したLiNbO3光回路
や、ニオブタンタレート基板にTi拡散によって作成する
光回路に対しても適用しうるものである。
【0051】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
低損失、偏光無依存な光デバイスを実現することが可能
とされ、光通信、光クロスコネクト等に好適に応用され
るものであり、本発明の実用的価値は極めて高い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態により作製された光回路の
表面屈折率分布を従来例と対比して示した図である。
【図2】本発明の一実施形態に係る光回路の製造方法を
工程順に模式的に示した図である。
【図3】本発明の第2の実施形態に係る回路の曲がり損
失を従来例と対比して示した図である。
【図4】本発明の第3の実施形態に係る方向性結合器の
概略構成を示す斜視図である。
【図5】本発明の第3の実施形態に係る方向性結合器の
結合長と光パワ移行率の関係を示した図である。
【図6】従来の方法による方向性結合器の結合長と光パ
ワ移行率の関係を示した図である。
【符号の説明】
1 LiNbO3基板 2 Ti薄膜 3 Ti拡散層

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】(a)チタン(Ti)の製膜及びパタンニング
    の工程と、 (b)該Tiの熱拡散工程と、をこの順に2回以上繰り返す
    ことを特徴とするTi拡散型ニオブ酸リチウム光回路の製
    造方法。
  2. 【請求項2】チタン(Ti)製膜及びパタンニングと該Ti
    の熱拡散と、を2回以上繰り返してなり、曲がり損失を
    低減させたことを特徴とするTi拡散型ニオブ酸リチウム
    曲がり光導波路。
  3. 【請求項3】チタン(Ti)製膜及びパタンニングと、該
    Tiの熱拡散と、を2回以上繰り返し、偏光間における完
    全結合長を概ね一致させたことを特徴とするTi拡散型ニ
    オブ酸リチウム偏光無依存型光回路。
  4. 【請求項4】チタン(Ti)拡散型ニオブ酸リチウム光回
    路において、 Ti製膜及びパタンニングと、該Tiの熱拡散を2回以上繰
    り返してなり、他の光素子との結合損失を調整してなる
    ことを特徴とする光回路。
JP07212655A 1995-07-28 1995-07-28 光回路とその製造方法 Expired - Fee Related JP3125638B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP07212655A JP3125638B2 (ja) 1995-07-28 1995-07-28 光回路とその製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP07212655A JP3125638B2 (ja) 1995-07-28 1995-07-28 光回路とその製造方法

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000156059A Division JP2001004857A (ja) 2000-01-01 2000-05-26 光回路とその製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH0943442A true JPH0943442A (ja) 1997-02-14
JP3125638B2 JP3125638B2 (ja) 2001-01-22

Family

ID=16626225

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP07212655A Expired - Fee Related JP3125638B2 (ja) 1995-07-28 1995-07-28 光回路とその製造方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3125638B2 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100439960B1 (ko) * 2002-12-04 2004-07-12 전자부품연구원 열확산법을 이용한리드마그네슘니오베이트-리드티타네이트 광도파로 및 그의제조방법
JP2016103003A (ja) * 2014-10-15 2016-06-02 イクスブルー 電気光学位相変調器

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS591015U (ja) * 1982-06-24 1984-01-06 オムロン株式会社 光導波器
JPS63180909A (ja) * 1987-01-23 1988-07-26 Nec Corp 曲がり光導波路
JPH02183206A (ja) * 1989-01-10 1990-07-17 Sumitomo Electric Ind Ltd 方向性結合器の作製方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS591015U (ja) * 1982-06-24 1984-01-06 オムロン株式会社 光導波器
JPS63180909A (ja) * 1987-01-23 1988-07-26 Nec Corp 曲がり光導波路
JPH02183206A (ja) * 1989-01-10 1990-07-17 Sumitomo Electric Ind Ltd 方向性結合器の作製方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100439960B1 (ko) * 2002-12-04 2004-07-12 전자부품연구원 열확산법을 이용한리드마그네슘니오베이트-리드티타네이트 광도파로 및 그의제조방법
JP2016103003A (ja) * 2014-10-15 2016-06-02 イクスブルー 電気光学位相変調器

Also Published As

Publication number Publication date
JP3125638B2 (ja) 2001-01-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20090231686A1 (en) Multi-functional integrated optical waveguides
JP2679570B2 (ja) 偏光分離素子
US5749132A (en) Method of fabrication an optical waveguide
JPH1073737A (ja) 集積光学偏光素子
US6876782B2 (en) Integrated type optical waveguide device
US20020159684A1 (en) Novel optical waveguide switch using cascaded mach-zehnder interferometers
JP2007212787A (ja) 光制御素子、光スイッチングユニットおよび光変調器
KR19990052202A (ko) 구동전압과 손실을 줄이기 위한 전기광학 폴리머 광도파로 소자의 구조
JP2932742B2 (ja) 導波路型光デバイス
JPH05313109A (ja) 導波路型偏波制御器
JP5467414B2 (ja) 光機能導波路
JP3125638B2 (ja) 光回路とその製造方法
US5050947A (en) Optical waveguide control device employing directional coupler on substrate
EP0995137A1 (en) Process for fabrication and independent tuning of multiple integrated optical directional couplers on a single substrate
JP2001004857A (ja) 光回路とその製造方法
JPH10123341A (ja) 光導波路およびその製造方法
JPH01201609A (ja) 光デバイス
JPH0553157A (ja) 光制御デバイス
RU2781367C1 (ru) Гибридное интегрально-оптическое устройство
JP2635986B2 (ja) 光導波路スイッチ
JPH03188423A (ja) 光方向性結合器及びその製造方法
JP3418391B2 (ja) 導波型光デバイスの製造方法
Lee et al. Y-cut LiNbO/sub 3/directional coupler with a self-aligned electrode
JP2720654B2 (ja) 光制御デバイス
KR100281736B1 (ko) 와이-분기형 광도파로 편광 분리기의 구조 및 제작방법

Legal Events

Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20000328

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20001003

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20071102

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081102

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081102

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091102

Year of fee payment: 9

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees