JPH11352349A - Waveguide type optical element - Google Patents

Waveguide type optical element

Info

Publication number
JPH11352349A
JPH11352349A JP15953698A JP15953698A JPH11352349A JP H11352349 A JPH11352349 A JP H11352349A JP 15953698 A JP15953698 A JP 15953698A JP 15953698 A JP15953698 A JP 15953698A JP H11352349 A JPH11352349 A JP H11352349A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
refractive index
substrate
waveguide
film
optical waveguide
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.)
Pending
Application number
JP15953698A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tatsuo Fukano
達雄 深野
Kazuo Hasegawa
和男 長谷川
Yasuhiko Takeda
康彦 竹田
Hiroshi Ito
伊藤  博
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.)
Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyota Central R&D Labs Inc
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 Toyota Central R&D Labs Inc filed Critical Toyota Central R&D Labs Inc
Priority to JP15953698A priority Critical patent/JPH11352349A/en
Publication of JPH11352349A publication Critical patent/JPH11352349A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a waveguide type optical element wide in application range and sufficiently high in performance as a TM mode filter while being manufacturable at a low cost. SOLUTION: This optical element is provided with a substrate 1 provided with anisotropy in a refraction index, the optical waveguide 2 of a three- dimensional type embedded and formed on one surface of the substrate 1 and a constructive double refraction film 3 formed on the surface of the substrate 1 covering the waveguide 2. The structural double refraction film 3 is a laminated body for which a high refraction index layer which is a thin film provided with an isotropic refraction index larger than the refraction index of the optical waveguide 2 and a low refraction index layer which is the thin film provided with the isotropic refraction index smaller than the refraction index of the optical waveguide 2 are alternately laminated. Since the structural double refraction film 3 for imparting a function as the TM mode filter to the optical waveguide 2 can be formed by normal sputtering without using an epitaxial growth method, the sufficiently high performance as the TM mode filter is obtained while being manufacturable at a low cost.

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、導波型光素子の技
術分野に属し、より詳しくはTMモードフィルタの作用
をもつ導波路偏光子の技術分野に属する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention belongs to the technical field of a waveguide type optical element, and more particularly, to the technical field of a waveguide polarizer having a function of a TM mode filter.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の導波路偏光子(TMモードフィル
タ)としては、市川らの文献(第44回応用物理学関係
連合講演会予講集、30a−NE−6(1997))に
開示されたものがある。この導波路偏光子は、ニオブ酸
リチウム結晶(Z−cut:LiNbO3)の基板の上に二
次元型のチタニウム拡散導波路を形成し、さらにその上
に異方性結晶を形成して三次元導波路とし、もってTM
モードフィルタとしたものである。
2. Description of the Related Art A conventional waveguide polarizer (TM mode filter) is disclosed in a document by Ichikawa et al. (Preliminary Lectures of the 44th Lecture Meeting on Related Physics, 30a-NE-6 (1997)). There are things. In this waveguide polarizer, a two-dimensional titanium diffusion waveguide is formed on a lithium niobate crystal (Z-cut: LiNbO 3 ) substrate, and an anisotropic crystal is further formed thereon to form a three-dimensional titanium diffusion waveguide. As a waveguide, TM
This is a mode filter.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
従来技術による導波路偏光子では、異方性結晶を形成す
るためにエピタキシャル結晶成長プロセスを必要とする
ので、不都合が生じる。すなわち、加工条件の管理が厳
しくなる上に工数がかかり、製造コストがかなり上昇す
るので、スパッタリング等の薄膜形成法を採用する場合
に比べてコスト高になるという不都合がある。そればか
りではなく、同じ理由で素子形成が可能な場所や導波路
形状に対する制約が大きく、適用可能なケースが限定さ
れるという不都合もある。
However, the above-described waveguide polarizer according to the prior art has a disadvantage because an epitaxial crystal growth process is required to form an anisotropic crystal. That is, since the control of the processing conditions becomes strict and the number of steps is increased, and the manufacturing cost is considerably increased, there is an inconvenience that the cost is higher than when a thin film forming method such as sputtering is adopted. Not only that, there are also disadvantages in that the places where elements can be formed and the shape of the waveguide are greatly restricted for the same reason, and applicable cases are limited.

【0004】そこで本発明は、安価に製造可能でありな
がら適用範囲が広く、TMモードフィルタとしての性能
が十分に高い導波型光素子を提供することを解決すべき
課題とする。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a waveguide type optical element which can be manufactured at low cost, has a wide range of application, and has sufficiently high performance as a TM mode filter.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明の導波型光素子
は、屈折率に異方性を有する基板と、該基板の一方の表
面に埋設されて形成された三次元型の光導波路と、該光
導波路を覆って該基板の該表面上に形成された構造性複
屈折膜とを有する。本発明の導波型光素子の特徴は、前
記構造性複屈折膜が、前記光導波路を形成する材料の屈
折率よりも大きな等方性の屈折率を有する材料からなる
薄膜である高屈折率層と、該光導波路を形成する材料の
屈折率よりも小さな等方性の屈折率を有する材料からな
る薄膜である低屈折率層とが、交互に積層されてなる積
層体であることである。
According to the present invention, there is provided a waveguide type optical device comprising: a substrate having anisotropic refractive index; a three-dimensional optical waveguide buried on one surface of the substrate; And a structural birefringent film formed on the surface of the substrate so as to cover the optical waveguide. A feature of the waveguide type optical element of the present invention is that the structural birefringent film is a thin film made of a material having an isotropic refractive index larger than the refractive index of the material forming the optical waveguide. A layer and a low-refractive-index layer, which is a thin film made of a material having an isotropic refractive index smaller than the refractive index of the material forming the optical waveguide, are alternately laminated. .

【0006】すなわち、本発明の導波型光素子は、屈折
率に異方性を有する基板、たとえばTMモード光に対す
る屈折率がTEモード光に対する屈折率よりも低いとい
う異方性をもつ基板と、同基板に形成された光導波路に
接して高屈折率層と低屈折率層とが交互に積層された構
造性複屈折膜とを有する。それゆえ、光導波路の中を光
波が伝搬する間に、伝搬光の振動電界面が基板表面に平
行なTEモードの光は、構造性複屈折膜に進入して光導
波路から外れてしまう。一方、伝搬光の振動電界面が基
板表面に垂直なTMモードの光は、構造性複屈折膜に進
入することなく光導波路に封じ込められて、光導波路中
をほとんど減衰することなく伝搬する。それゆえ、本発
明の導波型光素子は、TEモードの光を除去しTMモー
ドの光だけを透過するTMモードフィルタとして、高性
能を発揮することができる。
That is, the waveguide type optical element according to the present invention comprises a substrate having an anisotropic refractive index, for example, a substrate having an anisotropic refractive index for TM mode light is lower than that for TE mode light. And a structural birefringent film in which high-refractive-index layers and low-refractive-index layers are alternately stacked in contact with an optical waveguide formed on the substrate. Therefore, while the light wave propagates in the optical waveguide, the light in the TE mode in which the oscillating electric field surface of the propagating light is parallel to the substrate surface enters the structural birefringent film and departs from the optical waveguide. On the other hand, TM mode light in which the oscillating electric field surface of the propagating light is perpendicular to the substrate surface is confined in the optical waveguide without entering the structural birefringent film, and propagates in the optical waveguide with almost no attenuation. Therefore, the waveguide type optical element of the present invention can exhibit high performance as a TM mode filter that removes TE mode light and transmits only TM mode light.

【0007】また、積層体を形成する高屈折率層および
低屈折率層は、エピタクシー結晶である必要がないの
で、高屈折率層と低屈折率層とを交互に積層するにあた
って、エピタキシャル成長を行う必要がない。それゆ
え、積層体の形成にあたっては、スパッタリング等の比
較的安価な薄膜形成法を採用することができ、従来技術
に比べてコストダウンになる。そればかりではなく、同
じ理由で素子形成が可能な場所や導波路形状に対する制
約が小さく、適用可能なケースが従来技術よりも拡が
る。
Further, since the high refractive index layer and the low refractive index layer forming the laminated body do not need to be epitaxy crystals, when alternately laminating the high refractive index layer and the low refractive index layer, epitaxial growth is performed. No need to do. Therefore, a relatively inexpensive thin film forming method such as sputtering can be adopted in forming the laminate, and the cost is reduced as compared with the conventional technology. In addition, for the same reason, the restrictions on the location where the element can be formed and the shape of the waveguide are small, and the applicable cases are wider than in the related art.

【0008】したがって、本発明の導波型光素子によれ
ば、安価に製造可能でありながら適用範囲が広く、十分
に高いTMモードフィルタとしての性能が得られるとい
う効果がある。
Therefore, according to the waveguide type optical element of the present invention, there is an effect that it can be manufactured at low cost, has a wide application range, and can obtain a sufficiently high performance as a TM mode filter.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】屈折率に異方性を有する基板とし
ては、Z軸(本来はZの上に横棒が付くが、出願上使用
不可能な文字なので単にZで代用する)を法線としてカ
ットされたニオブ酸リチウム結晶(Z−cut:LiNb
3/本来はZの上に横棒がつくが出願上使用不可能な
文字であるので本明細書中では単にZとする)が、適正
な異方性が得られるのでコスト的に採用可能な材料のう
ち最良である。一方、同基板の一方の表面に埋設されて
形成された三次元型の光導波路としては、技術的に確立
されており、最も一般的であるうえに良好な導波特性が
得られるので、チタニウム拡散導波路を採用することが
望ましい。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS As a substrate having anisotropic refractive index, the Z-axis (a horizontal bar is originally attached to Z, but it is impossible to use it in the application, simply substitute for Z) is used. Lithium niobate crystal (Z-cut: LiNb
O 3 / Originally, a horizontal bar is attached on Z, but it is a character that cannot be used in the application, so it is simply referred to as Z in this specification.) However, since an appropriate anisotropy can be obtained, it can be adopted in terms of cost The best of the best materials. On the other hand, as a three-dimensional optical waveguide formed by being buried on one surface of the same substrate, it is technically established and is the most common and has good waveguide characteristics. It is desirable to employ a titanium diffused waveguide.

【0010】ここで、前述のように基板は屈折率に異方
性をもつので、この基板を形成しているニオブ酸リチウ
ム結晶(Z−cut:LiNbO3)の屈折率には、二通り
ある。すなわち、波長λ=830nmの光線に対して、
電場振動面がZ軸に垂直な常光線方向での屈折率no の
値は2.25であり、逆に電場振動面がZ軸に平行な異
常光線方向での屈折率ne の値は2.18である。
Since the substrate has an anisotropic refractive index as described above, there are two types of refractive index of the lithium niobate crystal (Z-cut: LiNbO 3 ) forming the substrate. . That is, for a light beam of wavelength λ = 830 nm,
The value of the refractive index no in the ordinary ray direction in which the electric field oscillation plane is perpendicular to the Z axis is 2.25, and the value of the refractive index ne in the extraordinary ray direction in which the electric field oscillation plane is parallel to the Z axis is 2.25. Eighteen.

【0011】それゆえ、光導波路を覆って基板の表面上
に形成された構造性複屈折膜を形成する高屈折率層の材
料と低屈折率層の材料としては、波長λ=830nmの
光線に対して、次に示す条件が満たされなければならな
い。すなわち、構造性複屈折膜の全体の膜面に垂直な方
向の屈折率をnfnとし、同膜面の面内方向の屈折率をn
fpとすると、高屈折率層の屈折率n1 は大小関係(no
<nfp<n1 )を満たし、低屈折率層の屈折率n2 は大
小関係(n2 <nfn<ne )を満たす必要がある。この
条件を満たし、かつ透光性の物質としては、次に示すよ
うにいくつかの候補が存在しうる。ここで、透光性の物
質との用語は、複素屈折率をn+ikとしたとき、実質
上k=0の物質を意味する。
Therefore, the material of the high refractive index layer and the material of the low refractive index layer which form the structural birefringent film formed on the surface of the substrate over the optical waveguide are formed of a light having a wavelength λ = 830 nm. On the other hand, the following conditions must be satisfied. That is, the refractive index in the direction perpendicular to the entire film surface of the structural birefringent film is nfn, and the refractive index in the in-plane direction of the film surface is nfn.
Assuming that fp, the refractive index n1 of the high refractive index layer has a magnitude relation (no
<Nfp <n1), and the refractive index n2 of the low-refractive-index layer must satisfy the magnitude relationship (n2 <nfn <ne). As a light-transmitting substance that satisfies this condition, there are several candidates as described below. Here, the term “translucent substance” means a substance where k = 0 substantially when the complex refractive index is n + ik.

【0012】すなわち、高屈折率層を形成する材料の候
補としては、TiO2 (n1 ≒2.3)、CeO2 (n
1 ≒2.3)、ZnS(n1 ≒2.3)、ZnSe(n
1 ≒2.4)などが挙げられる。一方、低屈折率層を形
成する材料の候補としては、SiO2 (n2 ≒1.4
5)、MgF2 (n2 ≒1.37)、Na3AlF6(n
2 ≒1.37)、CaF2 (n2 ≒1.37)などが挙
げられる。なお、以上のかっこ内の数値は、通常のスパ
ッタ法によって得られる膜の屈折率の値を示している。
That is, TiO 2 (n 1 ≒ 2.3) and CeO 2 (n
1 ≒ 2.3), ZnS (n1 ≒ 2.3), ZnSe (n
1 ≒ 2.4). On the other hand, as a material candidate for forming the low refractive index layer, SiO 2 (n 2 21.4
5), MgF 2 (n2 ≒ 1.37), Na 3 AlF 6 (n
2 ≒ 1.37) and CaF 2 (n2 ≒ 1.37). The values in parentheses above indicate the value of the refractive index of the film obtained by the ordinary sputtering method.

【0013】これらの候補のうち、耐水性(水分によっ
て変質せず浸食されない)および耐傷性(機械的に傷が
付きにくい)が優れたものを選ぶと、高屈折率層は二酸
化チタンTiO2 からなり、低屈折率層は二酸化珪素S
iO2 からなることが最も望ましい。それゆえ、前述の
「課題を解決するための手段」の項で説明した導波型光
素子において、基板はZ軸を法線としてカットされたニ
オブ酸リチウム結晶(Z−cut:LiNbO3)からな
り、高屈折率層は二酸化チタンTiO2 からなり、低屈
折率層は二酸化珪素SiO2 からなる構成が最も望まし
い構成である。
If a candidate having excellent water resistance (not deteriorated by water and not corroded) and scratch resistance (mechanical scratch resistance) is selected from these candidates, the high refractive index layer is made of titanium dioxide TiO 2. And the low refractive index layer is silicon dioxide S
It is most preferably made of iO 2. Therefore, in the waveguide type optical element described in the section of “Means for Solving the Problems”, the substrate is made of lithium niobate crystal (Z-cut: LiNbO 3 ) cut with the Z axis as a normal line. The high refractive index layer is preferably made of titanium dioxide TiO 2 , and the low refractive index layer is preferably made of silicon dioxide SiO 2 .

【0014】[0014]

【実施例】以下、本発明の導波型光素子の実施例を図面
を参照して示し、具体的に説明する。 [実施例1] (実施例1の構成および作用効果)本発明の実施例1と
しての導波型光素子は、図1に示すように、基板1と、
基板1に形成された光導波路2と、両者1,2を覆って
形成された構造性複屈折膜3とから構成されている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the waveguide type optical device according to the present invention will be described below with reference to the drawings. Embodiment 1 (Structure and Operation and Effect of Embodiment 1) As shown in FIG. 1, a waveguide type optical element as Embodiment 1 of the present invention
It comprises an optical waveguide 2 formed on a substrate 1 and a structural birefringent film 3 formed so as to cover both of them.

【0015】基板1は、Z軸を法線としてカットされた
ニオブ酸リチウム結晶(Z−cut:LiNbO3)からな
る屈折率に異方性を有する基板である。すなわち、基板
1は、TMモード光に対する屈折率nn がTEモード光
に対する屈折率np よりも低い(nn <np )という異
方性をもつ。ここで、TMモード光およびTEモード光
を示す図1中の矢印は、当該モードの光線の電場の振動
方向を示している。
The substrate 1 is a substrate made of lithium niobate crystal (Z-cut: LiNbO 3 ) cut with the Z axis as a normal line and having anisotropic refractive index. That is, the substrate 1 has anisotropy such that the refractive index nn for TM mode light is lower than the refractive index np for TE mode light (nn <np). Here, the arrows in FIG. 1 showing the TM mode light and the TE mode light indicate the vibration directions of the electric field of the light beam in the mode.

【0016】光導波路2は、チタニウム拡散導波路であ
って、基板1の一方の表面に埋設されて形成された三次
元型の光導波路である。構造性複屈折膜3は、再び図1
に示すように、光導波路2を覆って基板1の表面上に形
成された構造性複屈折膜であって、図2に示すように、
厚さがごく薄い高屈折率層31と低屈折率層32とが交
互に積層されて形成されている。すなわち、構造性複屈
折膜3は、光導波路2を形成する材料の屈折率よりも大
きな等方性の屈折率を有する材料からなる薄膜である高
屈折率層31と、光導波路2を形成する材料の屈折率よ
りも小さな等方性の屈折率を有する材料からなる薄膜で
ある低屈折率層32とが、交互に積層されてなる積層体
である。ここで、高屈折率層31は二酸化チタンTiO
2 からなり、低屈折率層32は二酸化珪素SiO2から
なる。
The optical waveguide 2 is a titanium diffusion waveguide, and is a three-dimensional optical waveguide buried and formed on one surface of the substrate 1. The structural birefringent film 3 is again shown in FIG.
As shown in FIG. 2, a structural birefringent film formed on the surface of the substrate 1 so as to cover the optical waveguide 2, and as shown in FIG.
The high refractive index layers 31 and the low refractive index layers 32 each having a very small thickness are alternately laminated. That is, the structural birefringent film 3 forms the optical waveguide 2 and the high refractive index layer 31 which is a thin film made of a material having an isotropic refractive index larger than the refractive index of the material forming the optical waveguide 2. A low-refractive-index layer 32, which is a thin film made of a material having an isotropic refractive index smaller than that of the material, is alternately laminated. Here, the high refractive index layer 31 is made of titanium dioxide TiO.
2 and the low refractive index layer 32 is made of silicon dioxide SiO 2 .

【0017】後述の製造方法によって形成された本実施
例の高屈折率層31の屈折率n1 は2.43にも達して
おり、透明な二酸化チタンTiO2 膜の波長λ=830
nmに対する値としては常識では考えられないほど破格
的に高い。すなわち、本実施例では、構造性複屈折膜3
のうち高屈折率層31の屈折率n1 で極めて高い値が得
られているので、TMモードフィルタとして極めて良好
な性能が得られるものと考えられる。
The refractive index n1 of the high refractive index layer 31 of this embodiment formed by a manufacturing method described later has reached 2.43, and the wavelength λ of the transparent titanium dioxide TiO 2 film is λ = 830.
The value for nm is exceptionally high, which cannot be considered with common sense. That is, in the present embodiment, the structural birefringent film 3
Of these, a very high value is obtained for the refractive index n1 of the high refractive index layer 31, so that it is considered that extremely good performance is obtained as a TM mode filter.

【0018】すなわち、二酸化チタンTiO2 からなる
各高屈折率層31の屈折率n1 は約2.43であり、そ
の膜厚t1 は20nm程度である。一方、二酸化珪素S
iO 2 からなる各低屈折率層32の屈折率は約1.45
であり、その膜厚t2 は4nm程度である。それゆえ、
本実施例の導波型光素子への入射光の波長λが830n
mであるとすると、構造性複屈折膜3を形成している高
屈折率層31および低屈折率層32の各膜厚t1 ,t2
は、入射光の波長λに対して十分に薄い(t1,t2 ≪
λ)。一方、構造性複屈折膜3の膜面の広がりは、波長
λに対して十分に大きなスケールの寸法を有している。
That is, titanium dioxide TiOTwoConsists of
The refractive index n1 of each high refractive index layer 31 is about 2.43,
Has a thickness t1 of about 20 nm. On the other hand, silicon dioxide S
iO TwoHas a refractive index of about 1.45.
And the film thickness t2 is about 4 nm. therefore,
The wavelength λ of the light incident on the waveguide type optical element of this embodiment is 830n.
m, the height at which the structural birefringent film 3 is formed is high.
Respective film thicknesses t1 and t2 of the refractive index layer 31 and the low refractive index layer 32
Is sufficiently thin with respect to the wavelength λ of the incident light (t1, t2 ≪
λ). On the other hand, the spread of the film surface of the structural birefringent film 3 depends on the wavelength.
It has a scale size large enough for λ.

【0019】なお、構造性複屈折膜3は、厚さ20nm
の高屈折率層31と厚さ4nmの低屈折率層32とがそ
れぞれ21層にわたって積層された積層体であり、構造
性複屈折膜3の総膜厚は、0.5μm程度である。構造
性複屈折膜3の総膜厚としてはこの程度が適正である。
なぜならば、構造性複屈折膜3の総膜厚が、これよりも
薄すぎると挿入損失が大きくなって不都合であり、逆に
これよりも厚すぎると剥離が起きたり偏光消光比が悪く
なったりして不都合であるからである。
The structural birefringent film 3 has a thickness of 20 nm.
The high refractive index layer 31 and the low refractive index layer 32 having a thickness of 4 nm are respectively laminated over 21 layers, and the total thickness of the structural birefringent film 3 is about 0.5 μm. This level is appropriate as the total thickness of the structural birefringent film 3.
The reason is that if the total thickness of the structural birefringent film 3 is too thin, the insertion loss increases, which is inconvenient. On the other hand, if the total thickness is too thick, separation occurs or the polarization extinction ratio deteriorates. This is inconvenient.

【0020】さらに、構造性複屈折膜3の上から厚さ2
00nmのアルミニウム膜が形成されており、光吸収性
膜としての作用を果たしている。ここで、高屈折率層3
1と低屈折率層32との屈折率の比をη≡n1/n2と定
義し、両層の膜厚の比をδ≡t1/t2と定義するものと
する。すると、構造性複屈折膜3の全体がもつ膜面に垂
直な方向の屈折率nfnおよび膜面の面内方向の屈折率n
fpは、それぞれ次の数1および数2によって一義的に定
まる。
Further, a thickness 2 from the top of the structural birefringent film 3
A 00 nm aluminum film is formed, and functions as a light absorbing film. Here, the high refractive index layer 3
The ratio of the refractive index between 1 and the low refractive index layer 32 is defined as η≡n1 / n2, and the ratio between the film thicknesses of both layers is defined as δ≡t1 / t2. Then, the refractive index nfn in the direction perpendicular to the film surface of the entire structural birefringent film 3 and the refractive index n in the in-plane direction of the film surface
fp is uniquely determined by the following Equations 1 and 2, respectively.

【0021】[0021]

【数1】 nfn2 = n12(1+δ)/(δ+η2## EQU1 ## nfn 2 = n 1 2 (1 + δ) / (δ + η 2 )

【0022】[0022]

【数2】 nfp2 = n22(δη2+1)/(1+
δ) 上記の数1および数2により算出すると、構造性複屈折
膜3の全体がもつ膜面に垂直な方向の屈折率nfnは2.
1程度であり、膜面の面内方向の屈折率nfpは2.3程
度である。基板1を形成しているニオブ酸リチウム結晶
(Z-cut:LiNbO3 )の屈折率は、常光線方向(電
場振動面がZ軸に垂直)でno =2.25であり、異常
光線方向(電場振動面がZ軸に平行)でne =2.18
である。ここで、基板1上で構造性複屈折膜3がTMモ
ードフィルタとして作用するための条件は、TMモード
光に対しnfn<ne であり、かつTEモード光に対しn
fp<no であるが、上記数値はこれらの条件を満足して
いる。それゆえ、TEモードの光は構造性複屈折膜3に
進入して光導波路2から外れるが、TMモードの光は構
造性複屈折膜3に進入することなく光導波路2を伝搬す
るので、本実施例の導波型光素子はTMモードフィルタ
として作用する。
## EQU2 ## nfp 2 = n 2 2 (δη 2 +1) / (1+
δ) When calculated by the above equations (1) and (2), the refractive index nfn in the direction perpendicular to the film surface of the entire structural birefringent film 3 is 2.
It is about 1, and the refractive index nfp in the in-plane direction of the film surface is about 2.3. The refractive index of the lithium niobate crystal (Z-cut: LiNbO 3 ) forming the substrate 1 is no = 2.25 in the ordinary ray direction (the electric field vibration plane is perpendicular to the Z axis), and the extraordinary ray direction ( Ne = 2.18 when the electric field vibration plane is parallel to the Z axis)
It is. Here, the conditions for the structural birefringent film 3 to act as a TM mode filter on the substrate 1 are nfn <ne for TM mode light and nfn for TE mode light.
Although fp <no, the above numerical values satisfy these conditions. Therefore, the light in the TE mode enters the structural birefringent film 3 and departs from the optical waveguide 2, but the light in the TM mode propagates through the optical waveguide 2 without entering the structural birefringent film 3. The waveguide type optical element of the embodiment functions as a TM mode filter.

【0023】さらに、構造性複屈折膜3を形成する高屈
折率層31および低屈折率層32の屈折率は、前述のよ
うにそれぞれn1 ≒2.43,n2 ≒1.45であっ
て、TMモードフィルタとして作用するための次の大小
関係をそれぞれ満足している。すなわち、構造性複屈折
膜3の全体の膜面に垂直な方向の屈折率をnfnとし、同
膜面の面内方向の屈折率をnfpとすると、高屈折率層3
1の屈折率n1 は大小関係(no <nfn<n1 )を満た
し、低屈折率層32の屈折率n2 は大小関係(n2 <n
fp<ne )を満たしている。ここで、高屈折率層31を
形成する材料はTiO2 (n1 ≒2.43)であり、低
屈折率層32を形成する材料はSiO2 (n2 ≒1.4
5)である。
Further, as described above, the refractive indices of the high refractive index layer 31 and the low refractive index layer 32 forming the structural birefringent film 3 are n 1 ≒ 2.43 and n 2 ≒ 1.45, respectively. The following magnitude relation for acting as a TM mode filter is satisfied. That is, assuming that the refractive index in the direction perpendicular to the entire film surface of the structural birefringent film 3 is nfn and the refractive index in the in-plane direction of the film surface is nfp, the high refractive index layer 3
1 satisfies the magnitude relation (no <nfn <n1), and the refractive index n2 of the low refractive index layer 32 has the magnitude relation (n2 <n).
fp <ne). Here, the material forming the high refractive index layer 31 is TiO 2 (n1 ≒ 2.43), and the material forming the low refractive index layer 32 is SiO 2 (n2 ≒ 1.4).
5).

【0024】なお、構造性複屈折膜3の表面には、吸収
膜として厚さ200nmのアルミニウム膜が形成されて
いる。 (実施例1の製造方法)本実施例の導波型光素子の製造
方法は、基板形成工程と、導波路形成工程と、構造性複
屈折膜形成工程と、光吸収性膜形成工程とを有する。
On the surface of the structural birefringent film 3, an aluminum film having a thickness of 200 nm is formed as an absorbing film. (Manufacturing Method of Embodiment 1) The manufacturing method of the waveguide type optical element of this embodiment includes a substrate forming step, a waveguide forming step, a structural birefringent film forming step, and a light absorbing film forming step. Have.

【0025】基板形成工程では、ニオブ酸リチウム結晶
の単結晶をZ軸を法線としてカットし、Z軸に垂直な面
を鏡面研摩してZ−cut:LiNbO3からなる基板1を
形成した。導波路形成工程では、鏡面研摩されたZ−cu
t:LiNbO3の基板1の表面に、所望の導波路形状
(本実施例では直線状)のチタニウム膜を約50nmの
厚さで形成する。しかる後、60℃の温水でバブリング
した酸素を流量率100ml/minで流している雰囲
気中で、基板1を1025℃に昇温して6時間保ち、熱
処理を施してチタニウムを拡散させ、チタニウム拡散導
波路である光導波路2を形成した。
In the substrate forming step, a single crystal of lithium niobate crystal was cut with the Z axis as a normal line, and a surface perpendicular to the Z axis was mirror-polished to form a substrate 1 made of Z-cut: LiNbO 3 . In the waveguide forming step, the mirror-polished Z-cu
t: On the surface of the substrate 1 of LiNbO 3 , a titanium film having a desired waveguide shape (in this embodiment, linear) is formed with a thickness of about 50 nm. Thereafter, in an atmosphere in which oxygen bubbled with hot water at 60 ° C. is flowed at a flow rate of 100 ml / min, the temperature of the substrate 1 is raised to 1025 ° C. and maintained for 6 hours, heat treatment is performed to diffuse titanium, and titanium diffusion is performed. An optical waveguide 2 as a waveguide was formed.

【0026】構造性複屈折膜形成工程では、先ず、上記
導波路とその周辺部にTMモードフィルタを形成する矩
形の領域だけを残し、その周囲の部分を薄いステンレス
板でマスキングした。しかる後、二酸化チタンTiO2
ターゲットと二酸化珪素SiO2 ターゲットとを内部に
配置したRFマグネトロンスパッタ装置内に基板1を配
置し、基板1の温度を350℃に昇温して保つ。RFマ
グネトロンスパッタ装置内に封入される雰囲気は、アル
ゴン90%および酸素10%のスパッタ用ガスで、その
ガス圧は0.67Pa(=5×10-3Torr)に設定
される。スパッタ電力は、二酸化チタンTiO2 に対し
ては約φ51mm(φ2インチ)のターゲット当たり約
200Wとし、二酸化珪素SiO2 に対しては約φ51
mm(φ2インチ)のターゲット当たり約100Wとし
た。
In the step of forming a structural birefringent film, first, a rectangular region for forming a TM mode filter was left around the above-mentioned waveguide and its peripheral portion, and the peripheral portion was masked with a thin stainless steel plate. Thereafter, titanium dioxide TiO 2
The substrate 1 is placed in an RF magnetron sputtering apparatus in which a target and a silicon dioxide SiO 2 target are placed, and the temperature of the substrate 1 is raised to 350 ° C. and maintained. The atmosphere sealed in the RF magnetron sputtering apparatus is a sputtering gas of 90% argon and 10% oxygen, and the gas pressure is set to 0.67 Pa (= 5 × 10 −3 Torr). The sputtering power is about 200 W per target of about φ51 mm (φ2 inch) for titanium dioxide TiO 2 and about φ51 for silicon dioxide SiO 2 .
The power was set to about 100 W per mm (φ2 inch) target.

【0027】そして、最初に低屈折率層32として厚さ
4nmの二酸化珪素SiO2 膜を形成した後、続いて高
屈折率層31として厚さ20nmの二酸化チタンTiO
2 膜を形成し、これらを繰り返した。その結果、厚さ4
nmの二酸化珪素SiO2 膜からなる低屈折率層32
と、厚さ20nmの二酸化チタンTiO2 膜からなる高
屈折率層31とを交互に21回形成し、全層数で42層
を形成した。製膜完了の後、基板1の温度を室温にまで
下げ、構造性複屈折膜形成工程を完了した。この工程で
形成された層構造は、[基板/{SiO2 (4nm)/
TiO2 (20nm)}×21/表面]であり、形成さ
れた21対の高屈折率層31および低屈折率層32の厚
さは約0.5μmである。
Then, first, a 4 nm thick silicon dioxide SiO 2 film is formed as the low refractive index layer 32, and then a 20 nm thick titanium dioxide TiO 2 is formed as the high refractive index layer 31.
Two films were formed and these were repeated. As a result, the thickness 4
low-refractive-index layer 32 made of silicon dioxide SiO 2
And a high-refractive-index layer 31 made of a titanium dioxide TiO 2 film having a thickness of 20 nm were alternately formed 21 times, and a total of 42 layers were formed. After completion of the film formation, the temperature of the substrate 1 was lowered to room temperature, and the step of forming a structural birefringent film was completed. The layer structure formed in this step is [substrate / {SiO 2 (4 nm) /
TiO 2 (20 nm)} × 21 / surface], and the thickness of the formed 21 pairs of the high refractive index layer 31 and the low refractive index layer 32 is about 0.5 μm.

【0028】このようにして形成された構造性複屈折膜
3の波長λ=850nmのレーザ光での屈折率を計測し
たところ、TMモード光に対してはnfn=2.13であ
り、TEモード光に対してはnfp=2.30であった。
最後の光吸収性膜形成工程では、引き続きRFマグネト
ロンスパッタ装置で、構造性複屈折膜3の表面に厚さ2
00nmのアルミニウム膜を形成した。この際の雰囲気
は、アルゴンガス100%で圧力0.40Pa(=3×
10-3Torr)であり、スパッタ電力は、約φ51m
m(φ2インチ)のターゲット当たり約100Wとし
た。
When the refractive index of the thus formed structural birefringent film 3 was measured with a laser beam having a wavelength λ = 850 nm, nfn = 2.13 for TM mode light and TE mode light. For light, nfp = 2.30.
In the last light absorbing film forming step, the thickness of the structural birefringent film 3 is set to 2
A 00 nm aluminum film was formed. At this time, the atmosphere was 100% argon gas and the pressure was 0.40 Pa (= 3 ×
10 −3 Torr) and the sputtering power is about φ51 m
The power was set to about 100 W per m (φ2 inch) target.

【0029】以上のようにして、表面に光吸収性膜が形
成されている構造性複屈折膜3が、基板1に形成された
光導波路2を覆って形成された。 (実施例1の特性評価)以上のようにして製造された本
実施例の導波型光素子の性能を計測するために、構造性
複屈折膜3に覆われている部分の光導波路2における偏
光消光比とTEモード光に対する過剰損失とを測定し
た。本実施例の導波型光素子の光導波路2の幅は5μm
であり、光導波路2のうち構造性複屈折膜3に覆われた
TMモードフィルタの長さは20mmであった。上記測
定に際しては、波長λ=850nmのシングルモード半
導体レーザーを光源とし、光導波路2へレーザ光線の導
入には偏波面保持ファイバーを使用し、光導波路2から
の出力の導出にはシングルモードファイバーを用いた。
As described above, the structural birefringent film 3 having the light absorbing film formed on the surface was formed so as to cover the optical waveguide 2 formed on the substrate 1. (Evaluation of Characteristics of Example 1) In order to measure the performance of the waveguide type optical device of the present example manufactured as described above, a portion of the optical waveguide 2 covered with the structural birefringent film 3 was measured. The polarization extinction ratio and the excess loss for TE mode light were measured. The width of the optical waveguide 2 of the waveguide type optical device of this embodiment is 5 μm.
In the optical waveguide 2, the length of the TM mode filter covered with the structural birefringent film 3 was 20 mm. In the above measurement, a single mode semiconductor laser having a wavelength λ = 850 nm is used as a light source, a polarization maintaining fiber is used to introduce a laser beam into the optical waveguide 2, and a single mode fiber is used to derive an output from the optical waveguide 2. Using.

【0030】このような測定配置によって測定したとこ
ろ、偏光消光比は約30dBであり、TEモード光に対
する過剰損失は約1.5dBであった。以上詳述したよ
うに、本実施例の導波型光素子によれば、(エピタキシ
ャル成長を要しないので)安価に製造可能でありながら
適用範囲が広く、性能が十分に高いTMモードフィルタ
を提供することができることが分かった。
When measured by such a measurement arrangement, the polarization extinction ratio was about 30 dB, and the excess loss for TE mode light was about 1.5 dB. As described above in detail, according to the waveguide type optical element of the present embodiment, a TM mode filter having a wide range of application and sufficiently high performance can be provided while being inexpensive (because epitaxial growth is not required). I found that I could do it.

【0031】(実施例1の各種変形態様)本実施例にお
いて、基板1および光導波路2を形成する材料は、光導
波路2においてTMモード光に対する屈折率nn がTE
モード光に対する屈折率np よりも低い材料であれば、
実施例1以外の材料を採用することが可能である。たと
えば、基板1としては、ニオブ酸リチウム結晶(Z−cu
t:LiNbO3)の代わりに、LiTaO3 ,ZnO,
KTaxNb1-x3 等を用いる変形態様の実施が可能で
ある。また、光導波路2を形成するためには、チタニウ
ム拡散導波路の代わりに、プロトン交換導波路や外拡散
導波路等を用いる変形態様の実施が可能である。
(Various Modifications of Embodiment 1) In this embodiment, the material forming the substrate 1 and the optical waveguide 2 is such that the refractive index nn of the optical waveguide 2 with respect to the TM mode light is TE.
If the material is lower than the refractive index np for the mode light,
It is possible to adopt a material other than the first embodiment. For example, as the substrate 1, a lithium niobate crystal (Z-cu
t: LiNbO 3 ) instead of LiTaO 3 , ZnO,
Modifications using KTa x Nb 1-x O 3 or the like are possible. Further, in order to form the optical waveguide 2, a modified embodiment using a proton exchange waveguide, an outer diffusion waveguide, or the like instead of the titanium diffusion waveguide is possible.

【0032】さらに、構造性複屈折膜3を形成する高屈
折率層31を形成する材料および低屈折率層32を形成
する材料としては、「発明の実施の形態」の項で列挙し
た候補の中から適正なものを選定して採用することがで
きる。あるいは、光吸収性膜としてアルミニウム膜等の
金属膜を形成する代わりに、シリコンやカーボンなどの
光吸収性無機膜を形成しても良い。
Further, as the material for forming the high refractive index layer 31 and the material for forming the low refractive index layer 32 forming the structural birefringent film 3, the candidates listed in the section of “Embodiments of the Invention” can be used. An appropriate one can be selected and adopted from among them. Alternatively, instead of forming a metal film such as an aluminum film as the light absorbing film, a light absorbing inorganic film such as silicon or carbon may be formed.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の導波型光
素子によれば、安価に製造可能でありながら適用範囲が
広く、十分に高いTMモードフィルタとしての性能が得
られるという効果がある。
As described above in detail, according to the waveguide type optical element of the present invention, it can be manufactured at low cost, has a wide application range, and has a sufficiently high performance as a TM mode filter. There is.

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

【図1】 実施例1としての導波型光素子の構成を示す
斜視図
FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a waveguide type optical element as a first embodiment.

【図2】 実施例1の構造性複屈折膜の構成を模式的に
示す斜視図
FIG. 2 is a perspective view schematically showing a configuration of a structural birefringent film of Example 1.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:基板(ニオブ酸リチウム結晶(Z−cut:LiNb
O3)) 2:光導波路(チタニウム拡散導波路) 3:構造性複屈折膜(TMモードフィルタ) 31:高屈折率層(二酸化チタンTiO2 ) 32:低屈折率層(二酸化珪素SiO2
1: Substrate (lithium niobate crystal (Z-cut: LiNb
O3)) 2: optical waveguide (titanium diffusion waveguide) 3: structural birefringent film (TM mode filter) 31: high refractive index layer (titanium dioxide TiO 2 ) 32: low refractive index layer (silicon dioxide SiO 2 )

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹田 康彦 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 伊藤 博 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1株式会社豊田中央研究所内 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Yasuhiko Takeda 41-cho, Yokomichi, Nagakute-cho, Aichi-gun, Aichi Prefecture Inside Toyota Central R & D Laboratories Co., Ltd. 41 at Yokomichi, Toyota Central Research Laboratory, Inc.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 屈折率に異方性を有する基板と、 該基板の一方の表面に埋設されて形成された三次元型の
光導波路と、 該光導波路を覆って該基板の該表面上に形成された構造
性複屈折膜と、を有する導波型光素子において、前記構
造性複屈折膜は、前記光導波路を形成する材料の屈折率
よりも大きな等方性の屈折率を有する材料からなる薄膜
である高屈折率層と、該光導波路を形成する材料の屈折
率よりも小さな等方性の屈折率を有する材料からなる薄
膜である低屈折率層とが、交互に積層されてなる積層体
であることを特徴とする導波型光素子。
A substrate having anisotropic refractive index; a three-dimensional optical waveguide buried in one surface of the substrate; and a three-dimensional optical waveguide formed on the surface of the substrate so as to cover the optical waveguide. And a formed structural birefringent film, wherein the structural birefringent film is made of a material having an isotropic refractive index larger than the refractive index of the material forming the optical waveguide. A high refractive index layer, which is a thin film, and a low refractive index layer, which is a thin film made of a material having an isotropic refractive index smaller than the refractive index of the material forming the optical waveguide, are alternately laminated. A waveguide type optical element, which is a laminate.
【請求項2】 前記基板は、Z軸を法線としてカットさ
れたニオブ酸リチウム結晶(Z−cut:LiNbO3)か
らなり、 前記高屈折率層は、二酸化チタンTiO2 からなり、 前記低屈折率層は、二酸化珪素SiO2 からなる、 請求項1記載の導波型光素子。
2. The substrate is made of lithium niobate crystal (Z-cut: LiNbO 3 ) cut with the Z axis as a normal line, the high refractive index layer is made of titanium dioxide TiO 2 , and the low refractive index is made of rate layer is made of silicon dioxide SiO 2, waveguide type optical device according to claim 1, wherein.
JP15953698A 1998-06-08 1998-06-08 Waveguide type optical element Pending JPH11352349A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP15953698A JPH11352349A (en) 1998-06-08 1998-06-08 Waveguide type optical element

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP15953698A JPH11352349A (en) 1998-06-08 1998-06-08 Waveguide type optical element

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH11352349A true JPH11352349A (en) 1999-12-24

Family

ID=15695920

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP15953698A Pending JPH11352349A (en) 1998-06-08 1998-06-08 Waveguide type optical element

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH11352349A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007333756A (en) * 2006-06-12 2007-12-27 Fujitsu Ltd Optical waveguide device and optical modulator
WO2013047194A1 (en) * 2011-09-30 2013-04-04 住友大阪セメント株式会社 Optical waveguide device and method for manufacturing same
US20230194764A1 (en) * 2021-12-17 2023-06-22 Meta Platforms Technologies, Llc Active modulation of the refractive index in organic thin films via charge injection
CN116430516A (en) * 2023-04-21 2023-07-14 上海科技大学 Optical polarizer

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007333756A (en) * 2006-06-12 2007-12-27 Fujitsu Ltd Optical waveguide device and optical modulator
WO2013047194A1 (en) * 2011-09-30 2013-04-04 住友大阪セメント株式会社 Optical waveguide device and method for manufacturing same
US20230194764A1 (en) * 2021-12-17 2023-06-22 Meta Platforms Technologies, Llc Active modulation of the refractive index in organic thin films via charge injection
CN116430516A (en) * 2023-04-21 2023-07-14 上海科技大学 Optical polarizer
CN116430516B (en) * 2023-04-21 2024-03-08 上海科技大学 Optical polarizer

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5912762A (en) Thin film polarizing device
US5029988A (en) Birefringence diffraction grating type polarizer
US5303319A (en) Ion-beam deposited multilayer waveguides and resonators
JPH01315704A (en) Dielectric laminate analyzer
US7012747B2 (en) Polarizing beam splitter and polarizer using the same
JPH06289241A (en) Polarized light separating element
JPH0366642B2 (en)
JPH11352349A (en) Waveguide type optical element
JP5291424B2 (en) Absorption-type wire grid polarizer and liquid crystal display device
JP2002311402A (en) Faraday rotator
EP0845111B1 (en) Thin film polarizing device
US5363462A (en) Multilayer waveguide using a nonlinear LiNb Ta1-x O3 optical film
JP5291425B2 (en) Absorption-type wire grid polarizer and liquid crystal display device
JP5150992B2 (en) Liquid crystal device and optical attenuator
JPH063693A (en) Dielectric substance mirror and its manufacture
JP3234803B2 (en) Optical waveguide device
JPS59185311A (en) Light control type optical switch
JP2635986B2 (en) Optical waveguide switch
JPH07107561B2 (en) Multilayer optics
JPH04256904A (en) Polarizing element
KR100238167B1 (en) Optical polarizer and its fabrication method
JP2862838B2 (en) Optical waveguide polarizer
JPH04125602A (en) Optical waveguide type polarizer
JPH10282337A (en) Sheet-like polarization separation and transformation polarizing element, and liquid crystal display device using same
JPH10232312A (en) Optical branching filter