JPS60119522A - 導波路型光変調または偏向器 - Google Patents
導波路型光変調または偏向器Info
- Publication number
- JPS60119522A JPS60119522A JP58226981A JP22698183A JPS60119522A JP S60119522 A JPS60119522 A JP S60119522A JP 58226981 A JP58226981 A JP 58226981A JP 22698183 A JP22698183 A JP 22698183A JP S60119522 A JPS60119522 A JP S60119522A
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- Japan
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- optical waveguide
- waveguide
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- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B6/13—Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method
- G02B6/134—Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method by substitution by dopant atoms
- G02B6/1342—Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method by substitution by dopant atoms using diffusion
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/29—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection
- G02F1/33—Acousto-optical deflection devices
- G02F1/335—Acousto-optical deflection devices having an optical waveguide structure
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔技術分野〕
本発明は光導波路に関する。
現在、光偏向器・光変調器を集積光学構造体で実現する
場合、光導波路基板として、圧電効果・光音響効果・電
気光学効果に優れ、且つ、光伝搬損失が少ないニオブ酸
リチウム（以下Ｌ ＩＮｂ Ｏｓと記す）結晶及びタン
タル酸リチウム（以下ＬｉＴａＯ３と記す）結晶が広く
用いられている。
場合、光導波路基板として、圧電効果・光音響効果・電
気光学効果に優れ、且つ、光伝搬損失が少ないニオブ酸
リチウム（以下Ｌ ＩＮｂ Ｏｓと記す）結晶及びタン
タル酸リチウム（以下ＬｉＴａＯ３と記す）結晶が広く
用いられている。
前記結晶基板を用いて、薄膜光導波路を作製する代表的
な方法として、チタン（以下Ｔｉと記す）金属を前記結
晶基板の表面に、高温で熱拡散することによシ、該結晶
基板の表面に基板の屈折率よシわずかに大きな屈折率を
有する光導波路層を形成する方法即ちＴＩ内部拡散法が
ある。しかし、この方法により作製された薄膜光導波路
は、光学損傷を受け易く、非常に小さいパワーの光しか
該導波路に導入できカいという欠点がある。ここで光学
損傷は、「光導波路に入力する光の強度を増大していっ
たときに、該光導波路内を伝搬し外部に取シ出される光
の強度が、散乱によって低減し、前記入力光強度に比例
して増大しなくなる現象」を言う。
な方法として、チタン（以下Ｔｉと記す）金属を前記結
晶基板の表面に、高温で熱拡散することによシ、該結晶
基板の表面に基板の屈折率よシわずかに大きな屈折率を
有する光導波路層を形成する方法即ちＴＩ内部拡散法が
ある。しかし、この方法により作製された薄膜光導波路
は、光学損傷を受け易く、非常に小さいパワーの光しか
該導波路に導入できカいという欠点がある。ここで光学
損傷は、「光導波路に入力する光の強度を増大していっ
たときに、該光導波路内を伝搬し外部に取シ出される光
の強度が、散乱によって低減し、前記入力光強度に比例
して増大しなくなる現象」を言う。
ここで、第１図を参照してＴｉ内部拡散によって作製し
たＬｉＮｂＯ３光導波路における光学損傷について説明
する。第１図は導波形の高周波（以下ｒｆと略す）スペ
クトラムアナライザをＴ１拡散ＬＩＮｂＯ３光導波路を
用いて構成した従来例である。
たＬｉＮｂＯ３光導波路における光学損傷について説明
する。第１図は導波形の高周波（以下ｒｆと略す）スペ
クトラムアナライザをＴ１拡散ＬＩＮｂＯ３光導波路を
用いて構成した従来例である。
導波光５の入力方法として第１図に示す様な半導体レー
ザ３の発光面４を導波路２の端面に直接コンタクトさせ
るいわゆるバットカップリング法が用いられる。このバ
ットカップリング法は高効率が得られ、構成が簡便々こ
とから半導体レーザと薄膜光導波路の結合法としては有
効な方法の１つである。
ザ３の発光面４を導波路２の端面に直接コンタクトさせ
るいわゆるバットカップリング法が用いられる。このバ
ットカップリング法は高効率が得られ、構成が簡便々こ
とから半導体レーザと薄膜光導波路の結合法としては有
効な方法の１つである。
しかしながら、高効率を得るためには、半導体レーザの
発光面４と導波路２を密着させておく必要があり、入力
結合部分は著しく高いパワー密度と々る。そのためＴｉ
拡散によって作製した導波路では該入力結合部分におい
て著しい光学損傷を生じ、光ｉ４ワーの損失と共に導波
路レンズ６によってコリメートした導波光７の散乱が増
加するという現象がみられた。また、このｒｆスペクト
ラムアナライザでは、解析すべきｒｆ箪方力入力８くし
状電極９に印加し、電気入力の周波数に対応した弾性表
面波１０を伝搬させ、コリメートされた光波７をブラッ
グ回折させている。ブラッグ回折された光は導波路レン
ズ１１によってフーリエ交換され、フーリエ変換面に周
波数に対応したスペクトル強度が観測できることになる
。７一リエ変換面は通常導波路端面１４に設定し、光強
度分布をＣ０Ｄ−７どの光検出器で分析することによっ
て入力電気信号の実時間のスペクトル解析が可能となる
。ここで、前記入力結合部分と同様、フーリエ変換面と
なる導波路端面１４では著しく高いパワー密度と々シ光
学損傷を生ずることに々る。この様に該ｒｆスペクラム
アナライザ等の光学集積体の入出力部分は高いノ＋ワー
密度の光を導波させる必要があり、光学損傷に対して耐
性の強い導波路を形成することが必要と力る。
発光面４と導波路２を密着させておく必要があり、入力
結合部分は著しく高いパワー密度と々る。そのためＴｉ
拡散によって作製した導波路では該入力結合部分におい
て著しい光学損傷を生じ、光ｉ４ワーの損失と共に導波
路レンズ６によってコリメートした導波光７の散乱が増
加するという現象がみられた。また、このｒｆスペクト
ラムアナライザでは、解析すべきｒｆ箪方力入力８くし
状電極９に印加し、電気入力の周波数に対応した弾性表
面波１０を伝搬させ、コリメートされた光波７をブラッ
グ回折させている。ブラッグ回折された光は導波路レン
ズ１１によってフーリエ交換され、フーリエ変換面に周
波数に対応したスペクトル強度が観測できることになる
。７一リエ変換面は通常導波路端面１４に設定し、光強
度分布をＣ０Ｄ−７どの光検出器で分析することによっ
て入力電気信号の実時間のスペクトル解析が可能となる
。ここで、前記入力結合部分と同様、フーリエ変換面と
なる導波路端面１４では著しく高いパワー密度と々シ光
学損傷を生ずることに々る。この様に該ｒｆスペクラム
アナライザ等の光学集積体の入出力部分は高いノ＋ワー
密度の光を導波させる必要があり、光学損傷に対して耐
性の強い導波路を形成することが必要と力る。
前記光学損傷を改善する方法として、いくつかの導波路
の作製方法が提案されている。従来行われている方法と
して代表的なものは（１）酸化リチウム（以下Ｌ１２０
と記す）外部拡散法と（２）イオン交換法がある。Ｌ＋
２０外部拡散法はＬ Ｉ ＮｂＯ３やＬｉＴａＯ３など
の単結晶を高温（約１０００℃）で熱処理し、基板表面
にＬｉの欠乏層を形成して導波路を形成する方法である
。上記Ｌｉ２Ｏ外部拡散法によって作製した光導波路は
、Ｔｉ内部拡散によって作製した導波路に比べて、光学
損傷に対する耐性が著しく高く々ることか知られている
〔文献参照、Ｒ，Ｌ。
の作製方法が提案されている。従来行われている方法と
して代表的なものは（１）酸化リチウム（以下Ｌ１２０
と記す）外部拡散法と（２）イオン交換法がある。Ｌ＋
２０外部拡散法はＬ Ｉ ＮｂＯ３やＬｉＴａＯ３など
の単結晶を高温（約１０００℃）で熱処理し、基板表面
にＬｉの欠乏層を形成して導波路を形成する方法である
。上記Ｌｉ２Ｏ外部拡散法によって作製した光導波路は
、Ｔｉ内部拡散によって作製した導波路に比べて、光学
損傷に対する耐性が著しく高く々ることか知られている
〔文献参照、Ｒ，Ｌ。
Ｈｏｌｍａｎ ： ５ＰＩＥ ３１７巻４７−２−ジ（
１９８１））。しかし々がら、該Ｌｉ２Ｏ外部拡散法で
作製される光導波路の厚さはその屈折率変化が小さい為
、導波路を形成するためには導波路層を１０〜１００μ
ｍとかなシ厚くする必要がある。従って導波光のエネル
ギ分布が厚さ方向に拡がって、光偏向器、光変調器環を
導波構造で実現する場合デバイスの効率が著しく低下す
るという欠点があった。もう１つの作製法であるイオン
交換法はＬｉＮｂ０ やＬ １Ｔ ａＯ５基板をカリウ
ム、銀等のイオンを含む溶融塩中で処理を行う方法であ
る。また安息香酸々どの弱酸中で処理しイオン種として
プロトン（Ｈ）を交換する方法も導波路を形成する方法
として用いられる。上記イオン交換法あるいはプロトン
交換法で作製された光導波路はＴｌ内部拡散法で作製さ
れた光導波路に比べて光学損傷の耐性が高いことが確か
められている〔参考文献、Ｙ、 Ｃｈｅｎ Ａｐｐｌ、
Ｐｈｙｓ。
１９８１））。しかし々がら、該Ｌｉ２Ｏ外部拡散法で
作製される光導波路の厚さはその屈折率変化が小さい為
、導波路を形成するためには導波路層を１０〜１００μ
ｍとかなシ厚くする必要がある。従って導波光のエネル
ギ分布が厚さ方向に拡がって、光偏向器、光変調器環を
導波構造で実現する場合デバイスの効率が著しく低下す
るという欠点があった。もう１つの作製法であるイオン
交換法はＬｉＮｂ０ やＬ １Ｔ ａＯ５基板をカリウ
ム、銀等のイオンを含む溶融塩中で処理を行う方法であ
る。また安息香酸々どの弱酸中で処理しイオン種として
プロトン（Ｈ）を交換する方法も導波路を形成する方法
として用いられる。上記イオン交換法あるいはプロトン
交換法で作製された光導波路はＴｌ内部拡散法で作製さ
れた光導波路に比べて光学損傷の耐性が高いことが確か
められている〔参考文献、Ｙ、 Ｃｈｅｎ Ａｐｐｌ、
Ｐｈｙｓ。
Ｌｅｔｔ、、４０巻 １０−９！−ジ（１９８２） ：
］。しかしながら、該イオン交換法においては、イオン
交換処理中に結晶に歪みを生じ、光偏向器・光変調器と
しての特性が劣化するという欠点があった。即ち、第１
図に示したＴｉ拡散の導波路層２を前記のし１２０外部
拡散法、またはイオン交換等の方法で形成した導波路と
すると、光学損傷に対する耐性は高まるが、弾性表面波
１ｏと光波７の相互作用が弱く々ったシ、変調効率が低
下するという欠点があった。
］。しかしながら、該イオン交換法においては、イオン
交換処理中に結晶に歪みを生じ、光偏向器・光変調器と
しての特性が劣化するという欠点があった。即ち、第１
図に示したＴｉ拡散の導波路層２を前記のし１２０外部
拡散法、またはイオン交換等の方法で形成した導波路と
すると、光学損傷に対する耐性は高まるが、弾性表面波
１ｏと光波７の相互作用が弱く々ったシ、変調効率が低
下するという欠点があった。
本発明は、以上の如き従来技術に鑑み、光導波路におい
て光学損傷を抑制し且つ光変調あるいは光偏向の効率を
高めることを目的とする。
て光学損傷を抑制し且つ光変調あるいは光偏向の効率を
高めることを目的とする。
以上の如き目的は導波路の入出力部分と光変調あるいは
光偏向部分の導波特性をそれぞれ最適化することによっ
て達成される。
光偏向部分の導波特性をそれぞれ最適化することによっ
て達成される。
以下、図面を参照しつつ本発明を説明する。
第２図は本発明による光導波路の実施例を示す概略図で
ある。
ある。
光導波路の作製は次の様にして行われた。
まず導波路レンズの形成のためｙ −ｃｕｔ ＬｉＮｂ
Ｏ３基板１上にボウル状の凹みをダイヤモンドボールに
よる加工で形成し、ジオデシック形導波路レンズの基板
加工を行う。第１段階としてＬｉ２Ｏ外部拡散を１００
０℃、１０時間行い、光導波路層を全面Ｋｍ成する。次
に第２段階として光変調・偏向を行う部分のみにＴｉ膜
を蒸着し、１０００℃、２．５時間熱拡散を行うことに
よって導波路部１５ｃを形成する。これによシ、残シの
部分に入出力導波路部１５ａ 、１５ｂが形成される。
Ｏ３基板１上にボウル状の凹みをダイヤモンドボールに
よる加工で形成し、ジオデシック形導波路レンズの基板
加工を行う。第１段階としてＬｉ２Ｏ外部拡散を１００
０℃、１０時間行い、光導波路層を全面Ｋｍ成する。次
に第２段階として光変調・偏向を行う部分のみにＴｉ膜
を蒸着し、１０００℃、２．５時間熱拡散を行うことに
よって導波路部１５ｃを形成する。これによシ、残シの
部分に入出力導波路部１５ａ 、１５ｂが形成される。
最後に弾性表面波を励起するためのくし状電極９を通常
のフォトリソグラフィー技術を用いてアルミニウム電極
で形成する。光の入出力部分である導波路部１５ａ。
のフォトリソグラフィー技術を用いてアルミニウム電極
で形成する。光の入出力部分である導波路部１５ａ。
１５ｂの端面は導波路レンズ６．１１の焦点位置に一致
する様に精密に位置設定を行い、光学研磨を施した。
する様に精密に位置設定を行い、光学研磨を施した。
この様にして作製された光導波路に半導体レーザ光（λ
＝０８３μｍ５ｍＷ）をバットカップリングによって結
合させ、弾性表面波と相互作用させた結果、素子の変調
効率を低下させること々く、光学損傷に対する耐性が高
められた。
＝０８３μｍ５ｍＷ）をバットカップリングによって結
合させ、弾性表面波と相互作用させた結果、素子の変調
効率を低下させること々く、光学損傷に対する耐性が高
められた。
第２の実施例は、前記実施例記載の導波路形成法におい
て第１段階で光変調・偏向を行う部分にまずＴｉ熱拡散
によって導波路部１５ｃを形成する。次にこの導波路部
１５ｃ上にマスクとして金薄膜を施し、人出カ部分にイ
オン交換によって導波路部１５ａ 、１５ｂを形成する
。イオン交換は２５０℃に加熱した安息香酸中に上記基
板を１時間浸すことによシ行った。
て第１段階で光変調・偏向を行う部分にまずＴｉ熱拡散
によって導波路部１５ｃを形成する。次にこの導波路部
１５ｃ上にマスクとして金薄膜を施し、人出カ部分にイ
オン交換によって導波路部１５ａ 、１５ｂを形成する
。イオン交換は２５０℃に加熱した安息香酸中に上記基
板を１時間浸すことによシ行った。
この様にして作製した光導波路も前記第１実施例と同様
、素子の変調効率を低下させることなく光学損傷に対す
る耐性が高められた。
、素子の変調効率を低下させることなく光学損傷に対す
る耐性が高められた。
以上の実施例において、光変調・偏向部として弾性表面
波を用いた機能素子について記述したが、電気光学効果
・熱光学効果等を用いた機能素子に対しても適用できる
ことは言うまでも々い。また入出力結合法として前記２
つの実施例では、特にバットカップリング法を用いたが
、プリズムカップラあるいはグレーティングカッシラに
よる入出力結合を採用しても、本発明の効果が失われる
ことはない。
波を用いた機能素子について記述したが、電気光学効果
・熱光学効果等を用いた機能素子に対しても適用できる
ことは言うまでも々い。また入出力結合法として前記２
つの実施例では、特にバットカップリング法を用いたが
、プリズムカップラあるいはグレーティングカッシラに
よる入出力結合を採用しても、本発明の効果が失われる
ことはない。
以上説明した様に、本発明による光導波路は光入出力部
分に光学損傷耐性の高い光導波路部を構成し、光変調・
偏向部分に変調特性の優れた光導波路部を構成すること
によって、変調効率を低下させることなく、光学損傷に
対する耐性を高めることができる。
分に光学損傷耐性の高い光導波路部を構成し、光変調・
偏向部分に変調特性の優れた光導波路部を構成すること
によって、変調効率を低下させることなく、光学損傷に
対する耐性を高めることができる。
本発明によれば、更に、光導波路を上記の様に変調部分
と入出力部分とに分離することによって各部分の導波光
の深さ方向の分布を制御し、入出力効率、変調効率を最
大にすることができるという利点がある。例えば、入力
部分の導波路部を伝搬する光波の深さ方向の分布は入力
半導体レーデの強度分布となるべく一致させる必要があ
シ、両者の強度分布の重ね合わせによって入力効率が決
定される。一方、変調器部分では、屈折率等が変調され
た部分と導波光の強度分布が一致する方がよシ変調効率
が高まり低ノｅワーで変調が可能と々る。弾性表面波の
場合には、弾性表面波の強度分布と導波光の強度分布の
重ね合わせが大きくなる様に導波路厚を最適設割する必
要がある。前記入力部分において、入力効率を最大にす
る導波路厚と該変調部分において、変調効率を最大にす
る導波路厚とは一般に異なるため、両者の導波路部を本
発明の様に２つの部分に分離することは有効である。
と入出力部分とに分離することによって各部分の導波光
の深さ方向の分布を制御し、入出力効率、変調効率を最
大にすることができるという利点がある。例えば、入力
部分の導波路部を伝搬する光波の深さ方向の分布は入力
半導体レーデの強度分布となるべく一致させる必要があ
シ、両者の強度分布の重ね合わせによって入力効率が決
定される。一方、変調器部分では、屈折率等が変調され
た部分と導波光の強度分布が一致する方がよシ変調効率
が高まり低ノｅワーで変調が可能と々る。弾性表面波の
場合には、弾性表面波の強度分布と導波光の強度分布の
重ね合わせが大きくなる様に導波路厚を最適設割する必
要がある。前記入力部分において、入力効率を最大にす
る導波路厚と該変調部分において、変調効率を最大にす
る導波路厚とは一般に異なるため、両者の導波路部を本
発明の様に２つの部分に分離することは有効である。
第１図は従来の光導波路の構成概略図であシ、第２図は
本発明による光導波路の構成概略図である。 各図において、１はＬ １Ｎｂ０３基板、２はＴｌ拡散
によって作製した導波路層、３は半導体レーザ、４は半
導体レーザ発光面、５は入力導波光、６゜１１は導波路
レンズ、７はコリメートされた導波光、８はｒｆ電気入
力、９はくし形電極、１０は弾性表面波、１２．１３は
各スペクトル成分にフーリエ変換された出力導波光、１
４はフーリエ変換面を示す導波路端面、１５は光導波路
層、１５ａ。 １５ｂは入出力光導波路部、１５ｃは光変調・光偏向導
波路部である。 ＠１図 １１２図 １５ａ １５ｃ １５ｂ
本発明による光導波路の構成概略図である。 各図において、１はＬ １Ｎｂ０３基板、２はＴｌ拡散
によって作製した導波路層、３は半導体レーザ、４は半
導体レーザ発光面、５は入力導波光、６゜１１は導波路
レンズ、７はコリメートされた導波光、８はｒｆ電気入
力、９はくし形電極、１０は弾性表面波、１２．１３は
各スペクトル成分にフーリエ変換された出力導波光、１
４はフーリエ変換面を示す導波路端面、１５は光導波路
層、１５ａ。 １５ｂは入出力光導波路部、１５ｃは光変調・光偏向導
波路部である。 ＠１図 １１２図 １５ａ １５ｃ １５ｂ
Claims (6)
- （１）入出力を行う光導波路部と光変調あるいは光偏向
を行う光導波路部とが基板上に設けられており、該２つ
の光導波路部が異なる光導波特性をもつことを特徴とす
る、光導波路。 - （２）基板がニオブ酸すチウに結晶である、第１項の光
導波路。 - （３）基板がタンタル酸リチウム結晶である、第１項の
光導波路。 - （４）入出力を行う光導波路部がイオン交換によって形
成°され、光変調あるいは光偏向を行う光導波路部がチ
タンの内部拡散によって形成される、第２項又は第３項
の光導波路。 - （５）入出力を行う光導波路部が酸化リチウノ・の外部
拡散によって形成され、光変調わるいは光偏向を行う光
導波路部がチタンの内部拡散によって形成される、第２
項又は第３項の光導波路。 - （６）光変調あるいは光偏向を行う光導波部のみに電気
光学効果あるいは圧電効果をもつ材料を適用する、第１
項の光導波路。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58226981A JPS60119522A (ja) | 1983-12-02 | 1983-12-02 | 導波路型光変調または偏向器 |
| DE19843443863 DE3443863A1 (de) | 1983-12-02 | 1984-11-30 | Element mit lichtwellenleitern und verfahren zu dessen herstellung |
| US07/170,622 US4793675A (en) | 1983-12-02 | 1988-03-18 | Element having light waveguides and method of making same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58226981A JPS60119522A (ja) | 1983-12-02 | 1983-12-02 | 導波路型光変調または偏向器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60119522A true JPS60119522A (ja) | 1985-06-27 |
| JPH0452922B2 JPH0452922B2 (ja) | 1992-08-25 |
Family
ID=16853635
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58226981A Granted JPS60119522A (ja) | 1983-12-02 | 1983-12-02 | 導波路型光変調または偏向器 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4793675A (ja) |
| JP (1) | JPS60119522A (ja) |
| DE (1) | DE3443863A1 (ja) |
Families Citing this family (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4755036A (en) * | 1985-02-07 | 1988-07-05 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Apparatus for deflecting light beam |
| JP2629170B2 (ja) * | 1985-06-08 | 1997-07-09 | ブラザー工業株式会社 | レーザプリンタ |
| JPS6232425A (ja) * | 1985-08-05 | 1987-02-12 | Brother Ind Ltd | 光偏向器 |
| JPS62237433A (ja) * | 1986-04-09 | 1987-10-17 | Brother Ind Ltd | 光偏向器 |
| JPS6370203A (ja) * | 1986-09-11 | 1988-03-30 | Brother Ind Ltd | 屈折率分布型光導波路レンズの製造方法 |
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