JPS60156039A - 光機能素子の作製方法 - Google Patents
光機能素子の作製方法Info
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- JPS60156039A JPS60156039A JP59010508A JP1050884A JPS60156039A JP S60156039 A JPS60156039 A JP S60156039A JP 59010508 A JP59010508 A JP 59010508A JP 1050884 A JP1050884 A JP 1050884A JP S60156039 A JPS60156039 A JP S60156039A
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- 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
- G02F1/295—Analog deflection from or in an optical waveguide structure]
- G02F1/2955—Analog deflection from or in an optical waveguide structure] by controlled diffraction or phased-array beam steering
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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】
本発明は、薄膜光導波路を用いた光機能素子の作製方法
に関するものである。
に関するものである。
現在、光偏向器、光変調器等の光機能素子を集積光学構
造体で実現する場合、光導波路基板として、圧電性、光
音響効果、電気光学効果に優れ、且つ、光伝播損失が少
ないニオブ酸リチウム（以下Ｌ ｔＮｂＯｘと記す）結
晶及びタンタル酸リチウム（以下ＬｉＴａ０．と記す）
結晶が広く用いられている。
造体で実現する場合、光導波路基板として、圧電性、光
音響効果、電気光学効果に優れ、且つ、光伝播損失が少
ないニオブ酸リチウム（以下Ｌ ｔＮｂＯｘと記す）結
晶及びタンタル酸リチウム（以下ＬｉＴａ０．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Ｔ１と記す）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りわずかに大きな屈折率を有す
る光導波層を形成する方法がある。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ないと
いう欠点がある。ここで光学損傷とは、「光導波路に入
力する光強度を増大していったときに、該光導波路内を
伝播し外部に取り出される光の強度が、散乱によって前
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Ｔ１と記す）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りわずかに大きな屈折率を有す
る光導波層を形成する方法がある。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ないと
いう欠点がある。ここで光学損傷とは、「光導波路に入
力する光強度を増大していったときに、該光導波路内を
伝播し外部に取り出される光の強度が、散乱によって前
記入力光強度に比例して増大しなくなる現象」を言う。
前記光学損傷を改善する光導波路の作製方法としては、
ＬｉＮｂＯ３やＬｉＴａ０１ の結晶基板を高温で熱処
理し、該結晶基板中から酸化リチウム（以下Ｌｉ２Ｏと
記す）を外部拡散し、基板の表面近傍に基板よりわずか
に屈折率の大きなリチウム（以下Ｌｉと記す）空格子層
を形成する方法がある。
ＬｉＮｂＯ３やＬｉＴａ０１ の結晶基板を高温で熱処
理し、該結晶基板中から酸化リチウム（以下Ｌｉ２Ｏと
記す）を外部拡散し、基板の表面近傍に基板よりわずか
に屈折率の大きなリチウム（以下Ｌｉと記す）空格子層
を形成する方法がある。
上記Ｌｉ、０外部拡散法により、光学損傷のしきい値が
Ｔｉの内部拡散法に比べて高くなることが文献〔几、Ｌ
、Ｈｏｌｍａｎ ＆ Ｐ、Ｊ、Ｃｒｅｓｓｍａｎ 、Ｉ
ＯＣ，９０゜２８ Ａｐｒｉｌ （１９８１） ］に示
されテイル。
Ｔｉの内部拡散法に比べて高くなることが文献〔几、Ｌ
、Ｈｏｌｍａｎ ＆ Ｐ、Ｊ、Ｃｒｅｓｓｍａｎ 、Ｉ
ＯＣ，９０゜２８ Ａｐｒｉｌ （１９８１） ］に示
されテイル。
ところで、光偏向器、光変調器を光音響効果や一気光学
効果を利用して実現しようとする場合、前記各効果の効
率を上げることが素子形成において重要になる。光音響
効果を利用する代表例としては、光導波路上にホトリソ
グラフィーで作製したくし形電極に高周波電界を印加し
、光導波路上に弾性表面波を励起させる方法がある。こ
の場合、光導波路上に励起された弾性表面波と光導波路
中を伝播する導波光との相互作用は、導波光のエネルギ
ー分布が基板表面近傍に閉じ込められるほど増大するこ
とが知られている。（Ｃ，Ｓ、Ｔｓａｉ 、 ＩＢＥＥ
ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳＯＮＣＩ几ＣＵｉＴ８ Ａ
ＮＤ ＳＹＳＴＥＭＳ、ＶＯＬ、ＣＡＳ−２６、１２，
１９７９］ 上記相互作用を蹟犬眼に利用するという観点からすると
、前述のＬｉｔＯの外部拡散法で形成される光導波層（
Ｌｉ空格子層）の厚さは、その屈折率変化が小さい為、
１０〜１００μｍ程贋とかなシ厚くする必要があり、導
波光のエネルギー分布が厚さ方向に広がって好ましくな
い。従って、前述のＬｉ２Ｏ外部拡散法によって作製さ
れた薄膜光導波路を前記光偏向器等に利用する場合、効
率の高い装置の実現が困雌であった。
効果を利用して実現しようとする場合、前記各効果の効
率を上げることが素子形成において重要になる。光音響
効果を利用する代表例としては、光導波路上にホトリソ
グラフィーで作製したくし形電極に高周波電界を印加し
、光導波路上に弾性表面波を励起させる方法がある。こ
の場合、光導波路上に励起された弾性表面波と光導波路
中を伝播する導波光との相互作用は、導波光のエネルギ
ー分布が基板表面近傍に閉じ込められるほど増大するこ
とが知られている。（Ｃ，Ｓ、Ｔｓａｉ 、 ＩＢＥＥ
ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳＯＮＣＩ几ＣＵｉＴ８ Ａ
ＮＤ ＳＹＳＴＥＭＳ、ＶＯＬ、ＣＡＳ−２６、１２，
１９７９］ 上記相互作用を蹟犬眼に利用するという観点からすると
、前述のＬｉｔＯの外部拡散法で形成される光導波層（
Ｌｉ空格子層）の厚さは、その屈折率変化が小さい為、
１０〜１００μｍ程贋とかなシ厚くする必要があり、導
波光のエネルギー分布が厚さ方向に広がって好ましくな
い。従って、前述のＬｉ２Ｏ外部拡散法によって作製さ
れた薄膜光導波路を前記光偏向器等に利用する場合、効
率の高い装置の実現が困雌であった。
一方、光学損傷を改善する薄膜光導波路の他の作製方法
として、イオン交換法が知られている。この方法は、硝
酸タリウム（以下ＴＩ！ＮＯ，と記す）、硝酸銀（以下
ＡｇＮ０．と記す）、硝酸カリウム（以下ＫＮＯ，と記
す）等の溶融塩中又は、安息香酸（Ｃ，ｌ（、Ｃ００Ｈ
）等の弱酸中で、 ＬｉＮｂ０．又は、ＬｉＴａ０．の
結晶基板を低温熱処理することにより、該結晶基板内の
リチウムイオン（Ｌｌ）か弱酸中ノプロトン（Ｈ＋）等
のイオン種と交換され、大きな屈折率差（ｍ ｈ〜０．
１２）をもつ光尋波 １路層が形成されるものである０ 上記イオン交換法によシ作製された薄膜光導波路の光学
損傷のしきい値は Ｔ＋拡散のものより数ｌＯ倍程度向
上する良い特性をもつ反面、上記イオン交換処理によっ
てＬｉＮｂＯ５，ＬｉＴａＯｘ結晶個有の圧電性或いは
電気光学特性が低下し、例えば光偏向器に用いる場合、
導波光の回折効率が下がるという問題点を有していた。
として、イオン交換法が知られている。この方法は、硝
酸タリウム（以下ＴＩ！ＮＯ，と記す）、硝酸銀（以下
ＡｇＮ０．と記す）、硝酸カリウム（以下ＫＮＯ，と記
す）等の溶融塩中又は、安息香酸（Ｃ，ｌ（、Ｃ００Ｈ
）等の弱酸中で、 ＬｉＮｂ０．又は、ＬｉＴａ０．の
結晶基板を低温熱処理することにより、該結晶基板内の
リチウムイオン（Ｌｌ）か弱酸中ノプロトン（Ｈ＋）等
のイオン種と交換され、大きな屈折率差（ｍ ｈ〜０．
１２）をもつ光尋波 １路層が形成されるものである０ 上記イオン交換法によシ作製された薄膜光導波路の光学
損傷のしきい値は Ｔ＋拡散のものより数ｌＯ倍程度向
上する良い特性をもつ反面、上記イオン交換処理によっ
てＬｉＮｂＯ５，ＬｉＴａＯｘ結晶個有の圧電性或いは
電気光学特性が低下し、例えば光偏向器に用いる場合、
導波光の回折効率が下がるという問題点を有していた。
本発明の目的は、前記従来例の問題点を解決し、光学損
傷のしきい値が十分高く、かつ、効率良く機能する光機
能素子を簡易に作製する方法を提供することにある。
傷のしきい値が十分高く、かつ、効率良く機能する光機
能素子を簡易に作製する方法を提供することにある。
本発明はニオブ酸リチウム結晶基板又はタンタル酸リチ
ウム結晶基板の表面の一部に電極を形成する過程と、前
記電極で覆われていない部分の基板中にプロトンを注入
する過程とから光機能素子を作製する事によって上記目
的を達成するものである０ 以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。
ウム結晶基板の表面の一部に電極を形成する過程と、前
記電極で覆われていない部分の基板中にプロトンを注入
する過程とから光機能素子を作製する事によって上記目
的を達成するものである０ 以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。
第１図は本発明に基づいて作製された、音響光学（ＡＯ
）効果を用いた光機能素子の一例である光偏向器を示す
０ ここで１はＬ １ＮｂＯｓ結晶基板、２はプロトン注入
部、３はプロトン非注入部、４は発信側くし型電極、５
は受信側くし型電極、６は入力用プリズム光結合器、７
Ｆｉ出力出力用プリズム光器である。
）効果を用いた光機能素子の一例である光偏向器を示す
０ ここで１はＬ １ＮｂＯｓ結晶基板、２はプロトン注入
部、３はプロトン非注入部、４は発信側くし型電極、５
は受信側くし型電極、６は入力用プリズム光結合器、７
Ｆｉ出力出力用プリズム光器である。
第１図に示す如く、本発明で作製された薄膜光導波路型
光偏向器は、弾性表面波を発生させるもしくは受信する
くし形電極が、プロトンを注入していない部分に設けら
れている０以下、上記の光偏向器の作製方法を第２図（
ａ）（ｂ）を用いて詳細に説明する。Ｘ板のＬ ｉ Ｎ
ｂＯ５結晶（Ｘ方向に１調厚、２方向およびＸ方向に夫
々１インチ）の−面（例えばＸ＋而）ｅ、ニュートンリ
ング数本以内の平面度に研摩した後、夫々、メタノール
、アセトン、純水による通常の超音波洗浄を行ない、窒
素ガスを吹きつけて乾燥させた。
光偏向器は、弾性表面波を発生させるもしくは受信する
くし形電極が、プロトンを注入していない部分に設けら
れている０以下、上記の光偏向器の作製方法を第２図（
ａ）（ｂ）を用いて詳細に説明する。Ｘ板のＬ ｉ Ｎ
ｂＯ５結晶（Ｘ方向に１調厚、２方向およびＸ方向に夫
々１インチ）の−面（例えばＸ＋而）ｅ、ニュートンリ
ング数本以内の平面度に研摩した後、夫々、メタノール
、アセトン、純水による通常の超音波洗浄を行ない、窒
素ガスを吹きつけて乾燥させた。
次に、ポジ型ホトレジストヲスビナーで厚さ１〜１．５
μｍにスピナーコートし、くシ形電極のネガマスクで密
着露光し、くシ形電極部のみが残らないように現像した
。水洗後乾燥し、真空蒸着装置に装荷してｓ、、ｌＸ
１０ ’ｌ’ｏｒｒまで排気を行い、ＥＢ蒸着によって
Ｍ（膜厚１５００λ）を蒸着した。蒸着後アセトンに数
分浸すことによって、ホトレジスト上のＭ膜がリフトオ
フで除去され、第２図（≦）のように結晶基板１上にく
し形電極４，５のみが光導波路上に形成された。
μｍにスピナーコートし、くシ形電極のネガマスクで密
着露光し、くシ形電極部のみが残らないように現像した
。水洗後乾燥し、真空蒸着装置に装荷してｓ、、ｌＸ
１０ ’ｌ’ｏｒｒまで排気を行い、ＥＢ蒸着によって
Ｍ（膜厚１５００λ）を蒸着した。蒸着後アセトンに数
分浸すことによって、ホトレジスト上のＭ膜がリフトオ
フで除去され、第２図（≦）のように結晶基板１上にく
し形電極４，５のみが光導波路上に形成された。
この際のくし形電極は、弾性表面波の中心波長が６００
Ｈｚになるように設計したので、該くし形電極の電極
幅と電極間隔は、双方共１．４５μｍであった。
Ｈｚになるように設計したので、該くし形電極の電極
幅と電極間隔は、双方共１．４５μｍであった。
次に、上記電極付結晶基板に対して、イオン交換処理を
実施した。イオン交換処理は、１００ｃｃの石英製ビー
カーの中に、安息香酸（Ｃ，Ｈ，Ｃ００ｆ（）を８０ｇ
入れ、上記電極付結晶基板を電極が作製された面を上に
して置き、ビーカーをアルミホイルで密閉して、ビーカ
ーごと熱炉に入れ、２５０℃の温度で１５分間保持した
。又、ここで安息香酸の代わりにバルミチン酸（ＣＨ−
（ＣＨ２）、４ＣＯＯＨ）、ステアリン酸（ａＨ，（Ｃ
Ｈ，）、、 Ｃ０ＯＨ）等の弱ｅ’ｐ、ＡｇＮ０１ｌ、
ＴＩ！ＮＯａ 、 ＴＩ！８０． 、 ＫＮＯ，等Ｏ
溶解塩を用いても良い。前述の熱処理後、石英製の基板
保持具を用いて基板を取り出し、エタノール、引き続き
アセ、トンで基板を洗浄した。基板に付着した安息香酸
結晶は、上記溶剤により容易に溶ける。このようにして
、第２図（ｂ）のように結晶基板ｌ上に光導波路となる
プロトン注入部２が形成され、くシ形電極４．５の直下
のみ、プロトン非注入部となった。
実施した。イオン交換処理は、１００ｃｃの石英製ビー
カーの中に、安息香酸（Ｃ，Ｈ，Ｃ００ｆ（）を８０ｇ
入れ、上記電極付結晶基板を電極が作製された面を上に
して置き、ビーカーをアルミホイルで密閉して、ビーカ
ーごと熱炉に入れ、２５０℃の温度で１５分間保持した
。又、ここで安息香酸の代わりにバルミチン酸（ＣＨ−
（ＣＨ２）、４ＣＯＯＨ）、ステアリン酸（ａＨ，（Ｃ
Ｈ，）、、 Ｃ０ＯＨ）等の弱ｅ’ｐ、ＡｇＮ０１ｌ、
ＴＩ！ＮＯａ 、 ＴＩ！８０． 、 ＫＮＯ，等Ｏ
溶解塩を用いても良い。前述の熱処理後、石英製の基板
保持具を用いて基板を取り出し、エタノール、引き続き
アセ、トンで基板を洗浄した。基板に付着した安息香酸
結晶は、上記溶剤により容易に溶ける。このようにして
、第２図（ｂ）のように結晶基板ｌ上に光導波路となる
プロトン注入部２が形成され、くシ形電極４．５の直下
のみ、プロトン非注入部となった。
このようにして、作成された光導波路の特性を調べるた
めに、ルチルプリズムで波長６３２８人のＨｅ −Ｎｅ
光を導波路面内のｙ方向へ導入し、１０ ｍＷ／ ｍ
ｕという非常に高い値を得た。
めに、ルチルプリズムで波長６３２８人のＨｅ −Ｎｅ
光を導波路面内のｙ方向へ導入し、１０ ｍＷ／ ｍ
ｕという非常に高い値を得た。
一方、基板表面全面に前述と同様のイオン交□ｌｉｍｅ
お７つえよ、。つ、１イヤオツゆ、ヶえ １の方法によ
って同様の光偏向器を作製し、本発明による光偏向器と
、導波光の回折効率の比較を行なった。第１図に示す如
く、両者とも、入射光９は、波長６３２８人のＨｅ−Ｎ
ｅレーザーを用い５発信側くし形電極４に０．６Ｗの几
Ｆ電力を印加したＯ入射光９は、入力用プリズム光結合
器６により導波光に変換され、発信側くし形電極４から
励起された弾性表面波８によ如回折され、上記回折光は
出力用プリズム光結合器７から出射する。一方、弾性表
面波８は発信側くし形電極の対向する所に位置する受信
側くし形電極５により受信され、弾性表面波の挿入損失
が測定できる。回折効率は、本発明によって作製した場
合６０％であり、一方、従来の方法による場合、０．５
％という結果が得られた。一方、受信側くし形電極によ
る挿入損失の値は、本発明によって作製した場合、１７
ｄＢに対し、従来の方法による場合、’４０ｄＢであっ
た。
お７つえよ、。つ、１イヤオツゆ、ヶえ １の方法によ
って同様の光偏向器を作製し、本発明による光偏向器と
、導波光の回折効率の比較を行なった。第１図に示す如
く、両者とも、入射光９は、波長６３２８人のＨｅ−Ｎ
ｅレーザーを用い５発信側くし形電極４に０．６Ｗの几
Ｆ電力を印加したＯ入射光９は、入力用プリズム光結合
器６により導波光に変換され、発信側くし形電極４から
励起された弾性表面波８によ如回折され、上記回折光は
出力用プリズム光結合器７から出射する。一方、弾性表
面波８は発信側くし形電極の対向する所に位置する受信
側くし形電極５により受信され、弾性表面波の挿入損失
が測定できる。回折効率は、本発明によって作製した場
合６０％であり、一方、従来の方法による場合、０．５
％という結果が得られた。一方、受信側くし形電極によ
る挿入損失の値は、本発明によって作製した場合、１７
ｄＢに対し、従来の方法による場合、’４０ｄＢであっ
た。
以上の結果より、本発明の作製方法を用いて、プロトン
非注入部にくし形電極が形成された構成とすると、プロ
トン注入による結晶基板の圧−電性の低下を防ぎ、弾性
表面波への変換率を高め、導波光の回折効率を向上でき
ることがわかつた。従って、本発明に基づいて′作製さ
れた光偏向器は、光学損傷のしきい値が高く、かつ導波
光の回折効率が高いというすぐれた特性を有する。
非注入部にくし形電極が形成された構成とすると、プロ
トン注入による結晶基板の圧−電性の低下を防ぎ、弾性
表面波への変換率を高め、導波光の回折効率を向上でき
ることがわかつた。従って、本発明に基づいて′作製さ
れた光偏向器は、光学損傷のしきい値が高く、かつ導波
光の回折効率が高いというすぐれた特性を有する。
第３図は、本発明に基づいて作製された光機能素子の他
の例を示す。ここで、第１図と同一の部分には共通゛の
符号を附した。第２図の１は、ＬｉＮｂ０Ａ結晶基板、
２′はプロトン注入部、４Ｕ発信側くし形電極、５は受
信側くし形電極、ｌＯは入力用回折格子型光結合器、１
１は出力用回折格子型光結合器、１２はＬｉ２Ｏ（酸化
リチウム）外部拡゛散層である。′ 本例は、イオン交換層と基板との間にＬｉ２Ｏ外部拡散
層を設け、くシ形電極はｈｉ、ｏ外部拡散層上に形成さ
れてｈる点が第１図の例と異なる点である。
の例を示す。ここで、第１図と同一の部分には共通゛の
符号を附した。第２図の１は、ＬｉＮｂ０Ａ結晶基板、
２′はプロトン注入部、４Ｕ発信側くし形電極、５は受
信側くし形電極、ｌＯは入力用回折格子型光結合器、１
１は出力用回折格子型光結合器、１２はＬｉ２Ｏ（酸化
リチウム）外部拡゛散層である。′ 本例は、イオン交換層と基板との間にＬｉ２Ｏ外部拡散
層を設け、くシ形電極はｈｉ、ｏ外部拡散層上に形成さ
れてｈる点が第１図の例と異なる点である。
本光機能素子の構成は、特願昭５７−２０２４７０号に
詳しく示されているもので、第１図の例よシも低伝播ロ
スの光導波路力；得られる利点を有する。この光偏向器
作製に当っては、基板洗浄後、以下に示す処理を行なっ
た０ 前記洗浄、乾燥した基板を溶融石英製のホルダーに立て
、１０００℃の熱拡散炉にセットした。
詳しく示されているもので、第１図の例よシも低伝播ロ
スの光導波路力；得られる利点を有する。この光偏向器
作製に当っては、基板洗浄後、以下に示す処理を行なっ
た０ 前記洗浄、乾燥した基板を溶融石英製のホルダーに立て
、１０００℃の熱拡散炉にセットした。
雰囲気ガスとして乾燥した０２ガスを２ ｌ！／ ｍｉ
ｎの流量で拡散炉に導入した。室温から１０００℃まで
１６℃／ｍｉｎの速度で炉内温度を上げ、１時間後炉内
の温度が一定に々つた後８時間１０００℃に保持し、そ
の後基板を引続いて６００℃に保持した第２の熱拡散炉
に移動した。更に、該第２の拡散炉への通′成を中止し
６００℃から室温まで放冷した０Ｌｉ２０外部拡散処理
後は、第１実施例と同様、くし型電極形成、プロトン交
換処理の手順で作製を行なった。
ｎの流量で拡散炉に導入した。室温から１０００℃まで
１６℃／ｍｉｎの速度で炉内温度を上げ、１時間後炉内
の温度が一定に々つた後８時間１０００℃に保持し、そ
の後基板を引続いて６００℃に保持した第２の熱拡散炉
に移動した。更に、該第２の拡散炉への通′成を中止し
６００℃から室温まで放冷した０Ｌｉ２０外部拡散処理
後は、第１実施例と同様、くし型電極形成、プロトン交
換処理の手順で作製を行なった。
このように作成された光導波路の特性を調べるために、
ルチルプリズムで波長６３２８人のＨｅ−Ｎｅレーザー
光を導波路面内のｙ方向に導入し、光伝播損失の測定を
行ない、ｌ、 ＯｄＢ／ｃｇの値を得た。一方、回折効
率の測定値は、第１実施例と同じ６０％であった。
ルチルプリズムで波長６３２８人のＨｅ−Ｎｅレーザー
光を導波路面内のｙ方向に導入し、光伝播損失の測定を
行ない、ｌ、 ＯｄＢ／ｃｇの値を得た。一方、回折効
率の測定値は、第１実施例と同じ６０％であった。
第４図は、本発明に基づいて作製された光機能素子の更
に他の例を示す。
に他の例を示す。
第３図の１３は Ｔｔ拡散層、２″はｔｆ ｉ拡散層に
プロトンが注入されたプロトン注入部であり、それ以外
は、第２図示の光機能素子と同様であり同一の部材には
共通の符号を附した。本光機能素子の構成は（Ｍ、 Ｄ
ｅ Ｍｉｃｈｅｌ ｉ Ｊ、 Ｂｏｔ １ｎｅａｕ 。
プロトンが注入されたプロトン注入部であり、それ以外
は、第２図示の光機能素子と同様であり同一の部材には
共通の符号を附した。本光機能素子の構成は（Ｍ、 Ｄ
ｅ Ｍｉｃｈｅｌ ｉ Ｊ、 Ｂｏｔ １ｎｅａｕ 。
Ｐ、 ５ｉｂｉｌｉｏｔ 、Ｄ、 Ｂ、 Ｑｓｔｒｏｗ
ｓｋｙ 、 ａｎｄ Ｍ、 Ｐａｐｕｃｈｏｎ 。
ｓｋｙ 、 ａｎｄ Ｍ、 Ｐａｐｕｃｈｏｎ 。
Ｏｐｔ、 Ｃｏｍｍｕｎ、 ４２． （１９８２） １
０１）で示されているもので、第１図示の例、および第
２図示例よシも低伝播ロスの光導波路が得られるという
利点を有する。第３図の光機能素子の作製に当っては、
基板洗浄後、以下に示す処理を行なった。
０１）で示されているもので、第１図示の例、および第
２図示例よシも低伝播ロスの光導波路が得られるという
利点を有する。第３図の光機能素子の作製に当っては、
基板洗浄後、以下に示す処理を行なった。
前記洗浄、乾燥した基板表面上に、２００人の膜厚のＴ
ｉ薄膜を電子ビーム蒸着により作製し、上記基板を溶融
石英製のホルダーに立て、９６５℃の熱拡散炉にセット
した。雰囲気ガスとしては乾燥したＯ、ガスを１ ｌ
／ ｍｉｎの流量で拡散炉に導入した。室温から９６５
℃まで１６℃／ｍｉｎの速度で炉内温度を上げ、１時間
後炉内の温度が一定になった後２．５時間９６５℃に保
持し、その後引続いて６００℃に保持した第２の熱拡散
炉に移動した。更に第２の拡散炉へ通電を中止し６００
℃から室温まで放冷した。Ｔｉ熱拡散処理後は、第１図
の例と同様、くシ型電極形成、プロトン交換処理の手順
で作製を行なった。このように作成された光導波路の特
性を調べるために″ＪＬ／チルプリズムで波長６３２８
Ａ （Ｄ Ｈｅ −Ｎｅｖ−ブー光を導波路面内のｙ
方向に導入し、光伝播損失の測定を行ない、０．２ ｄ
Ｂ ／ａｍの値を得た。又、光学損傷のしきい値は、Ｔ
ｉ拡散層を有するにもかかわらず１５ ｍＷ／ ｍｒｈ
という高い値を得た。一方、回折効率の測定値は、第１
図の例、第２図の例よりも高い７０％であった。
ｉ薄膜を電子ビーム蒸着により作製し、上記基板を溶融
石英製のホルダーに立て、９６５℃の熱拡散炉にセット
した。雰囲気ガスとしては乾燥したＯ、ガスを１ ｌ
／ ｍｉｎの流量で拡散炉に導入した。室温から９６５
℃まで１６℃／ｍｉｎの速度で炉内温度を上げ、１時間
後炉内の温度が一定になった後２．５時間９６５℃に保
持し、その後引続いて６００℃に保持した第２の熱拡散
炉に移動した。更に第２の拡散炉へ通電を中止し６００
℃から室温まで放冷した。Ｔｉ熱拡散処理後は、第１図
の例と同様、くシ型電極形成、プロトン交換処理の手順
で作製を行なった。このように作成された光導波路の特
性を調べるために″ＪＬ／チルプリズムで波長６３２８
Ａ （Ｄ Ｈｅ −Ｎｅｖ−ブー光を導波路面内のｙ
方向に導入し、光伝播損失の測定を行ない、０．２ ｄ
Ｂ ／ａｍの値を得た。又、光学損傷のしきい値は、Ｔ
ｉ拡散層を有するにもかかわらず１５ ｍＷ／ ｍｒｈ
という高い値を得た。一方、回折効率の測定値は、第１
図の例、第２図の例よりも高い７０％であった。
第５図は、本発明に基づいて作製された、電気光学（ｇ
ｏ）効果を用いた光機能素子の一例を示す概略図である
。ここで１はＬｉＮｂ０．結晶基板、２″はＴｉ拡散層
にプロトンが注入されたプロトン注入部、１３はＴｉが
熱拡散されたｒｌ＋ｉ拡散層、２４は電気光学効果用の
くし型電極、１０．１１は夫々入力および出力用のグレ
ーティング光結合器、９はレーザー光である。本実施例
において、レーザー光９は、グレーティング光結合器ｌ
Ｏから光導波路内に導かれる。この導波光は、くし型電
極２４に′ぼ圧を印加することによって、電気光学効果
から生じた位相格子によって回折され、グレーティング
光；渚合器１１から外部に取り出される。第５図の素子
は以下の過程で作製された。
ｏ）効果を用いた光機能素子の一例を示す概略図である
。ここで１はＬｉＮｂ０．結晶基板、２″はＴｉ拡散層
にプロトンが注入されたプロトン注入部、１３はＴｉが
熱拡散されたｒｌ＋ｉ拡散層、２４は電気光学効果用の
くし型電極、１０．１１は夫々入力および出力用のグレ
ーティング光結合器、９はレーザー光である。本実施例
において、レーザー光９は、グレーティング光結合器ｌ
Ｏから光導波路内に導かれる。この導波光は、くし型電
極２４に′ぼ圧を印加することによって、電気光学効果
から生じた位相格子によって回折され、グレーティング
光；渚合器１１から外部に取り出される。第５図の素子
は以下の過程で作製された。
Ｘ板（Ｄ ＬｉＮｂ０．結晶基板１（ｘ方向に１ ｒａ
ｎ厚、２方向およびｙ方向に夫々１インチ）の−面（例
えばＸ面）を、ニュートンリング数本以内の平ｍａｎ：
＆Ｆ摩し後、夫々、メタノール、アセトン。
ｎ厚、２方向およびｙ方向に夫々１インチ）の−面（例
えばＸ面）を、ニュートンリング数本以内の平ｍａｎ：
＆Ｆ摩し後、夫々、メタノール、アセトン。
純水による常の超音波洗浄を行ない、蟹素ガスを吹きつ
け乾燥させた。
け乾燥させた。
前記洗浄、乾燥した基板表面上に、２００人の膜厚のＴ
ｉａ膜を電子ビーム蒸着により作製し、上記基板を溶融
石英製のホルダーに立て、９６５℃の熱拡散炉にセット
した。雰囲気ガスとしては乾燥した０２ガスを１ ／
／ ｍｉｎの流量で拡散炉に導入した。室温から９６５
℃まで１６℃／ｍｉ ｎの速度で炉内温度を上げ、１時
間後炉内の温度が一定になった後２．５時間９６５℃に
保持し、その後引続いて６００℃に保持した第２の熱拡
散炉に移動した。更に第２の拡散炉へ通電を中止し６０
０℃から室温まで放冷し、結晶基板１上に、Ｔｉ拡散層
１３を形成した０熱拡散する金属としては、Ｖ 、 Ｎ
ｌ 、 Ａｕ 、 Ａｇ 、 （’ｏ 、 Ｎｂ 、
Ｇｅ等を用いても良い。
ｉａ膜を電子ビーム蒸着により作製し、上記基板を溶融
石英製のホルダーに立て、９６５℃の熱拡散炉にセット
した。雰囲気ガスとしては乾燥した０２ガスを１ ／
／ ｍｉｎの流量で拡散炉に導入した。室温から９６５
℃まで１６℃／ｍｉ ｎの速度で炉内温度を上げ、１時
間後炉内の温度が一定になった後２．５時間９６５℃に
保持し、その後引続いて６００℃に保持した第２の熱拡
散炉に移動した。更に第２の拡散炉へ通電を中止し６０
０℃から室温まで放冷し、結晶基板１上に、Ｔｉ拡散層
１３を形成した０熱拡散する金属としては、Ｖ 、 Ｎ
ｌ 、 Ａｕ 、 Ａｇ 、 （’ｏ 、 Ｎｂ 、
Ｇｅ等を用いても良い。
次に、Ｔｉ拡散後の基板を洗浄、乾燥した後に、ポジ型
ホトレジストをスピナーで厚さ１〜１．５μｍにスピナ
ーコートし、くシ形電極のネガマスクで密着露光し、く
シ形電極部のみが残らないように現像した。水洗後乾燥
し、真空蒸着装置に装荷して１．ｌＸｌ０’″Ｔｏｒｒ
まで排気を行い、入 ＢＢ蒸着によってＡｕ （膜厚１５００％）を蒸着した
。蒸着後アセトンに数分浸すことによって、ホトレジス
ト上のＡｕ膜がリフトオフで険去され、くし型電極２４
のみが基板上に形成された。この際のくし型電極は、電
極巾および電極間の間隔２．２μｍ、交さ幅３．８霞、
対数３５０対である。このくし型電極２４が形成された
結晶基板に対してプロトン交換処理を実施した０ここで
は、安息香酸（Ｃ，）（、Ｃ００Ｈ） ９８．８５ ｇ
及び安息香酸リチウム（Ｃ６Ｈ１ｌＣＯＯ，Ｌｉ ）
１．０５ ｇを均質になるように混ぜあわせ、アルミナ
のルツボにいれ、このルツボの中に、上記電極付結晶基
板を入れて、これらを熱炉で２５０’ＣＩ時間保持した
。
ホトレジストをスピナーで厚さ１〜１．５μｍにスピナ
ーコートし、くシ形電極のネガマスクで密着露光し、く
シ形電極部のみが残らないように現像した。水洗後乾燥
し、真空蒸着装置に装荷して１．ｌＸｌ０’″Ｔｏｒｒ
まで排気を行い、入 ＢＢ蒸着によってＡｕ （膜厚１５００％）を蒸着した
。蒸着後アセトンに数分浸すことによって、ホトレジス
ト上のＡｕ膜がリフトオフで険去され、くし型電極２４
のみが基板上に形成された。この際のくし型電極は、電
極巾および電極間の間隔２．２μｍ、交さ幅３．８霞、
対数３５０対である。このくし型電極２４が形成された
結晶基板に対してプロトン交換処理を実施した０ここで
は、安息香酸（Ｃ，）（、Ｃ００Ｈ） ９８．８５ ｇ
及び安息香酸リチウム（Ｃ６Ｈ１ｌＣＯＯ，Ｌｉ ）
１．０５ ｇを均質になるように混ぜあわせ、アルミナ
のルツボにいれ、このルツボの中に、上記電極付結晶基
板を入れて、これらを熱炉で２５０’ＣＩ時間保持した
。
この処理によって結晶基板ｌのくし型電極２４が形成さ
れていない部分にはプロトンが注入されて、プロトン注
入層２″が形成された。プロトン注入層ｌの形成にあた
っては、安息香酸と安息香酸リチウムの混合のように解
離度がｌＯから１０−３であるカルボン酸とこのカルボ
ン酸の水素がリチウムに置換されている材料（カルボン
酸のリチウム塩）との混合、たとえばパルミチン酸［Ｃ
Ｈ，（Ｃ１（、）、、 Ｃ００Ｈ）とバルミチン酸すチ
ウ・（ＣＨ，（ＣＭ、）、、 Ｃ００Ｌ・〕との混合や
ヘテアリ−１酸（ＣＨ，（ＣＨｌ）１６ＣＯＯＨ）とス
テアリン酸リチウム〔Ｃ工人（Ｃ）Ｉ、）１． ＣＯＯ
Ｌｉ ：ｌ との混合を用いるのが望ましい。この場合
、カルボン酸のリチウム塩は、モル比で、０．１％から
３Ｘの範囲で混合されるのが望ましい。このプロトン交
換処理後、石英製の基板保持具を用いて基板を取り出し
、エタノール、引き続きアセトンで基板を洗浄した。
れていない部分にはプロトンが注入されて、プロトン注
入層２″が形成された。プロトン注入層ｌの形成にあた
っては、安息香酸と安息香酸リチウムの混合のように解
離度がｌＯから１０−３であるカルボン酸とこのカルボ
ン酸の水素がリチウムに置換されている材料（カルボン
酸のリチウム塩）との混合、たとえばパルミチン酸［Ｃ
Ｈ，（Ｃ１（、）、、 Ｃ００Ｈ）とバルミチン酸すチ
ウ・（ＣＨ，（ＣＭ、）、、 Ｃ００Ｌ・〕との混合や
ヘテアリ−１酸（ＣＨ，（ＣＨｌ）１６ＣＯＯＨ）とス
テアリン酸リチウム〔Ｃ工人（Ｃ）Ｉ、）１． ＣＯＯ
Ｌｉ ：ｌ との混合を用いるのが望ましい。この場合
、カルボン酸のリチウム塩は、モル比で、０．１％から
３Ｘの範囲で混合されるのが望ましい。このプロトン交
換処理後、石英製の基板保持具を用いて基板を取り出し
、エタノール、引き続きアセトンで基板を洗浄した。
基板に付着した安息香酸結晶及び安息香酸リチウム結晶
は、上記溶剤により容易に溶ける。
は、上記溶剤により容易に溶ける。
以上のように作製された、電気光学素子のくし型電極２
４に６■の電圧を印加し、導波光を回折せしめたところ
、９０％の回折率能が得ら ７れた。このように、電気
光学（ｇｏ）効果を用いた光機能素子においても、電極
をプロトンの注入されていない部分に形成することによ
って、結晶の電気光学効果の低下を防ぎ、高い効率で機
能させることが出来る。このような電気光学素子も、前
述の作製方法に限らず、第１図或いは第２図の素子と同
様の過程によっても作製することが可能である。
４に６■の電圧を印加し、導波光を回折せしめたところ
、９０％の回折率能が得ら ７れた。このように、電気
光学（ｇｏ）効果を用いた光機能素子においても、電極
をプロトンの注入されていない部分に形成することによ
って、結晶の電気光学効果の低下を防ぎ、高い効率で機
能させることが出来る。このような電気光学素子も、前
述の作製方法に限らず、第１図或いは第２図の素子と同
様の過程によっても作製することが可能である。
前述の実施例では、基板としてＬ １ＮｂＯ＊結晶基板
を用いたが、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）結晶
基板を用いても、全く同様の作製方法で、光機能素子を
形成することが出来る。本発明によって作製された光機
能素子は、光偏向器９元変調器、スペクトラムアナライ
ザー、相関器等。
を用いたが、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）結晶
基板を用いても、全く同様の作製方法で、光機能素子を
形成することが出来る。本発明によって作製された光機
能素子は、光偏向器９元変調器、スペクトラムアナライ
ザー、相関器等。
植々の機器に好適に用いられる。
以上説明したように、本発明は従来の光機能素子の作製
方法において、光学損傷のしきい値を高く保ちつつ、回
折効惠を高める等の効果を有するものである。
方法において、光学損傷のしきい値を高く保ちつつ、回
折効惠を高める等の効果を有するものである。
Ｈｘ図は本発明の方法によって作製された光機能素子の
一例を示す概略図、第２図は本発明の作製方法の一例を
説明する略ｌ析面図、第３図。 第４図、第５図は夫々本発明の方法によって作製された
他の光機能素子の例を示す概略図である。 ｌ・・・ＬｉＮｂ０．結晶基板、２．２．２・・・プロ
トン注入部、３・・・プロトン非注入部、４，５．２４
・・・くし型電極、６．７・・・プリズム光結合器、８
・・・弾性表面波、９・・・レーザー光、１ｏ、ｉｉ・
・・グレーティング光結合器、１２・・・Ｌｉ２Ｏ外部
拡散着、１３・・・Ｉｌｌ ｉ拡散層。 出願人 キャノン株式会社 手続補正書（自発） 昭和５９年４月１１日 事件の表示 昭和５９年 特許願 第 １０５０８ 号発明の名称 光機能素子の作製方法 補正をする者 代理人 居所 口１４６東京都大田区下丸子３−３０−２５、補
正の対象 明細書 ６、補正の内容 （１）明細書第７頁第７行「形成された。」の後に［電
極の材料としては、Ｍの他にＡｔＬ、 ’Ｉ’ｉ、 Ｃ
４を用いることも出来る。」を追加する。 Ｑ）゛同第１４頁第１３行「常の」を「通常の」と訂正
する。
一例を示す概略図、第２図は本発明の作製方法の一例を
説明する略ｌ析面図、第３図。 第４図、第５図は夫々本発明の方法によって作製された
他の光機能素子の例を示す概略図である。 ｌ・・・ＬｉＮｂ０．結晶基板、２．２．２・・・プロ
トン注入部、３・・・プロトン非注入部、４，５．２４
・・・くし型電極、６．７・・・プリズム光結合器、８
・・・弾性表面波、９・・・レーザー光、１ｏ、ｉｉ・
・・グレーティング光結合器、１２・・・Ｌｉ２Ｏ外部
拡散着、１３・・・Ｉｌｌ ｉ拡散層。 出願人 キャノン株式会社 手続補正書（自発） 昭和５９年４月１１日 事件の表示 昭和５９年 特許願 第 １０５０８ 号発明の名称 光機能素子の作製方法 補正をする者 代理人 居所 口１４６東京都大田区下丸子３−３０−２５、補
正の対象 明細書 ６、補正の内容 （１）明細書第７頁第７行「形成された。」の後に［電
極の材料としては、Ｍの他にＡｔＬ、 ’Ｉ’ｉ、 Ｃ
４を用いることも出来る。」を追加する。 Ｑ）゛同第１４頁第１３行「常の」を「通常の」と訂正
する。
Claims (1)
- （１） ニオブ酸リチウム結晶基板又はタンタル酸リチ
ウム結晶基板の表面の一部に電極を形成゛する過程と、
前記電極で覆われていない部分の基板中にプロトンを注
入する過程とから成る光機能素子の作製方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59010508A JPS60156039A (ja) | 1984-01-23 | 1984-01-23 | 光機能素子の作製方法 |
| US06/667,165 US4799750A (en) | 1983-11-04 | 1984-11-01 | Optical function element and a method for manufacturing the same |
| DE19843440390 DE3440390A1 (de) | 1983-11-04 | 1984-11-05 | Optisches funktionselement und verfahren zu seiner herstellung |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59010508A JPS60156039A (ja) | 1984-01-23 | 1984-01-23 | 光機能素子の作製方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60156039A true JPS60156039A (ja) | 1985-08-16 |
Family
ID=11752153
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59010508A Pending JPS60156039A (ja) | 1983-11-04 | 1984-01-23 | 光機能素子の作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60156039A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01198819A (ja) * | 1988-02-03 | 1989-08-10 | Fujitsu Ltd | 圧電振動子の製造方法 |
-
1984
- 1984-01-23 JP JP59010508A patent/JPS60156039A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01198819A (ja) * | 1988-02-03 | 1989-08-10 | Fujitsu Ltd | 圧電振動子の製造方法 |
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