JPS6170533A - 薄膜型光学素子およびその作製方法 - Google Patents
薄膜型光学素子およびその作製方法Info
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- JPS6170533A JPS6170533A JP19290284A JP19290284A JPS6170533A JP S6170533 A JPS6170533 A JP S6170533A JP 19290284 A JP19290284 A JP 19290284A JP 19290284 A JP19290284 A JP 19290284A JP S6170533 A JPS6170533 A JP S6170533A
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- optical
- optical waveguide
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- film
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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、ｌｌｌｌ１５ｉ５！光学素子およびその作製
方ｉ人に１５ｔｌするものである。
方ｉ人に１５ｔｌするものである。
〔従来技術〕 ゛
従来、ＦｓＩｌｌｌ型即ち、光導波路を用いた光学素子
を光偏向器、光音２１１器、スペクトラムアナライザー
、相関器、光スィッチ等に応用する研究が盛んに行なわ
れている。このような薄ＩＩＩ型光学素子は、光導波路
の屈折率を音響光学（ＡＯ）効果或いは電気光学（ＥＯ
）効果等の外的作用により変化せしめ、この光導波路内
を伝播する光を変調又は偏向させるものである。上記光
学素子を形成する場合の基板としては、圧電性、音響光
学効果及び電気光学効果に優れ、かつ光体ｍＷ失が少な
いニオブ酩リチウム（以下Ｌ ｉ Ｎ ｂ Ｏ３と記す
）結晶及びタンタル酸リチウム（以下ＬｉＴｆＬＯ３と
記す）結晶が広く用いられている。この様な結晶基板を
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）を前記結晶基板表面に、高温
で熱拡散することにより、該結晶基板・ 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路層
を形成する方法がある。
を光偏向器、光音２１１器、スペクトラムアナライザー
、相関器、光スィッチ等に応用する研究が盛んに行なわ
れている。このような薄ＩＩＩ型光学素子は、光導波路
の屈折率を音響光学（ＡＯ）効果或いは電気光学（ＥＯ
）効果等の外的作用により変化せしめ、この光導波路内
を伝播する光を変調又は偏向させるものである。上記光
学素子を形成する場合の基板としては、圧電性、音響光
学効果及び電気光学効果に優れ、かつ光体ｍＷ失が少な
いニオブ酩リチウム（以下Ｌ ｉ Ｎ ｂ Ｏ３と記す
）結晶及びタンタル酸リチウム（以下ＬｉＴｆＬＯ３と
記す）結晶が広く用いられている。この様な結晶基板を
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）を前記結晶基板表面に、高温
で熱拡散することにより、該結晶基板・ 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路層
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Ｗ４傷を受は易く、Ｊｌ’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
ｂＪ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１ が、散乱によって前記大
刀光強度に比例して増大しなくなる現象」を言う。
学Ｗ４傷を受は易く、Ｊｌ’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
ｂＪ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１ が、散乱によって前記大
刀光強度に比例して増大しなくなる現象」を言う。
また、光学損傷を改善する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。
て、イオン交換法が知られている。
この方法は、硝酢タリウム（以下１文ＮＯ３と記す）、
硝酸１Ｍ（以下ＡｇＮＯ３と記す）、硝酸カリウム（以
下ＫＮＯ３と記す）等の溶融塩中又は、安息香酸（Ｃ６
Ｈ５ＣＯＯＨ）等の弱酸中で、ＬｉＮｂＯ３又は、Ｌｉ
ＴａＯ３の結晶ノふ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（Ｌ ｉ ”）が弱酸中の
プロＩ・ン（Ｈ＋）等のイオン種と交換され、大きな屈
折率差（Δｈ−０，１２）をもつ光導波路層が形成され
るものである。上記イオン交換法によりｆｒ！Ａされた
？ＪＰｔＪ光導波路の光学損傷のしきい萌は、Ｔｉ拡散
のものより数１０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−ｙ でＬ ｉ Ｎ ｂ Ｏ３
、Ｌ ｉ Ｔ ａ Ｏ３結晶固有の圧゛心性や電気光学
特性が低下し１例えば光偏向器にＩｌｌ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。
硝酸１Ｍ（以下ＡｇＮＯ３と記す）、硝酸カリウム（以
下ＫＮＯ３と記す）等の溶融塩中又は、安息香酸（Ｃ６
Ｈ５ＣＯＯＨ）等の弱酸中で、ＬｉＮｂＯ３又は、Ｌｉ
ＴａＯ３の結晶ノふ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（Ｌ ｉ ”）が弱酸中の
プロＩ・ン（Ｈ＋）等のイオン種と交換され、大きな屈
折率差（Δｈ−０，１２）をもつ光導波路層が形成され
るものである。上記イオン交換法によりｆｒ！Ａされた
？ＪＰｔＪ光導波路の光学損傷のしきい萌は、Ｔｉ拡散
のものより数１０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−ｙ でＬ ｉ Ｎ ｂ Ｏ３
、Ｌ ｉ Ｔ ａ Ｏ３結晶固有の圧゛心性や電気光学
特性が低下し１例えば光偏向器にＩｌｌ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。
ところで、光偏向蕃、光音、Ｗ器を光音ツ効果や電気光
学効果を利用して実現しようとする場合、前記各効果の
効率を七げることが素子形成において重要になる。光音
１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型電極に高周波電界を印加
し、光導波路とに弾性表面波を励起させる方法がある。
学効果を利用して実現しようとする場合、前記各効果の
効率を七げることが素子形成において重要になる。光音
１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型電極に高周波電界を印加
し、光導波路と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、Ｔｓａｌ、ＩＥＥＥ
ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳＯＮ ＣｒＲＣＵＩＴＳ Ａ
ＮＤ ＳＹＳＴＥＭＳ、ＶＯＬ、ＣＡＳ−２６，１２、
１９７９） 一方、＋ＵＩｉのようなの光導波路に導波光を入出力す
る場合、半導体レーザ或いは光ファイバ等から光導波路
端面を介して行なっている。この場合に光の結合効率を
高める為には、導波光のエネルギー分布は光ファイバ等
の光エネルギー分布に合わせて、大根の厚さ方向に広が
っている必要がある。
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、Ｔｓａｌ、ＩＥＥＥ
ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳＯＮ ＣｒＲＣＵＩＴＳ Ａ
ＮＤ ＳＹＳＴＥＭＳ、ＶＯＬ、ＣＡＳ−２６，１２、
１９７９） 一方、＋ＵＩｉのようなの光導波路に導波光を入出力す
る場合、半導体レーザ或いは光ファイバ等から光導波路
端面を介して行なっている。この場合に光の結合効率を
高める為には、導波光のエネルギー分布は光ファイバ等
の光エネルギー分布に合わせて、大根の厚さ方向に広が
っている必要がある。
このように、導波光を入出力せしめる光結合部と、導波
光を変調、偏向せしめる光機能部とでは求められる導波
光のエネルギー分布が異なる為、従来の薄膜型光学素子
では、高効率の変調、偏向と、高結合効率とを同時に満
足することは難かしかった。また、この問題の解決法と
して、光導波路をチタンの拡散によって形成する場合に
は、光結合部と光機能部とでチタンの拡Ｎｔｃ度を異な
らしめる方法が提案されている。
光を変調、偏向せしめる光機能部とでは求められる導波
光のエネルギー分布が異なる為、従来の薄膜型光学素子
では、高効率の変調、偏向と、高結合効率とを同時に満
足することは難かしかった。また、この問題の解決法と
して、光導波路をチタンの拡散によって形成する場合に
は、光結合部と光機能部とでチタンの拡Ｎｔｃ度を異な
らしめる方法が提案されている。
〔近藤充和、小松啓部、太田義徳゛８４審期応物議演会
予稿３１ａ−に−７及び同著者７ｔｈＴｏｐｔｉｃａｌ
ＭｅｅＬｉｎｇ ｏｎ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄａｎ
ｄ Ｇｕｉｄｅｄ−Ｗａｖｅ ０ｐｔｉｃｓ ＴｕＡ５
−１）しかしながら、前述のようにイオン注入によって
光導波路を形成する場合には、上記問題を解決する有効
な手段が知られていなかった。
予稿３１ａ−に−７及び同著者７ｔｈＴｏｐｔｉｃａｌ
ＭｅｅＬｉｎｇ ｏｎ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄａｎ
ｄ Ｇｕｉｄｅｄ−Ｗａｖｅ ０ｐｔｉｃｓ ＴｕＡ５
−１）しかしながら、前述のようにイオン注入によって
光導波路を形成する場合には、上記問題を解決する有効
な手段が知られていなかった。
（発明の概要〕
本発明の目的は、光学損傷のしきい値が十分高く、しか
も、導波光の入出力の際の結合効率が高くかつ効率良く
光の変調又は偏向を行なう薄１１り型光学素子およびそ
の作製方法を提供することにある。
も、導波光の入出力の際の結合効率が高くかつ効率良く
光の変調又は偏向を行なう薄１１り型光学素子およびそ
の作製方法を提供することにある。
本発明は、素子を形成する基板表面にイオンない領域と
を設け、また光導波路端面から導波光を入出力させる光
結合部と、光導波路の屈折率を外的作用によって変化せ
しめ前記導波光を変調又は偏向させる光機能部とでイオ
ンの注入又は熱拡散の深さが異ならしめ、更に光機能部
とによって上記目的′を達成するものである。
を設け、また光導波路端面から導波光を入出力させる光
結合部と、光導波路の屈折率を外的作用によって変化せ
しめ前記導波光を変調又は偏向させる光機能部とでイオ
ンの注入又は熱拡散の深さが異ならしめ、更に光機能部
とによって上記目的′を達成するものである。
第１図は、音響光学効果を利用した本発明による薄膜型
光学素子の第１の実施例を示す斜視図である。−１はＸ
板もしくはｙ４ＩｉＬｉＮｂ０３結晶基板、２はプロト
ン交換によって形成され、 た光導波路
、３．４は研磨された光導波路端面、５．６はシリンド
リカルレンズ、７．２０はくし型電極、２１．２２はプ
ロトンが注入されていない領域のＴｉ拡散層である。
光学素子の第１の実施例を示す斜視図である。−１はＸ
板もしくはｙ４ＩｉＬｉＮｂ０３結晶基板、２はプロト
ン交換によって形成され、 た光導波路
、３．４は研磨された光導波路端面、５．６はシリンド
リカルレンズ、７．２０はくし型電極、２１．２２はプ
ロトンが注入されていない領域のＴｉ拡散層である。
波長６３２８人のＨｅ−Ｎｅレーザーからのｑｉ行光８
は、研磨された光導波路端面３上に。
は、研磨された光導波路端面３上に。
シリンドリカルレンズ５により光導波路の厚さ方向に集
光し、光導波路内に結合される。光導波路端面から結合
された導波光９は、くし型電極７にＲＦパワーを加える
ことにより発生した弾性表面波１０により回折され、回
折光は、光導波路端面４から出射、シリンドリカルレン
ズ６により平行光になる。この時の光導波路端面３での
集光光重の幅（集光方向）と導波光の幅はほぼ一致して
いるため、８０％と高い結合効率が得られた。ここでく
し型電極２０はくし型電極７から発生した弾性表面波の
受信用として使用される。
光し、光導波路内に結合される。光導波路端面から結合
された導波光９は、くし型電極７にＲＦパワーを加える
ことにより発生した弾性表面波１０により回折され、回
折光は、光導波路端面４から出射、シリンドリカルレン
ズ６により平行光になる。この時の光導波路端面３での
集光光重の幅（集光方向）と導波光の幅はほぼ一致して
いるため、８０％と高い結合効率が得られた。ここでく
し型電極２０はくし型電極７から発生した弾性表面波の
受信用として使用される。
また、図のように、光導波路２は光導波路端面３．４近
傍の光結合部から、弾性表面波１０と４波光９とが相互
作用する光機能部に進むにつれ、プロトンの注入されて
いる深さが徐々に浅くなり、光機能部では導波光が基板
表面近くに閉じ込められて高い回折効率が得られた。
傍の光結合部から、弾性表面波１０と４波光９とが相互
作用する光機能部に進むにつれ、プロトンの注入されて
いる深さが徐々に浅くなり、光機能部では導波光が基板
表面近くに閉じ込められて高い回折効率が得られた。
また、前記くし型電極７および２０は、夫々プロトンが
注入されていない領域のＴｉ拡散層２１．２］ｈに形成
されている為、従来のようなプロトン注入による圧電性
の低下は生じず、挿入損失が小さい為に、低電圧で弾性
表面波を生じさせて、高効率で光変調或いは光偏向を行
なうことが出来る。
注入されていない領域のＴｉ拡散層２１．２］ｈに形成
されている為、従来のようなプロトン注入による圧電性
の低下は生じず、挿入損失が小さい為に、低電圧で弾性
表面波を生じさせて、高効率で光変調或いは光偏向を行
なうことが出来る。
第２図は、第１図の如き薄膜型光学素子の作製方法を説
明する略断面図である。
明する略断面図である。
先ず、第２図（ａ）に示される如＜、Ｙ板もしくはＸ板
のＬｉＮｂＯ３結晶基板ｌのｙ面もしくはＸ面を二ニー
トンリング数本以内の平面度に研磨した後、アセトン次
いで純水による通常の超音波洗浄を行い、窒素ガスを吹
きつけて乾燥させた０次に、上記ｙ面もしくはＸ面に電
子ビーム蒸着により２００人の厚さにＴｉ薄膜を蒸着し
、酸素雰囲気中で９６５℃、２．５時間熱拡散させ、：
ｉＳＺ図（ｂ）に示される如く。
のＬｉＮｂＯ３結晶基板ｌのｙ面もしくはＸ面を二ニー
トンリング数本以内の平面度に研磨した後、アセトン次
いで純水による通常の超音波洗浄を行い、窒素ガスを吹
きつけて乾燥させた０次に、上記ｙ面もしくはＸ面に電
子ビーム蒸着により２００人の厚さにＴｉ薄膜を蒸着し
、酸素雰囲気中で９６５℃、２．５時間熱拡散させ、：
ｉＳＺ図（ｂ）に示される如く。
Ｔｉ熱拡散層１１を形成した。熱拡散される金属として
は、Ｖ、Ｎｉ 、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｏ。
は、Ｖ、Ｎｉ 、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｏ。
Ｎｂ、Ｇｅ等を用いても良い。
次に、第２図の（Ｃ）に示す如く、９Ｉ性表面波と導波
光とが相互作用する光機能部及び電極形成部にＣｒ６Ｎ
膜１２を蒸着し、プロトン交換処理時のマスクとした６
次に、安息香酸に安息香酸リチウムをモル比で２％添加
し、アルミナのルツボにいれた。安９香酸及び安息香酸
リチウムのはいったルツボ中に前記マスクを形成したＬ
ｉＮｂＯ３結晶基板を入れ、これらを熱炉に入れて２５
０℃の温度で５時間保持してイすノ交換処理を行なった
結果、第２図（Ｃ，）に示される如＜、Ｔｉ拡散層１１
中のマスクを施されていない部分にプロトン交換層１３
が形成された。プロトン交換層形成にあたっては。
光とが相互作用する光機能部及び電極形成部にＣｒ６Ｎ
膜１２を蒸着し、プロトン交換処理時のマスクとした６
次に、安息香酸に安息香酸リチウムをモル比で２％添加
し、アルミナのルツボにいれた。安９香酸及び安息香酸
リチウムのはいったルツボ中に前記マスクを形成したＬ
ｉＮｂＯ３結晶基板を入れ、これらを熱炉に入れて２５
０℃の温度で５時間保持してイすノ交換処理を行なった
結果、第２図（Ｃ，）に示される如＜、Ｔｉ拡散層１１
中のマスクを施されていない部分にプロトン交換層１３
が形成された。プロトン交換層形成にあたっては。
安Ω、香酸と安息香酸リチウムの混合液以外に。
カルボン酸において解離度が１ｏ−ｓから１０−３
’である材料とこの方ルポン酸のカルポキシ
ルノ、（の水素が、リチウムに置換されている材料との
混合物、たとえばパルミチン酸（ＣＨ３（ＣＨ２）１４
ｃＯＯＨ）とパルミチン酸すチウｌ−ＣＣＨ３（ＣＨ２
）Ｌ４ＣＯＯＬ ｉ） とｆ）混合物やステアリン酸（
ＣＨ３（ＣＨ２）１６ＣＯＯＨ）とステアリン酸リチウ
ム（ＣＨ３（ＣＨ２）１６ｃＯＯＬ ｉ） とｆ）混合
物があげられる。また、リチウムで置換された材料のモ
ル比は、１％から１０％の範囲で変化させ種々のナンプ
ルを作製した。エタノールでＭｉ音波洗浄を行ない、窒
素ガスを吹きつけて乾燥させた後、エツチングにより、
マスクを除去した。
’である材料とこの方ルポン酸のカルポキシ
ルノ、（の水素が、リチウムに置換されている材料との
混合物、たとえばパルミチン酸（ＣＨ３（ＣＨ２）１４
ｃＯＯＨ）とパルミチン酸すチウｌ−ＣＣＨ３（ＣＨ２
）Ｌ４ＣＯＯＬ ｉ） とｆ）混合物やステアリン酸（
ＣＨ３（ＣＨ２）１６ＣＯＯＨ）とステアリン酸リチウ
ム（ＣＨ３（ＣＨ２）１６ｃＯＯＬ ｉ） とｆ）混合
物があげられる。また、リチウムで置換された材料のモ
ル比は、１％から１０％の範囲で変化させ種々のナンプ
ルを作製した。エタノールでＭｉ音波洗浄を行ない、窒
素ガスを吹きつけて乾燥させた後、エツチングにより、
マスクを除去した。
次に、第２図（ｄ）に示す如く、電極形成部のみにＣｒ
薄膜２５を蒸着し、この基板を、安息香酸に安息香酸リ
チウムなモル比で１％添加した材料中で、２５０℃１時
間のプロトン交換処理を行なった。その結果、プロトン
交換層１４が形成された。このプロトン交換処理にあた
っては、！＆初のプロトン交換あ埋で用いたバ、
′ｖ Ｚ ＋ ７ Ｍ ｋ ／’ル゛
４′７す″″′″″“４″′やステアリン酸とステアリ
ン酸リチウムとの混合物等を用いることができる。上記
プロトン交換層、再びエタノールで超音波洗浄を行ない
、窒素ガスを吹きつけて乾燥させた後、エツチングによ
り薄１１９２５を除去した。
薄膜２５を蒸着し、この基板を、安息香酸に安息香酸リ
チウムなモル比で１％添加した材料中で、２５０℃１時
間のプロトン交換処理を行なった。その結果、プロトン
交換層１４が形成された。このプロトン交換処理にあた
っては、！＆初のプロトン交換あ埋で用いたバ、
′ｖ Ｚ ＋ ７ Ｍ ｋ ／’ル゛
４′７す″″′″″“４″′やステアリン酸とステアリ
ン酸リチウムとの混合物等を用いることができる。上記
プロトン交換層、再びエタノールで超音波洗浄を行ない
、窒素ガスを吹きつけて乾燥させた後、エツチングによ
り薄１１９２５を除去した。
次に、２回プロトン交換処理を行なった結晶基板を熱炉
にいれ、加熱した水を通して酸素を流量１． Ｏｉ ７
分で流入しながら、この水蒸気を含んだ湿った酸素雰囲
気中で３５０”Ｑで４時間アニール処理を行なった。そ
の結果、第２図（ｅ′）に示される如く、光機能部のみ
プロトンが注入された部分の深さが浅く、基板端面の方
へ向かうにつれ厚くなった光導波路１５が形成された。
にいれ、加熱した水を通して酸素を流量１． Ｏｉ ７
分で流入しながら、この水蒸気を含んだ湿った酸素雰囲
気中で３５０”Ｑで４時間アニール処理を行なった。そ
の結果、第２図（ｅ′）に示される如く、光機能部のみ
プロトンが注入された部分の深さが浅く、基板端面の方
へ向かうにつれ厚くなった光導波路１５が形成された。
上記光機能部と光機能部でない部分との境界１８及び１
９におけるプロトン分布は７二−ル悪理を行なっている
ためなめらかに変化しており、この部分の伝搬ａスは小
さいことが導波実験で確認された。
９におけるプロトン分布は７二−ル悪理を行なっている
ためなめらかに変化しており、この部分の伝搬ａスは小
さいことが導波実験で確認された。
一方、電極が形成されるべき領域では、２回口のプロト
ン交換処理時にもマスクで覆われていたため、第２図（
ｅ）′のようにプロトンが注入されていないＴｉ拡散層
２３となっている。
ン交換処理時にもマスクで覆われていたため、第２図（
ｅ）′のようにプロトンが注入されていないＴｉ拡散層
２３となっている。
又、アニール処理条件は、ｌｉｉ記条件以外のものでも
良いが、光機能部でのＯＨ３の吸収ピークの波数が３４
８０ｃｍ−１から３５０３ｃｍ−１の範囲に存在する様
に選定することが望ましい。
良いが、光機能部でのＯＨ３の吸収ピークの波数が３４
８０ｃｍ−１から３５０３ｃｍ−１の範囲に存在する様
に選定することが望ましい。
う
最後に、通常のフォトリソグ隻フィーの手法を用いて、
：ｊＩＪ２図の（ｆ）に示される如く、上記Ｔ１拡散暦
２３上にくし型電極１６を形成した。
：ｊＩＪ２図の（ｆ）に示される如く、上記Ｔ１拡散暦
２３上にくし型電極１６を形成した。
Ｌ記実施例において、光導波路はＴｉ拡散及びプロトン
の熱拡、散により形成されたが、Ｔｉ拡散は必ずしも必
要ではなく、プロトンの注入又は熱拡散のみ、或いはプ
ロトンを注入又は熱拡散するとともにＬｉＯを外部拡散
することによって光導波路を形成しても良い。
の熱拡、散により形成されたが、Ｔｉ拡散は必ずしも必
要ではなく、プロトンの注入又は熱拡散のみ、或いはプ
ロトンを注入又は熱拡散するとともにＬｉＯを外部拡散
することによって光導波路を形成しても良い。
第３図は、第１図示の素子を電気光学（Ｅ Ｏ）効果を
利用した光偏向器に適用した第２実施例を示す概略図で
ある。第３図において、第１図とｙ（通の部分には同一
の符合を附し、詳細な説明は省略する。
利用した光偏向器に適用した第２実施例を示す概略図で
ある。第３図において、第１図とｙ（通の部分には同一
の符合を附し、詳細な説明は省略する。
方向に集光し、光導波路内に結合される。光導波路端面
かも結合された導波光９は、電気光学（ＥＱ）効果用の
くし型電極１７に電圧を印加することによって生じた位
相格子によって回折され、もう一方の光導波路端面４か
ら出射し、ンリレドリカルレンズ６により平行光に変え
られる。
かも結合された導波光９は、電気光学（ＥＱ）効果用の
くし型電極１７に電圧を印加することによって生じた位
相格子によって回折され、もう一方の光導波路端面４か
ら出射し、ンリレドリカルレンズ６により平行光に変え
られる。
また１図には表われていないが、くし型電極１７が形成
された部分にはプロトンが注入されていない。
された部分にはプロトンが注入されていない。
ｍ３図示の素子の作製方法について、第４図で説ｌＪＩ
する。まず、第４図（ａ）に示される如＜、ｘ板ノＬ
ｉ Ｎ ｂ Ｏ２結晶基板１（ｘ方向に１ｍｍｍｍ厚刃
２方向びｙ方向に夫々１インチ）の−面（例えば×十面
）を、ニュートンリング数本以内の平面度に研磨し後、
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乾燥させた。
する。まず、第４図（ａ）に示される如＜、ｘ板ノＬ
ｉ Ｎ ｂ Ｏ２結晶基板１（ｘ方向に１ｍｍｍｍ厚刃
２方向びｙ方向に夫々１インチ）の−面（例えば×十面
）を、ニュートンリング数本以内の平面度に研磨し後、
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乾燥させた。
＋ｉｉ＋記洗浄、乾燥１． タ、！１ｌｌｉ板表＋／＋
ｉ、ｌｊ、 ２００ Ａの膜厚のＴｉ薄＋１２を重子
ビームＩへ着により作製し、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交／ ｍ ｉ ｎ
の流量で拡散炉に導入した。室温から９６５℃まで１６
℃／ ｍ ｉ ｎの速度で炉内温度を上げ、■峙間後炉
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、結晶基板ｉＪ：に、第４図（ｂ）に
示される如く、Ｔｉ熱拡散ａｌｌを形成した。熱拡散す
る金属としては、Ｖ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ。
ｉ、ｌｊ、 ２００ Ａの膜厚のＴｉ薄＋１２を重子
ビームＩへ着により作製し、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交／ ｍ ｉ ｎ
の流量で拡散炉に導入した。室温から９６５℃まで１６
℃／ ｍ ｉ ｎの速度で炉内温度を上げ、■峙間後炉
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、結晶基板ｉＪ：に、第４図（ｂ）に
示される如く、Ｔｉ熱拡散ａｌｌを形成した。熱拡散す
る金属としては、Ｖ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ。
Ｃｏ、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メ１さ１〜１．５ｐｍにスピ
ナーコートし、くシ型電極のメガマスクで密着露光し、
くシ型電極部のみが残らないように現像した。水洗後乾
燥し、真仝蒸７ｉ装乙に装荷して、１ＸＩＱ４Ｔｏｒｒ
まで排気を行い、ＥＢ蒸着によってＡｕ（膜厚１５００
人）を蒸着した。ノ木着後７セトンに数分侵すことによ
って、ホトレジスト上のＡｕ膜がリフトオフで除去され
、第４図の（ｃ）に示される如く、くシ型電極２４のみ
が基板上に形成された。この際の＜ Ｌｙ！！１１！極
は、電極巾および電極間の間隔２．２ｐｍ、交さ幅３．
８ｍｍ、対数３５０対であった。
ホトレジストをスピナーでメ１さ１〜１．５ｐｍにスピ
ナーコートし、くシ型電極のメガマスクで密着露光し、
くシ型電極部のみが残らないように現像した。水洗後乾
燥し、真仝蒸７ｉ装乙に装荷して、１ＸＩＱ４Ｔｏｒｒ
まで排気を行い、ＥＢ蒸着によってＡｕ（膜厚１５００
人）を蒸着した。ノ木着後７セトンに数分侵すことによ
って、ホトレジスト上のＡｕ膜がリフトオフで除去され
、第４図の（ｃ）に示される如く、くシ型電極２４のみ
が基板上に形成された。この際の＜ Ｌｙ！！１１！極
は、電極巾および電極間の間隔２．２ｐｍ、交さ幅３．
８ｍｍ、対数３５０対であった。
次に、第４図（ｄ）に示される如く、くし型電極２４を
おおうようにＣｒ薄ＩＱ１２を蒸着し。
おおうようにＣｒ薄ＩＱ１２を蒸着し。
プロトン交換時のマスクとした。ここで、安息香酸に安
息香酸リチウムをモル比で２％添加し、アルミナのルツ
ボにいれ、このルツボの中に第４図（ｄ）のマスクを形
成したＬｉＮｂＯ３結晶基板を入れて、これらを熱炉で
２５０℃の、 温度で５時間保持してイオン交換処理を
行なった結果、第４図（ｄ）に示される如＜、Ｔｉ拡散
層１１中のマスクに覆われていない部分にプロトン交換
層１３が形成された。プロトン交換層形成にあたっては
、安息香酸と安息香酸リチウムの混合液以外に、カルボ
ン酸において解離度が１Ｏ−６から１０−３である材料
とこのカルボン酸のカルボキシル基の水素が、リチウム
に置換されている材料との混合物、たとえばバルミチン
酸（ＣＨ３（ＣＨ２）１４ＣＯＯＨ）とパルミチン酸リ
チウム（ＣＨ３（ＣＨ２）１４ＣＯＯＬ ｉ）との混合
物や、ステアリン酸（ＣＨ３（ＣＨ２）１６ＣＯＯＨ）
とステアリン酸’）ｆ’＞ム（ＣＨ３（ＣＨ２）１６ｃ
ＯＯＬｉ）との混合物があげられる。また、リチウムで
置換された材料のモル比は、１％から１０％の範囲で変
化させ種々のサンプルを作製した。エタノールで超音波
洗浄を行ない、窒素ガスを吹きつけて乾燥させた後、Ｃ
ｒ用エツチング液により、Ｃｒマスクのみ除去した。
息香酸リチウムをモル比で２％添加し、アルミナのルツ
ボにいれ、このルツボの中に第４図（ｄ）のマスクを形
成したＬｉＮｂＯ３結晶基板を入れて、これらを熱炉で
２５０℃の、 温度で５時間保持してイオン交換処理を
行なった結果、第４図（ｄ）に示される如＜、Ｔｉ拡散
層１１中のマスクに覆われていない部分にプロトン交換
層１３が形成された。プロトン交換層形成にあたっては
、安息香酸と安息香酸リチウムの混合液以外に、カルボ
ン酸において解離度が１Ｏ−６から１０−３である材料
とこのカルボン酸のカルボキシル基の水素が、リチウム
に置換されている材料との混合物、たとえばバルミチン
酸（ＣＨ３（ＣＨ２）１４ＣＯＯＨ）とパルミチン酸リ
チウム（ＣＨ３（ＣＨ２）１４ＣＯＯＬ ｉ）との混合
物や、ステアリン酸（ＣＨ３（ＣＨ２）１６ＣＯＯＨ）
とステアリン酸’）ｆ’＞ム（ＣＨ３（ＣＨ２）１６ｃ
ＯＯＬｉ）との混合物があげられる。また、リチウムで
置換された材料のモル比は、１％から１０％の範囲で変
化させ種々のサンプルを作製した。エタノールで超音波
洗浄を行ない、窒素ガスを吹きつけて乾燥させた後、Ｃ
ｒ用エツチング液により、Ｃｒマスクのみ除去した。
さらに、上記Ａｕのくし型電極が形成されているプロト
ノ交換後の基板を、安Ω香酸に安息香酸リチウムをモル
比で１％添加した材料中で。
ノ交換後の基板を、安Ω香酸に安息香酸リチウムをモル
比で１％添加した材料中で。
２５０℃１時間のプロトン交換処理を行なつた。その結
果、第４図の（ｅ）に示される如く、くし型電極２４で
覆われていない部分にプロトン交換層１４が形成された
。このプロトン交換処理にあたっては、最初のプロトン
交換処理で用いたパルミチン酸とパルミチン酸リチウム
との混合物やステアリン酸とステアリン酸リチウムとの
混合物等を用いることができる。上記プロトン交換後、
再びエタノールで超音波洗浄を行ない、窒素ガスを吹き
つけて乾燥させた。
果、第４図の（ｅ）に示される如く、くし型電極２４で
覆われていない部分にプロトン交換層１４が形成された
。このプロトン交換処理にあたっては、最初のプロトン
交換処理で用いたパルミチン酸とパルミチン酸リチウム
との混合物やステアリン酸とステアリン酸リチウムとの
混合物等を用いることができる。上記プロトン交換後、
再びエタノールで超音波洗浄を行ない、窒素ガスを吹き
つけて乾燥させた。
最後に、２回プロトン交換処理を行なった結晶ノ＾板を
熱炉にいれ、加熱した水を通して酸素を７Ｑ量ｔ、 ０
１７分で流入しながら、この水蒸気を含んだ湿った酸素
雰囲気中で３５０℃で４時間アニール処理を行なった。
熱炉にいれ、加熱した水を通して酸素を７Ｑ量ｔ、 ０
１７分で流入しながら、この水蒸気を含んだ湿った酸素
雰囲気中で３５０℃で４時間アニール処理を行なった。
その結果、第４図（ｆ）に示すように、光結合部と光機
能部とでプロトンの熱拡散の深さが異なり、またくし型
電極の形成部分にはプロトンの注入されていない、本発
明の薄膜型光学素子が作製された。
能部とでプロトンの熱拡散の深さが異なり、またくし型
電極の形成部分にはプロトンの注入されていない、本発
明の薄膜型光学素子が作製された。
１へ記くし型電極に電圧５ｖを印加したところ、９０％
の回折効率が畳られ、低電圧で高回折効率が得られるこ
とがわかった。また、光導波路端面における結合効率も
８０％であり、第１実施例と同様に良好であった。
の回折効率が畳られ、低電圧で高回折効率が得られるこ
とがわかった。また、光導波路端面における結合効率も
８０％であり、第１実施例と同様に良好であった。
本発明は以上の実施例に限らず、種々の応用が可能であ
る１例えば前述の実施例では、基板としてＬｉＮｂＯ３
結晶基板を用いたが、タンタル醜リチウム （ＬｉＴａ
０３）結晶ＪＡ板を用いても、全く同様の作製方法で１
本発明の薄膜型光学素子を形成することが出来る。また
基板として上記誘電体のみならず、ＧａＡｓ等の半導体
を用いても良い、又、光導波路の形成も、プロトンの熱
拡散に限らず、ヘリウムイオン（１（ｅ”）等を加速注
入する事によって形成しても良い。
る１例えば前述の実施例では、基板としてＬｉＮｂＯ３
結晶基板を用いたが、タンタル醜リチウム （ＬｉＴａ
０３）結晶ＪＡ板を用いても、全く同様の作製方法で１
本発明の薄膜型光学素子を形成することが出来る。また
基板として上記誘電体のみならず、ＧａＡｓ等の半導体
を用いても良い、又、光導波路の形成も、プロトンの熱
拡散に限らず、ヘリウムイオン（１（ｅ”）等を加速注
入する事によって形成しても良い。
更に、光変調、光偏向の手段もＩＦ５述の音響光学効果
或いは電気光学効果に限らず、磁気光学（ＭＯ）効果の
静磁気表面波（ＭａｇｎｅｔｏｓＬａｔ １ｃｓｕｒｆ
ａｃｅ ｗａｖｅｓ）による回折を利用したり、礪 熱光学（ＴＯ）効果を利用してもかまわない。
或いは電気光学効果に限らず、磁気光学（ＭＯ）効果の
静磁気表面波（ＭａｇｎｅｔｏｓＬａｔ １ｃｓｕｒｆ
ａｃｅ ｗａｖｅｓ）による回折を利用したり、礪 熱光学（ＴＯ）効果を利用してもかまわない。
以上説明したように、本発明の薄膜型光学よｊ′は、光
導波路のイオンの分布の仕方を光機能部と光結合部とで
深さの異なるものにすることによって、光学損傷のしき
い値を十分高く保ちながら、導波光の入出力における結
合効率を高めると同時に光偏向又は光変調の効率を向上
させる効果を有するものである。
導波路のイオンの分布の仕方を光機能部と光結合部とで
深さの異なるものにすることによって、光学損傷のしき
い値を十分高く保ちながら、導波光の入出力における結
合効率を高めると同時に光偏向又は光変調の効率を向上
させる効果を有するものである。
第１図は本発明に基づくｔ５膜型光学素子を音π光学効
果による光偏向器に用いた実施例を示す概略図、第２図
は第１図示の素子の作製過程の一例を示す略断面図、第
３図は本発明を電気光学効果による光偏向器に用いた実
施例を示す概略図、第４因は第３図示の素子の作製過程
の一例を示す略断面図である。 １ ・・・ ＬｉＮｂＯ３結晶基板、 ２ ・・・ 光導波路層。 ３．４ ・・・ Ｎ摩された光導波路端面。 ５．６ ・・・ シリンドリカルレンズ、７．１７．２
０ ・・・ くし型電極。 ８ ・・・ レーザー光。 １０ ・・・ 弾性表面波。 ２１．２２ ・・・ プロトンの注入されていないＴ
Ｉ拡散層。 １３ ３ ７ ｚｙ ７第 ｚ 図 ５ ｑ ４ ６
果による光偏向器に用いた実施例を示す概略図、第２図
は第１図示の素子の作製過程の一例を示す略断面図、第
３図は本発明を電気光学効果による光偏向器に用いた実
施例を示す概略図、第４因は第３図示の素子の作製過程
の一例を示す略断面図である。 １ ・・・ ＬｉＮｂＯ３結晶基板、 ２ ・・・ 光導波路層。 ３．４ ・・・ Ｎ摩された光導波路端面。 ５．６ ・・・ シリンドリカルレンズ、７．１７．２
０ ・・・ くし型電極。 ８ ・・・ レーザー光。 １０ ・・・ 弾性表面波。 ２１．２２ ・・・ プロトンの注入されていないＴ
Ｉ拡散層。 １３ ３ ７ ｚｙ ７第 ｚ 図 ５ ｑ ４ ６
Claims (2)
- （１）基板表面にイオンを注入又は熱拡散することによ
つて形成された光導波路と、イオンが注入も熱拡散もさ
れていない領域とを有し、前記光導波路端面から導波光
を入出力させる光結合部と、前記光導波路の屈折率を外
的作用によつて変化せしめ前記導波光を変調又は偏向さ
せる光機能部とが設けられて成り、前記光結合部と光機
能部とで前記イオンの注入又は熱拡散の深さが異なり、
また前記光機能部において外的作用を生じさせる電極が
前記イオンが注入も熱拡散もされていない領域に形成さ
れた薄膜型光学素子。 - （２）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基板端部近傍にのみプロトンを注入
する過程と、前記基板端部近傍以外の部分の一部にマス
クを形成する過程と、前記マスクで覆われていない基板
表面全体にプロトンを注入する過程と、前記注入された
プロトンを熱拡散せしめ光導波路を形成する過程と、前
記マスクで覆われていた部分に電極を設け、前記光導波
路の屈折率を外的作用により変化せしめ、該光導波路の
導波光を変調又は偏向させる光機能部を形成する過程と
から成る薄膜型光学素子の作製方法。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19290284A JPS6170533A (ja) | 1984-09-14 | 1984-09-14 | 薄膜型光学素子およびその作製方法 |
| US06/774,579 US4778236A (en) | 1984-09-14 | 1985-09-10 | Thin film optical element |
| DE3532811A DE3532811C2 (de) | 1984-09-14 | 1985-09-13 | Optisches Dünnschichtelement |
| GB08522689A GB2165956B (en) | 1984-09-14 | 1985-09-13 | Thin film optical element and method for producing the same |
| FR858513617A FR2570516B1 (fr) | 1984-09-14 | 1985-09-13 | Element optique a couche mince et son procede de fabrication |
| US07/202,889 US4886587A (en) | 1984-09-14 | 1988-06-06 | Method of producing thin film optical element by ion injection under electric field |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19290284A JPS6170533A (ja) | 1984-09-14 | 1984-09-14 | 薄膜型光学素子およびその作製方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6170533A true JPS6170533A (ja) | 1986-04-11 |
Family
ID=16298877
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19290284A Pending JPS6170533A (ja) | 1984-09-14 | 1984-09-14 | 薄膜型光学素子およびその作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6170533A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5160360A (en) * | 1989-11-06 | 1992-11-03 | Nippon Sheet Glass Co., Ltd. | Process for producing low-loss embedded waveguide |
-
1984
- 1984-09-14 JP JP19290284A patent/JPS6170533A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5160360A (en) * | 1989-11-06 | 1992-11-03 | Nippon Sheet Glass Co., Ltd. | Process for producing low-loss embedded waveguide |
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