JPS6170535A - 薄膜型光学素子の作製方法 - Google Patents
薄膜型光学素子の作製方法Info
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- JPS6170535A JPS6170535A JP19290184A JP19290184A JPS6170535A JP S6170535 A JPS6170535 A JP S6170535A JP 19290184 A JP19290184 A JP 19290184A JP 19290184 A JP19290184 A JP 19290184A JP S6170535 A JPS6170535 A JP S6170535A
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- optical waveguide
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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、薄膜型光学素子およびその作製方ｌノ、に関
するものである。
するものである。
従来、薄膜型即ち、光導波路を用いた光学素１を光偏向
器、光変調器、スペクトラムアナライザー、相関塁、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
のような薄膜型光字素ｆ・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
ｎ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
る場合のノＮ板としては、圧電性’ｒｆＷ光学効果及び
電気光学効果に優れ、かつ光体１１２損失が少ないニオ
ブ醜リチウム（以下ＬｉＮｂＯ３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、この様な結晶ノ、（板を用いて、薄＋
１’２ Ｘ ４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Ｊ、（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−（ｌを４１する光導波
路層を形成する力性がある。
器、光変調器、スペクトラムアナライザー、相関塁、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
のような薄膜型光字素ｆ・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
ｎ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
る場合のノＮ板としては、圧電性’ｒｆＷ光学効果及び
電気光学効果に優れ、かつ光体１１２損失が少ないニオ
ブ醜リチウム（以下ＬｉＮｂＯ３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、この様な結晶ノ、（板を用いて、薄＋
１’２ Ｘ ４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Ｊ、（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−（ｌを４１する光導波
路層を形成する力性がある。
しかし、この方法により作製された薄１模光導波路は、
光学損傷を受は易く、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−１？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。
光学損傷を受は易く、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−１？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。
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２人が知られている。
て、イオン交換２人が知られている。
この方法は、硝酸タリウム（以下ＴＩ Ｎｏ ３と記す
）、硝酸１ｊｉ（以下ＡｇＮＯ３と記す）、硝１
酸カリウム（以下ＫＮＯ３と記す）等の溶融
塩中ソハ、安息香酸（ＣｓＨ５ＣＯＯＨ）等の弱へぐ中
で、ＬｉＮｂＯ３又は、ＬｉＴａＯ３の結晶ノ＾板を低
温熱処理することにより、該結晶基機内のリチウムイオ
ン（Ｌｉ”）が弱酸中のブｏＩ・７（Ｈ＋）等のイオ／
種と交換され、大きな／＋＋Ｅ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
ン交換法により作製された薄膜光導波路の光学損傷のし
きい値は、Ｔｉ拡散のものより数１０倍程度向上する良
い特性をもっている。
）、硝酸１ｊｉ（以下ＡｇＮＯ３と記す）、硝１
酸カリウム（以下ＫＮＯ３と記す）等の溶融
塩中ソハ、安息香酸（ＣｓＨ５ＣＯＯＨ）等の弱へぐ中
で、ＬｉＮｂＯ３又は、ＬｉＴａＯ３の結晶ノ＾板を低
温熱処理することにより、該結晶基機内のリチウムイオ
ン（Ｌｉ”）が弱酸中のブｏＩ・７（Ｈ＋）等のイオ／
種と交換され、大きな／＋＋Ｅ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
ン交換法により作製された薄膜光導波路の光学損傷のし
きい値は、Ｔｉ拡散のものより数１０倍程度向上する良
い特性をもっている。
ところで、光偏向器、光変調器を光音響効果や電気光学
効果を利用して実現しようとする場１”１．前記各効果
の効率をトげることが素子形成において’１’ｌＵにな
る。光￥ｆ 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形電極に高
周波電界を印加し。
効果を利用して実現しようとする場１”１．前記各効果
の効率をトげることが素子形成において’１’ｌＵにな
る。光￥ｆ 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形電極に高
周波電界を印加し。
光４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４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
分布が基板表面近情に閉じ込められるほど増大すること
が知られティる。（Ｃ，Ｓ、Ｔｓａｌ、ＩＥＥＥ ＴＲ
ＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳＯＮ ＣＩＲＣＵＩＴＳ Ａ
ＮＤ ＳＹＳＴＥＭＳ、ＶＯＬ、ＣＡＳ−２６，１２
，１９７９） 一方、前述のような光導波路に４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笠の光エ
ネルギー分４＋に合わせて、裁板の厚さ方向に広がって
いる必要がある。
場合、光４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
分布が基板表面近情に閉じ込められるほど増大すること
が知られティる。（Ｃ，Ｓ、Ｔｓａｌ、ＩＥＥＥ ＴＲ
ＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳＯＮ ＣＩＲＣＵＩＴＳ Ａ
ＮＤ ＳＹＳＴＥＭＳ、ＶＯＬ、ＣＡＳ−２６，１２
，１９７９） 一方、前述のような光導波路に４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笠の光エ
ネルギー分４＋に合わせて、裁板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１１４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散濃度を異
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１１４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散濃度を異
ならしめる方法が提案されている。
〔近藤充和、小松啓部、太ＩＩＩ義徳゛８４春期応物講
演会予稿３１ａ−に−７及び同Ｘａ７ｔｈＴｏｐＬｉｃ
ａｌ Ｍｅｅｔｉｎｇ ｏｎ Ｉｎｔｅｇｒａｔ
ｅｄａｎｄ Ｇｕｉｄｅｄ−Ｗａｖｅ ０ｐｔｉｃ
ｓ 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。
演会予稿３１ａ−に−７及び同Ｘａ７ｔｈＴｏｐＬｉｃ
ａｌ Ｍｅｅｔｉｎｇ ｏｎ Ｉｎｔｅｇｒａｔ
ｅｄａｎｄ Ｇｕｉｄｅｄ−Ｗａｖｅ ０ｐｔｉｃ
ｓ 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。
７・″
〔発明のａ要〕
本発明の目的は、光学損傷のしきい値が十分高く、シか
も、導波光の人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膜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、導波光の人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膜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、基板表面にイオンを注入又は熱拡散せしめ光
導波路を形成したＢＩ１２型光学素子にお−いて、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り変化せしめ前記導
波光を変調又は偏向させる光機能部とを有し、 ｉｉｌ
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
の深さを異ならせることによって上記目的を達成するも
のである。
導波路を形成したＢＩ１２型光学素子にお−いて、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り変化せしめ前記導
波光を変調又は偏向させる光機能部とを有し、 ｉｉｌ
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
の深さを異ならせることによって上記目的を達成するも
のである。
：ｐ”Ｓ １図は、ａτ光学効果を利用した本発明によ
る薄１１＜Ｉ！ｙ！Ｘ！光学素子のｒｔＳｌの実施例を
示す斜視１４テある。ｌはＸ板もしくはＹ＆ＬｉＮｂＯ
３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は研摩された光導波路端面、５．６はノリ
／ドリ力ルレ／ズ、７はくし型電極である。
る薄１１＜Ｉ！ｙ！Ｘ！光学素子のｒｔＳｌの実施例を
示す斜視１４テある。ｌはＸ板もしくはＹ＆ＬｉＮｂＯ
３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は研摩された光導波路端面、５．６はノリ
／ドリ力ルレ／ズ、７はくし型電極である。
波１６３２８人のＨｅ−Ｎｅレーザーからの・Ｆ行光８
は、研摩゛された光導波路端面３上に、／リントリカル
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、くシ型電極７にＲＦパワーを加えることにより発生
した’／ＩＩ性表面波ｌＯにより回折され、回折光は、
光導波路端面４かも出射、シリンドリ力ルレノズ６によ
り平行光になる。この時の光導波路端面３での集光光束
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−（６が得られた。
は、研摩゛された光導波路端面３上に、／リントリカル
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、くシ型電極７にＲＦパワーを加えることにより発生
した’／ＩＩ性表面波ｌＯにより回折され、回折光は、
光導波路端面４かも出射、シリンドリ力ルレノズ６によ
り平行光になる。この時の光導波路端面３での集光光束
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−（６が得られた。
また、図のように、光導波路２は光導波路端１＋ｉ ３
、４近傍の光結合部から１弾性表面波１０と導波光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
光が基板表面近く閉じ込められて旨い回折効率が得られ
た。
、４近傍の光結合部から１弾性表面波１０と導波光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
光が基板表面近く閉じ込められて旨い回折効率が得られ
た。
第２図は、第１図の如きｔ髄膜型光学素子の作製方法を
説明する略断面図である。
説明する略断面図である。
先ず、第２図（ａ）に示される如く、ｙ板もＬ ＜ ハ
ｘ板（７）ＬｉＮｂ０３結晶ノ、（板ｌの７面もしくは
Ｘ面をニュートンリング数本以内の平面度に研摩した後
、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７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
薄膜を法肩し、酸素雰囲気中で９６５°Ｃ１２，５時間
熱拡散させ、第２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。
ｘ板（７）ＬｉＮｂ０３結晶ノ、（板ｌの７面もしくは
Ｘ面をニュートンリング数本以内の平面度に研摩した後
、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７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
薄膜を法肩し、酸素雰囲気中で９６５°Ｃ１２，５時間
熱拡散させ、第２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。
Ｎｂ、Ｇｅ等を用いても良い。
次に、第２図の（ｅ）に示す如く、弾性表面波と４波光
とが相〃二作用する光機能部にＣｒ薄Ｈ＋ｔ２１２を蒸
着し、プロトン交換処理時のマスクとした。次に、安、
９．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。安息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ＬｉＮｂ
Ｏ３結晶基板を入れ、これらを熱炉に入れて２５０°Ｃ
の温度で５時間保持してイオノ交換処理を行なった結果
、第２図（Ｃ）に示される如く。
とが相〃二作用する光機能部にＣｒ薄Ｈ＋ｔ２１２を蒸
着し、プロトン交換処理時のマスクとした。次に、安、
９．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。安息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ＬｉＮｂ
Ｏ３結晶基板を入れ、これらを熱炉に入れて２５０°Ｃ
の温度で５時間保持してイオノ交換処理を行なった結果
、第２図（Ｃ）に示される如く。
Ｔｉ拡ＮＩ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、６．香酸と安、９．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１０−６から
１０−３である材料とこりカルホン酸のカルボキシル 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）１４ＣＯＯＨ）とパルミチン
酸リチウムＩ：ＣＨ３ ＣＣ’Ｈ ２） １４ｃｏＯＬ
ｉ）との混合物やステアリン酸（ＣＨ３（ＣＨ２）１
６ｃＯＯＨ）とステアリン酪リチウムＣＣＨ３（ＣＨ２
）ｔ６ｃＯＯＬ ｉ ）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
％の範囲で変化させ桂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、エツチングにより、マスクを除去した。
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、６．香酸と安、９．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１０−６から
１０−３である材料とこりカルホン酸のカルボキシル 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）１４ＣＯＯＨ）とパルミチン
酸リチウムＩ：ＣＨ３ ＣＣ’Ｈ ２） １４ｃｏＯＬ
ｉ）との混合物やステアリン酸（ＣＨ３（ＣＨ２）１
６ｃＯＯＨ）とステアリン酪リチウムＣＣＨ３（ＣＨ２
）ｔ６ｃＯＯＬ ｉ ）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
％の範囲で変化させ桂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、エツチングにより、マスクを除去した。
さらに、上記プロトン交換後の基板を、安息８ａ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った。その結果、第
２図の（ｄ）に示される如く、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、Ｈｔ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
ノ交換後、再びエタノールでＭｉ「液洗浄を行ない、窒
素ガスを吹きつけて乾燥させた。
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った。その結果、第
２図の（ｄ）に示される如く、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、Ｈｔ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
ノ交換後、再びエタノールでＭｉ「液洗浄を行ない、窒
素ガスを吹きつけて乾燥させた。
次に、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ｆｌＬ Ｉ＋＋
１．０見／分で流入しながら、この水蒋気を含んだ湿っ
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２図の（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２０および２１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１９におけるプロトン分布はアニ
ール処理を行なっているためなめらかに変化しており、
この゛部分の伝搬ロスは小さいことが導波実験で確認さ
れた。
熱炉にいれ、加熱した水を通して酸素をｆｌＬ Ｉ＋＋
１．０見／分で流入しながら、この水蒋気を含んだ湿っ
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２図の（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２０および２１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１９におけるプロトン分布はアニ
ール処理を行なっているためなめらかに変化しており、
この゛部分の伝搬ロスは小さいことが導波実験で確認さ
れた。
又、７二一ル処理条件は、ｆａｉｒ記条件以外のもので
も良いが、光機能部でのＯＨ基の吸収ピークの波数が３
４８０ｃｍ−１から３５０３ｃｍ−１の範囲に存在する
ように選定することが望まし ゛い。
も良いが、光機能部でのＯＨ基の吸収ピークの波数が３
４８０ｃｍ−１から３５０３ｃｍ−１の範囲に存在する
ように選定することが望まし ゛い。
最後に１通常のフォトリソグラフィーの手法を用いて、
：Ａ２ｒＡの（ｆ）に示される如く、上記光導波路ｓ（
’ ５ 、）：にくし型電極１６を形成した。
：Ａ２ｒＡの（ｆ）に示される如く、上記光導波路ｓ（
’ ５ 、）：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３１１；１は、第１図示の素子を電気光学（ＥＯ）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図と共通の部分には同
一の符合を附し、詳細な説明は省略する。
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図と共通の部分には同
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
から結合された導波光９は、電気光学（ＥＯ）効果用の
くし型電Ｊ４ｉ１７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。
から結合された導波光９は、電気光学（ＥＯ）効果用の
くし型電Ｊ４ｉ１７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。
ンリンドリカルレンズ６によりモ行光に変えられる。こ
こで作製したくし型電極は、電極巾および電極間の間隔
２．２４ｍ、交さ幅３．８ ｍ ｍ、対ｆｉ３５０対で
あった。また、上記しく型電極に電圧５ｖを印加したと
ころ、９０％の回折効率が得ら、高回折効率が得られる
ことがわかった。
こで作製したくし型電極は、電極巾および電極間の間隔
２．２４ｍ、交さ幅３．８ ｍ ｍ、対ｆｉ３５０対で
あった。また、上記しく型電極に電圧５ｖを印加したと
ころ、９０％の回折効率が得ら、高回折効率が得られる
ことがわかった。
以りの実施例では、光結合部の方が光機能部よりイオン
の注入又は熱拡散の深さが深い例を示したが、注入され
るイオンが異なると、逆の構成となる場合もある。この
例を以下に示す。
の注入又は熱拡散の深さが深い例を示したが、注入され
るイオンが異なると、逆の構成となる場合もある。この
例を以下に示す。
第４図は１本発明の薄膜型光学素子の第３実施例を示す
斜視図である。ｒｔＳ４図において第１図とＪ（通の部
分には同一符号を附し、詳細な説明は省略する。ここで
、２２は、ヘリウムイオン（Ｈｅ”）が注入された光導
波路で、第１実施例と異なる点である。プロトンの場合
と同様、Ｈｅイオンが注入されると屈折率が増大し、光
導波路が形成される。
斜視図である。ｒｔＳ４図において第１図とＪ（通の部
分には同一符号を附し、詳細な説明は省略する。ここで
、２２は、ヘリウムイオン（Ｈｅ”）が注入された光導
波路で、第１実施例と異なる点である。プロトンの場合
と同様、Ｈｅイオンが注入されると屈折率が増大し、光
導波路が形成される。
以ド、本発明の素子の作製方法を第５図を用いて説明す
る。
る。
先ず、ｙ板もしくはＸ板のＬｉＮｂＯ３結晶基板ｌ結晶
基板波スパッタリングにより、Ｐｉみ約０．５ミクロン
（終ｍ）の酸化亜鉛（ＺｎＯ）薄ＮＱ２３を付着させた
。上記薄膜は通常の写真蝕刻技術及び化学腐食技術を用
いて、弾性表面波と導波光とが相互作用する領域２４の
みが除去されている。上記薄膜２３の表面にレジスト薄
Ｗ２２５が更に付着されている。上記レジスト薄膜は、
上記同様に、写真蝕刻技術を用いて。
基板波スパッタリングにより、Ｐｉみ約０．５ミクロン
（終ｍ）の酸化亜鉛（ＺｎＯ）薄ＮＱ２３を付着させた
。上記薄膜は通常の写真蝕刻技術及び化学腐食技術を用
いて、弾性表面波と導波光とが相互作用する領域２４の
みが除去されている。上記薄膜２３の表面にレジスト薄
Ｗ２２５が更に付着されている。上記レジスト薄膜は、
上記同様に、写真蝕刻技術を用いて。
輻２６の間のみ除去されており、残りの部分は、厚さが
約１．３ ｇ ｍである。従って、薄膜２３及び２５か
ら成る複合マスクは、領域２４の間のみ欠如しており、
これを除く幅２６の領域は単層？［から成り、又、幅２
６の外側は。
約１．３ ｇ ｍである。従って、薄膜２３及び２５か
ら成る複合マスクは、領域２４の間のみ欠如しており、
これを除く幅２６の領域は単層？［から成り、又、幅２
６の外側は。
二層の薄膜から成っている。
ｊ 為、第４図の２２に示される如く、光
結合部と光ａ走部とでイオン注入の深さが異なる光導波
路が得られた。イオン注入は、ヘリウムイオン（Ｈｅ
”）を加速エネルギー２００ｋｅＶ−Ｃ’注入した。
結合部と光ａ走部とでイオン注入の深さが異なる光導波
路が得られた。イオン注入は、ヘリウムイオン（Ｈｅ
”）を加速エネルギー２００ｋｅＶ−Ｃ’注入した。
本実施例において、光結合部のイオン注入の深さは、光
機能部より浅いが、ヘリウムイオン注入により得られる
屈折率差はプロトン注入の場合より小さい為、光導波路
からの光のしみ出しが大さく、実際には光結合部におけ
る導波光のエネルギー分布は、光機能部より基板の厚み
方向に広がった形状となる。従って１本実施例もｆ７＄
１実施例と同様に光結合部の高結合効率と、光機能部の
高回折効率を同時に満足するものである。
機能部より浅いが、ヘリウムイオン注入により得られる
屈折率差はプロトン注入の場合より小さい為、光導波路
からの光のしみ出しが大さく、実際には光結合部におけ
る導波光のエネルギー分布は、光機能部より基板の厚み
方向に広がった形状となる。従って１本実施例もｆ７＄
１実施例と同様に光結合部の高結合効率と、光機能部の
高回折効率を同時に満足するものである。
以上の実施例では、基板としてＬｉＮｂＯ３結晶基板を
用いたが、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａ０３）結晶基
板を用いても、全く同様の作製方法で１本発す１のｌｉ
ｌ膜型光学稟子を形成することが出来る。また、このよ
うな誘電体に限らず、基板に半導体を用いても良い、こ
のような薄膜光学素子を以下に示す。
用いたが、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａ０３）結晶基
板を用いても、全く同様の作製方法で１本発す１のｌｉ
ｌ膜型光学稟子を形成することが出来る。また、このよ
うな誘電体に限らず、基板に半導体を用いても良い、こ
のような薄膜光学素子を以下に示す。
：ｆｔ、６図は本発明の薄Ｉ１２型光学素子の第４実施
例を小す斜視図である。第６図において、第１図と共通
の部分には同一符号を附し詳細な説明は省略する。ここ
で、３１はガリウムヒ素（ＧａＡｓ）ＪＪｉ板、３２は
アルミニウムガリウムヒ素（ＡｉＧａＡｓ）へツファ層
、３３は注入キャリア分布をもつガリウムヒ素−アルミ
ニウムヒＪ （ＧａＡ ５−ＡＪＬＧａＡｓ）光導波路
、３４は、ｍ化亜鉛（ＺｎＯ）％シ膜で片側はテーパー
構造となっている。上記ＺｎＯ薄膜上に設けられたくし
型電極７にＲＦパワーが印加されると、上記薄膜とに弾
性表面波１０が励起され、上記テーパー構造部を通り、
’ＧａＡｓ−記光導波路層３３上において、光導波路端
面３及び４近傍の光結合部はキャリア密度が高くかつ深
くまでドーピングされているため、光導波路の実効屈折
率は、ター性表面波と導波光とが相〃作用する光機能部
に比べて低い、これにょす光ム１１合部において導波光
のエネルギー分布は広がり、高い結合効率を示し、一方
、光機能部においては導波光のエネルギー分布は表面に
集中して高い回折効率が得られる。
例を小す斜視図である。第６図において、第１図と共通
の部分には同一符号を附し詳細な説明は省略する。ここ
で、３１はガリウムヒ素（ＧａＡｓ）ＪＪｉ板、３２は
アルミニウムガリウムヒ素（ＡｉＧａＡｓ）へツファ層
、３３は注入キャリア分布をもつガリウムヒ素−アルミ
ニウムヒＪ （ＧａＡ ５−ＡＪＬＧａＡｓ）光導波路
、３４は、ｍ化亜鉛（ＺｎＯ）％シ膜で片側はテーパー
構造となっている。上記ＺｎＯ薄膜上に設けられたくし
型電極７にＲＦパワーが印加されると、上記薄膜とに弾
性表面波１０が励起され、上記テーパー構造部を通り、
’ＧａＡｓ−記光導波路層３３上において、光導波路端
面３及び４近傍の光結合部はキャリア密度が高くかつ深
くまでドーピングされているため、光導波路の実効屈折
率は、ター性表面波と導波光とが相〃作用する光機能部
に比べて低い、これにょす光ム１１合部において導波光
のエネルギー分布は広がり、高い結合効率を示し、一方
、光機能部においては導波光のエネルギー分布は表面に
集中して高い回折効率が得られる。
本発明は以上の実施例に限らず１種々の応用がｕｌ能で
ある０例えば、光導波路をチャンネル＾・１として、光
機能部において各チャンネルのスイッチングを行なうよ
うに構成しても良い。
ある０例えば、光導波路をチャンネル＾・１として、光
機能部において各チャンネルのスイッチングを行なうよ
うに構成しても良い。
また光変調、光偏向の手段も前述の音響光学効果或いは
電気光学効果に限らず、ｌＩｉ＆気光学（ＭＯ）効果の
静磁気表面波（Ｍａｇｎｅｔｏｓｔａｔ １ｃｓｕｒｆ
ａｃｅ ｗａｖｅｓ）による回折を利用したり、熱光学
（Ｔｏ）効果を利用してもかまわない。
電気光学効果に限らず、ｌＩｉ＆気光学（ＭＯ）効果の
静磁気表面波（Ｍａｇｎｅｔｏｓｔａｔ １ｃｓｕｒｆ
ａｃｅ ｗａｖｅｓ）による回折を利用したり、熱光学
（Ｔｏ）効果を利用してもかまわない。
７−′
／′
／／′
〔発明の効果〕
以上説明したように、末完ＩＪＩの薄膜型光学素子は、
光導波路のイオンの分ＩＩＩ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ｆｆ１を十分高く保ちなから、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。
光導波路のイオンの分ＩＩＩ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ｆｆ１を十分高く保ちなから、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薄膜型光学素子を音響光学効果
による光偏向器に用いた実施例を示す概略図、第２図は
本発明の錦膜型光学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図は本発明の他の実施例
を示す概略図、第５図は第４図示の素子を作製する際の
イオン注入マスクを示す概略図、第６図は本発明の更に
他の実施例を示す概略図である。 ■ ・・・ ＬｉＮｂＯ３結晶基板 ２ ・・・ 光導波路。 ３．４ ・・・ 研席された光導波路端面。 ５．６ ・・・ シリンドリカルレンズ。 ７．１７ ・・・ くし型電極、 ８ ・・・ レーザー光、 ２０ ・・・ 弾性表面波。
による光偏向器に用いた実施例を示す概略図、第２図は
本発明の錦膜型光学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図は本発明の他の実施例
を示す概略図、第５図は第４図示の素子を作製する際の
イオン注入マスクを示す概略図、第６図は本発明の更に
他の実施例を示す概略図である。 ■ ・・・ ＬｉＮｂＯ３結晶基板 ２ ・・・ 光導波路。 ３．４ ・・・ 研席された光導波路端面。 ５．６ ・・・ シリンドリカルレンズ。 ７．１７ ・・・ くし型電極、 ８ ・・・ レーザー光、 ２０ ・・・ 弾性表面波。
Claims (2)
- （１）基板表面にイオンを注入又は熱拡散せしめ光導波
路を形成した薄膜型光学素子において、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り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を有し、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るこ
とを特徴とする薄膜型光学素子。 - （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、前記基板端部近傍以外の部分に前記
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 |
|---|---|---|---|
| JP59192901A JPH0827471B2 (ja) | 1984-09-14 | 1984-09-14 | 薄膜型光学素子の作製方法 |
| US06/774,579 US4778236A (en) | 1984-09-14 | 1985-09-10 | Thin film optical element |
| GB08522689A GB2165956B (en) | 1984-09-14 | 1985-09-13 | Thin film optical element and method for producing the same |
| DE3532811A DE3532811C2 (de) | 1984-09-14 | 1985-09-13 | Optisches Dünnschichtelement |
| 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 |
|---|---|---|---|
| JP59192901A JPH0827471B2 (ja) | 1984-09-14 | 1984-09-14 | 薄膜型光学素子の作製方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6170535A true JPS6170535A (ja) | 1986-04-11 |
| JPH0827471B2 JPH0827471B2 (ja) | 1996-03-21 |
Family
ID=16298859
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59192901A Expired - Fee Related JPH0827471B2 (ja) | 1984-09-14 | 1984-09-14 | 薄膜型光学素子の作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0827471B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5000774A (en) * | 1989-05-13 | 1991-03-19 | Selenia Industrie Elettroniche Associate S.P.A. | Method of masked two stage lithium niobate proton exchange |
| CN112424670A (zh) * | 2018-07-16 | 2021-02-26 | 鲁姆斯有限公司 | 采用偏振内反射器的光导光学元件 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59176730A (ja) * | 1983-03-28 | 1984-10-06 | Fujitsu Ltd | 光スイツチ |
| JPS60182424A (ja) * | 1984-02-29 | 1985-09-18 | Nec Corp | 光制御回路 |
-
1984
- 1984-09-14 JP JP59192901A patent/JPH0827471B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59176730A (ja) * | 1983-03-28 | 1984-10-06 | Fujitsu Ltd | 光スイツチ |
| JPS60182424A (ja) * | 1984-02-29 | 1985-09-18 | Nec Corp | 光制御回路 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5000774A (en) * | 1989-05-13 | 1991-03-19 | Selenia Industrie Elettroniche Associate S.P.A. | Method of masked two stage lithium niobate proton exchange |
| CN112424670A (zh) * | 2018-07-16 | 2021-02-26 | 鲁姆斯有限公司 | 采用偏振内反射器的光导光学元件 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0827471B2 (ja) | 1996-03-21 |
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|---|---|---|---|
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