JPS6250705A - 薄膜型光学素子およびその作製方法 - Google Patents

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。

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法に関
するものである。

〔従来技術〕

従来、薄膜型即ち、光導波路を用いた光学素子を光偏向
器、光変調器、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
のような薄膜型光学素子は、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、かつ光伝搬損失
が少ないニオブ酸リチウム（以下ＬｉＮｂＯ３と記す）
結晶及びタンタル醜リチウム（以下Ｌ　ｉ　ＴａＯ３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。

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。

この方法は、硝酸タリウム（以下ＴｌＮＯ３と記す）、
硝醜銀（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（Ｃ６Ｈ
５ＣＯＯＨ）等の弱酸中で、ＬｉＮｂＯ３又は、ＬｉＴ
ａ０３ｃ７）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（Ｌｉ”）が弱酸中のプロ
トン（Ｈ＋）等のイオン種と交換され、大きな屈折率差
（ムｈ〜Ｏ，Ｌ　２　）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−（１，％る。（Ｃ，Ｓ、Ｔｓａｉ、ＩＥＥ
ＥＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ　　ＯＮ　　ＣＩＲＣＵＩ
ＴＳ　　ＡＮＤ　　ＳＹＳＴＥＭＳ、ＶＯＬ。

ＣＡＳ−２６、Ｌ　２．１９７９） 一方、前述のような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、基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、
太田義徳　°８４春期応物講演会予稿３１ａ−に−７及
び同著者７ｔｈ　　Ｔｏｐｔｉｃａｌ　　Ｍｅｅｔｉｎ
ｇｏｎ　　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　　ａｎｄ　　Ｇｕｉ
ｄｅｄ−Ｗａｖｅ　　０ｐｔｉｃｓ　　ＴｕＡ５−１〕 しかしながら、光導波路を上記の如く一様な温度の熱拡
散現象を利用して形成した場合には、その屈折率分布は
、第７図の５１に示す如く、ガウス関数型、誤差関数型
或いは指数関数型等の単調減少型となり、この光導波路
を伝搬する導波光の電界強度分布（ＴＥＱモード）は第
３図の５２の如く非対称型となる。これに対しガスレー
ザや半導体レーザから出射される或いは光ファイバーに
よって伝搬される光の電界強度分布は中心対称型であり
、上記方法においても十分な結合効率を得ることが出来
なかった。このように、各種レーザや光ファイバーから
のど一ムを光導波路へ効率よく結合させるためには、光
導波路の屈折率分布の形状を第８図の５３に示される如
く、基板表面より内側に屈折率の最大値をもつものとし
、導波光の電界強度分布を入出力される光の電界強度分
布に近いものにする必要があった。

〔発明の概要〕

本発明の目的は、導波光の入出力の際の結合効率が高い
Ｓ模型光学素子およびその作製方法を提供することにあ
る。

本発明の上記目的は、基板表面に金属を熱拡散し、更に
同一表面にイオンを注入又は熱拡散することによって形
成された光導波路を有し、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
せる光機能部とが設けられて成り、前記光機能部におい
て、熱拡散された金属の密度を光結合部より高く、かつ
、前記イオンの注入又は熱拡散の深さを光結合部よりも
浅く、また、前記光結合部における前記イオンの基板の
厚み方向の密度分布を、基板表面より内側の方が高くす
ることによって達成される。

〔実施例〕

第１図は、音響光学効果を利用した本発明による８Ｍ型
光学素子のＷ４１の実施例を示す斜視図である。１はＸ
板もしくはｙ＆ＬｉＮｂｏ３結晶基板、２はＴｉ拡散及
び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はくし型電極、２３は光導波路２よりもＴｉの密
度が高いＴｉ高密度部である。

波長６３２８人のＨｅ−Ｎｅレーザーからの平行光８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から出射し、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でのレンズ５による集
光光束の幅（集光方向）と導波光の幅はほぼ一致してお
り、さらに光導波路端面近傍では、光導波路２が低屈折
率層２０．２１にうめこまれたような形状となっている
ため、入出力光と導波光の電界強度分布が非常に近いも
のとなり、８５％と高い結合効率が得られた。

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ｌＯ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、またＴｉの密度が高くな
っているため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。

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。

先ず、第２図（ａ）に示される如く、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沙を行ない、窒素ガスを吹
きつけて乾燥させた０次に、第２図の（ｂ）に示される
如く、上記ｙ面もしくはＸ面に電子ビーム蒸着により１
００人の厚さにＴｉ＠［１１を蒸着した。ひきつづき、
第２図の（Ｃ）に示される如く、光機能部のみ開口部を
もつマスク１２で上記基板上を覆い、再びＴｉ薄膜を蒸
着し、中心部の膜厚が５００人の台形状のＴｉ１ｉ膜１
３を形成した。

次に、上記基板を酵素雰囲気中で９６５℃、６時間熱拡
散させ、第２図の（ｄ）に示される熱拡散層１５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、安息香酸に安息香酸リチウムをモル比で１％添加
し、アルミナのルツボにいれた。この安息香酸及び安息
香酸リチウムのはいったルツボ中に第２図（ｂ）のＴｉ
拡散層１５を有するＬｉＮｂＯ３結晶基板を入れ、これ
らを熱炉に入れて２５０℃の温度で３時間保持してイオ
ン交換処理を行なった。この結果、第２図（ｅ）に示さ
れる如＜、Ｔｉ拡散層１１中にプロトン交換層１６が形
成された。この場合、Ｔｉ高密度部宇時は、熱拡散した
ＴＩｒｌ）密度が高いため、それによりプロトンの注入
が押えられ、第２図の（ｅ）に示される如く、プロトン
交換層の深さが光の入出力を行なう光導波路端面側に比
べて浅くなった。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１０−６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’Ｊ　
チウム（ＣＨ３（ＣＨ２）１４ＣＯＯＬ　ｉ：）との混
合物や、ステアリン酸（ＣＨ３（Ｃ）（２）１６　ｃ　
ｏ　ＯＨ）とステアリン酸リチウム（ＣＨ３（ＣＨ２）
　１６　Ｃ００Ｌ　ｆ　）　ト（７）　Ｇ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
つけて乾保させた。

次に、上記結晶基板を熱炉にいれ、加熱した水を通して
酸素を流１１．０Ｍ／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。

ここで、アニール処理条件は、前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３４
８０ｃｍ（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。

上記アニール処理の結果、第２図（ｆ）に示すように、
光機能部が形成される部分のみプロトン交換層の厚さが
薄く、しかもＴｉの密度が高く、一方、光導波路端面に
向うにつれてプロトン交換層の厚さが深くしかもＴｉの
密度も低い光導波路２４が形成された。

次に、第２図の（ｇ）に示される如く、弾性表面波と導
波光とが相互作用をする領域を除いて、波長１０．６　
ｇ　ｍの集光したＣＯ２レーザ２５により光導波路１４
の表面をレーザアニール処理した。ＬｉＮｂＯ３結晶は
１０．６　μｍの波長の光を吸収するため、上記処理に
より基板表面近傍のプロトンが空気側に飛び出し１表面
近傍の屈折率が減少して低屈折率層２０．２１が形成さ
れる。

最後に、通常のフォトリソグラフィーの手法を用いて、
第２図の（ｂ）に示される如く、くし型電極を形成した
。

第２図においては、（ｆ）に示す熱アニール処理・とレ
ーザアニール処理とを分離し、光導波路を形成したが、
レーザアニールに使用するレーザの波長をＬｉＮＯ３結
晶の吸収係数に合わせて選択することにより、レーザア
ニールのみによっても実現することが出来る。この場合
、りｉ性表面波と導波光との相互作用が生じる光機能部
でのＯＨ基の吸収ピークの波数が３４８０ｃｍ−１から
３５０３ｃｍ−１の範囲に存在するようにアニール条件
を選定することが望ましい。

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、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。

上記実施例において、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。

第３図は、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実雄側を示す概略図であ
る。第３図において、第１図と共通の部分には同一の符
号を附し、詳細な説明は省略する。

レーザー光８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、電気光学（ＥＯ）効果用のくし型電極２
６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、シ
リンドリカルレンズ６により平行光に変えられる。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
．２７ｚｍ、交さ幅３．８　ｍ　ｍ、対数３５０対であ
った。

木実雄側においても、電気光学効果により位相格子が生
ずる領域にはＴｉ高高密郡部２０形成され、また、この
栄城でプロトンの注入の深さが浅くなるため、導波光９
の電界強度分布はこの領域で基板表面側へ引き上げられ
る。従って、上記くし型電極１７に電圧５ｖを印加した
ところ、９０％の回折効率が得られ、低電圧で高回折効
率が得られることがわかった。

また、導波路端面における結合効率も８０％と良好であ
った。

ところで１本発明のようにイオン注入によって光導波路
を作製すると、結晶固有の圧電性や電気光学特性が低下
し、導波光の回折効率が下がる場合がある。この場合に
は、基板の一部にイオン注入を行なわない領域を設け、
この領域にくし型電極を配することによって、上記回折
効率の低下を防ぐことが出来る。以下にこの例を説明す
る。

第４図は、音響光学効果を利用した本発明の薄膜型光学
素子の第３の実施例を示す斜視図である。１はＸ板もし
くはｙ板ＬｉＮｂＯ３結晶基板、２はチタン拡散及びプ
ロトン交換によって形成された光導波路、４５は光導波
路２よりもＴｉ密度が高い光導波路、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、３０
．３１はくし型電極、３３はプロトンの注入されていな
いＴｉ拡散層である。又、２０．２１はプロトンが外部
拡散された低屈折率層である。

波長６３２８人のＨｅ−Ｎｅレーザーからの平行光８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、くシ型組＆３０にＲＦパワーを加え
ることにより発生した弾性表面波ｌＯにより回折され、
回折光は。

光導波路端面４から出射し、シリンドリカルレンズ６に
より平行光になる。また、くし型電極３１は弾性表面波
の受信用である。この時の光導波路端面３でのレンズ５
による集光光束の幅（集光方向）と導波光の幅はほぼ一
致しており、さらに光導波路端面近傍では、光導波路２
が低屈折率層２０にうめこまれたような形状となってい
るため、入力光と導波光の電界強度分布が非常に近いも
のとなり、８５％と高い結合効率が１与られた。

弾性表面波と相互作用を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、またＴ
ｉの密度が高くなっているため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。

更に、前記くし型電極３０および３１は、　７夫々プロ
トンが注入されていない領域のＴｉ拡散層上に形成され
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
とが出来る。

第５図は、第４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。

先ず、第５図（ａ）に示される如＜、ｙ板もしくはＸ板
のＬｆＮｂ０３結晶基板１の７面もしくはＸ而をニュー
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１．第５図（ｂ）に示される
如く、上記ｙ面もしくはＸ面に電子ビーム蒸着により２
００人の厚さにＴｉ薄膜１１を蒸着した。ひきつづき、
第５図の（Ｃ）に示される如く、弾性表面波と導波光と
の相互作用領域である光機能部のみ開口部をもつシャド
マスク１２を上記基板上におおい、再びＴｉ薄膜を蒸着
し、中心部の薄膜が５００人の台形状のＴｉ薄膜１３を
形成した。

次に、上記基板を酸素雰囲気中で９６５°Ｃ１６時間熱
拡散させ、第５図の（ｄ）に示される熱拡散層１５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。

第５図の（ｅ）は電極形成部の素子断面図であるが、上
記図に示される如く、電極形成部にプロトン交換時のマ
スクとしてＣｒｔｌＪＩＩ４７を蒸着した０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。この安息香酸及び安息香酸リチウ
ムのはいったルツボ中に第５図（ｅ）のマスクを形成し
たＬ　ｉ　Ｎ　ｂ０３結晶基板を入れ、これらを熱炉に
入れて２５０°Ｃの温度で５時間保持してイオン交換処
理を行なった。その結果、第５図（ｅ）に示される如く
、Ｔｉ拡散層１５中のマスクで覆われていない部分にプ
ロトン交換層１６が形成された。プロトン交換層形成に
あっては、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１０−６から１０−３で
ある材料とこのカルボンＨ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、たとえばパ
ルミチン酸（ＣＨ３（ＣＨ２）１４ＣＯＯＨ）とバルミ
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）　１６Ｃ
ＯＯＨ〕とステアリン酸リチウム（ＣＨ３（ＣＨ２）１
ｓＣＯＯＬｉ）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
、エツチングにより、マスクを除去した。

次に、上記プロトン交換を行なった基板を熱炉にいれ、
加熱した水を通して酸素を流量１．Ｏ交／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
　’Ｃで４時間アニール処理を行なった。ここで、アニ
ール処理条件は前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３４８０ｃｍ−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、上記アニール処理の結果、第５図の（ｆ）
に示される如く、光機能部が形成される部分は、プロト
ン交換層の厚さが薄く、かつ、Ｔｉの密度が高く、一方
、光導波路端面に向うにつれて、プロトン交換層の厚さ
が深くかつＴｉの密度が低い光導波路層２が形成された
。

このようにプロトンが拡散するのは、光機能部において
、熱拡散したＴｉの密度が高いため、それによりプロト
ンが基板内側への拡散が押えられたためである。

一方、電極形成部はプロトン交換時にマスク４７が形成
されており、第５図の（ｇ）に示される如く、プロトン
の注入されていないＴｉ拡散層１５となった。

次に、上記光導波路層２の表面において、上記光機能部
を除いて、波長１０．６ｇｍの集光したＣｏ２レーザ２
５により、レーザアニール処理をした。第５図の（ｈ）
は、電極形成部での素子断面図であり、一方、第５図の
（ｈ）は前記光機能部での素子断面図を示す、ＬｉＨｂ
０３結晶は、１０．６μｍの波長の光を吸収するため、
局所的に加熱され、これらの図に示す如く、上記処理に
より、基板表面近傍のプロトンが空気側に飛び出し、基
板表面の屈折率が減少した低屈折率層２０．２１が形成
された。

最後に１通常のフォトリソグラフィーの手法を用いて、
第５図の（ｉ）に示される如＜、１ｉＴ７記’ｉｔｔ極
形成部にくし型電極２７を形成した。第５図においては
、熱アニール処理とレーザアニール処理とを分離し、光
導波路を形成したが、レーザアニールに使用するレーザ
の波長をＬｉＮｂＯ３結晶の吸収係数と合わせて選択す
ることにより上記光導波路形成をレーザアニールのみに
よっても実現することができる。この場合、弾性表面波
と導波光との相互作用が生じる光機能部でのＯＨ基の吸
収ピークの波数が３４８０ｃｍ−１から３５０３　Ｃｍ
−１（７）範囲に存在するようにアニール条件を選定す
ることが９ましい。

又、第５図で説明した素子作製方法においては、プロト
ン交換処理前に、くし型電極形成部にＣｒ薄膜を蒸着し
、基板内にプロトンが注入もしくは熱拡散させるのを防
いだが、このようなマスクを形成せず基板表面全面に対
してプロトン交換処理をほどこし、前に説明したレーザ
・アニール処理により、電極形成部のプロトンを放出さ
せる作製方法を用いても良い。

上記実施例において、光導波路はＴｉ拡散及びプロトン
の熟拡１牧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６図は、第４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４実施例を示す概略図で
ある。第６図において、第４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。

レーザー光８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。

電気光学（ＥＯ）効果用のくし型電極４１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、シリンドリカルレ
ンズ６により平行光に変えられる。

第１実施例と同様、光導波路端面３でのレンズ５による
集光光束の幅（集光方向）と導波光の幅はほぼ一致して
おり、ざらに光導波路端面近傍では、光導波路２が低屈
折率層１９にうめこまれたような形状となっているため
、入力光と導波光の電界強度分布が非常に近いものにな
り、８５％と高い結合効率が得られた。

また、ＥＯ用くし型電極と導波光とが相互作用する光機
能部に導波光が進むにつれ、プロトンの注入されている
深さが徐々に浅くなり、またＴｉの密度が高くなってい
るため、上記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。また図には現われ
ていないが、くシ型電極３１が形成された部分にはプロ
トンが注入されていないため、従来のようなプロトン注
入による電気光学効果の低下は生じない。

本発明は以上の実施例に限らず１種々の応用が可能であ
る。

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、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Ｆ２誘電体のみならず、ＧａＡｓ等の半
導体を用いても良い、また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（Ｈｅ＋）ｆを加速注
入するバによって形成しても良い、また熱拡散される金
属もＴｉに限らない。

更に、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、磁気光学（ＭＯ）効果の静磁
気表面波（Ｍａｇｎｅｔ。

５ｔａｔｉｃ　　５ｕｒｆａｃｅ　　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。

本発明は光偏向器以外にも光変調器等、種々の装置に適
用できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の薄膜型光学素子は、光導
波路のイオン分布を光機能部の方が光結合部より浅くな
るようにし、また光機能部の方が光結合部より金属の熱
拡散された密度が高くなるようにしたことによって、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回持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。

【図面の簡単な説明】

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第１実施例を示す概略図、第２
図は本発明の第１実施例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
いた第２実施例を示す概略図、第４図は本発明の第３実
施例を示す概略図、第５図は本発明の第３実施１　−・
−ＬｉＮｂＯ３結晶基板、 ２　・・・　光導波路、 ３．４　・・・　研磨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。 １０　・・・　弾性表面波、 ２０．２１　　・・・　低屈折率層、 ２３　・・・　Ｔｉ高密度部。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板表面に金属を熱拡散し、更に同一表面にイオ
   ンを注入又は熱拡散することによって形成された光導波
   路を有し、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
   が設けられて成り、前記光機能部において、熱拡散され
   た金属の密度が光結合部より高く、かつ、前記イオンの
   注入又は熱拡散の深さが光結合部よりも浅く、また、前
   記光結合部における前記イオンの基板の厚み方向の密度
   分布が、基板表面より内側の方が高いことを特徴とする
   薄膜型光学素子。
2. （２）基板表面に基板端部近傍の方が他の部分よりも薄
   い膜厚分布を持つ金属膜を形成する過程と、前記基板に
   前記金属を熱拡散せしめる過程と、前記金属が熱拡散さ
   れた表面から基板中にイオンを注入又は熱拡散せしめ光
   導波路を形成する過程と、前記基板端部近傍にのみレー
   ザを照射する過程と、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。