JPS63210917A

JPS63210917A - 光スイツチ装置

Info

Publication number: JPS63210917A
Application number: JP4550687A
Authority: JP
Inventors: Hidetaka Tono; 秀隆東野; Hideaki Adachi; 秀明足立; Osamu Yamazaki; 山崎　攻
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1987-02-27
Filing date: 1987-02-27
Publication date: 1988-09-01

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】産業上の利用分野本発明は、光通信・光応用計測・制御に用いる光スィッ
チ・光変調器の分野に係わる。

従来の技術電気光学効果を示す材料は数多くあるが、中でも大きな
電気光学効果を有するＰ　Ｌ　Ｚ　Ｔ　（ｘ／ｙ／ｚ　
）系薄膜は、化学式では、わされる四元系複合酸化物である。例えば（２８１０／
１００）近傍のＰＬＺＴ系単結晶薄膜は大きな電気光学
効果を有し、透明な薄膜であり。

これを用いた光スィッチは、第１１図に示す様な構造の
光スイッチ装置が従来から用いられていた（東野　他、
ｒＰＬＺＴ薄膜光スイッチを用いた２　ａｈ動画像伝送
実験）電子通信学会技術研究報告（２８１０／１００）
の粉末ターゲットを用いたプレーナ・マグネトロン・ス
パッタ法により形成し、その上にＴ＆２Ｑ５薄膜３３を
交差帯状に形成しである。ＰＬＺＴ系薄膜３２の屈折率
は２．６であり膜厚は０．３５μｍとし、Ｔａ２０６薄
膜３３の屈折率は２．ｏ９で、膜厚は１０ａｍの均一な
膜３３ａの上に交差帯部３３ｂは２０ａｍである。交差
帯３３ｂの幅１０μｍで交差角１〜２°である。その上
に、バッファ層３４を１８０ｎｍ形成しである。バッフ
ァ層３４はＴａ２０５とＡｌ２Ｏ３の混合物で屈折率は
１．８９程度にしている。バッファ層３４上に、４μｍ
程度のギャップを有する１〜２咽長のＡβ電極を交差帯
の中央部に形成した構造を有している。同図において、
ポート１（３６）あるいはポー）２（３７）より導波し
てきた光はポー）３（３８）またはポー）４（３９）に
伝搬して行く。

電極３６に印加した電圧により導波光の出力ポートが切
り換わる。

第１２図は交差部断面図を示す。同図にて光スイッチ装
置の動作を説明する。導波光は基板３１゜ＰＬＺＴ系薄
膜３２　、　Ｔ　ａ２０６薄膜３３ａ、３３ｂ。

バッファ層３４の屈折率差により、ＰＬＺＴ系薄膜３２
の交差帯Ｔａ２０５薄膜３３ｂの下部に閉じ込められて
伝搬する。従来の例ではこれらの中で最も少ない屈折率
差（ＰＬＺＴ薄膜（ｎｌ＝２．６）Ｔ　ａ　２０６薄膜
（ｎｏ＝２．０９　）　）でも０．６１と犬きく、ＰＬ
ＺＴ膜厚の厚み方向ＴＥシングルモード条件は、波長０
．８μｍで、約３００　ｎｍである。

交差部を伝搬する導波光の横方向モードは偶モードと奇
モードの２モードとなる様に設計され、電極３６に電圧
を印加すると、ギャップ３６の下のＰＬＺＴ薄膜３２に
、バッフ７層３４とＴａ２０５薄膜３３ａ、３３ｂを介
して電界が印加され、強い電気光学効果を生じて屈折率
が変化し、２つの伝搬モードの伝搬定数が変化して出力
ポートが切りかわると解釈されている。

発明が解決しようとする問題点光スイッチ装置の動作安定性を確保するためには、膜厚
方向にシングルモード、多くとも２モードである必要が
ある。従来のＰＬＺＴ系薄膜等を用いた光スイッチ装置
では、膜厚方向の光閉じ込めのための屈折率差が材料上
の制約から０．５１と大きく、従って、導波層の膜厚ｔ
が０．３μｍ程度と制限され、厚くできなかった。光ス
イッチ装置に光を導波させる際に、導波層膜厚が薄いと
、低損失の端面励振が困難となり、プリズム結合等の他
の方法を取らねばならず光の入出力結合が複雑かつ、工
数のかかるものになるという問題点を有していた。超高
速で使用する場合には低挿入損失化が特に重要であシ、
この点は実用上問題となっていた。

また、ＰＬＺＴ系薄膜３２と基板３１あるいはバッファ
層３４との屈折率差がそれぞれ０．８３あるいは０．５
１と大きく、また、薄いＰＬＺＴ系薄膜３２中に光を閉
じ込めるために、ＰＬＺＴ薄膜の界面の電界強度が強く
、界面での散乱が大きく、損失を小さくできないという
問題点を有していた。

更に、第１２図において、ＰＬＺＴ系薄膜３２の比誘電
率が大きく、例えば、Ｐ　Ｌ　Ｚ　Ｔ　（２８１０／１
００）付近の組成では、約１８００の値であるが、一方
、Ｔ　ａ　２　ｏ６薄膜３３ａ、　３３ｂあるいは、バ
フ７７層３４の比誘電率が小さく、約２０の値を示し、
この様な、極端な比誘電率の差によシ、電極３６間に印
加した電圧によるＰＬＺＴ系薄膜３２中の内部電界は小
さくなり、ＰＬＺＴ系薄膜３２に印加される実効的な電
圧は、電極３６間に印加される電圧の半分以下と低い値
になり、ＰＬＺＴ系薄膜３２に有効に電圧が印加されず
、スイッチ電圧がその分高くなるという問題点を有して
いた。この事は、進行波電極構造にして超広帯域化を計
った場合に駆動パワーが電圧の二乗で大きくなるため大
きな実用上の障害となる。

以上の様に、超広帯域の光スイッチ装置を実用化する場
合に従来では、光結合損失や伝搬損失を含む挿入損失の
低減化と、光スイッチ装置の不動電圧の低減化が課題と
なっていた。

問題点を解決するための手段基板上に、例えばＰＬＺＴ系薄膜の様な少なくとも２つ
の元素よりなる化合物薄膜の組成をわずかに変えて、電
気光学効果を有する導波層とバッファ層とを層状構造に
形成し、前記導波層の屈折率を他のバッフ７層のそれよ
りも大きくする積層薄膜先導波路とし、膜厚方向には導
波層内に光の閉じ込めを行う。前記導波層の基板と反対
側の面上に２本の帯が交差して成る交差帯状突起を設け
、前記導波層の厚さの差により面内方向の光の三次元閉
じ込めを行う。また交差部分を他の交差帯状突起よシも
厚くすることによシ、交差状光導波路での光結合が大き
くなり、低電圧動作が可能となる。

基板に、導波層よりも屈折率の小さな薄膜からなる基板
側バッファ層と、その支持部分との複合体基板を用いる
事により、支持部分の基板の使用できる種類を多くでき
る。

前記交差状先導波路を有する積層薄膜光導波路の交差部
分中心上に、空隙を挾んで対向して配置された少なくと
も２つの導体よりなる電極を設け、この電極により、前
記導波層かつまたはバッファ層に内部電界を与え、電気
光学効果によシ屈折率変化を生起せしめ、光路の切シ替
えを行う。また電極をストリップ導体と接地導体からな
る非対称ブレーナマイクロストリップラインによる進行
波電極とし、駆動電気信号を両導体間に印加させ導波光
とほぼ同一方向に伝搬させると、ストリップ導体と接地
導体とで挾まれる空隙下部の前記導波層およびバッファ
層の屈折率は、前記空隙下部に誘起される進行波駆動信
号の電界とともに電気光学効果を介して変化して導波光
と同じ方向に進行する。また、ストリップ導体と接地導
体が、導波光と進行駆動信号の位相速度を整合させるた
めに誘電体薄膜を介して形成されかつ、前記ストリップ
導体と前記接地導体の対向する両端部を前記バッファ層
に接触させて前記積層薄膜光導波路上交差部分上に形成
された構造とすることによシ、更に広帯域化が計られる
。なお、ストリップ導体と接地導体とで挾まれた空隙部
かっまたは前記進行波型電極上には誘電体薄膜を形成す
ることにより、前記位相速度整合の調整範囲を大きくで
きる。

作　　用本発明の実施において、次の作用がある。まず、組成の
わずかに異なる少なくとも２元素よシなる化合物薄膜の
バッファ層、導波層、基板の三層構造光閉じ込めにおい
て、膜の組成をわずかに変えて作るため、導波層とバッ
ファ層かつ、または基板との屈折率差を小さくすること
が出来るために、膜方向にシングルモード条件を満足す
る導波層膜厚を数μｍ〜１０μｍ程度と厚くすることが
可能となり、光の端面励振が行いやすぐ光の入出力結合
が低損失で簡単かつ量産性に富む方法が取れる。

更に、導波層の膜厚が厚くなることと、導波層界面での
屈折率差を小さくできるために界面での散乱損失が少な
くなり、導波損失の低損失化が計られる。更に、導波層
と、バッファ層の化合物薄膜の組成の差がわずかなため
に、比誘電率差もあまりなく、進行波型電極に印加した
電圧は導波層およびバッファ層の化合物薄膜に有効に印
加され、それぞれの膜の電気光学効果により、大きな実
効的屈折率の変化を得ることが出来、光スイッチ装置の
駆動電圧の低減化が計られる。特にＰＬＺＴ系薄膜は電
気光学効果が大きく、駆動電圧の低減化に大きく寄与す
る。

また、交差帯状突起を導波層表面に形成する事により、
横方向実効屈折率変化をつけて、横方向光閉じ込めを行
う。また交差状光導波路は駆動信号の電界と光波の相互
作用部分の長さが短いために、空隙を有する少なくとも
２導体よりなる電極を交差部上に設けた場合には電極長
を短く出来、超高速動作に適している。この交差部分の
突起の高さを大きくする事により、導波光の実効屈折率
を大きく出来、偶・奇モード間の実効屈折率差を大きく
取れ、大きな分散を得る。従って、より低い駆動電圧と
する事が可能となる。更に、交差状光導波路を形成した
積層薄膜光導波路上に非対称プレーナー・マイクロスト
リップライン構成の進行波型電極を設ける事により、交
差状光導波路を伝搬する導波光と、進行波型電極を伝搬
する駆動信号を同一方向に走行させる事が出来、より高
い周波数まで応答する事が出来る。また、進行波電極と
積層薄膜光導波路との間に誘電体薄膜を形成し、進行波
電極のストリップ導体と、接地導体の対向するそれぞれ
の端部を第二バッファ層表面上に接触して形成する事に
より、進行波電極の実効誘電率を調節する事が出来、導
波光の位相速度と、駆動信号の位相速度を整合させ、帯
域幅を更に伸ばすことが出来る。この時、ストリップ導
体と接地導体で挾まれる空隙部かつまたは進行波電極上
に誘電体薄膜を形成することによシ、位相整合の調整範
囲が広がり、設計自由度が増える。また光スイッチ装置
組立測定後、進行波型電極の実効屈折率の調整を実効屈
折率の大なる方向へ行う事が出来る。

実、殉例第１図、第２図は本発明の第一の実施例を示す斜視図お
よび、要部斜視図を示す。第１図において、基板１上に
、第一のＰＬＺＴ系薄膜パックァ層２とその上にＰＬＺ
Ｔ系薄膜導波層３、更にその上に、第二のＰＬＺＴ系薄
膜バックァ層４を形成しである。屈折率は、導波層３が
第一・第二のバッファ層２，４よシも若干大きく、かつ
、それらの差は小さくなっている。膜厚方向シングルモ
ード条件は膜厚をｔとし、波長をλとすると、１次モー
ドカットオフ規格化周波数ｖｃ＝（２πｔ／Ａ）Ｍで与
えられる。ここで、ｎｌは導波層３の屈折率、Δｎは導
波層３と、第一、第二のバッファ層２゜４との屈折率（
”ｃｌ　”ｃ２　）差のうちの小さい方の値であり、”
ｃｌ　＝ｎｃ２の階段状屈折率の時には、Ｖｏ＝ｙｒで
与えられる。波長１　μｍで、ｎ　ｆ＝　２　、６　。

Δｎ＝ｏ、ｏｏ０５とすると、ｔ≧１０μｍとなり、厚
い導波層３が実現できる。導波層３の面内方向光閉じ込
めは、第２図に示す様に、２本の帯が交差して成る一定
の高さｈを有する交差帯状突起１０を設けることにより
、膜厚による実効屈折率差を設けて行い、第１図に示す
ごとくに交差状光導波路５を形成する。交差状光導波路
５の交差部中央上に、数μｍの空隙１１を有する進行波
電極６を設は光スイッチ装置を形成する。交差状光導波
路６の一端に、入力光７が入射した時、進行波電極６間
に印加する電圧により、進行波電極６の空隙１１の下部
の導波層の屈折率が変化して、直進光８と反射光９の出
力が変化し、光路切り替えを行う。

第３図に於いて、交差状光導波路の交差部の屈折率分布
は図に示す様に階段状となっている。またＰＬＺＴ系導
波管３の膜厚分布は高さｈだけ出張った突起状をしてお
り、この突起下部の導波層に光が三次元的に閉じ込めら
れ光が導波される。

第４図に示す第二の実施例では導波層３と第一・第二の
バック７層２２．２４の屈折率がゆるやかに変化して接
続された構造を示す。ＰＬＺＴ系薄膜の組成によっては
、基板１との格子定数差により、エピタキシャル成長し
ないものもあり、これを育成させるために、まず、バッ
フ７層２２を所望の厚さだけエビ成長させ、その後組成
を連続的に変化させて育成をつづけることによシ、導波
層３が育成できる。界面層が、結晶構造のちがいを吸収
するためにこの様なことが可能となった。

第二のバッファ層２４についても同様である。第二のバ
ック７層２４については、単結晶である方が導波損失の
点からは望ましいが、多結晶やアモルファス膜でもかま
わない。単結晶の場合には、導波層よりは小さいが若干
の電気光学効果が有り、これが光スイッチ装置の電圧低
減に寄与するので望ましい。

第１図、第３図において、進行波電極６を積層薄膜光導
波路１２上、即ち、第二バッファ層４上交差状光導波路
６の交差部上中央に空隙１１がくる様に形成しである。

進行波電極６は、ストリップ導体６ａと接地導体６ｂと
から成る非対称プレーナ・マイクロストリップラインで
構成されている。進行波電極６下を導波光が通過する時
間が、光スイッチ装置の帯域周波数を決定する要因の一
つであり、集中定数電極として駆動した時には電極の静
電容量と駆動インピーダンスとで決まる時定数が帯域周
波数を決定するもう−づの要因となる。第１図の様に進
行波電極として電極６の駆動電源１３の接続された給電
側と反対側の負荷側に整合抵抗１４を接続して、駆動信
号を進行波電極６上を導波光とほぼ同一方向に伝搬させ
て用いると、帯域周波数は、導波光と駆動信号の位相速
度差により決まり、前述の帯域周波数をはるかに上回る
値が実現できる。

第６図は、本発明の第三の実施例を示す要部斜視図を示
す。同図は、第２図において、導波層３のみを導波層１
６に置き換えた例を示す。導波層１６の表面に高さｈｌ
の突起を有する２本の帯が交差する交差帯状突起１６を
形成し、交差部１７には高さｈ２（ｈ２〉ｈｌ）の突起
を形成した。この様にする事により、交差部１７におけ
る実効屈折率が大きくなシ、導波光の偶・奇モードの伝
搬定数差の印加電圧による変化率が大きくなるという特
長があシ、光スイッチ駆動電圧を低減できる。

また、本実施例の場合には、交差部１７のみを偶・奇の
ニモード導波路とし、他の帯状突起部分の光導波路をシ
ングルモード構造とする事が可能であり、動作安定性に
優れた構造とする事が可能である。

第６図、第７図は、本発明の第四の実施例を示す斜視図
および導波光に対し、はぼ垂直な面で切断した断面図を
示す。本実施例は、第１図、第３図における進行波電極
６を変えたものである。第６図、第７図において、積層
薄膜光導波路１２上Ｋ、誘電体薄膜２７を形成した上Ｋ
、ス）　ＩＪツブ導体２６ａと接地導体２ｅｂを形成し
、進行波型電極２６を形成しである。ストリップ導体２
６ａと、接地導体２６ｂの対向する両端部は第二のバッ
フ７層４に接触している。また、ストリップ導体２６ａ
と、接地導体２６ｂとで挾まれた空隙部には誘電体薄膜
２８を形成しである。この誘電体薄膜２８は、無くても
良いが、有れば後述する位相速度整合の設計自由度が増
し、光スイッチ装置の設計が楽になる。一般にＰＬＺＴ
系薄膜の屈折率は２．６程度であり、導波光に対する実
効屈折率も約２．６程度となる。一方、ＰＬＺＴ系薄膜
の比誘電率ε１は大体２０００程度の値であり、第１図
の進行波電極６の実効的比誘電率ε。ｉｆは数十以上の
値となる。従って、駆動信号に対する実効屈折率、／’
；７Ｔは光のそれよりも大きい値となる。

この両者の実効屈折率の差、即ち、位相速度の差が第一
の実施例における帯域周波数を決定するのであるが、本
実施例では、進行型電極２６と誘電体薄膜２７および２
８を用いることにより、光スイッチ装置の駆動電圧を大
きく上昇させる事なく、駆動信号に対する実効屈折率を
、導波光に対する実効屈折率に等しくする、即ち、位相
速度整合を行う構造を発明した。進行波型電極２６を伝
搬する駆動信号電圧により生ずる電界は、積層薄膜光導
波路１２中には、ストリップ導体と接地導体の対向する
両端部に集中し、かつ、この部分から出て終わる電気力
線が、交差部中央部分を横切り、電気光学効果による屈
折率変化に大きく寄与し、光スイッチ駆動電圧を決める
。両端部を除く他の導体部分は光スィッチの駆動にはあ
まシ寄与せず、誘電体薄膜２７を介して第二のバッファ
層から離れているので、進行波電極の実効屈折率は誘電
体薄膜２７により変えることが出き、誘電体薄膜２７に
比誘電率の小さい膜を用いると、導波光の実効屈折率に
等しくする事が出来、超広帯域が実現できる○ 更に、空隙部に誘電体薄膜２８を設ける事により、位相
速度整合の設計自由度が増し、設計が容易になるだけで
なく、進行波電極２６形成後、給電線と整合抵抗を接続
して、進行波電極２６の実効屈折率を測定しながら、空
隙部誘電体薄膜２８を堆積させて、進行波電極２６の実
効屈折率を大きい方に調整することが可能となる。この
時、進行波電極２６上に誘電体薄膜２８と同一材料が堆
積しても良い。

次に、具体的な本発明の実施例を述べる。従来ＰＬＺＴ
系薄膜の育成は、大きな電気光学効果を有する単結晶薄
膜の育成に注力されて来ており、基板にサファイアやＭ
ｑｏ等が用いられていた。また、電気光学効果は、得ら
れた膜の組成かわずかずれると、極端に小さくなるため
に、組成の安定という面にのみ注力されて来て、本発明
で用いている膜の屈折率変化という点では全く関心が払
われていなかった。本発明者らは、膜の育成時の組成を
独立に制御し得る四元スパッタ法［Ｈ，Ａｄａｃｈｉ。

ｅｔａｌ、　”Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　　ａｎｄ　Ｐ
ｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｏｆ（Ｐｂ、Ｌａ）Ｔｉｅ
３Ｅｐｉｔａｘｉａｌ　Ｔｈ１ｎ　Ｆｆ１ｍ＋　ｂｙＭ
ｕｌｔｉ−Ｔａｒｇｅｔ　Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ”、　
Ｔａｐ、　Ｊ、　Ａｐｐｌ。

Ｐｈｙｓ、　　（ジャパン　ジャーナル　オプ　アプラ
イド　フィジックス）２４　５ｕｐｐｌ　２４−３．Ｐ
Ｐ１３−１６（１９８５））を用いて膜の組成と屈折率
の関係を詳細に検討した結果、−例として第８．第９図
に示す様な関係を得、本発明の実施にこぎつけた。

第８図はＰＬＺＴ系（！１０／１００）薄膜を調べたも
のであり、基板にはサファイアＣ面を用いた。

この系列で大きな電気光学効果を持つＰＬＺＴ系（２８
１０／１００　）薄膜が導波層として適しており、Ｌａ
含有量を少し増加させることによシ、屈折率がわずか低
下する。これをバッファ層に用いて光スイッチ装置を試
作した。電気光学効果は、導波層に比べ少し低下したが
、比誘電率は略同じ値であった。このＰＬＺＴ　（２８
１０／１００）での電気光学効果は、カー効果で、０．
８Ｘ１０　　（ｍ、Δゾという値であっ／＋ｏ第９図は
、ＰＬＺＴ系（Ｘ／６５／３５　）薄膜のＬａ含有量ｘ
　（ＭＯＬ％）に対スル屈折率ヲ示す。ＰＬＺＴ系（９
／６５／３５）薄膜の電気光学効果は、カー効果で９Ｘ
１　ｏ−１６（ｍ／Ｖ　）２の値を得た。基板はサファ
イアＣ面を用いた。この場合も、Ｌａ含有量を増やすこ
とにより、屈折率を下げることが出来る。この系列の場
合は、電気光学効果が大きい反面、最適値よシの組成ず
れにより大きく電気光学効果が変化する傾向がみられた
。

光スイッチ装置の構造パラメータは、第７図の構造にお
いて、導波層３のＰＬＺＴ系薄膜を、ＰＬＺＴ　（２８
１０／１００）とし、屈折率は２．６で、膜厚２μｍエ
ピタキシャル形成した。また第一。

第二のバッファ層２，４にはＬａ　ＭＯＬ％を約３．５
係増加させてエピタキシャル形成した。膜厚は２μｍと
した。バッファ層２，４の屈折率は２．５９２であった
。波長０．８３μｍとして、膜厚方向の実効屈折率を計
算で求めると２．５９５５で、バッファ層２，４での光
の浸透深さは約１μｍとなった。

第一のバッファ層２と導波層３のＰＬＺＴ系薄膜の形成
までは、Ｌａのスパッタ量を変えて、連続して成長を行
った。基板温度は６００℃、ガスはＡｒ　（６５％）と
０２（３５％）の混合ガスで３Ｐａのガス圧でスパッタ
を行った。導波層３の形成後、一度外に取り出し、フォ
トプロセスにより、５μｍ幅の帯が１０で交差する交差
帯状レジストパターンを形成した後に、イオンビームエ
ツチング法によりレジストパターン外の部分を３５０ｎ
ｍエツチングして、第７図のｈ＝０．３５μｍの交差帯
状突起を形成した。その後レジストを除去し、洗浄後再
び第二のバッファ層４を第一のバッファ層と同様に形成
した。交差帯状突起部分とそれ以外の部分の膜厚方向実
効屈折率差が１／１ｏ００になる様に、バッファ層の屈
折率を調節した。第７図。

第８図に示す様に交差光導波路６の交差部中央上にかか
る様に、二酸化珪素（Ｓ　ｚ　０２　）の材料からなる
誘電体薄膜２７．２８を形成した。厚みは１μｍで、コ
ンタクト部２９の窓の幅Ｗ１．Ｗ２はそれぞれ２μｍと
した。空隙部誘電体薄膜２８の幅は交差部分で４μｍと
した。薄膜はスパッタを用い、パターン形成には通常の
フォトリングラフィとエツチング技術を用いて行った。

更にその上に、第１０図に示す進行波型電極パターンを
第６図。

第７図に示す様に交差状光導波路５の交差部分中央に空
隙２６ｃがくる様に形成して光スイッチ装置を形成した
。材料にはアルミニウム（Ａｌ）を用い、厚み１μｍで
スパッタを行い、パターン形成を行い作製する。第７図
にて、進行波型電極２６は、ストリップ導体２６ａと、
接地導体２６ｂとからなり１本第四の実施例では、両溝
体の対向する幅２μｍ　（Ｗｌ、　Ｗ２）の部分が第二
のバッファ層４に接触しており、進行波型電極２６上を
伝搬する駆動信号電圧は第二のバッファ層４を通して導
波層３を有効に印加され光スイッチ装置の低電圧・高効
率化が計られる。一方進行波型電極２６の実効比誘電率
（実効屈折率の自乗）は、両溝体２６ａ、２６ｂのコン
タクト部２９以外の寄与により、誘電体薄膜２７．２８
の比誘電率が大きく影響される。従って、誘電体２７．
２８の材料と膜厚を適当に選ぶことにより、導波光の実
効屈折率に等しくすることが出来、この時、駆動信号と
導波光の位相速度が整合して帯域は理論上光波の周波数
程度にまで広がる事になる。

また第一の実施例の様に、誘電体薄膜２７．２８のない
場合には、位相速度不整合帯で決まる帯域制限を生ずる
が、電極長が短いために十分広帯域であり、低電圧、高
効率化が計られるのは同様である。

また、第７図の空隙部誘電体薄膜は、光スイッチ素子形
成後に、インピーダンス測定を行い誘電体薄膜を追加形
成して実効比誘電率を調整することができるので歩留シ
向上に効果がある。

試作した光スィッチの交差光導波路の入出力部を伝搬す
る導波光のスポットサイズは、厚み方向約３μｍ２面内
方内約８μｍであった。導波損失は、従来４ｄＢ／ｃｒ
ｎであったものが１本構造では。

約０．５ｄＢ／ｃｒｎ損失が低減した。また、動作電圧
が。

３．２ｖとなり、従来の構造のもので５ｖであったのに
対し、大幅な電圧軽減がはかられた。これは、第二のバ
ッファ層４と、導波層３との比誘電率が′はぼ等しいこ
とにより電圧が導波層３に有効に印加されることと、第
二のバッファ層４および、第一のバッファ層２の電気光
学効果も、光路切りがえに寄与しているためと考えられ
る。試作した光ビーム径の光を用い端面励振を行っ゛た
ところ、端面でのフレネル反射損失を除いた結合損出は
、約１．５ｄＢと小さく、従来の約１ｏｄＢに較べ極め
　。

て小さな値が得られた。

また、導波層３が、ＰＬＺＴ系（９／６５／３５　）薄
膜の場合も同様に光スイッチ装置を試作した。

この系列では、電気光学効果が大きい反面、組成により
敏感なのでより精密な組成制御を行うことにより作製す
ることができる。この系列で作る場合に導波層３の屈折
率は２．４９４．Ｌａ　ＭＯＬ％を１．９係増加させた
バッファ層２，４の屈折率は２．４８６で、バッファ層
での光の浸透深さは約１μｍとなった。膜の厚みはそれ
ぞれ２μｍとしたＰＬＺＴ系（２８１０／１００）と同
様に交差角１゜の幅５μｍの光導波路を形成し、電極を
形成して光スイッチ装置を試作した。試作した光スィッ
チの電圧は、０．９Ｖで動作した。端面研磨を行って端
面励振を行った結果は、前述のものとはほとんど変らず
、小さな結合損失であった。

なお本実施例ではＰＬＺＴ系薄膜の組成を（２８１０／
１００）、（９／６５／３５）に限って述べたが、他の
組成でも電気光学効果を有する組成であれば、同様な効
果がある。また、基板１もサファイアＣ面に話を限定し
たが、他の材料で膜の育成可能なものならば何でも良い
。また、電極材料にアルミニューム（Ａｌ＞を用いたが
、他の金属でも良いのは明らかである。

なお、化合物薄膜をＰＬＺＴ系薄膜に限って説明したが
、他の材料、例えばニオブ酸リチウム（Ｌ　ｉＮ　ｂ　
Ｏ３）　、　　タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）。

チタン酸バリウム（ＢａＴ　１０３　）　、　Ｋ　Ｄ　
Ｐ　、　Ａ　Ｄ　Ｐ　。

ＢＳ○（Ｂｉ１□５ｉ０２ｏ）、ＢＧ○（Ｂ　ｉ　１２
　Ｇ　ａ　０２０　）　ｔＧ　ａ　Ａ　ｓ等の電気光学
材料を用いても、これらの組成比をわずかに調整するこ
とにより屈折率をわずかに変化させて、同様な効果が得
られる。

発明の効果本発明の実施により、膜厚方向シングルモード条件を満
足する導波層の膜厚が、従来よりはるかに厚く、波長の
士数倍程度にまで厚くすることが出来、導波層の端面励
損の結合損失が、従来の１０ｄＢ程度から約１．ｓｄＢ
と極めて小さくすることが可能となった。また、導波損
失が、従来のＰＬＺＴ系薄膜とＴａ２ｏ５薄膜との組み
合せに比較し、約０．６ｄＢ／、の低減がはかられ低損
失化が実現できだ。

更に、光スイッチ装置の動作電圧を、従来のものに比較
して２０％程度まで低くすることが出来る。これは電界
が有効に導波層３のＰＬＺＴ系薄膜に印加される点と、
バッファ層２，４のＰ　Ｌ　ＺＴ系薄膜自身も電気光学
効果を有するために、これらの相乗効果によるものであ
る。

又、進行波型電極を用いることで、広帯域化が計られる
。更に、電極のストリップ導体と接地導体の対向する近
傍以外の部分に第二のバッファ層との間に誘電体薄膜を
設けることにより、電極の実効屈折率を調整し、導波光
の実効屈折率に等しくすることにより、理論上光波の周
波数まで帯域が伸び、実用上は帯域制限がなくなるとい
う大きな効果がある。

以上の様に本発明の実施により、低光結合損失。

低導波損失、低電圧動作の広帯域な光スイッチ装置が提
供される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す光スイッチ装置の斜視
図、第２図は第二のバッファ層以上を除いた要部斜視図
、第３図、第４図はそれぞれ第１゜第２の実施例を示す
交差光導波路部の断面図および屈折率分布を示す図、第
６図は本発明の第３の実施例を示す要部斜視図、第６図
、第７図は本発明の第４の実施例を示す斜視図および断
面図、第８図、第９図はそれぞれＰＬＺＴ系薄膜のＬａ
含有量に対する屈折率を示す図であり、組成（Ｉ１０／
１００）系列と、（ｘ／６５ン３５）系列のものを示す
図、第１ｏ図は本発明の第３の実施例に用いられた進行
波型電極の平面図、第１１図。第１２図は従来例を示す光スイッチ装置の斜視図と交差
光導波路部の断面図である。１・・・・・・基板、礼４．２２．　２４・・・・・・
ＰＬＺＴ系薄膜バッファ層、３，１５・・・・・・ＰＬ
ＺＴ系薄膜導波層、５・・・・・・交差状光導波路、θ
、２６・・・・・・進行波型電極、６ａ、２６ａ・・・
・・・ストリップ導体、６ｂ、２６ｂ・・・・・・接地
導体、７・・・・・・入力光、８・・・・・・直進光、
９・・・・・・反射光、１０，１６・・・・・・交差帯
状突起、１１・・・・・・空隙、２７．２８・・・・・
・誘電体薄膜、２９・・・・・・コンタクト部。代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第　
８　図ＬＱＪイ堅　Ｔｉ　　ｔ　　ｘ　　０ｓｏＬ−７，２第
９図ＬＩＬ當　肩　１ヒ　疋　（ｕｎＬ％ン第１２図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）基板と、前記基板上に形成された電気光学効果を
有する材料からなる導波層と前記導波層上に形成された
バッファ層とからなる積層薄膜光導波路と、前記積層薄
膜光導波路上に形成され、前記導波層中を伝搬する導波
光の光路切り替えを行う内部電界を発生させる様、空隙
を挾んで対向して配置された少なくとも２つの導体より
なる電極とを具備して成る光スイッチ装置において、前
記導波層およびバッファ層が、少なくとも２種類の元素
から成る化合物薄膜でかつその組成比を変えることによ
り前記導波層の屈折率を、前記バッファ層および前記基
板の屈折率よりも大きくし、前記導波層の前記基板と反
対側の表面上に形成された２本の交差帯状突起を設け、
前記交差帯状突起の交差部中央上に前記電極を配置した
ことを特徴とする光スイッチ装置。
（２）基板が、導波層よりも屈折率の小さな薄膜からな
る基板側バッファ層と、その支持部分との複合体基板か
らなることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光
スイッチ装置。
（３）交差帯状突起の交差部分の突起の高さが、前記交
差帯状突起の他の部分の突起の高さより大きいことを特
徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載の光スイ
ッチ装置。
（４）化合物薄膜が、ＰＬＺＴ（ｘ／ｙ／ｚ）系Ｐｂ＿
１＿−＿ｘ＿／＿１＿０＿０Ｌａ＿ｘ＿／＿１＿０＿０
（Ｚｒ＿ｙ＿／＿１＿０＿０Ｔｉ＿ｚ＿／＿１＿０＿０
）＿１＿−＿ｘ＿／＿４＿０＿０Ｏ＿３、０≦ｘ、ｙ、
ｚ≦１００、ｙ＋ｚ＝１００）薄膜材料から成ることを
特徴とする特許請求の範囲第１項、第２項又は第３項記
載の光スイッチ装置。
（５）電極が、光路切り替えを行う電界を発生させる電
気信号を導波光の進行方向とほぼ同じ方向に伝搬させる
様配置した進行波型電極であることを特徴とする特許請
求の範囲第１項、第２項又は第３項記載の光スイッチ装
置。
（６）進行波型電極が、ストリップ導体と接地導体とか
ら成り、前記積層薄膜光導波路面上交差部分中心上に形
成されたことを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の
光スイッチ装置。
（７）進行波型電極が、ストリップ導体と接地導体とか
ら成り、かつ、前記積層薄膜光導波路上交差部分中心上
に、誘電体薄膜を介して形成され、かつ、前記ストリッ
プ導体と前記接地導体の対向するそれぞれの端部は前記
第二のバッファ層表面上に接触して形成されることを特
徴とする特許請求の範囲第５項記載の光スイッチ装置。
（８）第二のバッファ層面上の、ストリップ導体と接地
導体とで挾まれた空隙部かつまたは前記ストリップ導体
と接地導体上に誘電体薄膜を形成したことを特徴とする
特許請求の範囲第７項記載の光スイッチ装置。