JPS63221306A - 導波型光制御デバイス - Google Patents
導波型光制御デバイスInfo
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- JPS63221306A JPS63221306A JP5731387A JP5731387A JPS63221306A JP S63221306 A JPS63221306 A JP S63221306A JP 5731387 A JP5731387 A JP 5731387A JP 5731387 A JP5731387 A JP 5731387A JP S63221306 A JPS63221306 A JP S63221306A
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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】
〔産業上の利用分野〕
本発明は導波型光制御デバイスの構造に関する。
光導波層に電気光学効果を持つ強誘電体を用い、光導波
層上部に電極を設けた導波型光デバイスにおいては、電
極に電圧を印加することにより導波光の制御ができ、ス
イッチ、グレーティング・カプラ、分波器９反射器等の
多くの機能を有する素子を得ることができる。
層上部に電極を設けた導波型光デバイスにおいては、電
極に電圧を印加することにより導波光の制御ができ、ス
イッチ、グレーティング・カプラ、分波器９反射器等の
多くの機能を有する素子を得ることができる。
従来、電気光学効果の得られる先導波路材料として広く
用いられているチタン拡散ニオブ酸リチウムによるグレ
ーティング・カプラの例を第５図に示す。ＺカットＬｉ
Ｎｂ０．基板５１上にＴｉを拡散した光導波層５２を形
成し、光導波層５２上にグレーティング電極５３．５４
を形成する。この電極５３．５４間に電圧を印加するこ
とにより、光導波層５２に電界５５が発生し光導波層の
屈折率が周期的に変化し、屈折率変調型のグレーティン
グとなり導波光を外部に導くことができる。そして印加
電圧を変えることにより、屈折率変化の度合が変わりグ
レーティング・カプラの結合効率が変わることが知られ
ている。
用いられているチタン拡散ニオブ酸リチウムによるグレ
ーティング・カプラの例を第５図に示す。ＺカットＬｉ
Ｎｂ０．基板５１上にＴｉを拡散した光導波層５２を形
成し、光導波層５２上にグレーティング電極５３．５４
を形成する。この電極５３．５４間に電圧を印加するこ
とにより、光導波層５２に電界５５が発生し光導波層の
屈折率が周期的に変化し、屈折率変調型のグレーティン
グとなり導波光を外部に導くことができる。そして印加
電圧を変えることにより、屈折率変化の度合が変わりグ
レーティング・カプラの結合効率が変わることが知られ
ている。
しかしながら、従来のＬｉＮｂＯ３を用いた導波型光制
御デバイスでは、ＬｉＮｂＯ３の屈折率変化が１次の電
気光学効果によるものであるため、大きな屈折率変化を
得るためには高い電圧を印加しなければならないという
欠点があり、また、電極が同一平面上にあるので屈折率
変化に寄与しない水平電界成分が存在するなめ、高い回
折効率を得るには、印加電圧を高くしなければならない
という欠点もあった。
御デバイスでは、ＬｉＮｂＯ３の屈折率変化が１次の電
気光学効果によるものであるため、大きな屈折率変化を
得るためには高い電圧を印加しなければならないという
欠点があり、また、電極が同一平面上にあるので屈折率
変化に寄与しない水平電界成分が存在するなめ、高い回
折効率を得るには、印加電圧を高くしなければならない
という欠点もあった。
本発明の目的は、印加電圧が低くとも大きな屈折率変化
が得られる導波型光制御デバイスを提供することにある
。
が得られる導波型光制御デバイスを提供することにある
。
本発明によれば、シリコン基板上にスピネル層を形成し
、さらにその上に順次屈折率の異なる第１及び第２の２
層のＰＬＺＴ薄膜層を形成し、第２のＰＬＺＴ薄膜層上
部に電極を設けた素子と、素子の電極とシリコン基板間
に電圧を印加する手段とを含んで構成され、第２のＰＬ
ＺＴ薄膜層は、第１のＰＬＺＴ薄膜層より大きな屈折率
を持ち、第２のＰＬＺＴ薄膜層を光導波路として導波光
の制御を行う導波型の光制御デバイスが得られる。
、さらにその上に順次屈折率の異なる第１及び第２の２
層のＰＬＺＴ薄膜層を形成し、第２のＰＬＺＴ薄膜層上
部に電極を設けた素子と、素子の電極とシリコン基板間
に電圧を印加する手段とを含んで構成され、第２のＰＬ
ＺＴ薄膜層は、第１のＰＬＺＴ薄膜層より大きな屈折率
を持ち、第２のＰＬＺＴ薄膜層を光導波路として導波光
の制御を行う導波型の光制御デバイスが得られる。
本発明では光導波層として２次の電気光学効果を持つＰ
ＬＺＴ薄膜を用いるので１次の電気光学効果に比べては
るかに大きな屈折率変化が得られる。さらに光導波層上
部の電極とシリコン基板間に電圧を印加することにより
、光導波層に対し垂直電界のみが発生し、発生電界のほ
とんどを屈折率変化に用いることができる。また、光導
波層からの光の漏れを低減するバッファ層をＰＬＺＴ薄
膜とスピネル層の２層構造にして、ＰＬＺＴ薄膜に比べ
て誘電率が低く電界が集中しゃすいスピネル層を薄くす
ることで、光導波層に電界を集中させ印加電圧をＰＬＺ
Ｔ薄膜に有効に作用させることができる。従って、バッ
ファ層を２層としスピネル層を薄くすることで低電圧で
高い回折効率が得られる。
ＬＺＴ薄膜を用いるので１次の電気光学効果に比べては
るかに大きな屈折率変化が得られる。さらに光導波層上
部の電極とシリコン基板間に電圧を印加することにより
、光導波層に対し垂直電界のみが発生し、発生電界のほ
とんどを屈折率変化に用いることができる。また、光導
波層からの光の漏れを低減するバッファ層をＰＬＺＴ薄
膜とスピネル層の２層構造にして、ＰＬＺＴ薄膜に比べ
て誘電率が低く電界が集中しゃすいスピネル層を薄くす
ることで、光導波層に電界を集中させ印加電圧をＰＬＺ
Ｔ薄膜に有効に作用させることができる。従って、バッ
ファ層を２層としスピネル層を薄くすることで低電圧で
高い回折効率が得られる。
次に、図面を参照して本発明について詳細に説明する。
第１図は本発明の第１の実施例としてグレーティング・
カプラの構成を示す斜視図である。シリコン基板１１上
に、バッファ層としてスピネル（Ｍｇｋｌ ２０４）層
１２とＰ Ｌ Ｚ Ｔ （ＰｂＬａＸｉＴｉ）バッファ
層１３、その上部にＰＬＺＴ光導波層１４を形成し、Ｐ
ＬＺＴ光導波層１４上にグレーティング電極１５を形成
する。スピネル層１２は、導波光のシリコン基板１１へ
のリークを防ぐためのバッファ層であると共に、ＰＬＺ
Ｔを単結晶エピタキシャル成長させるための中間層とし
ての働きもする。また、ＰＬＺＴバッファ層１３は、バ
ッファ層に要求される条件である（（）ＰＬＺＴ光導波
層１４の屈折率より小さくかつ近い。
カプラの構成を示す斜視図である。シリコン基板１１上
に、バッファ層としてスピネル（Ｍｇｋｌ ２０４）層
１２とＰ Ｌ Ｚ Ｔ （ＰｂＬａＸｉＴｉ）バッファ
層１３、その上部にＰＬＺＴ光導波層１４を形成し、Ｐ
ＬＺＴ光導波層１４上にグレーティング電極１５を形成
する。スピネル層１２は、導波光のシリコン基板１１へ
のリークを防ぐためのバッファ層であると共に、ＰＬＺ
Ｔを単結晶エピタキシャル成長させるための中間層とし
ての働きもする。また、ＰＬＺＴバッファ層１３は、バ
ッファ層に要求される条件である（（）ＰＬＺＴ光導波
層１４の屈折率より小さくかつ近い。
（Ｕ）ＰＬＺＴ光導波層１４との密着が良いなどを満足
している。
している。
グレーティング電極１５と低抵抗シリコン基板１１間に
電圧を印加することにより電界１９がＰＬＺＴ光導波層
１４に対し垂直方向に発生し、周期的な屈折率変化が起
こる。この結果、ＰＬＺＴ光導波層１４は屈折率変調型
のグレーティングとなり、入射光１６を外部にとり出す
ことができ、出射光１７が得られる。電圧をかけない場
合は通常の光導波路となり、入射光１６はそのまま導波
される。電界１９が垂直にかかるため深さ方向の屈折率
変化は均一であり、グレーティングの回折効率も横方向
に電界をかけた場合の比べ非常に高い、また、バッファ
層がＰＬＺＴバッファ層１３とスピネル層１２の２層と
なっているため・、誘電率の低いスピネル層１２を薄く
して、発生電界をＰＬＺＴ層厚内に集中させることで、
グレーティング電極１５とシリコン基板１１間の印加電
圧を低減できる。さらには、グレーティングのピッチを
１μｍ以下とし回折角を大きくすることも可能である０
以上のデバイス構造とＰＬＺＴ光導波層の２次の電気光
学効果により、グレーティング電極への印加電圧を大幅
に低減することが可能である。
電圧を印加することにより電界１９がＰＬＺＴ光導波層
１４に対し垂直方向に発生し、周期的な屈折率変化が起
こる。この結果、ＰＬＺＴ光導波層１４は屈折率変調型
のグレーティングとなり、入射光１６を外部にとり出す
ことができ、出射光１７が得られる。電圧をかけない場
合は通常の光導波路となり、入射光１６はそのまま導波
される。電界１９が垂直にかかるため深さ方向の屈折率
変化は均一であり、グレーティングの回折効率も横方向
に電界をかけた場合の比べ非常に高い、また、バッファ
層がＰＬＺＴバッファ層１３とスピネル層１２の２層と
なっているため・、誘電率の低いスピネル層１２を薄く
して、発生電界をＰＬＺＴ層厚内に集中させることで、
グレーティング電極１５とシリコン基板１１間の印加電
圧を低減できる。さらには、グレーティングのピッチを
１μｍ以下とし回折角を大きくすることも可能である０
以上のデバイス構造とＰＬＺＴ光導波層の２次の電気光
学効果により、グレーティング電極への印加電圧を大幅
に低減することが可能である。
本実施例において、ＰＬＺＴ光導波層１４゜ＰＬＺＴバ
ッファ層１３及びスピネル層１２は、マグネトロンスパ
ッタ法により成膜し、膜厚はそれぞれ９μｍ、 １．４
μｍ、 ０．０１μｍとした。グレーティング電極１
５は出射光１７を防げないように透明なＩＴ○を用い、
イオンミリングによりパターン化した。
ッファ層１３及びスピネル層１２は、マグネトロンスパ
ッタ法により成膜し、膜厚はそれぞれ９μｍ、 １．４
μｍ、 ０．０１μｍとした。グレーティング電極１
５は出射光１７を防げないように透明なＩＴ○を用い、
イオンミリングによりパターン化した。
次に、本発明の第１の実施例の応用例を示す。
第２図は本発明を光路変換素子へ応用した例を示す斜視
図である。第２図において、グレーティング電極２５の
ピッチΔを一定にし、周期的な屈折率変化を与えると光
偏向も行える。特に第２図においては、グレーティング
電極２５の水平方向に入射光２６を角度θで入射させ、
グレーティング電極２５に電圧を印加すると、グレーテ
ィング電極２５とシリコン基板１１の間に垂直電界が生
じ、ＰＬＺＴ光導波層１４の屈折率変化により、低電圧
で出射光２７が取り出せる。電圧を印加しないと、導波
光はそのまま直進し出射光２８となる。例えば、波長λ
＝１．３μｍの入射光の場合、グレーティングピッチΔ
＝０．５μｍであれば、偏向角２θはおよそ５５°程度
と概算される。従って、グレーティングピッチを適当に
定めれば任意の偏向が得られる。
図である。第２図において、グレーティング電極２５の
ピッチΔを一定にし、周期的な屈折率変化を与えると光
偏向も行える。特に第２図においては、グレーティング
電極２５の水平方向に入射光２６を角度θで入射させ、
グレーティング電極２５に電圧を印加すると、グレーテ
ィング電極２５とシリコン基板１１の間に垂直電界が生
じ、ＰＬＺＴ光導波層１４の屈折率変化により、低電圧
で出射光２７が取り出せる。電圧を印加しないと、導波
光はそのまま直進し出射光２８となる。例えば、波長λ
＝１．３μｍの入射光の場合、グレーティングピッチΔ
＝０．５μｍであれば、偏向角２θはおよそ５５°程度
と概算される。従って、グレーティングピッチを適当に
定めれば任意の偏向が得られる。
第２図はグレーティングの反射型であったが、第３図は
入射光３６をグレーティング電極２６の垂直方向に角度
θで入射させて光路変換を行う透過型とした場合の例を
示す。
入射光３６をグレーティング電極２６の垂直方向に角度
θで入射させて光路変換を行う透過型とした場合の例を
示す。
第４図は本発明の第２の実施例で、光導波路をパターン
化したチャンネル導波路４４とその交差上部に平面電極
４５を設けることにより、低電圧で動作可能な全反射型
光スイッチを示す、入射光４６を入射させ、電極４５に
電圧を印加すると、電極４５とシリコン基板１１の間に
垂直電界が生じ、ＰＬＺＴチャンネル先導波路４４の屈
折率変化により低電圧で出射光４７が取り出せる。電圧
を印加しない場合は、入射されたチャネルを入射光４６
が直進する。
化したチャンネル導波路４４とその交差上部に平面電極
４５を設けることにより、低電圧で動作可能な全反射型
光スイッチを示す、入射光４６を入射させ、電極４５に
電圧を印加すると、電極４５とシリコン基板１１の間に
垂直電界が生じ、ＰＬＺＴチャンネル先導波路４４の屈
折率変化により低電圧で出射光４７が取り出せる。電圧
を印加しない場合は、入射されたチャネルを入射光４６
が直進する。
本発明のようにバッファ層を２層（ＰＬＺＴバッファ層
とスピネル層）にした場合と、バッファ層すべてをスピ
ネル層で構成した場合とをその容量により比較して見る
。第１図において、ＰＬＺＴ光導波層１４を９ｔｔｍ、
ＰＬＺＴバッファ層１３及びスピネル層１２を各々１．
４μｍ。
とスピネル層）にした場合と、バッファ層すべてをスピ
ネル層で構成した場合とをその容量により比較して見る
。第１図において、ＰＬＺＴ光導波層１４を９ｔｔｍ、
ＰＬＺＴバッファ層１３及びスピネル層１２を各々１．
４μｍ。
０．０１ＡＬｍとすると、バッファ層が２層の場合の電
極間容量は１５５Ｘ１０６／ｓ ＣＦ）となる（ただし
、Ｓは電極面積）。バッファ層をスピネル層のみで構成
する場合（従って、バッファ層の厚さは１．４１μｍと
なる）の電極間容量は５．５３Ｘ １０６／ｓ （Ｆ）
となる、電極間に多層の誘電体がある場合、各層に生じ
る電界は、各層の容量の比に逆比例するから、バッファ
層をＰＬＺＴバッファ層とスピネル層の２層にすること
で、スピネル層のみでバッファ層を構成した場合と同じ
回折効率を得るのに１／３０の電圧印加で良いことにな
る。
極間容量は１５５Ｘ１０６／ｓ ＣＦ）となる（ただし
、Ｓは電極面積）。バッファ層をスピネル層のみで構成
する場合（従って、バッファ層の厚さは１．４１μｍと
なる）の電極間容量は５．５３Ｘ １０６／ｓ （Ｆ）
となる、電極間に多層の誘電体がある場合、各層に生じ
る電界は、各層の容量の比に逆比例するから、バッファ
層をＰＬＺＴバッファ層とスピネル層の２層にすること
で、スピネル層のみでバッファ層を構成した場合と同じ
回折効率を得るのに１／３０の電圧印加で良いことにな
る。
従って、本発明により印加電圧を１／３０に低減するこ
とができる。
とができる。
以上のように本発明によれば、導波型光制御デバイスに
おいて、低電圧で導波光の制御を行うことができる。
おいて、低電圧で導波光の制御を行うことができる。
第１図は、本発明の第１の実施例であるグレーティング
カプラを示す斜視図、第２図は、本発明の第１の実施例
を反射型光路変換素子へ応用した例を示す斜視図、第３
図は、本発明の第１の実施例を透過型光路変換素子へ応
用した例を示す斜視図、第４図は本発明の第２の実施例
である内部全反射型スイッチを示す斜視図、第５図はＬ
ｉＮｂＯ３を用いた従来例を示す斜視図である。
カプラを示す斜視図、第２図は、本発明の第１の実施例
を反射型光路変換素子へ応用した例を示す斜視図、第３
図は、本発明の第１の実施例を透過型光路変換素子へ応
用した例を示す斜視図、第４図は本発明の第２の実施例
である内部全反射型スイッチを示す斜視図、第５図はＬ
ｉＮｂＯ３を用いた従来例を示す斜視図である。
Claims (1)
- シリコン基板上にスピネル層を形成し、さらにその上に
屈折率の異なる第１及び第２のＰＬＺＴ薄膜層を形成し
、該第２のＰＬＺＴ薄膜層上部に電極を形成した素子と
、前記電極とシリコン基板間に電圧を印加する手段とを
有し、前記第２のＰＬＺＴ薄膜層は前記第１のＰＬＺＴ
薄膜層より大きな屈折率を持ち、前記第２のＰＬＺＴ薄
膜層を光導波路として導波光の制御を行うことを特徴と
する導波型光制御デバイス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5731387A JPH0670693B2 (ja) | 1987-03-11 | 1987-03-11 | 導波型光制御デバイス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5731387A JPH0670693B2 (ja) | 1987-03-11 | 1987-03-11 | 導波型光制御デバイス |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63221306A true JPS63221306A (ja) | 1988-09-14 |
| JPH0670693B2 JPH0670693B2 (ja) | 1994-09-07 |
Family
ID=13052076
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5731387A Expired - Lifetime JPH0670693B2 (ja) | 1987-03-11 | 1987-03-11 | 導波型光制御デバイス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0670693B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5238877A (en) * | 1992-04-30 | 1993-08-24 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Conformal method of fabricating an optical waveguide on a semiconductor substrate |
| US6928206B2 (en) * | 2002-03-29 | 2005-08-09 | Hitachi, Ltd. | Wavelength division multiplex optical switch |
| JP2016024425A (ja) * | 2014-07-24 | 2016-02-08 | 日本電信電話株式会社 | グレーティングカプラ形成方法 |
-
1987
- 1987-03-11 JP JP5731387A patent/JPH0670693B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5238877A (en) * | 1992-04-30 | 1993-08-24 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Conformal method of fabricating an optical waveguide on a semiconductor substrate |
| US6928206B2 (en) * | 2002-03-29 | 2005-08-09 | Hitachi, Ltd. | Wavelength division multiplex optical switch |
| JP2016024425A (ja) * | 2014-07-24 | 2016-02-08 | 日本電信電話株式会社 | グレーティングカプラ形成方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0670693B2 (ja) | 1994-09-07 |
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