KR20060030049A

KR20060030049A - 음향 광학 필터

Info

Publication number: KR20060030049A
Application number: KR1020057024494A
Authority: KR
Inventors: 키요카즈 야마다
Original assignee: 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
Priority date: 2003-07-07
Filing date: 2004-04-22
Publication date: 2006-04-07
Anticipated expiration: 2024-04-22
Also published as: CN100360990C; EP1643295A1; JP4111221B2; JPWO2005003847A1; CN1813215A; US20070147723A1; KR100742514B1; EP1643295A4; WO2005003847A1; US7343056B2

Abstract

본 발명은 상호 작용 길이의 길이를 짧게 하지 않고, 즉 저전력으로, 넓은 광통과 특성을 얻는 것을 가능하게 하는 음향 광학 필터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 음향 광학 필터(1)의 구성에 따르면, 음향 광학 기판(2)의 상면(2a)에 광도파로(3)가 형성되어 있고, 음향 광학 기판(2)상에 표면파를 여진시키는 인터디지탈 전극(interdigital electrode;4)이 형성되어 있으며, 인터디지탈 전극(4)에 의해 여진된 표면파의 도파로가 광도파로와 거의 일치하는 방향으로 연장되어 있고, 광도파로(3)에 도파된 광모드가 표면파에 의해 변환되는 음향 광학 필터로서, 광도파로(3)에 도파되는 빛과 탄성표면파와의 상호 작용 영역에 있어서의 위상 정합 조건이, 위상이 정합된 상태로부터 0.235% 이상 변화시키도록, 위상 정합 조건 변화수단으로서의 박막 리지(ridge;5)가 형성되어 있다.

음향 광학 필터, 광도파로, 박막 리지

Description

음향 광학 필터{ACOUSTOOPTIC FILTER}

본 발명은 광도파로가 형성된 음향 광학 기판상에 표면파를 여진(勵振)하기 위한 인터디지탈 전극(interdigital electrode)이 형성되어 있는 음향 광학 필터에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 빛과 탄성표면파의 상호 작용 영역이 개선된 음향 광학 필터에 관한 것이다.

최근, 인터넷의 보급 및 기업 내 LAN의 급증 등에 의해, 데이터 트래픽이 급속하게 증대해 오고 있다. 그에 따라, 대용량 통신이 가능한 광통신 시스템이 데이터 트래픽의 관계뿐만 아니라, 액세스계 트래픽(access traffic)에까지 보급해 오고 있다. 광통신의 대용량화를 달성하기 위해서, 광(光) 전송속도의 고속화 및 광파장 다중화가 도모되고 있다. 파장 다중화를 실현하기 위한 중요한 구성 부품으로서, 광파장 필터가 존재한다.

광파장 필터는 어느 특정의 파장의 빛을 필터링하는 것으로, 광파장 다중 통신의 중요한 부품이다.

하기의 Low Drive-Power Integrated Acoustooptic Filter On X-Cut Y-Propagating LiNbO₃, IEEEPHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, Vol.3, No.10 1991에는, 도 12에 나타내는 광파장 필터가 개시되어 있다. 이 광파장 필터(101)에서는, X커트 Y전파의 LiNbO₃기판(102)상에, Ti가 확산되어 있는 광도파로(103)가 형성되어 있다. 또한, LiNbO₃기판(102)상에는, 탄성표면파를 여진하기 위해서, IDT(104, 105)가 배치되어 있다. 또한, 탄성표면파 도파로를 구성하기 위해서, Ti가 확산되어 있는 벽부(106, 107)가 탄성표면파 전파 영역의 양측에 배치되어 있다. 여기에서는, 상기 벽부(106, 107)의 형성에 의해, 저전력 또한 협대역의 광파장 필터가 구성된다고 되어 있다.

한편, 하기의 음향 광학 효과를 사용한 LiNbO₃ 튜너블 파장 필터(Tunable Wavelength Filter)(200년 기념 첨단기술 심포지엄 "압전재료와 탄성파 디바이스" 2000년 2월)에는, 도 13에 나타내는 광파장 필터가 개시되어 있다. 광파장 필터(111)에서는, X커트 Y전파의 LiNbO₃기판(112)상에 Ti가 확산되어 있는 광도파로(113)가 형성되어 있다. 또한, IDT(114)가 표면파를 여진하기 위해서 형성되어 있다. 그리고, 표면파 도파로를 형성하기 위해서, 막 부가형의 가이드(115)가 형성되어 있으며, 그것에 의해 집적 가능한 협대역의 광파장 필터가 실현된다는 것이 기재되어 있다.

한편, 하기의 일본국 특허공개 평11-84331호 공보에는, 도 14에 나타내는 광파장 필터가 개시되어 있다. 광파장 필터(121)에서는, 기판(122)상에 있어서, 광도파로(123) 및 IDT(124)가 형성되어 있다. 그리고, IDT(124)에 의해 여진된 표면파와 광도파로(123)에 도파된 빛의 상호 작용 영역에 있어서, 광도파로(123)의 복굴 절률을 변화시킴으로써, 광파장 필터(121) 내에서 발생한 복굴절률 분포가 보상되고, 그것에 의해 주파수 특성상의 사이드 로브(side lobe)의 증대를 억제할 수 있다고 기재되어 있다.

그런데, 광파장 필터와 같은 음향 광학 필터에서는, 광파장을 다중화하는 파장 간격이나 다중수는 광통신 시스템에 따라 다양하다. 특히, 액세스계의 광통신 시스템에서는, 저가격인 것이 강하게 요구되고 있으며, 최근, CWDM(Coarse WDM) 등의 규격이 제안되어 있다. CWDM은 다중화하는 파장의 간격을 넓힘으로써 저가격의 시스템을 실현하는 것이다. 따라서, CWDM에서는, 광파장 필터는 광대역이며, 또한 평탄한 특성을 갖는 것임이 강하게 요구된다.

한편, 상술한 Low Drive-Power Integrated Acoustooptic Filter On X-Cut Y-Propagating LiNbO₃, IEEEPHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, Vol.3, No.10 1991, 음향 광학 효과를 사용한 LiNbO₃ 튜너블 파장 필터(200년 기념 첨단기술 심포지엄 "압전재료와 탄성파 디바이스" 2000년 2월)에 기재된 광파장 필터는, 모두, 협대역의 필터 특성을 실현하는 것이다. 따라서, Low Drive-Power Integrated Acoustooptic Filter On X-Cut Y-Propagating LiNbO₃, IEEEPHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, Vol.3, No.10 1991, 음향 광학 효과를 사용한 LiNbO₃ 튜너블 파장 필터(200년 기념 첨단기술 심포지엄 "압전재료와 탄성파 디바이스" 2000년 2월)에 기재된 광파장 필터는, 예를 들면 CWDM 등에 있어서 요구되고 있는, 광대역이며 또한 평탄한 파장 통과 특성을 갖는 필터를 제공할 수 있는 것이 아니었다.

한편, 상기 일본국 특허공개 평11-84331호 공보에 기재된 광파장 필터에서는, 광파장 필터에 존재하는 복굴절률 분포를 광도파로의 복굴절률을 변화시킴으로써 보충하여, 상호 작용 영역에 있어서의 위상 정합 조건이 일정화되어 있다.

그러나, 이 광파장 필터에 있어서 광대역의 파장 통과 특성을 얻기 위해서는, 상호 작용 길이를 짧게 하지 않으면 안 되었다.

즉, 상호 작용 영역에 있어서의 위상 조건이 일정하게 되어 있는 경우의 파장 통과 특성은, 도 15의 실선 X로 나타나지만, 이 필터의 대역을 10배로 넓히면, 도 15의 파선 Y로 나타내는 특성이 된다.

한편, 도 15의 실선 X로 나타나 있는 특성이 얻어지고 있는 경우의 상호 작용 길이, 입력전력 및 통과대역을 모두 1로 해서 규격화한 경우의, 상기 상호 작용 길이에 대한 필터 대역의 변화 및 상호 작용 길이에 대한 필요 입력전력의 변화를, 도 16 및 도 17에 나타낸다. 도 16 및 도 17로부터 명백하듯이, 광파장 필터의 대역을 10배로 넓힌 경우, 상호 작용 길이는 1/10이 되고, 또한 필요한 입력전력은 100배의 크기가 되는 것을 알 수 있다.

따라서, 일본국 특허공개 평11-84331호 공보에 기재된 선행기술의 광파장 필터에서는, 저전력으로 넓은 대역에 걸쳐서 평탄한 파장 통과 특성을 실현할 수 없었다.

본 발명은 상술한 종래기술의 결점을 해소하여, 넓은 대역에 걸쳐서 평탄한 파장 통과 특성을 저전력으로 실현하는 것을 가능하게 하는 음향 광학 필터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 한쪽 주면(主面)에 광도파로가 형성되어 있는 음향 광학 기판과, 상기 음향 광학 기판상에 형성되어 있으며, 상기 광도파로에 있어서 도파되는 빛의 모드를 변환하기 위한 탄성표면파를 여진시키는 인터디지탈 전극(interdigital electrode)을 구비하고, 상기 인터디지탈 전극에 의해 여진된 표면파의 도파로가 상기 광도파로와 거의 일치하는 방향으로 연장되어 있으며, 상기 광도파로에 도파된 빛의 모드가 상기 탄성표면파에 의해 변환되는 음향 광학 필터에 있어서, 상기 광도파로에 도파되는 빛과 상기 탄성표면파와의 상호 작용 영역에 있어서의 위상 정합 조건을, 위상이 정합되는 상태로부터 0.235% 이상 변화시키는 위상 정합 조건 변화수단을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 음향 광학 필터의 어느 특정의 국면에서는, 상기 위상 정합 조건 변화수단이 상기 상호 작용 영역에 있어서의 탄성표면파의 위상 속도를 변화시키는 수단이다.

본 발명에 따른 음향 광학 필터의 다른 특정의 국면에서는, 상기 위상 정합 조건 변화수단이 표면파 도파로에 있어서의 탄성표면파의 위상 속도를 변화시키는 수단이다.

본 발명에 따른 음향 광학 필터의 또 다른 특정의 국면에서는, 상기 표면파 도파로에 있어서의 탄성표면파의 위상 속도를 변화시키는 수단이 표면파 도파로상에 형성된 박막 리지(ridge)이다.

본 발명에 따른 음향 광학 필터의 또 다른 특정의 국면에서는, 상기 박막 리지의 막 두께가 상기 표면파 도파로를 따라서 변화되고 있으며, 그것에 의해 표면파 도파로에 있어서 탄성표면파의 위상 속도가 변화된다.

본 발명에 따른 음향 광학 필터의 또 다른 특정의 국면에서는, 상기 표면파 도파로에 있어서 표면파의 위상 속도를 변화시키는 수단이, 상기 표면파 도파로의 폭이 표면파 도파로가 연장되는 방향에 있어서 변화되고 있는 구조이다.

본 발명에 따른 음향 광학 필터의 또 다른 특정의 국면에서는, 상기 표면파 도파로의 양측에 표면파가 반사되는 한 쌍의 벽면이 형성되어 있으며, 상기 한 쌍의 벽면에 의해 표면파 도파로의 위상 속도가 변화된다.

본 발명에 따른 음향 광학 필터의 또 다른 특정의 국면에서는, 상기 한 쌍의 벽면을 구성하는 벽면 구성 부재의 구조가 표면파 도파로를 따라서 변화되고 있으며, 그것에 의해 탄성표면파의 위상 속도가 변화된다.

본 발명에 따른 음향 광학 필터의 또 다른 특정의 국면에서는, 상기 한 쌍의 벽면간의 간격이 변화되고 있으며, 그것에 의해 표면파 도파로의 폭이 변화되고 있다.

본 발명에 따른 음향 광학 필터의 또 다른 특정의 국면에서는, 상기 위상 정합 조건 변화수단이 상기 상호 작용 영역에 있어서의 탄성표면파의 위상 속도를 변화시키는 위상 속도 제어막이다.

본 발명에 따른 음향 광학 필터의 또 다른 특정의 국면에서는, 상기 위상 속도 제어막의 막 두께가 상기 위상 정합 조건을 0.235% 이상 변화시키도록 선택되어 있다.

본 발명에 따른 음향 광학 필터의 또 다른 특정의 국면에서는, 상기 위상 정합 조건 변화수단이 상기 상호 작용 영역에 있어서의 탄성표면파의 전파상수 또는 빛의 실효 굴절률을 변화시키는 수단이다.

본 발명에 따른 음향 광학 필터의 또 다른 특정의 국면에서는, 상기 탄성표면파의 전파상수 또는 빛의 실효 굴절률을 변화시키는 수단이 상기 상호 작용 영역의 온도 분포 설정수단이다.

본 발명에 따른 음향 광학 필터의 또 다른 특정의 국면에서는, 상기 온도 분포 설정수단이 상기 음향 광학 기판상에 형성된 발열체이다.

본 발명에 따른 음향 광학 필터의 또 다른 특정의 국면에서는, 상기 발열체가 히터 소자이다.

본 발명에 따른 음향 광학 필터의 또 다른 특정의 국면에서는, 상기 인터디지탈 전극이 상기 발열체를 겸하고 있다.

본 발명에 따른 음향 광학 필터의 또 다른 특정의 국면에서는, 상기 온도 분포 설정수단이 상기 표면파 도파로상에 형성된 박막으로 구성되어 있으며, 상기 박막의 막 두께가 온도 분포를 갖도록 부분적으로 다르게 되어 있다.

본 발명에 따른 음향 광학 필터의 또 다른 특정의 국면에서는, 상기 상호 작용 영역에 있어서 표면파의 전파상수 또는 빛의 실효 굴절률을 변화시키는 수단이 상기 광도파로에 형성되어 있다.

본 발명에 따른 음향 광학 필터의 또 다른 특정의 국면에서는, 상기 전파상수 또는 빛의 실효 굴절률을 변화시키는 수단이 위상 정합 조건을 0.235% 이상 변화시키도록 폭이 설정된 광도파로이다.

본 발명에 따른 음향 광학 필터의 또 다른 특정의 국면에서는, 상기 광도파로에 형성된 전파상수 또는 빛의 실효 굴절률을 변화시키는 수단이 광도파로에 확산된 금속이다.

도 1은 (a) 및 (b)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 음향 광학 필터의 외관을 나타내는 사시도 및 (a)의 A-A선을 따르는 단면도이다.

도 2는 본 발명에 있어서, 규격화된 대역과, 규격화된 입력전력과의 관계를 나타내는 도면으로, 실선은 위상 정합 조건이 변화되고 있는 경우, 파선은 위상 정합 조건이 일정하게 되어 있는 경우를 나타내는 도면이다.

도 3은 위상 정합 조건을 0.7% 및 1.1% 변화시킨 경우의 음향 광학 필터의 특성의 예를 나타내는 도면이다.

도 4는 (a) 및 (b)는 본 발명에 있어서, 위상 정합 조건을 변화시킨 경우의 위상 정합 조건의 변화량과 규격화 대역과의 관계를 나타내는 각 도면으로, (b)는 (a)의 요부를 확대해서 나타내는 도면이다.

도 5는 제1 실시예의 변형예의 음향 광학 필터를 나타내는 사시도이다.

도 6은 제2 실시예의 음향 광학 필터를 나타내는 사시도이다.

도 7은 제2 실시예의 변형예의 음향 광학 필터를 나타내는 사시도이다.

도 8은 제3 실시예의 음향 광학 필터를 나타내는 사시도이다.

도 9는 제4 실시예의 음향 광학 필터에 있어서 상호 작용 영역에 온도 구배( 勾配)를 형성한 상태를 설명하기 위한 도면이다.

도 10은 제5 실시예의 음향 광학 필터의 사시도이다.

도 11은 제6 실시예의 음향 광학 필터의 사시도이다.

도 12는 종래의 광파장 필터의 일례를 나타내는 모식적 평면도이다.

도 13은 종래의 광파장 필터의 다른 예를 나타내는 모식적 평면도이다.

도 14는 종래의 광파장 필터의 또 다른 예를 나타내는 모식적 평면도이다.

도 15는 음향 광학 필터에 있어서의 통과 특성을 설명하기 위한 도면이다.

도 16은 음향 광학 필터에 있어서의 규격화 상호 작용 길이와 규격화 대역과의 관계를 나타내는 도면이다.

도 17은 음향 광학 필터에 있어서의 규격화 상호 작용 길이와 규격화 입력전력과의 관계를 나타내는 도면이다.

이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 명백히 한다.

도 1(a) 및 도 1(b)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 음향 광학 필터를 나타내는 사시도 및 도 1(a)의 A-A선을 따르는 모식적 단면도이다. 음향 광학 필터(1)는 X커트 Y전파의 LiNbO₃로 이루어지는 압전 기판(2)을 갖는다.

압전 기판(2)의 상면(2a)에는, 길이 방향으로 연장되도록, 또한 폭 방향 중앙에, 광도파로(3)가 형성되어 있다. 광도파로(3)는 Ti를 열확산함으로써 구성되어 있다. 본 실시예에서는, 압전 기판(2)의 상면(2a)의 중앙에 있어서, 폭 90㎚의 영역에, 1040℃ 및 8시간의 조건으로 Ti를 열확산함으로써 광도파로(3)가 구성되어 있다. 한편, 광도파로(3)는 압전 기판(2)의 상면(2a)에 있어서, 길이 방향의 전 길이에 이르도록 형성되어 있다. 압전 기판(2)의 길이 방향 치수는 60㎜, 폭 방향 치수는 5㎜이다.

또한, 압전 기판(2)의 상면에 있어서는, 탄성표면파를 여진시키기 위한 인터디지탈 전극(IDT)(4)이 형성되어 있다. IDT(4)는 파장이 20㎛, 전극지(electrode finger) 교차폭이 60㎛, 중심 주파수가 170∼180MHz가 되도록 구성되어 있다.

또한, 상호 작용 영역에 있어서 압전 기판(2)상에, 박막 리지(5)가 형성되어 있다. 상호 작용 영역이란, 광도파로(3)에 인도된 빛과, 표면파가 상호 작용하는 영역으로, 본 실시예에서는, IDT(4)가 형성되어 있는 부분으로부터, 압전 기판(2)의 단면(2b)까지의 영역이다. 박막 리지(5)는 ZnO를 스퍼터링함으로써 형성되어 있다. 이 박막 리지(5)의 길이는 30㎜이고, 폭 방향 치수는 50㎛이며, 막 두께는 도 1로부터 명백하듯이, IDT(4)에 가까운 측의 단부(5a)로부터 멀어짐에 따라서 두꺼워지고 있다. 보다 구체적으로는, IDT(4)측의 단부(5a)에 있어서, 박막 리지(5)의 막 두께는 0.4㎛, 반대측의 단부(5b)에서는 1.0㎛로 되어 있다.

한편, IDT(4)의 외측에는, 흡수재(6)가 배치되어 있다. 또한, 상호 작용 영역의 외측 단부측에도 흡수재(7)가 배치되어 있다. 흡수재(6, 7)는 실리콘고무에 의해 구성되어 있다. 단, 흡수재(6, 7)는 폴리이미드, 에폭시 등에 의해 구성할 수 있다.

본 실시예의 음향 광학 필터(1)의 특징은, 상기 박막 리지(5)의 막 두께가 단부(5a)로부터 단부(5b)를 향해서 상기와 같이 변화되고 있는 데 있으며, 그것에 의해 상호 작용 영역에 있어서의 상호 정합 조건이, 위상이 정합되는 상태로부터 1%정도 변화되고 있다. 따라서, 상호 작용 영역의 길이를 짧게 하지 않고, 광 통과대역이 30배 정도 넓혀지는 데 있다. 이것을, 도 2∼도 4를 참조해서 설명한다.

음향 광학 필터는 빛의 TE모드-TM모드간의 변환을 이용한 소자이다. 빛의 파장을 λ, TE모드 및 TM모드의 전파상수를 βa, βb, 실효 굴절률을 Na, Nb라고 하고, 탄성표면파의 위상 속도를 λ라고 하면, 위상 정합 조건은 하기의 식(1)로 나타난다.

이때, 위상 정합 조건이 상호 작용 영역에서 일정한 경우에는, 광 통과대역의 폭은 상호 작용 길이로 결정되게 된다. 여기에서, 상호 작용 길이 내에서 위상 정합 조건을 변화시킴으로써, 상호 작용 길이에 관계없이, 광 통과대역을 넓힐 수 있다. 그 때문에, 상호 작용 길이를 길게 할 수 있으며, 저전력으로 넓은 대역의 광 통과대역을 얻을 수 있음을 알 수 있다.

상기와 같은 위상 정합 조건을 변화시키는 수단으로서는, 상호 작용 영역에 있어서 탄성표면파의 위상 속도를 변화시키는 수단, 혹은 탄성표면파의 전파상수 혹은 빛의 실효 굴절률을 변화시키는 수단을 들 수 있다.

도 1에 나타낸 실시예에서는, 상호 작용 영역에 있어서, 박막 리지(5)의 형 성에 의해, 탄성표면파의 위상 속도가 변화되고, 그것에 의해 위상 정합 조건이 1% 정도 변화되고 있다.

그런데, 도 2는 규격화된 통과대역과, 규격화된 입력전력과의 관계를 나타내는 도면이다. 도 2의 파선은 위상 정합 조건이 일정한 경우를, 실선은 위상 정합 조건이 변화되고 있는 경우를 나타낸다. 위상 정합 조건이 일정한 경우에는, 상호 작용 길이의 치수에 의해 대역이 변화된다.

즉, 위상 정합 조건이 일정한 경우에는, 대역폭을 10배로 하기 위해서는, 상호 작용 길이를 1/10로 할 필요가 있고, 그 경우에는, 도 2로부터 입력전력은 100배가 된다. 이에 비하여, 위상 정합 조건을 변화시키는 경우에는, 대역을 10배로 하면, 상호 작용 길이가 그대로인 경우에는, 입력전력은 10배의 크기로 하면 된다(도 2).

즉, 위상 정합 조건이 일정하게 되어 있는 경우에 비해서, 위상 정합 조건을 변화시켜서, 대역폭을 10배로 한 경우에는, 필요 입력전력은 1/10이 된다. 또한, 대역폭을 2배로 하는 경우에 있어서도, 위상 정합 조건을 변화시키는 구조에서는, 위상 정합 조건을 일정하게 한 구조에 비해서, 필요 전력은 1/2이 된다.

상기와 같이 대역폭을 넓힌 경우라도 입력전력을 저감할 수 있는 효과는 대역폭이 넓으면 넓을수록 커진다. 또한, 상호 작용 길이를 길게 함으로써, 입력전력을 더욱 작게 하는 것도 가능하다.

도 3은 도 15에 나타낸 통과대역 특성에 비해서, 본 발명에 따라서, 각각, 위상 정합 조건을 0.7% 및 1.1% 변화시키고, 대역을 10배로 넓힌 경우의 필터 특성 을 나타내는 도면이다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 위상 정합 조건을 0.7% 변화시킴으로써, 도 15의 실선으로 나타내는 대역을 10배로 넓힐 수 있으며, 또한 위상 정합 조건을 1.1% 변화시키면, 대역을 35배로 넓힐 수 있다.

위상 정합 조건의 변화량에 대한 규격화 대역의 변화를, 도 4(a) 및 도 4(b)에 나타낸다. 도 4(a) 및 도 4(a)를 확대해서 나타내는 도4(b)로부터 명백하듯이, 위상 정합 조건의 변화량이 0.235% 이상이 되면, 대역폭을 효과적으로 넓힐 수 있음을 알 수 있다. 따라서, 본 발명에서는, 위상이 정합되는 상태로부터 0.235% 이상 변화시키는 위상 정합 조건 변화수단이 구비되고, 그것에 의해 음향 광학 필터의 광파장 특성의 광대역이 도모되고 있다.

도 1에 나타낸 실시예의 음향 광학 필터(1)에서는, 상기와 같이 박막 리지(5)가 상호 작용 영역의 길이 방향을 따르도록 형성되어 있으며, 또한 박막 리지(5)의 막 두께가 0.4∼1.0㎛ 사이에서 변화하도록 구성되어 있음으로써, 상호 작용 영역에 있어서의 표면파의 위상 속도가 1% 변화되고 있다. 그 때문에, 위상 정합 조건이 1% 가깝게 변화되고, 그것에 의해 넓은 대역의 광통과 특성이 얻어진다. 게다가, 상호 작용 영역의 길이를 짧게 할 필요가 없기 때문에, 저전력으로 광대역의 광통과 특성이 얻어짐을 알 수 있다.

한편, 음향 광학 필터(1)에서는, 박막 리지(5)의 두께를 단부(5a)로부터 단부(5b)를 향해서 증가하도록 변화시켜, 위상 정합 조건이 변화되고 있었으나, 도 5에 나타내는 바와 같이, 박막 리지(15)의 폭이 단부(15a)로부터 단부(15b)를 향해서 넓혀져도 좋다. 도 5에 나타내는 변형예에 있어서의 박막 리지(15)의 길이는 30 ㎜, 막 두께는 1.5㎛로 되어 있고, 폭이 단부(15a)측에 있어서 20㎛, 단부(15b)측에 있어서 40㎛로 되어 있다. 음향 광학 필터(11)는 그 외의 점에 있어서는 음향 광학 필터(1)와 동일하게 구성되어 있다.

음향 광학 필터(11)에 있어서도, 박막 리지(15)의 폭이 상호 작용 영역의 길이 방향에 있어서 상기와 같이 변화되고 있기 때문에, 탄성표면파의 위상 속도가 1% 가깝게 변화되어, 제1 실시예의 음향 광학 필터(1)와 마찬가지로, 저전력으로 또한 광대역의 광통과 특성을 얻을 수 있다.

한편, 제1 실시예와 상기 변형예를 병용해서, 박막 리지의 막 두께 및 폭 방향 치수의 쌍방을 상호 작용 영역의 길이 방향을 따라서 변화시켜도 좋다.

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 음향 광학 필터를 나타내는 사시도이다. 제2 실시예의 음향 광학 필터(21)에서는, 도 1의 박막 리지(5)를 대신해서, 압전 기판(2)상에, 탄성표면파를 반사시키는 벽면(22a, 23a)을 갖는 벽면 구성 부재(22, 23)가 형성되어 있는 데 있다. 그 외의 점에 있어서는, 음향 광학 필터(21)는 음향 광학 필터(1)와 동일하게 구성되어 있다.

상기 벽면 구성 부재(22)의 벽면(22a)과, 벽면 구성 부재(23)의 벽면(23a)은 서로 평행하게 연장되며, 또한 상호 작용 영역의 길이 방향으로 연장되어 있다. 벽면 구성 부재(22, 23)는 압전 기판(2)을 구성하고 있는 LiNbO₃보다도 음속이 빠른 재료로 구성되며, 본 실시예에서는 AlN에 의해 구성되어 있다. 한편, Ti를 LiNbO₃에 확산시켜도 동일한 효과가 있다.

벽면 구성 부재(22, 23)의 벽면(22a, 23a)의 길이는 30㎜로 되어 있다. 또한, 벽면 구성 부재(22, 23)의 막 두께는 IDT(4)에 가까운 측의 단부(22b, 23b)로부터, 반대측의 단부(22c, 23c)를 향함에 따라서, 두꺼워지도록 구성되어 있다. 즉, 벽면(22a, 23a)의 높이는 단부(22b, 23b)측에 있어서 0.2㎛, 단부(22c, 23c)측에 있어서 0.6㎛가 되도록 변화되고 있다.

제2 실시예의 음향 광학 필터(21)에서는, 표면파가 반사되는 한 쌍의 벽면(22a, 23a)이 형성되어 있으며, 그것에 의해, IDT(4)에 의해 여진된 탄성표면파의 표면파 도파로가 구성되어 있다. 한 쌍의 벽면(22a, 23a)의 길이가 상호 작용 영역의 길이 방향에 있어서 변화되고 있기 때문에, 표면파의 위상 속도가 표면파 도파로에 있어서 변화되고 있다. 따라서, 상술한 위상 정합 조건이 1% 정도 변화되고 있다.

따라서, 제1 실시예의 음향 광학 필터(1)와 마찬가지로, 상기 벽면 구성 부재(22, 23)를 형성함으로써 위상 정합 조건이 변화되고 있기 때문에, 상호 작용 길이를 짧게 하지 않고 광 통과대역 특성의 광대역화를 도모할 수 있다.

한편, 제2 실시예에서는, 벽면(22a, 23a)의 높이를 상호 작용 영역의 길이 방향을 따라서 변화시키고 있었으나, 도 7에 나타내는 변형예의 음향 광학 필터(31)와 같이, 벽면 구성 부재(32, 33)의 벽면(32a, 33a)간의 거리가 상호 작용 영역의 길이 방향에 있어서 변화하도록 구성되어 있어도 좋다. 도 7에서는, 벽면(32a)과, 벽면(33a) 사이의 간격이 IDT(4)에 가까운 측의 단부(32b, 33b)로부터, 반대측의 단부(32c, 33c)를 향함에 따라서 좁아지도록 구성되어 있다. 보다 구체적 으로는, 단부(32b, 33b)에 있어서, 벽면(32a, 33a)간의 간격이 480㎛, 단부(33c, 32c)측에 있어서, 벽면(32a, 33a)간의 간격이 120㎛로 되어 있다. 이 경우에 있어서도, 음향 광학 필터(21)와 마찬가지로, 위상 정합 조건이 1% 정도 변화된다. 따라서, 마찬가지로, 저전력으로 넓은 광 통과대역 특성을 얻을 수 있다.

한편, 제2 실시예의 음향 광학 필터(21) 및 변형예의 음향 광학 필터(31)의 쌍방의 구성을 조합해도 좋다. 즉, 탄성표면파 도파로에서 표면파를 전파시키는 한 쌍의 벽면의 높이 및 한 쌍의 벽면간의 간격의 쌍방을 상호 작용 영역의 길이 방향을 따라서 변화시켜도 좋다.

도 8은 제3 실시예에 따른 음향 광학 필터를 나타내는 사시도이다.

음향 광학 필터(41)에서는, 압전 기판(2)상에, 박막 리지(5)를 대신해서, 위상 속도 제어막(42)이 형성되어 있는 것을 제외하고는, 음향 광학 필터(41)는 음향 광학 필터(1)와 동일하게 구성되어 있다. 여기에서, 위상 속도 제어막(42)은 ZnO를 스퍼터링함으로써 형성되어 있으며, 상호 작용 영역의 길이 방향으로 연장되는 길이 방향 치수는 30㎚, 폭 방향 치수는 압전 기판(2)의 폭 방향 치수의 전 폭에 이르도록 형성되어 있다.

또한, 위상 속도 제어막(42)의 막 두께는 IDT(4)에 가까운 측의 단부(42a)로부터 반대측의 단부(42b)에 도달함에 따라서 두꺼워지도록 변화되고 있다. 구체적으로는, 단부(42a)에 있어서 막 두께가 0.4㎛, 단부(42b)측에 있어서 1.0㎛로 되어 있다.

음향 광학 필터(41)에서는, 상기 위상 속도 제어막(42)이 형성되어 있음으로 써, 탄성표면파의 위상 속도가 음향 광학 필터(1)의 경우와 마찬가지로 변화되고, 위상 정합 조건이 1% 정도 변화된다.

본 발명에 있어서는, 상호 작용 영역에 있어서, 온도 분포를 갖게 하고, 그것에 의해 상술한 위상 정합 조건을 위상이 정합된 상태로부터 0.235% 이상 변화시켜도 좋다. 즉, 위상 정합 조건 변화수단으로서는, 상호 작용 영역에 온도 분포를 주는 수단을 사용해도 좋다. 이와 같은 원리에 의한 제4 실시예를 설명한다.

도 1에 나타낸 음향 광학 필터(1)의 박막 리지(5)와 마찬가지로, ZnO를 스퍼터링함으로써, 압전 기판(2)상에 ZnO막을 형성한다. 이 경우, 도 1에 나타낸 박막 리지(5)와 마찬가지로, ZnO의 막 두께를 상호 작용 영역의 길이 방향에 있어서 변화시킨다. 그리고, IDT(4)에 인가되는 입력전력을 변화시킴으로써, 상호 작용 영역의 길이 방향에 있어서 온도 구배를 형성할 수 있다. 도 9는 ZnO막의 막 두께를 2㎛로 일정하게 하고, 입력전력을 50mW 및 100mW로 한 경우, ZnO막의 막 두께를 일정하게 해서 5㎛로 하고, 입력전력 100mW로 한 경우의 상호 작용 영역의 각 온도 분포를 나타내는 도면이다.

도 9로부터 명백하듯이, 상기 ZnO막의 막 두께 및 입력전력을 선택함으로써, 상호 작용 영역의 길이 방향에 걸쳐서 온도 구배를 형성할 수 있음을 알 수 있다. 이와 같은 온도 구배를 형성함으로써, 탄성표면파의 전파상수 또는 빛의 실효 굴절률이 상호 작용 영역에 있어서 길이 방향에 있어서 변화되고, 그것에 의해 위상 정합 조건이 변화된다.

따라서, 위상 정합 조건이 위상이 정합되어 있는 상태로부터 0.235% 이상 변 화하도록, 상기 온도 구배를 설정하면 된다. 따라서, 제1 실시예의 음향 광학 필터(1)와 마찬가지로, 제4 실시예에 있어서도 상호 작용 영역의 길이를 짧게 하지 않고, 넓은 광통과 특성을 실현할 수 있음을 알 수 있다.

한편, 본 실시예에 있어서는, ZnO막을 형성하였으나, ZnO막을 사용하지 않아도 좋으며, IDT(4)의 발열체만을 입력전력의 제어에 의해 변화시켜도 좋다. 또한, ZnO막의 막 두께를, 박막 리지(5)와 마찬가지로 상호 작용 영역의 길이 방향에 있어서 변화시켜서 온도 구배를 형성해도 좋다.

또한, 도 10에 나타내는 변형예의 음향 광학 필터(51)와 같이, 히터(52, 53)를 압전 기판(2)의 상면(2a)상에 배치해도 좋다. 히터(52, 53)를 상호 작용 영역의 근방에 배치함으로써, 상호 작용 영역의 길이 방향에 온도 구배를 형성할 수 있다.

도 11은 본 발명의 제5 실시예에 따른 음향 광학 필터를 설명하기 위한 사시도이다. 음향 광학 필터(61)에서는, 압전 기판(2)의 상면(2a)에 광도파로(63)가 형성되어 있다. 여기에서는, 광도파로(63)의 폭 방향 치수가 상호 작용 영역의 길이 방향에 의해 변화되고 있다. 즉, 광도파로(63)는 Ti를 열확산함으로써 형성되어 있는데, 그 폭 방향 치수가 IDT(4)가 형성되어 있는 측에서는 6㎛로 되어 있고, 상호 작용 영역의 외측 단부, 즉 광도파로(63)의 단부(63a)측에 있어서 8㎛의 폭 방향 치수를 갖도록 구성되어 있다.

한편, 음향 광학 필터(61)에서는, 상호 작용 영역에, ZnO막(64)이 형성되어 있으며, 그것에 의해 표면파의 위상 속도가 변화되고 있으나, ZnO막(64)은 반드시 형성하지 않아도 된다.

본 실시예의 음향 광학 필터(61)에서는, 광도파로(63)의 폭 방향 치수가 상호 작용 영역의 길이 방향에 있어서 상기와 같이 변화되고 있기 때문에, 위상 정합 조건이 위상이 정합된 상태로부터 변화된다. 따라서, 상기 광도파로(63)의 폭 방향 치수의 변화를, 위상 정합 조건이 위상이 정합된 상태로부터 0.235% 이상 변화하도록 변화시킴으로써, 제1 실시예의 음향 광학 필터(1)와 마찬가지로 상호 작용 영역의 길이를 짧게 하지 않고, 넓은 광통과 특성을 얻을 수 있다.

한편, 음향 광학 필터(61)에서는, 광도파로(63)의 폭 방향 치수가 상호 작용 영역의 길이 방향에 걸쳐서 변화되고 있었으나, 광도파로(63)의 깊이 방향 치수를 변화시켜도 좋다. 즉, Ti를 압전 기판(2)의 상면(2a)에 확산할 때에, Ti 확산 영역의 깊이를, 상호 작용 영역의 길이 방향에 걸쳐서 변화시키고, 그것에 의해 위상 정합 조건을 변화시켜도 좋다. 예를 들면, Ti가 확산되어 있는 영역의 깊이, 즉 광도파로(63)의 두께를, 80∼100㎚의 범위에서 변화시킴으로써, 음향 광학 필터(61)와 마찬가지로 위상 정합 조건을 0.235% 이상 변화시킬 수 있다.

한편, 본 발명에서 사용되는 음향 광학 기판으로서는, X커트 Y전파 이외의 커트각의 LiNbO₃기판이나 그 외의 압전 기판을 사용해도 좋다.

이상과 같이, 본 발명에 따른 음향 광학 필터에서는, 광도파로에 도파되는 빛과, 탄성표면파와의 상호 작용 영역에 있어서의 위상 정합 조건이, 위상이 정합된 상태로부터 0.235% 이상 변화시키도록 위상 정합 조건 변화수단이 형성되어 있 기 때문에, 상호 작용 영역의 길이를 짧게 하지 않고, 넓은 광통과 특성을 얻을 수 있다. 따라서, 저전력으로 넓은 통과 특성을 얻을 수 있다.

위상 정합 조건 변화수단이 상호 작용 영역에 있어서의 탄성표면파의 위상 속도를 변화시키는 수단인 경우에는, 상호 작용 영역에 있어서, 탄성표면파의 위상 속도를 변화시키는 구성을 형성하는 것만으로, 본 발명에 따라서 광대역의 광통과 특성을 얻을 수 있다.

예를 들면, 표면파 전파로에, 탄성표면파의 위상 속도를 변화시키는 수단을 형성하거나, 표면파 도파로상에 박막 리지를 형성함으로써, 표면파의 위상 속도를 용이하게 변화시킬 수 있다. 또한, 상기 박막 리지의 막 두께를, 표면파 도파로를 따라서 변화시킴으로써, 표면파 도파로에 있어서의 탄성표면파의 위상 속도를 용이하게 변화시킬 수 있다.

혹은 표면파 도파로에 있어서, 표면파 도파로의 폭 자체를 표면파 도파로가 연장되는 방향에 있어서 변화시키는 것에 의해서도, 표면파의 위상 속도를 용이하게 변화시킬 수 있다.

또한, 표면파 전파로의 양측에 표면파가 반사되는 한 쌍의 벽면을 형성하고, 한 쌍의 벽면을 이용해서 표면파 도파로에 있어서의 위상 속도를 변화시켜도 좋다. 예를 들면, 한 쌍의 벽면을 구성하는 벽면 구성 부재의 구조가 표면파 전파로를 따라서 변화되고 있어도 좋다. 혹은 한 쌍의 벽면간의 간격이 변화되고, 그것에 의해 표면파 도파로의 폭이 변화되어도 좋다.

또한, 본 발명에 있어서는, 상기 위상 정합 조건 변화수단은 상호 작용 영역 에 있어서의 탄성표면파의 위상 속도를 변화시키는 위상 속도 제어막이어도 좋다. 이 경우, 위상 속도 제어막의 막 두께를, 위상 정합 조건을 0.235% 이상 변화시키도록 구성하면 된다.

또한, 본 발명에 있어서는, 상기 위상 정합 조건 변화수단은 상호 작용 영역에 있어서의 탄성표면파의 전파상수 또는 빛의 실효 굴절률을 변화시키는 수단이어도 좋으며, 이와 같은 수단으로서는, 상호 작용 영역에 온도 구배를 주는 온도 분포 설정수단을 들 수 있다. 따라서, 예를 들면 음향 광학 기판상에 발열체를 형성하거나, 히터 소자를 형성하거나 해도 좋으며, 인터디지탈 전극(interdigital electrode) 자체의 입력전력을 제어함으로써 인터디지탈 전극을 발열체로서 사용해도 좋다. 또한, 온도 분포 설정수단으로서는, 표면파 전파로상에 형성된 박막을 사용해도 좋으며, 상기 박막의 막 두께를 온도 분포를 갖도록 부분적으로 다르게 해도 좋다. 따라서, 온도 분포를 상호 작용 영역에 용이하게 형성할 수 있으며, 본 발명에 따라서, 위상 정합 조건을 변화시킴으로써, 저전력으로 넓은 광통과 특성을 실현할 수 있다.

또한, 본 발명에 있어서는, 상호 작용 영역에 있어서 표면파의 전파상수 또는 빛의 실효 굴절률을 변화시키는 수단은 광도파로 자체에 의해 형성되어 있어도 좋다. 예를 들면, 광도파로의 폭을, 위상 정합 조건을 0.235% 이상 변화시키도록 상호 작용 영역의 길이 방향으로 변화시켜도 좋고, 혹은 광도파로를 구성하기 위해서 확산되어 있는 금속의 확산 영역의 깊이, 즉 광도파로의 깊이를 상호 작용 영역의 길이 방향에 걸쳐서 변화시킴으로써, 위상 정합 조건 변화수단을 구성해도 좋 다. 따라서, 금속의 확산 방법을 제어하는 것만으로, 용이하게, 저전력으로 또한 넓은 광통과 특성을 갖는 음향 광학 필터를 제공할 수 있다.

Claims

한쪽 주면(主面)에 광도파로가 형성되어 있는 음향 광학 기판과,

상기 음향 광학 기판상에 형성되어 있으며, 상기 광도파로에 있어서 도파되는 빛의 모드를 변환하기 위한 탄성표면파를 여진시키는 인터디지탈 전극(interdigital electrode)을 구비하고, 상기 인터디지탈 전극에 의해 여진된 표면파의 도파로가 상기 광도파로와 거의 일치하는 방향으로 연장되어 있으며, 상기 광도파로에 도파된 빛의 모드가 상기 탄성표면파에 의해 변환되는 음향 광학 필터로서,

상기 광도파로에 도파되는 빛과 상기 탄성표면파와의 상호 작용 영역에 있어서의 위상 정합 조건을, 위상이 정합되는 상태로부터 0.235% 이상 변화시키는 위상 정합 조건 변화수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 음향 광학 필터.
제1항에 있어서, 상기 위상 정합 조건 변화수단이 상기 상호 작용 영역에 있어서의 탄성표면파의 위상 속도를 변화시키는 수단인 것을 특징으로 하는 음향 광학 필터.
제2항에 있어서, 상기 위상 정합 조건 변화수단이 표면파 도파로에 있어서의 탄성표면파의 위상 속도를 변화시키는 수단인 것을 특징으로 하는 음향 광학 필터.
제3항에 있어서, 상기 표면파 도파로에 있어서의 탄성표면파의 위상 속도를 변화시키는 수단이 표면파 도파로상에 형성된 박막 리지(ridge)인 것을 특징으로 하는 음향 광학 필터.
제4항에 있어서, 상기 박막 리지의 막 두께가 상기 표면파 도파로를 따라서 변화되고 있으며, 그것에 의해 표면파 도파로에 있어서 탄성표면파의 위상 속도가 변화되는 것을 특징으로 하는 음향 광학 필터.
제3항에 있어서, 상기 표면파 도파로에 있어서 표면파의 위상 속도를 변화시키는 수단이 상기 표면파 도파로의 폭이 표면파 도파로가 연장되는 방향에 있어서 변화되고 있는 구조인 것을 특징으로 하는 음향 광학 필터.
제3항에 있어서, 상기 표면파 도파로의 양측에 표면파가 반사되는 한 쌍의 벽면이 형성되어 있으며, 상기 한 쌍의 벽면에 의해 표면파 도파로의 위상 속도가 변화되는 것을 특징으로 하는 음향 광학 필터.
제7항에 있어서, 상기 한 쌍의 벽면을 구성하는 벽면 구성 부재의 구조가 표면파 도파로를 따라서 변화되고 있으며, 그것에 의해 탄성표면파의 위상 속도가 변화되는 것을 특징으로 하는 음향 광학 필터.
제7항에 있어서, 상기 한 쌍의 벽면간의 간격이 변화되고 있으며, 그것에 의해 표면파 도파로의 폭이 변화되고 있는 것을 특징으로 하는 음향 광학 필터.
제2항에 있어서, 상기 위상 정합 조건 변화수단이 상기 상호 작용 영역에 있어서의 탄성표면파의 위상 속도를 변화시키는 위상 속도 제어막인 것을 특징으로 하는 음향 광학 필터.
제10항에 있어서, 상기 위상 속도 제어막의 막 두께가 상기 위상 정합 조건을 0.235% 이상 변화시키도록 선택되어 있는 것을 특징으로 하는 음향 광학 필터.
제1항에 있어서, 상기 위상 정합 조건 변화수단이 상기 상호 작용 영역에 있어서의 탄성표면파의 전파상수 또는 빛의 실효 굴절률을 변화시키는 수단인 것을 특징으로 하는 음향 광학 필터.
제12항에 있어서, 상기 탄성표면파의 전파상수 또는 빛의 실효 굴절률을 변화시키는 수단이 상기 상호 작용 영역의 온도 분포 설정수단인 것을 특징으로 하는 음향 광학 필터.
제13항에 있어서, 상기 온도 분포 설정수단이 상기 음향 광학 기판상에 형성된 발열체인 것을 특징으로 하는 음향 광학 필터.
제14항에 있어서, 상기 발열체가 히터 소자인 것을 특징으로 하는 음향 광학 필터.
제14항에 있어서, 상기 인터디지탈 전극이 상기 발열체를 겸하고 있는 것을 특징으로 하는 음향 광학 필터.
제13항에 있어서, 상기 온도 분포 설정수단이 상기 표면파 도파로상에 형성된 박막으로 구성되어 있으며, 상기 박막의 막 두께가 온도 분포를 갖도록 부분적으로 다르게 되어 있는 것을 특징으로 하는 음향 광학 필터.
제12항에 있어서, 상기 상호 작용 영역에 있어서 표면파의 전파상수 또는 빛의 실효 굴절률을 변화시키는 수단이 상기 광도파로에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 음향 광학 필터.
제18항에 있어서, 상기 전파상수 또는 빛의 실효 굴절률을 변화시키는 수단이 위상 정합 조건을 0.235% 이상 변화시키도록 폭이 설정된 광도파로인 것을 특징으로 하는 음향 광학 필터.
제18항에 있어서, 상기 광도파로에 형성된 전파상수 또는 빛의 실효 굴절률 을 변화시키는 수단이 광도파로에 확산된 금속인 것을 특징으로 하는 음향 광학 필터.