NL9301058A

NL9301058A - Optische enkelvoudige-mode golfgeleider.

Info

Publication number: NL9301058A
Application number: NL9301058A
Authority: NL
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 1992-06-18
Filing date: 1993-06-17
Publication date: 1994-01-17
Also published as: JPH063546A; US5291576A; GB9312524D0; DE4320128A1; GB2267975B; DE4320128B4; GB2267975A

Description

iptische enkelvoudige-mode golfgeleider iebied van de uitvinding

De uitvinding heeft betrekking op een optische enkelvoudige-mode jolfgeleider, en heeft meer in het bijzonder betrekking op een optische golfgeleider voor gebruik als een optische modulator en een optische schakelaar in een optische geïntegreerde schakeling gebruikt in een optisch vezelcommunicatiesysteem, een optisch informatie verwerkingssysteem, een optisch aftastsysteem, een optisch gegevens registratiesysteem m dergelijke.

beschrijving van de betrokken stand der techniek

Recentelijk is als gevolg van de vooruitgang bij optische enkelvou-üge-mode vezel en enkelvoudige-golflengtelaser, een hoge-snelheid optische gegevenstransmissie van G b/s in de praktijk toegepast. In het bijzonder bevat de optische golfgeleiderinrichting, die in hoge aanpasbaar-leid met de optische enkelvoudige-mode vezel superieur is, de sleutel naar de toekomstige ontwikkeling van het optische vezelcommunicatiesys-teem.

In het gebied van de optische communicatiesystemen is het teneinde ie optische vezelcommunicatienetwerken op te bouwen nodig om de optische inrichting te ontwikkelen als een optische matrixschakelaar, een optische modulator of dergelijke. De enkelvoudige-mode optische golfgeleider is een component van een dergelijke optische inrichting.

Als optische inrichting zijn tot nu toe een aantal optische inrichtingen ontwikkeld die gebruik maken van een Ti gediffundeerde LiNb03 kanaalgolfleider. LiNb03 wordt in het algemeen gebruikt als een optische inrichting met het electro-optische effect daar het een relatief hoge electro-optlsche constante te midden van stabiele anorganische optische kristallen heeft. De Ti diffusiewerkwijze en de protonen uitwisselwerk-wijze zijn wel bekend als een werkwijze voor het vormen van een golfgeleider.

Een dergelijke optische inrichting wordt geconstrueerd onder gebruikmaking van een enkelvoudige-mode kanaalgolfgeleider die in staat is alleen een fundamentele mode over te dragen teneinde onnodige mode-omzet-tingen veroorzaakt door interferentie en geringe storing tussen modi en golfgeleider te verhinderen.

Als materiaal voor de constructie van de optische inrichting zoals boven beschreven is LiNb03 verkieslijk en wordt het in feite gebruikt.

Bij de toepassing echter van een dergelijk LiNb03 (1) kan een LiNb03 optische golfgeleider, geproduceerd door de Ti diffusiewerkwijze, geen golf-geleiding van golven met kort golflengte of zichtbaar licht als gevolg van zijn grote optische beschadiging teweegbrengen, en (2) heeft een LiNb03 optisch golfgeleider, geproduceerd door de protonen uitwisselwerk-wijze, een kristalliseerbaarheid verschillend van die van een maagdelijk LiNb03 nadat de golf geleider is gevormd zodat tezamen met de andere reden de electro-optische constante kleiner is dan die van een massa kristal (of LxNb03), Wanneer een dergelijke optische golfgeleider wordt gebruikt als aan. optische inrichting voor een optische schakelaar of een directioneel koppelorgaan en de optische modulator of dergelijke, doen zich dienovereenkomstig problemen voor voor wat betreft het onvermogen om de besparing aan electrisch vermogen en de afmetingreductie te realiseren daar een grotere schakelspanning en een langere effectieve lengte nodig zijn.

Daarentegen wordt de Ti gediffundeerde LiNb03 golfgeleider gevormd door Ti te diffunderen bij 1000°C en wordt de protonenuitwissel LiNb03 golfgeleider eveneens gevormd door de protonenuitwisseling bij ongeveer 200°C teweeg te brengen. Wanneer de temperatuur toeneemt tot het Curie punt van het LiNb03 voor deze golfgeleiders ontstaat daarom een probleem hierin dat de Ti of protonen meer gediffundeerd zijn voldoende om het golfgeleider modeprofiel te veranderen of om de aanwezigheid van de golf-geleidermode te elimineren.

De onderhavige uitvinders hebben nu gevonden dat, zoals aangegeven in de openbaar gemaakte Japanse octrooiaanvrage 12.095/92, het bovengenoemde probleem wordt veroorzaakt door een lager electro-optisch effect als gevolg van rooster misaanpassing tussen het substraat en het kristal-lijne materiaal dat de golfgeleider vormt. Teneinde het bovengenoemde probleem op te lossen wordt de roosteraanpassing tussen het monokristal-lijne LiTa03 substraat en de monocristallijne dunne-film LiNb03 golfgelei-derlaag teweeggebracht door een Na gehalte in een bereik van 0,1 tot 14,3 mol# en een Mg gehalte in een bereik van 0,8 tot 10,8 mol# in de mono-kristallijne LiNb03 golfgeleider op te nemen waardoor een werkwijze voor het produceren van een optische inrichting met een superieur electro-optisch effect wordt verkregen.

Teneinde een dergelijke optische golfgeleider als een praktische inrichting, zoals boven beschreven, te gebruiken moet een optische enkel-voudige-mode golfgeleider worden verkregen, maar de bovengenoemde voor wat betreft rooster aangepaste LiNb03 golfgeleider, ontwikkeld door de onderhavige uitvinders, heeft een brekingsindex verschillend van die van ïe conventionele LiNb03 golfgeleider zodat de condities voor enkelvoudi-je-mode transmissie onderling verschillend zijn en derhalve de met het conventionele ontwerp verkregen LiNb03 golfgeleider niet de enkelvoudige-aode transmissie vertoont.

Overzicht van de uitvinding

Het is een doel van de onderhavige uitvinding om de bovengenoemde aadelen van de conventionele optische enkelvoudige-mode golfgeleider te sverwinnen.

Het is een ander doel van de onderhavige uitvinding om een optische snkelvoudige-mode golfgeleider te verschaffen die in staat is slechts een fundamentele mode over te dragen.

De onderhavige uitvinding is gebaseerd op het feit dat de verhouding tussen de dikte van de optische golfgeleider en de golflengtedispersie in het enkelvoudige-modegebied door testen wordt gevonden, en wanneer de optische golfgeleider wordt gevormd in het gebied waarin de golflengte en de dikte van de optische golfgeleider voldoen aan een bepaalde vergelijking, kan een enkelvoudige-mode voorkeursgolfgeleider worden verkregen en kan deze worden toegepast niet alleen voor een passieve optische inrichting maar eveneens voor een actieve optische inrichting onder gebruikmaking van een electro-optisch effect, een thermo-optisch effect, een akoesto-optisch effect of dergelijke.

Volgens de onderhavige uitvinding wordt een optische enkelvoudige-mode golfgeleider verschaft omvattende een kristal van een dunne-film LiNb03 golfgeleiderlaag met ten minste een Na gehalte in een gebied van 0,1 tot ΐΛ,3 mol# en een Mg gehalte in een gebied van 0,8 tot 10,8 mol# daarin, waardoor roosteraanpassing tussen de dunne-film LiNb03 golfgeleiderlaag en het enkelvoudige-kristal LiTa03 substraat wordt verkregen, waarbij aan de volgende relatie wordt voldaan; in het geval van TM mode, 1,9 < (T + 0,7)/λ < 5,7 (T > 0) in het geval van TE mode, 0,29 < (T + 0,04)/λ < 1,19 (T > 0) waarin T(ym) de dikte van de golfgeleiderlaag representeert en λ (μη) de geleide golflengte representeert.

Bij een voorkeursuitvoering van de optische enkelvoudige-mode golfgeleider volgens de uitvinding voldoet de vorm van de optische golfgeleider van het kamtype aan de volgende relatie; in het geval van TM mode,

in het geval van TE mode,

waarin W{pm) de breedte van de golf geleider en ΔΤ(μιη) de etsdiepte representeren.

Volgens de onderhavige uitvinding is gebleken dat Na en Mg in het LiNb03 monokristal zijn opgenomen zodat de golflengtedispersie van de brekingsindex n van LiNb03 aan de volgende relaties voldoet: 1) in het geval van TM mode,

in dit geval krijgt na verschillende waarden als functie van golflengte

2) in het geval van TE mode,

in dit geval krijgt nb verschillende waarden als functie van golflengte:

waarin K de golflengte (pm) is,

In dit geval wordt de relatie tussen golflengte λ van de geleide golf, de dikte T (pm) van de dunne film en geleide mode onderzocht, en het is gebleken dat een enkelvoudige modetransmissie wordt verkregen in het gebied van de volgende condities: in het geval van TM mode,

in het geval van TE mode, waarin T (pm) de dikte

van de golfgeleider en λ (pm) de golflengte van de geleide golf representeren.

Volgens de onderhavige uitvinding wordt de golfgeleider gemaakt als een enkelvoudige-mode golfgeleider en is het mogelijk om de opwekking van onnodige modi en instabiele verschijnselen zoals mode-omzetting veroorzaakt door verstoringen, te verhinderen. Eveneens kan een actieve inrichting geschikt voor de besturing van het golfgeleiderlicht, worden verkregen door de golfgeleider te koppelen aan de lichtbron met een prisma en door electroden of dergelijke te vormen.

Het is bovendien wenselijk om in geval van TM mode en de volgende conditie te voldoen:

De reden hiervoor is dat in het geval van TM mode Na en Mg worden gebruikt teneinde roosteraanpassing te verkrijgen zodat de HrrfHnggjndax van het LiNb03 monokristal kleiner wordt dan die van het gebruikelijke LiNb03 monokristal. De toelaatbare breedte van de enkelvoudige mode wordt bovendien groter dan die van de gebruikelijke LiNb03 monokristal golf geleider en derhalve wordt de vervaardiging daarvan gemakkelijk.

Wanneer een dergelijke voor wat betreft rooster aangepaste LiNb03 golfgeleider van het kamtype in gekanaliseerde vorm wordt gemaakt vertoont hij een enkelvoudige modetransmissie waarbij aan de volgende condities wordt voldaan; in het geval van TM mode

in het geval van TE mode,

waarin W (\m) de breedte van de golfgeleider en AT(pm) de geëtste diepte van het kerngedeelte representeren.

Een dergelijke kanalisatie kan het licht in een kleiner gebied bevatten zodat, wanneer de lichtbron via optische vezels of lenzen aan de golfgeleider wordt gekoppeld en electroden daaraan worden aangebracht, een kleine actieve inrichting voor besturing van het golfgeleiderlicht op gemakkelijke wijze kan worden gevormd door het electro-optische effect, het thermo-optische effect, het akoesto-optisch effect of dergelijke te gebruiken.

De aanpassing van de roosterlengte wil zeggen dat de roosterconstante van het LiNb03 monokristal wordt bijgesteld en in een gebied van 99.81 tot 100,072. bij voorkeur van 99.92 tot 100,032, van de roosterconstante van het LiTa03 monokristal wordt geplaatst.

Met een dergelijke constructie kan men spanning (of kristaldefect, roosterdefect), veroorzaakt door aangroeiing van het LiNb03 monokristal met een epitaxiale vloeistoffasewerkwijze, verhinderen waardoor een LiNb03 monokristal golfgeleider wordt verkregen met een electro-optisch effect equivalent aan dat van de massa van LiNb03 monokristal.

Een werkwijze voor het realiseren van een dergelijke roosteraanpassing kan bij voorkeur de werkwijze zijn zoals de uitvinders hebben voorgesteld in de internationale octrooiaanvrage PCT/JP/90/01207. Er zijn (1) een werkwijze voor het opnemen van Na en Mg in het LiNb03 monokristal; (2) een werkwijze voor het variëren van de verhouding van Li en Nb in het gebied van 41/59 tot 56/44; (3) een werkwijze voor het reduceren van de roosterlengte van het monokristallijne LiTa03 substraat door Ti dotering of dergelijke. In dit geval heeft de eerste werkwijze (1) de meeste voorkeur daar de roosterconstante van het monokristallijne LiTa03 substraat groter is dan die van het LiNb03 monokristal zodat de roosterconstante van het LiNb03 monokristal kan worden vergroot door daarin Na en Mg op te nemen.

Wanneer Na en Mg in het LiNb03 monokristal zijn opgenomen kunnen de gehalten daarvan voor wat betreft Na liggen van 0,1 tot l4,3 mol# en voor Mg van 0,8 tot 10,8 mol#.

Een oppervlak (0001) van de monokristallijne LiNb03 golf geleider moet worden gevormd als een laminaat op het oppervlak (0001) van het monokristallijne LiTa03 substraat.

Bij de werkwijze van het produceren van de optische golfgeleider volgens de uitvinding worden onzuiverheden van overgangsmetalen of dergelijke, die de oorzaak zijn van optische beschadiging, niet in de optische golfgeleiderlaag gedoteerd zodat de optische beschadiging daarvan kleiner is dan die van de golfgeleider geproduceerd door de Ti diffusiewerkwijze, waardoor zichtbaar licht derhalve zonder voortplantingsverlies eveneens kan worden overgedragen.

Een dergelijke optische golfgeleider volgens de uitvinding heeft de eigenschap dat warmteresistentie superieur is en dat de eigenschappen van de golfgeleider zijn niet veranderd zelfs nadat de temperatuur toeneemt tot aan het Curie punt van het LiNb03 daar geen onzuiverheid is gediffundeerd en de roosteraanpassing van de kristallen van het· substraat en de golfgeleider niet is teweeggebracht.

De uitvinding zal nader worden toegelicht met verwijzing naar de tekeningen, waarin:

Figuren la tot le perspectivische aanzichten van optische modulatoren volgens de uitvinding 2ijn; en figuren 2a tot 2c dwarsdoorsnede aanzichten zijn van stappen van vervaardiging van een optische enkelvoudige-mode golfgeleider volgens de uitvinding.

De optische golfgeleider volgens de uitvinding is een optische golfgeleider van het kanaaltype die in de vorm van het rechte-lijn type het buigtype, het Y-vertakkingtype, het X-vertakkingtype, het tapsgewijze type of dergelijke is gemaakt.

Zoals boven beschreven kan de optische golfgeleider volgens de uitvinding fungeren als een optische golfgeleider voor het vormen van ver- schillende optische inrichtingen.

De werkwijze voor het produceren van een optische golf geleider volgens de uitvinding zal nu als volgt worden toegelicht.

Als werkwijze voor het produceren van een monokristallijne LiNb03 golfgeleider wordt een werkwijze gebruikt voor het vormen van de monokristallijne LiNb03 film op het monokristallijne LiTa03 substraat 1, terwijl aan beide wordt toegestaan roosteraanpassing te verkrijgen, waarna een surplus-gedeelte wordt weggenomen door maskering onder toepassing van Ti of dergelijke en droogetsing op het gevormde golfgeleidergedeelte, waardoor op deze wijze de golfgeleider 2 (zie figuur 2) wordt verkregen.

De werkwijze voor het vormen van de monokristallijne dunne LiNb03 film, terwijl toegestaan wordt roosteraanpassing te verkrijgen, wordt verkregen door het monokristallijne LiTa03 substraat 1 te contacteren met een smelt bestaande uit lithiumoxide - vanadium pentoxide - niobium pen-toxide - sodiumoxide - magnesiumoxide.

Deze productiewerkwijze is beschreven in de openbaar gemaakte Japanse octrooiaanvrage no 12.095/1992.

Voorbeeld 1: (1) Twee mol# van MgO ten opzichte van een theoretische hoeveelheid LiNb03, die uit een smeltsamenstelling kon worden afgescheiden, werd toegevoegd aan een mengsel bestaande uit 22 mol# NagCOj, 28 mol#, Li2C03, 40 mol# V205, en 10 mol# Nb205, waarbij een resulterend mengselmateriaal in een platinasmeltkroes werd geplaatst, waar binnen het mengsel tot 1100° C werd verwarmd en gesmolten onder een luchtatsmosfeer met een epi-taxiale groeivormend systeem, d.w.z. oven. De resulterend verkregen smelt in de smeltkroes werd gedurende 12 uur met een draaisnelheid van 100 omw/min met een propellor geroerd.

(2) Een (0001) oppervlak van een LiTa03 monokristal met een dikte van 2 mm werd gepolijst.

(3) Vervolgens werd de smelt geleidelijk afgekoeld tot 915*0 met een koelsnelheid van 60*C per uur, en vervolgens werd het substraat 1 inleidend gedurende 30 minuten bij 915 “C verwarmd, en in de smelt gedompeld onder rotatie gedurende 5 minuten met een snelheid van 20 omw/min. De groeisnelheid van het LiNb03 bedroeg 1 pm per minuut.

(4) Het substraat 1 werd uit de smelt weggenomen en het surplus-smelt werd weggeschud door draaiing gedurende 30 seconden met 1000 omw/min, en vervolgens geleidelijk af gekoeld tot kamertemperatuur met een koelsnelheid van 1*C per minuut, waarbij als resultaat een monokristal- lijne dunne LiNb03 film met Na en Mg gehalten van ongeveer 5 pm dikte op het sübstraatmateriaal werd gevormd.

(5) De in de aldus verkregen monokristallijne dunne LiNb03 film Na en Mg gehalten bedroegen 3 mol# en 2 mol# respectievelijk. De rooster-lengte ("att as) van de dunne film bedroeg 5.156 A. waarbij de buitengewone brekingsindex, gemeten met een geleide lichtgolf met een golflengte van 1,15 pm, gelijk was aan 2,235 ± 0,001.

(6) Het voortplantingsverlies van de aldus verkregen golf geleider van het plaattype werd gemeten met behulp van een prisma koppelmethode, waarbij het voortplantingsverlies daarvan kleiner was dan 1 dB/cm met een golflengte van 0,83 pm in TM mode.

(7) Een gedeelte van de golfgeleider werd patroonvormig gevormd en een Ti masker werd met behulp van fotolithografische techniek gevormd, en vervolgens werd een kanaalgolfgeleider van het kam-type geproduceerd door middel van Ar plasma etsing. De vorm van de golfgeleider had een breedte van 10 pm met een etsdiepte van 1 pm.

(8) De aldus geproduceerde optische golfgeleider werd gekoppeld aan een laserbundel met een golflengte van 1,55 pm in TM mode, waarbij de golfgeleidermode in de golfgeleider een enkelvoudige mode was, en het door middel van prisma koppelmethode gemeten voortplantingsverlies minder was dan 1 dB/cm. Aldus werd gevonden als resultaat van de meting dat het geëmitteerde licht ten minste gedurende een periode van 24 uur geen verslechtering vertoonde.

(9) De aldus verkregen golfgeleider voldoet aan de volgende relaties met betrekking tot de vereiste golflengte λ (pm), zoals boven beschreven, de dikte T (pm) van de golfgeleider en de breedte W (pm) van de golfgeleider:

(10) Verder werd deze optische golfgeleider gedurende een periode van 12 uur bij een temperatuur van 1000eC in een waterdampatmosfeer gehouden en opnieuw gekoppeld aan de laserbundel met de golflengte van 1,55 pm in TM mode, waarbij zijn golfgeleidermode een enkelvoudige mode was en het voortplantingsverlies daarvan even groot was als die van de golfgeleider van het plaattype. Er werd als resultaat van metingen tenminste gedurende een periode van 24 uur geen verslechtering van het geëmitteerde licht gevonden.

(11) Een buff er laag van siliciumdioxide werd neergeslagen op de optische golfgeleider 2 verkregen in het bovengenoemde proces door middel van CVD methode· en een aluminiumelectrode werd op de golf geleider door middel van fotolithografie en dampneerslagtechnieken gevormd. De electro-optische constante (r33) van deze optische golfgeleider bedroeg 30 pm/V, hetgeen in hoofdzaak gelijk was aan de waarde van een massa LiNb03 mono-kristal als resultaat van praktische metingen.

Voorbeeld 2; (1) vijf mol# van MgO ten opzichte van een theoretische hoeveelheid LiNb03, die uit de smeltsamenstelling kon worden afgescheiden, werd toegevoegd aan een mengsel bestaande uit 44,3 mol# Li2C03 , 46,4 mol#, V205 9,3 mol# Nb205, en 27,2 mol# NagCC^ ten opzichte van Li2C03, waarbij een resulterend mengselmateriaal in een platina smeltkroes werd geplaatst, waarna het mengsel daarbinnen werd opgewarmd tot 1050eC en onder luchtatmosfeer binnen het epitaxiale groeivormingssysteem gesmolten. De resulterend verkregen smelt in de smeltkroes werd gedurende 20 uur met een draaisnelheid van de propellor van 100 omw/mln geroerd.

(2) Een (001) vlak van een LiTa03 monokristal met een dikte van 1 mm werd gepolijst.

(3) Vervolgens werd de smelt geleidelijk met een koelsnelheid van 60eC per uur af gekoeld tot 915eC, en vervolgens werd het substraat 1 inleidend gedurende 30 minuten bij 915 "C verwarmd, en in de smelt gedompeld onder draaiing gedurende 1 minuut met een snelheid van 20 omw/min. De groeisnelheid van het LiNb03 bedroeg 1 pm/min.

(4) Het substraat 1 werd uit de smelt weggenomen en de overmaat aan smelt werd weggeschud door draaiing gedurende 30 seconden met een snelheid van 1000 omw/min, en vervolgens tot kamertemperatuur met een koelsnelheid van l*C/fflin geleidelijk afgekoeld, waarbij als resultaat een monokristallijne dunne LiNb03 film met Na en Hg gehalten van ongeveer 1 μη dikte op het substraatmateriaal werd gevormd.

(5) De Na en Mg gehalten, opgenomen in de aldus verkregen monokris-tallijne dunne LiNb03 film, bedroegen resp. 3 nol# en 2 mol#. De rooster-lengte ("a" as) van de dunne film bedroeg 5.156 A, waarbij de buitengewone brekingsindex, gemeten met een geleide lichtgolf met een golflengte van 1,15 pm, gelijk was aan 2,235 ± 0,001.

(6) Het voortplantingsverlies van de aldus verkregen golfgeleider van het plaat type werd met behulp van de prismakoppelmethode gemeten, waarbij het voortplantingsverlies daarvan kleiner was dan 1 dB/cm bij een golflengte van 0,83 pm in TM mode.

(7) Een gedeelte van de golfgeleider werd door middel van fotolitho- grafietechniek in patroonvorm gebracht en gemaskeerd met een. Ti masker, en een kanaalgolfgeleider van het kamtype werd door middel van Ar plasma-etsing geproduceerd. De vorm van de golf geleider had een breedte van 1,5 pm met een etsdiepte van 0,3 pm.

(8) De aldus geproduceerde optische golf geleider werd gekoppeld aan een laserbundel met een golf lente van 1,55 pm in TM mode, waarbij zijn golfgeleidingsmode een enkelvoudige was, en waarbij het voortplantings-verlies gemeten met de prismakoppelmethode minder was dan 1 dB/cm. De verslechtering met de tijd van het geëmitteerde licht werd gemeten, waarbij ten minste gedurende een periode van 24 urn? geen verandering werd gevonden.

(9) De aldus verkregen golfgeleider voldoet aan de volgende relaties met betrekking tot de vereiste golflengte λ (pm) zoals boven beschreven, de dikte T (pm) van de golfgeleider en de breedte W (pm) van de golfge-leider:

(10) Deze optische golfgeleider werd verder gedurende een periode van 12 uur in een waterdampatmosfeer bij een temperatuur van 1000°C gehouden, en opnieuw aan de laserbundel gekoppeld met een golflengte van 0,48 pm in TM mode, waarbij zijn golfgeleidingsmode een enkelvoudige was en het voortplantingsverlies daarvan dezelfde waarde had als die van de golfgeleider van het plaattype. Een verslechtering met de tijd van het geëmitteerde licht werd ten minste gedurende een periode van 24 uur als gevolg van de metingen niet gevonden.

(11) Een buff er laag van siliciumdioxide werd neergeslagen op de optische golfgeleider 2 verkregen in het bovengenoemde proces door middel van CVD methode, en een aluminiumelectrode werd op de golfgeleider door fotolithografie en dampneerslagtechnieken gevormd. De electro-optische constante (r33) van deze optische golfgeleider bedroeg 30 pm/V hetgeen in wezen gelijk is aan de waarde van een massa LiNb03 monokristal als resultaat van praktische metingen.

Vergeli-ikend voorbeeld 1; (1) Twee mol# van MgO ten opzichte van een theoretische hoeveelheid LiNb03, die uit een smeltsamenstelling kon worden afgescheiden, weird toegevoegd aan een mengsel bestaande uit 22 mol# Na2C03, 2d mol# Li2C03, 40 mol# V205 en 10 mol# Nb205, waarbij een resulterend mengselmateriaal in een platinasmeltkroes werd geplaatst, waarbij het mengsel daarbinnen tot 1100sC werd opgewarmd en onder luchtatmosfeer binnen een epitaxiale groeivormend systeem, d.w.z. oven, werd gesmolten. De resulterende verkregen smelt in de smeltkroes werd gedurende 12 uur met een draaisnelheid van de propellor van 100 omw/min geroerd.

(2) Een (001) oppervlak van een LiTa03 monokristal met een dikte van 2 mm werd gepolijst.

(3) Vervolgens werd de smelt met een koelsnelheid van 60*C/uur geleidelijk tot 915“C afgekoeld en vervolgens werd het substraat 1 gedurende 30 minuten inleidend verwarmd onder 915*^, en in de smelt gedompeld bij draaiing gedurende 5 minuten met een snelheid van 20 omw/min. De groeisnelheid van het LiNb03 bedroeg lpm/min.

(4) Het substraat 1 werd uit de smelt weggenomen en de overmaat aan smelt werd weggeschud door draaiing gedurende 30 seconden bij een snelheid van 1000 omw/min, en vervolgens geleidelijk met een koelsnelheid van l°C/min tot kamertemperatuur afgekoeld waarbij als resultaat een mono-kristallijne LiNb03 film met Na en Mg gehalten van ongeveer 2 pm dikte op het substraat materiaal werd gevormd.

(3) De Na en Mg gehalten opgenomen in de aldus verkregen monokris-tallijne dunne LiNb03 film bedroegen respectievelijk 3 mol# en 2 mol#. De roosterlengte ("a" as) van de dunne film bedroeg 5*156 A, waarbij de buitengewone brekingsindex gemeten bij een geleide lichtgolf met een golflengte van 1,15 pm gelijk was aan 2,235 + 0,001.

(6) Het voortplantingsverlies van de aldus verkregen golf geleider van het plaattype werd gemeten met behulp van een prismakoppelmethode, waarbij het voortplantingsverlies daarvan minder was dan 1 dB/cm met een golflengte van 0,83 pm in TM mode.

(7) Een gedeelte van de golf geleider werd in patroonvorm gebracht en een Ti masker werd door fotolithografietechniek gevormd, en een kanaal-golfgeleider van het kamtype werd door middel van Ar plasma etsing geproduceerd. De vorm van de golf geleider had een breedte van 10 μα met een etsdiepte van 1 pra.

(8) De aldus geproduceerde optische golfgeleider werd gekoppeld aan een laserbundel met een golflengte van 1,55 pm in TM mode, waarbij het geleide licht echter niet werd waargenomen.

(9) De aldus verkregen golfgeleider voldoet niet aan de volgende relatie met betrekking tot de vereiste golflengte λ (pm) zoals boven beschreven en de dikte T (pm) van de golfgeleider: 4,73 < T < 8,14.

Vergelijkend voorbeeld 2: (1) Een mengselmateriaal bestaande uit 50 mol# Li2C03, 40 mol# V203, en 10 mol# Nb205 werd tot 1000°C verwarmd waardoor een smelt werd gevormd. Vervolgens werd deze smelt met een koelsnelheid van 60°C/per uur geleidelijk af gekoeld tot 915°C waarbij gelijktijdig het substraat 1 inleidend gedurende 30 minuten bij 915eC werd verwarmd, vervolgens in de smelt gedompeld gedurende 5 minuten onder draaiing met een snelheid van 30 omw/min. De groeisnelheid van het LiNb03 bedroeg 1 pm/min.

(2) Het substraat 1 werd uit de smelt weggenomen en overmaat aan smelt werd weggeschut op de smelt bij draaiing daarvan gedurende 30 seconden met een snelheid van 1000 omw/min, en vervolgens geleidelijk met een koelsnelheid van l*C/min afgekoeld tot kamertemperatuur, waarbij als resultaat een monokristallijne dunne LiNb03 film met een dikte van ongeveer 5 pm op het substraatmateriaal werd gevormd.

(3) Het voortplantingsverlies van de aldus verkregen golf geleider van het plaattype werd gemeten met behulp van de prismakoppelmethode, waarbij het voortplantingsverlies daarvan minder was dan 10 dB/cm bij een golflengte van 0,83 pm in TM mode.

(4) Het overmaatgedeelte van de monokristallijne dunne LiNb03 film werd weggenomen door middel van een ionenbundel etsbewerking, waardoor een monokristallijne LiNb03 golfgeleider van het kamtype werd gevormd. De vorm van de golfgeleider had een breedte van 10 pm met een etsdiepte van 1 pm.

(5) De aldus gevormde optische golfgeleider werd gekoppeld aan een laserbundel met een golflengte van 1,55 pm in TM mode, waarbij twee golf-geleidermodi werden waargenomen en het door middel van de prismakoppelmethode gemeten voortplantingsverlies 10 dB/cm bedroeg, hetgeen dezelfde waarde is als die van de golfgeleider van het plaattype. De verslechtering met de tijd van het geëmitteerde licht werd gemeten, waarbij gedurende ten minste een periode van 24 uur geen variatie werd gevonden.

(6) Een bufferlaag van siliciumdioxide werd op de optische golfgeleider 2 verkregen bij het bovengenoemde proces door middel van CVD methode neergeslagen, en een aluminiumelectrode werd op de golfgeleider door middel van fotolithografie en dampneerslagtechnieken gevormd. De electro-optische constante van deze optische golfgeleider was een derde van de waarde van een bulk LiNb03 monokristal als gevolg van praktische metingen.

(7) Verder werd deze optische golfgeleider gedurende een periode van 12 uur in een waterdampatmosfeer gehouden bij een temperatuur van 1000* C, en microscheuren werden waargenomen en de golfgeleider kan dus niet aan de laserbundel worden gekoppeld.

(8) Deze golfgeleider voldoet aan de volgende relatie voor wat betreft de vereiste golflengte λ (pm) zoals boven beschreven en de dikte T (pm) van de golfgeleider: 4,73 < T < 8,14 (9) Deze optische golfgeleider bevatte geen Na en Mg zodat de roos-teraanpassing van LiTa03 substraat en LiNb03 niet wan teweeggebracht.

Vergelijkend voorbeeld 3 (1) Een (001) oppervlak van een LiTa03 monokristal met een dikte van 1 mm werd gepolijst.

(2) Een mengselmateriaal bestaande Uit 50 mol# Li2C03, 40 mol# Va03 en 10 mol# Nb205 werd tot 1000eC verwarmd, waardoor een smelt werd gevormd. Vervolgens werd deze smelt met een snelheid van 60*C/uur geleidelijk af gekoeld tot 9*5 en gelijktijdig werd het substraat 1 gedurende 30 minuten inleidend bij 915°C verwarmd, en vervolgens in de smelt gedurende 5 minuten gedompeld onder draaiing met een snelheid van 30 omw/ain. De groeisnelheid van het LiNb03 bedroeg 1 pm/min.

(3) Het substraat 1 werd uit de smelt weggenomen en de overmaat aan smelt werd van de smelt weggeschud bij draaiing daarvan gedurende 30 seconden met een snelheid van 1000 omw/min, en vervolgens met een koelsnelheid van leC/min geleidelijk afgekoeld tot kamertemperatuur, waarbij als resultaat een monokristallijne dunne LiNb03 film met een dikte van ongeveer 5 V™ op het substraatmateriaal werd gevormd.

(4) Het voortplantingsverlies van de aldus verkregen golfgeleider van het plaattype werd met behulp van de prismakoppelmethode gemeten, waarbij het voorplantingsverlies daarvan minder was dan 10 dB/cm bij een golflengte van 0,83 pm in TM mode.

(5) Het overmaatgedeelte van de monokristallijne dunne LiNb03 film werd weggenomen door ionenbundeletsbewerking, waardoor een monokristallijne LiNb03 golfgeleider van het kamtype werd gevormd. De vorm van de golfgeleider had een breedte van 10 pm met een etsdiepte van 1 pm.

(6) De aldus gevormde optische golfgeleider werd gekoppeld aan een laserbundel met een golflengte van 1,55 V™ in TM mode, waarbij twee golf-geleidermodi werden waargenomen, en het door de prismakoppelmethode gemeten voortplantingsverlies gelijk was aan 10 dB/cm, hetgeen dezelfde waarde is als die van de golfgeleider van het plaattype. De verslechtering met de tijd van het geëmitteerde licht werd gemeten, waarbij gedurende een periode van ten minste 24 uur geen variatie werd gevonden.

(7) Een bufferlaag van siliciumdioxide werd op de optische golfgeleider 2 verkregen bij het bovengenoemde proces door middel van de CVD methode neergeslagen, en een aluminiumelectrode werd op de golf geleider door middel van fotolithografie en dampneerslagtechnieken gevormd. De electro-optische constante van deze optische golfgeleider was een derde van de waarde van een massa LiNb03 monokristal als resultaat van praktische metingen.

(8) Verder werd deze optische golfgeleider gedurende een periode van 12 uur in waterdampatmosfeer gehouden bij een temperatuur van 1000'C, en werd een microscheur waargenomen en kon hij derhalve niet aan de laser worden gekoppeld.

(9) Deze golfgeleider voldoet aan de volgende relatie voor wat betreft de vereiste golflengte λ (pm) zoals boven beschreven en de dikte T (pm) van de golfgeleider:

Het spreekt vanzelf dat zelfs, wanneer de in het voorbeeld 1 getoonde golfgeleider gevormd wordt met dezelfde afmeting als die van de in het vergelijkende voorbeeld 3 aangegeven golfgeleider, een transmissie in enkelvoudige mode niet kan worden verkregen.

Tabel 1 toont gemeten resultaten van de respectieve eigenschappen van de voorbeelden 1 en 2 evenals van de vergelijkende voorbeelden 1, 2 en 3·

In tabel 1 duidt de markering O in het veld van de ontlaatweerstand aan dat de golfgeleidingskarakteristiek niet is af genomen, zoals golf geleiding of niet kan worden teweeggebracht zelfs na ontlating en de golfgeleider gescheurd is. De markering x in het veld van de ontlaatweerstand duidt aan dat er geen lichtkoppeling kan worden teweeggebracht.

Zoals boven beschreven vertonen de optische golfgeleiders volgens de uitvinding superieure karakteristieken ten opzichte van de conventionele optische golfgeleider.

Bovendien worden bij de optische golfgeleider volgens de uitviding, daar de roosterlengte tussen de monokristallijne LiNb03 golfgeleider 2 en het LiTa03 kristal 1 is aangepast, er geen roosterdefecten gevormd in de monokristallijne LiNb03 golfgeleider 2. In tegenstelling tot het geval van de conventionele onzuiverheid gediffundeerde optische golfgeleider, zoals de Ti gediffundeerde optische LiNb03 golfgeleider en de protonen-uitwissel optische golfgeleider of dergelijke, wordt verder in de optische golfgeleider volgens de uitvinding geen onzuiverheid voor de vorming van de golfgeleider gediffundeerd, waardoor een superieure ontlaatweer-stand (weerstand tegen ontlaten of uitgloeien) verkregen.

Zoals boven beschreven is de optische golfgeleider volgens de uitvinding in staat om een verslechtering van de electro-optische constante te verhinderen en om de weerstand tegen optische beschadiging te verbeteren, waardoor hij als golfgeleider met hoge kwaliteit kan worden gebruikt voor een optische inrichting, zodat een optische golfgeleider die een hoge ontlaatweerstand heeft gemakkelijk kan worden verkregen en dus met buitengewoon grote effecten kan worden gerealiseerd in het Industriële gebied.

Claims

4

1. Optische enkelvoudige-mode golf geleider, gekenmerkt door een kristal van een dunne-film LiNb03 golfgeleiderlaag met ten minste een Na gehalte in het gebied van 0,1 tot 14,3 mol# en een Mg gehalte in het gebied van 0,8 tot 10,8 mol#, waardoor de dunne-film golfgeleiderlaag en het enkelvoudige-kristal LiTa03 substraat roosteraanpassing hebben, en waarbij aan de volgende relatie wordt voldaan; in het geval van TM mode,

in het geval van TE mode,

waarin T (ym) de dikte van de golfgeleiderlaag en λ (ym) de golflengte van de geleide lichtgolf representeren.

2. Optische enkelvoudige-mode golfgeleider volgens conclusie 1, waarin de vorm van de optische golfgeleider voldoet aan de volgende relatie; in het geval van TM mode,

in het geval van TE mode,

waarin W(ym) de breedte van de golfgeleider en AT(ym) de etsdiepte representeren.