WO1993014439A1 - Waveguide type light directional coupler - Google Patents

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WO1993014439A1
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Masanori Nakumura
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Ibiden Co., Ltd.
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    • G02F2202/00—Materials and properties
    • G02F2202/20—LiNbO3, LiTaO3

Definitions

  • the present invention relates to a waveguide type optical directional coupler used as an optical modulator or an optical switch, which is a component of an optical integrated circuit used in an optical communication system, an optical information processing system, an optical sensor system, and the like.
  • optical directional coupler is a component of the optical matrix switch.
  • such an optical directional coupler is an optical element used for effectively and optically controlling a phase difference that governs the transition of an optical path when two parallel waveguides are brought close to each other. It is. Background art
  • An object of the present invention is to propose a waveguide type optical directional coupler having an electro-optic constant larger than that of a bulk. Disclosure of the invention
  • the present inventors have studied to achieve the above object. As a result, the cause of conventional T i diffusion L i N b 0 3 electrooptic effect becomes small, it was found that the lattice constant of the crystal material constituting the substrate and the waveguide is because not aligned. Then, they have found that an optical directional coupler having an optical waveguide excellent in electro-optic effect can be obtained by matching the lattice constants of the substrate and the crystals of the waveguide with each other, and completed the present invention.
  • the present invention relates to L i T a 0 3 single crystal substrate, provided with an optical waveguide of L i N b 0 3 single crystal film was formed by parallel proximity at least two of the optical waveguide, its proximity at least one of the optical waveguide is made by providing a means for changing the refractive index of the optical waveguide, and each of the above i T a 0 3 single crystal and the L i N b 0 3 single crystal film
  • An optical directional coupler characterized by combining crystal lattices with each other.
  • FIG. 1 is a perspective view of an optical modulator including an optical directional coupler according to the present invention
  • FIG. 2 is a manufacturing process of an optical modulator including an optical directional coupler according to the present invention.
  • an optical waveguide consisting of L i T a 0 3 L i N b 0 3 single crystal film created single crystal substrate or on a substrate, formed in proximity in parallel at least two, the proximity at least one of the waveguides is, an optical directional coupler mechanism comprising the provided for changing the refractive index of the optical waveguide, wherein L i T a 0 3 single crystal and L i N b 0 It is necessary that the respective crystal lattices of the single crystal film of 3 are aligned with each other.
  • the method (1) is most preferable.
  • L i Ta 0 3 lattice constant of the single crystal substrate which is larger than that of L i N b 0 3 single crystal, when is ⁇ the Na and Mg in L i N'b 0 3 single crystal This is because the lattice constant of L i Nb0 3 single crystal can size camphor Rukoto.
  • the content thereof is 0.1 to 14.3 mol% for Na, for Mg is desirable from 0.8 to 10.8 mol%.
  • Optical directional coupler of the present invention L i N b 0 3 single crystal film optical waveguide 2 1, suitable construction on 2- 2 electrode 3 1, 3 2, 3 3, 3 4
  • a ⁇ iS inversion type directional coupler which induces a change in the refractive index through the electro-optic effect of the L i N 0 3 single-crystal optical waveguides 2-1 and 2-2, and It is desirable to electrically control the coupling state of the two to perform output intensity modulation and optical path switching.
  • a planar electrode is effective. Also, it is effective to provide a buffer layer such as SiO 2 between the optical waveguide and the electrode in order to reduce the influence of DC drift and the like.
  • the length of the coupling portion required for 100% optical power to transfer from one optical waveguide to the other is 0 dB coupling length L.
  • Konoshi. Is determined by the refractive index of the optical waveguide, the size of the interval, the wavelength of the laser light, and the like.
  • the phase difference between the two optical waveguides caused by the applied voltage Electro field concentration occurs under the electrodes and the sign is different, so that the propagation constant of the optical waveguide changes so that one increases and the other decreases.
  • the length of the parallel proximity region 4 is L, and when light of unit intensity 5 enters the optical waveguide 2-1, both optical waveguides 2-1 and 2.—
  • the output intensity of 2 is, as shown by R.V.Schmid et al. In Appl. Phys. Lett. 28 503 (1976),
  • the optical directional coupler of the present invention can function as an optical modulator and an optical switch.
  • L i T a 0 3 a groove is formed in the waveguide forming portion of the single crystal substrate 1, after the L i N b 0 3 single crystal film grown while the lattice matching, unnecessary portions was removed, leaving a L i N b 0 3 single crystal film only in the groove, to form the optical waveguide 2.
  • L i N b 0 3 as a method for growing while the single crystal film is lattice matched oxide lithium Umu vanadium pentoxide fifteen niobium monoxide Na Toriumu magnesium or the Ranaru melt monoxide L i T a 0 3 single It is preferable to carry out by bringing the crystal substrate 1 into contact.
  • the electrode 3 is desirably formed by depositing a metal film such as aluminum on the optical waveguide 2 by vapor deposition or sputtering.
  • a buffer layer such as SiO 2 may be provided between the optical waveguide 2 and the optical waveguide 3.
  • the amounts of Na and Mg contained in the obtained LiNbO 3 single crystal thin film 8 were 3 mol% and 2 mol%, respectively.
  • the Li′bO 3 single crystal film 8 had a lattice constant (a-axis) of 5.156 A, an incident light wavelength of 1.15 m, and a measured refractive index of 2.235 ⁇ 0.001.
  • the aluminum electrode 3 was formed by vapor deposition.
  • the optical waveguide 2 was formed in the same manner as in Example 1, except that the working length of the aluminum electrode 3 was set to 10.
  • the substrate 1 was preheated at 915'C for 30 minutes, and immersed in the melt for 8 minutes while rotating at 100 rpm. . Growth rate of LiNbO 3 in this operation was 1 m / min.
  • Nb0 3 Na was contained in the single crystal film 8, the amount of Mg, respectively 3 mol% and 2 mol%. Further, the LiNbO 3 single crystal film lattice constant (a ⁇ ) is
  • the incident light wavelength was 1.15 fi m
  • the measured refractive index was 2.235 ⁇ 0.001.
  • This optical waveguide is patterned, a Ti mask is created, and Ar plasma etching is performed.
  • a ridge-type channel waveguide was fabricated by ching.
  • An SiO z buffer layer 6 was formed directly on the optical waveguide 2 by sputtering, buttered to a working length of 20 mm, and an aluminum electrode 3 was formed by vapor deposition.
  • a 1.3- ⁇ m wavelength TM mode laser beam was radiated to the device fabricated in this way, and the characteristics were evaluated by applying an AC voltage of 4 GHz. A ratio of 17 dB or more was obtained. In addition, when the change with time in a state where an AC voltage was applied was measured, no change was observed in the modulation voltage and the output for at least 24 hours.
  • the optical waveguide 2 was formed in the same manner as in Example 1, except that the working length of the aluminum electrodes 3 was 25 mm.
  • the device fabricated in this way was guided by a laser beam in the TM mode at a wavelength of 1.3 / m, and the characteristics were evaluated by applying an AC voltage of 4 GHz.
  • an aluminum electrode was formed by vapor deposition.
  • Table 1 shows the measurement results of various characteristics of the waveguides of Examples 1, 2, 3, and 4 and Comparative Examples 1 and 2.
  • the optical directional coupler according to the present invention has better characteristics than the conventional directional coupler.
  • the optical directional coupler of the present invention the LiNbO 3 single crystal film light - for waveguide and LiTaOs lattice constant between the single crystal substrate is matched, LiNbO 3 optical waveguide of the single crystal film crystal lattice
  • the refractive index of the LiNbO 3 single crystal film optical waveguide does not change significantly from the initial value even if the refractive index change due to the electric field is repeated, and thus the conventional optical directional coupler has In comparison, the life can be extended.
  • the optical waveguide-type optical directional coupler according to the present invention has characteristics superior to those of the conventional optical directional coupler, and has a long life and little change over time. Since it becomes an optical modulator, it is suitably used in the fields of optical communication systems, optical information systems, and optical sensor systems.

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Description

明 細 導波路型光方向性結合器
. 技術分野
本発明は、 光通信システムや光情報処理システム、 光センサシステムなどに用 いられる光集積回路の、 その構成部品である光変調器や光スィ ツチとして用いる 導波路型光方向性結合器に関する。
光通信分野において、 光ファイバーネッ トワークを構築するためには、 光マ ト リ ックススィ ツチの開発が必要である。 そして、 上記の光方向性結合器はこの光 マ トリ ックススィ ツチの構成部品である。
なお、 かかる光方向性結合器は、 2本の平行な導波路を接近させたときの光パ ヮ一の移行を支配している位相差を電気光学効果的に制御するために用いられる 光素子である。 背景技術
上記光方向性結合器としては、 従来、 T i拡散 L i N b 0 3 チャンネル型導波 路を用いたものが多く癸表されている。 この L i N b 0 3 が着目されている理由 は、 この物質が無機光学結晶の中では電気光学定数が比較的大きいためである。 そして、 この L i N b 0 3 への T iの熱拡散は、 導波路を形成する手段としてよ く用いられる技術である。
しかし、 T i拡散 L i N b 0 3 導波路は、 導波路形成後の結晶形が元の L i b 0 3 のものとは異なるために、 電気光学定数がバルクのそれより小さくなる。 そのために、 このような導波路を光方向性結合器として用いた場合には、 大きな スイ ッチング電圧や、 長い作用長が必要となり、 ひいては省電力化や小型化が図 れないという問題があった。
本発明の目的は、 バルクよりも電気光学定数の大きい導波路型光方向性結合器 を提案することにある。 発明の開示
本発明者らは、 上記の目的を実現すべく研究した。 その結果、 従来の T i 拡散 L i N b 0 3 の電気光学効果が小さくなる原因は、 基板と導波路を構成する結晶 材料の格子定数が整合していないためであることを見い出した。 そして、 基板と 翥波路の各結晶の格子定数を互いに整合させることにより、 電気光学効果に優れ た光導波路を有する光方向性結合器が得られることを見い出して本発明を完成し た。
すなわち本発明は、 L i T a 0 3 単結晶基板に、 L i N b 0 3 単結晶膜の光導 波路を設けると共に、 この光導波路の少なくとも 2本を平行に近接させて形成し、 その近接させた光導波路のうちの少なくとも一方に、 光導波路の屈折率を変化さ せる手段を設けてなり、 そして、 上記し i T a 0 3 単結晶と上記 L i N b 0 3 単 結晶膜の各結晶格子を互いに簦合させたことを特徴とする光方向性結合器である。 図面の簡単な説明
第 1図は、 本発明にかかる光方向性結合器を具える光変調器の斜視図であり、 第 2図は、 本発明にかかる光方向性結合器を具える光変爾器の製造工程図である e
発明を実施するための最良の形態
本発明は、 L i T a 03 単結晶基板内または基板上に作成された L i N b 0 3 単結晶膜からなる光導波路を、 少なくとも 2本平行に近接させて形成し、 その近 接させた導波路のうちの少なくとも一方に、 光導波路の屈折率を変化させるため の機構が設けてなる光方向性結合器であって、 前記 L i T a 0 3 単結晶と L i N b 0 3 の単結晶膜の各結晶格子が互いに整合していることが必要である。
前記格子整合とは、 前記 L i N b 0 3 単結晶膜の格子定数が、 L i T a 0 3 単 結晶基板の格子定数の 99.81〜： 100.07%、 より好ましくは 99.92〜100.03%の範 囲となるよう調整されていることを意味する。
このように構成することにより、 L i M b 0 3 単結晶膜を液相ェビタキシャル 成長させる際に歪の癸生を防止することができ、 ひしては L i N b 03 単結晶バ ルクと同等の電気光学定数を有する L i N b 03 単結膜の光導波路が得られる。 そして、 このような光導波路にて、 方向性結合器を作成すると、 効率が非常に高 く、 安定した振幅変調を達成することができる。
格子整合の方法としては、 国際出願番号 P CT/J P/90Z 0 1 207号に 記載した方法が望ましい。 この方法を簡単に述べると、 （1) Na や Mg を L i N b 03 単結晶中に含有させる方法、 （2) L iZNbの比率を 4 1/59〜56/ 44の間で変える方法、 （3) T iなどの L i T a 03 単結晶基板の格子定数を小 さくする方法などが有利に適合する。
なかでも、 前記（1) の方法が最も望ましい。 この理由は、 L i Ta 03 単結晶 基板の格子定数は、 L i N b 03 単結晶のそれより大きいことから、 L i N'b 03 単結晶に Na や Mg を舍有させると、 L i Nb03 単結晶の格子定数を大き くす ることができるからである。
なお、 Na や Mg を L i N b 03 単結晶中に舍有させる場合、 その含有量は、 Na については 0.1〜14.3モル％、 Mg については 0.8〜10.8モル％が望ましい。 以下、 本発明の光方向性結合器の動作原理を図 1を用いて説明する。
L i T a 03 単結晶基板 1の表面 （ 000 1 ) 面に、 2本の L i N b 03 単結 晶膜の光導波路 2— 1、 2— 2が形成され、 これらは互いに平行に近接して作製 されている。 なお、 このとき、 かかる L i T a 03 単結晶基板 1の （000 1 ) 面上に、 L i Nb03 単結晶膜の光導波路の （ 000 1 ) 面が積層されるように 形成されなければいけない。 また、 互いの a蚰の格子定数が整合されていること が必要である。
本発明の光方向性結合器は、 L i N b 03 単結晶膜光導波路 2— 1、 2— 2上 に適当な構造の電極 3— 1、 3— 2、 3— 3、 3— 4を設けることにより、 Δ iS 反転型方向性結合器を構成し、 L i N 03 単結晶膜光導波路 2— 1、 2— 2の 電気光学効果を介して屈折率変化を誘起し、 導波光の結合状態を電気的に制御し、 出力の強度変調、 光路の切り替えを行うことが望ましい。 電極としてば、 プレナ一電極が有効である。 また、 D Cドリフ ト等の影響を少 なくするために、 光導波路と電極との間に S i O z などのバッファ層を設けるこ とは有効である。
この構成において、 1 0 0 %の光パワーが一方の光導波路から他方に移り変わ るのに要する結合部の長さを 0 d B結合長さ L。 とする。 このし。 の大きさは光 導波路の屈折率、 間隔の大きさ、 レーザ光の波長等によって決定される。 また、 印加電圧により引き起こされる 2つの光導波路間の位相差 （電極の下では電界集 中が生じ、 その符号が異なるため、 光導波路の伝搬定数が一方は増加、 他方は減 少するように変化することにより発生する位相差） を とし、 平行近接領域 4 の長さを Lとすると、 光導波路 2— 1に単位強度の光 5力入射するとき、 両光缥 波路 2— 1、 2.— 2の出力強度は、 R . V . Schmid らが、 App l. Phys. Lett. 28 503 ( 1976 ) で示したように、 それぞれ、
式
12
Ρι = 1 - sin2 式中、 P i 光パワー
% 結合係数
下記式に示した値
：電圧が印加された時に生ずる
2つの導波路の伝搬定数の差
L 完全結合長 χ )
式
Ρ2 = gj2sin2 L)(C0,CL) + )2 Sin cL]
Figure imgf000006_0001
式中、 P2 ：光パワー
で与えられる。 .
一 上式に示すように、 電極に印加する電圧を変化させることによって位相差厶 を与えると、 出力光を変調させることができることが判る。
以上説明したように、 本発明の光方向性結合器は、 光変調器、 光スィ ツチとし て作用させることができる。
次に、 本発明の光方向性結合器の製造方法について述べる。
L i N b 03 単結晶膜の光導波路の製造方法としては、
①基板内に形成されるもの ： L i T a 03 単結晶基板 1の導波路形成部に溝を 形成し、 L i N b 03 単結晶膜を格子整合させながら育成したのち、 不要部分を とり除き、 溝の中にのみ L i N b 03 単結晶膜を残し、 光導波路 2を形成す.る方 法、
②基板表面に形成されるもの： L i T a 03 単結晶基板 1上に L i N b 03 単結 晶膜を格子整合させながら育成した後、 導波路形成部に T iなどでマスクし、 ド ライヱツチングにより、 不要部分を除去し、 光導波路 2を形成する方法、 がある。
L i N b 03 単結晶膜を格子整合させながら育成する方法としては、 酸化リチ ゥムー五酸化バナジウム一五酸化ニオブ一酸化ナ トリゥム一酸化マグネシウムか らなる溶融体に L i T a 03 単結晶基板 1を接触ることによって行うことが好ま しい。
このようにして作成された L i N b 03 単結晶膜の光導波路 2上に屈折率を変 えるため電極 3を設ける。 この電極 3は、 アルミニウム等の金属膜を前記光導波 路 2上に蒸着やスバッタリングにより被着することが望ましい。
なお、 前記光導波路 2と光導波路 3の間には S i 02 などの緩衝層を設けても よい。
実施例 1
(1) NazC03： 22モル％、 Li2C03： ： 28モル％、 V205 : 40モル、 Nbz05 : ]0モル %、 そして MgO を、 溶融体組成から折出可能な Litib03の理論量に対して 2モル％ 添加してなる混合物を、 白金るつぼに入れ、 ェピタキシャル成長育成装置にて、 空気雰囲気中において 1100 'Cまで加熱してるつぼ内の上記混合物を溶解した。 さらに、 その溶融体を 100 rpmの回転速度のプロペラを用いて 12時間撹拌した。 (2) 厚さ 2匪の LiTa03単結晶基板 1 ( a軸の格子定数 5.1538 A ) の （0 0 1 ) 面を光学研磨したのち化学エッチングし、 ついで、 図 1に示す導波路 2の形成部 分にフォ トリソグラフィ一などによりバターユングし、 その後、 ドライエツチン グにより幅 5 f/ m、 深さ 1.2;/ mの 2本の溝 7を 6 / m間隔で形成した。
溶融体を 1時間当りに 60'Cの冷却速度で 915てまで徐冷した後、 前記基板 1を 915'Cで 30分間予備加熱した後、 溶融体中に lOOrptn で回転させながら 8分間浸 漬した。 この操作での LiNb03の 長速度は、 1 mZ分であった。 —
(3) 溶液体から基板 1を引き上げ、 1000 rpm で 30秒間回転させて溶融体を振 り切った後、 1て Z分の速度で室温まで徐冷し、 基板 1上に約 8 mの厚さの Na， Mg舍有し iNb03単結晶薄膜 8を得た。
(4) 得られた LiNb03単結晶薄膜 8中に含有されていた Na, Mgの量は、 それぞれ 3モル％、 2モル％であった。 また、 この Li 'b03単結晶膜 8の格子定数 （a軸） は、 5.156 A、 入射光波長 1.15 mで、 測定した屈折率は 2.235 ±0.001 であ つた。
(5) さらに、 この Lifib03単結晶膜をイオンビームエッチングにより、 不要部分 を除去し、 LiNb03単結晶膜の光導波路 2を形成した。
(6) この光導波路 2の直上に Si02緩衝層 6をスパッタリングにて形成した後、 作用長 15 となるようバターユングした後、 アルミニウム電極 3を蒸着により 彤成した。
(7) このようにして作製したデバイスに、 波長 1.3// m、 TMモードのレーザ 光を導波し、 4 GH zの交流電圧を印加して特性を評価したところ、 動作電圧 3 Vで、 消光比 17d B以上を得た。 また、 交流電圧を印加した状態での経時変化を 測定したところ、 少なくとも 24時間は、 変調電圧、 出力に変化はみられなかった。 なお、 これらの測定は、 J I S— C 5 9 3 1に従った。
実施例 2
(1) 実施例 1 と同様にして、 光導波路 2を形成したが、 アルミニウム電極 3の 作用長を、 10 とした。
(2) このようにして作製したデバイスに、 波長 1.3〃m、 TMモードのレーザ 光を導波し、 直流電圧を印加して特性を評価したところ、 動作電圧 8.4Vで、 消 光比 20d B以上を得た。 また、 直流電圧を印加した状態での経時変化を測定した ところ、 少なく とも 24時間は、 スイ ッチング電圧、 出力に変化はみられなかった c なお、 測定方法は、 J I S— C 5 9 3 1に従った。
実施例 3
(1) Na2C03： 22モル％、 し i 2C03： 28モル％、 V20s : 40モル％、 Nb205 : 10·モル %、 そして MgO を、 溶融体組成から折出可能な LiNb03の理論量に対して 2モル％ 添加してなる混合物を白金るつぼに入れ、 ェピタキシャル成長育成装置にて、 空 気雰囲気中において 1100 てまで加熱してるつぼ内の混合物を溶解した。 さらに、 その溶融体を、 100 rpm の回転速度のプロペラを用いて 12時間撹拌した。
(2) 厚さ 2 mmの LiTa03単結晶基板 1 ( a軸の格子定数 5.1538 A ) の （ 0 0 1 ) 面を光学研磨した。
溶融体を 1時間当りに 60ての冷却速度で 915てまで徐冷した後、 前記基板 1を 915 'Cで 30分間予備加熱した後、 溶融体中に lOOrpm で回転させながら 8分間浸 漬した。 この操作での LiNb03の成長速度は、 1 m/分であった。
(3) 溶液体から基板 1を引き上げ、 lOOOrpm で 30秒間回転させて溶融体を振り 切った後、 1 °C/分の速度で室温まで徐冷し、 基板 1上に約 8 mの厚さの Na, Mg舍有 LiNb03単結晶膜 8を得た。
(4) 得られた Nb03単結晶膜 8中に含有されていた Na, Mgの量は、 それぞれ 3 モル％、 2モル％であった。 また、 この LiNb03単結晶膜の格子定数 （ a铀） は、
5.156 人、 入射光波長 1.15 fi mで、 測定した屈折率は 2.235 ±0.001 であった。
(5) この光導波路をバターニングし、 T i マスクを作成し、 A rプラズマエツ チングによりリッジ型チャンネル導波路を作製した。
(6) この光導波路 2の直上に SiOz緩衝層 6をスパッタリングにて形成した後、 作用長 20 mmとなるようバターユングした後、 アルミニウム電極 3を蒸着により 形成した。
(7) このようにして作製したデバイスに、 波長 1.3〃m、 T Mモードのレーザ 光を缥波し、 4 GHzの交流電圧を印加して特性を評価したところ、 動作電圧 2.5 5 Vで、 消光比 17 d B以上を得た。 また、 交流電圧を印加した状態での経時変化 を測定したところ、 少なくとも 24時間は、 変調電圧、 出力に変化はみられなかつ た。
実施例 4
(1) 実施例 1 と同様にして、 光導波路 2を形成したが、 アルミニウム電極 ·3の 作用長を、 25 mmとした。
(2) このようにして作製したデバイスに、 波長 1.3〃m、 T Mモードのレーザ 光を導波し、 直流電圧を印加して特性を評 ffiしたところ、 動作電圧 3.3 Vで、 消 光比 20 d B以上を得た。 また、 直流電圧を印加した状態での経時変化を測定した ところ、 少なくとも 24時間は、 スイ ッチング電圧、 出力に変化ばみられなかった。 比較例 1
( 1) 寸法 5 X 15 mm程度、 厚さ 0.5匪で C軸を厚さ方向とする LiNb03単結晶基 板の Z面に、 実施例 1において光導波路を形成した箇所と同じ位置に T 1を厚さ 100A程度蒸着した後、 バターユングし、 950'Cで数時間熱処理し、 T iを熱拡 散させ、 光導波路を形成した。
(2) ついでこの光導波路の直上に緩衝層として Si02を被着し、 さらに作用長 15 關となるようにバターニングした後、 アルミニウム電極を蒸着により形成した。
(3) このようにして作製したデバイスに、 波長 1.3 / m、 T Mモードのレーザ 光を導波し、 4 GHzの交流電圧を印加して特性を評価したところ、 動作電圧 3.5
Vで、 消光比 17 d B以上を得た。 し力、し、 交流電圧を印加し経時変化を測定した ところ、 10分以内で変調電圧が変化し、 出力が不安定となった。 JP9300 63
比較例 2
(1) 厚さ 2 の LiTa03単結晶基板の （ 0 0 1 ) 面を光学研磨した後、 化学エツ チングし、 ついで、 図 1に示す光導波路 2の形成部分に溝を形成した。 溝寸法な どは、 実施例 1 と同じとした。
(2) ついで、 izC03： 50モル％、 V205： 40モル％、 Nb205 : 10モル％からなる 原料を 1000てまで加熱し、 溶融体とした後、 この溶融体を 1時間当りに 60ての冷 却速度で 915'Cまで徐冷した後、 前記基板を 915'Cで 30分閒予備加熱したのちに 前記溶融体中に lOOrpm で回転させながら 8分間浸漬した。 LiNb03の成長速度は、 1 m/分であった。
(3) 溶液体から前記基板を引き上げ、 lOOOrpm の画転数で面転させて溶融体を 振り切った後、 1て/分の速度で室温まで徐冷し、 基板上に約 8 mの厚さ'の Li Nb03単結晶膜を得た。
(4) さらに、 LiNb03単結晶膜をイオンビームエッチングにより、 不要部分を除 去し、 LiNb03単結晶導波路を形成した。
(5) この光導波路の直上にアルミナ緩衝層をスパッタリ ングにて形成した後、 アルミニウム電極を蒸着により形成した。
(6) 以上のようにして作製したデバイスに、 波長 1.3〃 m、 TMモードのレ一 ザ光を導波し、 直流電圧を印可して特性を評価したところ、 動作電圧 10Vで、 消 光比 20d B以上を得た。 しかし、 交流電圧を印可し経時変化を測定したところ、 10分以内で変調電圧が変化し、 出力が不安定となった。 なお、 測定方法は、 J I S— C 5 9 3 1に従った。
実施例 1、 2、 3、 4、 比較例 1、 2の導波路の諸特性の測定結果を表 1に示 す。 表 1
Figure imgf000012_0001
この表 1に示す数値を見れば判るように、 本発明にかかる光方向性結合器は、 従来の方向性結合器よりも優れた特性を示している。
さらに、 本発明の光方向性結合器は、 LiNb03単結晶膜の光-導波路と LiTaOs単結 晶基板との格子定数が整合しているため、 LiNb03単結晶膜の光導波路の結晶格子 に歪がなく、 電界による屈折率変化を操り返しても LiNb03単結晶膜の光導波路の 屈折率が最初の値から大きく変化することがなく、 このため、 従来の光方向性結 合器に比べ、 寿命を長くすることができる。 産業上の利用可能性
以上述べたよ.うに、 本発明にかかる光導波路型光方向性結合器は、 従来の光方 一向性結合器にく らべ優れた特性を持ち、 経時変化の少ない、 長寿命の光スィ ッチ、 光変調器となることから、 光通信システムや光情報システム、 光センサシステム の分野に好適に用いられる。

Claims

請求の範通
1 L i Ta 03 単結晶基板に、 L i N b 03単結晶膜からなる複数の光導波路 を近接して平行に形成してなり、 近接する光導波路のうちの少なくとも一方に ς 該光導波路の屈折率を変化させる手段を設け、 そして、 前記 L i Ta 03 単結 曰
Ha基板と L i Nb 03 単結晶膜の結晶の格子定数が整合していることを特徴と する導波路型光方向性結合器。
2. 光導波路が、 基板の表面または基板表面の溝内に形成される請求の範西 1項 記載の光方向性結合器。 0
3. 格子整合は、 L i Nb 03 単結晶膜の格子定数が L i Ta 03 単結晶基板の 格子定数の 99.81〜： L00.07%の範囲となるように調整したものである請求の範 囲 1項に記載の光方向性結合器。
4. 格子整合は、 L i N b 03 単結晶膜の格子定数が L i T a 03 単結晶基板の 格子定数の 99.92〜100.03%の範囲となるように調整したものである請求の範 囲 1項に記載の光方向性結合器。
5. 格子整合は、 L i Ta 03 単結晶基板表面の （ 0001 ) 面の a軸と L i N b 03 単結晶膜の （0001 )面の a軸との間で行われることを特徴とする請 隶の範囲 1項に記載の光方向性結合器。
6. 光導波路の屈折率を変化させるための手段が電極であることを特徴とする請 求の範囲 1項に記載の光方向性結合器。
7. 光導波路と電極との間に S i 02 バッファ層を設けることを特徴とする請求 の範囲 1項に記載の光方 性結合器。
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