JPH02183206A - 方向性結合器の作製方法 - Google Patents

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、方向性結合器の作製方法に関する。

より詳細には、強誘電体結晶基板中に金属原子を拡散さ
せて所定の形状の光導波路を形成し、方向性結合器を作
製する方法に関する。

従来の技術 方向性結合器を応用した装置の例として、方向性結合型
光スィッチの構成を第３図に示す。第３図の方向性結合
型光スィッチは、ＬｉＮｂＯ５結晶基板３上に、光導波
路１および２を所定の長さの部分が近接するような形状
に形成し、光導波路１および２が近接している部分を結
合部４としたものである。光導波路１および２の結合部
４の上には、それぞれ電極５および６が設けられている
。

上記の方向性結合型光スィッチは、電極５．６間に電圧
が印加されていない状態で、光導波路」の一端１１から
入射した光が、結合部４を進む間に光導波路２へ完全に
移行し、光導波路２の端部２２から出射するように構成
されている。このときの光導波路１および２は完全結合
状態にあるといい、結合部４の長さは、完全結合長Ｌｃ
と呼ばれる。

電極５．６間に所定の電圧を印加すると、一方の光導波
路から他方の光導波路へ光が移行するのに要する伝搬長
さがＬＣ／２に変化し、片方の光導波路を伝搬してきた
光は、結合部４を進む間に一度他方の光導波路へ移行し
、再びもとの光導波路へ移行する。

方向性結合型光スィッチにおいて、高い消光比を得るた
めには、電極５．６間に電圧が印加されていない状態で
、一方の光導波路の一端から入射した光が、結合部４を
進む間に他方の光導波路へ完全に移行しなければならな
い。そのためには、結合部４において光導波路１および
２が完全結合状態となるように、光導波路の形成過程で
高精度に制御しなくてはならない。

上記の方向性結合型光スィッチの作製工程を、第４図（
ａ）〜（ｄ）を参照して説明する。最初に第４図（ａ）
に示すようにＬｔＮｂＯｓ結晶基板３の所定の面上全面
に厚さ約５００人のＴｉ膜７を蒸着により形成する。次
にＴｉ膜７を第４図ら）に示すよう、一部が近接して結
合部４となっている２本の光導波路１および２の形状に
フォトリングラフィにより成形する。Ｔｉ膜を成形した
後、加熱してＴｉをいＮｂＯ３結晶基板３中に拡散させ
て第４図（Ｃ）に示すように光導波路１および２を形成
する。その後電極５および６を第４図（ｄ）に示すよう
に光導波路１および２の結合部４０部分に形成して方向
性結合型光スィッチは作製される。

上記の強誘電体中に金属を拡散させて光導波路を形成す
る方法では、金属膜を予め所望の光導波路の形状に加工
してから金属を拡散させる。前記の拡散処理により完成
する光導波路の形状および寸法は、加工時とは異なるも
のになる。従って、方向性結合型光スィッチにおける光
導波路間の完全結合長も光導波路の形状ふよび寸法変化
とともに変化し、結合状態は、加工時の形状および寸法
だけでは制御できなかった。上記従来の方法では、結合
部の長さと正確に完全結合長とを一致させ、光導波路間
の結合状態を完全結合状態にするために−、光導波路の
形状とともに蒸着する金属膜厚を制御しティた（Ｊ、　
Ａｐｐｌ、　Ｐｈｙｓ、　Ｖｏｌ、　４９（９）、１９
７８ＩＭｐ、　４６７７〜４６ｇ２＞。

発明が解決しようとする課題 従来の方法で方向性結合型光スィッチを作製する場合、
結合部の長さと完全結合長とを一致させ、各光導波路間
の結合状態を完全結合状態とするために、Ｔｉ膜厚を１
０人〜２０人と非常に高い精度で制御しなくてはならな
かった。しかしながら、光導波路を形成する際、Ｔｉ膜
は５００八程度の厚さに蒸着するため、膜厚を１０人〜
２０人の精度で制御することは困難であった。また、方
向性結合器を利用して、任意の割合で光を分岐するデバ
イスを作製する場合も、光導波路を所望の結合状態にす
ることは困難であった。

そのため、方向性結合器を従来の方法で作製すると歩留
りが悪く、コスト高になっていた。

そこで本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決し
た方向性結合器の歩留りがよい作製方法を提供するとこ
ろにある。

課題を解決するための手段 本発明に従うと、強誘電体結晶基板上に、互いに所定の
長さに亘って近接し合ってなる結合部を有する複数の光
導波路バタ：ンを金属膜で形成し、前記強誘電体結晶基
板中に前記金属膜の金属を拡散させて方向性結合器を作
製する方法において、前記金属を拡散させる処理を行っ
た後、前記複数の光導波路の結合状態を検査し、前記複
数の光導波路の結合状態が、所望の結合状態となるまで
再び金属を拡販させる処理を繰り返すことを特徴とする
方向性結合器の作製方法が提供される。

作用 本発明の方法は、強誘電体結晶基板に互いに近接し合っ
てなる結合部を有する複数の光導波路を金属拡散により
形成し、方向性結合器を作製する方法において、複数の
光導波路を、結合部において所望の結合状態とするため
に、金属を拡散させる処理を行った後、光導波路の結合
状態を検査し、必要に応じ再び金属を拡散させる処理を
行うところにその主要な特徴がある。

本発明者等の実験結果によると、金属の拡散処遅時間を
長くすると、光導波路の形状、間隔等が変化し、光導波
路間の完全結合長がある程度まで短くなるもので、本発
明の方法は、この原理を利用している。

本発明の方法の工程を第１図に示す。第１図の方法は、
金属としてＴｉを用いた場合を例としている。Ｔｉ膜を
強誘電体基板上に蒸着し、そのＴｉ膜を光導波路に成形
するところまでは、従来の方法となんら変わらない。次
にＴｉを強誘電体基板中に拡散させるが、最初にＴｉ拡
散を行うときに、拡散時間が長くなり過ぎないようにす
る。Ｔｉ拡散を行ったら、光導波路の結合状態をクロス
トーク測定により検査し、結合部が所望の結合状態にな
っていなければ、さらにＴｉ拡散を行う。この工程を繰
り返し、結合状態が良好となったら、先の工程に進む。

従来の金属膜厚を制御する方法では、形成された光導波
路間の結合状態がよくなければ、方向性結合器は、その
まま不良品となるため、歩留りが低かった。本発明の方
法では、光導波路の結合状態を検査し、結合状態がよく
なければ、さらに金属を拡散させる処理を繰り返し行っ
て、光導波路の結合状態を完全結合状態とするため、歩
留りが向上する。

以下、本発明を実施例により、さらに詳しく説明するが
、以下の開示は本発明の単なる実施例に過ぎず、本発明
の技術的範囲をなんら制限するものではない。

実施例 本発明の方法の有効性を確認するため、第５図に示す同
一の基板上に結合部の長さが異なる光導波路パターンを
有する８種類の方向性結合器を作製した。ＬｉＮｂ０ａ
結晶基板上に、厚さ１０００人のＴｉ膜を蒸着し、幅７
μｍ１間隔５μｍで光導波路を形成し、結合部の長さは
４〜１６１１１０１とした。上記のＬｉＮｂＯ３結晶基
板に対し、以下に示すような処理を行い、Ｔｉ拡散させ
た。

■１０００℃で６時間Ｔ１拡散を行う。

■クロストークを測定し、測定結果から完全結合長を計
算する。

■１０００℃で１時間Ｔ１拡散を行う。

■■の工程を繰り返す。

クロストークの測定結果から以下の手順で完全結合長を
求めた。第６図に示す方向性結合器において、光導波路
１の一端から入射した光の強度をＰｌ、光導波路１の他
端から出射する光の強度をＰ−、光導波路２の他端から
出射する光の強度をＰ８とすると、第６図の光導波路ｌ
および２の結合部長さβとＰ、／Ｐｌ（αＦ、／　（Ｐ
−＋Ｐ、））の関係は、第７図のグラフのようになる。

第７図のグラフをｓｉｎで近似することにより、完全結
合長Ｌｃを求めることができる。第７図のグラフは、ｙ
＝ｓｉｎ（π／２・ｌ／Ｌ、ｃ） と近似でき、これにより、 （２／π）ｓｉｒｒ’ｙ””　＝　ｌ　／　Ｌｃ第８図
に示す（２／π）　ｓ　１ｎ−１ｙ　ｌ　／　２とβと
のグラフの傾きからＬｃを求めた。最終的に処理時間が
合計１２時間になるまでＴｉ拡散を行い、拡散時間と完
全結合長との関係を求めた。結果を第２図に示す。

この結果、Ｔｉ拡散時間が長くなると、完全結合長が短
くなることがわかった。従って、最初に行うＴｉ拡散の
処理時間を短めにし、クロストークを測定して結合状態
をモニターしながら拡散時間を制御することにより、高
クロストークのスイッチを作製することが可能である。

上記の結果を利用し、１１７１０００人、幅７μｍ、間
隔５μｍで光導波路を形成し、結合部長さ３＋＋＋ｍの
方向性結合器を作製し、１０００℃でＴ１拡散を５時間
３０分行なった後に、クロスポートの消光比を測定した
ところ０．６であった。さらに、１０分ずつＴｉ拡散を
行いながらクロストーク測定をくり返したところ、合計
拡散処理時間が６時間２０分となったところで、クロス
トークが０．９９（〜２０ｄＢ）以上となった。

以上の結果、本発明の方法により、方向性結合型光スィ
ッチの光導波路の結合部の長さと完全結合長とを確実に
一致させることが可能であることが証明された。また、
本実施例においては、方向性結合型光スィッチに使用す
る方向性結合器についてのみ説明したが、任意の割合で
光を分岐する方向性結合器を作製する場合にも、本発明
の方法は全く同様に応用できる。

発明の詳細 な説明したように、本発明の方法に従うことにより、高
性能な方向性結合器を、歩留りよく作製することが可能
である。これは、本発明の方法が、光導波路の結合状態
をモニターしながら、必要に応じてＴ１拡散時間を追加
して、光導波路の結合状態を所望の結合状態とするため
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の方法の工程を示す工程図であり、 第２図は、Ｔｉ拡散時間と完全結合長との関係を示すグ
ラフであり、 第３図は、方向性結合型光スィッチの構成を示す図であ
り、 第４図（ａ）〜（ｄ）は、従来の方向性結合型光スィッ
チの作製工程を示す図であり、 第５図は、本発明の方法の有効性を確認するた給に行っ
た実験に使用した方向性結合器の平面図であり、 第６図は、方向性結合器の平面図であり、第７図は、第
６図の光導波路１および２の結合部長さｐとクロストー
クＰ、／Ｐ＋（αＰ、／（Ｐ−＋Ｐ、））の関係を示す
グラフであり、 第８図は、　（２／　π）、１ｎ−１ｙ１／２と１との
グラフである。 〔主な参照番号〕 １．２・・光導波路、 ３・・・ＬｔＮｂＯ３基板、 ４・・・結合部、 ５．６・・電極、 ７・・・Ｔｉ膜、 １１．１２．２１．２２・・光導波路端面特許出願人　
　住友電気工業株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 強誘電体結晶基板上に、互いに所定の長さに亘って近接
   し合ってなる結合部を有する複数の光導波路パターンを
   金属膜で形成し、前記強誘電体結晶基板中に前記金属膜
   の金属を拡散させて方向性結合器を作製する方法におい
   て、前記金属を拡散させる処理を行った後、前記複数の
   光導波路の結合状態を検査し、前記複数の光導波路の結
   合状態が、所望の結合状態となるまで再び金属を拡散さ
   せる処理を繰り返すことを特徴とする方向性結合器の作
   製方法。