JPH02306207A - 装荷型グレーテイング,集光グレーテイングカツプラ,導波路形光偏向器 - Google Patents
装荷型グレーテイング,集光グレーテイングカツプラ,導波路形光偏向器Info
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- JPH02306207A JPH02306207A JP12755989A JP12755989A JPH02306207A JP H02306207 A JPH02306207 A JP H02306207A JP 12755989 A JP12755989 A JP 12755989A JP 12755989 A JP12755989 A JP 12755989A JP H02306207 A JPH02306207 A JP H02306207A
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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、装荷型グレーティング、特に、薄膜型光ピッ
クアップなどの光集積回路を形成するのに用いられる装
荷型グレーティングに関するものである。
クアップなどの光集積回路を形成するのに用いられる装
荷型グレーティングに関するものである。
従来の装荷型グレーティングは、第5図に示すように、
例えば、L i N b Oa結晶よりなる基板1の表
面に1例えば、Tiを拡散して形成された先導波路2上
に、例えば、バッファ層3を介して形成した、例えば、
5iOzからなる装荷層4がらなっており、装荷層4の
外部は空気層(屈折率=1.0)となっていた。
例えば、L i N b Oa結晶よりなる基板1の表
面に1例えば、Tiを拡散して形成された先導波路2上
に、例えば、バッファ層3を介して形成した、例えば、
5iOzからなる装荷層4がらなっており、装荷層4の
外部は空気層(屈折率=1.0)となっていた。
なお、関連する技術は、例えば、裏 升吾他、光集積デ
ィスクピックアップ用集光グレーティング、電子通信学
会論文誌’85/10 VoQ。
ィスクピックアップ用集光グレーティング、電子通信学
会論文誌’85/10 VoQ。
J68−CNα10 803〜811p、に開示されて
いる。
いる。
装荷型グレーティングの特性を決める1つの条件が装荷
層4とそれをとりまく層(クラッド層と称する)の屈折
率差であり、装荷型グレーティングが正常に機能するた
めには両者の屈折率が高い精度で常に一定である必要が
ある。しかしながらクラッド層が空気層である場合は、
湿度変化や大気中のほこり等により屈折率は一定でない
。そればかりでなく、従来の装荷型グレーティングは第
4図にEで示す如き電界分布をもち、空気層への光のし
み出しが無視できないため、はこりが付着した場合は散
乱などにより素子が充分機能しないことが問題であった
。また装荷層としてT i Ozを用いる場合、水の吸
収による屈折率の変化を無視できないという問題があっ
た。
層4とそれをとりまく層(クラッド層と称する)の屈折
率差であり、装荷型グレーティングが正常に機能するた
めには両者の屈折率が高い精度で常に一定である必要が
ある。しかしながらクラッド層が空気層である場合は、
湿度変化や大気中のほこり等により屈折率は一定でない
。そればかりでなく、従来の装荷型グレーティングは第
4図にEで示す如き電界分布をもち、空気層への光のし
み出しが無視できないため、はこりが付着した場合は散
乱などにより素子が充分機能しないことが問題であった
。また装荷層としてT i Ozを用いる場合、水の吸
収による屈折率の変化を無視できないという問題があっ
た。
本発明の主なる目的は、装荷層とクラッド層とよりなる
層(以下グレーテイング層と称する)の屈折率が一定で
、外部の影響に関係なく、安定した特性を持つ装荷型グ
レーティングを得ることにある。
層(以下グレーテイング層と称する)の屈折率が一定で
、外部の影響に関係なく、安定した特性を持つ装荷型グ
レーティングを得ることにある。
上述の課題を解決するためにとられた本発明の主なる構
成は、薄膜光導波路上に装荷層が形成される装荷型グレ
ーティングにおいて、前記薄膜光導波路が前記装荷層の
厚さより厚いクラッド層でおおわれ、該クラッド層の屈
折率ncが、1 < n c < n
・・・(1)ここで、 aは装荷層により形成されるグレーティング格子の占め
る体積が、装荷層を含むクラッド層の厚さを高さとし薄
膜光導波路を底面とする体積に占め体積比 nfは薄膜光導波路の屈折率 flgは装荷層の屈折率 であることを特徴とするものである。
成は、薄膜光導波路上に装荷層が形成される装荷型グレ
ーティングにおいて、前記薄膜光導波路が前記装荷層の
厚さより厚いクラッド層でおおわれ、該クラッド層の屈
折率ncが、1 < n c < n
・・・(1)ここで、 aは装荷層により形成されるグレーティング格子の占め
る体積が、装荷層を含むクラッド層の厚さを高さとし薄
膜光導波路を底面とする体積に占め体積比 nfは薄膜光導波路の屈折率 flgは装荷層の屈折率 であることを特徴とするものである。
本発明の装荷型グレーティングは、屈折率が(1)式の
nC未満の物質をクラッド層として装荷層よりも厚く形
成しであるので、クラッド層の屈折率は常に一定となる
。
nC未満の物質をクラッド層として装荷層よりも厚く形
成しであるので、クラッド層の屈折率は常に一定となる
。
(1)式は、グレーテイング層の屈折率、すなわち装荷
層(屈折率r++t)とクラッド層(屈折率n。)の平
均屈折率(n−c)が導波路の屈折率ngよりも小さく
なるという条件を満たす。導波路中の光線は通常上下の
境界面でθtct θsくθく90゜の全反射条件(θ
gc = 5in−” (n JTC/ n□)、(θ
3=sin−1(n s/ n 1))を満たす角度θ
で全反射をくり返しながらジグザグに伝搬していくが、
もしグレーテイング層の屈折率n&cが導波路の屈折率
n□よりも大きくなるとグレーテイング層側へ光が漏れ
ていく。そのためクラッド層の屈折率はncよりも小さ
い必要がある。
層(屈折率r++t)とクラッド層(屈折率n。)の平
均屈折率(n−c)が導波路の屈折率ngよりも小さく
なるという条件を満たす。導波路中の光線は通常上下の
境界面でθtct θsくθく90゜の全反射条件(θ
gc = 5in−” (n JTC/ n□)、(θ
3=sin−1(n s/ n 1))を満たす角度θ
で全反射をくり返しながらジグザグに伝搬していくが、
もしグレーテイング層の屈折率n&cが導波路の屈折率
n□よりも大きくなるとグレーテイング層側へ光が漏れ
ていく。そのためクラッド層の屈折率はncよりも小さ
い必要がある。
また、例えば、Ti0zからなる装荷層はクラッド層の
形成により直接空気にふれないため水分の吸収による屈
折率変化を防ぐことができる。さらに、クラッド層を厚
くすることにより、後述の如く、伝搬する光の電界は第
3図のEに示すようにクラッド層の外へはほとんどしみ
出さないためほこり等が付着しても散乱はおこらない。
形成により直接空気にふれないため水分の吸収による屈
折率変化を防ぐことができる。さらに、クラッド層を厚
くすることにより、後述の如く、伝搬する光の電界は第
3図のEに示すようにクラッド層の外へはほとんどしみ
出さないためほこり等が付着しても散乱はおこらない。
つまり適当な屈折率と厚さをもつクラッド層の形成によ
り、グレーテイング層の屈折率は常に一定となり、また
、外部の影響に関係なく安定した特性を有する装荷型グ
レーティングを得ることができる。
り、グレーテイング層の屈折率は常に一定となり、また
、外部の影響に関係なく安定した特性を有する装荷型グ
レーティングを得ることができる。
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
第1図は本発明の第1の実施例である集光グレ−テイン
グカッフラ6の斜視図で、第2図は、その集光グレーテ
ィングの断面図であり、これらの図で、1,2,3.4
は、それぞれ、基板、先導波路、バッファ層、装荷層を
示し、5はクラッド層を示している。基板1にはLiN
bO3結晶を用い、先導波路2は基板1上にスパッタリ
ングにより24nm堆積したTiを熱拡散することによ
り作製する。Tiのスパッタリングは高周波パワー30
0W、アルゴンガス圧0.35Pa 、スパッタ速度
Q 、4 nm/seeの条件で行った。熱拡散は。
グカッフラ6の斜視図で、第2図は、その集光グレーテ
ィングの断面図であり、これらの図で、1,2,3.4
は、それぞれ、基板、先導波路、バッファ層、装荷層を
示し、5はクラッド層を示している。基板1にはLiN
bO3結晶を用い、先導波路2は基板1上にスパッタリ
ングにより24nm堆積したTiを熱拡散することによ
り作製する。Tiのスパッタリングは高周波パワー30
0W、アルゴンガス圧0.35Pa 、スパッタ速度
Q 、4 nm/seeの条件で行った。熱拡散は。
電気炉を用いて、1000℃に加熱しアルゴンガス雰囲
気中で2時間、続いて酸素ガスを0.5時間流して行っ
た。ここで光導波路2の表面屈折率はn t = 2
、22となり等側屈折率N=2.209のTE単一モー
ド導波路であった。先導波路2上に形成するバッファ層
3はコーニング社製# 7059ガラスをスパッタリン
グにより0.01μm形成した。
気中で2時間、続いて酸素ガスを0.5時間流して行っ
た。ここで光導波路2の表面屈折率はn t = 2
、22となり等側屈折率N=2.209のTE単一モー
ド導波路であった。先導波路2上に形成するバッファ層
3はコーニング社製# 7059ガラスをスパッタリン
グにより0.01μm形成した。
スパッタ条件は高周波パワー100W、アルゴンガス圧
0.35Pa、スパッタ速度0.2nm/seeである
。バッファWII3上に形成する装荷層4は厚さ0.1
μmのTiO2をスパッタリングで作製した。スパッタ
条件は、T i O2ターゲツトを用いてスパッタガス
としてアルゴンと酸素を用い、5z/Ar分圧比0.7
.スパッタガス圧力0.42Pa 、高周波パワー5
00W、スパッタ速度0 、1 n m/seeである
。次に装荷層4及びバッファ層3を所定のグレーティン
グ形状に加工するために、電子線レジストであるクロル
メチル化ポリスチレン(CMS−EXR;東洋ソーダ製
)を回転塗布し、電子ビームにより所定のパターンを露
光、現像してレジスト製のマスクを装荷層4の上に作製
した。その後CF4ガスを用いた反応性イオンエツチン
グにより装荷層4及びバッファFfJ3にレジストパタ
ーンを微細加工した。レジストを除去し最後にクラッド
層5としてスパッタリングによりSiO2を1μm成膜
した。スパッタ条件はアルコンガス圧力0.35Pa
、高周波パワー500W、スパッタ速度40 n m
/secである。
0.35Pa、スパッタ速度0.2nm/seeである
。バッファWII3上に形成する装荷層4は厚さ0.1
μmのTiO2をスパッタリングで作製した。スパッタ
条件は、T i O2ターゲツトを用いてスパッタガス
としてアルゴンと酸素を用い、5z/Ar分圧比0.7
.スパッタガス圧力0.42Pa 、高周波パワー5
00W、スパッタ速度0 、1 n m/seeである
。次に装荷層4及びバッファ層3を所定のグレーティン
グ形状に加工するために、電子線レジストであるクロル
メチル化ポリスチレン(CMS−EXR;東洋ソーダ製
)を回転塗布し、電子ビームにより所定のパターンを露
光、現像してレジスト製のマスクを装荷層4の上に作製
した。その後CF4ガスを用いた反応性イオンエツチン
グにより装荷層4及びバッファFfJ3にレジストパタ
ーンを微細加工した。レジストを除去し最後にクラッド
層5としてスパッタリングによりSiO2を1μm成膜
した。スパッタ条件はアルコンガス圧力0.35Pa
、高周波パワー500W、スパッタ速度40 n m
/secである。
このとき集光グレーテイングカッフラと外部の空気層と
の境界での電界振幅は導波路内における電界振幅の最大
値を1とするとほとんどゼロとなった。
の境界での電界振幅は導波路内における電界振幅の最大
値を1とするとほとんどゼロとなった。
このようにして製作された集光グレーティングカップラ
での、入射光に対する出射光のパワーの比を測定したと
ころ60%であった。
での、入射光に対する出射光のパワーの比を測定したと
ころ60%であった。
なお、グレーティングの形成については前述の第1実施
例と同様におこないクラッド層を形成しなかった第5図
の場合は空気層での電界振幅は導波路内での最大値1に
対し0.15程度であった。
例と同様におこないクラッド層を形成しなかった第5図
の場合は空気層での電界振幅は導波路内での最大値1に
対し0.15程度であった。
また集光グレーティングカップラにおける入射光に対す
る出射光のパワーの比は40%と第1実施例に比べ低い
値であった。
る出射光のパワーの比は40%と第1実施例に比べ低い
値であった。
第6図は本発明の第2実施例で、光学素子として形成し
た導波路形光偏向器11を示したものである。この図で
、l、2,3,4,5.6はそれぞれ、基板、先導波路
、バッファ層、装荷層、クラッド層を示し、6は集光グ
レーティングカップラ、7は入力グレーティングカップ
ラ、8は入射光、9は出射光(回折光)、1oはトラン
スデユーサを示している。
た導波路形光偏向器11を示したものである。この図で
、l、2,3,4,5.6はそれぞれ、基板、先導波路
、バッファ層、装荷層、クラッド層を示し、6は集光グ
レーティングカップラ、7は入力グレーティングカップ
ラ、8は入射光、9は出射光(回折光)、1oはトラン
スデユーサを示している。
この実施例も第1実施例の場合と同様に、基板1として
LiNbO3結晶を用い、Tiの熱拡散によって先導波
路2を形成し、スパッタリング法によりガラス製のバッ
ファ層3及びT i Oz製の装荷層4を形成した。つ
ぎに、これらの装荷層4およびバッファ層3を加工し、
入力グレーテイングカツプラ7.集光グレーティングカ
ップラ6とするために、レジスト塗布、露光、現像、イ
オンエツチングを第1実施例の場合と同様の方法で行っ
たのちSiO2よりなるクラッド層5を1μm形成した
。ここで入力グレーティングカップラ7は入射光8を先
導波路2へ導波させるものであり、格子間隔3μm、格
子寸法3X3+m+である。一方。
LiNbO3結晶を用い、Tiの熱拡散によって先導波
路2を形成し、スパッタリング法によりガラス製のバッ
ファ層3及びT i Oz製の装荷層4を形成した。つ
ぎに、これらの装荷層4およびバッファ層3を加工し、
入力グレーテイングカツプラ7.集光グレーティングカ
ップラ6とするために、レジスト塗布、露光、現像、イ
オンエツチングを第1実施例の場合と同様の方法で行っ
たのちSiO2よりなるクラッド層5を1μm形成した
。ここで入力グレーティングカップラ7は入射光8を先
導波路2へ導波させるものであり、格子間隔3μm、格
子寸法3X3+m+である。一方。
集光グレーティングカップラ6は、光導波路2を伝搬す
る導波光を外部へ放射させ、かつ一点に集光させる機能
を有するものであり、中心部分の格子間隔3μmの不等
間隔曲線群で構成され、開口2X2+11111焦点距
離50mmである1次に光導波路2表面に表面弾性波(
S A W : 5urface AcousticW
ave)を励振するトランスデユーサ(TDT:Int
er Digital Transducer) 10
を形成する。形成方法は、リフトオフ法を用いてΔα製
パターンを真空蒸着法により形成した。トランスデユー
サ10の仕様は中心波長14μm、中心周波数250M
I−1z、対数2である。
る導波光を外部へ放射させ、かつ一点に集光させる機能
を有するものであり、中心部分の格子間隔3μmの不等
間隔曲線群で構成され、開口2X2+11111焦点距
離50mmである1次に光導波路2表面に表面弾性波(
S A W : 5urface AcousticW
ave)を励振するトランスデユーサ(TDT:Int
er Digital Transducer) 10
を形成する。形成方法は、リフトオフ法を用いてΔα製
パターンを真空蒸着法により形成した。トランスデユー
サ10の仕様は中心波長14μm、中心周波数250M
I−1z、対数2である。
このようにして構成された導波路形光偏向器11の特性
を確認するため、Ha −N eレーザ光を人力グレー
ティングカップラ7に入射させ集光グレーティングカッ
プラ6で出射させた結果、集光スポット径は回折限界値
14μmに対して20μm、全効率40%と良好な結果
を得た。また、高周波電力をトランスデユーサ10に供
給し、発生したSAWによる光偏向実験を行った結果、
導波光はSAWによりブラッグ回折し、所定の偏向角で
ある±10mradにて出射光(回折光)9が得られた
。この場合、偏向効率は80%であり、スポット怪につ
いても顕著な劣化がないことを確認した。
を確認するため、Ha −N eレーザ光を人力グレー
ティングカップラ7に入射させ集光グレーティングカッ
プラ6で出射させた結果、集光スポット径は回折限界値
14μmに対して20μm、全効率40%と良好な結果
を得た。また、高周波電力をトランスデユーサ10に供
給し、発生したSAWによる光偏向実験を行った結果、
導波光はSAWによりブラッグ回折し、所定の偏向角で
ある±10mradにて出射光(回折光)9が得られた
。この場合、偏向効率は80%であり、スポット怪につ
いても顕著な劣化がないことを確認した。
本発明によれば、屈折率が常に一定であり、はこりや水
のような外部の影響をうけないためグレーティングの特
性が全く変化しないという効果がある装荷型グレーティ
ングを提供可能とするもので、産業上の効果の大なるも
のである。
のような外部の影響をうけないためグレーティングの特
性が全く変化しないという効果がある装荷型グレーティ
ングを提供可能とするもので、産業上の効果の大なるも
のである。
第1図は本発明の装荷型グレーティングの一実施例の集
光グレーティングカップラの斜視図、第2図は第1図の
断面図、第3図は第1図の集光グレーティングカップラ
の中を伝搬する光の電界分布の説明図、第4図は同じく
他の実施例の導波路形光偏向器の斜視図、第5図は従来
の集光グレーティングカップラの斜視図、第6図は第5
rMの集光グレーティングカップラの中を伝搬する光の
電界分布の説明図である。 1・・・基板、2・・・光導波層、3・・・バッファ層
、4・・・装荷層、5・・・クラッド層、6・・・集光
グレーティングカップラ、7・・・入力グレーティング
カップラ、8・・入射光、9・・・出射光、10・・・
トランスデユー第1図 第2図 ζ 1・・・基板 4・・・装荷層2・・・光導波
路 5・・・クラッド層3・・・バッファ層 6
・・・集光グレーティングヵソフラ第3図 第4図 6・・・集光グレーティ/グカノプラ 7・・・入力グレーティングカップラ 11・・・導波路形光偏向器
光グレーティングカップラの斜視図、第2図は第1図の
断面図、第3図は第1図の集光グレーティングカップラ
の中を伝搬する光の電界分布の説明図、第4図は同じく
他の実施例の導波路形光偏向器の斜視図、第5図は従来
の集光グレーティングカップラの斜視図、第6図は第5
rMの集光グレーティングカップラの中を伝搬する光の
電界分布の説明図である。 1・・・基板、2・・・光導波層、3・・・バッファ層
、4・・・装荷層、5・・・クラッド層、6・・・集光
グレーティングカップラ、7・・・入力グレーティング
カップラ、8・・入射光、9・・・出射光、10・・・
トランスデユー第1図 第2図 ζ 1・・・基板 4・・・装荷層2・・・光導波
路 5・・・クラッド層3・・・バッファ層 6
・・・集光グレーティングヵソフラ第3図 第4図 6・・・集光グレーティ/グカノプラ 7・・・入力グレーティングカップラ 11・・・導波路形光偏向器
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、薄膜光導波路上に装荷層が形成される装荷型グレー
テイングにおいて、前記薄膜光導波路が前記装荷層の厚
さより厚いクラッド層でおおわれ、該クラッド層の屈折
率n_cが、 1<n_c<n ここで、 n=〔(n_f^2−an_g^2)/1−a〕^1^
/^2aは装荷層により形成されるグレーテイン グ格子の占める体積が、装荷層を含むクラッド層の厚さ
を高さとし薄膜光導波路を底面とする体積に占める体積
比 n_fは薄膜光導波路の屈折率 n_gは装荷層の屈折率 であることを特徴とする装荷型グレーテイング。 2、Tiを拡散したLiNbO_3よりなる薄膜光導波
路上に、ガラスよりなるバッファ層を介してTiO_2
よりなる装荷層が形成され、SiO_2よりなるクラッ
ド層が前記装荷層の厚さより厚く被着してなることを特
徴とする装荷型グレーテイング。 3、請求項1又は2の装荷型グレーテイングよりなるこ
とを特徴とする集光グレーテイングカツプラ。 4、請求項1又は2の装荷型グレーテイングが入力グレ
ーテイングカツプラ及び集光グレーテイングカツプラと
して光導波路の両端部に設けられていることを特徴とす
る導波路形光偏向器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1127559A JP2605139B2 (ja) | 1989-05-20 | 1989-05-20 | 装荷型グレーテイング,集光グレーテイングカツプラ,導波路形光偏向器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1127559A JP2605139B2 (ja) | 1989-05-20 | 1989-05-20 | 装荷型グレーテイング,集光グレーテイングカツプラ,導波路形光偏向器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02306207A true JPH02306207A (ja) | 1990-12-19 |
| JP2605139B2 JP2605139B2 (ja) | 1997-04-30 |
Family
ID=14963018
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1127559A Expired - Lifetime JP2605139B2 (ja) | 1989-05-20 | 1989-05-20 | 装荷型グレーテイング,集光グレーテイングカツプラ,導波路形光偏向器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2605139B2 (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63192004A (ja) * | 1987-02-05 | 1988-08-09 | Hitachi Ltd | 導波路形光学素子およびその製造方法 |
| JPS63279204A (ja) * | 1987-05-11 | 1988-11-16 | Seiko Epson Corp | 光ピックアップ |
-
1989
- 1989-05-20 JP JP1127559A patent/JP2605139B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63192004A (ja) * | 1987-02-05 | 1988-08-09 | Hitachi Ltd | 導波路形光学素子およびその製造方法 |
| JPS63279204A (ja) * | 1987-05-11 | 1988-11-16 | Seiko Epson Corp | 光ピックアップ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2605139B2 (ja) | 1997-04-30 |
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