JPH06273633A - 光導波路の製造方法 - Google Patents
光導波路の製造方法Info
- Publication number
- JPH06273633A JPH06273633A JP5081185A JP8118593A JPH06273633A JP H06273633 A JPH06273633 A JP H06273633A JP 5081185 A JP5081185 A JP 5081185A JP 8118593 A JP8118593 A JP 8118593A JP H06273633 A JPH06273633 A JP H06273633A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical waveguide
- substrate
- zinc
- lithium niobate
- ions
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 光導波路の作製工程が安価で簡単であるとと
もに、光損傷に対して耐性が向上する光導波路の製造方
法を提供する。 【構成】 ステアリン酸亜鉛の融液をニオブ酸リチウム
基板と接触させることにより、亜鉛イオンを基板中に拡
散させることを特徴とする。
もに、光損傷に対して耐性が向上する光導波路の製造方
法を提供する。 【構成】 ステアリン酸亜鉛の融液をニオブ酸リチウム
基板と接触させることにより、亜鉛イオンを基板中に拡
散させることを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明ははニオブ酸リチウム結晶
を用いた光導波路の製造方法において、光損傷を起しや
すい短波長領域、特に波長５００ｎｍ以下の波長領域を
利用した光導波路の製造方法に関する。
を用いた光導波路の製造方法において、光損傷を起しや
すい短波長領域、特に波長５００ｎｍ以下の波長領域を
利用した光導波路の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、ニオブ酸リチウム基板に光導波路
を形成する方法としては、（１）金属チタンあるいは酸
化亜鉛をニオブリチウム基板にスパッタリングしたうえ
で、１０００℃以上で数時間の熱処理することにより、
チタンまたは亜鉛をニオブ酸リチウム基板中に拡散させ
光導波路化する方法、あるいは（２）安息香酸またはピ
ロ燐酸をおよそ２００℃に加熱、溶融させ、その中にニ
オブ酸リチウム基板を入れることにより、ニオブ酸リチ
ウム基板中のリチウムイオンを水素イオンと置換して、
光導波路化する方法が主に用いられてきた。
を形成する方法としては、（１）金属チタンあるいは酸
化亜鉛をニオブリチウム基板にスパッタリングしたうえ
で、１０００℃以上で数時間の熱処理することにより、
チタンまたは亜鉛をニオブ酸リチウム基板中に拡散させ
光導波路化する方法、あるいは（２）安息香酸またはピ
ロ燐酸をおよそ２００℃に加熱、溶融させ、その中にニ
オブ酸リチウム基板を入れることにより、ニオブ酸リチ
ウム基板中のリチウムイオンを水素イオンと置換して、
光導波路化する方法が主に用いられてきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記
（１）のスパッタリングおよび熱拡散を用いる方法は、
スパッタリング装置と拡散炉を用いるために、装置が大
がかりになるばかりではなく、１０００℃以上の熱拡散
工程において、拡散炉内のガス雰囲気を微妙に調整しな
いと、リチウムの外拡散が起こり、光導波路が形成でき
ない欠点を有している。しかも、現在、この方法で形成
される導波路のうち最も多く利用されている光導波路は
チタン拡散の光導波路であり、この場合は、光導波路内
に強い光が入射されると、屈折率が変化してしまう、い
わゆる光損傷の現象が起きるので、その利用分野が制限
されている。また、亜鉛拡散の光導波路では、亜鉛濃度
を６０ｗｔ％以上に拡散させなければ、ある偏光のとき
に光が導波しなくなることがあるので実用上利用されて
いない。
（１）のスパッタリングおよび熱拡散を用いる方法は、
スパッタリング装置と拡散炉を用いるために、装置が大
がかりになるばかりではなく、１０００℃以上の熱拡散
工程において、拡散炉内のガス雰囲気を微妙に調整しな
いと、リチウムの外拡散が起こり、光導波路が形成でき
ない欠点を有している。しかも、現在、この方法で形成
される導波路のうち最も多く利用されている光導波路は
チタン拡散の光導波路であり、この場合は、光導波路内
に強い光が入射されると、屈折率が変化してしまう、い
わゆる光損傷の現象が起きるので、その利用分野が制限
されている。また、亜鉛拡散の光導波路では、亜鉛濃度
を６０ｗｔ％以上に拡散させなければ、ある偏光のとき
に光が導波しなくなることがあるので実用上利用されて
いない。
【０００４】一方、上記（２）の安息香酸またはピロ燐
酸を用いてリチウムイオンを水素イオンで置換する方法
は、工程は簡単で安価ではあるが、これにより形成され
た光導波路の電気光学定数は大幅に劣化してしまい、ま
た、光の伝搬損失も大きいという欠点がある。これを解
決するには、イオン置換後に、新たに３００℃以上で、
数時間以上の熱処理を施さなければならないため手間を
必要とする。本発明は、光導波路の作製工程が安価で簡
単であるという長所を有するとともに、光損傷に対し
て、耐性が向上する長所を持つ光導波路の製造方法を提
供することを目的とする。
酸を用いてリチウムイオンを水素イオンで置換する方法
は、工程は簡単で安価ではあるが、これにより形成され
た光導波路の電気光学定数は大幅に劣化してしまい、ま
た、光の伝搬損失も大きいという欠点がある。これを解
決するには、イオン置換後に、新たに３００℃以上で、
数時間以上の熱処理を施さなければならないため手間を
必要とする。本発明は、光導波路の作製工程が安価で簡
単であるという長所を有するとともに、光損傷に対し
て、耐性が向上する長所を持つ光導波路の製造方法を提
供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】発明者は、融液中にニオ
ブ酸リチウム基板を入れ、リチウムイオンを他のイオン
で置換することにより、光導波路を形成する簡便な方法
に着目し、種々の融液について検討を試みた結果、工業
的に広く用いられている安価なステアリン酸亜鉛の融液
を、ニオブ酸リチウム基板と接触させることにより、亜
鉛イオンがニオブ酸リチウム基板中に拡散し、リチウム
イオンと置換することで光導波路が作製できることを見
いだし、本発明を完成させるに至った。
ブ酸リチウム基板を入れ、リチウムイオンを他のイオン
で置換することにより、光導波路を形成する簡便な方法
に着目し、種々の融液について検討を試みた結果、工業
的に広く用いられている安価なステアリン酸亜鉛の融液
を、ニオブ酸リチウム基板と接触させることにより、亜
鉛イオンがニオブ酸リチウム基板中に拡散し、リチウム
イオンと置換することで光導波路が作製できることを見
いだし、本発明を完成させるに至った。
【０００６】
【作用】本発明に用いられるステアリン酸亜鉛は、工業
的にはラッカー、ゴムなどの混和剤あるいは各種の防水
剤としてもちいられる安価なもので、融点が１４０℃と
低く、また温水、有機溶剤に溶ける。そのため、イオン
置換が安息香酸やピロ燐酸で行なわれている融液中での
イオンの置換と同様の２００℃前後という低温で行なう
ことができる。さらにイオン置換後に基板に付着したス
テアリン酸亜鉛を温水などで簡単に除去できるという利
点もある。
的にはラッカー、ゴムなどの混和剤あるいは各種の防水
剤としてもちいられる安価なもので、融点が１４０℃と
低く、また温水、有機溶剤に溶ける。そのため、イオン
置換が安息香酸やピロ燐酸で行なわれている融液中での
イオンの置換と同様の２００℃前後という低温で行なう
ことができる。さらにイオン置換後に基板に付着したス
テアリン酸亜鉛を温水などで簡単に除去できるという利
点もある。
【０００７】ニオブ酸リチウムは、きわめて多くの元素
を不純物として取り込むことができるが、その中でも、
亜鉛イオンは、イオン半径がリチウムイオンのそれと近
いために、非常にリウチムイオンと置換しやすい。しか
も、亜鉛の添加は屈折率を高める効果があるため、亜鉛
イオンがリチウムイオンを置換した部分は光導波路とな
る。そのため、ステアリン酸亜鉛の融液にニオブ酸リチ
ウム基板を入れる簡便な工程だけで容易にリチウムイオ
ンが亜鉛イオンに置換され、良質な光導波路を形成する
ことができる。
を不純物として取り込むことができるが、その中でも、
亜鉛イオンは、イオン半径がリチウムイオンのそれと近
いために、非常にリウチムイオンと置換しやすい。しか
も、亜鉛の添加は屈折率を高める効果があるため、亜鉛
イオンがリチウムイオンを置換した部分は光導波路とな
る。そのため、ステアリン酸亜鉛の融液にニオブ酸リチ
ウム基板を入れる簡便な工程だけで容易にリチウムイオ
ンが亜鉛イオンに置換され、良質な光導波路を形成する
ことができる。
【０００８】また、水素イオンとの置換と異なり、結晶
構造が大きく歪むことが無いため、亜鉛イオンの置換に
よって電気光学定数が劣化することがない。さらに、亜
鉛イオンの置換によって、ニオブ酸リチウム基板の光伝
導度が大きくなり、強い光の照射で結晶内部に生ずる電
界を相殺するため、チタン拡散の光導波路と比較して、
はるかに上記光損傷が起きにくくなる。
構造が大きく歪むことが無いため、亜鉛イオンの置換に
よって電気光学定数が劣化することがない。さらに、亜
鉛イオンの置換によって、ニオブ酸リチウム基板の光伝
導度が大きくなり、強い光の照射で結晶内部に生ずる電
界を相殺するため、チタン拡散の光導波路と比較して、
はるかに上記光損傷が起きにくくなる。
【０００９】
（実施例１）内径５０ｍｍ、高さ５０ｍｍの白金ルツボ
にステアリン酸亜鉛を２００ｇ入れ、大気中にて２００
℃、３０分加熱し、ステアリン酸亜鉛が十分融解してい
ることを確認した後、この融液に、予め２００℃に保温
しておいた縦２０ｍｍ、横２０ｍｍ、厚さ１ｍｍの、表
面を光学研磨したニオブ酸リチウム基板を９０分入れ、
基板表面部のイオンの置換を行なった後、基板を引き上
げた。そして、温水で５分間洗うことによって、基板に
付着したステアリン酸亜鉛を除去した後、基板の両端面
を光学研磨した。この基板の一方の端面により、波長４
８８ｎｍのレーザー光を入射させ他方の端面より出射さ
れる光をプリズムカップル法で測定した。その結果伝搬
損失が３ｄＢ／ｃｍの良好なスラブ形光導波路が形成さ
れていることを確認した。
にステアリン酸亜鉛を２００ｇ入れ、大気中にて２００
℃、３０分加熱し、ステアリン酸亜鉛が十分融解してい
ることを確認した後、この融液に、予め２００℃に保温
しておいた縦２０ｍｍ、横２０ｍｍ、厚さ１ｍｍの、表
面を光学研磨したニオブ酸リチウム基板を９０分入れ、
基板表面部のイオンの置換を行なった後、基板を引き上
げた。そして、温水で５分間洗うことによって、基板に
付着したステアリン酸亜鉛を除去した後、基板の両端面
を光学研磨した。この基板の一方の端面により、波長４
８８ｎｍのレーザー光を入射させ他方の端面より出射さ
れる光をプリズムカップル法で測定した。その結果伝搬
損失が３ｄＢ／ｃｍの良好なスラブ形光導波路が形成さ
れていることを確認した。
【００１０】（実施例２）縦２０ｍｍ、横２０ｍｍ、厚
さ１ｍｍの、表面を光学研磨したニオブ酸リチウム基板
に、フォトレジスト工程を行い、厚さ０．１μｍのアル
ミニウムを真空蒸着したのち、レジスト除去すること
で、幅５μｍ、長さ１９ｍｍの窓が開いたアルミニウム
のマスクが施されたニオブ酸リチウム基板を作製した。
内径５０ｍｍ、高さ５０ｍｍの白金ルツボにステアリン
酸亜鉛を２００ｇ入れ、大気中にて２００℃、３０分加
熱し、ステアリン酸亜鉛が十分融解していることを確認
した後、予め２００℃に保温しておいた上記アルミニウ
ムのマスクが施されたニオブ酸リチウム基板を、この融
液に１００分入れた結果、アルミニウムが蒸着されてい
ない窓の部分のみ、イオン置換が行なわれた。この基板
を温水で５分間洗うことによって、基板に付着したステ
アリン酸亜鉛を除去した。また、アルミウムのマスクは
水酸化カリウムの水溶液で除去した。
さ１ｍｍの、表面を光学研磨したニオブ酸リチウム基板
に、フォトレジスト工程を行い、厚さ０．１μｍのアル
ミニウムを真空蒸着したのち、レジスト除去すること
で、幅５μｍ、長さ１９ｍｍの窓が開いたアルミニウム
のマスクが施されたニオブ酸リチウム基板を作製した。
内径５０ｍｍ、高さ５０ｍｍの白金ルツボにステアリン
酸亜鉛を２００ｇ入れ、大気中にて２００℃、３０分加
熱し、ステアリン酸亜鉛が十分融解していることを確認
した後、予め２００℃に保温しておいた上記アルミニウ
ムのマスクが施されたニオブ酸リチウム基板を、この融
液に１００分入れた結果、アルミニウムが蒸着されてい
ない窓の部分のみ、イオン置換が行なわれた。この基板
を温水で５分間洗うことによって、基板に付着したステ
アリン酸亜鉛を除去した。また、アルミウムのマスクは
水酸化カリウムの水溶液で除去した。
【００１１】光を導波させるために、基板の両端面を１
ｍｍずつ切断し、両端面を光学研磨した。そして、この
基板の一方の端面より波長４８８ｎｍのレーザー光を入
射させ他方の端面より出射される光をカットバック法で
測定した。その結果、伝搬損失が３ｄＢ／ｃｍであり、
また出射パターンの観察により幅５μｍ、深さ２μｍの
良好な方形光導波路が形成されていることを確認した。
さらに入出力特性を測定した結果を図１に示す。図１よ
り、入射する光の強度を強めても、出射光はそれに比例
してふらつくことなく安定に増加していき、１０ｋＷ／
ｃｍ2 の光を照射しても光損傷は加速されず、数Ｗ／ｃ
ｍ2 で光損傷が起こるチタン拡散の光導波路と比較し
て、１０００倍以上の光損傷耐性があることが確認され
た。
ｍｍずつ切断し、両端面を光学研磨した。そして、この
基板の一方の端面より波長４８８ｎｍのレーザー光を入
射させ他方の端面より出射される光をカットバック法で
測定した。その結果、伝搬損失が３ｄＢ／ｃｍであり、
また出射パターンの観察により幅５μｍ、深さ２μｍの
良好な方形光導波路が形成されていることを確認した。
さらに入出力特性を測定した結果を図１に示す。図１よ
り、入射する光の強度を強めても、出射光はそれに比例
してふらつくことなく安定に増加していき、１０ｋＷ／
ｃｍ2 の光を照射しても光損傷は加速されず、数Ｗ／ｃ
ｍ2 で光損傷が起こるチタン拡散の光導波路と比較し
て、１０００倍以上の光損傷耐性があることが確認され
た。
【００１２】
【発明の効果】本発明によれば、真空装置によるスパッ
タリング、及び拡散炉によるイオンの拡散という高価で
複雑な工程を用いず、工業的に広く用いられている、安
価なステアリン酸亜鉛を２００℃以下の低温で融解し、
その中にニオブ酸リチウム基板を１時間程度入れるだけ
で、リチウムイオンを亜鉛イオンに容易に置換でき、光
導波路が簡単に作製できるため、光導波路の作製工程を
飛躍的に短縮できるばかりではなく、光導波路の作製に
要する費用を大幅に削減できる。しかも、亜鉛イオンの
作用により、光損傷が起こり難くなり、これまで、ニオ
ブ酸リチウムを用いた光導波路デバイスが、ほとんど適
用できなかった波長５００ｎｍ以下の短波長でも利用可
能なデバイスが作製可能となる。
タリング、及び拡散炉によるイオンの拡散という高価で
複雑な工程を用いず、工業的に広く用いられている、安
価なステアリン酸亜鉛を２００℃以下の低温で融解し、
その中にニオブ酸リチウム基板を１時間程度入れるだけ
で、リチウムイオンを亜鉛イオンに容易に置換でき、光
導波路が簡単に作製できるため、光導波路の作製工程を
飛躍的に短縮できるばかりではなく、光導波路の作製に
要する費用を大幅に削減できる。しかも、亜鉛イオンの
作用により、光損傷が起こり難くなり、これまで、ニオ
ブ酸リチウムを用いた光導波路デバイスが、ほとんど適
用できなかった波長５００ｎｍ以下の短波長でも利用可
能なデバイスが作製可能となる。
【図１】亜鉛又はチタン拡散導波路の入出力特性を比較
する図。
する図。
Claims (1)
- 【請求項１】 ニオブ酸リチウム基板に光導波路を作製
する方法において、ステアリン酸亜鉛の融液をニオブ酸
リチウム基板と接触させることにより、亜鉛イオンをニ
オブ酸リチウム基板中に拡散させることを特徴とした光
導波路の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5081185A JPH06273633A (ja) | 1993-03-17 | 1993-03-17 | 光導波路の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5081185A JPH06273633A (ja) | 1993-03-17 | 1993-03-17 | 光導波路の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06273633A true JPH06273633A (ja) | 1994-09-30 |
Family
ID=13739415
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5081185A Pending JPH06273633A (ja) | 1993-03-17 | 1993-03-17 | 光導波路の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06273633A (ja) |
-
1993
- 1993-03-17 JP JP5081185A patent/JPH06273633A/ja active Pending
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