JPH0670693B2 - 導波型光制御デバイス - Google Patents
導波型光制御デバイスInfo
- Publication number
- JPH0670693B2 JPH0670693B2 JP5731387A JP5731387A JPH0670693B2 JP H0670693 B2 JPH0670693 B2 JP H0670693B2 JP 5731387 A JP5731387 A JP 5731387A JP 5731387 A JP5731387 A JP 5731387A JP H0670693 B2 JPH0670693 B2 JP H0670693B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- plzt
- optical waveguide
- thin film
- electrode
- 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.)
- Expired - Lifetime
Links
Landscapes
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は導波型光制御デバイスの構造に関する。
光導波層に電気光学効果を持つ強誘電体を用い、光導波
層上部に電極を設けた導波型光デバイスにおいては、電
極に電圧を印加することにより導波光の制御ができ、ス
イッチ、グレーティング・カプラ，分波器，反射器等の
多くの機能を有する素子を得ることができる。
層上部に電極を設けた導波型光デバイスにおいては、電
極に電圧を印加することにより導波光の制御ができ、ス
イッチ、グレーティング・カプラ，分波器，反射器等の
多くの機能を有する素子を得ることができる。
従来、電気光学効果の得られる光導波路材料として広く
用いられているチタン拡散ニオブ酸リチウムによるグレ
ーティング・カプラの例を第５図に示す。ＺカットLiNb
O3基板51上にTiを拡散した光導波層52を形成し、光導波
層52上にグレーティング電極53,54を形成する。この電
極53,54間に電圧を印加することにより、光導波層52に
電界55が発生し光導波層の屈折率が周期的に変化し、屈
折率変調型のグレーティングとなり導波光を外部に導く
ことができる。そして印加電圧を変えることにより、屈
折率変化の度合が変わりグレーティング・カプラの結合
効率が変わることが知られている。
用いられているチタン拡散ニオブ酸リチウムによるグレ
ーティング・カプラの例を第５図に示す。ＺカットLiNb
O3基板51上にTiを拡散した光導波層52を形成し、光導波
層52上にグレーティング電極53,54を形成する。この電
極53,54間に電圧を印加することにより、光導波層52に
電界55が発生し光導波層の屈折率が周期的に変化し、屈
折率変調型のグレーティングとなり導波光を外部に導く
ことができる。そして印加電圧を変えることにより、屈
折率変化の度合が変わりグレーティング・カプラの結合
効率が変わることが知られている。
〔発明が解決しようとする問題点〕 しかしながら、従来のLiNbO3を用いた導波型光制御デバ
イスでは、LiNbO3の屈折率変化が１次の電気光学効果に
よるものであるため、大きな屈折率変化を得るためには
高い電圧を印加しなければならないという欠点があり、
また、電極が同一平面上にあるので屈折率変化に寄与し
ない水平電界成分が存在するため、高い回折効率を得る
には、印加電圧を高くしなければならないという欠点も
あった。
イスでは、LiNbO3の屈折率変化が１次の電気光学効果に
よるものであるため、大きな屈折率変化を得るためには
高い電圧を印加しなければならないという欠点があり、
また、電極が同一平面上にあるので屈折率変化に寄与し
ない水平電界成分が存在するため、高い回折効率を得る
には、印加電圧を高くしなければならないという欠点も
あった。
本発明の目的は、印加電圧が低くとも大きな屈折率変化
が得られる導波型光制御デバイスを提供することにあ
る。
が得られる導波型光制御デバイスを提供することにあ
る。
本発明によれば、シリコン基板上にスピネル層を形成
し、さらにその上に順次屈折率の異なる第１及び第２の
２層のPLZT薄膜層を形成し、第２のPLZT薄膜層上部に電
極を設けた素子と、素子の電極とシリコン基板間に電圧
を印加する手段とを含んで構成され、第２のPLZT薄膜層
は、第１のPLZT薄膜層より大きな屈折率を持ち、第２の
PLZT薄膜層を光導波路として導波光の制御を行う導波型
の光制御デバイスが得られる。
し、さらにその上に順次屈折率の異なる第１及び第２の
２層のPLZT薄膜層を形成し、第２のPLZT薄膜層上部に電
極を設けた素子と、素子の電極とシリコン基板間に電圧
を印加する手段とを含んで構成され、第２のPLZT薄膜層
は、第１のPLZT薄膜層より大きな屈折率を持ち、第２の
PLZT薄膜層を光導波路として導波光の制御を行う導波型
の光制御デバイスが得られる。
本発明では光導波層として２次の電気光学効果を持つPL
ZT薄膜層を用いるので１次の電気光学効果に比べてはる
かに大きな屈折率変化が得られる。さらに光導波層上部
の電極とシリコン基板間に電圧を印加することにより、
光導波層に対し垂直電界のみが発生し、発生電界のほと
んどを屈折率変化に用いることができる。また、光導波
層からの光の漏れを低減するバッファ層をPLZT薄膜とス
ピネル層の２層構造にして、PLZT薄膜層に比べて誘電率
が低く電界が集中しやすいスピネル層を薄くすること
で、光導波層に電界を集中させ印加電圧をPLZT薄膜層に
有効に作用させることができる。従って、バッファ層を
２層としスピネル層を薄くすることで低電圧で高い回折
効率が得られる。
ZT薄膜層を用いるので１次の電気光学効果に比べてはる
かに大きな屈折率変化が得られる。さらに光導波層上部
の電極とシリコン基板間に電圧を印加することにより、
光導波層に対し垂直電界のみが発生し、発生電界のほと
んどを屈折率変化に用いることができる。また、光導波
層からの光の漏れを低減するバッファ層をPLZT薄膜とス
ピネル層の２層構造にして、PLZT薄膜層に比べて誘電率
が低く電界が集中しやすいスピネル層を薄くすること
で、光導波層に電界を集中させ印加電圧をPLZT薄膜層に
有効に作用させることができる。従って、バッファ層を
２層としスピネル層を薄くすることで低電圧で高い回折
効率が得られる。
次に、図面を参照して本発明について詳細に説明する。
第１図は本発明の第１の実施例としてグレーティング・
カプラの構成を示す斜視図である。シリコン基板11上
に、バッファ層としてスピネル（MgAl2O4）層12とPLZT
（PbLaZiTi）バッファ層13、その上部にPLZT光導波層14
を形成し、PLZT光導波層14上にグレーティング電極15を
形成する。スピネル層12は、導波光のシリコン基板11へ
のリークを防ぐためのバッファ層であると共に、PLZTを
単結晶エピタキシャル成長させるための中間層としての
働きもする。また、PLZTバッファ層13は、バッファ層に
要求される条件である（イ）PLZT光導波層14の屈折率よ
り小さくかつ近い，（ロ）PLZT光導波層14との密着が良
いなどを満足している。
第１図は本発明の第１の実施例としてグレーティング・
カプラの構成を示す斜視図である。シリコン基板11上
に、バッファ層としてスピネル（MgAl2O4）層12とPLZT
（PbLaZiTi）バッファ層13、その上部にPLZT光導波層14
を形成し、PLZT光導波層14上にグレーティング電極15を
形成する。スピネル層12は、導波光のシリコン基板11へ
のリークを防ぐためのバッファ層であると共に、PLZTを
単結晶エピタキシャル成長させるための中間層としての
働きもする。また、PLZTバッファ層13は、バッファ層に
要求される条件である（イ）PLZT光導波層14の屈折率よ
り小さくかつ近い，（ロ）PLZT光導波層14との密着が良
いなどを満足している。
グレーティング電極15と低抵抗シリコン基板11間に電圧
を印加することにより電界19がPLZT光導波層14に対し垂
直方向に発生し、周期的な屈折率変化が起こる。この結
果、PLZT光導波層14は屈折率変調型のグレーティングと
なり、入射光16を外部にとり出すことができ、出射光17
が得られる。電圧をかけない場合は通常の光導波路とな
り、入射光16はそのまま導波される。電界19が垂直にか
かるため深さ方向の屈折率変化は均一であり、グレーテ
ィングの回折効率も横方向に電界をかけた場合の比べ非
常に高い。また、バッファ層がPLZTバッファ層13とスピ
ネル層12の２層となっているため、誘電率の低いスピネ
ル層12を薄くして、発生電界をPLZT層厚内に集中させる
ことで、グレーティング電極15とシリコン基板11間の印
加電圧を低減できる。さらには、グレーティングのピッ
チを１μｍ以下とし回折角を大きくすることも可能であ
る。以上のジバイス構造とPLZT光導波層の２次の電気光
学効果により、グレーティング電極への印加電圧を大幅
に低減することが可能である。
を印加することにより電界19がPLZT光導波層14に対し垂
直方向に発生し、周期的な屈折率変化が起こる。この結
果、PLZT光導波層14は屈折率変調型のグレーティングと
なり、入射光16を外部にとり出すことができ、出射光17
が得られる。電圧をかけない場合は通常の光導波路とな
り、入射光16はそのまま導波される。電界19が垂直にか
かるため深さ方向の屈折率変化は均一であり、グレーテ
ィングの回折効率も横方向に電界をかけた場合の比べ非
常に高い。また、バッファ層がPLZTバッファ層13とスピ
ネル層12の２層となっているため、誘電率の低いスピネ
ル層12を薄くして、発生電界をPLZT層厚内に集中させる
ことで、グレーティング電極15とシリコン基板11間の印
加電圧を低減できる。さらには、グレーティングのピッ
チを１μｍ以下とし回折角を大きくすることも可能であ
る。以上のジバイス構造とPLZT光導波層の２次の電気光
学効果により、グレーティング電極への印加電圧を大幅
に低減することが可能である。
本実施例において、PLZT光導波層14,PLZTバッファ層13
及びスピネル層12は、マグネトロンスパッタ法により成
膜し、膜厚はそれぞれ９μm,1.4μm,0.01μｍとした。
グレーティング電極15は出射光17を防げないように透明
なITOを用い、イオンミリングによりパターン化した。
及びスピネル層12は、マグネトロンスパッタ法により成
膜し、膜厚はそれぞれ９μm,1.4μm,0.01μｍとした。
グレーティング電極15は出射光17を防げないように透明
なITOを用い、イオンミリングによりパターン化した。
次に、本発明の第１の実施例の応用例を示す。第２図は
本発明を光路変換素子へ応用した例を示す斜視図であ
る。第２図において、グレーティング電極25のピッチΛ
を一定にし、周期的な屈折率変化を与えると光偏向も行
える。特に第２図においては、グレーティング電極25の
水平方向に入射光26を角度θで入射させ、グレーティン
グ電極25に電圧を印加すると、グレーティング電極25と
シリコン基板11の間に垂直電界が生じ、PLZT光導波層14
の屈折率変化により、低電圧で出射光27が取り出せる。
電圧を印加しないと、導波光はそのまま直進し出射光28
となる。例えば、波長λ＝1.3μｍの入射光の場合、グ
レーティングピッチΛ＝0.5μｍであれば、偏向角２θ
はおよそ55°程度と概算される。従って、グレーティン
グピッチを適当に定めれば任意の偏向が得られる。
本発明を光路変換素子へ応用した例を示す斜視図であ
る。第２図において、グレーティング電極25のピッチΛ
を一定にし、周期的な屈折率変化を与えると光偏向も行
える。特に第２図においては、グレーティング電極25の
水平方向に入射光26を角度θで入射させ、グレーティン
グ電極25に電圧を印加すると、グレーティング電極25と
シリコン基板11の間に垂直電界が生じ、PLZT光導波層14
の屈折率変化により、低電圧で出射光27が取り出せる。
電圧を印加しないと、導波光はそのまま直進し出射光28
となる。例えば、波長λ＝1.3μｍの入射光の場合、グ
レーティングピッチΛ＝0.5μｍであれば、偏向角２θ
はおよそ55°程度と概算される。従って、グレーティン
グピッチを適当に定めれば任意の偏向が得られる。
第２図はグレーティングの反射型であったが、第３図は
入射光36をグレーティング電極26の垂直方向に角度θで
入射させて光路変換を行う透過型とした場合の例を示
す。
入射光36をグレーティング電極26の垂直方向に角度θで
入射させて光路変換を行う透過型とした場合の例を示
す。
第４図は本発明の第２の実施例で、光導波路をパターン
化したチャンネル導波路44とその交差上部に平面電極45
を設けることにより、低電圧で動作可能な全反射型光ス
イッチを示す。入射光46を入射させ、電極45に電圧を印
加すると、電極45とシリコン基板11の間に垂直電界が生
じ、PLZTチャンネル光導波路44の屈折率変化により低電
圧で出射光47が取り出せる。電圧を印加しない場合は、
入射されたチャンネルを入射光46が直進する。
化したチャンネル導波路44とその交差上部に平面電極45
を設けることにより、低電圧で動作可能な全反射型光ス
イッチを示す。入射光46を入射させ、電極45に電圧を印
加すると、電極45とシリコン基板11の間に垂直電界が生
じ、PLZTチャンネル光導波路44の屈折率変化により低電
圧で出射光47が取り出せる。電圧を印加しない場合は、
入射されたチャンネルを入射光46が直進する。
本発明のようにバッファ層を２層（PLZTバッファ層とス
ピネル層）にした場合と、バッファ層すべてをスピネル
層で構成した場合とをその容量により比較して見る。第
１図において、PLZT光導波層14を９μm,PLZTバッファ層
13及びスピネル層12を各々1.4μm,0.01μｍとすると、
バッファ層が２層の場合の電極間容量は155×10６/s
〔Ｆ〕となる（ただし、ｓは電極面積）。バッファ層を
スピネル層のみで構成する場合（従って、バッファ層の
厚さは1.41μｍとなる）の電極間容量は5.53×10６/s
〔Ｆ〕となる。電極間に多層の誘電体がある場合、各層
に生じる電界は、各層の容量の比に逆比例するから、バ
ッファ層をPLZTバッファ層とスピネル層の２層にするこ
とで、スピネル層のみでバッファ層を構成した場合と同
じ回折効率を得るのに1/30の電圧印加で良いことにな
る。従って、本発明により印加電圧を1/30に低減するこ
とができる。
ピネル層）にした場合と、バッファ層すべてをスピネル
層で構成した場合とをその容量により比較して見る。第
１図において、PLZT光導波層14を９μm,PLZTバッファ層
13及びスピネル層12を各々1.4μm,0.01μｍとすると、
バッファ層が２層の場合の電極間容量は155×10６/s
〔Ｆ〕となる（ただし、ｓは電極面積）。バッファ層を
スピネル層のみで構成する場合（従って、バッファ層の
厚さは1.41μｍとなる）の電極間容量は5.53×10６/s
〔Ｆ〕となる。電極間に多層の誘電体がある場合、各層
に生じる電界は、各層の容量の比に逆比例するから、バ
ッファ層をPLZTバッファ層とスピネル層の２層にするこ
とで、スピネル層のみでバッファ層を構成した場合と同
じ回折効率を得るのに1/30の電圧印加で良いことにな
る。従って、本発明により印加電圧を1/30に低減するこ
とができる。
以上のように本発明によれば、導波型光制御デバイスに
おいて、低電圧で導波光の制御を行うことができる。
おいて、低電圧で導波光の制御を行うことができる。
第１図は、本発明の第１の実施例であるグレーティング
カプラを示す斜視図、第２図は、本発明の第１の実施例
を反射型光路変換素子へ応用した例を示す斜視図、第３
図は、本発明の第１の実施例を透過型光路変換素子へ応
用した例を示す斜視図、第４図は本発明の第２の実施例
である内部全反射型スイッチを示す斜視図、第５図はLi
NbO3を用いた従来例を示す斜視図である。 11…シリコン基板、12…スピネル層、13…PLZTバッファ
層、14…PLZT光導波層、15,25,53,54…グレーティング
電極、16,26,36,46…入射光、17,27,37,47…出射光（回
折光）、28,38…出射光（非回折光）、19,55…電界、44
…PLZTチャンネル光導波路、45…平面電極、51…LiNbO3
基板、52…Ti拡散光導波層。
カプラを示す斜視図、第２図は、本発明の第１の実施例
を反射型光路変換素子へ応用した例を示す斜視図、第３
図は、本発明の第１の実施例を透過型光路変換素子へ応
用した例を示す斜視図、第４図は本発明の第２の実施例
である内部全反射型スイッチを示す斜視図、第５図はLi
NbO3を用いた従来例を示す斜視図である。 11…シリコン基板、12…スピネル層、13…PLZTバッファ
層、14…PLZT光導波層、15,25,53,54…グレーティング
電極、16,26,36,46…入射光、17,27,37,47…出射光（回
折光）、28,38…出射光（非回折光）、19,55…電界、44
…PLZTチャンネル光導波路、45…平面電極、51…LiNbO3
基板、52…Ti拡散光導波層。
Claims (1)
- 【請求項１】シリコン基板上にスピネル層を形成し、さ
らにその上に屈折率の異なる第１及び第２のPLZT薄膜層
を形成し、該第２のPLZT薄膜層上部に電極を形成した素
子と、前記電極とシリコン基板間に電圧を印加する手段
とを有し、前記第２のPLZT薄膜層は前記第１のPLZT薄膜
層より大きな屈折率を持ち、前記第２のPLZT薄膜層を光
導波路として導波光の制御を行うことを特徴とする導波
型光制御デバイス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5731387A JPH0670693B2 (ja) | 1987-03-11 | 1987-03-11 | 導波型光制御デバイス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5731387A JPH0670693B2 (ja) | 1987-03-11 | 1987-03-11 | 導波型光制御デバイス |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63221306A JPS63221306A (ja) | 1988-09-14 |
| JPH0670693B2 true JPH0670693B2 (ja) | 1994-09-07 |
Family
ID=13052076
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5731387A Expired - Lifetime JPH0670693B2 (ja) | 1987-03-11 | 1987-03-11 | 導波型光制御デバイス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0670693B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5238877A (en) * | 1992-04-30 | 1993-08-24 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Conformal method of fabricating an optical waveguide on a semiconductor substrate |
| JP2003295237A (ja) * | 2002-03-29 | 2003-10-15 | Hitachi Ltd | 多重分割型光スイッチ |
| JP6290741B2 (ja) * | 2014-07-24 | 2018-03-07 | 日本電信電話株式会社 | グレーティングカプラ形成方法 |
-
1987
- 1987-03-11 JP JP5731387A patent/JPH0670693B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63221306A (ja) | 1988-09-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4828362A (en) | Optical switch | |
| US5317446A (en) | Electrooptic device for scanning using domain reversed regions | |
| US6353690B1 (en) | Electrically adjustable diffraction grating | |
| US5475771A (en) | Polarization splitter haivng an anisotropic optical waveguide | |
| GB2287327A (en) | Electro-optic apparatus | |
| US5044712A (en) | Waveguided electrooptic switches using ferroelectric liquid crystals | |
| US4983006A (en) | Polarization-independent optical waveguide switch | |
| US5638468A (en) | Optical modulation system | |
| US20060092499A1 (en) | Architecture for large-FOR EO-crystal-based agile beam steering | |
| US4264125A (en) | Transmissive surface layer effect electro-optic device for use in optical modulators and the like | |
| JPS63221306A (ja) | 導波型光制御デバイス | |
| US5566258A (en) | Waveguide type electro-optical element comprising material having specific resistance ranging between 107-1011 omega CM | |
| JPH0447805B2 (ja) | ||
| JPH045174B2 (ja) | ||
| US4199221A (en) | Electro-optic thin-film waveguide modulator device | |
| JPH0425524B2 (ja) | ||
| JPS6223847B2 (ja) | ||
| CN1240945A (zh) | 光强度调制器与其制造方法 | |
| JPH0644086B2 (ja) | 光制御素子の製造方法 | |
| JPH0588123A (ja) | 可変波長フイルタ | |
| JPH0886990A (ja) | 導波路型光制御素子 | |
| JPS61231522A (ja) | 光制御型光スイツチ装置 | |
| JPH0228852B2 (ja) | ||
| JPH0697286B2 (ja) | 光回路およびその製造方法 | |
| JP2679760B2 (ja) | 光導波路 |