JPH0694930A - 光導波路機能素子 - Google Patents
光導波路機能素子Info
- Publication number
- JPH0694930A JPH0694930A JP4265592A JP26559292A JPH0694930A JP H0694930 A JPH0694930 A JP H0694930A JP 4265592 A JP4265592 A JP 4265592A JP 26559292 A JP26559292 A JP 26559292A JP H0694930 A JPH0694930 A JP H0694930A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- tig
- peg
- waveguide
- loss
- proton exchange
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- Pending
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- Optical Integrated Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 偏光子機能を有する光集積回路において、小
型、低損失、低駆動電圧、高偏光消光比を実現する光導
波路機能素子を提供すること。 【構成】 変調器部、曲がり部、分波部、合波部の導波
路をＴｉ拡散で構成し、偏光子部の導波波路をプロトン
交換で構成する。
型、低損失、低駆動電圧、高偏光消光比を実現する光導
波路機能素子を提供すること。 【構成】 変調器部、曲がり部、分波部、合波部の導波
路をＴｉ拡散で構成し、偏光子部の導波波路をプロトン
交換で構成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光計測等の分野で用いら
れる光導波路機能素子に関する。
れる光導波路機能素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来ＬｉＮｂＯ3 基板を用いた光集積回
路は、Ｔｉ拡散型光導波路（ＴＩＧ）によるものと、プ
ロトン交換型光導波路（ＰＥＧ）によるものの２種類が
ある。ＴＩＧではＬｉＮｂＯ3 の電気光学効果を劣化す
ることなく低導波損失が達成できる。またＴＩＧは基板
に水平（ＴＥ）、垂直（ＴＭ）両方の偏波を導波する
が、光集積回路には偏光子機能が要求される場合も多
い。ＴＩＧに偏光子機能を集積化するためには、導波路
上に金属薄膜を装荷する方法があり、偏光消光比５５ｄ
Ｂを実現した例もある。他方ＰＥＧはｘ−ｃｕｔ基板の
場合は水平偏波、ｚ−ｃｕｔ基板の場合は垂直偏波しか
導波しない。即ち、ＰＥＧ導波路は、それ自体が偏光子
機能を有しているといえる。そこで全ての導波路をＰＥ
Ｇを用いて構成すると、偏光子機能を持った光集積回路
を実現することができる。
路は、Ｔｉ拡散型光導波路（ＴＩＧ）によるものと、プ
ロトン交換型光導波路（ＰＥＧ）によるものの２種類が
ある。ＴＩＧではＬｉＮｂＯ3 の電気光学効果を劣化す
ることなく低導波損失が達成できる。またＴＩＧは基板
に水平（ＴＥ）、垂直（ＴＭ）両方の偏波を導波する
が、光集積回路には偏光子機能が要求される場合も多
い。ＴＩＧに偏光子機能を集積化するためには、導波路
上に金属薄膜を装荷する方法があり、偏光消光比５５ｄ
Ｂを実現した例もある。他方ＰＥＧはｘ−ｃｕｔ基板の
場合は水平偏波、ｚ−ｃｕｔ基板の場合は垂直偏波しか
導波しない。即ち、ＰＥＧ導波路は、それ自体が偏光子
機能を有しているといえる。そこで全ての導波路をＰＥ
Ｇを用いて構成すると、偏光子機能を持った光集積回路
を実現することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】光導波路機能素子の分
野において、ＴＩＧを用いて光集積回路を構成すると、
低損失、小型、低駆動電圧、など優れた特性を実現出来
るが、金属薄膜装荷の偏光子は高偏光消光比を得るため
の膜厚の制御が厳しく、５０ｄＢ以上といった特性を再
現性良く実現することは困難である。したがって高精度
光ファイバージャイロ（ＦＯＧ）に代表されるような高
偏光消光比を要求する用途にＴＩＧ型光集積回路を応用
する場合には、実際的に光集積回路外部に偏光子を必要
とする。
野において、ＴＩＧを用いて光集積回路を構成すると、
低損失、小型、低駆動電圧、など優れた特性を実現出来
るが、金属薄膜装荷の偏光子は高偏光消光比を得るため
の膜厚の制御が厳しく、５０ｄＢ以上といった特性を再
現性良く実現することは困難である。したがって高精度
光ファイバージャイロ（ＦＯＧ）に代表されるような高
偏光消光比を要求する用途にＴＩＧ型光集積回路を応用
する場合には、実際的に光集積回路外部に偏光子を必要
とする。
【０００４】他方ＰＥＧ導波路は、アニールにより良好
な偏光子となり、偏光消光比５０ｄＢ以上を達成するこ
とは比較的容易であるが、一般にプロトン交換は、Ｌｉ
ＮｂＯ3 の電気光学効果を劣化させるため、同時に低駆
動電圧を実現することが困難である。駆動回路に要求さ
れる電力は駆動電圧の２乗に比例して大きくなる。した
がって、駆動電圧の増加は、電源にかかる負荷の増大に
つながる。またアニールを進めることにより、ＰＥＧの
分岐損失、曲がり損失が顕著に増大するため、高偏光消
光比、低駆動電圧と同時に低損失という条件を実現する
ことが困難である。
な偏光子となり、偏光消光比５０ｄＢ以上を達成するこ
とは比較的容易であるが、一般にプロトン交換は、Ｌｉ
ＮｂＯ3 の電気光学効果を劣化させるため、同時に低駆
動電圧を実現することが困難である。駆動回路に要求さ
れる電力は駆動電圧の２乗に比例して大きくなる。した
がって、駆動電圧の増加は、電源にかかる負荷の増大に
つながる。またアニールを進めることにより、ＰＥＧの
分岐損失、曲がり損失が顕著に増大するため、高偏光消
光比、低駆動電圧と同時に低損失という条件を実現する
ことが困難である。
【０００５】光センサーの最高分解精度は信号光強度の
１／２に比例して向上する。したがって損失の増加はセ
ンサー精度の劣化につながる。光集積回路の駆動電圧は
変調用電極の長さに反比例するため、電極を長くするこ
とにより駆動電圧の低減を図ることは可能である。また
曲がり損失を低減するためには、曲がり角を小さくする
ことが有効であり、分岐損失を小さくするためには、分
岐角を小さくすることが有効である。しかしながら、こ
れらの手段は、素子の大型化を招く。実装の観点、ある
いはＬｉＮｂＯ3 ウエハーの大きさの点で実用的には素
子寸法には制約があり、小型で低損失、低駆動電圧のＬ
ｉＮｂＯ3 光集積回路を実現することが望まれる。
１／２に比例して向上する。したがって損失の増加はセ
ンサー精度の劣化につながる。光集積回路の駆動電圧は
変調用電極の長さに反比例するため、電極を長くするこ
とにより駆動電圧の低減を図ることは可能である。また
曲がり損失を低減するためには、曲がり角を小さくする
ことが有効であり、分岐損失を小さくするためには、分
岐角を小さくすることが有効である。しかしながら、こ
れらの手段は、素子の大型化を招く。実装の観点、ある
いはＬｉＮｂＯ3 ウエハーの大きさの点で実用的には素
子寸法には制約があり、小型で低損失、低駆動電圧のＬ
ｉＮｂＯ3 光集積回路を実現することが望まれる。
【０００６】本発明は、変調器部曲がり部あるいは分岐
部等を有する光集積回路において小型、低損失、低駆動
電圧、高偏光消光比を実現する光導波路機能素子を提供
することを目的とする。
部等を有する光集積回路において小型、低損失、低駆動
電圧、高偏光消光比を実現する光導波路機能素子を提供
することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するた
め、本発明は、Ｔｉ拡散型光導波路とプロトン交換型光
導波路を同一基板上で接続して集積化する光集積回路で
あって、変調器部、曲がり部、分波部、合波部の導波路
をＴｉ拡散で構成し偏光子部の導波路をプロトン交換で
構成する事を特徴とする。
め、本発明は、Ｔｉ拡散型光導波路とプロトン交換型光
導波路を同一基板上で接続して集積化する光集積回路で
あって、変調器部、曲がり部、分波部、合波部の導波路
をＴｉ拡散で構成し偏光子部の導波路をプロトン交換で
構成する事を特徴とする。
【０００８】
【作用】以下、図１に従って、本発明の詳細な説明を行
う。導波路基板上１０には、Ｔｉ拡散法によってＹ分岐
型ＴＩＧ１１が形成されている。Ｔｉ拡散法により電気
光学効果を劣化させること無く、低損失な光導波路を作
製することができる。ここでＹ分岐型ＴＩＧは分岐部１
３及び曲がり部１２を含んでいる。典型的に、ＴＩＧの
伝搬損失は０．１ｄＢ／ｃｍ、分岐損失は０．７ｄＢ、
曲げ損失は０．１ｄＢである。ここでＹ分岐型ＴＩＧを
図２に示すように方向性結合器とすることもできる。そ
の場合方向性結合器は４箇所の曲がりを有するので、曲
げ損失は０．４ｄＢとなる。
う。導波路基板上１０には、Ｔｉ拡散法によってＹ分岐
型ＴＩＧ１１が形成されている。Ｔｉ拡散法により電気
光学効果を劣化させること無く、低損失な光導波路を作
製することができる。ここでＹ分岐型ＴＩＧは分岐部１
３及び曲がり部１２を含んでいる。典型的に、ＴＩＧの
伝搬損失は０．１ｄＢ／ｃｍ、分岐損失は０．７ｄＢ、
曲げ損失は０．１ｄＢである。ここでＹ分岐型ＴＩＧを
図２に示すように方向性結合器とすることもできる。そ
の場合方向性結合器は４箇所の曲がりを有するので、曲
げ損失は０．４ｄＢとなる。
【０００９】ＴＩＧ１１には偏光子機能を有するＰＥＧ
１４が接続されている。ＰＥＧの偏光消光比はアニール
時間、ＰＥＧ長さに依存して変化する。長さ２０ｍｍの
ＰＥＧの偏光消光比のアニール時間依存性を図３に示
す。幅５μｍの導波路ではアニール時間３．５時間で、
偏光消光比は６０ｄＢ以上となった。同条件で作製した
ＰＥＧの偏光消光比の長さ依存性を調べると、偏光消光
比５５ｄＢ以上を得るためには、ＰＥＧ長３ｍｍが必要
であることが分かった。ＴＩＧに上記と同じ条件で作製
した長さ３ｍｍのＰＥＧを接続することによる過剰な損
失は０．２３ｄＢであった。このようにアニールによっ
て、小型、高偏光消光比ＰＥＧ偏光子を低損失でＴＩＧ
に接続することが可能である。
１４が接続されている。ＰＥＧの偏光消光比はアニール
時間、ＰＥＧ長さに依存して変化する。長さ２０ｍｍの
ＰＥＧの偏光消光比のアニール時間依存性を図３に示
す。幅５μｍの導波路ではアニール時間３．５時間で、
偏光消光比は６０ｄＢ以上となった。同条件で作製した
ＰＥＧの偏光消光比の長さ依存性を調べると、偏光消光
比５５ｄＢ以上を得るためには、ＰＥＧ長３ｍｍが必要
であることが分かった。ＴＩＧに上記と同じ条件で作製
した長さ３ｍｍのＰＥＧを接続することによる過剰な損
失は０．２３ｄＢであった。このようにアニールによっ
て、小型、高偏光消光比ＰＥＧ偏光子を低損失でＴＩＧ
に接続することが可能である。
【００１０】一方、ＰＥＧの曲がり損失のアニール時間
依存性を図４に示す。曲がり角は１／１００ｒａｄであ
る。ここでアニール時間が３．５時間で曲がり損失は
１．５ｄＢ以上となっている。同様の曲がりのＴＩＧで
は曲がり損失は０．１ｄＢであった。さらに分岐を全角
で１／５０ｒａｄとしたときＰＥＧの分岐損失のアニー
ル時間依存性を図５に示す。ここでアニール時間３．５
時間では分岐損失が３．０ｄＢ以上となっている。同様
の分岐のＴＩＧでは分岐損失は０．７ｄＢであった。以
上のように、曲がりあるいは分岐部をＰＥＧで構成する
と、高偏光消光比が得られるアニール条件では、損失が
増加してしまうことがわかる。
依存性を図４に示す。曲がり角は１／１００ｒａｄであ
る。ここでアニール時間が３．５時間で曲がり損失は
１．５ｄＢ以上となっている。同様の曲がりのＴＩＧで
は曲がり損失は０．１ｄＢであった。さらに分岐を全角
で１／５０ｒａｄとしたときＰＥＧの分岐損失のアニー
ル時間依存性を図５に示す。ここでアニール時間３．５
時間では分岐損失が３．０ｄＢ以上となっている。同様
の分岐のＴＩＧでは分岐損失は０．７ｄＢであった。以
上のように、曲がりあるいは分岐部をＰＥＧで構成する
と、高偏光消光比が得られるアニール条件では、損失が
増加してしまうことがわかる。
【００１１】前述のような、曲がり損失を低減するため
には、曲がり角を小さくすることが有効である、分岐損
失を小さくするためには、分岐角を小さくすることが有
効である。しかしながら、これらの手段は、素子の大型
化を招く。素子の小型化の観点から、曲がり、分岐の各
部分をＴＩＧで構成するのが好ましい。なお用いた光源
は波長０．８３μｍの半導体レーザーである。
には、曲がり角を小さくすることが有効である、分岐損
失を小さくするためには、分岐角を小さくすることが有
効である。しかしながら、これらの手段は、素子の大型
化を招く。素子の小型化の観点から、曲がり、分岐の各
部分をＴＩＧで構成するのが好ましい。なお用いた光源
は波長０．８３μｍの半導体レーザーである。
【００１２】ＴＩＧ／ＰＥＧ導波路上にはＳｉＯ2 バッ
ファー層１５が装荷されている。ＴＩＧの出射側の二つ
の導波路上にはそれぞれ独立の位相変調器１６が装荷さ
れている。ＳｉＯ2 バッファーはＰＥＧ導波路を形成す
る部分にストライプ状のマスクパターン１７があり、プ
ロトン交換用のマスクとしての役割も果たす。
ファー層１５が装荷されている。ＴＩＧの出射側の二つ
の導波路上にはそれぞれ独立の位相変調器１６が装荷さ
れている。ＳｉＯ2 バッファーはＰＥＧ導波路を形成す
る部分にストライプ状のマスクパターン１７があり、プ
ロトン交換用のマスクとしての役割も果たす。
【００１３】以上のように本発明のＴＩＧ／ＰＥＧ構造
を用いれば小型、低損失、低駆動電圧、高偏光消光比の
光集積回路を実現することが出来る。
を用いれば小型、低損失、低駆動電圧、高偏光消光比の
光集積回路を実現することが出来る。
【００１４】
【実施例】実施例１ 以下図１に従って実施例１の説明を行なう。Ｚ−カット
ニオブ酸リチウム基板上にＴｉ拡散法によりＹ分岐型Ｔ
ＩＧ導波路を形成した。このときＴｉは幅を５μｍ、膜
厚５００Ａとした。またＴｉ拡散は１０００℃ウエット
酸素雰囲気中で７時間とした。作製したＴＩＧのモード
サイズは縦４．６μｍ、横６．４μｍであった。次にリ
フトオフ法を用いてＳｉＯ2 マスクパターンを作製し
た。このときＰＥＧ導波路部分はレジストにより幅５μ
ｍ、膜厚１５００Ａとした。ＳｉＯ2 の形成は電子ビー
ム蒸着によって行ったが、これを６５０℃のウエット酸
素雰囲気中でアニールした。
ニオブ酸リチウム基板上にＴｉ拡散法によりＹ分岐型Ｔ
ＩＧ導波路を形成した。このときＴｉは幅を５μｍ、膜
厚５００Ａとした。またＴｉ拡散は１０００℃ウエット
酸素雰囲気中で７時間とした。作製したＴＩＧのモード
サイズは縦４．６μｍ、横６．４μｍであった。次にリ
フトオフ法を用いてＳｉＯ2 マスクパターンを作製し
た。このときＰＥＧ導波路部分はレジストにより幅５μ
ｍ、膜厚１５００Ａとした。ＳｉＯ2 の形成は電子ビー
ム蒸着によって行ったが、これを６５０℃のウエット酸
素雰囲気中でアニールした。
【００１５】プロトン交換は１ｍｏｌ％のリチウムを添
加した安息香酸中で９０分間行った。さらに３５０℃ウ
エット酸素雰囲気中で３．５時間のアニールを行ったと
ころ、モードサイズは縦４．３μｍ、横６．２μｍとな
った。ＰＥＧの伝搬損は０．１ｄＢ／ｃｍ、偏光消光比
は５５ｄＢ以上であった。ＳｉＯ2 マスクをバッファー
として兼用し、ＳｉＯ2 マスクの上に、リフトオフ法に
よりＴｉ／Ａｕ電極を形成した。ここで電極間隔は５μ
ｍ、電極長は１２．５ｍｍとした。この構成で、小型
（２２×３×１ｍｍ）、低損失（挿入損失３．０ｄＢ以
下）、低駆動電圧（ＶπＬ；２．５ｖｏｌｔ・ｃｍ以
下）、高消光比（５５ｄＢ以上）の０．８３μｍ−ＦＯ
Ｇ用光集積回路を実現した。
加した安息香酸中で９０分間行った。さらに３５０℃ウ
エット酸素雰囲気中で３．５時間のアニールを行ったと
ころ、モードサイズは縦４．３μｍ、横６．２μｍとな
った。ＰＥＧの伝搬損は０．１ｄＢ／ｃｍ、偏光消光比
は５５ｄＢ以上であった。ＳｉＯ2 マスクをバッファー
として兼用し、ＳｉＯ2 マスクの上に、リフトオフ法に
よりＴｉ／Ａｕ電極を形成した。ここで電極間隔は５μ
ｍ、電極長は１２．５ｍｍとした。この構成で、小型
（２２×３×１ｍｍ）、低損失（挿入損失３．０ｄＢ以
下）、低駆動電圧（ＶπＬ；２．５ｖｏｌｔ・ｃｍ以
下）、高消光比（５５ｄＢ以上）の０．８３μｍ−ＦＯ
Ｇ用光集積回路を実現した。
【００１６】実施例２ 図２のように、実施例１のＹ分岐部を方向性結合器に置
き換えて、実施例１と同様に光集積回路を作成したとこ
ろ、実施例１と同様の機能を有する０．８３μｍ−ＦＯ
Ｇ用光集積回路を実現できた。
き換えて、実施例１と同様に光集積回路を作成したとこ
ろ、実施例１と同様の機能を有する０．８３μｍ−ＦＯ
Ｇ用光集積回路を実現できた。
【００１７】
【発明の効果】本発明によれば、小型、低損失、低駆動
電圧、高偏光消光比の光集積回路を実現することが出来
る。
電圧、高偏光消光比の光集積回路を実現することが出来
る。
【図１】本発明の光集積回路の一実施例を示す図であ
る。
る。
【図２】本発明の光集積回路の一実施例を示す図であ
る。
る。
【図３】ＰＥＧの偏光消光比のアニール時間依存性を示
す図である。
す図である。
【図４】ＰＥＧの曲がり損失のアニール時間依存性を示
す図である。
す図である。
【図５】ＰＥＧの分岐損失のアニール時間依存性を示す
図である。
図である。
１０ 導波路基板 １１ Ｔｉ拡散導波路（ＴＩＧ） １４ プロトン交換導波路（ＰＥＧ） １５ バッファー層 １６ 位相変調器 １７ マスクパターン
Claims (1)
- 【請求項１】 Ｔｉ拡散型光導波路とプロトン交換型光
導波路を同一基板上で接続して集積化する光集積回路で
あって、変調器部、曲がり部、分波部、合波部の導波路
をＴｉ拡散で構成し偏光子部の導波路をプロトン交換で
構成する事を特徴とする光導波路機能素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4265592A JPH0694930A (ja) | 1992-09-09 | 1992-09-09 | 光導波路機能素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4265592A JPH0694930A (ja) | 1992-09-09 | 1992-09-09 | 光導波路機能素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0694930A true JPH0694930A (ja) | 1994-04-08 |
Family
ID=17419267
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4265592A Pending JPH0694930A (ja) | 1992-09-09 | 1992-09-09 | 光導波路機能素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0694930A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117148501A (zh) * | 2023-11-01 | 2023-12-01 | 北京世维通科技股份有限公司 | 一种y波导芯片集成结构及其制备方法、应用 |
-
1992
- 1992-09-09 JP JP4265592A patent/JPH0694930A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117148501A (zh) * | 2023-11-01 | 2023-12-01 | 北京世维通科技股份有限公司 | 一种y波导芯片集成结构及其制备方法、应用 |
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