JPH0697287B2 - 光制御回路の製造方法 - Google Patents
光制御回路の製造方法Info
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- JPH0697287B2 JPH0697287B2 JP59257853A JP25785384A JPH0697287B2 JP H0697287 B2 JPH0697287 B2 JP H0697287B2 JP 59257853 A JP59257853 A JP 59257853A JP 25785384 A JP25785384 A JP 25785384A JP H0697287 B2 JPH0697287 B2 JP H0697287B2
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- Optical Integrated Circuits (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は光波の変調，光路切換え等を行なう光制御素子
に関し、特に基板中に設けた光導波路を用いて制御を行
なう導波型の光制御回路の製造方法に関する。
に関し、特に基板中に設けた光導波路を用いて制御を行
なう導波型の光制御回路の製造方法に関する。
（従来技術とその問題点） 近年光通信システムの実用化が進むにつれ、さらに大容
量，高機能のシステムが要求されるようになり、より高
速の光波の変調器や光スイッチ等の光制御素子が必要と
なっている。このような光制御素子においては、その挿
入損失が光信号の伝送距離を制限するということもあり
得るので、高速性とともに低損失性も重要となる。高速
の光制御素子としては、大きな電気光学効果係数を有す
るLiNbO3結晶等の基板中に導波路を形成し、導波路の屈
折率分布を電気光学効果を利用して電界で変化させるこ
とにより制御する方式の光制御素子があり、方向性結合
型光変調器またはスイッチ，全反射型光スイッチ，分岐
干渉型光変調器またはスイッチ等に関する報告がなされ
ている。例えばLiNbO3結晶中にTiを拡散して形成した光
導波路においては波長1.3μｍに対して0.1〜0.2dB/cmと
いう小さな伝搬損失が得られている。しかしながらこの
ような導波型光制御素子を実際の光ファイバ伝送系へ適
用する場合には、光ファイバとの結合損失も考慮する必
要がある。このためには光導波路の伝搬モードの光エネ
ルギー分布を光ファイバの伝搬モードの光エネルギー分
布になるべく近づけるように光導波路を作成することが
行なわれている。上記の手段により光ファイバ間に光導
波路を挿入したときの損室値としては2dB程度の値とな
る。これはTi拡散導波路においては基板に垂直な方向と
水平な方向の屈折率分布が異なり、円形の屈折率分布を
もつ光ファイバとは光エネルギー分布が一致しないこと
による。一方、導波型の光制御素子の動作速度はその動
作電圧に大きく依存し、高速化のためには動作電圧をで
きるだけ小さくすることが実用上非常に重要である。し
かしながら、光制御素子の電圧を低減するためには印加
電界の強度が大きい電極近傍に伝搬光の光エネルギーを
集中させる必要があり、この低電圧化の条件は一般に前
述の光ファイバとの結合損失を低減させるための条件と
は異なっている。
量，高機能のシステムが要求されるようになり、より高
速の光波の変調器や光スイッチ等の光制御素子が必要と
なっている。このような光制御素子においては、その挿
入損失が光信号の伝送距離を制限するということもあり
得るので、高速性とともに低損失性も重要となる。高速
の光制御素子としては、大きな電気光学効果係数を有す
るLiNbO3結晶等の基板中に導波路を形成し、導波路の屈
折率分布を電気光学効果を利用して電界で変化させるこ
とにより制御する方式の光制御素子があり、方向性結合
型光変調器またはスイッチ，全反射型光スイッチ，分岐
干渉型光変調器またはスイッチ等に関する報告がなされ
ている。例えばLiNbO3結晶中にTiを拡散して形成した光
導波路においては波長1.3μｍに対して0.1〜0.2dB/cmと
いう小さな伝搬損失が得られている。しかしながらこの
ような導波型光制御素子を実際の光ファイバ伝送系へ適
用する場合には、光ファイバとの結合損失も考慮する必
要がある。このためには光導波路の伝搬モードの光エネ
ルギー分布を光ファイバの伝搬モードの光エネルギー分
布になるべく近づけるように光導波路を作成することが
行なわれている。上記の手段により光ファイバ間に光導
波路を挿入したときの損室値としては2dB程度の値とな
る。これはTi拡散導波路においては基板に垂直な方向と
水平な方向の屈折率分布が異なり、円形の屈折率分布を
もつ光ファイバとは光エネルギー分布が一致しないこと
による。一方、導波型の光制御素子の動作速度はその動
作電圧に大きく依存し、高速化のためには動作電圧をで
きるだけ小さくすることが実用上非常に重要である。し
かしながら、光制御素子の電圧を低減するためには印加
電界の強度が大きい電極近傍に伝搬光の光エネルギーを
集中させる必要があり、この低電圧化の条件は一般に前
述の光ファイバとの結合損失を低減させるための条件と
は異なっている。
通常用いられる単一モード光ファイバの光エネルギー分
布は強度が1/eとなる幅が６〜８μｍ程度であるので低
結合損失を目的とする場合、光導波路の光エネルギー分
布も上記値程度となるように選ばれる。この条件は、例
えば、ブイ．ラマスワーミイ（V.Ramaswamy），アール
・シー・アルファーネス（R.C.Alferness），エム・デ
ビノ（M.Divino）によりエレクトロニクス・レターズ誌
（Electronics Letters）第18巻,1号,30ページから31ペ
ージに述べられている。一方低電圧化のためには光導波
路の伝搬光のエネルギー分布を光ファイバとの低結合損
失条件の幅よりも小さくする必要がある。この低電圧化
条件と光ファイバとの結合損失の低減条件とのトレード
・オフについてはエル・リビエール（L.Riviere）らに
より第４回集積光学と光ファイバ通信国際会議（4th In
ternational Conference on Integrated Optics and Op
tical Fiber Communication）のテクニカル・ダイジェ
スト29C4-4番（ページ362〜363）に述べられている。
布は強度が1/eとなる幅が６〜８μｍ程度であるので低
結合損失を目的とする場合、光導波路の光エネルギー分
布も上記値程度となるように選ばれる。この条件は、例
えば、ブイ．ラマスワーミイ（V.Ramaswamy），アール
・シー・アルファーネス（R.C.Alferness），エム・デ
ビノ（M.Divino）によりエレクトロニクス・レターズ誌
（Electronics Letters）第18巻,1号,30ページから31ペ
ージに述べられている。一方低電圧化のためには光導波
路の伝搬光のエネルギー分布を光ファイバとの低結合損
失条件の幅よりも小さくする必要がある。この低電圧化
条件と光ファイバとの結合損失の低減条件とのトレード
・オフについてはエル・リビエール（L.Riviere）らに
より第４回集積光学と光ファイバ通信国際会議（4th In
ternational Conference on Integrated Optics and Op
tical Fiber Communication）のテクニカル・ダイジェ
スト29C4-4番（ページ362〜363）に述べられている。
このように強誘電材料を金属を拡散して形成した光制御
素子においては低損失・低電圧を同時に満足するために
は光ファイバとの結合部では導波路の伝搬モードの光エ
ネルギー分布を光ファイバの伝搬モードの光エネルギー
分布に一致させかつ光エネルギー分布を円形化する必要
があり、光制御部においては印加電界の強度が大きい電
極近傍に伝搬モードの光エネルギーを集中させる必要が
ある。しかしながら従来用いられている製造方法すなわ
ちTi等の１種類の金属原子の薄膜パターンを入出力光導
波路部も光制御素子部も同じ膜厚、同じパターン幅で強
誘電体基板中に熱拡散する方法、では入出力導波路部と
光制御素子部の屈折率分布を別々に設定することはでき
ないので、低損失・低電圧を同時に実現することは不可
能であった。これに対して低損失・低電圧を同時に実現
する光制御素子の製造方法の１つの試みとして近藤，小
松，太田により第７回集積光学と導波光学に関する会議
（7th Topical Meeting on Integrated and Guide-Wave
Optics）のテクニカル・ダイジェストTuA5-1に述べら
れているように、光制御素子を構成する光導波路とそれ
と光入出力端面とを接続する入出力光導波路との間で拡
散する金属原子を含む薄膜導波路パターンの膜厚を別々
に設定して、光ファイバとの結合部では導波路の光エネ
ルギー分布を光ファイバの光エネルギー分布に近づけ、
光制御部においては導波路の光エネルギー分布を電極近
傍に集中されるものがある。しかしながら上記製造方法
においては入出力光導波路の光エネルギー分布は基板の
深さ方向では非対称であり、円形ではないためまだ光フ
ァイバとの結合において損失が理論限界には達していな
い。したがってさらに低損失化するためには入出力光導
波路の光エネルギー分布を基板の深さ方向にも対称化し
円形化するような製造方法が必要となる。
素子においては低損失・低電圧を同時に満足するために
は光ファイバとの結合部では導波路の伝搬モードの光エ
ネルギー分布を光ファイバの伝搬モードの光エネルギー
分布に一致させかつ光エネルギー分布を円形化する必要
があり、光制御部においては印加電界の強度が大きい電
極近傍に伝搬モードの光エネルギーを集中させる必要が
ある。しかしながら従来用いられている製造方法すなわ
ちTi等の１種類の金属原子の薄膜パターンを入出力光導
波路部も光制御素子部も同じ膜厚、同じパターン幅で強
誘電体基板中に熱拡散する方法、では入出力導波路部と
光制御素子部の屈折率分布を別々に設定することはでき
ないので、低損失・低電圧を同時に実現することは不可
能であった。これに対して低損失・低電圧を同時に実現
する光制御素子の製造方法の１つの試みとして近藤，小
松，太田により第７回集積光学と導波光学に関する会議
（7th Topical Meeting on Integrated and Guide-Wave
Optics）のテクニカル・ダイジェストTuA5-1に述べら
れているように、光制御素子を構成する光導波路とそれ
と光入出力端面とを接続する入出力光導波路との間で拡
散する金属原子を含む薄膜導波路パターンの膜厚を別々
に設定して、光ファイバとの結合部では導波路の光エネ
ルギー分布を光ファイバの光エネルギー分布に近づけ、
光制御部においては導波路の光エネルギー分布を電極近
傍に集中されるものがある。しかしながら上記製造方法
においては入出力光導波路の光エネルギー分布は基板の
深さ方向では非対称であり、円形ではないためまだ光フ
ァイバとの結合において損失が理論限界には達していな
い。したがってさらに低損失化するためには入出力光導
波路の光エネルギー分布を基板の深さ方向にも対称化し
円形化するような製造方法が必要となる。
（問題点を解決するための手段） 本発明の光制御回路の製造方法は、誘電体基板表面に金
属原子を拡散して形成した光導波路を利用する光制御回
路において、入出力導波路部のみ基板に垂直方向の光フ
ィールドを対称化して、該光制御回路の能動素子部の性
能を低下させることなく該光制御回路と光ファイバとの
結合損失を低減させるようにした光制御回路の製造方法
であって、基板上に該基板の屈折率を増加させる働きを
有する金属原子を含む薄膜を所望のパターン形状に積層
する工程と、前記薄膜の入出力光導波路に相当する部分
上にのみ該基板の屈折率を減少させる働きを有する前記
金属とは異なる金属原子を含む薄膜をさらに積層する工
程と、前記基板を加熱して前記積層された薄膜パターン
を１回の拡散プロセスにより該基板中に拡散させること
によって光導波路を形成する工程と、基板の屈折率を増
加させる働きを有する金属原子を含む薄膜のみが拡散さ
れて形成された光導波路の上に電極を設置して少なくと
も１つの光制御素子部を形成する工程と、該光制御素子
部と接続されかつ前記２層の薄膜パターンが拡散された
光導波路部の端部に光入出力端面を形成する工程、とを
具備していることを特徴とする。
属原子を拡散して形成した光導波路を利用する光制御回
路において、入出力導波路部のみ基板に垂直方向の光フ
ィールドを対称化して、該光制御回路の能動素子部の性
能を低下させることなく該光制御回路と光ファイバとの
結合損失を低減させるようにした光制御回路の製造方法
であって、基板上に該基板の屈折率を増加させる働きを
有する金属原子を含む薄膜を所望のパターン形状に積層
する工程と、前記薄膜の入出力光導波路に相当する部分
上にのみ該基板の屈折率を減少させる働きを有する前記
金属とは異なる金属原子を含む薄膜をさらに積層する工
程と、前記基板を加熱して前記積層された薄膜パターン
を１回の拡散プロセスにより該基板中に拡散させること
によって光導波路を形成する工程と、基板の屈折率を増
加させる働きを有する金属原子を含む薄膜のみが拡散さ
れて形成された光導波路の上に電極を設置して少なくと
も１つの光制御素子部を形成する工程と、該光制御素子
部と接続されかつ前記２層の薄膜パターンが拡散された
光導波路部の端部に光入出力端面を形成する工程、とを
具備していることを特徴とする。
本発明では、上述のように光制御素子を構成する光導波
路とそれと光入出力端面とを接続する入出力導波路との
間で拡散する薄膜パターンを１層と２層とすることによ
り両者の屈折率分布を異ならしめることにより入出力光
導波路部分では光ファイバの光エネルギ分布に近い伝搬
光エネルギ分布を与えるように円形化した屈折率分布を
設定し、かつそれとは独立に光制御素子を構成する部分
の光導波路の屈折率分布はその伝搬光エネルギ分布が電
極近傍に十分閉じこめられるように設定することによ
り、低損失結合が可能でかつ低電圧動作が可能な光制御
回路の製造方法である。
路とそれと光入出力端面とを接続する入出力導波路との
間で拡散する薄膜パターンを１層と２層とすることによ
り両者の屈折率分布を異ならしめることにより入出力光
導波路部分では光ファイバの光エネルギ分布に近い伝搬
光エネルギ分布を与えるように円形化した屈折率分布を
設定し、かつそれとは独立に光制御素子を構成する部分
の光導波路の屈折率分布はその伝搬光エネルギ分布が電
極近傍に十分閉じこめられるように設定することによ
り、低損失結合が可能でかつ低電圧動作が可能な光制御
回路の製造方法である。
（実施例） 以下図面を参照して本発明を詳細に説明する。
第１図は本発明による光制御回路の製造方法の一実施例
を説明するために、本発明による方向性結合型光制御回
路の製造方法を示したものである。以下に本発明による
方向性結合型光制御回路の製造方法を順を追って説明す
る。
を説明するために、本発明による方向性結合型光制御回
路の製造方法を示したものである。以下に本発明による
方向性結合型光制御回路の製造方法を順を追って説明す
る。
先ず、LiNbO3基板301上に通常のフォトリソグラフィ技
術を用いて光導波路のパターンを形成する。すなわちLi
NbO3基板上にフォトレジストを一様に塗布し、光導波路
部分と同形のフォトマスクを通して上記フォトレジスト
を露光し、現象することによって、フォトレジスト膜に
導波路形状の溝を形成する。ここで、方向性結合器部光
導波路パターン302は互いに数μｍの間隔で近接した幅
数〜数十μm,長さ数〜数十mmの２本の導波路パターンと
し、入力光導波路パターン303および出力光導波路パタ
ーン304は２本の導波路の間で結合が生じない程度、例
えば数十〜数百μｍ離れた２本の導波路より構成され、
かつ２本の光導波路の間隔は方向性結合器部端部から入
出力光導波路に至る間に徐々に広がって行くようにフォ
トマスクを作成するものとする。フォトリソグラフィ技
術を用いてフォトレジスト膜に導波路形状の溝を形成し
た後、この上からまずTi膜を700〜1100Å程度全面に形
成する。次に入力光導波路，出力，光導波路に相当する
部分のみにMgを500Å以下の厚さで形成する。なおこの
とき入力光導波路および出力光導波路以外の部分は遮へ
い板でおおっておく。この後フォトレジスト膜を溶解す
ることにより第１図に示すような、入出力光導波路部で
はTiとMgが積層され、光制御素子の部分ではTiのみの光
導波路パターンが形成される。入出力光導波路部分と光
制御素子部分の境界部分は前記遮へい板と基板との間隔
を調整することによって、または遮へい板を蒸着時に徐
々に移動することによって任意のテーパ形状にすること
ができる。第１図のような光導波路のパターンを設置し
た基板は1000〜1100℃,5〜10時間程度拡散炉中で加熱さ
れることによりTiとMgがLiNbO3基板中へ拡散され、その
部分のみ屈折率がわずかに増加して光導波路となる。そ
の後電極での光吸収を防ぐためにLiNbO3基板上にSiO2膜
を2000Å以下形成し、方向性結合器部の導波器の真上に
SiO2上にCrとAuもしくはCrとAlを積層した第２図に示す
ような１対の電極４を形成する。その後入出力光導波路
に垂直方向に研磨もしくはへき開により光入出力端面1
5,16,17,18を形成する。なお第２図においてはSiO2膜は
省略している。以上が本発明による方向性結合型光制御
回路の製造方法であり、以上の製造方法により第２図に
示す方向性結合型光制御回路が形成される。
術を用いて光導波路のパターンを形成する。すなわちLi
NbO3基板上にフォトレジストを一様に塗布し、光導波路
部分と同形のフォトマスクを通して上記フォトレジスト
を露光し、現象することによって、フォトレジスト膜に
導波路形状の溝を形成する。ここで、方向性結合器部光
導波路パターン302は互いに数μｍの間隔で近接した幅
数〜数十μm,長さ数〜数十mmの２本の導波路パターンと
し、入力光導波路パターン303および出力光導波路パタ
ーン304は２本の導波路の間で結合が生じない程度、例
えば数十〜数百μｍ離れた２本の導波路より構成され、
かつ２本の光導波路の間隔は方向性結合器部端部から入
出力光導波路に至る間に徐々に広がって行くようにフォ
トマスクを作成するものとする。フォトリソグラフィ技
術を用いてフォトレジスト膜に導波路形状の溝を形成し
た後、この上からまずTi膜を700〜1100Å程度全面に形
成する。次に入力光導波路，出力，光導波路に相当する
部分のみにMgを500Å以下の厚さで形成する。なおこの
とき入力光導波路および出力光導波路以外の部分は遮へ
い板でおおっておく。この後フォトレジスト膜を溶解す
ることにより第１図に示すような、入出力光導波路部で
はTiとMgが積層され、光制御素子の部分ではTiのみの光
導波路パターンが形成される。入出力光導波路部分と光
制御素子部分の境界部分は前記遮へい板と基板との間隔
を調整することによって、または遮へい板を蒸着時に徐
々に移動することによって任意のテーパ形状にすること
ができる。第１図のような光導波路のパターンを設置し
た基板は1000〜1100℃,5〜10時間程度拡散炉中で加熱さ
れることによりTiとMgがLiNbO3基板中へ拡散され、その
部分のみ屈折率がわずかに増加して光導波路となる。そ
の後電極での光吸収を防ぐためにLiNbO3基板上にSiO2膜
を2000Å以下形成し、方向性結合器部の導波器の真上に
SiO2上にCrとAuもしくはCrとAlを積層した第２図に示す
ような１対の電極４を形成する。その後入出力光導波路
に垂直方向に研磨もしくはへき開により光入出力端面1
5,16,17,18を形成する。なお第２図においてはSiO2膜は
省略している。以上が本発明による方向性結合型光制御
回路の製造方法であり、以上の製造方法により第２図に
示す方向性結合型光制御回路が形成される。
本発明による製造方法では方向性結合器３はTiのみをLi
NbO3基板中に拡散しているので、方向性結合器部３の光
導波路２の深さ方向の屈折率分布は第３図（ａ）に示す
ように大きく、伝搬光のエネルギ分布は第３図（ｃ）に
示すように小さくなり光導波路内に強く、小さく閉じ込
められ、低電圧で光路切換えが可能である。一方光導波
路と光ファイバとの結合においては、光ファイバのスポ
ットサイズが単一モードファイバにおいても10μｍ（1/
e2全幅）程度と比較的大きいため、光導波路出射光12の
エネルギ分布もある程度広がっており、かつ光ファイバ
の光強度分布は対称であるので、光導波路出射光のエネ
ルギ分布も基板方向と深さ方向で対称であることが低損
失結合のためには必要である。本発明による製造方法に
おいては入力光導波路5,6および出力光導波路7,8の部分
は、Tiの上に導波路の屈折率を減少させる金属イオンで
あるMgを積層しこれをLiNbO3基板中に熱拡散して形成し
ている。したがって入力光導波路5,6および出力光導波
路7,8では屈折率の最大値が第３図（ｂ）に示すよう
に、方向性結合器部３の屈折率に比べて小さく、伝搬光
のエネルギ分布は第３図（ｄ）に示すように広がってお
り、かつ光強度分布が深さ方向にも対称な分布となる。
したがって光ファイバと低損失に結合することが可能と
なる。なお、光導波路２と入力光導波路5,6および出力
光導波路7,8の接続部分9,10は混搬光のモード変換によ
る損失を小さくするために屈折率が第３図（ａ）の分布
から（ｂ）の分布への数百μｍから数mmにわたって徐々
に変化するように形成されている。
NbO3基板中に拡散しているので、方向性結合器部３の光
導波路２の深さ方向の屈折率分布は第３図（ａ）に示す
ように大きく、伝搬光のエネルギ分布は第３図（ｃ）に
示すように小さくなり光導波路内に強く、小さく閉じ込
められ、低電圧で光路切換えが可能である。一方光導波
路と光ファイバとの結合においては、光ファイバのスポ
ットサイズが単一モードファイバにおいても10μｍ（1/
e2全幅）程度と比較的大きいため、光導波路出射光12の
エネルギ分布もある程度広がっており、かつ光ファイバ
の光強度分布は対称であるので、光導波路出射光のエネ
ルギ分布も基板方向と深さ方向で対称であることが低損
失結合のためには必要である。本発明による製造方法に
おいては入力光導波路5,6および出力光導波路7,8の部分
は、Tiの上に導波路の屈折率を減少させる金属イオンで
あるMgを積層しこれをLiNbO3基板中に熱拡散して形成し
ている。したがって入力光導波路5,6および出力光導波
路7,8では屈折率の最大値が第３図（ｂ）に示すよう
に、方向性結合器部３の屈折率に比べて小さく、伝搬光
のエネルギ分布は第３図（ｄ）に示すように広がってお
り、かつ光強度分布が深さ方向にも対称な分布となる。
したがって光ファイバと低損失に結合することが可能と
なる。なお、光導波路２と入力光導波路5,6および出力
光導波路7,8の接続部分9,10は混搬光のモード変換によ
る損失を小さくするために屈折率が第３図（ａ）の分布
から（ｂ）の分布への数百μｍから数mmにわたって徐々
に変化するように形成されている。
上述のように本発明の光制御回路の製造方法を用いれば
入出力光導波路部と方向性結合器部光導波路部の屈折率
分布を別々に設定することができ、入出力光導波路部に
おいては導波光のエネルギー分布を光ファイバのエネル
ギー分布に一致した円形化した分布とすることができ、
方向性結合器部においてはエネルギー分布を基板表面に
強く閉じこめることができる。したがって従来の製造方
法よりもさらに光制御回路の低損失，低電圧化が可能で
ある。しかも本発明の製造方法は従来の製造方法と比べ
て、導波路の屈折率を下げる金属原子を積層するという
工程が増えるだけであり、製造工程としては従来方法と
ほとんど変わりは無く、また困難も伴わない。
入出力光導波路部と方向性結合器部光導波路部の屈折率
分布を別々に設定することができ、入出力光導波路部に
おいては導波光のエネルギー分布を光ファイバのエネル
ギー分布に一致した円形化した分布とすることができ、
方向性結合器部においてはエネルギー分布を基板表面に
強く閉じこめることができる。したがって従来の製造方
法よりもさらに光制御回路の低損失，低電圧化が可能で
ある。しかも本発明の製造方法は従来の製造方法と比べ
て、導波路の屈折率を下げる金属原子を積層するという
工程が増えるだけであり、製造工程としては従来方法と
ほとんど変わりは無く、また困難も伴わない。
第４図は本発明による光制御回路の製造方法の他の実施
例を説明するために、本発明による分岐干渉型光変調器
の製造方法を示したものである。以下に本発明による分
岐干渉型光変調器の製造方法を説明する。
例を説明するために、本発明による分岐干渉型光変調器
の製造方法を示したものである。以下に本発明による分
岐干渉型光変調器の製造方法を説明する。
先ず、LiNbO3基板401上に通常のフォトリソグラフィ技
術を用いて光導波路のパターンを形成する。すなわちLi
NbO3基板上にフォトレジストを一様に塗布し、光導波路
部分と同形のフォトマスクを通して上記フォトレジスト
を露光し、現像することによってフォトレジスト膜に導
波路形状の溝を形成する。ここで、光導波路パターンは
幅数〜数10μｍである。3dB分岐部光導波路パターン405
は入力光Ｙ分岐光導波路であり、その開き角数m radと
し、２本の位相変調器部光導波路パターン402の間隔は
数十μｍとする。合流部光導波路パターン406も3dB分岐
部光導波路パターン405と同様開き角数m radのＹ分岐光
導波路パターンである。フォトリソグラフィ技術を用い
てフォトレジスト膜に導波路形状の溝を形成した後、こ
の上からまずTi膜を700〜1100Å程度全面に形成する。
次に入力光導波路，出力光導波路に相当する部分にのみ
Mg403,404を500Å以下形成する。なおこのとき，入力光
導波路および出力光導波路以外の部分は遮へい板でおお
っておく。この後フォトレジスト膜と溶解することによ
り、第４図に示すような、入出力光導波路部ではTiとMg
が積層され、分岐干渉型光変調器の部分ではTiのみが形
成された光導波路パターンが形成される。入出力光導波
路部分と位相変調器部分の境界部分は前記遮へい板と基
板との間隔を調整することによって、または遮へい板を
Mg膜形成時に徐々に移動することによって任意のテーパ
形状とすることができる。第４図のような光導波路のパ
ターンを設置した基板は1000〜1100℃,5〜10時間程度拡
散炉中で加熱されることによりTiとMgがLiNbO3基板中に
拡散され、その部分の屈折率が変化することにより光導
波路502,503,507,508が形成される。その後電極での光
吸収を防ぐためにLiNbO3基板上にSiO2膜を2000Å以下形
成し、位相変調器部の導波器の真上に、SiO2上にCrとAu
もしくはCrとAlを積層した第５図に示すような電極504
を形成する。その後入出力光導波路に垂直方向に研磨も
しくはへき開により光入出力端面を形成する。なお第５
図においてはSiO2膜は省略している。以上が本発明によ
る分岐干渉型光変調器の製造方法であり、以上の製造方
法により第５図に示す分岐干渉型光変調器が形成され
る。
術を用いて光導波路のパターンを形成する。すなわちLi
NbO3基板上にフォトレジストを一様に塗布し、光導波路
部分と同形のフォトマスクを通して上記フォトレジスト
を露光し、現像することによってフォトレジスト膜に導
波路形状の溝を形成する。ここで、光導波路パターンは
幅数〜数10μｍである。3dB分岐部光導波路パターン405
は入力光Ｙ分岐光導波路であり、その開き角数m radと
し、２本の位相変調器部光導波路パターン402の間隔は
数十μｍとする。合流部光導波路パターン406も3dB分岐
部光導波路パターン405と同様開き角数m radのＹ分岐光
導波路パターンである。フォトリソグラフィ技術を用い
てフォトレジスト膜に導波路形状の溝を形成した後、こ
の上からまずTi膜を700〜1100Å程度全面に形成する。
次に入力光導波路，出力光導波路に相当する部分にのみ
Mg403,404を500Å以下形成する。なおこのとき，入力光
導波路および出力光導波路以外の部分は遮へい板でおお
っておく。この後フォトレジスト膜と溶解することによ
り、第４図に示すような、入出力光導波路部ではTiとMg
が積層され、分岐干渉型光変調器の部分ではTiのみが形
成された光導波路パターンが形成される。入出力光導波
路部分と位相変調器部分の境界部分は前記遮へい板と基
板との間隔を調整することによって、または遮へい板を
Mg膜形成時に徐々に移動することによって任意のテーパ
形状とすることができる。第４図のような光導波路のパ
ターンを設置した基板は1000〜1100℃,5〜10時間程度拡
散炉中で加熱されることによりTiとMgがLiNbO3基板中に
拡散され、その部分の屈折率が変化することにより光導
波路502,503,507,508が形成される。その後電極での光
吸収を防ぐためにLiNbO3基板上にSiO2膜を2000Å以下形
成し、位相変調器部の導波器の真上に、SiO2上にCrとAu
もしくはCrとAlを積層した第５図に示すような電極504
を形成する。その後入出力光導波路に垂直方向に研磨も
しくはへき開により光入出力端面を形成する。なお第５
図においてはSiO2膜は省略している。以上が本発明によ
る分岐干渉型光変調器の製造方法であり、以上の製造方
法により第５図に示す分岐干渉型光変調器が形成され
る。
本発明による製造方法では、位相変調器部はTiのみとLi
NbO3基板中に拡散しているので位相変調器部の光導波路
の深さ方向の屈折率分布は第３図（ａ）と同様であり大
きく、伝搬光のエネルギ分布は第３図（ｃ）に示すよう
に小さくなり、光導波路内に強く、小さく閉じ込められ
るので、低電圧で光の変調が可能である。また本発明に
よる製造方法においては、入出力光導波路部分507,508
は、Tiの上に導波路の屈折率を減少させるイオンである
Mgを積層し、これをLiNbO3基板中に熱拡散して形成して
いる。したがって入力光導波路507および出力光導波路5
08では屈折率の最大値が第３図（ｂ）に示すように位相
変調器部光導波路の屈折率に比べて小さく、伝搬光のエ
ネルギ分布は第３図（ｄ）に示すように広がっており、
かつ光強度分布が深さ方向にも対称な分布となる。した
がって光ファイバと低損失に結合することが可能とな
る。
NbO3基板中に拡散しているので位相変調器部の光導波路
の深さ方向の屈折率分布は第３図（ａ）と同様であり大
きく、伝搬光のエネルギ分布は第３図（ｃ）に示すよう
に小さくなり、光導波路内に強く、小さく閉じ込められ
るので、低電圧で光の変調が可能である。また本発明に
よる製造方法においては、入出力光導波路部分507,508
は、Tiの上に導波路の屈折率を減少させるイオンである
Mgを積層し、これをLiNbO3基板中に熱拡散して形成して
いる。したがって入力光導波路507および出力光導波路5
08では屈折率の最大値が第３図（ｂ）に示すように位相
変調器部光導波路の屈折率に比べて小さく、伝搬光のエ
ネルギ分布は第３図（ｄ）に示すように広がっており、
かつ光強度分布が深さ方向にも対称な分布となる。した
がって光ファイバと低損失に結合することが可能とな
る。
以上のような本発明の光制御回路の製造方法を用いれば
入出力光導波路部と位相変調器部光導波路部の屈折率分
布を別々に設定することができ、入出力光導波路部にお
いては導波光のエネルギー分布を光ファイバのエネルギ
ー分布に一致した円形化した分布とすることができ、位
相変調器部においてはエネルギー分布を基板表面に強く
閉じこめることができる。したがって従来の製造方法よ
りもさらに低損失，低電圧の光制御素子を本方法により
製造することが可能である。しかも従来の製造方法と比
較して、導波路の屈折率を下げる金属原子を積層する工
程が増えるだけであり、従来方法とほとんど変わりはな
い。
入出力光導波路部と位相変調器部光導波路部の屈折率分
布を別々に設定することができ、入出力光導波路部にお
いては導波光のエネルギー分布を光ファイバのエネルギ
ー分布に一致した円形化した分布とすることができ、位
相変調器部においてはエネルギー分布を基板表面に強く
閉じこめることができる。したがって従来の製造方法よ
りもさらに低損失，低電圧の光制御素子を本方法により
製造することが可能である。しかも従来の製造方法と比
較して、導波路の屈折率を下げる金属原子を積層する工
程が増えるだけであり、従来方法とほとんど変わりはな
い。
（本発明の効果） 以上述べたように本発明によれば低損失に光ファイバ結
合可能でかつ、低電圧動作可能な光制御回路が得られ
る。
合可能でかつ、低電圧動作可能な光制御回路が得られ
る。
本発明は、いかなる方式の光制御回路、例えば光位相変
調器や交差導波路形光スイッチ等に対しても従来それぞ
れ別々の素子で得られている低動作電圧特性と低損失光
ファイバ結合特性の両方を１つの素子で得ることができ
る。本発明に用いる基板材料，光導波路形状，電極形状
等は上記実施例に限定されるものでなく、基板材料とし
て、LiTaO3結晶等の強誘電体結晶を、光導波路としては
熱拡散とイオン交換の両者を併用した光導波路等を、電
極形状としては、高速化により適した進行波形の電極等
を用いることができる。
調器や交差導波路形光スイッチ等に対しても従来それぞ
れ別々の素子で得られている低動作電圧特性と低損失光
ファイバ結合特性の両方を１つの素子で得ることができ
る。本発明に用いる基板材料，光導波路形状，電極形状
等は上記実施例に限定されるものでなく、基板材料とし
て、LiTaO3結晶等の強誘電体結晶を、光導波路としては
熱拡散とイオン交換の両者を併用した光導波路等を、電
極形状としては、高速化により適した進行波形の電極等
を用いることができる。
また近藤，小松，太田により第７回集積光学と導波光学
に関する会議（7th Topical Meeting on Integrated an
d Guide-Wave Optics）のテクニカル・ダイジェストTuA
5-1に述べられているように、光制御素子部を構成する
光導波路部と入出力光導波路路との間で拡散する金属原
子を含む薄膜パターンの膜厚を別々に設定して両者の境
界をテーパ形状として基板上に積層し、さらに入出力光
導波路に相当する部分にのみ屈折率を減少させる金属原
子を含む薄膜を積層した後に、薄膜パターンを基板中に
熱拡散して光導波路を形成すれば、入出力光導波路と光
制御素子部の光導波路の屈折率分布を独立にかつさらに
きめ細かく制御でき、さらに低損失に光ファイバと結合
できかつ低電圧動作可能な光制御回路の製造方法が得ら
れる。
に関する会議（7th Topical Meeting on Integrated an
d Guide-Wave Optics）のテクニカル・ダイジェストTuA
5-1に述べられているように、光制御素子部を構成する
光導波路部と入出力光導波路路との間で拡散する金属原
子を含む薄膜パターンの膜厚を別々に設定して両者の境
界をテーパ形状として基板上に積層し、さらに入出力光
導波路に相当する部分にのみ屈折率を減少させる金属原
子を含む薄膜を積層した後に、薄膜パターンを基板中に
熱拡散して光導波路を形成すれば、入出力光導波路と光
制御素子部の光導波路の屈折率分布を独立にかつさらに
きめ細かく制御でき、さらに低損失に光ファイバと結合
できかつ低電圧動作可能な光制御回路の製造方法が得ら
れる。
第１図は本発明による光制御回路の製造方法の第１の実
施例を説明するための図、第２図は本発明により得られ
る方向性結合型光制御回路の構成を示す図、第３図は本
発明による光制御回路の製造方法の原理を説明するため
の図、第４図，第５図は本発明の第２の実施例を説明す
るための図である。 図において 301,401……LiNbO3基板 2,5,6,7,8,9,10,502,503……光導波路 4,504……電極 302……方向性結合器部導波路パターン（Ti） 303,403……入力光導波路パターン（Tiの上にMg） 304,404……出力光導波路パターン（Tiの上にMg） 405……3dB分岐部 406……合流部
施例を説明するための図、第２図は本発明により得られ
る方向性結合型光制御回路の構成を示す図、第３図は本
発明による光制御回路の製造方法の原理を説明するため
の図、第４図，第５図は本発明の第２の実施例を説明す
るための図である。 図において 301,401……LiNbO3基板 2,5,6,7,8,9,10,502,503……光導波路 4,504……電極 302……方向性結合器部導波路パターン（Ti） 303,403……入力光導波路パターン（Tiの上にMg） 304,404……出力光導波路パターン（Tiの上にMg） 405……3dB分岐部 406……合流部
Claims (1)
- 【請求項１】誘電体基板表面に金属原子を拡散して形成
した光導波路を利用する光制御回路において、入出力導
波路部のみ基板に垂直方向の光フィールドを対称化し
て、該光制御回路の能動素子部の性能を低下させること
なく該光制御回路と光ファイバとの結合損失を低減させ
るようにした光制御回路の製造方法であって、 基板上に該基板の屈折率を増加させる働きを有する金属
原子を含む薄膜を所望のパターン形状に積層する工程
と、前記薄膜の入出力光導波路に相当する部分上にのみ
該基板の屈折率を減少させる働きを有する前記金属とは
異なる金属原子を含む薄膜をさらに積層する工程と、前
記基板を加熱して前記積層された薄膜パターンを１回の
拡散プロセスにより該基板中に拡散させることによって
光導波路を形成する工程と、基板の屈折率を増加させる
働きを有する金属原子を含む薄膜のみが拡散されて形成
された光導波路の上に電極を設置して少なくとも１つの
光制御素子部を形成する工程と、該光制御素子部と接続
されかつ前記２層の薄膜パターンが拡散された光導波路
部の端部に光入出力端面を形成する工程、とを具備して
いることを特徴とする光制御回路の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59257853A JPH0697287B2 (ja) | 1984-12-06 | 1984-12-06 | 光制御回路の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59257853A JPH0697287B2 (ja) | 1984-12-06 | 1984-12-06 | 光制御回路の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61134731A JPS61134731A (ja) | 1986-06-21 |
| JPH0697287B2 true JPH0697287B2 (ja) | 1994-11-30 |
Family
ID=17312068
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59257853A Expired - Lifetime JPH0697287B2 (ja) | 1984-12-06 | 1984-12-06 | 光制御回路の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0697287B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6396604A (ja) * | 1986-10-13 | 1988-04-27 | Oki Electric Ind Co Ltd | 光導波路形成法 |
| JP2669096B2 (ja) * | 1990-03-02 | 1997-10-27 | 日本電気株式会社 | 光変調器とその製造方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56126810A (en) * | 1980-03-10 | 1981-10-05 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Preparation for light waveguide line |
| JPS58118606A (ja) * | 1982-01-07 | 1983-07-14 | Nec Corp | 光導波路の製造方法 |
-
1984
- 1984-12-06 JP JP59257853A patent/JPH0697287B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61134731A (ja) | 1986-06-21 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |