JPH07244301A

JPH07244301A - 光導波路デバイス及び光導波路デバイスに電界を印加する方法

Info

Publication number: JPH07244301A
Application number: JP6034774A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Doi; 正明土肥
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1994-03-04
Filing date: 1994-03-04
Publication date: 1995-09-19

Abstract

(57)【要約】【目的】バッファ層を必要としない光導波路デバイス
を提供する。【構成】基板１上に形成された少なくとも２本の光導
波路２、３を備え、２本の光導波路２、３の少なくとも
一部が互いに近接して配置された結合領域を有する光導
波路デバイスにおいて、結合領域における２本の光導波
路２、３に挟まれた領域と、２本の光導波路２、３の外
側の前記基板上における２つの領域のうち少なくとも一
方の領域に少なくとも１つずつ電極４、５を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光通信、光計測等に用
いられる光導波路デバイスに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、光通信、光計測等の分野で光導波
路デバイスが注目されている。その理由は光導波路デバ
イスを用いることにより光学系の小型、軽量化を図るこ
とができ、また、光軸の調整が不要になるという利点を
有しているからである。光導波路デバイスを形成する基
板に電気光学効果を有する結晶を用いた場合、光の変
調、スイッチング等を行なうことができる。このような
電気光学効果を有する結晶としては、ＬｉＮｂＯ₃（ニ
オブ酸リチウム）がよく用いられている。また、光導波
路は、このような基板にＴｉをパターニング後、熱拡散
することによって光導波路（チャネル導波路）が形成さ
れる。

【０００３】この様な光導波路デバイスとして、方向性
結合器がある。これは図５に示すように、２本のチャネ
ル導波路を所定の長さにわたって、光波長の５倍程度の
間隔で接近させて構成したもので、この区間が結合領域
となる。結合領域においては、チャネル導波路１０２、
１０３間で伝搬光の結合が生じる。例えば、チャネル導
波路１０２を伝搬してきた光は、結合領域の長さに応じ
て、チャネル導波路１０３へ移行していく。これは、結
合領域で励振される偶および奇対称モード間の干渉を考
えることによって説明される。両モード間の位相差がπ
となるとき１００％の光パワーの移行が起こる。すなわ
ち、チャネル導波路１０２を伝搬してきた光は、全てチ
ャネル導波路１０３に移行する。このときの結合領域の
長さを完全結合長と呼ぶ。結合領域の長さを調節する
（結合比を変化させる）ことによって、光パワーの移行
は０％から１００％まで任意に選択できる。

【０００４】しかしながら、実際には、結合領域の長さ
や間隔、チャネル導波路の幅や屈折率等のパラメータが
デバイス作製時にばらつくので、必ずしも設計通りのパ
ワー移行が得られるわけではない。従って、このような
方向性結合器において高い精度でパワー移行の割合を制
御することは難しい。そこで、パワー移行の割合を任意
に変化させて使用することが提案されている。図６に示
すように、結合領域のチャネル導波路１１２、１１３上
に電極１１４、１１５を形成して電圧を印加する。この
ようにすると、チャネル導波路１１２、１１３に電界が
印加され、電気光学効果によってチャネル導波路の屈折
率が変化し、偶、奇対称モードの伝搬定数が変化するの
で、完全結合長を変化させることができ、結合（パワー
移行）の割合を調整できる。このとき、チャネル導波路
上に金属からなる電極を直接形成すると、金属によって
チャネル導波路を伝播する光（導波光）が吸収されてし
まう。このため、通常、チャネル導波路と電極との間に
バッファ層を設け、金属による導波光の吸収を防ぐ必要
がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
方法では、バッファ層を形成するために、製造工数が増
加してしまうという問題があった。また、バッファ層の
ために、一定の直流電圧印加の下でも、デバイスの出力
光強度が時間の経過とともに変化してしまうという、い
わゆるＤＣドリフト現象が生じるという問題があった。

【０００６】本発明は、上記問題点を鑑みて成されたも
のであり、２つのチャネル導波路間のパワー移行の割合
を任意に変化させる機能を有し、かつ、バッファ層を必
要としない光導波路デバイス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】本発明者は、鋭意研究の
結果、チャネル導波路に直接電界を印加せずとも、結合
領域における２つのチャネル導波路で挟まれた領域に電
界を印加し、２つのチャネル導波路に挟まれた領域の屈
折率を変化させることによって、２つのチャネル導波路
間のパワー移行の割合を任意に変化させることができる
ことを見出した。

【０００８】即ち、本発明は、基板上に形成された少な
くとも２本の光導波路を備え、２本の光導波路の少なく
とも一部が互いに近接して配置された結合領域を有する
光導波路デバイスにおいて、結合領域における２本の光
導波路に挟まれた領域と、２本の光導波路の外側の基板
上における２つの領域のうち少なくとも一方の領域に少
なくとも１つずつ電極を設ける（請求項１）。

【０００９】この場合（請求項１）に、好ましくは、光
導波路は基板の一部に金属を拡散させることにより形成
する（請求項２）。この場合（請求項１）に、好ましく
は、光導波路は基板の一部のイオンを交換するプロトン
交換法を用いて形成する（請求項３）。また、基板上に
形成された少なくとも２本の光導波路を備え、２本の光
導波路の少なくとも一部が互いに近接して配置された結
合領域を有する光導波路デバイスに電界を印加する方法
において、結合領域における２本の光導波路に挟まれた
領域と、２本光導波路の外側の基板上における２つの領
域のうち少なくとも一方の領域に電界を印加する（請求
項４）。

【００１０】

【作用】本発明の光導波路デバイスでは光導波路上には
電極が形成しないため、バッファ層を設ける必要がな
く、製造工数が削減でき、また、ＤＣドリフト現象も生
じない。

【００１１】

【実施例】以下、実施例により本発明をより具体的に説
明するが、本発明はこれに限るものではない。図１は本
発明の第１の実施例による方向性結合器（光導波路デバ
イス）を示す概略構成図である。

【００１２】ＬｉＮｂＯ₃（ニオブ酸リチウム）からな
る基板１上に形成されたチャネル導波路２、３に挟まれ
た領域上に電極４を配置し、チャネル導波路２を挟んで
電極４と反対側に電極５を配置する。電極４、５に電圧
を印加したときの電気力線の概略図を図２に示す。図２
は、図１の方向性結合器をＡＡ線で切ったときの断面図
である。電極４と電極５の真下の領域にはそれぞれ逆向
きの縦電界が印加され、チャネル導波路２には横電界が
印加される。ここで、ＬｉＮｂＯ₃基板のカット方向と
伝搬方向を表１のように選択すると、電極４、５の真下
の領域の縦電界によって屈折率が変化する。

【００１３】

【表１】

【００１４】例えば、電極４の真下の領域の屈折率変化
△ｎが△ｎ＞０となるように電圧を印加すれば、チャネ
ル導波路２、３に挟まれた領域と、チャネル導波路２、
３との間の屈折率差が小さくなる。これはチャネル導波
路２、３間の間隔ｇが小さくなるのと等価であり、結合
係数は大きくなり、導波光の結合が起こりやすくなる。

【００１５】このとき、電極５の真下の領域では△ｎ＜
０となり、チャネル導波路２との屈折率差が大きくな
る。このため、チャネル導波路２を伝搬する導波光の強
度分布は、横方向に非対称となり、電極４に近い側の強
度が大きくなる。すなわち、チャネル導波路２を伝搬す
る導波光は、チャネル導波路３に近い側に閉じこめられ
る。この作用によっても、結合が起こりやすくなるた
め、低電圧の駆動が可能となる。

【００１６】以上のように、電極４、５の真下の領域に
印加する縦電界によって、結合係数を変化させることが
できる。すなわち、電極４、５に印加する電圧によって
結合の割合を変化させることができる。また、図１に示
される結合領域におけるチャネル導波路２、３間の間隔
ｇは、波長６３３ｎｍの光を用いた場合は、およそ３μ
ｍになるが、チャネル導波路２、３間に設ける電極は１
つだけ（複数個ではない）なので、非常に簡単に形成す
ることができる。

【００１７】図３は、本発明の第２の実施例による方向
性結合器（光導波路デバイス）を示す概略構成図であ
る。チャネル導波路１２、１３に挟まれた領域上に電極
１４を配置し、チャネル導波路１２を挟んで電極１４と
反対側に電極１５を、チャネル導波路１３を挟んで電極
１４と反対側に電極１６を配置する。

【００１８】電極１４、１５、１６に電圧を印加したと
きの電気力線の概略図を図４に示す。図４は、図３の方
向性結合器をＢＢ線で切ったときの断面図である。電極
１４の直下の領域と、電極１５、１６の真下の領域には
それぞれ逆向きの縦電界が印加され、チャネル導波路１
２、１３には横電界が印加される。ＬｉＮｂＯ₃基板の
カット方向と伝搬方向を表１のように選択すると、電極
１４、１５、１６の真下の領域の縦電界によって屈折率
が変化する。電極１４の真下の領域の屈折率変化△ｎが
△ｎ＞０となるようにすれば、チャネル導波路１２、１
３に挟まれた領域と、チャネル導波路１２、１３との間
の屈折率差が小さくなる。これは、チャネル導波路１
２、１３間の間隔ｇが小さくなるのと等価であり、結合
係数が大きくなり、導波光の結合が起こりやすくなる。

【００１９】電極１５、１６の真下の領域では△ｎ＜０
となり、チャネル導波路１２、１３との屈折率差が大き
くなる。このため、チャネル導波路１２、１３をそれぞ
れ伝搬する導波光の強度分布は、横方向に非対称とな
り、電極１４に近い側の強度がそれぞれ大きくなる。す
なわち、チャネル導波路１２を伝搬する導波光はチャネ
ル導波路１３に近い側に閉じこめられ、チャネル導波路
１３を伝搬する導波光はチャネル導波路１２に近い側に
閉じこめられる。この作用によっても、結合が起こりや
すくなるため、低電圧の駆動が可能となる。

【００２０】以上のように、電極１４、１５、１６の真
下の領域に印加する縦電界によって、結合係数を変化さ
せることができる。すなわち、電極１４、１５、１６に
印加する電圧によって結合の割合を変化させることがで
きる。また、図３に示される結合領域におけるチャネル
導波路１２、１３間の間隔ｇは、波長６３３ｎｍの光を
用いた場合は、およそ３μｍになるが、チャネル導波路
１２、１３間に設ける電極は１つだけ（複数個ではな
い）なので、非常に簡単に形成することができる。本実
施例ではＬｉＮｂＯ₃基板にＴｉを熱拡散してチャネル
導波路を形成する例について述べたが、熱拡散に用いる
金属は、基板がＬｉＮｂＯ₃の場合はＶ、Ｎｉ、Ｃｕな
どの遷移金属でもよく、基板がＬｉＴａＯ₃の場合はＣ
ｕ、Ｎｂなどの遷移金属でもよい。また、チャネル導波
路を形成するためには周知のプロトン交換法を用いても
よい。

【００２１】

【発明の効果】本発明ではチャネル導波路上に電極を形
成しないので、バッファ層を設ける必要がなく、製造工
数が削減でき、また、ＤＣドリフト現象も生じない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による方向性結合器を示
す概略構成図である。

【図２】本発明の第１の実施例による方向性結合器を示
す概略断面図である。

【図３】本発明の第２の実施例による方向性結合器を示
す概略構成図である。

【図４】本発明の第２の実施例による方向性結合器を示
す概略断面図である。

【図５】従来の方向性結合器を説明するための図であ
る。

【図６】従来の能動型方向性結合器の概略構成図であ
る。

【符号の説明】

１、１１、１０１、１１１・・・ＬｉＮｂＯ₃基板２、３、１２、１３、１０２、１０３、１１２、１１３
・・・チャネル導波路４、５、１４、１５、１６、１１４、１１５・・・電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に形成された少なくとも２本の光
導波路を備え、該２本の光導波路の少なくとも一部が互
いに近接して配置された結合領域を有する光導波路デバ
イスにおいて、前記結合領域における前記２本の光導波路に挟まれた領
域と、前記２本の光導波路の外側の前記基板上における
２つの領域のうち少なくとも一方の領域に少なくとも１
つずつ電極を設けたことを特徴とする光導波路デバイ
ス。
【請求項２】前記光導波路は前記基板の一部に金属を
拡散させることにより形成されていることを特徴とする
請求項１記載の光導波路デバイス。
【請求項３】前記光導波路は前記基板の一部のイオン
を交換するプロトン交換法を用いて形成されていること
を特徴とする請求項１記載の光導波路デバイス。
【請求項４】基板上に形成された少なくとも２本の光
導波路を備え、該２本の光導波路の少なくとも一部が互
いに近接して配置された結合領域を有する光導波路デバ
イスに電界を印加する方法において、前記結合領域における前記２本の光導波路に挟まれた領
域と、前記２本の光導波路の外側の前記基板上における
２つの領域のうち少なくとも一方の領域に電界を印加す
る方法。