JPH0727935A - 光導波路型偏光子 - Google Patents
光導波路型偏光子Info
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- JPH0727935A JPH0727935A JP17171193A JP17171193A JPH0727935A JP H0727935 A JPH0727935 A JP H0727935A JP 17171193 A JP17171193 A JP 17171193A JP 17171193 A JP17171193 A JP 17171193A JP H0727935 A JPH0727935 A JP H0727935A
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- Japan
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- optical waveguide
- polarizer
- type optical
- thin film
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高消光比、低駆動電圧特性を有し、かつ従来
の複合型偏光子より小型化が可能な光導波路型偏光子を
提供すること。 【構成】 ニオブ酸リチウムの単結晶基板１上に、Ｔｉ
拡散型光導波路２とプロトン交換型光導波路３とを直列
に接合して配置し、Ｔｉ拡散型光導波路の表面上に誘電
体膜４と金属薄膜５とを順次形成して構成した光導波路
型偏光子である。誘電体膜としては窒化ケイ素膜、金属
薄膜としてはアルミニウム薄膜が好適である。
の複合型偏光子より小型化が可能な光導波路型偏光子を
提供すること。 【構成】 ニオブ酸リチウムの単結晶基板１上に、Ｔｉ
拡散型光導波路２とプロトン交換型光導波路３とを直列
に接合して配置し、Ｔｉ拡散型光導波路の表面上に誘電
体膜４と金属薄膜５とを順次形成して構成した光導波路
型偏光子である。誘電体膜としては窒化ケイ素膜、金属
薄膜としてはアルミニウム薄膜が好適である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光計測、光通信等の光
集積回路に用いられる光導波路型偏光子に関するもので
ある。
集積回路に用いられる光導波路型偏光子に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3 ）結晶
基板を用いた光導波路型偏光子には、Ｔｉ（チタン）拡
散型光導波路の表面上に金属薄膜を装荷した構成の偏光
子（金属膜装荷型）や、ＸカットあるいはＺカットのニ
オブ酸リチウム結晶基板にプロトン交換型光導波路を形
成した構成の偏光子（プロトン交換型）がある。
基板を用いた光導波路型偏光子には、Ｔｉ（チタン）拡
散型光導波路の表面上に金属薄膜を装荷した構成の偏光
子（金属膜装荷型）や、ＸカットあるいはＺカットのニ
オブ酸リチウム結晶基板にプロトン交換型光導波路を形
成した構成の偏光子（プロトン交換型）がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】金属膜装荷型偏光子
は、ＴＭモード偏光成分が金属薄膜内の自由電子を励振
し、ＴＥモード偏光成分に比べて大きく減衰する現象を
利用している。この金属膜装荷型偏光子は、Ｔｉ拡散型
光導波路に使用でき、低損失で、かつ低駆動電圧特性を
有する光集積回路が実現できる。しかし、高い消光比が
得難いという欠点がある。一方、プロトン交換型偏光子
は、結晶基板の光学的方向を考慮することにより、光導
波路自体にＴＥモード偏光成分あるいはＴＭモード偏光
成分のみを導波する偏光子機能を持たせたものである。
プロトン交換型偏光子は高い消光比が得られるが、プロ
トン交換型偏光子を用いた光集積回路では、低駆動電圧
特性が得られないという欠点がある。
は、ＴＭモード偏光成分が金属薄膜内の自由電子を励振
し、ＴＥモード偏光成分に比べて大きく減衰する現象を
利用している。この金属膜装荷型偏光子は、Ｔｉ拡散型
光導波路に使用でき、低損失で、かつ低駆動電圧特性を
有する光集積回路が実現できる。しかし、高い消光比が
得難いという欠点がある。一方、プロトン交換型偏光子
は、結晶基板の光学的方向を考慮することにより、光導
波路自体にＴＥモード偏光成分あるいはＴＭモード偏光
成分のみを導波する偏光子機能を持たせたものである。
プロトン交換型偏光子は高い消光比が得られるが、プロ
トン交換型偏光子を用いた光集積回路では、低駆動電圧
特性が得られないという欠点がある。
【０００４】金属膜装荷型やプロトン交換型の光導波路
型偏光子に関する上記の問題を解決するものとして、変
調器部分としてのＴｉ拡散型光導波路と、偏光子部分と
してのプロトン交換型光導波路とを、同一結晶基板上で
接合して構成した光集積回路が考えられている。しか
し、このような複合型の光集積回路では、プロトン交換
型光導波路の偏光子部分で放射された不要な偏光成分が
迷光となり、短い偏光子長では高い消光比を得ることが
できない。
型偏光子に関する上記の問題を解決するものとして、変
調器部分としてのＴｉ拡散型光導波路と、偏光子部分と
してのプロトン交換型光導波路とを、同一結晶基板上で
接合して構成した光集積回路が考えられている。しか
し、このような複合型の光集積回路では、プロトン交換
型光導波路の偏光子部分で放射された不要な偏光成分が
迷光となり、短い偏光子長では高い消光比を得ることが
できない。
【０００５】本発明は、上述の事情に鑑みてなされたも
のであり、消光比が高く、かつ低駆動電圧特性が得ら
れ、しかも光集積回路素子が小型化できる光導波路型偏
光子を提供することを目的としている。
のであり、消光比が高く、かつ低駆動電圧特性が得ら
れ、しかも光集積回路素子が小型化できる光導波路型偏
光子を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の光導波路型偏光
子は、ニオブ酸リチウムの単結晶基板上に、Ｔｉ拡散型
光導波路とプロトン交換型光導波路とを直列に接合して
配置し、このＴｉ拡散型光導波路の表面上に誘電体膜と
金属薄膜とを順次形成したことを特徴としている。上述
に加えて本発明の光導波路型偏光子は、Ｔｉ拡散型光導
波路の表面上に形成する誘電体膜が窒化ケイ素膜である
こと、及びＴｉ拡散型光導波路の表面上に形成する金属
薄膜がアルミニウム薄膜であることを特徴としている。
子は、ニオブ酸リチウムの単結晶基板上に、Ｔｉ拡散型
光導波路とプロトン交換型光導波路とを直列に接合して
配置し、このＴｉ拡散型光導波路の表面上に誘電体膜と
金属薄膜とを順次形成したことを特徴としている。上述
に加えて本発明の光導波路型偏光子は、Ｔｉ拡散型光導
波路の表面上に形成する誘電体膜が窒化ケイ素膜である
こと、及びＴｉ拡散型光導波路の表面上に形成する金属
薄膜がアルミニウム薄膜であることを特徴としている。
【０００７】
【作用】図１は、本発明に係る光導波路型偏光子の基本
的構造を示す斜視図である。図中、１は単結晶基板、２
は単結晶基板１上に配置されたＴｉ拡散型光導波路、３
はＴｉ拡散型光導波路２に直列に接合して単結晶基板１
上に配置されたプロトン交換型光導波路、４はＴｉ拡散
型光導波路２の表面上に形成した誘電体膜、５は誘電体
膜４の表面上に形成した金属薄膜、６は入射光、７は出
射光である。
的構造を示す斜視図である。図中、１は単結晶基板、２
は単結晶基板１上に配置されたＴｉ拡散型光導波路、３
はＴｉ拡散型光導波路２に直列に接合して単結晶基板１
上に配置されたプロトン交換型光導波路、４はＴｉ拡散
型光導波路２の表面上に形成した誘電体膜、５は誘電体
膜４の表面上に形成した金属薄膜、６は入射光、７は出
射光である。
【０００８】単結晶基板１には、ニオブ酸リチウム、タ
ンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3 ）等の従来より光導波
路に使用されている単結晶を用いることができるが、製
造が容易で消光比の高い偏光子を得るには、ニオブ酸リ
チウムの使用が好ましい。Ｔｉ拡散型光導波路２は、フ
ォトマスクを用いて単結晶基板１上にチタンを所望のパ
ターンに蒸着し、次に高温の酸素雰囲気中でアニール
し、チタン原子を単結晶基板１中に拡散させる方法（熱
拡散法）で形成する。チタン原子が拡散した部分は、チ
タン原子が拡散していない部分に比べて屈折率が高いの
で、光導波路として機能する。
ンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3 ）等の従来より光導波
路に使用されている単結晶を用いることができるが、製
造が容易で消光比の高い偏光子を得るには、ニオブ酸リ
チウムの使用が好ましい。Ｔｉ拡散型光導波路２は、フ
ォトマスクを用いて単結晶基板１上にチタンを所望のパ
ターンに蒸着し、次に高温の酸素雰囲気中でアニール
し、チタン原子を単結晶基板１中に拡散させる方法（熱
拡散法）で形成する。チタン原子が拡散した部分は、チ
タン原子が拡散していない部分に比べて屈折率が高いの
で、光導波路として機能する。
【０００９】上述のように、金属薄膜５は、不要なＴＭ
偏波成分を吸収する働きを有する。金属元素であれば光
波を吸収するので、アルミニウム（Ａｌ），銀（Ａ
ｇ），銅（Ｃｕ），金（Ａｕ）等いずれの金属を用いて
もよいが、特にアルミニウムは、複素誘電率の虚部が大
きいので光波の吸収効率が高く、金属薄膜５の材料とし
て好適である。誘電体膜４は、上層の金属薄膜５がＴＭ
偏波成分を吸収する作用を促進し、吸収効率をより一層
高めることに寄与する。誘電体膜４の形成には、公知の
窒化ケイ素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）や酸化ケイ素（ＳｉＯ2 ）等
が使用でき、金属薄膜５にアルミニウム（Ａｌ）を用い
た場合は、特に窒化ケイ素は効果が大きいので、望まし
い材料である。
偏波成分を吸収する働きを有する。金属元素であれば光
波を吸収するので、アルミニウム（Ａｌ），銀（Ａ
ｇ），銅（Ｃｕ），金（Ａｕ）等いずれの金属を用いて
もよいが、特にアルミニウムは、複素誘電率の虚部が大
きいので光波の吸収効率が高く、金属薄膜５の材料とし
て好適である。誘電体膜４は、上層の金属薄膜５がＴＭ
偏波成分を吸収する作用を促進し、吸収効率をより一層
高めることに寄与する。誘電体膜４の形成には、公知の
窒化ケイ素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）や酸化ケイ素（ＳｉＯ2 ）等
が使用でき、金属薄膜５にアルミニウム（Ａｌ）を用い
た場合は、特に窒化ケイ素は効果が大きいので、望まし
い材料である。
【００１０】Ｔｉ拡散型光導波路２の表面の一部又は全
表面上に誘電体膜４及び金属薄膜５を形成して成る金属
膜装荷型偏光子８と、プロトン交換型光導波路（プロト
ン交換型偏光子）３とは、単結晶基板１上に直列に接合
して配置し、Ｔｉ拡散型光導波路２側に光波の入力ポー
ト、プロトン交換型光導波路３側に光波の出力ポートを
設ければ、ＴＭモード偏波除去のための偏光子が構成さ
れる。
表面上に誘電体膜４及び金属薄膜５を形成して成る金属
膜装荷型偏光子８と、プロトン交換型光導波路（プロト
ン交換型偏光子）３とは、単結晶基板１上に直列に接合
して配置し、Ｔｉ拡散型光導波路２側に光波の入力ポー
ト、プロトン交換型光導波路３側に光波の出力ポートを
設ければ、ＴＭモード偏波除去のための偏光子が構成さ
れる。
【００１１】
【実施例】本発明実施例 図１に示した本発明の光導波路型偏光子を製造し、偏光
子長に対するＴＭモード偏光の消光比を評価した。単結
晶基板１は、Ｘカットで幅（Ｚ方向）６ｍｍ，長さ（Ｙ
方向）１０ｍｍ，厚さ（Ｘ方向）１ｍｍのニオブ酸リチ
ウム単結晶基板である。この単結晶基板上にフォトマス
クを用いて、結晶表面の幅方向（Ｚ方向）の中央で、金
属チタンを結晶端より長さ１ｍｍ，幅５μｍで蒸着し
た。次にこの単結晶基板を１０００℃，酸素雰囲気中で
７時間アニーリングして、金属チタン原子を単結晶基板
中に拡散させ、長さ１ｍｍのＴｉ拡散型光導波路２を形
成した。得られたＴｉ拡散型光導波路２は光波伝搬効率
が０．１ｄＢ／ｃｍであり、損失が小さいことが示され
た。
子長に対するＴＭモード偏光の消光比を評価した。単結
晶基板１は、Ｘカットで幅（Ｚ方向）６ｍｍ，長さ（Ｙ
方向）１０ｍｍ，厚さ（Ｘ方向）１ｍｍのニオブ酸リチ
ウム単結晶基板である。この単結晶基板上にフォトマス
クを用いて、結晶表面の幅方向（Ｚ方向）の中央で、金
属チタンを結晶端より長さ１ｍｍ，幅５μｍで蒸着し
た。次にこの単結晶基板を１０００℃，酸素雰囲気中で
７時間アニーリングして、金属チタン原子を単結晶基板
中に拡散させ、長さ１ｍｍのＴｉ拡散型光導波路２を形
成した。得られたＴｉ拡散型光導波路２は光波伝搬効率
が０．１ｄＢ／ｃｍであり、損失が小さいことが示され
た。
【００１２】次に、上述したＴｉ拡散型光導波路２に直
列に接合して結晶幅方向の中央に、プロトン交換法によ
り安息香酸中で幅５μｍ，長さ９ｍｍのマスクを用い、
プロトン交換型光導波路３を結晶他端まで形成した。更
にこの単結晶基板を３５０℃，酸素雰囲気中で３．５時
間アニーリングした。また、Ｔｉ拡散型光導波路２の表
面上に、窒化ケイ素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）の誘電体膜４を厚さ
５５ｎｍ，更に誘電体膜４の上に、アルミニウムの金属
薄膜５を厚さ２００ｎｍに蒸着法で形成し、Ｔｉ拡散型
光導波路２を金属膜装荷型偏光子８に構成した。この結
果、一つの単結晶基板１上に、長さが１ｍｍの金属膜装
荷型偏光子８と長さが９ｍｍのプロトン交換型光導波路
（プロトン交換型偏光子）３とを直列に接合して構成し
た新規性を有する複合型偏光子を得た。
列に接合して結晶幅方向の中央に、プロトン交換法によ
り安息香酸中で幅５μｍ，長さ９ｍｍのマスクを用い、
プロトン交換型光導波路３を結晶他端まで形成した。更
にこの単結晶基板を３５０℃，酸素雰囲気中で３．５時
間アニーリングした。また、Ｔｉ拡散型光導波路２の表
面上に、窒化ケイ素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）の誘電体膜４を厚さ
５５ｎｍ，更に誘電体膜４の上に、アルミニウムの金属
薄膜５を厚さ２００ｎｍに蒸着法で形成し、Ｔｉ拡散型
光導波路２を金属膜装荷型偏光子８に構成した。この結
果、一つの単結晶基板１上に、長さが１ｍｍの金属膜装
荷型偏光子８と長さが９ｍｍのプロトン交換型光導波路
（プロトン交換型偏光子）３とを直列に接合して構成し
た新規性を有する複合型偏光子を得た。
【００１３】上述のように製造した偏光子のＴＭモード
偏光の消光比を測定した。導波光として波長０．８μｍ
の半導体レーザを用い、この半導体レーザから出射した
直線偏光の光波を、偏波保持ファイバを介してＴｉ拡散
型光導波路２側の入力ポートより偏光子に偏光消光比０
ｄＢ（ＴＭ／ＴＥ＝１）で入射した。偏光子のプロトン
交換型光導波路３側の出力ポートから出射した光波の強
度を、消光比６０ｄＢのいわゆるGlan-Thompson プリズ
ムを用いて測定した。次に、上述の測定に供試した偏光
子は、プロトン交換型光導波路３側の結晶端面を少しず
つ研磨して削ることにより、プロトン交換型光導波路３
の長さを０〜４．３ｍｍの範囲で順次短くした。このよ
うにして、長さ１ｍｍの金属膜装荷型偏光子８を含む複
合型偏光子の長さを短くしながら、適当な偏光子長にお
いて上述と同様な測定方法で、ＴＭモード偏光の消光比
を測定した。
偏光の消光比を測定した。導波光として波長０．８μｍ
の半導体レーザを用い、この半導体レーザから出射した
直線偏光の光波を、偏波保持ファイバを介してＴｉ拡散
型光導波路２側の入力ポートより偏光子に偏光消光比０
ｄＢ（ＴＭ／ＴＥ＝１）で入射した。偏光子のプロトン
交換型光導波路３側の出力ポートから出射した光波の強
度を、消光比６０ｄＢのいわゆるGlan-Thompson プリズ
ムを用いて測定した。次に、上述の測定に供試した偏光
子は、プロトン交換型光導波路３側の結晶端面を少しず
つ研磨して削ることにより、プロトン交換型光導波路３
の長さを０〜４．３ｍｍの範囲で順次短くした。このよ
うにして、長さ１ｍｍの金属膜装荷型偏光子８を含む複
合型偏光子の長さを短くしながら、適当な偏光子長にお
いて上述と同様な測定方法で、ＴＭモード偏光の消光比
を測定した。
【００１４】従来例 誘電体膜４及び金属薄膜５を形成しなかったことを除
き、本発明実施例と同様の方法で従来例の複合型偏光子
を製造した。そして、本発明実施例におけると同一方法
により、偏光子長に対するＴＭモード偏光の消光比を測
定した。
き、本発明実施例と同様の方法で従来例の複合型偏光子
を製造した。そして、本発明実施例におけると同一方法
により、偏光子長に対するＴＭモード偏光の消光比を測
定した。
【００１５】図２は、本発明実施例と従来例とにおける
偏光子長に対するＴＭモード偏光の消光比の測定結果で
ある。偏光子として要求されるＴＭモード偏光の５０ｄ
Ｂ以上の消光比が、従来の偏光子と比べて本発明の偏光
子では、より短い偏光子長で得られることが分かり、従
来の複合型偏光子より小型な複合型偏光子ができること
が示されている。
偏光子長に対するＴＭモード偏光の消光比の測定結果で
ある。偏光子として要求されるＴＭモード偏光の５０ｄ
Ｂ以上の消光比が、従来の偏光子と比べて本発明の偏光
子では、より短い偏光子長で得られることが分かり、従
来の複合型偏光子より小型な複合型偏光子ができること
が示されている。
【００１６】
【発明の効果】以上説明したように本発明の光導波路型
偏光子は、金属膜装荷型偏光子とプロトン交換型光導波
路（プロトン交換型偏光子）を組み合わせ接合すること
で、高消光比、低駆動電圧特性という利点を有し、しか
も従来の複合型偏光子より小型化が可能である。
偏光子は、金属膜装荷型偏光子とプロトン交換型光導波
路（プロトン交換型偏光子）を組み合わせ接合すること
で、高消光比、低駆動電圧特性という利点を有し、しか
も従来の複合型偏光子より小型化が可能である。
【図１】本発明による光導波路型偏光子の基本的構造を
示す斜視図である。
示す斜視図である。
【図２】本発明及び従来の光導波路型偏光子における偏
光子長に対するＴＭモード偏光の消光比を示す測定図で
ある。
光子長に対するＴＭモード偏光の消光比を示す測定図で
ある。
１ 単結晶基板 ２ Ｔｉ拡散型光導波路 ３ プロトン交換型光導波路（プロトン交換型偏光
子） ４ 誘電体膜 ５ 金属薄膜 ６ 入射光 ７ 出射光 ８ 金属膜装荷型偏光子
子） ４ 誘電体膜 ５ 金属薄膜 ６ 入射光 ７ 出射光 ８ 金属膜装荷型偏光子
Claims (3)
- 【請求項１】 ニオブ酸リチウムの単結晶基板上に、Ｔ
ｉ拡散型光導波路とプロトン交換型光導波路とを直列に
接合して配置し、上記Ｔｉ拡散型光導波路の表面上に誘
電体膜と金属薄膜とを順次形成したことを特徴とする光
導波路型偏光子。 - 【請求項２】 Ｔｉ拡散型光導波路の表面上に形成する
誘電体膜が窒化ケイ素膜である請求項１に記載の光導波
路型偏光子。 - 【請求項３】 Ｔｉ拡散型光導波路の表面上に形成する
金属薄膜がアルミニウム薄膜である請求項１又は請求項
２に記載の光導波路型偏光子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17171193A JPH0727935A (ja) | 1993-07-12 | 1993-07-12 | 光導波路型偏光子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17171193A JPH0727935A (ja) | 1993-07-12 | 1993-07-12 | 光導波路型偏光子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0727935A true JPH0727935A (ja) | 1995-01-31 |
Family
ID=15928266
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17171193A Pending JPH0727935A (ja) | 1993-07-12 | 1993-07-12 | 光導波路型偏光子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0727935A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007333756A (ja) * | 2006-06-12 | 2007-12-27 | Fujitsu Ltd | 光導波路デバイスおよび光変調器 |
| US7712829B2 (en) | 2004-11-30 | 2010-05-11 | Johnson Controls Technology Company | Seat structure for vehicle |
| CN108535804A (zh) * | 2018-06-22 | 2018-09-14 | 南京天正明日自动化有限公司 | 一种铌酸锂光波导偏振器及制备方法 |
| CN113534334A (zh) * | 2020-04-15 | 2021-10-22 | 格芯(美国)集成电路科技有限公司 | 具有导电氧化物带的堆叠波导偏振器 |
| CN114486816A (zh) * | 2022-01-20 | 2022-05-13 | 浙江大学嘉兴研究院 | 一种光波导激发纳腔表面等离激元共振的方法 |
| CN116430516A (zh) * | 2023-04-21 | 2023-07-14 | 上海科技大学 | 一种光学起偏器 |
-
1993
- 1993-07-12 JP JP17171193A patent/JPH0727935A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7712829B2 (en) | 2004-11-30 | 2010-05-11 | Johnson Controls Technology Company | Seat structure for vehicle |
| JP2007333756A (ja) * | 2006-06-12 | 2007-12-27 | Fujitsu Ltd | 光導波路デバイスおよび光変調器 |
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| CN113534334A (zh) * | 2020-04-15 | 2021-10-22 | 格芯(美国)集成电路科技有限公司 | 具有导电氧化物带的堆叠波导偏振器 |
| CN113534334B (zh) * | 2020-04-15 | 2023-10-20 | 格芯(美国)集成电路科技有限公司 | 具有导电氧化物带的堆叠波导偏振器 |
| CN114486816A (zh) * | 2022-01-20 | 2022-05-13 | 浙江大学嘉兴研究院 | 一种光波导激发纳腔表面等离激元共振的方法 |
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| CN116430516B (zh) * | 2023-04-21 | 2024-03-08 | 上海科技大学 | 一种光学起偏器 |
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