JPH07287256A - 導波路型電気光学素子 - Google Patents
導波路型電気光学素子Info
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- JPH07287256A JPH07287256A JP6077633A JP7763394A JPH07287256A JP H07287256 A JPH07287256 A JP H07287256A JP 6077633 A JP6077633 A JP 6077633A JP 7763394 A JP7763394 A JP 7763394A JP H07287256 A JPH07287256 A JP H07287256A
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 電気光学効果を有する基板に形成された光導
波路と、基板との間にバッファ層を介して光導波路に近
接させて取り付けられた少なくとも１対の電極と、これ
らの電極間に電圧を印加する駆動回路とを有する導波路
型電気光学素子において、ＤＣドリフトを低減する。 【構成】 バッファ層12を、比誘電率が20〜1000の範囲
にある材料から形成する。
波路と、基板との間にバッファ層を介して光導波路に近
接させて取り付けられた少なくとも１対の電極と、これ
らの電極間に電圧を印加する駆動回路とを有する導波路
型電気光学素子において、ＤＣドリフトを低減する。 【構成】 バッファ層12を、比誘電率が20〜1000の範囲
にある材料から形成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電気光学効果を有する
基板に形成された光導波路と、この光導波路に近接して
配された少なくとも１対の電極とを有し、これらの電極
間に電圧を印加することによって導波光の変調や、スイ
ッチング等を行なうようにした導波路型電気光学素子に
関するものである。
基板に形成された光導波路と、この光導波路に近接して
配された少なくとも１対の電極とを有し、これらの電極
間に電圧を印加することによって導波光の変調や、スイ
ッチング等を行なうようにした導波路型電気光学素子に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】例えば特開平２−９３１号公報に示され
るように、電気光学効果を有する基板に形成された薄膜
光導波路と、その上に形成されて該光導波路に電気光学
的回折格子（Electro-Optic Grating ）を形成する格子
状電極（以下ＥＯＧ電極と称する）と、このＥＯＧ電極
に電圧を印加する駆動回路とからなり、上記光導波路を
導波する導波光を、ＥＯＧ電極への電圧印加状態に応じ
て選択的に回折させるようにした導波路型電気光学素子
が公知となっている。
るように、電気光学効果を有する基板に形成された薄膜
光導波路と、その上に形成されて該光導波路に電気光学
的回折格子（Electro-Optic Grating ）を形成する格子
状電極（以下ＥＯＧ電極と称する）と、このＥＯＧ電極
に電圧を印加する駆動回路とからなり、上記光導波路を
導波する導波光を、ＥＯＧ電極への電圧印加状態に応じ
て選択的に回折させるようにした導波路型電気光学素子
が公知となっている。
【０００３】このような導波路型電気光学素子を用いれ
ば、回折光と非回折光（０次光）のいずれか一方を使用
光としたとき、その使用光を回折の有無あるいは程度に
応じて変調することができる。また、上記回折の有無に
応じて導波光の光路を切り換える光スイッチを構成する
こともできる。
ば、回折光と非回折光（０次光）のいずれか一方を使用
光としたとき、その使用光を回折の有無あるいは程度に
応じて変調することができる。また、上記回折の有無に
応じて導波光の光路を切り換える光スイッチを構成する
こともできる。
【０００４】さらに、例えばJAPANESE JOURNAL OF APPL
IED PHYSICS （ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプ
ライド・フィジックス）Vol.20, No.4, April, 1981 p
p.733〜737 に示されるように、電気光学効果を有する
基板に方向性結合器を構成する２本のチャンネル光導波
路を形成し、各チャンネル光導波路の上に平板状電極を
配し、一方のチャンネル光導波路を導波する導波光を上
記電極への電圧印加状態に応じて選択的に他方のチャン
ネル光導波路に移行させるようにした導波路型電気光学
素子も知られている。
IED PHYSICS （ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプ
ライド・フィジックス）Vol.20, No.4, April, 1981 p
p.733〜737 に示されるように、電気光学効果を有する
基板に方向性結合器を構成する２本のチャンネル光導波
路を形成し、各チャンネル光導波路の上に平板状電極を
配し、一方のチャンネル光導波路を導波する導波光を上
記電極への電圧印加状態に応じて選択的に他方のチャン
ネル光導波路に移行させるようにした導波路型電気光学
素子も知られている。
【０００５】このような導波路型電気光学素子を用いれ
ば、上記他方のチャンネル光導波路から出射する光を使
用光として、その使用光を電極への電圧印加状態に基づ
いて変調することができるし、また、導波光の光路を切
り換える光スイッチを構成することもできる。
ば、上記他方のチャンネル光導波路から出射する光を使
用光として、その使用光を電極への電圧印加状態に基づ
いて変調することができるし、また、導波光の光路を切
り換える光スイッチを構成することもできる。
【０００６】ところで、上記のような導波路型電気光学
素子においては、電極による光散乱や光吸収を避けるた
めに、電極と基板との間に光学バッファ層を形成するこ
とが必要である。従来このバッファ層は、ＳｉＯ2 ある
いはＡｌ2 Ｏ3 から形成されていた。
素子においては、電極による光散乱や光吸収を避けるた
めに、電極と基板との間に光学バッファ層を形成するこ
とが必要である。従来このバッファ層は、ＳｉＯ2 ある
いはＡｌ2 Ｏ3 から形成されていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上述のよう
なバッファ層を設けた導波路型電気光学素子において
は、いわゆるＤＣドリフトすなわち、電圧を加えるのに
従って動作点が変動する現象が生じやすいことが認めら
れている。
なバッファ層を設けた導波路型電気光学素子において
は、いわゆるＤＣドリフトすなわち、電圧を加えるのに
従って動作点が変動する現象が生じやすいことが認めら
れている。
【０００８】このようなＤＣドリフトを防止するために
従来より、上記のJAPANESE JOURNALOF APPLIED PHYSICS
（ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フ
ィジックス）Vol.20, No.4, April, 1981 pp.733〜737
にも示されているように、バッファ層の電極間の部分を
取り除いて、バッファ層を電極毎に分離させることが提
案されている。
従来より、上記のJAPANESE JOURNALOF APPLIED PHYSICS
（ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フ
ィジックス）Vol.20, No.4, April, 1981 pp.733〜737
にも示されているように、バッファ層の電極間の部分を
取り除いて、バッファ層を電極毎に分離させることが提
案されている。
【０００９】しかし、入力光が短波長であったりあるい
は高強度である場合は、光導波路におけるリーク電流が
大きくなるため、上述のようにバッファ層を電極毎に分
離させてもＤＣドリフトを十分に低減させることはでき
ない。
は高強度である場合は、光導波路におけるリーク電流が
大きくなるため、上述のようにバッファ層を電極毎に分
離させてもＤＣドリフトを十分に低減させることはでき
ない。
【００１０】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
であり、入力光が短波長であったりあるいは高強度であ
る場合においても、ＤＣドリフトを十分に低減可能な導
波路型電気光学素子を提供することを目的とするもので
ある。
であり、入力光が短波長であったりあるいは高強度であ
る場合においても、ＤＣドリフトを十分に低減可能な導
波路型電気光学素子を提供することを目的とするもので
ある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明による導波路型電
気光学素子は、先に述べたように、電気光学効果を有す
る基板に形成された光導波路と、上記基板との間にバッ
ファ層を介して、上記光導波路に近接させて取り付けら
れた少なくとも１対の電極と、これらの電極間に電圧を
印加する駆動回路とを有する導波路型電気光学素子にお
いて、バッファ層が、比誘電率が20〜1000と、従来のバ
ッファ層の比誘電率（10以下）と比べて十分に大きい材
料から形成されたことを特徴とするものである。
気光学素子は、先に述べたように、電気光学効果を有す
る基板に形成された光導波路と、上記基板との間にバッ
ファ層を介して、上記光導波路に近接させて取り付けら
れた少なくとも１対の電極と、これらの電極間に電圧を
印加する駆動回路とを有する導波路型電気光学素子にお
いて、バッファ層が、比誘電率が20〜1000と、従来のバ
ッファ層の比誘電率（10以下）と比べて十分に大きい材
料から形成されたことを特徴とするものである。
【００１２】なお、そのようなバッファ層材料として具
体的には、ＨｆＯ2 、ＴｉＯ2 、ＳｒＴｉＯ3 、ＢａＴ
ｉＯ3 、ＬｉＮｂＯ3 、ＬｉＴａＯ3 、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔ
ｉ）Ｏ3 、（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3 等を好適
に用いることができる。また、これらの材料において、
化学量論比からずれた材料を用いることも可能である。
体的には、ＨｆＯ2 、ＴｉＯ2 、ＳｒＴｉＯ3 、ＢａＴ
ｉＯ3 、ＬｉＮｂＯ3 、ＬｉＴａＯ3 、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔ
ｉ）Ｏ3 、（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3 等を好適
に用いることができる。また、これらの材料において、
化学量論比からずれた材料を用いることも可能である。
【００１３】
【作用および発明の効果】図３に示すように、基板１の
上に薄膜光導波路２が形成され、さらにその上にバッフ
ァ層３を介して交差櫛形のＥＯＧ電極４が形成された構
造を考える。この構造の等価回路は図４のようなものと
なる。なお、Ｃ1 およびＲ1 はそれぞれバッファ層３の
容量と抵抗、Ｃ2 およびＲ2 はそれぞれ光導波路２の容
量と抵抗である。ここで、ＥＯＧ電極４の１対の電極片
４ａと４ｂとの間にＶ0 の電圧を印加したとすると、光
導波路２にかかる有効電圧Ｖは以下のように印加時間ｔ
の関数となる。
上に薄膜光導波路２が形成され、さらにその上にバッフ
ァ層３を介して交差櫛形のＥＯＧ電極４が形成された構
造を考える。この構造の等価回路は図４のようなものと
なる。なお、Ｃ1 およびＲ1 はそれぞれバッファ層３の
容量と抵抗、Ｃ2 およびＲ2 はそれぞれ光導波路２の容
量と抵抗である。ここで、ＥＯＧ電極４の１対の電極片
４ａと４ｂとの間にＶ0 の電圧を印加したとすると、光
導波路２にかかる有効電圧Ｖは以下のように印加時間ｔ
の関数となる。
【００１４】 Ｖ＝Ｖ0 ｛Ａ＋（Ｂ−Ａ）ｅｘｐ-t/τ｝ ……(1) ただしＡ＝Ｒ2 ／（Ｒ2 ＋４Ｒ1 ） Ｂ＝Ｃ1 ／（Ｃ1 ＋４Ｃ2 ） τ＝Ｒ1 Ｒ2 （Ｃ1 ＋４Ｃ2 ）／（Ｒ2 ＋４Ｒ1 ） すなわち、Ｖ0 の電圧が印加された瞬間の有効電圧Ｖは
Ｂ・Ｖ0 で、この有効電圧Ｖは時間τをかけてＡ・Ｖ0
に収れんする。先に説明したＤＣドリフトは、このよう
に光導波路２にかかる有効電圧Ｖが印加時間ｔに応じて
変化することに起因している。この有効電圧Ｖの変化を
抑えるには、τを十分に大きくするか、あるいは（Ｂ−
Ａ）の値を十分に小さくすればよいことになる。
Ｂ・Ｖ0 で、この有効電圧Ｖは時間τをかけてＡ・Ｖ0
に収れんする。先に説明したＤＣドリフトは、このよう
に光導波路２にかかる有効電圧Ｖが印加時間ｔに応じて
変化することに起因している。この有効電圧Ｖの変化を
抑えるには、τを十分に大きくするか、あるいは（Ｂ−
Ａ）の値を十分に小さくすればよいことになる。
【００１５】本発明においては、バッファ層材料の比誘
電率が従来と比べて大きいために、その容量Ｃ1 が大き
くなる。そこで、バッファ層３の抵抗Ｒ1 が同じである
とすると、バッファ層の容量Ｃ1 が大きいためにτが大
きくなる。したがって、バッファ層３の抵抗Ｒ1 と比べ
て光導波路２の抵抗Ｒ2 が著しく大きい場合（光導波路
２の抵抗Ｒ2 と比べてバッファ層３の抵抗Ｒ1 が著しく
小さい場合）以外は、τが十分に大きくなる効果で、有
効電圧Ｖの変化つまりＤＣドリフトが抑えられる。
電率が従来と比べて大きいために、その容量Ｃ1 が大き
くなる。そこで、バッファ層３の抵抗Ｒ1 が同じである
とすると、バッファ層の容量Ｃ1 が大きいためにτが大
きくなる。したがって、バッファ層３の抵抗Ｒ1 と比べ
て光導波路２の抵抗Ｒ2 が著しく大きい場合（光導波路
２の抵抗Ｒ2 と比べてバッファ層３の抵抗Ｒ1 が著しく
小さい場合）以外は、τが十分に大きくなる効果で、有
効電圧Ｖの変化つまりＤＣドリフトが抑えられる。
【００１６】バッファ層３の抵抗Ｒ1 と比べて光導波路
２の抵抗Ｒ2 が著しく大きい場合、バッファ層３を比誘
電率が大きい材料から形成すれば、その容量Ｃ1 が十分
に大きくなり、上記Ｂの値は１に近いものとなる。一
方、バッファ層３の抵抗Ｒ1 と比べて光導波路２の抵抗
Ｒ2 が著しく大きいのであれば、上記Ａの値も１に近い
ものとなっているから、（Ｂ−Ａ）の値は十分に小さく
なる。そこで、光導波路２にかかる有効電圧Ｖの変化を
少なく抑えて、ＤＣドリフトを十分に低減できるように
なる。
２の抵抗Ｒ2 が著しく大きい場合、バッファ層３を比誘
電率が大きい材料から形成すれば、その容量Ｃ1 が十分
に大きくなり、上記Ｂの値は１に近いものとなる。一
方、バッファ層３の抵抗Ｒ1 と比べて光導波路２の抵抗
Ｒ2 が著しく大きいのであれば、上記Ａの値も１に近い
ものとなっているから、（Ｂ−Ａ）の値は十分に小さく
なる。そこで、光導波路２にかかる有効電圧Ｖの変化を
少なく抑えて、ＤＣドリフトを十分に低減できるように
なる。
【００１７】以下、上述の作用効果をより具体的に説明
する。図５は、図３に示した構造において、バッファ層
３を比誘電率が異なる材料を用いて何種類か形成した際
に、ＤＣドリフト量がこの比誘電率に応じて変化する様
子を示している。この場合、バッファ層厚さは200 ｎ
ｍ、ＥＯＧ電極４の電極指周期Λ＝6.9 μｍ、電極対間
距離Ｌ＝0.69ｍｍである。また光導波路２の容量Ｃ2 ＝
0.16ｐＦ、光導波路２の抵抗Ｒ2 ＝１×1013Ωであり、
それらは各々バッファ層３を設けない構造において実験
的に求めた値である。
する。図５は、図３に示した構造において、バッファ層
３を比誘電率が異なる材料を用いて何種類か形成した際
に、ＤＣドリフト量がこの比誘電率に応じて変化する様
子を示している。この場合、バッファ層厚さは200 ｎ
ｍ、ＥＯＧ電極４の電極指周期Λ＝6.9 μｍ、電極対間
距離Ｌ＝0.69ｍｍである。また光導波路２の容量Ｃ2 ＝
0.16ｐＦ、光導波路２の抵抗Ｒ2 ＝１×1013Ωであり、
それらは各々バッファ層３を設けない構造において実験
的に求めた値である。
【００１８】ＤＣドリフト量は、電圧印加開始後１ｎse
c 経過時に光導波路２にかかる有効電圧Ｖを１として規
格化し、電圧印加開始後10sec 経過時の有効電圧Ｖの値
をもって示してある。つまりこの値は、電圧印加開始後
１ｎsec から10sec 経過するまでに、有効電圧Ｖが何倍
に変化するかを示すものである。また図中の実線はバッ
ファ層３の抵抗Ｒ1 が１×109 Ωと比較的低い場合、破
線はバッファ層３の抵抗Ｒ1 が１×1015Ωと比較的高い
場合を示している。
c 経過時に光導波路２にかかる有効電圧Ｖを１として規
格化し、電圧印加開始後10sec 経過時の有効電圧Ｖの値
をもって示してある。つまりこの値は、電圧印加開始後
１ｎsec から10sec 経過するまでに、有効電圧Ｖが何倍
に変化するかを示すものである。また図中の実線はバッ
ファ層３の抵抗Ｒ1 が１×109 Ωと比較的低い場合、破
線はバッファ層３の抵抗Ｒ1 が１×1015Ωと比較的高い
場合を示している。
【００１９】従来、この種のバッファ層の材料としては
一般にＳｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 が用いられており、前者の
比誘電率は４、後者の比誘電率は10である。この程度の
比誘電率を有する材料をバッファ層材料とする場合、Ｄ
Ｃドリフト量はかなり大きいものとなっている。
一般にＳｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 が用いられており、前者の
比誘電率は４、後者の比誘電率は10である。この程度の
比誘電率を有する材料をバッファ層材料とする場合、Ｄ
Ｃドリフト量はかなり大きいものとなっている。
【００２０】それに対して、バッファ層材料の比誘電率
が20以上となる辺りから、ＤＣドリフト量は、バッファ
層抵抗Ｒ1 が比較的低い場合もまた高い場合も顕著に低
減する。そして、バッファ層材料の比誘電率が1000を超
える辺りから、ＤＣドリフト量は１に収束する。つま
り、電圧印加開始後10sec 経過しても、有効電圧Ｖの値
は変化しなくなる。
が20以上となる辺りから、ＤＣドリフト量は、バッファ
層抵抗Ｒ1 が比較的低い場合もまた高い場合も顕著に低
減する。そして、バッファ層材料の比誘電率が1000を超
える辺りから、ＤＣドリフト量は１に収束する。つま
り、電圧印加開始後10sec 経過しても、有効電圧Ｖの値
は変化しなくなる。
【００２１】なお、比誘電率が1000を超える程度の薄膜
は成膜が困難であるという事情があるので、本発明にお
いては比誘電率の上限を1000とするものである。また、
バッファ層抵抗Ｒ1 が比較的低い場合もまた高い場合
も、比誘電率が200 を超えると、比誘電率が増大しても
ＤＣドリフト低減効果はさほど増大しない（つまり比誘
電率が200 程度に達すれば、もはや十分なＤＣドリフト
低減効果が得られる）ので、成膜の容易化の点からは、
比誘電率が20〜200 の材料からバッファ層を形成するの
が好ましい。
は成膜が困難であるという事情があるので、本発明にお
いては比誘電率の上限を1000とするものである。また、
バッファ層抵抗Ｒ1 が比較的低い場合もまた高い場合
も、比誘電率が200 を超えると、比誘電率が増大しても
ＤＣドリフト低減効果はさほど増大しない（つまり比誘
電率が200 程度に達すれば、もはや十分なＤＣドリフト
低減効果が得られる）ので、成膜の容易化の点からは、
比誘電率が20〜200 の材料からバッファ層を形成するの
が好ましい。
【００２２】以上、薄膜光導波路の上にバッファ層を介
して交差櫛形のＥＯＧ電極が形成された構造について述
べたが、平板状電極を用いてチャンネル光導波路に電圧
を印加する導波路型電気光学素子においては、前述の
(1) 式における４Ｒ1 、４Ｃ2 がそれぞれ２Ｒ1 、２Ｃ
2 に変わるだけである。そこでこの場合も、バッファ層
を比誘電率が大きい材料から形成すれば、上記と同様に
してＤＣドリフトを十分に低減できるようになる。
して交差櫛形のＥＯＧ電極が形成された構造について述
べたが、平板状電極を用いてチャンネル光導波路に電圧
を印加する導波路型電気光学素子においては、前述の
(1) 式における４Ｒ1 、４Ｃ2 がそれぞれ２Ｒ1 、２Ｃ
2 に変わるだけである。そこでこの場合も、バッファ層
を比誘電率が大きい材料から形成すれば、上記と同様に
してＤＣドリフトを十分に低減できるようになる。
【００２３】
【実施例】以下、図面に示す実施例に基づいて本発明を
詳細に説明する。図１および図２はそれぞれ、本発明の
第１実施例による導波路型電気光学素子の平面形状およ
び側面形状を示すものである。この導波路型電気光学素
子は光変調器として構成されたものであり、ＭｇＯがド
ープされたＬｉＮｂＯ3 基板10上に形成された薄膜光導
波路11と、その上に形成されたＨｆＯ2 膜からなるバッ
ファ層12と、このバッファ層12の上に形成されたＥＯＧ
電極13と、このＥＯＧ電極13を間において互いに離れる
状態で光導波路11の表面に形成された光入力用線状回折
格子（LinearGrating Coupler：以下ＬＧＣと称する）1
4および光出力用ＬＧＣ15と、上記ＥＯＧ電極13に所定
の電圧を印加する駆動回路16とを有している。
詳細に説明する。図１および図２はそれぞれ、本発明の
第１実施例による導波路型電気光学素子の平面形状およ
び側面形状を示すものである。この導波路型電気光学素
子は光変調器として構成されたものであり、ＭｇＯがド
ープされたＬｉＮｂＯ3 基板10上に形成された薄膜光導
波路11と、その上に形成されたＨｆＯ2 膜からなるバッ
ファ層12と、このバッファ層12の上に形成されたＥＯＧ
電極13と、このＥＯＧ電極13を間において互いに離れる
状態で光導波路11の表面に形成された光入力用線状回折
格子（LinearGrating Coupler：以下ＬＧＣと称する）1
4および光出力用ＬＧＣ15と、上記ＥＯＧ電極13に所定
の電圧を印加する駆動回路16とを有している。
【００２４】この導波路型電気光学素子の要部の作製方
法は、以下の通りである。まず、ＭｇＯがドープされた
ＬＩＮｂＯ3 基板（Ｘ板）10をピロリン酸中に浸漬して
140〜150 ℃でプロトン交換を行ない、さらに大気中で3
00 〜400 ℃×１時間のアニール処理を施して、光導波
路11を形成した。この場合は、400 〜800 ｎｍの光に対
して導波光の伝搬モードがシングルモードとなる光導波
路11が得られた。
法は、以下の通りである。まず、ＭｇＯがドープされた
ＬＩＮｂＯ3 基板（Ｘ板）10をピロリン酸中に浸漬して
140〜150 ℃でプロトン交換を行ない、さらに大気中で3
00 〜400 ℃×１時間のアニール処理を施して、光導波
路11を形成した。この場合は、400 〜800 ｎｍの光に対
して導波光の伝搬モードがシングルモードとなる光導波
路11が得られた。
【００２５】次いで、光導波路11上にフォトリソグラフ
ィーによりＥＯＧ電極のレジストパターンを形成した。
電極形状は、図３に示した電極４と同様の交差櫛形であ
り、櫛歯状部分の周期Λ＝6.9 μｍである。
ィーによりＥＯＧ電極のレジストパターンを形成した。
電極形状は、図３に示した電極４と同様の交差櫛形であ
り、櫛歯状部分の周期Λ＝6.9 μｍである。
【００２６】その後この電極パターンの上にバッファ層
12となるＨｆＯ2 を、スパッタリング法により成膜し
た。このスパッタリングは、ＡｒガスとＯ2 ガスの混合
雰囲気中で金属Ｈｆをターゲットにして行ない、全圧中
のＯ2 ガスの分圧比は30〜95％、混合ガス圧は10〜50ｍ
Torr、基板温度は150 ℃に設定した。また、このときの
成膜速度は１〜５ｎｍ／min であり、バッファ層として
のＨｆＯ2 膜の膜厚が、上記レジストパターンよりも薄
い200 〜300 ｎｍとなるようにスパッタ時間を制御し
た。
12となるＨｆＯ2 を、スパッタリング法により成膜し
た。このスパッタリングは、ＡｒガスとＯ2 ガスの混合
雰囲気中で金属Ｈｆをターゲットにして行ない、全圧中
のＯ2 ガスの分圧比は30〜95％、混合ガス圧は10〜50ｍ
Torr、基板温度は150 ℃に設定した。また、このときの
成膜速度は１〜５ｎｍ／min であり、バッファ層として
のＨｆＯ2 膜の膜厚が、上記レジストパターンよりも薄
い200 〜300 ｎｍとなるようにスパッタ時間を制御し
た。
【００２７】ＨｆＯ2 膜を成膜した後、その上に電極材
料であるＡｌを蒸着し、次いでレジストをリフトオフす
ることにより、ＥＯＧ電極13が得られる。なおこの場
合、バッファ層12は各電極部分毎に分離したものとな
る。
料であるＡｌを蒸着し、次いでレジストをリフトオフす
ることにより、ＥＯＧ電極13が得られる。なおこの場
合、バッファ層12は各電極部分毎に分離したものとな
る。
【００２８】以下、この導波路型電気光学素子の動作を
説明する。変調される光ビーム20を発する例えばＨｅ−
Ｎｅレーザー等のレーザー光源21は、平行光であるこの
光ビーム20が、基板10の斜めにカットされた端面10ａを
通過し、光導波路11を透過してＬＧＣ14の部分に入射す
るように配置されている。それにより、光ビーム20はこ
のＬＧＣ14で回折して光導波路11内に入射し、該光導波
路11を導波モードで矢印Ａ方向に進行する。
説明する。変調される光ビーム20を発する例えばＨｅ−
Ｎｅレーザー等のレーザー光源21は、平行光であるこの
光ビーム20が、基板10の斜めにカットされた端面10ａを
通過し、光導波路11を透過してＬＧＣ14の部分に入射す
るように配置されている。それにより、光ビーム20はこ
のＬＧＣ14で回折して光導波路11内に入射し、該光導波
路11を導波モードで矢印Ａ方向に進行する。
【００２９】この光ビーム（導波光）20は、ＥＯＧ電極
13に対応する部分を通って導波するが、ＥＯＧ電極13に
電圧が印加されていない状態では、この導波光20は直進
する。一方、ＥＯＧ電極13に駆動回路16から所定の電圧
が印加されると、電気光学効果を有する光導波路11の屈
折率が変化して光導波路11に回折格子が形成され、導波
光20はその回折格子により回折する。以上のようにして
回折した光ビーム20Ａおよび回折しない光ビーム20Ｂ
は、ＬＧＣ15において基板10側に回折し、この基板10の
斜めにカットされた端面10ｂから素子外に出射する。
13に対応する部分を通って導波するが、ＥＯＧ電極13に
電圧が印加されていない状態では、この導波光20は直進
する。一方、ＥＯＧ電極13に駆動回路16から所定の電圧
が印加されると、電気光学効果を有する光導波路11の屈
折率が変化して光導波路11に回折格子が形成され、導波
光20はその回折格子により回折する。以上のようにして
回折した光ビーム20Ａおよび回折しない光ビーム20Ｂ
は、ＬＧＣ15において基板10側に回折し、この基板10の
斜めにカットされた端面10ｂから素子外に出射する。
【００３０】そこでこの素子外に出射した例えば光ビー
ム20Ａを使用光とすれば、前記駆動回路16による電圧印
加の有無に応じてこの光ビーム20Ａを変調することがで
きる。例えば所定の画像信号に基づいてこの光ビーム20
Ａを変調する場合は、その画像信号に基づいて駆動回路
16による電圧印加を制御すればよい。
ム20Ａを使用光とすれば、前記駆動回路16による電圧印
加の有無に応じてこの光ビーム20Ａを変調することがで
きる。例えば所定の画像信号に基づいてこの光ビーム20
Ａを変調する場合は、その画像信号に基づいて駆動回路
16による電圧印加を制御すればよい。
【００３１】次に、本実施例の導波路型電気光学素子に
おけるＤＣドリフトについて説明する。ＤＣドリフトを
観測するために、波長514.5 ｎｍの光ビーム20を光導波
路11に入射させ、ＥＯＧ電極13に８分間一定電圧Ｖ0 を
印加し、そのとき回折した光ビーム20Ａの光強度を連続
的に測定した。この印加電圧Ｖ0 は、最大回折光量を得
るために必要な電圧Ｖπの１／２とした。
おけるＤＣドリフトについて説明する。ＤＣドリフトを
観測するために、波長514.5 ｎｍの光ビーム20を光導波
路11に入射させ、ＥＯＧ電極13に８分間一定電圧Ｖ0 を
印加し、そのとき回折した光ビーム20Ａの光強度を連続
的に測定した。この印加電圧Ｖ0 は、最大回折光量を得
るために必要な電圧Ｖπの１／２とした。
【００３２】この測定に供した導波路型電気光学素子の
ＥＯＧ電極13の電極指周期Λ＝6.9μｍであり、バッフ
ァ層12の厚さは200 ｎｍである。また、本例のバッファ
層12の材料であるＨｆＯ2 によりＭＩＭコンデンサーを
作成し、そこに振幅500 ｍＶ、周波数100 ｋＨｚの交流
電圧を印加し、そのときのインピーダンスを測定してコ
ンデンサー容量を求めた。この容量値を比誘電率に換算
したところ、30であった。そしてこのバッファ層12の比
抵抗は１×108 〜１×1010Ωｃｍ、光導波路１１の比抵
抗は１×１０８ 〜１×1010Ωｃｍであった。
ＥＯＧ電極13の電極指周期Λ＝6.9μｍであり、バッフ
ァ層12の厚さは200 ｎｍである。また、本例のバッファ
層12の材料であるＨｆＯ2 によりＭＩＭコンデンサーを
作成し、そこに振幅500 ｍＶ、周波数100 ｋＨｚの交流
電圧を印加し、そのときのインピーダンスを測定してコ
ンデンサー容量を求めた。この容量値を比誘電率に換算
したところ、30であった。そしてこのバッファ層12の比
抵抗は１×108 〜１×1010Ωｃｍ、光導波路１１の比抵
抗は１×１０８ 〜１×1010Ωｃｍであった。
【００３３】光ビーム20Ａの光強度測定結果を図６に示
す。なお、同図の（１）、（２）、（３）は、導波光の
パワー密度がそれぞれ５Ｗ／ｃｍ2 、0.5 Ｗ／ｃｍ2 、
0.05Ｗ／ｃｍ2 の各場合の光強度測定結果を示してい
る。また光強度は相対値で示してあるが、相対値１が示
す絶対値は、この図６と後述する図７においてすべて共
通である。図６に示される通り、導波光のパワー密度が
低い場合も、また５Ｗ／ｃｍ2 とかなり高い場合も、回
折した光ビーム20Ａの光強度は８分間ほとんど変動する
ことがなく、顕著なＤＣドリフトは発生していない。
す。なお、同図の（１）、（２）、（３）は、導波光の
パワー密度がそれぞれ５Ｗ／ｃｍ2 、0.5 Ｗ／ｃｍ2 、
0.05Ｗ／ｃｍ2 の各場合の光強度測定結果を示してい
る。また光強度は相対値で示してあるが、相対値１が示
す絶対値は、この図６と後述する図７においてすべて共
通である。図６に示される通り、導波光のパワー密度が
低い場合も、また５Ｗ／ｃｍ2 とかなり高い場合も、回
折した光ビーム20Ａの光強度は８分間ほとんど変動する
ことがなく、顕著なＤＣドリフトは発生していない。
【００３４】次に、本発明に対する比較例として、バッ
ファ層を従来装置と同様にＳｉＯ2から形成した導波路
型電気光学素子について説明する。この比較例の導波路
型電気光学素子は、図１および図２に示した導波路型電
気光学素子と比較すると、基本的にはバッファ層材料が
異なるだけであり、以下では適宜図１および図２中の番
号を引用して説明する。
ファ層を従来装置と同様にＳｉＯ2から形成した導波路
型電気光学素子について説明する。この比較例の導波路
型電気光学素子は、図１および図２に示した導波路型電
気光学素子と比較すると、基本的にはバッファ層材料が
異なるだけであり、以下では適宜図１および図２中の番
号を引用して説明する。
【００３５】この比較例の導波路型電気光学素子の作製
方法は、ＭｇＯがドープされたＬＩＮｂＯ3 基板（Ｘ
板）10に光導波路11を形成し、その上にＥＯＧ電極のレ
ジストパターンを形成するところまでは、前記実施例に
おけるのと同様である。また、電極形状も前記実施例と
同様である。
方法は、ＭｇＯがドープされたＬＩＮｂＯ3 基板（Ｘ
板）10に光導波路11を形成し、その上にＥＯＧ電極のレ
ジストパターンを形成するところまでは、前記実施例に
おけるのと同様である。また、電極形状も前記実施例と
同様である。
【００３６】そして、ＥＯＧ電極のレジストパターンを
形成した後、この電極パターンの上にバッファ層12とな
るＳｉＯ2 を、スパッタリング法により成膜した。この
スパッタリングは、ＡｒガスとＯ2 ガスの混合雰囲気中
でＳｉＯ2 焼結体をターゲットにして行ない、全圧中の
Ｏ2 ガスの分圧比は10％、混合ガス圧は５ｍTorr、基板
温度は150 ℃に設定した。また、このときの成膜速度は
10ｎｍ／min であり、バッファ層としての膜厚が上記レ
ジストパターンよりも薄い100 〜200 ｎｍとなるように
スパッタ時間を制御した。
形成した後、この電極パターンの上にバッファ層12とな
るＳｉＯ2 を、スパッタリング法により成膜した。この
スパッタリングは、ＡｒガスとＯ2 ガスの混合雰囲気中
でＳｉＯ2 焼結体をターゲットにして行ない、全圧中の
Ｏ2 ガスの分圧比は10％、混合ガス圧は５ｍTorr、基板
温度は150 ℃に設定した。また、このときの成膜速度は
10ｎｍ／min であり、バッファ層としての膜厚が上記レ
ジストパターンよりも薄い100 〜200 ｎｍとなるように
スパッタ時間を制御した。
【００３７】このＳｉＯ2 膜を成膜した後、その上に電
極材料であるＡｌを蒸着し、次いでレジストをリフトオ
フすることにより、ＥＯＧ電極13が得られる。
極材料であるＡｌを蒸着し、次いでレジストをリフトオ
フすることにより、ＥＯＧ電極13が得られる。
【００３８】次に、この比較例の導波路型電気光学素子
におけるＤＣドリフトについて説明する。ＤＣドリフト
の観測は、前記第１実施例の場合と同様にして行なっ
た。なおこの場合も、ＥＯＧ電極13の電極指周期Λ＝6.
9 μｍであり、バッファ層12の厚さは100 ｎｍである。
におけるＤＣドリフトについて説明する。ＤＣドリフト
の観測は、前記第１実施例の場合と同様にして行なっ
た。なおこの場合も、ＥＯＧ電極13の電極指周期Λ＝6.
9 μｍであり、バッファ層12の厚さは100 ｎｍである。
【００３９】また、本比較例のバッファ層12の材料であ
るＳｉＯ2 の比誘電率は、ＭＩＭコンデンサーを作成
し、100 ｋＨｚの容量値を測定して比誘電率に換算した
ところ、４であった。そしてこのバッファ層12の比抵抗
は、１×1012〜１×1015Ωｃｍ、光導波路11の比抵抗は
１×108 〜１×1010Ωｃｍであった。
るＳｉＯ2 の比誘電率は、ＭＩＭコンデンサーを作成
し、100 ｋＨｚの容量値を測定して比誘電率に換算した
ところ、４であった。そしてこのバッファ層12の比抵抗
は、１×1012〜１×1015Ωｃｍ、光導波路11の比抵抗は
１×108 〜１×1010Ωｃｍであった。
【００４０】回折した光ビーム20Ａの光強度を測定した
結果を図７に示す。なお、同図の（１）、（２）、
（３）は、導波光のパワー密度がそれぞれ５Ｗ／ｃ
ｍ2 、0.5 Ｗ／ｃｍ2 、0.05Ｗ／ｃｍ2 の各場合の光強
度測定結果を示している。図示される通りこの比較例に
おいては、回折光の光強度は電圧印加を開始してから時
間が経過するのにつれて徐々に低下し、顕著なＤＣドリ
フトが生じていることが分かる。特に、導波光のパワー
密度が５Ｗ／ｃｍ2 と大きい場合は、その傾向が大であ
る。
結果を図７に示す。なお、同図の（１）、（２）、
（３）は、導波光のパワー密度がそれぞれ５Ｗ／ｃ
ｍ2 、0.5 Ｗ／ｃｍ2 、0.05Ｗ／ｃｍ2 の各場合の光強
度測定結果を示している。図示される通りこの比較例に
おいては、回折光の光強度は電圧印加を開始してから時
間が経過するのにつれて徐々に低下し、顕著なＤＣドリ
フトが生じていることが分かる。特に、導波光のパワー
密度が５Ｗ／ｃｍ2 と大きい場合は、その傾向が大であ
る。
【００４１】前述の図６に示した測定結果を、この図７
の測定結果と照らし合わせれば、本発明により明らかな
ＤＣドリフト低減効果が得られていることが分かる。
の測定結果と照らし合わせれば、本発明により明らかな
ＤＣドリフト低減効果が得られていることが分かる。
【００４２】次に、図８を参照して本発明の第２実施例
について説明する。この第２実施例の導波路型電気光学
素子は、ＭｇＯがドープされたＬＩＮｂＯ3 基板10と、
該基板10に形成された、Ｙ分岐光導波路を２つ接続した
形のチャンネル光導波路30と、このチャンネル光導波路
30の一方の分岐部分30ａを挟むようにして基板10上に形
成された１対の平板状電極31，31と、これらの平板状電
極31，31に所定の電圧を印加する駆動回路32とを有して
いる。またこの場合も、各平板状電極31と基板10との間
には、ＨｆＯ2 膜からなるバッファ層33が介設されてい
る。
について説明する。この第２実施例の導波路型電気光学
素子は、ＭｇＯがドープされたＬＩＮｂＯ3 基板10と、
該基板10に形成された、Ｙ分岐光導波路を２つ接続した
形のチャンネル光導波路30と、このチャンネル光導波路
30の一方の分岐部分30ａを挟むようにして基板10上に形
成された１対の平板状電極31，31と、これらの平板状電
極31，31に所定の電圧を印加する駆動回路32とを有して
いる。またこの場合も、各平板状電極31と基板10との間
には、ＨｆＯ2 膜からなるバッファ層33が介設されてい
る。
【００４３】上記構成の導波路型電気光学素子におい
て、入力光34はチャンネル光導波路30の図中左端から入
力され、１番目のＹ分岐で分岐され、分岐部分30ａおよ
び30ｂを導波してから２番目のＹ分岐で再度合成され
る。この合成された光は、チャンネル光導波路30の図中
右端から出力光34Ａとして出力される。
て、入力光34はチャンネル光導波路30の図中左端から入
力され、１番目のＹ分岐で分岐され、分岐部分30ａおよ
び30ｂを導波してから２番目のＹ分岐で再度合成され
る。この合成された光は、チャンネル光導波路30の図中
右端から出力光34Ａとして出力される。
【００４４】チャンネル光導波路30の一方の分岐部分30
ａに電極31，31を介して所定電圧が印加されると、この
分岐部分30ａの屈折率が変化するので、分岐部分30ａを
導波する光はこの電圧印加の有無に応じて位相変調され
る。そして、この分岐部分30ａを導波した光と、分岐部
分30ｂを導波した光は合成されたとき干渉するので、出
力光34Ａは上記電圧印加の有無に応じて強度変調され
る。
ａに電極31，31を介して所定電圧が印加されると、この
分岐部分30ａの屈折率が変化するので、分岐部分30ａを
導波する光はこの電圧印加の有無に応じて位相変調され
る。そして、この分岐部分30ａを導波した光と、分岐部
分30ｂを導波した光は合成されたとき干渉するので、出
力光34Ａは上記電圧印加の有無に応じて強度変調され
る。
【００４５】この第２実施例の導波路型電気光学素子に
おいても、第１実施例と同様にバッファ層33が、比誘電
率が30と大きいＨｆＯ2 膜から形成されているので、Ｄ
Ｃドリフト低減効果が得られる。
おいても、第１実施例と同様にバッファ層33が、比誘電
率が30と大きいＨｆＯ2 膜から形成されているので、Ｄ
Ｃドリフト低減効果が得られる。
【００４６】次に、図９を参照して本発明の第３実施例
について説明する。この第３実施例の導波路型電気光学
素子は、ＭｇＯがドープされたＬＩＮｂＯ3 基板10と、
該基板10に形成された、方向性結合器を構成する２つの
チャンネル光導波路40Ａ、40Ｂと、一方のチャンネル光
導波路40Ａを挟むようにして基板10上に形成された１対
の平板状電極41，41と、これらの平板状電極41，41に所
定の電圧を印加する駆動回路42とを有している。またこ
の場合も、各平板状電極41と基板10との間には、ＨｆＯ
2 膜からなるバッファ層43が介設されている。
について説明する。この第３実施例の導波路型電気光学
素子は、ＭｇＯがドープされたＬＩＮｂＯ3 基板10と、
該基板10に形成された、方向性結合器を構成する２つの
チャンネル光導波路40Ａ、40Ｂと、一方のチャンネル光
導波路40Ａを挟むようにして基板10上に形成された１対
の平板状電極41，41と、これらの平板状電極41，41に所
定の電圧を印加する駆動回路42とを有している。またこ
の場合も、各平板状電極41と基板10との間には、ＨｆＯ
2 膜からなるバッファ層43が介設されている。
【００４７】上記構成の導波路型電気光学素子におい
て、入力光44は一方のチャンネル光導波路40Ａに入力さ
れてそこを導波し、両光導波路40Ａ、40Ｂが近接してい
る部分において他方のチャンネル光導波路40Ｂに浸み出
し、そこを導波して該光導波路40Ｂから出力光44Ａとし
て出力される。
て、入力光44は一方のチャンネル光導波路40Ａに入力さ
れてそこを導波し、両光導波路40Ａ、40Ｂが近接してい
る部分において他方のチャンネル光導波路40Ｂに浸み出
し、そこを導波して該光導波路40Ｂから出力光44Ａとし
て出力される。
【００４８】チャンネル光導波路40Ａに電極41，41を介
して所定電圧が印加されると、この光導波路40Ａの屈折
率が変化するので、該光導波路40Ａから光導波路40Ｂへ
の導波光の浸み出しの大きさが変化する。そこで出力光
44Ａは、上記電圧印加の有無に応じて強度変調される。
して所定電圧が印加されると、この光導波路40Ａの屈折
率が変化するので、該光導波路40Ａから光導波路40Ｂへ
の導波光の浸み出しの大きさが変化する。そこで出力光
44Ａは、上記電圧印加の有無に応じて強度変調される。
【００４９】この第３実施例の導波路型電気光学素子に
おいても、第１、２実施例と同様にバッファ層43が、比
誘電率が30と大きいＨｆＯ2 膜から形成されているの
で、ＤＣドリフト低減効果が得られる。
おいても、第１、２実施例と同様にバッファ層43が、比
誘電率が30と大きいＨｆＯ2 膜から形成されているの
で、ＤＣドリフト低減効果が得られる。
【００５０】なお本発明は、先に説明したプロトン交換
／アニール光導波路に限らず、その他プロトン交換光導
波路やＴｉ拡散光導波路を有する導波路型電気光学素子
に対しても適用可能で、同様の効果を奏するものであ
る。
／アニール光導波路に限らず、その他プロトン交換光導
波路やＴｉ拡散光導波路を有する導波路型電気光学素子
に対しても適用可能で、同様の効果を奏するものであ
る。
【００５１】さらに、本発明においてバッファ層を形成
する材料も、上述の各実施例で用いられたＨｆＯ2 に限
らず、その他例えばＴｉＯ2 、ＳｒＴｉＯ3 、ＢａＴｉ
Ｏ3、ＬｉＮｂＯ3 、ＬｉＴａＯ3 、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔ
ｉ）Ｏ3 、（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3 等を利用
することもできる。
する材料も、上述の各実施例で用いられたＨｆＯ2 に限
らず、その他例えばＴｉＯ2 、ＳｒＴｉＯ3 、ＢａＴｉ
Ｏ3、ＬｉＮｂＯ3 、ＬｉＴａＯ3 、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔ
ｉ）Ｏ3 、（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3 等を利用
することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例による導波路型電気光学素
子を示す平面図
子を示す平面図
【図２】上記第１実施例の導波路型電気光学素子の側面
図
図
【図３】本発明に用いられる電極の一例を示す斜視図
【図４】図３の構造の等価回路を示す電気回路図
【図５】バッファ層材料の比誘電率とＤＣドリフト量と
の関係を示すグラフ
の関係を示すグラフ
【図６】上記第１実施例の導波路型電気光学素子のＤＣ
ドリフト量測定結果を示すグラフ
ドリフト量測定結果を示すグラフ
【図７】本発明に対する比較例の導波路型電気光学素子
のＤＣドリフト量測定結果を示すグラフ
のＤＣドリフト量測定結果を示すグラフ
【図８】本発明の第２実施例による導波路型電気光学素
子を示す斜視図
子を示す斜視図
【図９】本発明の第３実施例による導波路型電気光学素
子を示す斜視図
子を示す斜視図
１ 基板 ２ 薄膜光導波路 ３ バッファ層 ４ ＥＯＧ電極 10 ＭｇＯドープＬｉＮｂＯ3 基板 11 薄膜光導波路 12 バッファ層 13 ＥＯＧ電極 16 駆動回路 20 光ビーム 20Ａ 回折した光ビーム 20Ｂ 回折しない光ビーム 30 チャンネル光導波路 31 平板状電極 32 駆動回路 33 バッファ層 40Ａ、40Ｂ チャンネル光導波路 41 平板状電極 42 駆動回路 43 バッファ層
Claims (3)
- 【請求項１】 電気光学効果を有する基板に形成された
光導波路と、 前記基板との間にバッファ層を介して、前記光導波路に
近接させて取り付けられた少なくとも１対の電極と、 これらの電極間に電圧を印加する駆動回路とを有する導
波路型電気光学素子において、 前記バッファ層が、比誘電率が20〜1000の範囲にある材
料から形成されていることを特徴とする導波路型電気光
学素子。 - 【請求項２】 前記バッファ層が、比誘電率が20〜200
の範囲にある材料から形成されていることを特徴とする
請求項１記載の導波路型電気光学素子。 - 【請求項３】 前記バッファ層の材料がＨｆＯ2 、Ｔｉ
Ｏ2 、ＳｒＴｉＯ3、ＢａＴｉＯ3 、ＬｉＮｂＯ3 、Ｌ
ｉＴａＯ3 、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3 または（Ｐｂ，Ｌ
ａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3 であることを特徴とする請求項
１または２記載の導波路型電気光学素子。
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