JPS60243606A - 薄膜型光学素子 - Google Patents
薄膜型光学素子Info
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- JPS60243606A JPS60243606A JP59100298A JP10029884A JPS60243606A JP S60243606 A JPS60243606 A JP S60243606A JP 59100298 A JP59100298 A JP 59100298A JP 10029884 A JP10029884 A JP 10029884A JP S60243606 A JPS60243606 A JP S60243606A
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- crystal substrate
- optical element
- optical waveguide
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- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
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- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、薄膜型光学素子に関する本のである。
従来、薄膜型即ち、光導波路を用いた電気光学（ＫＯ）
素子或いは音響光学（ＡＯ）素子等が、光偏向器、光変
調器、スペクトラムアナライザー、相関器等に用いられ
ている。上記光学素子を形成する場合の基板としては、
圧電性、音響光学効果及び電気光学効果に優れ、かつ光
伝搬損失が少ないニオブ酸リチウム（以下ＬｉＮｂ０．
と記す）結晶及びメンタル酸リチウム（以下ＬｉＴａ０
．と記す）結晶が広く用いられている。この様な結晶基
板を用いて、薄膜光導波路を作製する代表的な方法とし
て、チタン（以下Ｔ１と記す）を前記結晶基板表面に、
高温で熱拡散することによシ、該結晶基板表面に、基板
の屈折率よ如わずかに天外な屈折率を有する光導波路層
を形成する方法がある。しかし、この方法により作製さ
れた薄膜光導波路は、光学損傷を受け易く、非常に小さ
いパワーの光しか該導波路に導入できないという欠点が
ある。ここで光学損傷とは、［光導波路に入力する光強
度を増大していったときに、該光導波路内を伝播し外部
に取り出される光の強度が、散乱によって前記入力光強
度に比例して増大しなくなる現象」を１゛う。
素子或いは音響光学（ＡＯ）素子等が、光偏向器、光変
調器、スペクトラムアナライザー、相関器等に用いられ
ている。上記光学素子を形成する場合の基板としては、
圧電性、音響光学効果及び電気光学効果に優れ、かつ光
伝搬損失が少ないニオブ酸リチウム（以下ＬｉＮｂ０．
と記す）結晶及びメンタル酸リチウム（以下ＬｉＴａ０
．と記す）結晶が広く用いられている。この様な結晶基
板を用いて、薄膜光導波路を作製する代表的な方法とし
て、チタン（以下Ｔ１と記す）を前記結晶基板表面に、
高温で熱拡散することによシ、該結晶基板表面に、基板
の屈折率よ如わずかに天外な屈折率を有する光導波路層
を形成する方法がある。しかし、この方法により作製さ
れた薄膜光導波路は、光学損傷を受け易く、非常に小さ
いパワーの光しか該導波路に導入できないという欠点が
ある。ここで光学損傷とは、［光導波路に入力する光強
度を増大していったときに、該光導波路内を伝播し外部
に取り出される光の強度が、散乱によって前記入力光強
度に比例して増大しなくなる現象」を１゛う。
前記光学損傷を改善する光導波路の作製方法としては、
Ｉ、ｉＮｔ＋ｏ、やＬｉＴａ０．の結晶基板を高温で熱
処理し、該結晶基板中から酸化リチウム（以下Ｌ１２０
と記す）を外部拡散し、基板の表面近傍に基板よシわず
かに屈折率の大きなリチウム（以下Ｌ１と記す）空格子
層を形成する方法がある。上記Ｌｉ２Ｏ外部拡散法によ
シ、光学損傷のし訴い値がＴ１の内部拡散法に比べて高
くなることが文献（Ｒ，Ｌ、Ｈｏｌｍａｎ ６ｃ Ｐ、
Ｊ、 ０ｒｅｓｓｕ＋ａｎ、ＩＯＣ。
Ｉ、ｉＮｔ＋ｏ、やＬｉＴａ０．の結晶基板を高温で熱
処理し、該結晶基板中から酸化リチウム（以下Ｌ１２０
と記す）を外部拡散し、基板の表面近傍に基板よシわず
かに屈折率の大きなリチウム（以下Ｌ１と記す）空格子
層を形成する方法がある。上記Ｌｉ２Ｏ外部拡散法によ
シ、光学損傷のし訴い値がＴ１の内部拡散法に比べて高
くなることが文献（Ｒ，Ｌ、Ｈｏｌｍａｎ ６ｃ Ｐ、
Ｊ、 ０ｒｅｓｓｕ＋ａｎ、ＩＯＣ。
９０、２８ Ａｐｒｉｌ （１９８１） ）に示されて
いる。
いる。
ところで、光偏向器、光変調器を光音舎効果や電気光学
効果を利用して実現しようとする場合、前記各効果の効
率を上げることが素子形成において重要になる。光音譬
効果を利用する代表例としては、光導波路上にホ） Ｉ
Ｊソゲラフイーで作製したくし形電極に高周波電界を印
加し、光導波路上に弾性表面波を励起させる方法がある
。この場合、光導波路上に励起された弾性表面波と光導
波路中を伝播する導波光との相互作用は、導波光のエネ
ルギー分布が基板表面近傍に閉じ込められるほど増大す
ることが知られている。Ｅ Ｃ１Ｓ、 Ｔｓａｉ、工Ｅ
ＫＥ ＴＲＡＮＳＡＯＴＩＯＮＳ ０ＩＪＯＩＲＯＵ工
Ｔｓ ＡＮＤ ＳＹＳＴＥＭＳ、 ＶＯＬ、０ＡＳ−２
６，１２，１９７９）上記相互作用を最大限に利用する
という観点率変化が小さい為、１０〜１００μｍ程度と
かな多厚くする必要があり、導波光のエネルギー分布が
厚さ方向に広がって好ましくない。従って、前述のＬｉ
２Ｏ外部拡散法によって作製された薄膜型光学素子を前
記光偏向器等に利用する場合、効率の高い装置の実現が
困雌であった。
効果を利用して実現しようとする場合、前記各効果の効
率を上げることが素子形成において重要になる。光音譬
効果を利用する代表例としては、光導波路上にホ） Ｉ
Ｊソゲラフイーで作製したくし形電極に高周波電界を印
加し、光導波路上に弾性表面波を励起させる方法がある
。この場合、光導波路上に励起された弾性表面波と光導
波路中を伝播する導波光との相互作用は、導波光のエネ
ルギー分布が基板表面近傍に閉じ込められるほど増大す
ることが知られている。Ｅ Ｃ１Ｓ、 Ｔｓａｉ、工Ｅ
ＫＥ ＴＲＡＮＳＡＯＴＩＯＮＳ ０ＩＪＯＩＲＯＵ工
Ｔｓ ＡＮＤ ＳＹＳＴＥＭＳ、 ＶＯＬ、０ＡＳ−２
６，１２，１９７９）上記相互作用を最大限に利用する
という観点率変化が小さい為、１０〜１００μｍ程度と
かな多厚くする必要があり、導波光のエネルギー分布が
厚さ方向に広がって好ましくない。従って、前述のＬｉ
２Ｏ外部拡散法によって作製された薄膜型光学素子を前
記光偏向器等に利用する場合、効率の高い装置の実現が
困雌であった。
一方、光学損傷を改善する薄膜光導波路の他の作製方法
として、イオン交換法が知られている。この方法は、硝
酸タリウム（以下ＴｌＮＯ３と記す）、硝酸銀（以下Ａ
ｇＮＯ３と記す）、硝酸カリウム（以下ＫＮＯ３と記す
）尋の溶融塩中又は、安息香酸（Ｃ！６Ｈ５（１！００
１（）等の弱酸中で、ＬｉＮｂ０．又は、ＬｉＴａＯ３
の結晶基板を低温熱処理することによｐ、該結晶基板内
のリチウムイオン（Ｌｉ”）が弱酸中のプロトン（Ｈ＋
）等のイオン種と交換され、大きな屈折率差（△ｈ〜０
．１２ ）をもつ光導波路層が形成されるものである。
として、イオン交換法が知られている。この方法は、硝
酸タリウム（以下ＴｌＮＯ３と記す）、硝酸銀（以下Ａ
ｇＮＯ３と記す）、硝酸カリウム（以下ＫＮＯ３と記す
）尋の溶融塩中又は、安息香酸（Ｃ！６Ｈ５（１！００
１（）等の弱酸中で、ＬｉＮｂ０．又は、ＬｉＴａＯ３
の結晶基板を低温熱処理することによｐ、該結晶基板内
のリチウムイオン（Ｌｉ”）が弱酸中のプロトン（Ｈ＋
）等のイオン種と交換され、大きな屈折率差（△ｈ〜０
．１２ ）をもつ光導波路層が形成されるものである。
上記イオン交換法によシ作製された薄膜光導波路の光学
損傷のしきい値は、Ｔ１拡散のものよシ数１０倍程度向
上する良い特性をもつ反面、上記イオン交換処理によっ
てＬｉＮｂＯ３，Ｌ１ＴａＯ５結晶個有の圧電性や電気
光学特性が低下し、例えば光偏向器に用いる場合、導波
光の回折効率が下がるという問題点を有していた。
損傷のしきい値は、Ｔ１拡散のものよシ数１０倍程度向
上する良い特性をもつ反面、上記イオン交換処理によっ
てＬｉＮｂＯ３，Ｌ１ＴａＯ５結晶個有の圧電性や電気
光学特性が低下し、例えば光偏向器に用いる場合、導波
光の回折効率が下がるという問題点を有していた。
しかしながら、本発明者は研究の結果、前記回折効率の
低下は、プロトンの注入によって必ず起こるものではな
く、従来と異なった状態でプロトンを結合する事によっ
て防止できる事を見出した。
低下は、プロトンの注入によって必ず起こるものではな
く、従来と異なった状態でプロトンを結合する事によっ
て防止できる事を見出した。
本発明の目的は、前記従来例の問題点を解決し、光学損
傷のしきい値が十分高く、がっ、効率良く機能する光機
能装置を構成することのできる薄膜型光学素子を提供す
ることにある。
傷のしきい値が十分高く、がっ、効率良く機能する光機
能装置を構成することのできる薄膜型光学素子を提供す
ることにある。
上記本発明の目的は、ニオブ酸リチウム結晶基板又はタ
ンタル酸リチウム結晶基板の表面にプロトンを注入若し
くは熱拡散せしめ光導波路層を形成した薄膜型光学素子
において、前記光導波路層のプロトンによるＯＨ基の赤
外吸収スペクトルの吸収ピークを波数５４８０ ｃｍ−
’から３５０５ｃｍ”の範囲とする事によって達成され
る。
ンタル酸リチウム結晶基板の表面にプロトンを注入若し
くは熱拡散せしめ光導波路層を形成した薄膜型光学素子
において、前記光導波路層のプロトンによるＯＨ基の赤
外吸収スペクトルの吸収ピークを波数５４８０ ｃｍ−
’から３５０５ｃｍ”の範囲とする事によって達成され
る。
以下、図面を参照しつつ本発明の詳細な説明する。
第１図は本発明による薄膜型ＡＯ素子の実施例を示す斜
視図である。図において、１はＸ板もしくはｙ板ＬｉＮ
ｂＯ３結晶基板、２はチタン拡散及びプロトン交換層か
ら成る光導波路層、５，４はグレーティング光結合器、
５はくし型電極でアル。波長６３２８ Ｘ ｔ７） Ｈ
ｅＮｅレーザー光６は、グレーティング光結合器３から
光導波路層２内に導びかれ、くし型電極５にＲ１１Ｉ’
パワーを加えることによ多発生した弾性表面波７により
回折され、回折光はグレーティング光結合器４により外
部に取シ出される。
視図である。図において、１はＸ板もしくはｙ板ＬｉＮ
ｂＯ３結晶基板、２はチタン拡散及びプロトン交換層か
ら成る光導波路層、５，４はグレーティング光結合器、
５はくし型電極でアル。波長６３２８ Ｘ ｔ７） Ｈ
ｅＮｅレーザー光６は、グレーティング光結合器３から
光導波路層２内に導びかれ、くし型電極５にＲ１１Ｉ’
パワーを加えることによ多発生した弾性表面波７により
回折され、回折光はグレーティング光結合器４により外
部に取シ出される。
第２図は以上の如き薄膜型ＡＯ素子の作製方法の説明図
である。先ず、第２図（ａ）に示される如＜、ｙ板もし
くはＸ板のＬｉＮｂＯ３結晶基板１のｙ面もしくはＸ面
をニュートンリング数本以内の平面度に研磨した後、ア
セトン次いで純水による通常の超音波洗浄を行ない、窒
素ガスを吹きつけて乾燥させた。次に、上記ｙ面もしく
はＸ面に電子ビーム蒸着によｇ ２． ｏ ｏ Ｘの厚
さにＴ１薄膜を蒸着し、酸素雰囲気中で９６５℃、２．
５時間熱拡散させ、第２図（１））に示される如く、Ｔ
ｉ熱拡散層８を形成した。熱拡散される金属としては、
Ｖ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、 Ｃｏ、Ｎｂ、Ｇｏ等を用いて
も良い。
である。先ず、第２図（ａ）に示される如＜、ｙ板もし
くはＸ板のＬｉＮｂＯ３結晶基板１のｙ面もしくはＸ面
をニュートンリング数本以内の平面度に研磨した後、ア
セトン次いで純水による通常の超音波洗浄を行ない、窒
素ガスを吹きつけて乾燥させた。次に、上記ｙ面もしく
はＸ面に電子ビーム蒸着によｇ ２． ｏ ｏ Ｘの厚
さにＴ１薄膜を蒸着し、酸素雰囲気中で９６５℃、２．
５時間熱拡散させ、第２図（１））に示される如く、Ｔ
ｉ熱拡散層８を形成した。熱拡散される金属としては、
Ｖ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、 Ｃｏ、Ｎｂ、Ｇｏ等を用いて
も良い。
次に、安息香酸に安息香Ｆ＆ リチウムをモル比で５％
添加し、アルミナのルツボにいれた。安息香酸及び安息
香酸リチウムのはいったルツボ中に第２図（１））のＴ
１拡散層８を有するＬｉＮｂＯ３結晶基板を入れ、これ
らを熱炉に入れて２５０℃の温度で５時間保持してイオ
ン交換処理を行なった結果、第２図（Ｑ）に示される如
く、Ｔ１拡散層８中にプロトン交換層９が形成された。
添加し、アルミナのルツボにいれた。安息香酸及び安息
香酸リチウムのはいったルツボ中に第２図（１））のＴ
１拡散層８を有するＬｉＮｂＯ３結晶基板を入れ、これ
らを熱炉に入れて２５０℃の温度で５時間保持してイオ
ン交換処理を行なった結果、第２図（Ｑ）に示される如
く、Ｔ１拡散層８中にプロトン交換層９が形成された。
プロトン交換層形成にあたっては、安息香酸と安息香酸
リチウムの混合液以外に、カルボン酸において解離度が
１０−６から１０−３である材料とこのカルボン酸のカ
ルボキシル基の水素が、リチウムに置換されている材料
との混合物、たとえばバ／Ｌ／ ミｆ ｙ酸［’ Ｃ！
Ｈ，（０Ｈ２）、４０００Ｈ］とバルミチン酸リチウム
（０Ｈ５（０Ｈ２）１４Ｃ！０ＯＬｉ ）との混合物や
ステアリン酸〔ＣＨ３（ＣＨ２）、６ＣＯＯＨ〕 とス
テアリン酸リチウムＣ０Ｈ３（ＣＨ２）、６０００Ｌｉ
）との混合物があげられる。また、リチウムで置換さ
れた材料のモル比は、１％から１０％の範囲で変化させ
種々のサンプルを作製した。エタノールで超音波洗浄を
行ない、窒素ガスを吹麹つけて乾燥させた。次に、通常
のフォトリソグラフィーの手法を用いて、第２図（、ｉ
）に示される如く、上記プロトン交換層９上にくシ屋電
極１０を形成した。
リチウムの混合液以外に、カルボン酸において解離度が
１０−６から１０−３である材料とこのカルボン酸のカ
ルボキシル基の水素が、リチウムに置換されている材料
との混合物、たとえばバ／Ｌ／ ミｆ ｙ酸［’ Ｃ！
Ｈ，（０Ｈ２）、４０００Ｈ］とバルミチン酸リチウム
（０Ｈ５（０Ｈ２）１４Ｃ！０ＯＬｉ ）との混合物や
ステアリン酸〔ＣＨ３（ＣＨ２）、６ＣＯＯＨ〕 とス
テアリン酸リチウムＣ０Ｈ３（ＣＨ２）、６０００Ｌｉ
）との混合物があげられる。また、リチウムで置換さ
れた材料のモル比は、１％から１０％の範囲で変化させ
種々のサンプルを作製した。エタノールで超音波洗浄を
行ない、窒素ガスを吹麹つけて乾燥させた。次に、通常
のフォトリソグラフィーの手法を用いて、第２図（、ｉ
）に示される如く、上記プロトン交換層９上にくシ屋電
極１０を形成した。
このようにして作製された薄膜ｗｈｏ素子のくし型電極
に、ＲＦパワーを印加し、導波光の弾性表面波による回
折実験を行なった。くし型電極は、中心周波数４００
ＭＨｚのものであシ、印加ＲＦパワー・の周波数も４０
０ ＭＨｚとした。ただし、導波光の波長は６３２８に
である。安息香酸リチウム添加量とＲＦパワーが１Ｗを
越えない範囲で得られる導波光の最大回折効率との関係
を調べると、安息香酸リチウムの添加量がモル比で６％
以上の場合、上記最大回折効率は９０％と高く、逆に、
安息香酸リチウムの添加量がモル比で３％未満の場合、
上記最大回折効率が１５％以下と低い値になることがわ
かった。このように、３％を境として、回折効率の特性
が急激に変化する原因を調べるために、各サンプルに対
して、偏光赤外吸収スペクトルの測定を行なった。ただ
し、赤外光の電場の振動方向は、Ｌ ｌＮｂＯ３結晶及
びＬｉＴａＯ３結晶のＣ軸〔（ｏｏＮ）に直交するよう
に配置した。波数３５００ｃｍ 近傍のＯＨ基の吸収ピ
ークに注目すると、弾性表面波による偏向特性が良い（
安息香酸リチウムの添加量がモル比で３％以上の場合）
光導波路においては、上記ＯＨ基の吸収ピークの波数が
５４８０ｃｍ−１から３５０３ｃｖＬ’であるのに対し
、導波路においては、上記ＯＨ基の吸収ピークの波数が
３５０６ｃｒｎ□１であることがわかった。上記波数の
違いは、ＬｉＮ’ｂＯ５結晶又はＬｉＴａＯ３結晶内で
のプロトンの結合状態が異なる為である。
に、ＲＦパワーを印加し、導波光の弾性表面波による回
折実験を行なった。くし型電極は、中心周波数４００
ＭＨｚのものであシ、印加ＲＦパワー・の周波数も４０
０ ＭＨｚとした。ただし、導波光の波長は６３２８に
である。安息香酸リチウム添加量とＲＦパワーが１Ｗを
越えない範囲で得られる導波光の最大回折効率との関係
を調べると、安息香酸リチウムの添加量がモル比で６％
以上の場合、上記最大回折効率は９０％と高く、逆に、
安息香酸リチウムの添加量がモル比で３％未満の場合、
上記最大回折効率が１５％以下と低い値になることがわ
かった。このように、３％を境として、回折効率の特性
が急激に変化する原因を調べるために、各サンプルに対
して、偏光赤外吸収スペクトルの測定を行なった。ただ
し、赤外光の電場の振動方向は、Ｌ ｌＮｂＯ３結晶及
びＬｉＴａＯ３結晶のＣ軸〔（ｏｏＮ）に直交するよう
に配置した。波数３５００ｃｍ 近傍のＯＨ基の吸収ピ
ークに注目すると、弾性表面波による偏向特性が良い（
安息香酸リチウムの添加量がモル比で３％以上の場合）
光導波路においては、上記ＯＨ基の吸収ピークの波数が
５４８０ｃｍ−１から３５０３ｃｖＬ’であるのに対し
、導波路においては、上記ＯＨ基の吸収ピークの波数が
３５０６ｃｒｎ□１であることがわかった。上記波数の
違いは、ＬｉＮ’ｂＯ５結晶又はＬｉＴａＯ３結晶内で
のプロトンの結合状態が異なる為である。
従って、プロトン注入による従来の薄膜型光学素子にお
いて偏向特性が悪いのは、プロトンの結合状態が悪い為
であって、本発明のようにプロトンによるＯＨ基の赤外
スペクトルの吸収ピークが波数３４８０ ｏｎ−１から
３５０５ ｏｎ−’の範囲にあるようにすれば、偏向特
性の良い素子が実現できる。
いて偏向特性が悪いのは、プロトンの結合状態が悪い為
であって、本発明のようにプロトンによるＯＨ基の赤外
スペクトルの吸収ピークが波数３４８０ ｏｎ−１から
３５０５ ｏｎ−’の範囲にあるようにすれば、偏向特
性の良い素子が実現できる。
一方、光学損傷のしきい値測定を、Ｔ１拡散：［，１Ｎ
ｌ）Ｑ３光導波路と前記実施例のＴ１拡散後プロトン交
換処理を行なったＬｉＮｂ０．光導波路との両者に対し
て行なった。測定に用いたレーザー光は、波長６３２ｓ
ＸのＨθＮθレーザーである。Ｔ１拡散ＬｉＮｂ０．光
導波路の場合、第１図に示される出射光のパワーが０．
１ ｍＷ／Ｉ菖以上になると光学損傷現象が生じた。し
かし、本実施例で示した安息香酸リチウムをモル比で５
％添加し、Ｔ１拡散プロトン交換処理を行なったＬｉＮ
’ｂＯ５光導波路の場合、出射光パワーが０．５ｍＷ／
ｉｎまでは、光学損傷現象が生じなかった。
ｌ）Ｑ３光導波路と前記実施例のＴ１拡散後プロトン交
換処理を行なったＬｉＮｂ０．光導波路との両者に対し
て行なった。測定に用いたレーザー光は、波長６３２ｓ
ＸのＨθＮθレーザーである。Ｔ１拡散ＬｉＮｂ０．光
導波路の場合、第１図に示される出射光のパワーが０．
１ ｍＷ／Ｉ菖以上になると光学損傷現象が生じた。し
かし、本実施例で示した安息香酸リチウムをモル比で５
％添加し、Ｔ１拡散プロトン交換処理を行なったＬｉＮ
’ｂＯ５光導波路の場合、出射光パワーが０．５ｍＷ／
ｉｎまでは、光学損傷現象が生じなかった。
すなわち、安息香酸リチウムを３％以上添加し、プロト
ン交換処理を行なった光導波路の場合、導波光の弾性表
面波による偏向特性は、 Ｔｌ拡散Ｌｉ１ＪｂＯ，光導
波路と同程度又はそれ以上の特性をもち、かつ光学損傷
のしきい値も従来のＴ１拡散の光導波路よシも約５倍大
きいという良い結果が得られた。
ン交換処理を行なった光導波路の場合、導波光の弾性表
面波による偏向特性は、 Ｔｌ拡散Ｌｉ１ＪｂＯ，光導
波路と同程度又はそれ以上の特性をもち、かつ光学損傷
のしきい値も従来のＴ１拡散の光導波路よシも約５倍大
きいという良い結果が得られた。
前述の実施例においては、結晶基板を安息香酸リチウム
が３％以上添加された安息香酸中でプロトン交換する作
製方法を示したが、本発明は作製方法によらず、赤外吸
収スペクトルのピークが前述の条件を満足するならば、
どのような薄膜型光学素子でも良い。このことを説明す
る為、以下に他の実施例を示す。
が３％以上添加された安息香酸中でプロトン交換する作
製方法を示したが、本発明は作製方法によらず、赤外吸
収スペクトルのピークが前述の条件を満足するならば、
どのような薄膜型光学素子でも良い。このことを説明す
る為、以下に他の実施例を示す。
安息香酸のみによりプロ）・ン交換処理を行なった光導
波路及び安息香酸リチウムを１％から１０％の範囲で添
加しプロトン交換処理を行なった光導波路に対し、熱炉
に入れ、加熱した水を通して酸素を流量１，０１１分で
流入しながら、この水蒸気を含んだ湿った酸素雰囲気中
で３５０℃で４時間アニール処理を行なった。ただし、
上記プロトン交換処理に際し使用した結晶基板としては
、未処理のＬｉＮｂＯ３結晶基板およびＬ ｉ Ｔ ａ
０３結晶基板、Ｌｉ、、Ｏ外部拡散処理を行なった後
のＬｉＮｂ０．結晶基板および’ＬｉＴａＯ３結晶基板
、Ｔ１拡散後のＬｉＮｂＯ３結晶基板を用いた。
波路及び安息香酸リチウムを１％から１０％の範囲で添
加しプロトン交換処理を行なった光導波路に対し、熱炉
に入れ、加熱した水を通して酸素を流量１，０１１分で
流入しながら、この水蒸気を含んだ湿った酸素雰囲気中
で３５０℃で４時間アニール処理を行なった。ただし、
上記プロトン交換処理に際し使用した結晶基板としては
、未処理のＬｉＮｂＯ３結晶基板およびＬ ｉ Ｔ ａ
０３結晶基板、Ｌｉ、、Ｏ外部拡散処理を行なった後
のＬｉＮｂ０．結晶基板および’ＬｉＴａＯ３結晶基板
、Ｔ１拡散後のＬｉＮｂＯ３結晶基板を用いた。
ここでアニール処理後、前回と同様に偏光赤外吸収スペ
クトルの測定を行なったところ、プロトン交換処理前の
結晶基板の種類、処理方法に依存せず、安息香酸リチウ
ムを添加しプロトン交換処理を行なった光導波路に対し
ては３５００ｃｆｒＬ’近傍のＯＨ基の吸収ピークの波
数は６４８０ｃｎ１７ ’から３５０５ ｃｔｎ ’の
範囲にはいっていることがわかった。
クトルの測定を行なったところ、プロトン交換処理前の
結晶基板の種類、処理方法に依存せず、安息香酸リチウ
ムを添加しプロトン交換処理を行なった光導波路に対し
ては３５００ｃｆｒＬ’近傍のＯＨ基の吸収ピークの波
数は６４８０ｃｎ１７ ’から３５０５ ｃｔｎ ’の
範囲にはいっていることがわかった。
ここで、これらの代表例として、Ｘ−板Ｌｉ Ｎ ｂ
Ｏ３結晶基板に対し、Ｔ１拡散を行ない、安息香酸に安
息香酸リチウムを１％添加しプロトン交換処理を行なっ
た後に上記アニール処理を行なった光導波路の弾性表面
波による光偏向特性ならびに光学損傷特性について説明
する。
Ｏ３結晶基板に対し、Ｔ１拡散を行ない、安息香酸に安
息香酸リチウムを１％添加しプロトン交換処理を行なっ
た後に上記アニール処理を行なった光導波路の弾性表面
波による光偏向特性ならびに光学損傷特性について説明
する。
とのアニール処理後の結晶基板に前回と同様に、中心周
波数４００ ＭＨｚのくし型電極を、通常のフオ） Ｉ
Ｊソゲラフイーの手法を用いて作製波せしめ、この導波
光の蝉凄書を回折効率を調べると、ＲＦパワーが６００
ｕ＋Ｗの時、５０％と十分高い値で凌）つた。
波数４００ ＭＨｚのくし型電極を、通常のフオ） Ｉ
Ｊソゲラフイーの手法を用いて作製波せしめ、この導波
光の蝉凄書を回折効率を調べると、ＲＦパワーが６００
ｕ＋Ｗの時、５０％と十分高い値で凌）つた。
さらに、光学損傷のしきい値測定を従来のＴ１拡散Ｌｉ
ＮｂＯ３光導波路を有する光学素子と本実施例の光学素
子との両者に対して行なった。測定へ に用いたレーザー光は、波長６３２８％のＨθＮ６レー
ザーである。従来の光学素子の場合、出射光のパワーが
０ 、１ ｍＷ／Ｉｍ以上になると、光学損傷が生じた
。しかし、本発明の光学素子の場合、出射光パワーが１
、７ ｍＷ／ｍｍまでは光学損傷が生じなかった。こ
のように、本実施例の光導波路は、従来のＴ１拡散導波
路に比べ光学損傷のしきい値が約１７倍向上しており、
取シ出し可能な導波光の出射パワーが従来のＬｉＮｂ０
．光導波路の約９倍となった。従って、本実施例の薄膜
型光学素子が光機能装置に用いるのに適していることが
わかる。
ＮｂＯ３光導波路を有する光学素子と本実施例の光学素
子との両者に対して行なった。測定へ に用いたレーザー光は、波長６３２８％のＨθＮ６レー
ザーである。従来の光学素子の場合、出射光のパワーが
０ 、１ ｍＷ／Ｉｍ以上になると、光学損傷が生じた
。しかし、本発明の光学素子の場合、出射光パワーが１
、７ ｍＷ／ｍｍまでは光学損傷が生じなかった。こ
のように、本実施例の光導波路は、従来のＴ１拡散導波
路に比べ光学損傷のしきい値が約１７倍向上しており、
取シ出し可能な導波光の出射パワーが従来のＬｉＮｂ０
．光導波路の約９倍となった。従って、本実施例の薄膜
型光学素子が光機能装置に用いるのに適していることが
わかる。
以上説明したようにプロトン交換の際の安息香酸中の安
息香酸リチウム添加量が光機能装置に用いる場合の高効
率化に関係するのではなく、Ｌｉ ＮｂＯ，結晶並びに
Ｌ ｉ Ｔ ａ Ｏ３結晶内のプロトンによるＯＨ基ノ
吸収ピークの波数力３４８０ｏ＋Ｌ”から５５０３ｃｍ
、 ”の範囲に存在するように、結晶中のプロトンを結
合させることが、上記高効率化に本質的である。従って
、ＯＨ基の吸収ピークの波数が３４８０ ｃｍ−１から
３５０５ ａｎ ’の範囲に存在する薄膜型光学素子で
あれば、作製方法は前述のような安息香酸リチウムを含
んだ安息香酸中でプロトン交換する方法、又、更にアニ
ール処理する方法等に何等限定されるものではない。ま
た光導波路層を形成する結晶基板も、プロトン交換以外
に特に処理を施さないもの、プロトンとともに金属が注
入若しくは熱拡散されているもの、プロトンが注入若し
くは熱拡散されるとともにＬｉＯが外部拡散されている
ものなど、どのようなものを用いても良い。
息香酸リチウム添加量が光機能装置に用いる場合の高効
率化に関係するのではなく、Ｌｉ ＮｂＯ，結晶並びに
Ｌ ｉ Ｔ ａ Ｏ３結晶内のプロトンによるＯＨ基ノ
吸収ピークの波数力３４８０ｏ＋Ｌ”から５５０３ｃｍ
、 ”の範囲に存在するように、結晶中のプロトンを結
合させることが、上記高効率化に本質的である。従って
、ＯＨ基の吸収ピークの波数が３４８０ ｃｍ−１から
３５０５ ａｎ ’の範囲に存在する薄膜型光学素子で
あれば、作製方法は前述のような安息香酸リチウムを含
んだ安息香酸中でプロトン交換する方法、又、更にアニ
ール処理する方法等に何等限定されるものではない。ま
た光導波路層を形成する結晶基板も、プロトン交換以外
に特に処理を施さないもの、プロトンとともに金属が注
入若しくは熱拡散されているもの、プロトンが注入若し
くは熱拡散されるとともにＬｉＯが外部拡散されている
ものなど、どのようなものを用いても良い。
また、本発明の薄膜型光学素子は、第６図に示すような
電気光学効果を用いた光偏向器にも用いることが出来る
。第６図において、第１図と共通の部分には同一の符号
を附し、詳細な説明は省略する。レーザー光６は、グレ
ーティング光結合器６からＸ板もしくはｙ板ＬｉＮｂ０
．結晶基板１上に、プロトンによるＯＨ基の赤外吸収ス
ペクトルの吸収ピークが、波数３４８０ ｃｍ ”から
３５０５ ｃｖｎ、 ’の範囲にあるようＴ１およびプ
ロトンの熱拡散によって形成され先光導波路層２に導か
れる。この導波光は、電気光学（ＦＸｏ）効果用のくし
型ｔ＆１１に電圧を印加することによって生じた位相格
子によって回折され、グレーティング光結合器から外部
に取シ出される。
電気光学効果を用いた光偏向器にも用いることが出来る
。第６図において、第１図と共通の部分には同一の符号
を附し、詳細な説明は省略する。レーザー光６は、グレ
ーティング光結合器６からＸ板もしくはｙ板ＬｉＮｂ０
．結晶基板１上に、プロトンによるＯＨ基の赤外吸収ス
ペクトルの吸収ピークが、波数３４８０ ｃｍ ”から
３５０５ ｃｖｎ、 ’の範囲にあるようＴ１およびプ
ロトンの熱拡散によって形成され先光導波路層２に導か
れる。この導波光は、電気光学（ＦＸｏ）効果用のくし
型ｔ＆１１に電圧を印加することによって生じた位相格
子によって回折され、グレーティング光結合器から外部
に取シ出される。
ここで作製したくし型電極は、電極巾および電極間の間
隔２．２μｍ１交さ幅ｓ、ｓｗ、対数３５Ｑ対であった
。また、上記くし型電極に電圧６ｖを印加したところ、
９０％の回折効率が得られ、高回折効率が得られること
がわかった。
隔２．２μｍ１交さ幅ｓ、ｓｗ、対数３５Ｑ対であった
。また、上記くし型電極に電圧６ｖを印加したところ、
９０％の回折効率が得られ、高回折効率が得られること
がわかった。
前述の実施例では、基板としてＬｉＮｂＯ３結晶基板を
用いたが、タンタル酸リチウム（Ｌ ｉＴ ａ Ｏｓ
）結晶基板を用いても、全く同様の作製方法で、本発明
の薄膜型光学素子を形成することが出来る。また本発明
に基づく薄膜型光学素子は、前述の光偏向器に限らず光
変調器等、種々の光機能素子に用いることが可能である
。
用いたが、タンタル酸リチウム（Ｌ ｉＴ ａ Ｏｓ
）結晶基板を用いても、全く同様の作製方法で、本発明
の薄膜型光学素子を形成することが出来る。また本発明
に基づく薄膜型光学素子は、前述の光偏向器に限らず光
変調器等、種々の光機能素子に用いることが可能である
。
以上説明したように、本発明はプロトン交換によシ光専
波路層を形成する薄膜型光学素子において、光導波路層
のプロトンによるＯＨ基の赤外吸収スペクトルの吸収ピ
ークが、波数６４８゜ｉｌから３５０！＋ｃｍ’の範囲
としたので、光偏向素子などに用いた場合の偏向効率を
低下させることなく、光学損傷のしきい値の高い光機能
素子が得られる等の効果がある。
波路層を形成する薄膜型光学素子において、光導波路層
のプロトンによるＯＨ基の赤外吸収スペクトルの吸収ピ
ークが、波数６４８゜ｉｌから３５０！＋ｃｍ’の範囲
としたので、光偏向素子などに用いた場合の偏向効率を
低下させることなく、光学損傷のしきい値の高い光機能
素子が得られる等の効果がある。
第１図は本発明に基づく薄膜型光学素子を音響光学効果
による光偏向器に用いた実施例を示す概略図、第２図は
本発明の薄膜型光学素子の作製過程の一例を示す略断面
図、第３図は本発明を電気光学効果による光偏向器に用
いた実施例を示す概略図である。 １・・・ＬｉＮ’ｂ０３軸品幕λ及 ２・・・光導波路層 ３．４・・・グレーティング光結合器 ５．１０．１１ ・・・くし型電極 ６・・・レーザー光 ７・・・弾性表面波 ８・・・Ｔ１拡散層 ９・・・プロトン交換層 出願人 キャノン株式会社 ：＝１・−与５− 第、２図
による光偏向器に用いた実施例を示す概略図、第２図は
本発明の薄膜型光学素子の作製過程の一例を示す略断面
図、第３図は本発明を電気光学効果による光偏向器に用
いた実施例を示す概略図である。 １・・・ＬｉＮ’ｂ０３軸品幕λ及 ２・・・光導波路層 ３．４・・・グレーティング光結合器 ５．１０．１１ ・・・くし型電極 ６・・・レーザー光 ７・・・弾性表面波 ８・・・Ｔ１拡散層 ９・・・プロトン交換層 出願人 キャノン株式会社 ：＝１・−与５− 第、２図
Claims (3)
- （１） ニオブ酸リチウム結晶基板又はタンタル酸リチ
ウム結晶基板の表面にプロトンを注入若しくは熱拡散せ
しめ光導波路層を形成した薄膜型光学素子において、前
記光導波路層のプロトンによるＯＨ基の赤外吸収スペク
トルの吸収ピークが、波数３４８０ｍ−１から３５０３
ｃｎＬ’の範囲にある事を４＋徴とする薄膜型光学素子
。 - （２）前記結晶基板の表面にはプロトンとともに金属が
注入若しくは熱拡散されている特許請求の範囲第１項記
載の薄膜型光学素子。 - （３）前記結晶基板の表面はプロトンが注入若しくは熱
拡散されるとともにＬｉＯ□が外部拡散されている特許
請求の範囲第１項記載の薄膜型光学素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59100298A JPS60243606A (ja) | 1984-05-17 | 1984-05-17 | 薄膜型光学素子 |
| US06/733,368 US4705346A (en) | 1984-05-17 | 1985-05-13 | Thin film type optical device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59100298A JPS60243606A (ja) | 1984-05-17 | 1984-05-17 | 薄膜型光学素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60243606A true JPS60243606A (ja) | 1985-12-03 |
Family
ID=14270259
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59100298A Pending JPS60243606A (ja) | 1984-05-17 | 1984-05-17 | 薄膜型光学素子 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4705346A (ja) |
| JP (1) | JPS60243606A (ja) |
Families Citing this family (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4762383A (en) * | 1981-12-04 | 1988-08-09 | Omron Tateisi Electronics Co. | Two dimensional light beam deflectors utilizing thermooptical effect and method of using same |
| US4886587A (en) * | 1984-09-14 | 1989-12-12 | Canon Kabushiki Kaisha | Method of producing thin film optical element by ion injection under electric field |
| US4755036A (en) * | 1985-02-07 | 1988-07-05 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Apparatus for deflecting light beam |
| JP2629170B2 (ja) * | 1985-06-08 | 1997-07-09 | ブラザー工業株式会社 | レーザプリンタ |
| JPS62237433A (ja) * | 1986-04-09 | 1987-10-17 | Brother Ind Ltd | 光偏向器 |
| JP2706237B2 (ja) * | 1986-09-20 | 1998-01-28 | ブラザー工業株式会社 | レーザプリンタ |
| EP0287880A1 (en) * | 1987-04-10 | 1988-10-26 | Polaroid Corporation | Optical mixer and parametric up-converter |
| US4865407A (en) * | 1987-10-22 | 1989-09-12 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Optical waveguide element, method of making the same and optical coupler employing optical waveguide element |
| US4925263A (en) * | 1987-11-05 | 1990-05-15 | Polaroid Corporation | Proton-exchanged waveguides for sum-frequency generation |
| US4940302A (en) * | 1989-03-13 | 1990-07-10 | The Boeing Company | Integrated optics waveguides with large phase shifts |
| EP0397895A1 (en) * | 1989-05-13 | 1990-11-22 | SELENIA INDUSTRIE ELETTRONICHE ASSOCIATE S.p.A. | Method for the fabrication of LiNbO3 single mode planar optical guide lenses |
| US4993032A (en) * | 1989-12-28 | 1991-02-12 | General Dynamics Corp., Electronics Divn. | Monolithic temperature stabilized optical tuning circuit for channel separation in WDM systems utilizing tunable lasers |
| US5082629A (en) * | 1989-12-29 | 1992-01-21 | The Board Of The University Of Washington | Thin-film spectroscopic sensor |
| FR2660493A1 (fr) * | 1990-03-30 | 1991-10-04 | Thomson Csf | Dispositif laser a changeur de frequence integre de facon monolithique. |
| US5059475A (en) * | 1990-06-29 | 1991-10-22 | Photonic Integration Research, Inc. | Apparatus and method of forming optical waveguides on metalized substrates |
| US5442719A (en) * | 1993-07-21 | 1995-08-15 | Litton Systems, Inc., A Delaware Corporation | Electro-optic waveguides and phase modulators and methods for making them |
| USH1848H (en) * | 1997-08-18 | 2000-05-02 | Amin; Jaymin | Z-propagating waveguide laser and amplifier device in rare-earth-doped LiNbO3 |
| FR2777358B1 (fr) * | 1998-04-10 | 2000-06-30 | France Telecom | Procede electrooptique de traitement de signaux, dispositif pour la mise en oeuvre de celui-ci et utilisation |
| US6721503B1 (en) * | 1998-08-26 | 2004-04-13 | Georgia Tech Research Corporation | System and method for bi-directional optical communication using stacked emitters and detectors |
| US6185355B1 (en) * | 1998-09-01 | 2001-02-06 | Henry H. Hung | Process for making high yield, DC stable proton exchanged waveguide for active integrated optic devices |
| US6912330B2 (en) * | 2001-05-17 | 2005-06-28 | Sioptical Inc. | Integrated optical/electronic circuits and associated methods of simultaneous generation thereof |
| US6608945B2 (en) * | 2001-05-17 | 2003-08-19 | Optronx, Inc. | Self-aligning modulator method and associated apparatus |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4037005A (en) * | 1974-02-15 | 1977-07-19 | Rca Corporation | Method of making optical waveguides and product by the process |
| DE3035849A1 (de) * | 1980-09-23 | 1982-05-06 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Planare wellenleiter-bragg-linse |
| US4439265A (en) * | 1981-07-17 | 1984-03-27 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Fabrication method for LiNbO3 and LiTaO3 integrated optics devices |
| US4547262A (en) * | 1984-08-30 | 1985-10-15 | Sperry Corporation | Method for forming thin film passive light waveguide circuit |
-
1984
- 1984-05-17 JP JP59100298A patent/JPS60243606A/ja active Pending
-
1985
- 1985-05-13 US US06/733,368 patent/US4705346A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4705346A (en) | 1987-11-10 |
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