JPS6375705A - 光導波路及びその製造方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概　　要〕 本発明は、異質の材質からなり、異なる機能を有する複
数の光導波路をその導波路端で各々密着させることによ
り、複数の機能を有する光導波路を１つの素子で実現し
、また上記密着を１枚の平板」二で行う光導波路とその
製造方法を与えるものである。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、複数の機能を１つの素子で実現することので
きる光導波路とその製造方法に関する。

〔従　来　の　技　術〕

光フアイバ技術の発達に伴って、光を処理する光回路、
特に光中継器等の光装置中に用いる光変調器、光アイソ
レークなどの光回路が急速に開発されつつある。

光回路に用いられる素子としては、従来、波長板などが
あった。例えば光変調器は、入射光を様々な偏波に変換
する必要があるが、従来は１／２波長板と　１／４波長
板を組み合わせ、それらを機械的に回転させて所望の偏
波を得ていた。その他、波長板は多くの光変換素子に応
用されてきた。

しかし、光のもつ多くの特徴を電気回路に代わって最大
限に発揮させるためには、光回路も電気回路と同様に小
型化、安定化が望まれており、従来の波長板などによる
ものは機械的精度が要求されるという点、または大きさ
の点などから不利な問題点をかかえてきた。

これに対して、透明な誘電体の一部に屈折率の高い部分
を形成し、そこを光の導波路として用いる光導波路は、
様々な機能を有する光回路の構成素子として注目を集め
ている。例えば、光導波路を光変調器に用いるためには
、透明な誘電体（基板）にニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂ
Ｏ３）などの電気光学効果を持った結晶を用いる。電気
光学効果を有する結晶に電圧を印加すると、軸方位に沿
って屈折率が印加電圧に従って変化し、屈折率が大きく
なる軸方向に偏波面を持つ光成分は遅く進む。この効果
により、様々な光変調を行うことができる。また、光導
波路は、その他に光回路の分割・結合を行う方向性結合
器、偏光子、薄膜レンズプリズム、フィルタ・反射器、
光偏向器、モード変換素子、光アイソレータなどに応用
され、幅広い機能を発揮している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、上記光回路、特に光変調器などに用いるり、ｔ
ＮｂＯｘなどの単結晶基板は異方性が非常に強く、例え
ば同時に２つ以上の偏波面で変調を行わせるというよう
な、複数の機能を１つの素子で実現することは困難であ
った。また、複数の機能を同時に実現させようとすると
、各機能を平均的に行わせるために効率が悪くなってし
まうという問題点を有していた。

本発明は上記問題点を除くために、異なった機能を有す
る複数の光導波路を、その導波路端で各々密着させて一
体化することにより、１つの素子で複数の機能を同時に
実現できる光導波路と、該光導波路を１枚の平板上で密
着させる光導波路の製造方法を提供することを目的とす
る。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上記問題点を解決するために、複数の異質の光
導波路の各端面を互いに密着させ、光を相互に結合させ
る構成を有する。

特に、光変調回路として用いるために、第１図（ａ）に
示すように、ＬｉＮｂＯ３の単結晶基板１゜２にチタン
イオンを熱拡散させて作成された、軸方位１１．１２の
異なる２つの光導波路３．４の各結晶端面１３、１４を
接着材１９により接着した構成を有する。

また、上記光導波路を１枚の平板上で製造する光導波路
の製造方法を提供する。

〔作　　　用〕

上記手段において、複数の異質の光導波路を密着させて
一体化することにより、光変調、光変調と方向性結合、
または光アイソレーションなどの複数の機能を１つの素
子で比較的容易に得ることが可能となる。特に、光変調
用としてＬｉＮｂＯ３を用いた光導波路３．４と、軸方
位をずらして密着させた場合、電気光学効果などにより
各光導波路３、４毎に異なった偏波面での光変調を可能
とし、素子の大きさも大幅に小型化することが可能とな
る。

なお、上記各光導波路の密着は、１枚の平板２４上で各
光導波路基板２０．２１の厚さ、及び各光導波路２２．
２３の位置を揃えて行うことにより実現することができ
る。

〔実　　施　　例〕

以下、本発明の実施例につき詳細に説明を行う。

（光導波路の構成（第１図（ａｌ、　（ｂ））　）草１
図（ａｌは、本発明による光導波路の構成図である。こ
の実施例においては、直線偏波入射光を任意の偏波（楕
偶偏波）に変換する光変ｇ器の構成を示す。まず、大き
な特徴は、２つの光導波路３．４がそれらの各光導波路
基板１．２の結晶端面１３．１４で密着され、相互に光
結合されている点である。各基板１．２は、ニオブ酸リ
チウム（Ｌｉ　Ｎｂ　Ｏ３）の単結晶を用い、その表面
付近にチタンイオンを熱拡散させることにより、屈折率
がわずかに大きい光導波路３、４が各々形成される。こ
の時、各基板１．２の各軸方位１１゜１２は互いに４５
°の角度をなすように設定される。

そして、各光導波路３．４の両端には電罹５と６、及び
７と８が設けられ、各々電源９，１０から所定電圧が印
加され、各光導波路３．４内を進行する光の変調を行う
。そして、基板１の端面１５から光導波路３に入射した
入射光１７は、光導波路３．４で各々異なった変調を受
けて、基板２の端面１６から出射される。

次に、第１図（ｂ）は、同図（ａ）の密着部分の拡大断
面図である。

ＬｉＮｂＯ３単結晶基板１，２上に熱拡散されたチタン
イオンは、大きさく深さ、幅）数μｍ〜１０μｍ、屈折
率２．２程度の３次元光導波路３．４を形成する。各結
晶端面１３、１４は精密に研磨され、必要に応じて屈折
率２．０程度のＺｒＯ２等を用いたＡＲコート（反射防
止膜）が蒸着により形成される。この厚さは、λ／４ｎ
（λ：波長、ｎ：屈折率）となるように設定される。各
結晶端面１３、１４は、屈折率１．６程度のエポキシ系
の光学材料用接着材１９により接着され、１μｍ以下の
厚さになるように密着される。前記ＡＲコートは、光導
波路３．４の屈折率（２，２）と接着材１９の屈折率（
１，６”）の差を補償するためのものである。

（光導波路の製造方法（第２図）） 第２図は、光導波路の作成のようすを示した図である。

ＬｉＮｂ０ｚの単結晶基板２０．２１上の所定位置には
、予めチタンイオンの熱拡散などにより光導波路２２．
２３が形成される。この時、同図に示されるように１つ
の基板上に複数本の光導波路を形成する場合が多い。次
に、各結晶端面２４．２５を研磨し、前記のようにＡＲ
コートなどを施した後、１枚の平板２６上にのせて、互
いに密着させる。この時、各光導波路２２．２３の高さ
、及び横方向の位置が合うように基板２０゜２１の厚さ
などを合わせておく。

（光導波路による光変調動作（第３図〜第５図））次に
、第１図の光導波路による光変調動作につき説明を行う
、今、第１図（ａ）の基板１の端面１５に平行な平面内
で軸方位１１と平行な方向の座標を第３図に示すように
Ｅｌとし、それと垂直な座標をＥｌとする。ただし、第
３図ではＥ＋の方向は、便宜上垂直方向にとっである。

そして、同じく基板２の軸方位１２と平行な方向の座標
を第３図に示すようにＥ＋’とし、それに垂直な座標を
Ｅ２’とする。ここでは、ＥｌとＥＩ′、ＥｌとＥ２’
は互いに４５°の角度を有する。

今、第１図（ａ）の入射光１７として、軸方向１１と４
５°の角度をなす方向、即ち第４図（ａｌに示すように
、Ｅ＋’の方向に直線偏波を有するレーザ光が、光導波
路３に入射したとする。光導波路３には、電極５，６を
介して電源９から電圧が印加されており、軸方位１１の
方向Ｅ１及びそれに垂直な方向Ｅ２に沿って屈折率が変
化する。ここで、第４図（ａ）の入射光のＥ＋’方向の
直線偏波の振幅をｒとすると、Ｅｌ及びＥ２方向の成分
Ｘ、Ｙは、と表わせる。但し、ωは入射光の角周波数で
あり、ｔは時間変化成分である。また、位相のオフセッ
トは省略しである。今、光導波路３の屈折率が、電圧印
加による電気光学効果によりＥｌ及びＥ２の方向で変化
し、上記各成分Ｘ、Ｙの伝播速度が変化して位相差が生
じたとすると（１１式は、となる。この式から時間に関
する項ωｔを消去して、Ｅｌ、Ｅ２平面内の軌跡を計算
すると（２）式より、 Ｘ’＋Ｙ’　　２ＸＹｃｏｓ　　（φ２−φ１）＝　　
　　ｌｈ　　　−９５＋）　　　　　　　　　・・・・
（３）となる。これは楕円の式を表わすが、この軌跡を
入射波（第４図（ａ））の座標軸Ｅｌ’ｌＥ２’につい
てみると、Ｅ　ｌ’　ｒ　Ｅ　２　’はＥｌ、Ｅ２を時
計回りに各々−４５°回軸したものであるから、Ｘ。

Ｙに対応するＥｌ’、Ｅ２’軸上の成分Ｘ’、Ｙ’は１
次変換の関係より と表わせ、これにより、 となり、これを（３）式に代入して整理することによと
なる。即ち、第４図（ａ）の直線偏波で表わされる入射
光１７（第１図）は、光導波路３によってＥ、／、　Ｅ
２１軸方向に（５）式で表わされるような楕円軌跡を描
く偏波に変換される。そして、電源９　（第１図）の電
圧を可変することにより、相対位相差（φ２−φＩ）を
自由に制御することができ、（５）式の関係よりＥｌ’
、Ｂ２’軸方向の楕円軸Ａ、Ｂの比率を自由に制御する
ことができる。

これにより、光導波路３からの出射光として、第４図（
ｂ）〜（８１に示すように楕円軸Ａ、Ｂの比率が様々に
異なる楕円偏波を得ることができる。

次に、（５）式で表わされる楕円偏波は、結晶端面１３
．１４を介して光導波路４に入射して新たな変調を受け
る。この時、光導波路４の軸方位１２はＥ　＋　’の方
向のため、Ｅｌ’、Ｅ２’軸に沿って変調を受ける。今
、（５）式の楕円偏波のＥ＋’。

Ｅ２’軸方向の各成分Ｘ’、Ｙ’は、 と表わせる。そして、光導波路４の屈折率が、電源１０
からの電圧印加による電気光学効果によりＥｌ’、Ｅ２
’の方向で変化し、光導波路３の場合と同様にして位相
差が生じたとすると（ｂ１式は、となる。なお、Ｘ′の
方はｃｏｓに変換してあり、それによる位相差もα１に
含めて記述しである。

この式からωｔを消去して軌跡を計算すると（２）式と
同様に、 ＝ｓｉｎ上（α２−α１）　　　　　　　・・・・（８
）となる。この式は楕円の式であるが、第１項及び第２
項の分母は前記（５）式と同様であるため、この楕円は
Ｅ＋’、Ｅ２’平面内で楕円率を変えずに回転させたも
のとなる。部ち、（５）式の楕円偏波で表わされる光導
波路４への入射型は、ここで電源１０によって制御され
る相対位相差（α２−α１）を付加され、楕円率を変え
ずにＥｌ’、Ｅ２’平面内で回転させた楕円偏波を得る
ことができる。

これにより、例えば光導波路４への入射光が第５図（ａ
）に示す楕円偏波であれば、光導波路４において（７）
式の相対位相差（α２−α１）が制御され、第５図（ｂ
）〜（ｄ）に示す様々な楕円偏波を出射光１８（第１図
）として得ることができる。

以上のように、光導波路３、４により直線偏波の入射光
１７を、楕円率と各軸の傾きを制御して任官の楕円偏波
の出射光１８に変調することができる。このような光変
調器は、光検波回路の波形整形部などに直接応用するこ
とが可能である。

（本発明の他の応用例） 上記実施例は、軸方位の異なる結晶質の光導波器を２つ
密着させた光変調器であったが、他にも様々な応用が可
能である。例えば一方を上記変調用の光導波路とし、他
方をガラスなどの非晶質によって構成される光導波路で
光の分割・結合などを行うものとすれば、変調と光の結
合を１つのディバイスで実現できる。また、非晶質どう
しの光導波路の結合、密着も可能であり、更に変調用光
導波路とＹＩＧ（イツトリウム鉄ガーネット）などを用
いた光アイソレーシッン用光導波路との結合、密着も可
能である。

このように異質の光導波路を、その端面で互いに密着さ
せて一体化することにより、複数の機能を１つのデバイ
スで実現することができる。

なお、このような光導波路は、第２図と同様にして作成
することが可能である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、異なる機能を有する複数の光導波路を
、互いに端面が密着するように構成することにより、複
数の機能を有する光導波路を１つの素子で実現すること
が可能となり、光回路の小型化、安定化を図ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、　（ｂ）は、本発明による光導波路の構
成図、 第２図は、本発明による光導波路の作成方法の説明図、 第３図は、軸方位に関する座標の説明図、第４図＋８）
、　（ｂ）、　（Ｃ１，（ｄ）、　（ｅ）は、光導波路
３による光変調動作の説明図、 第５図（ａ）、　（ｂ）、　（Ｃ１，（ｄ）は、光導波
路４による光変調動作の説明図である。 １．２，２０．２１ ・・・ＬｉＮｂＯ３単結晶基板、 ３、　４．　２２．　２３ ・・・光導波路、 １１．１２・・・軸方向、 １３．１４・・・結晶端面、 １９・・・接着剤、 ２６・・・平板。 特許出願人　　　富士通株式会社 軸　プフ　ィ’ｆｒ−＋て　肩−〇−ｔ　る座巧−月町
６ワ；；坩ｉ゛リゴＴ２丁第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）複数の異質の光導波路の各端面を互いに密着させる
   ことにより各光導波路間で光を相互に結合することを特
   徴とする光導波路。 ２）前記光導波路は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ＿
   ３）単結晶基板（１、２）にチタンイオンを熱拡散させ
   て作成された軸方位（１１、１２）の異なる２つの光導
   波路（３、４）の各結晶端面（１３、１４）が、接着剤
   （１９）により接着されたことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の光導波路。 ３）前記２つの各光導波路（３、４）の近傍には各々電
   極（５、６）及び（７、８）が配置され該各光導波路（
   ３、４）の各軸方位（１１、１２）は相互に４５°の角
   度をなすように配置され、前記各光導波路のうち一方の
   光導波路（３）の端面（１５）に入射する直線偏波を有
   する入射光（１７）はその偏波方向が該光導波路（３）
   の軸方位（１１）に対して４５°の角度をなすように入
   射され、前記各電極（５、６）及び（７、８）に所定電
   圧を印加することにより前記入射光（１７）は前記各光
   導波路（３、４）によって任意の直線偏波または円偏波
   または楕円偏波に光変調されることを特徴とする特許請
   求の範囲第２項記載の光導波路。 ４）前記光導波路は、単結晶基板上に作成した光導波路
   、またはガラス等の非晶質上に作成した光導波路などを
   組み合わせて密着され、各光導波路毎に光変調、光アイ
   ソレータ、光スイッチ等の機能を有することを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の光導波路。 ５）各光導波路基板（２０、２１）の厚さを揃えてその
   高さを合わせ、該各光導波路基板（２０、２１）を１枚
   の平板上（２６）にのせ各光導波路（２２、２３）の横
   方向の位置を合わせ密着して作成することを特徴とする
   光導波路の製造方法。