WO2007111085A1 - 光導波路素子 - Google Patents

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    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/03—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect
    • G02F1/035—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect in an optical waveguide structure

Definitions

  • the present invention relates to an optical waveguide device, and more particularly to an optical waveguide device using a thin plate having a thickness of 20 m or less and having at least one optical waveguide formed on the thin plate.
  • an optical waveguide element in which an optical waveguide or a modulation electrode is formed on a substrate having an electro-optic effect or the like is frequently used.
  • the thickness of the substrate is made thinner so that the speed matching condition between the microwave and the speed of the light wave is satisfied and the driving voltage is simultaneously reduced.
  • an optical waveguide and a modulation electrode are incorporated in a thin substrate (hereinafter referred to as “first substrate”) having a thickness of 30 ⁇ m or less, and the dielectric is more dielectric than the first substrate. Bonding another substrate with a low index (hereinafter referred to as “second substrate”), lowering the effective refractive index for microwaves, speed matching between microwaves and light waves, and maintaining the mechanical strength of the substrate. And has been done.
  • Patent Document 1 JP-A-64-18121
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-215519
  • LiNbO (hereinafter referred to as “LN”) is mainly used for the first substrate.
  • the second substrate uses materials with a lower dielectric constant than LN, such as quartz, glass, and alumina. In the combination of these materials, temperature drift and DC drift due to temperature change occur due to the difference in coefficient of linear expansion.
  • the first substrate and the second substrate have a linear expansion coefficient close to that of the first substrate. It is also disclosed to use an adhesive.
  • optical waveguide elements are not limited to those used as the above-described optical modulators, but are required to have multiple functions such as being used as diffraction gratings or variable wavelength filters. There are also demands for higher functionality, such as optical integrated circuits that combine waveguide elements, and monitoring the optical control status of optical waveguide elements.
  • a refractive index distribution that periodically changes along an optical waveguide is formed as shown in Patent Document 3 or 4, which simply requires an optical waveguide or electrode disposed on the optical waveguide element. Therefore, it is necessary to form a titanium oxide film and unevenness on the optical waveguide.
  • Patent Document 3 Japanese Patent Laid-Open No. 5-88123
  • Patent Document 4 Japanese Patent Laid-Open No. 5-264809
  • a reflecting means such as a green lens is disposed on the end surface of the substrate, or the inner portion of the optical waveguide element is arranged.
  • an optical waveguide for monitoring and a directional coupler In order to monitor the propagating light wave, it is necessary to incorporate an optical waveguide for monitoring and a directional coupler.
  • the number of optical waveguides and electrodes incorporated in the optical waveguide element, as well as various film bodies and uneven shapes are increased. It becomes complicated. Also, if these are formed into a thin plate as described above, mechanical or thermal stress distortion due to the difference in thermal expansion coefficient between the thin plate and each of these members or the complicated shape of the thin plate itself. As a result, the thin plate is easily damaged, and the yield of the product is reduced, or unnecessary stress is applied to the thin plate, and the operating characteristics of the optical waveguide element are deteriorated.
  • the problem to be solved by the present invention is to solve the above-described problems, realize multi-functionality and high-performance of the optical waveguide device, improve the productivity of the product, and further improve the productivity of the optical waveguide device.
  • An object of the present invention is to provide an optical waveguide device capable of suppressing deterioration of operating characteristics.
  • Means for solving the problem [0008]
  • the invention according to claim 1 in an optical waveguide element in which a thin plate having a thickness of 20 m or less and at least one optical waveguide is formed on the thin plate, the thin plate serves as a support substrate.
  • a film having a refractive index higher than that of the thin plate and the adhesive is formed on at least a part of the optical waveguide on the surface of the thin plate that is bonded and fixed to the support substrate. It is loaded in close contact or close.
  • “on the surface” means not only the surface of the thin plate itself but also the surface after a buffer layer such as a SiO film is formed on the thin plate.
  • in contact with means not only a state of direct contact but also includes a state of indirect contact through a notch layer or the like.
  • the thin plate is formed of a material having a nonlinear optical effect or an electro-optical effect.
  • the film having a high refractive index is periodically formed with respect to a waveguide direction of the optical waveguide. It is characterized by being formed at a distance!
  • the scattered light of the optical waveguide force on which the high refractive index film is formed, or the high refractive index film is controlled based on the amount of light detected by the light detection means. And controlling the intensity, wavefront, or phase of light propagating through the optical waveguide.
  • the film having a high refractive index is formed in a stripline shape.
  • the thin plate is bonded and fixed to a support substrate via an adhesive, and the thin plate and the thin plate are bonded on the surface of the thin plate bonded and fixed to the support substrate.
  • a film having a higher refractive index than the adhesive (hereinafter referred to as “high refractive index film”) is loaded in contact with or in close proximity to at least a part of the optical waveguide.
  • high refractive index film is loaded in contact with or in close proximity to at least a part of the optical waveguide.
  • Various components such as optical waveguides and diffraction gratings can be configured by using them, and various members can be distributed on both sides of the thin plate. Can be easily realized.
  • the thin plate is formed of a material having a nonlinear optical effect or an electro-optic effect, various components such as an optical harmonic generator, an optical modulator, a variable wavelength filter, or an optical switch are used. It becomes possible to provide a simple optical waveguide device.
  • an electrode or a heater for controlling the intensity, wavefront, or phase of light propagating through the optical waveguide is formed on a surface that is not adhesively fixed to the thin support substrate. Therefore, it is possible to provide various optical waveguide elements such as an optical harmonic generator, an optical modulator, a variable wavelength filter, or an optical switch.
  • the high refractive index film functions as a diffraction grating because the high refractive index film is formed periodically spaced from the waveguide direction of the optical waveguide.
  • an optical waveguide device such as a wavelength filter can be obtained.
  • the film having a high refractive index is formed in a stripline shape. Therefore, a high refractive index film can be used as an optical waveguide, and a high-performance optical waveguide element can be provided by using it as a folded waveguide of an optical integrated circuit.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of an optical waveguide device of the present invention.
  • FIG. 2 is a sectional view showing Example 1 according to the optical waveguide device of the present invention.
  • FIG. 3 is a sectional view showing Example 2 according to the optical waveguide device of the present invention.
  • FIG. 4 is a perspective view showing Example 3 according to the optical waveguide device of the present invention.
  • FIG. 5 is a perspective view showing Example 4 according to the optical waveguide device of the present invention.
  • FIG. 1 shows an embodiment of the optical waveguide device of the present invention.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a light modulation element.
  • a thin plate 1 having a thickness of 20 ⁇ m or less formed of a material having an electro-optic effect or a nonlinear optical effect, and an optical waveguide 2 formed on the surface of the thin plate.
  • a control electrode 3 formed on the surface of the thin plate for controlling light passing through the optical waveguide.
  • the optical waveguide 2 may be formed on the back surface of the thin plate 1, and a heater may be used in place of the control electrode 3 depending on the type of the optical waveguide element.
  • a support substrate 5 is bonded to the thin plate 1 via an adhesive 4.
  • the optical waveguide 2 can be formed by diffusing Ti or the like on the substrate surface by a thermal diffusion method, a proton exchange method, or the like. Further, as in Patent Document 5, it is possible to form an optical waveguide by forming a ridge on the surface of the thin plate 1 according to the shape of the optical waveguide.
  • the control electrode 3 such as a signal electrode, a ground electrode, or a DC electrode can be formed by a Ti.Au electrode pattern formation or a gold plating method. Furthermore, if necessary, a buffer layer (not shown) such as dielectric SiO is provided on the substrate surface after the optical waveguide is formed,
  • Patent Document 5 Japanese Patent Laid-Open No. 6-289341
  • lithium niobate lithium tantalate, PLZT (lead lanthanum zirconate titanate), quartz-based materials, and combinations thereof can be used.
  • lithium niobate (LN) crystals having a high electro-optic effect are preferably used.
  • Examples of materials having nonlinear optical effects include ADP (ammonium dihydrogen phosphate), Ba NaNb O (barium sodium niobate), CdSe (selenium cadmium), KD
  • a method of manufacturing the thin plate 1 including the light modulation element is as follows.
  • the above-described optical waveguide is formed on a substrate having a thickness of several hundred ⁇ m, and the back surface of the substrate is polished to have a thickness of 20 m or less Create.
  • a modulation electrode is formed on the surface of the thin plate. It is also possible to polish the back surface of the substrate after making the optical waveguide, the modulation electrode, and the like.
  • the dielectric material has a lower dielectric than that of the thin plate such as quartz, glass, and alumina. It is also possible to use a material having a crystal ratio or a material having a crystal orientation different from that of a thin plate as in Patent Document 4 above. However, it is preferable to select a material having a linear expansion coefficient equivalent to that of a thin plate in order to stabilize the modulation characteristics of the light modulation element with respect to temperature changes. If it is difficult to select an equivalent material, as in Patent Document 2, a material having a linear expansion coefficient equivalent to that of the thin plate is selected as an adhesive for joining the thin plate and the support substrate.
  • an epoxy adhesive for bonding the thin plate 1 and the support substrate 5, as an adhesive layer 4, an epoxy adhesive, a thermosetting adhesive, an ultraviolet curable adhesive, solder glass, thermosetting, photocurable, or optical It is possible to use various adhesive materials such as thickened rosin adhesive sheets.
  • the refractive index of the adhesive layer 4 is lower than the refractive index of the thin plate 1, particularly the refractive index of the optical waveguide 2.
  • the optical waveguide device is characterized in that the surface of the thin plate 1 is fixedly attached to the support substrate 5 (the lower surface of the thin plate 1 in FIG. 1).
  • a thin plate and a film (high refractive index film) 6 having a higher refractive index than that of the adhesive are loaded in contact with or close to at least a part of the optical waveguide 2.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing Example 1 according to the optical waveguide device of the present invention, and shows an example of the cross-sectional shape of the optical waveguide device taken along the alternate long and short dash line A in FIG.
  • a high refractive index film 6 is formed on the lower surface of the thin plate 1 with a predetermined period (distance s). With such a high refractive index film configuration, the high refractive index film functions as a diffraction grating with respect to the optical waveguide 2, and the optical waveguide element can operate as a wavelength filter.
  • the optical waveguide 2 is formed on the back surface of the thin plate 1 and configured to be in direct contact with the high refractive index film, thereby enhancing the interaction between the optical waveguide 2 and the high refractive index film 6. It becomes. If necessary, a thin nofer layer can be formed between the optical waveguide 2 formed on the back surface of the thin plate 1 and the high refractive index film 6.
  • the thickness of the thin plate 1 is set to 20 m or less, particularly 10 m or less, the mode diameter of the light wave propagating through the optical waveguide 2 is substantially equal to the thickness of the thin plate 1. For this reason, Regardless of whether the optical waveguide is formed on the front surface or the back surface of the thin plate 1, the influence on the light wave propagating through the optical waveguide of the control electrode 3 and the high refractive index film 6 is almost the same.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing Example 2 according to the optical waveguide device of the present invention, and shows an example of the cross-sectional shape of the optical waveguide device taken along the alternate long and short dash line A in FIG.
  • the high refractive index film 6 is disposed in contact with or close to a part of the optical waveguide 2, and a part of the light wave 10 propagating through the optical waveguide 2 is led out of the optical waveguide element as indicated by a dotted line 12. .
  • a part of the light wave is a force derived outside. Since the remaining light wave 11 continues to propagate through the optical waveguide, the light wave propagating in the optical waveguide element is detected by detecting the derived light 12 with the photodetector 13. The state of the monitor can be easily monitored.
  • the shape of the high refractive index film 6 in FIG. 3 is not limited to a rectangular parallelepiped shape.
  • a high refractive index film may be formed in the vicinity of the optical waveguide 2 even if it has an irregular shape. Therefore, the propagating light wave is disturbed, and a part of the light wave is emitted as scattered light.
  • the voltage and current applied to the control electrode 3 are controlled by the control circuit.
  • the intensity, wavefront or phase of light propagating in the optical waveguide element is predetermined. It will be maintained in the state of.
  • FIG. 4 shows Example 3 according to the optical waveguide device of the present invention.
  • the support substrate 5 and the adhesive layer 4 constituting the optical waveguide element are omitted.
  • the adhesive layer and the support substrate are disposed on the upper side of the thin plate 1 shown in FIG.
  • An optical waveguide 2 is formed on one surface of the thin plate 1, and a control electrode 3 is formed on the other surface.
  • a stripline-shaped high refractive index film 6 is formed in contact with the optical waveguide 2 as shown in FIG.
  • the high refractive index film 6 becomes thicker on the taper along the optical waveguide 2 and is bent away from the optical waveguide 2 from the middle.
  • a part of the light wave 20 incident on the optical waveguide 2 moves from the optical waveguide 2 to the high refractive index film 6.
  • the derived light 22 is emitted from the end to the outside of the optical waveguide device. Since the periphery of the high refractive index film 6 is filled with a low refractive index material as an adhesive layer, an optical waveguide having the high refractive index film 6 as a core is formed.
  • the derived light 22 is detected by the photodetector 13 as described above, and is used for monitoring the state of the optical waveguide element. The remaining light wave led to the high refractive index film continues to propagate through the optical waveguide 2 and is output as output light 21 to the optical waveguide element.
  • FIG. 5 shows Example 4 according to the optical waveguide device of the present invention.
  • the electrode 3, the support substrate 5 and the adhesive layer 4 constituting the optical waveguide element are omitted. Note that the adhesive layer and the support substrate are arranged on the upper side of the thin plate 1 shown in FIG. 4, and the electrodes are placed on the lower side of the thin plate 1.
  • two Mach-Zehnder type optical waveguides 2-1 and 2-2 are formed. However, the optical waveguide 2-1 and the optical waveguide 2-2 are connected continuously.
  • a stripline-shaped high refractive index film 6 is formed in a shape as shown in FIG. 5 in contact with the optical waveguides 2-1 and 2-2.
  • the high refractive index film 6 is thickened on the taper along the optical waveguides 2-1 and 2-2, and is bent so as to connect the optical waveguides 2-1 and 2-2.
  • the light wave 30 incident on the optical waveguide 2-1 is transmitted from the optical waveguide 2-1 to the high refractive index film 6 at the terminal end of the optical waveguide 2-1. And is introduced into the optical waveguide 2-2 from the other end of the high refractive index film 6.
  • the light wave introduced into the optical waveguide 2-2 is output to the outside of the optical waveguide element as output light 31 of the optical waveguide element.
  • the refractive index of the high refractive index film 6 is higher, and the optical waveguide 2
  • the refractive index of the adhesive layer surrounding the high refractive index film 6 is lower than the refractive index of the thin plate 1 surrounding 1, rather than bending the terminal end of the optical waveguide 2-1 and connecting it to the optical waveguide 2-2 It is possible to connect the two with a smaller curvature when they are connected with the high refractive index film 6.
  • an optical integrated circuit in which an optical modulator or the like is integrated can be more externally removed.
  • Nb 2 O 3, TiO 2, Ta 2 O 3, As S, Si and the like As the high refractive index film 6 as described above, Nb 2 O 3, TiO 2, Ta 2 O 3, As S, Si and the like
  • a conductor or the like can be suitably used, and a reactive RF sputtering method can be used for forming the high refractive index film 6.
  • the present invention it is possible to realize multi-functionality and high functionality of the optical waveguide device, and also improve the productivity of the product, and further suppress the deterioration of the operation characteristics of the optical waveguide device. It is possible to provide an optical waveguide element that can be used.

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Abstract

　光導波路素子の多機能化や高機能化を実現でき、しかも製品の生産性を改善し、さらには光導波路素子の動作特性の劣化を抑制することが可能な光導波路素子を提供することを目的とする。 　厚みが２０μｍ以下の薄板１と、該薄板に少なくとも一つの光導波路２が形成された光導波路素子において、該薄板が支持基板５に接着剤４を介して接着固定されており、該薄板の該支持基板に接着固定された面上に、該薄板及び該接着剤より屈折率の高い膜が、該光導波路の少なくとも一部に接して又は近接して装荷されていることを特徴とする。 　好ましくは、該薄板が、非線形光学効果又は電気光学効果を有する材料で形成されていることを特徴とする。

Description

明 細 書
光導波路素子
技術分野
[0001] 本発明は、光導波路素子に関し、特に、厚みが 20 m以下の薄板を使用し、該薄 板に少なくとも一つの光導波路が形成された光導波路素子に関する。
背景技術
[0002] 従来、光通信分野や光測定分野において、電気光学効果などを有する基板上に 光導波路や変調電極を形成した光導波路素子が多用されている。
特に、マルチメディアの発展に伴い情報伝達量も増加傾向にあり、光変調周波数 の広帯域ィ匕が求められている。これを実現する手段として、 LN変調器等による外部 変調方式が提供されている。しかし、 LN変調器の広帯域の実現には、変調信号で あるマイクロ波と光波との速度整合、及び駆動電圧の低減を図る必要がある。
[0003] 前記課題の解決手段として、従来より基板の厚みを薄くすることにより、マイクロ波と 光波の速度との速度整合条件を満足させ、且つ駆動電圧の低減を同時に図ることが 知られている。
以下の特許文献 1又は 2にお 、ては、 30 μ m以下の厚みを有する薄 、基板 (以下 、「第 1基板」という。）に、光導波路並びに変調電極を組み込み、第 1基板より誘電率 の低い他の基板 (以下、「第 2基板」という。）を接合し、マイクロ波に対する実効屈折 率を下げ、マイクロ波と光波との速度整合を図り且つ基板の機械的強度を維持するこ とが行われている。
特許文献 1 :特開昭 64— 18121号公報
特許文献 2：特開 2003— 215519号公報
[0004] 特許文献 1又は 2では、主に、第 1基板には LiNbO (以下、「LN」という。 )が利用
3
され、第 2基板には、石英、ガラス、アルミナなど LNより低誘電率の材料が使用され ている。これらの材料の組合せでは、線膨張係数の違いにより、温度変化に伴う温度 ドリフトや DCドリフトが発生することとなる。特許文献 2においては、このような不具合 を除去するため、第 1基板と第 2基板との接合を、第 1基板に近い線膨張係数を有す る接着剤を利用して行うことも開示されている。
[0005] 他方、光導波路素子には、上述した光変調器として利用するものに限らず、回折格 子や可変波長フィルタとして利用するなど多機能化が求められており、更には、複数 の光導波路素子を組合わせた光集積回路や、光導波路素子の光制御状態をモニタ するなど高機能化も求められている。
例えば、可変波長フィルタなどにおいては、光導波路素子に光導波路や電極を配 置するだけで無ぐ特許文献 3又は 4に示すように、光導波路に沿って周期的に変化 する屈折率分布を形成するため、酸化チタン膜や凹凸を光導波路上に形成する必 要がある。
特許文献 3：特開平 5— 88123号公報
特許文献 4：特開平 5 - 264809号公報
[0006] また、光集積回路では、基板の端部付近で光導波路を折り返す必要があり、このた め基板端面にグリーンレンズなどの反射手段を配置したり、また、光導波路素子の内 部を伝搬する光波をモニタするために、モニタ用の光導波路や方向性結合器などを 組み込む必要がある。
このように、光導波路素子の多機能化や高機能化を実現するためには、光導波路 素子に組み込まれる光導波路や電極、さらには多様な膜体や凹凸形状などが増加 し、光導波路素子自体が複雑化する。し力も、仮に上述したような薄板にこれらを形 成することとなると、薄板とこれらの各部材との熱膨張係数などの違いや、薄板自体 の複雑な形状による機械的あるいは熱的な応力歪みにより、薄板が容易に破損し、 製品の歩留まりが低下したり、薄板に不必要な応力が印加され光導波路素子の動作 特性が劣化するなどの不具合を生じることとなる。
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0007] 本発明が解決しょうとする課題は、上述した問題を解決し、光導波路素子の多機能 化や高機能化を実現でき、しかも製品の生産性を改善し、さらには光導波路素子の 動作特性の劣化を抑制することが可能な光導波路素子を提供することである。 課題を解決するための手段 [0008] 上記課題を解決するため、請求項 1に係る発明では、厚みが 20 m以下の薄板と 、該薄板に少なくとも一つの光導波路が形成された光導波路素子において、該薄板 が支持基板に接着剤を介して接着固定されており、該薄板の該支持基板に接着固 定された面上に、該薄板及び該接着剤より屈折率の高い膜が、該光導波路の少なく とも一部に接して又は近接して装荷されていることを特徴とする。
なお、本発明において「面上」とは、薄板自体の表面を意味するだけで無ぐ薄板 上に SiO膜などのバッファ層を形成した後の表面も含むものである。
2
また、本発明において「接して」とは、直接的に接触している状態を意味するだけで なぐノ ッファ層などを介在させて間接的に接触している状態も含むものである。
[0009] 請求項 2に係る発明では、請求項 1に記載の光導波路素子において、該薄板が、 非線形光学効果又は電気光学効果を有する材料で形成されていることを特徴とする
[0010] 請求項 3に係る発明では、請求項 1又は 2に記載の光導波路素子において、該薄 板の支持基板に接着固定されていない面上に、該光導波路を伝搬する光の強度、 波面、又は位相を制御するための電極又はヒーターを形成することを特徴とする。
[0011] 請求項 4に係る発明では、請求項 1乃至 3のいずれかに記載の光導波路素子にお いて、該屈折率の高い膜が、該光導波路の導波方向に対して周期的に離間して形 成されて!/ヽることを特徴とする。
[0012] 請求項 5に係る発明では、請求項 3に記載の光導波路素子において、該屈折率の 高 ヽ膜が形成された該光導波路力 の散乱光、又は該屈折率の高 、膜により該光 導波路を伝搬する光の一部を導出した導出光のいずれかを検出する光検出手段と 、該光検出手段により検出された光量に基づいて、該電極に印加する電圧又は電流 を制御する制御手段とを有し、該光導波路を伝搬する光の強度、波面、又は位相を 制御することを特徴とする。
[0013] 請求項 6に係る発明では、請求項 1乃至 3のいずれかに記載の光導波路素子にお いて、該屈折率の高い膜が、ストリップライン状に形成されていることを特徴とする。 発明の効果
[0014] 請求項 1に係る発明により、厚みが 20 m以下の薄板と、該薄板に少なくとも一つ の光導波路が形成された光導波路素子において、該薄板が支持基板に接着剤を介 して接着固定されており、該薄板の該支持基板に接着固定された面上に、該薄板及 び該接着剤より屈折率の高い膜 (以下、「高屈折率膜」という。）が、該光導波路の少 なくとも一部に接して又は近接して装荷されているため、該高屈折率膜を利用して光 導波路や回折格子など多様な部材を構成することが可能となると共に、薄板の両面 に各種部材を分散配することも可能となるため、光導波路素子の多機能化や高機能 化が容易に実現できる。しかも、薄板に対し、機械的又は熱的な応力が局所的に集 中するのも抑制できるため、薄板の破損や光導波路素子の動作特性の変化を防止 でき、生産性に優れ、動作特性の安定した光導波路素子を提供することが可能とな る。
[0015] 請求項 2に係る発明により、薄板が、非線形光学効果又は電気光学効果を有する 材料で形成されているため、光高調波発生器、光変調器、可変波長フィルタ、または 光スィッチなど多様な光導波路素子を提供することが可能となる。
[0016] 請求項 3に係る発明により、薄板の支持基板に接着固定されていない面上に、光 導波路を伝搬する光の強度、波面、又は位相を制御するための電極又はヒーターを 形成するため、光高調波発生器、光変調器、可変波長フィルタ、または光スィッチな ど多様な光導波路素子を提供することが可能となる。
[0017] 請求項 4に係る発明により、屈折率の高い膜が、光導波路の導波方向に対して周 期的に離間して形成されているため、高屈折率膜が回折格子として機能することが 可能となり、波長フィルタなどの光導波路素子を得ることが可能となる。
[0018] 請求項 5に係る発明により、屈折率の高い膜が形成された光導波路力 の散乱光、 又は該屈折率の高い膜により該光導波路を伝搬する光の一部を導出した導出光の いずれかを検出する光検出手段と、該光検出手段により検出された光量に基づいて 、該電極に印加する電圧又は電流を制御する制御手段とを有し、該光導波路を伝搬 する光の強度、波面、又は位相を制御するため、光導波路素子の内部を伝搬する光 波をモニタし、光導波路素子の駆動状態を制御することができる、高機能な光導波 路素子を提供することが可能となる。
[0019] 請求項 6に係る発明により、屈折率の高い膜が、ストリップライン状に形成されてい るため、高屈折率膜を光導波路として利用することが可能となり、光集積回路の折り 返し導波路などとして利用することにより、高機能な光導波路素子を提供することが 可能となる。
図面の簡単な説明
[0020] [図 1]本発明の光導波路素子の一実施例を示す断面図である。
[図 2]本発明の光導波路素子に係る実施例 1を示す断面図である。
[図 3]本発明の光導波路素子に係る実施例 2を示す断面図である。
[図 4]本発明の光導波路素子に係る実施例 3を示す斜視図である。
[図 5]本発明の光導波路素子に係る実施例 4を示す斜視図である。
符号の説明
[0021] 1 薄板
2 光導波路
3 変調電極
4 接着層
5 支持基板
6 高屈折率膜
発明を実施するための最良の形態
[0022] 以下、本発明について好適例を用いて詳細に説明する。
図 1は、本発明の光導波路素子に係る実施例を示す。図 1は、光変調素子の断面 図であり、電気光学効果又は非線形光学効果を有する材料で形成された厚さ 20 μ m以下の薄板 1と、該薄板の表面に形成された光導波路 2と、該薄板の表面に形成 され、該光導波路内を通過する光を制御するための制御電極 3とを含む光変調素子 である。なお、光導波路 2は、薄板 1の裏面に形成しても良いし、光導波路素子の種 類によっては、該制御電極 3の代わりにヒーターを用いることも可能である。
薄板 1には、支持基板 5が接着剤 4を介して接合されて ヽる。
[0023] 光導波路 2の形成方法としては、 Tiなどを熱拡散法やプロトン交換法などで基板表 面に拡散させることにより形成することができる。また、特許文献 5のように薄板 1の表 面に光導波路の形状に合わせてリッジを形成し、光導波路を構成することも可能であ る。
信号電極や接地電極、あるいは DC電極などの制御電極 3は、 Ti.Auの電極パタ ーンの形成及び金メッキ方法などにより形成することが可能である。さらに、必要に応 じて光導波路形成後の基板表面に誘電体 SiO等のバッファ層（不図示)を設け、バ
2
ッファ層の上に制御電極を形成することも可能である。
特許文献 5：特開平 6 - 289341号公報
[0024] 電気光学効果を有する材料としては、例えば、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウ ム、 PLZT (ジルコン酸チタン酸鉛ランタン）、及び石英系の材料及びこれらの組み合 わせが利用可能である。特に、電気光学効果の高いニオブ酸リチウム (LN)結晶が 好適に利用される。
また、非線形光学効果を有する材料としては、例えば、 ADP (燐酸二水素アンモニ ゥム）、 Ba NaNb O (ニオブ酸バリウム 'ナトリウム）、 CdSe (セレンカドミウム）、 KD
2 5 15
P (燐酸二水素カリウム）、 LiNbO (ニオブ酸リチウム）、 Se (セレン）、 Te (テルル）な
3
どがある。
[0025] 光変調素子を含む薄板 1の製造方法は、数百 μ mの厚さを有する基板に上述した 光導波路を形成し、基板の裏面を研磨して、 20 m以下の厚みを有する薄板を作 成する。その後薄板の表面に変調電極を作り込む。また、光導波路や変調電極など の作り込みを行った後に、基板の裏面を研磨することも可能である。なお、光導波路 形成時の熱的衝撃や各種処理時の薄膜の取り扱いによる機械的衝撃などが加わる と、薄板が破損する危険性もあるため、これらの熱的又は機械的衝撃が加わり易い 工程は、基板を研磨して薄板ィ匕する前に行うことが好ましい。
[0026] 支持基板 5に使用される材料としては、種々のものが利用可能であり、例えば、薄 板と同様の材料を使用する他に、石英、ガラス、アルミナなどのように薄板より低誘電 率の材料を使用したり、上記特許文献 4のように薄板と異なる結晶方位を有する材料 を使用することも可能である。ただし、線膨張係数が薄板と同等である材料を選定す ることが、温度変化に対する光変調素子の変調特性を安定させる上で好ましい。仮 に、同等の材料の選定が困難である場合には、特許文献 2のように薄板と支持基板 とを接合する接着剤に、薄板と同等な線膨張係数を有する材料を選定する。 [0027] 薄板 1と支持基板 5との接合には、接着層 4として、エポキシ系接着剤、熱硬化型接 着剤、紫外線硬化性接着剤、半田ガラス、熱硬化性、光硬化性あるいは光増粘性の 榭脂接着剤シートなど、種々の接着材料を使用することが可能である。接着層 4の屈 折率は、薄板 1の屈折率、特に光導波路 2の屈折率より低くすることが、光導波路 2の 伝搬損失を抑制する上では好まし 、。
[0028] 本発明に係る光導波路素子の特徴は、図 1に示すように、薄板 1の支持基板 5に接 着固定された面上（図 1の薄板 1の下側の面）に、該薄板及び該接着剤より屈折率の 高い膜 (高屈折率膜) 6が、該光導波路 2の少なくとも一部に接して又は近接して装 荷されていることである。
[0029] 高屈折率膜の形状や材料には、光導波路素子の機能'特性に応じて、種々のもの を用いることが可能であり、以下では、高屈折率膜を用いた実施例について説明す る。
図 2は、本発明の光導波路素子に係る実施例 1を示す断面図であり、図 1の一点鎖 線 Aにおける光導波路素子の断面形状の一例を示すものである。
薄板 1の下面には、高屈折率膜 6を所定の周期 (距離 s)で離間して形成したもので ある。このような高屈折率膜の形態により、高屈折率膜は、光導導波路 2に対して回 折格子として機能し、当該光導波路素子は波長フィルタとして動作することが可能と なる。
[0030] 選択する波長 λは、 λ = 2ns/m (nは光波の実効屈折率， sは高屈折率膜の配列 周期、 mは自然数である。）の関係で決定される。また、電極 3が印加する電界の強さ を変化させることにより、選択される波長を変化させることが可能であり、この場合に は、光導波路素子は可変波長フィルタとして機能する。
また、光導波路 2は、薄板 1の裏面に形成し、高屈折率膜と直接接触するように構 成することで、光導波路 2と高屈折率膜 6との相互作用を強化することが可能となる。 また、必要に応じ、薄板 1の裏面に形成した光導波路 2と高屈折率膜 6との間に薄い ノ ッファ層を形成することも可能である。
[0031] なお、薄板 1の厚みを 20 m以下、特に 10 m以下に設定した場合には、光導波 路 2を伝搬する光波のモード径は、ほぼ薄板 1の厚みと等しくなつている。このため、 薄板 1の表面又は裏面のいずれに光導波路を形成しても、制御電極 3や高屈折率膜 6の光導波路内を伝搬する光波に与える影響は、同程度のものとなる。
[0032] 図 3は、本発明の光導波路素子に係る実施例 2を示す断面図であり、図 1の一点鎖 線 Aにおける光導波路素子の断面形状の一例を示すものである。
高屈折率膜 6を光導波路 2の一部に接して又は近接して配置し、光導波路 2を伝搬 する光波 10の一部を、点線 12で示したように光導波路素子の外部に導出する。光 波の一部は外部に導出される力 残りの光波 11は引き続き光導波路を伝搬するため 、該導出光 12を光検出器 13で検出することにより、光導波路素子内を伝搬している 光波の状態が容易にモニタ ·判別できる。
[0033] 図 3における高屈折率膜 6の形状としては、単に直方体のものに限定されず、例え ば、不規則 '不定形なものであっても、光導波路 2の近傍に高屈折率膜が存在するた め、伝搬する光波が乱れ、光波の一部が散乱光として放出されることとなる。
[0034] 光検出器 13で検出した結果に応じて、制御電極 3に印加する電圧や電流が制御 回路により制御され、結果として、光導波路素子内を伝搬する光の強度、波面又は 位相が所定の状態に維持されることとなる。
[0035] 図 4は、本発明の光導波路素子に係る実施例 3を示す。
図 4では、薄板 1の面上に形成された高屈折率膜の様子を明確に示すため、光導 波路素子を構成する支持基板 5及び接着層 4は省略して示されている。なお、接着 層及び支持基板は、図 4で示した薄板 1の上側に配置されることとなる。
薄板 1の一方の面には光導波路 2が形成され、他方の面には制御電極 3が形成さ れている。光導波路 2に接触してストリップライン状の高屈折率膜 6が、図 4のような形 状で形成されている。高屈折率膜 6は、光導波路 2に沿ってテーパー上に厚くなり、 途中から光導波路 2から離れるように曲げられて 、る。
[0036] このような高屈折率膜 6を設けることにより、光導波路 2に入射する光波 20の一部は 、光導波路 2から高屈折率膜 6へと移動し、高屈折率膜 6の他端より導出光 22として 光導波路素子の外部に放出されることとなる。高屈折率膜 6の周囲には接着層であ る低屈折率材料が充填されているため、高屈折率膜 6をコアとする光導波路が形成 されることとなる。 該導出光 22は、上述したように光検出器 13により検出され、光導波路素子の状態 をモニタすることなどに利用される。高屈折率膜に導出されな力つた残りの光波は、 引き続き光導波路 2を伝搬し、光導波路素子に出力光 21として出力される。
[0037] 図 5は、本発明の光導波路素子に係る実施例 4を示す。
図 5では、薄板 1の面上に形成された高屈折率膜の様子を明確に示すため、光導 波路素子を構成する電極 3、支持基板 5及び接着層 4は省略して示されている。なお 、接着層及び支持基板は、図 4で示した薄板 1の上側に配置され、電極は薄板 1の 下佃 J〖こ酉己置されることとなる。
[0038] 薄板 1には、 2つのマッハツェンダー型光導波路 2—1, 2— 2が形成されている。た だし、光導波路 2— 1と光導波路 2— 2とは連続して接続されて 、な 、。
薄板 1の面上には、光導波路 2—1及び 2— 2に接触してストリップライン状の高屈 折率膜 6が、図 5のような形状で形成されている。高屈折率膜 6は、光導波路 2—1及 び 2— 2に沿ってテーパー上に厚くなり、光導波路 2— 1と 2— 2とを接続するように曲 げられている。
[0039] このような高屈折率膜 6を設けることにより、光導波路 2— 1に入射する光波 30は、 光導波路 2— 1の終端部で、光導波路 2— 1から高屈折率膜 6へと移動し、高屈折率 膜 6の他端より光導波路 2— 2に導入されることとなる。光導波路 2— 2に導入された 光波は、当該光導波路素子の出力光 31として光導波路素子の外部に出力されるこ ととなる。
[0040] 光導波路 2— 1 (又は 2— 2)より、高屈折率膜 6の屈折率は高ぐしかも、光導波路 2
1を取り囲む薄板 1の屈折率より、高屈折率膜 6を取り囲む接着層の屈折率の方が 低いため、光導波路 2— 1の終端部を曲げて光導波路 2— 2に接続するよりも、高屈 折率膜 6で接続する方が、より小さな曲率で両者を接続することが可能となる。図 5に 示すような構成により、光変調器などを集積化した光集積回路を、よりコンパ外化す ることが可能となる。
[0041] 上述したような高屈折率膜 6としては、 Nb O , TiO , Ta O , As S , Siなどの半
2 5 2 2 5 2 3
導体などが好適に利用でき、高屈折率膜 6の形成に際しては、反応性 RFスパッタリ ング法が利用可能である。 産業上の利用可能性
以上説明したように、本発明によれば、光導波路素子の多機能化や高機能化を実 現でき、し力も製品の生産性を改善し、さらには光導波路素子の動作特性の劣化を 抑制することが可能な光導波路素子を提供することが可能となる。

Claims

請求の範囲
[1] 厚みが 20 m以下の薄板と、該薄板に少なくとも一つの光導波路が形成された光 導波路素子において、
該薄板が支持基板に接着剤を介して接着固定されており、
該薄板の該支持基板に接着固定された面上に、該薄板及び該接着剤より屈折率 の高い膜が、該光導波路の少なくとも一部に接して又は近接して装荷されていること を特徴とする光導波路素子。
[2] 請求項 1に記載の光導波路素子において、該薄板が、非線形光学効果又は電気 光学効果を有する材料で形成されていることを特徴とする光導波路素子。
[3] 請求項 1又は 2に記載の光導波路素子において、該薄板の支持基板に接着固定さ れていない面上に、該光導波路を伝搬する光の強度、波面、又は位相を制御するた めの電極又はヒーターを形成することを特徴とする光導波路素子。
[4] 請求項 1乃至 3のいずれかに記載の光導波路素子において、該屈折率の高い膜が
、該光導波路の導波方向に対して周期的に離間して形成されていることを特徴とす る光導波路素子。
[5] 請求項 3に記載の光導波路素子において、
該屈折率の高!、膜が形成された該光導波路からの散乱光、又は該屈折率の高 ヽ 膜により該光導波路を伝搬する光の一部を導出した導出光のいずれかを検出する 光検出手段と、
該光検出手段により検出された光量に基づいて、該電極に印加する電圧又は電流 を制御する制御手段とを有し、
該光導波路を伝搬する光の強度、波面、又は位相を制御することを特徴とする光 導波路素子。
[6] 請求項 1乃至 3のいずれかに記載の光導波路素子において、該屈折率の高い膜が 、ストリップライン状に形成されて ヽることを特徴とする光導波路素子。
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