DE3440390C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft optische Funktionselemente
gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 bis 3.
Ein optisches Funktionselement gemäß den Oberbegriffen
der Ansprüche 1 und 2 ist für die Alternative "akusto-
optischer Effekt" aus der DE 31 02 972 A1 bekannt.
Ein optisches Funktionselement gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 3 ist aus der US 40 27 946 bekannt.
Bisher sind viele Untersuchungen durchgeführt worden, um
ein optisches Dünnschicht-Element unter Anwendung eines Licht
wellenleiters für verschiedene Vorrichtungen, etwa als
Lichtablenkvorrichtung, Lichtmodulator, Spektralanalysator,
Korrelator, optische Schaltungen usw. einzusetzen. Ein sol
ches optisches Dünnfilm-Element hat die Funktion, den Bre
chungsindex des Lichtwellenleiters durch äußere Einwirkung,
etwa durch den akustisch-optischen Effekt, elektro-optischen
Effekt usw. zu verändern, wodurch das sich in und durch den
Lichtwellenleiter ausbreitende Licht moduliert oder
abgelenkt wird. Für die Bildung des vorstehenden optischen
Elementes geeignete Substrate sind bisher z. B. Lithiumniobatkristall
(LiNbO3) und Lithiumtantalatkristall (LiTaO3) ver
wendet worden, welche im Hinblick auf die piezoelektrischen
Eigenschaften, den akustisch-optischen Effekt und dem elek
tro-optischen Effekt ausgezeichnet sind und einen geringen
Lichtausbreitungsverlust haben.
Als repräsentatives Verfahren zur Herstellung des Dünnschicht-
Lichtwellenleiters unter Verwendung des vorstehend erwähn
ten Kristallsubstrats ist ein Verfahren bekanntgeworden,
bei dem Titan (Ti) bei hoher Temperatur an der Oberfläche
des vorstehend erwähnten kristallinen Substrats thermisch
diffundiert wird, wodurch an der Oberfläche dieses kri
stallinen Substrats eine Lichtwellenleiterschicht mit einem
Brechungsindex ausgebildet wird, welcher leicht größer als
derjenige des Substrats ist. Der Dünnfilm-Lichtwellenleiter,
der durch dieses Verfahren hergestellt wird, hat jedoch
verschiedene Nachteile. So unterliegt er leicht einer opti
schen Schädigung, und man kann in den Wellenleiterweg nur
eine sehr kleine Lichtleistung einführen. Unter dem Aus
druck "optische Schädigung bzw. Fehler", wie er in der Be
schreibung verwendet wird, ist eine Erscheinung zu verste
hen, bei dem die Lichtstärke, die sich in und durch den
Lichtwellenleiter ausbreitet und dann nach außen abgegeben
wird, wegen ihrer Streuung proportional zur Eingangslicht
stärke nicht weiter erhöht wird, wenn die in den Lichtwel
lenleiter einzuführende Lichtstärke allmählich erhöht wird.
Ein Verfahren zur Herstellung eines verbesserten Wellenlei
ters, welcher einer optischen Schädigung weniger leicht
unterliegt, ist bekanntgeworden, bei dem das Kristallsub
strat aus LiNbO3 oder LiTaO3 bei hoher Temperatur wärme
behandelt wird, um Lithiumoxid (Li2O) außerhalb des kri
stallinen Substrats einzudiffundieren, wodurch in der Nach
barschaft der Oberfläche des Substrats eine von Lithium (Li)
freie Zwischenraumschicht mit einem Brechungsindex gebildet
wird, der etwas größer als derjenige des Substrats ist.
R. L. Holman und P. J. Cressman haben in "IOOC 81, 28. April
1981" beschrieben, daß durch die vorstehend beschriebene
äußere Diffusionsbehandlung von Li2O der Schwellenwert der
optischen Schädigung höher wird als derjenige, der durch
eine innere Diffusionsbehandlung mit Ti erreicht wird.
Wenn zufällig das Lichtablenkgerät und der Lichtmodulator
unter Ausnutzung des akustisch-optischen Effektes oder des
elektro-optischen Effektes realisiert werden sollen, stellt
die Erhöhung des Wirkungsgrades eines jeden der vorstehend
erwähnten Effekte einen wichtigen Faktor bei der Bildung
des Elementes dar. Als repräsentatives Beispiel zur Aus
nutzung des akustisch-optischen Effektes gibt es ein Ver
fahren, bei dem ein elektrisches Hochfrequenzfeld an kamm
förmige Elektroden angelegt wird, die durch Fotolithogra
fietechnik auf dem Lichtwellenleiter gebildet werden, damit
elastische Oberflächenwellen auf dem Lichtwellenleiter an
geregt werden. Es ist in diesem Falle bekannt, daß die
Wechselwirkung zwischen den auf dem Lichtwellenleiter an
geregten Oberflächenwellen und dem geleiteten Licht, das
sich in und durch den Lichtwellenleiter ausbreitet, erhöht
wird, sobald die Energieverteilung des geleiteten Lichts
in der Nähe der Substratoberfläche konzentriert wird.
(Vgl. C. S. Tsai, "IEEE Transaction on Circuits and Systems",
Vol. CAS-26, 12, 1979/S. 1072-1098).
Unter dem Gesichtspunkt der maximalen Ausnutzung der vor
stehend erwähnten Wechselwirkung bewirkt die Dicke der
Lichtwellenleiterschicht (eine von Lithium freie Zwischen
raumschicht), die durch das vorstehend erwähnte äußere Li2O-
Diffusionsverfahren gebildet werden soll, kleine Änderungen
im Brechungsindex, so daß die Schicht mit einer Dicke von
10 bis 100 µm hergestellt werden muß. Dies ist ungünstig
weil die Energieverteilung des geleiteten Lichts sich in
Richtung der Stärke der Schicht ausbreitet. Daher war es
schwierig in der sich ergebenden Vorrichtung einen hohen
Wirkungsgrad zu realisieren, bei der ein Dünnfilm-Wellen
leiter ausgenutzt wird, wie er durch das vorstehend be
schriebene äußere Diffusionsverfahren mit Li2O für die
Herstellung des Lichtablenkgeräts usw. ausgenutzt wird.
Andererseits ist ein anderes Verfahren zur Herstellung ei
nes verbesserten Dünnfilm-Wellenleiters mit geringer opti
scher Schädigung durch ein Ionenaustauschverfahren bekannt
geworden. Bei diesem Verfahren wird das Kristallsubstrat
aus LiNbO3 oder LiTaO3 bei einer niedrigen Temperatur einer
Wärmebehandlung in einem gelösten Salz von Talliumnitrat
(TlNO3), Silbernitrat (AgNO3), Kaliumnitrat (KNO3) und der
gleichen oder in einer schwachen Säure, wie Benzoesäure
(C6H5COOH) wärmebehandelt wird, um Lithiumionen (Li⁺) in
dem kristallinen Substrat durch eine Ionenspezies in der
schwachen Säure, etwa Protonen (H⁺) auszutauschen. Auf
diese Weise wird eine Lichtwellenleiterschicht mit einem
großen Unterschied im Brechungsindex (Δh∼0,12) ausge
bildet.
Während der Dünnfilm-Wellenleiter, der durch das vorstehend
beschriebene Ionenaustauschverfahren hergestellt worden ist,
eine verbesserte Eigenschaft im Hinblick auf den Schwellen
wert der optischen Schädigung aufweist, welcher einige
zehnmal höher ist als der durch Titandiffusion erhaltene
Dünnfilm-Lichtwellenleiter, besteht jedoch ein Problem da
rin, daß die Piezoelektrizität und die elektro-optischen
Eigenschaften, die den Kristallen von LiNbO3 und LiTaO3
eigen sind, durch das Ionenaustauschverfahren schlechter
werden, mit der Folge, daß beispielsweise bei der Verwen
dung als Lichtablenkgerät die Brechungswirksamkeit des ge
leiteten Lichtes unvermeidlich herabgesetzt wird.
Aus der DE 33 46 058 A1, einer älteren Anmeldung, ist ein optisches Funktionselement mit
einem Substrat aus z. B. LiNbO₃ bekannt, auf dem mindestens zwei
Wellenleiter angeordnet sind, die durch Eindiffundieren von
Titan in das Substrat oder durch Protonenaustausch erhalten wer
den können. Es handelt sich hierbei um ein Element mit einem
Wellenleiter vom Kanaltyp, bei dem mindestens zwei, in dem
Substrat vorgesehene Lichtleiterzonen in bestimmtem Abstand
und bestimmter Länge zueinander parallel verlaufen, damit die
Strahlung der ankommenden Welle von einem Wellenleiter zum an
deren überführbar ist. Die Kopplung des geleiteten Lichts fin
det hierbei mit einer akustischen Oberflächenwelle kollinear
statt.
Aus der US-A-40 27 946 ist
ein optisches Funktionselement, nämlich ein akusto-optischer Reflektor
bekannt, in dessen LiNbO₃-Kristallsubstrat eine Lichtwellen-lei
tende Schicht integriert ist, die durch "Ausdiffundieren" ge
bildet wird. Lichtwellenleiter dieses Typs weisen zwar einen hohen
Schwellenwert der optischen Schädigung auf, zeigen jedoch nur
kleine Differenzen der Brechungsindices, wodurch die Schicht
dicke des Lichtwellenleiters entsprechend größer gestaltet werden
muß.
Aus der DE-OS 24 43 038 ist ein
optisches Funktionselement, nämlich ein elektro-optischer Schalter
und Modulator für sich kreuzende oder verzweigte optische
Wellenleiter aus elektro-optischem Material bekannt.
Es werden kammförmige Elektroden verwendet.
Aus SPIE, Vol. 317 Integrated Optics and Millimeter
and Microwave Integrated Circuits (1981), S. 45-57,
sind Verfahren zur Herstellung von Lichtwellenleitern in
Lithiumniobat, z. B. durch Ionenaustausch, bekannt.
Aus Optical Communications 42, 15. Juni 1982,
S. 101-103, ist bekannt, in Lithiumnio
bat Lichtwellenleiter durch Protonenaus
tausch oder durch Titandiffusion mit anschließendem
Protonenaustausch herzustellen.
In der DE 31 02 972 ist
ein optisches Funktionselement, nämlich
eine Einrichtung zum kontinuierli
chen Abtasten mittels eines Strahlenpunktes bekannt, die einen
Wellenleiter für die Ausbreitung eines Lichtstrahles,
eine erste Einrichtung zur kontinuierlichen Ablenkung des
Lichtstrahls im Wellenleiter und eine zweite Einrichtung
zum Sammeln des Lichtstrahls aufweist. Hierbei wird der Wel
lenleiter durch Titandiffusion in dem Material mit piezo-
elektrischem Ansprechvermögen (LiNbO₃) gebildet.
Aus der DE-OS 28 04 105 ist
ein optisches Funktionselement, nämlich
eine elektrisch steuerbare opti
sche Übertragungsvorrichtung bekannt, die an der Oberfläche
eines Substrats aus LiNbO₃ einen Lichtwellenleiter vom Kanaltyp auf
weist. Ein derartiger Lichtleiter wird durch Titandiffusion
erhalten und zeichnet sich durch eine Struktur mit mindestens
einem Lichtleiter-Eingangszweig und wenigstens zwei Lichtlei
ter-Ausgangszweigen aus. Es werden Elektroden aufgebracht, die
den Lichtleiter nicht, vollständig oder teilweise bedecken.
Aus der DE-OS 28 04 105 ist auch eine Verfahren
zur Herstellung der o. g. Funktionselemente bekannt.
Ausgehend von den optischen Funktionselementen gemäß
den Oberbegriffen der Ansprüche 1-3 liegt der Erfindung
die Aufgabe zugrunde,
diese optischen Funktionselemente
derart weiterzubilden, daß der
Schwellenwert der opti
schen Schädigung erhöht wird, ohne daß die piezoelektrischen
und elektro-optischen Eigenschaften des Substratmaterials ver
schlechtert werden, so daß ein hoher Brechungswirkungsgrad und
damit eine hohe Modulation des geleiteten Lichtes gewährlei
stet ist.
Diese Aufgabe ist gelöst worden mit den optischen Funktions
elementen gemäß den Patentansprüchen 1 bis 3.
Die Erfindung ist bei dem optischen Funktionselement gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1
also dadurch gekennzeichnet, daß die Licht-Wellenleiter-Dünnschicht
durch Protonenaustausch auf der ganzen
Oberfläche des Substrates außerhalb des Elektrodenbereiches
gebildet ist.
Die Erfindung ist bei dem optischen Funktionselement
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1
also dadurch gekennzeichnet,
daß die Titandiffusion gebildete Licht-Wellenleiter-Dünnschicht
einem Protonenaustausch auf der ganzen Oberfläche
des Substrates außerhalb des Elektrodenbereiches unterzogen
ist.
Die Erfindung ist bei dem optischen Funktionselement
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 3
also dadurch gekennzeichnet, daß die durch Ausdiffundieren
gebildete Dünnschicht einem Protonenaustausch auf der ganzen
Oberfläche des Substrates außerhalb des Elektrodenbereiches
unterzogen ist.
Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher
erläutert.
Fig. 1 bis 4 zeigen perspektivische Ansichten von bevorzug
ten Ausführungsformen des opti
schen Funktionselements nach der Erfindung.
Fig. 5A und 5B sind schematische Schnittansichten, die ein
Beispiel zur Herstellung des optischen Funktions
elements gemäß der in Fig. 4 gezeigten Ausführungs
form erläutern.
Fig. 6 bis 9 stellen perspektivische Ansichten anderer Aus
führungsformen des optischen Funk
tionselements nach der Erfindung dar.
Fig. 10A bis 10D sind schematische Schnittansichten die ein
Herstellungsbeispiel des optischen Funktionselements
gemäß der in Fig. 9 gezeigten Ausführungsform er
läutern.
Fig. 11 ist eine perspektivische Ansicht eines weiteren
Beispiels des optischen Funktions
elements nach der Erfindung.
Fig. 12A bis 12C sind schematische Schnittansichten die
ein Herstellungsbeispiel des optischen Funktions
elements gemäß der in Fig. 11 gezeigten Ausführungs
formen verdeutlichen.
Fig. 1 verdeutlicht eine Lichtablenkvorrichtung gemäß ei
ner ersten Ausführungsform des optischen
Funktionselements. In der Zeichnung bedeuten die Bezugs
ziffern folgendes: 1 ein Substrat aus Lithiumniobatkristall oder Lithiumtantalatkristall, 2 einen durch
Protonenaustausch behandelten Bereich zur Bildung des Licht
wellenleiters, 3 einen Abschnitt, der nicht durch Protonen
austausch behandelt worden ist, 4 eine kammförmige Elektro
de an der Abgabeseite, 5 eine kammförmige Elektrode an der
Empfangsseite, 6 ein optisches Kupplungs-Eingangsprisma und
7 ein optisches Kupplungs-Ausgangsprisma. Wie in Fig. 1 ge
zeigt ist, ist der Dünnfilm-Lichtwellenleiter in Form der
Ablenkvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform dadurch aus
gezeichnet, daß er an dem nicht durch Protonenaustausch be
handelten Abschnitt kammförmige Elektroden aufweist, die
die Funktion haben, elastische Oberflächenwellen zu erzeu
gen oder zu empfangen.
Nachfolgend wird das Verfahren zur Herstellung des Lichtab
lenkgerätes dieser besonderen Ausführungsform näher erläu
tert.
Eine Oberfläche (beispielsweise x⁺-Oberfläche) eines LiNbO3-
Kristalles einer X-Platte (mit einer Dicke von 1 mm in Rich
tung der x-Achse und einer Länge von 2,54 cm in Richtungen
der z- und y-Achsen) wurde auf einen Ebenheitsgrad von we
nigen Newtonringen oder weniger poliert, nachdem eine ge
wöhnliche Ultraschallreinigung mit Methanol, Aceton und
reinem Wasser durchgeführt worden war, worauf die Oberflä
che durch ein Gebläse mit Stickstoffgas getrocknet wurde.
Anschließend wurde eine 1 mm starke Aluminiumplatte in Gestalt
des Bereichs 2 des durch ein Protonenaustauschverfahren be
handelten Substrats auf dem LiNbO3-Substrat angeordnet,
worauf Chrom (Cr) und Aluminium (Al) durch Aufdampfung
mit einer Dicke von 5,0 nm bzw. 145 nm darauf abge
schieden wurde. Als Substrat kann auch LiTaO3 verwendet werden,
wodurch Dünnfilme aus Chrom und Aluminium als Maske für
das Protonenaustauschverfahren auf demjenigen Bereich ausge
bildet werden, wo die kammförmigen Elektroden gebildet wer
den sollen.
In der nächsten Stufe wurde das Kristallsubstrat einem Protonen
austauschverfahren mit der vorstehend erwähnten, darauf aus
gebildeten Maske unterzogen. Das Protonenaustauschverfahren
wurde durchgeführt, indem man 80 g Benzoesäure (C6H5COOH)
in einem 100-ml-Quarzbecher einbringt, das kristalline
Substrat mit der Maske in dem Becher in der Weise anordnet,
daß die Oberfläche mit der Maske nach oben zeigt, an
schließend das Becherglas mit einer Aluminiumfolie voll
ständig abschließt und danach den Becher mit seinem Inhalt
in einen Heizofen 15 min lang bei einer Temperatur von
250°C einbringt. Anstelle von Benzoesäure können schwache
Säuren wie Palmitinsäure (CH3(CH2)14COOH), Stearinsäure
(CH3(CH2)16COOH), usw. und gelöste Salze wie AgNO3, TlNO3,
TlSO4, KNO3 und andere verwendet werden.
Nach der vorstehend erwähnten Hitzebehandlung wird das
Substrat unter Verwendung eines Quarzwerkzeuges zum Halten
des Substrats herausgenommen und mit Ethanol und dann mit
Aceton gewaschen. Mit diesen Lösungsmitteln können die auf
der Oberfläche des Substrats anhaftenden Benzoesäurekristalle
leicht aufgelöst werden. Nach dem Waschvorgang wurde die für
das Protonenaustauschverfahren vorgesehene Schutzmaske aus
Chrom und Aluminium unter Verwendung einer Ätzlösung ent
fernt.
Um die Eigenschaft des auf diese Weise hergestellten Licht
wellenleiters zu untersuchen, wurde ein He-Ne-Laserstrahl
mit einer Wellenlänge von 632,8 nm durch ein Rutilprisma
in die Wellenleiteroberfläche in Richtung der y-Achse ein
geführt, um den Lichtausbreitungsverlust zu bestimmen. Als
Ergebnis wurde ein Wert von 1,5 dB/cm erhalten. Auch der
erhaltene Schwellenwert der optischen Schädigung war sehr
hoch und lag bei 10 mW/mm bei Anwendung des He-Ne-Lichtes.
Nach der Messung wurde der Lichtwellenleiter gewaschen und
wieder getrocknet, worauf ein positiver Fotolack durch eine
Schleuderbeschichtung mit einer Dicke von 1 bis 1,5 µm darauf
aufgebracht wurde. Danach wurde eine Kontaktbelichtung unter
Verwendung der negativen Maske für die kammförmigen Elek
troden durchgeführt, und anschließend wurde der Fotolack in
der Weise entwickelt, daß darin nicht nur der Bereich für
die kammförmige Elektrode belassen wurde. Nach
dem Waschen wurde der Lichtwellenleiter getrocknet und in
eine Vakuumabscheidungsvorrichtung eingebracht, welche auf
einen Vakuumdruck von 1,33×106 mbar evakuiert war. Da
nach wurde Aluminium durch Elektronenstrahlabscheidung mit
einer Dicke von 1500 λ abgeschieden. Nach der Aufdampfung
wurde der Wellenleiter in Aceton einige Minuten lang ein
getaucht, wodurch der Aluminiumfilm auf dem Fotolack durch
Abheben entfernt und der Bereich für die kammförmige Elek
trode auf dem Lichtwellenleiter ausgebildet wurde. In die
sem Fall ist die kammförmige Elektrode so ausgestaltet, daß
die Hauptwellenlänge der elastischen Oberflächenwellen bei
600 Hz liegt. Aus diesem Grund ist die Breite der kamm
förmigen Elektroden und der Zwischenraum zwischen den Elek
troden jeweils bei 1,45 µm festgelegt. Auf diese Weise
wurden kammförmige Elektroden an dem nicht durch Protonen
austausch behandelten Bereich vorgesehen und somit
wurde ein Dünnfilm-Lichtwellenleiter in Form einer Licht
ablenkvorrichtung hergestellt.
Andererseits wurden die gleichen kammförmigen Elektroden,
wie vorstehend erwähnt, auf dem Lichtwellenleiter gebildet,
der in der Weise erhalten wurde, daß man die gesamte Ober
fläche des Substrats dem vorstehend erwähnten Protonenaustausch
verfahren unterzieht, ohne daß jedoch die Schutzmaske für
das Protonenaustauschverfahren vorgesehen wurde. Unter Verwen
dung dieses Lichtwellenleiters und des erfindungsgemäßen
Lichtwellenleiters wurde der Brechungswirkungsgrad des ge
leiteten Lichts für Vergleichszwecke bestimmt. Wie in Fig.
1 gezeigt ist, wurden beide Lichtwellenleiter mit dem ein
fallenden Licht 9 behandelt, wobei ein He-Ne-Laser mit ei
ner Wellenlänge von 632,8 nm verwendet wurde und eine Hoch
frequenzleistung von 0,6 W an die kammförmige Elek
trode 4 an der Abgabeseite angelegt wurde. Das einfallende Licht
9 wurde durch das Lichtkupplung-Eingangsprisma 6 in geleitetes
Licht umgewandelt und durch die elastischen Oberflächen
wellen 8 gebeugt, die durch die kammförmige Elektrode 4
an der Abgabeseite angeregt wurden. Das gebeugte Licht wird
von dem Lichtkopplung-Ausgangsprisma 7 abgegeben. Anderer
seits wurden die elastischen Oberflächenwellen in der kamm
förmigen Elektrode 5 an der Empfangsseite aufgenommen, die
gegenüber der kammförmigen Elektrode an der Abgabeseite
angeordnet ist, wodurch der Einfügungsverlust der elasti
schen Oberflächenwellen gemessen werden kann. Der Brechungs
wirkungsgrad beträgt 60%, wenn die kammförmigen Elektroden
auf dem nicht durch Protonenaustausch behandelten Bereich des
Substrats gemäß der Erfindung vorgesehen sind, während der
Brechungswirkungsgrad 0,5% beträgt, wenn die kammförmigen
Elektroden auf dem durch Protonenaustausch behandelten Bereich
vorgesehen sind. Wenn die kammförmigen Elektroden auf dem
nicht durch Protonenaustausch behandelten Bereich des Substrats
im Rahmen der Erfindung vorgesehen sind, beträgt der Wert
des Einfügungsverlustes der elastischen Oberflächenwellen
17 dB, während der Wert 40 dB beträgt, wenn die Elektroden
auf dem durch Protonenaustausch behandelten Bereich gebildet
sind. Aus dem vorstehenden Ergebnis ergibt sich, daß bei
Anordnung der kammförmigen Elektroden auf dem durch Protonen
austausch behandelten Bereich, das Umsetzungsverhältnis zu
den elastischen Oberflächenwellen durch verminderte Piezo
elektrizität des Kristalles infolge des Protonenaustauschver
fahrens vermindert wird, wodurch der Beugungswirkungsgrad
des geführten Lichtes abnimmt.
Wie vorstehend erläutert, hat das Lichtablenkgerät in die
ser besonderen Ausführungsform einen hohen Schwellenwert
der optischen Schädigung und einen hohen Brechungswirkungs
grad des geleiteten Lichtes.
Bei der Herstellung der Lichtablenkvorrichtung in der vor
stehend beschriebenen Ausführungsform
wird die Schutzmaske für das Protonenaustauschverfahren nach
dem Protonenaustauschverfahren einmal abgeschält, und dann wer
den die kammförmigen Elektroden wieder auf diesen durch
Protonenaustausch behandelten Bereich ausgebildet. Um jedoch
die Zahl der Verfahrensschritte zu vermindern, werden sol
che kammförmigen Elektroden hergestellt, indem das Schutz
maskenmaterial für das vorstehend erwähnte Protonenaustausch
verfahren verwendet wird.
Im folgenden wird die zweite Ausführungsform des
optischen Funktionselements unter Bezugnahme auf die
Fig. 2 erläutert. In dieser Figur, sind diejenigen Teile,
die mit denjenigen in Fig. 1 identisch sind, mit der glei
chen Bezugsziffer bezeichnet. In Fig. 2 bedeuten die Be
zugsziffern: 1 ein Substrat aus Lithiumniobatkristalle oder Lithiumtantalatkristall, 2 ein durch Protonenaus
tausch behandelter Bereich, 4 eine kammförmige Elektrode
an der Abgabeseite, 5 eine kammförmige Elektrode an der
Empfangsseite, 10 ein Lichtkopplungs-Eingangsbrechungsgit
ter, 11 ein Lichtkopplungs-Ausgangsbrechungsgitter und 12
eine äußere Diffusionsschicht aus Li2O (Lithiumoxid).
Ein Unterschied zwischen der zweiten und der ersten Aus
führungsform besteht darin, daß eine äußere Diffusions
schicht 12 aus Li2O zwischen der durch Protonenaustausch be
handelten Schicht 2 und dem Substrat 1 eingefügt ist und
die kammförmigen Elektroden auf dieser äußeren Diffusions
schicht aus Li2O ausgebildet sind.
Wie vorstehend erwähnt, ist das Verfahren zur Bildung des
Lichtwellenleiters mit Hilfe der Außendiffusion von Li2O
und durch Protonenaustausch im Detail in der japanischen Pa
tentanmeldung JP-A-59-91 403 beschrieben. Diese zweite
Ausführungsform ist gegenüber der ersten
Ausführungsform insofern vorteilhafter, als ein Lichtwel
lenleiter mit einem niedrigen Ausbreitungsverlust erhalten
werden kann. Bei der Herstellung der Lichtablenkvorrichtung
gemäß der zweiten Ausführungsform werden die folgenden
Verfahrensstufen nach der Reinigung des Substrats durch
geführt:
Das vorstehend erwähnte gereinigte und getrocknete Substrat wird auf einen Halter aus geschmolzenem Quarz aufgerichtet und in einen thermischen Diffusionsofen bei 1000°C einge bracht. Getrockneter Sauerstoff (O2) wurde als Gasatmosphäre in den Diffusionsofen bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 2 l/min eingeführt. Die Ofentemperatur wurde von Raumtempe ratur auf 1000°C mit einer Geschwindigkeit von 16°C/min heraufgesetzt. Wenn die Temperatur in dem Ofen eine Stunde nach der Temperaturerhöhung konstant wurde, wurde der Ofen bei einer Temperatur von 1000°C 8 Stunden lang gehalten, und danach wurde das Substrat in den zweiten Diffusionsofen, der bei 600°C gehalten wurde, stufenweise überführt. Danach wurde die Stromzufuhr zu dem zweiten Diffusionsofen beendet und der Ofen von 600°C auf Raumtemperatur abkühlen gelassen. Nach einer äußeren Diffusionsbehandlung mit Li2O wurden die Verfahrensstufen gemäß der ersten Ausführungsform in der gleichen Abfolge wiederholt, d. h. die Herstellung der Schutz maske für das Protonenaustauschverfahren, Protonenaustauschvor gang, Reinigung, Wegätzung der Maske und Bildung der kamm förmigen Elektroden.
Das vorstehend erwähnte gereinigte und getrocknete Substrat wird auf einen Halter aus geschmolzenem Quarz aufgerichtet und in einen thermischen Diffusionsofen bei 1000°C einge bracht. Getrockneter Sauerstoff (O2) wurde als Gasatmosphäre in den Diffusionsofen bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 2 l/min eingeführt. Die Ofentemperatur wurde von Raumtempe ratur auf 1000°C mit einer Geschwindigkeit von 16°C/min heraufgesetzt. Wenn die Temperatur in dem Ofen eine Stunde nach der Temperaturerhöhung konstant wurde, wurde der Ofen bei einer Temperatur von 1000°C 8 Stunden lang gehalten, und danach wurde das Substrat in den zweiten Diffusionsofen, der bei 600°C gehalten wurde, stufenweise überführt. Danach wurde die Stromzufuhr zu dem zweiten Diffusionsofen beendet und der Ofen von 600°C auf Raumtemperatur abkühlen gelassen. Nach einer äußeren Diffusionsbehandlung mit Li2O wurden die Verfahrensstufen gemäß der ersten Ausführungsform in der gleichen Abfolge wiederholt, d. h. die Herstellung der Schutz maske für das Protonenaustauschverfahren, Protonenaustauschvor gang, Reinigung, Wegätzung der Maske und Bildung der kamm förmigen Elektroden.
Der so hergestellte Lichtwellenleiter wurde im Hinblick auf
seine Eigenschaften untersucht, indem ein He-Ne-Laserstrahl
mit einer Wellenlänge von 632,8 nm in die Wellenleiterober
fläche bezüglich seiner y-Richtung mit Hilfe eines Rutil
prismas eingeführt und sein Lichtausbreitungsverlust ge
messen wurde. Es wurde ein Wert von 1,0 dB/cm erhalten.
Der gemessene Wert des Brechungswirkungsgrades betrug 60%,
welcher damit der gleiche wie in der ersten Ausführungsform
war.
Im nachstehenden wird die dritte Ausführungsform des
optischen Funktionselements unter Bezug
nahme auf die Fig. 3 erläutert.
In Fig. 3 bedeutet die Bezugsziffer 13 eine Diffusions
schicht aus Titan (Ti). Die anderen Teile sind genau die
selben wie in der zweiten Ausführungsform, und sie werden
daher mit den gleichen Bezugsziffern wie in der vorherigen
Ausführungsform bezeichnet.
Das Verfahren zur Herstellung des Lichtwellenleiters durch nacheinander ausgeführte
Titandiffusion und Protonenaustausch in Lithiumniobat ist in "Optics
Communications 42, 15. Juni 1982, S. 101-103" von M. DeMicheli, J. Botineau
P. Sibillot, D. B. Ostrowsky und M. Papuchon beschrieben. In diesem
Artikel ist auch die Herstellung von Lichtwellenleitern in
Lithiumniobat m. H. von Protonenaustausch beschrieben.
Diese dritte Ausführungsform hat den Vorteil,
daß ein Lichtwellenleiter erhalten werden kann, dessen
Ausbreitungsverlust niedriger ist als derjenige in den
ersten und zweiten Ausführungsformen. Bei der Herstellung
der Lichtablenkvorrichtung gemäß der dritten
Ausführungsform wurden die folgenden Verfahrensschritte
nach der Reinigung des Substrats durchgeführt:
Ein Dünnfilm aus Titan mit einer Filmdicke von 20 nm wurde auf der getrockneten Oberfläche des Substrats durch Elek tronenstrahlabscheidung gebildet. Anschließend wurde das Substrat auf einen Halter aus geschmolzenem Quarz aufge richtet und dann in einen thermischen Diffusionofen bei 965°C eingebracht. Getrocknetes Sauerstoffgas (O2) wurde in den Diffusionsofen als Gasatmosphäre bei einer Geschwin digkeit von 1 l/min eingeführt. Die Temperatur im Ofen wurde von Raumtemperatur auf 965°C mit einer Geschwindigkeit von 16°C/min erhöht. Wenn die Ofentemperatur eine Stunde nach der Temperaturerhöhung konstant wurde, wurde der Halter bei 965°C 2,5 Stunden lang gehalten. Danach wurde der Hal ter zu einem zweiten Wärmediffusionsofen, der bei 600°C gehalten wurde, überführt. Dann wurde die Stromzufuhr zum zweiten Diffusionsofen beendet und der Ofen wurde von 600°C auf Raumtemperatur abkühlen gelassen. Nach der thermischen Diffusionsbehandlung von Titan wurden die Verfahrensweisen gemäß der ersten Ausführungsform in der gleichen Reihen folge wiederholt, d. h. die Herstellung der Schutzmaske für das Protonenaustauschverfahren, Protonenaustauschvorgang, Reini gung, Wegätzen des Maskenmaterials und Ausbildung der kamm förmigen Elektroden. Zur Prüfung der Eigenschaften des so hergestellten Lichtwellenleiters wurde ein He-Ne-Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 632,8 nm durch ein Rutilprisma in die Wellenleiteroberfläche in seiner y-Richtung einge führt, um den Lichtausbreitungsverlust zu bestimmen. Es wurde ein Wert von 0,2 dB/cm erhalten. Der Schwellenwert der optischen Schädigung lag so hoch wie 15 mW/mm, obwohl der Lichtwellenleiter eine Titandiffusionsschicht aufwies. Andererseits wurde der Brechungswirkungsgrad mit 70% be stimmt, welcher höher liegt als derjenige in dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel.
Ein Dünnfilm aus Titan mit einer Filmdicke von 20 nm wurde auf der getrockneten Oberfläche des Substrats durch Elek tronenstrahlabscheidung gebildet. Anschließend wurde das Substrat auf einen Halter aus geschmolzenem Quarz aufge richtet und dann in einen thermischen Diffusionofen bei 965°C eingebracht. Getrocknetes Sauerstoffgas (O2) wurde in den Diffusionsofen als Gasatmosphäre bei einer Geschwin digkeit von 1 l/min eingeführt. Die Temperatur im Ofen wurde von Raumtemperatur auf 965°C mit einer Geschwindigkeit von 16°C/min erhöht. Wenn die Ofentemperatur eine Stunde nach der Temperaturerhöhung konstant wurde, wurde der Halter bei 965°C 2,5 Stunden lang gehalten. Danach wurde der Hal ter zu einem zweiten Wärmediffusionsofen, der bei 600°C gehalten wurde, überführt. Dann wurde die Stromzufuhr zum zweiten Diffusionsofen beendet und der Ofen wurde von 600°C auf Raumtemperatur abkühlen gelassen. Nach der thermischen Diffusionsbehandlung von Titan wurden die Verfahrensweisen gemäß der ersten Ausführungsform in der gleichen Reihen folge wiederholt, d. h. die Herstellung der Schutzmaske für das Protonenaustauschverfahren, Protonenaustauschvorgang, Reini gung, Wegätzen des Maskenmaterials und Ausbildung der kamm förmigen Elektroden. Zur Prüfung der Eigenschaften des so hergestellten Lichtwellenleiters wurde ein He-Ne-Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 632,8 nm durch ein Rutilprisma in die Wellenleiteroberfläche in seiner y-Richtung einge führt, um den Lichtausbreitungsverlust zu bestimmen. Es wurde ein Wert von 0,2 dB/cm erhalten. Der Schwellenwert der optischen Schädigung lag so hoch wie 15 mW/mm, obwohl der Lichtwellenleiter eine Titandiffusionsschicht aufwies. Andererseits wurde der Brechungswirkungsgrad mit 70% be stimmt, welcher höher liegt als derjenige in dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel.
Die Fig. 4 verdeutlicht eine Lichtablenkungsvorrichtung ge
mäß der vierten Ausführungsform des op
tischen Funktionselements, bei dem die mit Fig. 1 identi
schen Teile durch die gleichen Bezugsziffern bezeichnet
sind. Auf die detaillierten Erläuterungen wird Bezug ge
nommen. In Fig. 4 zeigt der nicht durch Protonenaustausch be
handelte Bereich 3 zur Vereinfachung einen vorbestimmten
Bereich, der Nachbarbereiche der kammförmigen Elektroden
4 und 5 mit einschließt. In Wirklichkeit sind jedoch sol
che nicht durch Protonenaustausch behandelten Bereiche nur in
der Nähe dieser Elektroden vorhanden. Diese vierte Ausfüh
rungsform liefert kammförmige Elektroden an einen Bereich, mit
dem kein Protonenaustauschverfahren durchgeführt worden ist.
Der Unterschied zur ersten Ausführungsform liegt darin, daß
der nicht durch Protonenaustausch behandelte Bereich nur der
jenige Bereich ist, der durch die Elektroden bedeckt ist.
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Fig. 5A und 5B
das Verfahren zur Herstellung der Lichtablenk-Vorrichtung
gemäß dieser vierten Ausführungsform näher erläutert.
Eine Oberfläche (beispielsweise die x⁺-Oberfläche) eines
LiNbO3-Kristall einer X-Platte (mit einer Dicke von 1 mm
in x-Richtung und einer Länge von 2,54 cm in den entspre
chenden z- und y-Richtungen) wurde auf einen Ebenheits
grad von wenigen Newtonringen oder weniger poliert, worauf
eine gewöhnliche Ultraschallreinigung unter Verwendung von
Methanol, Aceton und gereinigtes Wasser durchgeführt wurde. An
schließend wurde die Oberfläche durch ein Gebläse mit
Stickstoffgas getrocknet.
Anschließend wurde ein positiver Fotolack durch eine Schleu
derauftragsvorrichtung mit einer Dicke von 1 bis 1,5 µm
aufgebracht und dann wurde eine Kontaktbelichtung darauf
unter Verwendung einer negativen Maske für die kammförmigen
Elektroden durchgeführt und anschließend der belichtete
Fotolack in der Weise entwickelt, daß nicht nur der für
die kammförmige Elektrode vorgesehene Bereich zurückblieb.
Nach dem Waschvorgang wurde der so behandelte Kristall ge
trocknet und in eine Vakuumabscheidungsvorrichtung einge
bracht, die auf einen Vakuumdruck von 1,33×10-6 mbar
evakuiert war, und anschließend wurde Aluminium durch Elek
tronenstrahlabscheidung mit einer Filmdicke von 1500 λ
abgeschieden. Nach der Dampfabscheidung wurde der Alumini
umfilm auf dem Fotolack durch mehrere Minuten langes Ein
tauchen in Aceton durch Abheben entfernt und kammförmige
Elektroden 4 und 5 wurden auf dem Kristallsubstrat 1, wie
in Fig. 5A gezeigt ist ausgebildet. Als Elektrodenmaterial
können Au, Ti, Cr usw. anstelle von Al verwendet werden.
In diesem Falle ist die kammförmige Elektrode so ausge
staltet, daß die Hauptwellenlänge der elastischen Oberflä
chenwellen 600 Hz werden kann. Aus diesem Grunde ist die
Breite der kammförmigen Elektrode und der Zwischenraum
zwischen den Elektroden jeweils auf 1,45 µm festgelegt.
Danach wird das Protonenaustauschverfahren an dem Kristall
substrat mit der vorstehend erwähnten Maske durchgeführt.
Das Protonenaustauschverfahren wurde durchgeführt, indem man
80 g Benzoesäure (C6H5COOH) in einen 100-ml-Quarzbecher
einbringt, das Kristallsubstrat mit der Maske in dem Be
cher so anordnet, daß seine Oberfläche mit der Maske nach
oben zeigt, anschließend den Becher mit einer Aluminium
folie dicht abschließt und dann den Becher mit seinem In
halt in einen Heizofen einbringt, worin der Becher 15 Minu
ten lang bei einer Temperatur von 250°C gehalten wird. In
diesem Falle können anstelle von Benzoesäure schwache Säuren
und gelöste Salze, wie sie bei der vorstehenden ersten Aus
führungsform aufgeführt sind, verwendet werden.
Im Anschluß an die vorstehende Wärmebehandlung wird das
Substrat unter Verwendung eines Quarzwerkzeuges zum Halten
des Substrates herausgenommen und mit Ethanol und dann mit
Aceton gereinigt. Mit diesen Lösungsmitteln können die Ben
zoesäurekristalle, die auf dem Substrat anhaften, leicht
aufgelöst werden. Auf diese Weise wird der durch Protonenaus
tausch gebildete Bereich 2 zur Erzeugung des Lichtwellen
leiters auf dem Kristallsubstrat 1 ausgebildet, während
der nicht durch Protonenaustausch behandelte Bereich nur in
der Nähe der kammförmigen Elektroden 4 und 5 gelegen ist.
Der so hergestellte Lichtwellenleiter wurde im Hinblick auf
seine Eigenschaften untersucht, indem ein He-Ne-Laserstrahl
mit einer Wellenlänge von 632,8 nm auf die Wellen
leiter-Oberfläche in y-Richtung mit Hilfe eines Rutil-Pris
mas eingeführt und sein Lichtausbreitungsverlust be
stimmt wurde. Es wurde ein Wert von 1,5 dB/cm erhalten.
Der Schwellenwert der optischen Schädigung lag so hoch wie
10 mW/mm mit dem He-Ne-Laserstrahl. Ferner wurde unter den
gleichen Bedingungen wie bei der ersten Ausführungsform der
Brechungswirkungsgrad bestimmt. Es wurde ein Wert von so
hoch wie 60% erhalten. Der Einfügungsverlust der elasti
schen Oberflächenwellen zeigte einen Wert von 17 dB/cm.
Fig. 6 verdeutlicht die fünfte Ausfüh
rungsform, welche eine weitere Verbesserung der vorstehend
beschriebenen vierten Ausführungsform darstellt. Es ist
zu bemerken, daß in dieser Figur die mit der Fig. 4 iden
tischen Teile durch gleiche Bezugsziffern bezeichnet sind.
In der Zeichnung bedeutet: 1 ein Kristallsubstrat aus
LiNbO3, 2 ein durch Protonenaustausch behandelter Bereich,
4 eine kammförmige Elektrode an der Abgabeseite, 5 eine
kammförmige Elektrode an der Empfangsseite, 10 ein Licht
kupplung-Eingangsbrechungsgitter, 11 ein Lichtkupplung-
Ausgangsbrechungsgitter und 12 eine äußere Diffusions
schicht aus Lithiumoxid (Li2O).
Der Unterschied dieser fünften Ausführungsform mit der in
Fig. 4 gezeigten Ausführungsform liegt darin, daß die
außere Diffusionsschicht aus Li2O zwischen der durch Protonen
austauschbehandlung gebildeten Schicht und dem Substrat
eingefügt ist, und daß die kammförmigen Elektroden auf
der äußeren Diffusionsschicht aus Li2O ausgebildet sind.
Wegen dieser Struktur hat das optische Funktionselement
gemäß dieser besonderen Ausführungsform einen vorteilhaften
niedrigen Ausbreitungsverlust.
Bei der Herstellung dieses Lichtablenkgerätes werden die
folgenden Verfahrensstufen nach der Reinigung des Substrats
durchgeführt. Nachdem das Substrat gereinigt und getrocknet
worden war, wurde es auf einen Halter aus geschmolzenem
Glas aufgerichtet und dann in einen Wärmediffusionsofen
eingebracht, der bei 1000°C gehalten wurde. Getrockneter
Sauerstoff (O2) wurde als Gasatmosphäre in den Diffusions
ofen bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 2 l/min einge
führt. Die Ofentemperatur wurde von Raumtemperatur auf
1000°C mit einer Geschwindigkeit von 16°C/min erhöht.
Wenn die Temperatur im Ofen eine Stunde nach der Tempera
turerhöhung konstant wurde, wurde der Ofen bei der Tempe
ratur von 1000°C acht Stunden lang gehalten und danach
wurde das Substrat in einen zweiten Wärmediffusionsofen
stufenweise überführt, der bei 600°C gehalten wurde. Da
nach wurde die Stromzufuhr zum zweiten Diffusionsofen un
terbrochen, und der Ofen wurde von 600°C auf Raumtempera
tur abkühlen gelassen. Nach dem äußeren Diffusionsprozeß
von Li2O wurden die Verfahrensstufen in der gleichen Reihen
folge wie in der ersten Ausführungsform durchgeführt, d. h.
Bildung der kammförmigen Elektroden und Protonenaustausch.
Der so hergestellte Lichtwellenleiter wurde im Hinblick
auf seine Eigenschaften unter den gleichen Bedingungen wie
in der ersten Ausführungsform getestet, und es wurde gefun
den, daß der Lichtausbreitungsverlust 1,0 dB/cm und der
Brechungswirkungsgrad 60% betrug.
Fig. 7 verdeutlicht die sechste Ausführungsform,
welche eine weitere Verbesserung der vorstehend
beschriebenen vierten Ausführungsform darstellt. In der
Zeichnung bedeutet die Bezugsziffer 13 eine mit Titan do
tierte Schicht und die Bezugsziffer 2′′ bedeutet einen
durch Protonenaustausch behandelten Abschnitt, worin Protonen
in die mit Titan dotierte Schicht injiziert worden sind.
Die restlichen Teile sind identisch mit dem optischen
Funktionselement, wie es in Fig. 6 gezeigt ist, so daß
sie mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind. Das
optische Funktionselement dieser sechsten Ausführungsform
hat seinen Vorteil darin, daß ein niedrigerer Lichtausbrei
tungsverlust als in der fünften Ausführungsform erreicht
werden kann.
Bei der Herstellung des optischen Funktionselementes gemäß
dieser sechsten, Ausführungsform wurden
folgende Verfahrensstufen nach der Reinigung des Substrats
durchgeführt. Ein Dünnfilm aus Titan mit einer Dicke von
20 Manometer wurde auf die getrocknete Oberfläche des Sub
strates durch Elektronenstrahlabscheidung ausgebildet. An
schließend wurde das Substrat auf einen Halter aus geschmol
zenem Quarz aufgerichtet und dann in einen Wärmediffusions
ofen angeordnet, der bei 965°C gehalten wurde. Getrockne
tes Sauerstoffgas (O2) wurde in den Diffusionsofen als
Gasatmosphäre bei einer Geschwindigkeit von 1 l/min einge
führt. Die Temperatur in dem Ofen wurde von Raumtemperatur
auf 965°C mit einer Geschwindigkeit von 16°C/min erhöht.
Wenn die Ofentemperatur eine Stunde nach der Temperatur
erhöhung konstant wurde, wurde der Halter bei 965°C 2,5
Stunden lang gehalten. Danach wurde der Halter zu einem
zweiten Wärmediffusionsofen stufenweise bewegt, der bei
600°C gehalten wurde. Danach wurde die Stromzufuhr zu dem
zweiten Diffusionsofen beendet und der Ofen wurde von 600°C
auf Raumtemperatur abkühlen gelassen. Nach der Wärmediffu
sionsbehandlung von Titan wurden die Verfahrensweisen wie
in der vierten Ausführungsform in Fig. 4 mit folgender
Reihenfolge durchgeführt: Ausbildung der kammförmigen
Elektroden und Protonenaustausch. Im Hinblick auf die Prü
fung der Eigenschaften des so hergestellten Lichtwellen
leiters wurde ein He-Ne-Laserstrahl mit einer Wellenlänge
von 632,8 nm durch ein Rutilprisma in die Wellenleiter
oberfläche bezüglich seiner y-Richtung eingeführt, um den
Lichtausbreitungsverlust zu bestimmen. Es wurde ein Wert
von 0,2 dB/cm erhalten. Der Schwellenwert der optischen
Schädigung lag so hoch wie 15 mW/mm trotz des Vorhanden
seins der Titandiffusionsschicht. Andererseits wurde der
Brechungswirkungsgrad mit einem Wert von 70% bestimmt,
der höher liegt als derjenige in den vierten und fünften
Ausführungsformen.
Fig. 8 zeigt eine schematische Schnittansicht eines opti
schen Funktionselementes gemäß der siebten
Ausführungsform, in dem der elektro-optische Effekt
verwendet wird. In der Zeichnung bedeuten die Bezugsziffern:
1 ein Kristallsubstrat aus LiNbO3, 2′′ einen durch Protonen
austausch behandelten Bereich, in dem Protonen in eine
mit Titan dotierte Schicht injiziert worden sind, 13 die
mit Titan dotierte Schicht, in der Titan wärmediffundiert
worden ist, 10 und 11 ein Lichtkopplung-Beugungsgitter für
Eingang bzw. Ausgang und 9 einen Laserstrahl. In dieser
siebten Ausführungsform wird der Laserstrahl 9 in den Licht
wellenleiter von dem Lichtkopplung-Beugungsgitter 10 ein
geführt. Der geleitete Strahl wird durch das Phasengitter,
das durch den elektrooptischen Effekt erzeugt wird, bei
Anlegung einer Spannung an die kammförmige Elektrode 24 er
zeugt, und von dem Lichtkopplung-Ausgangsgitter 11 nach
außen abgegeben. Das in Fig. 8 gezeigte Element wird
durch folgende Verfahrensstufen hergestellt.
Ein Oberflächenteil (beispielsweise x⁺-Fläche) eines LiNbO3-
Kristalles einer X-Platte (mit einer Dicke von 1 mm in x-
Richtung und einer Länge von 2,54 cm in den z- und y-Richtungen)
wurde auf einen Ebenheitsgrad von wenigen Newtonringen oder
darunter poliert, worauf das Substrat durch gewöhnliche
Ultraschallreinigung unter Verwendung von Methanol, Aceton
und gereinigtes Wasser gereinigt wurde; anschließend wurde die Ober
fläche durch ein Gebläse mit Stickstoffgas getrocknet.
Danach wurde ein Dünnfilm aus Titan mit einer Dicke von
20 nm auf der gewaschenen und getrockneten Oberfläche des
Substrates durch Elektronenstrahlabscheidung ausgebildet.
Anschließend wurde das Substrat auf einer Haltevorrichtung
aus geschmolzenem Quarz aufgerichtet und dann in einen
thermischen Diffusionsofen eingebracht, der bei 965°C ge
halten wurde. Getrocknetes Sauerstoffgas (O2) wurde in den
Diffusionsofen als Gasatmosphäre bei einer Strömungsge
schwindigkeit von 1 l/min eingeführt. Die Temperatur in
dem Ofen wurde von Raumtemperatur auf 965°C mit einer
Geschwindigkeit von 16°C/min erhöht. Wenn die Ofentempera
tur eine Stunde nach der Temperaturerhöhung konstant wur
de, wurde die Haltevorrichtung bei 965°C 2,5 Stunden lang
gehalten. Danach wurde die Haltevorrichtung zu dem zweiten Ofen
stufenweise bewegt, der bei 600°C gehalten wurde. Dann
wurde die Stromzufuhr zum zweiten Diffusionsofen unterbro
chen, und der Ofen wurde von 600°C auf Zimmertemperatur ab
kühlen gelassen, wodurch die Titandiffusionsschicht 13
auf dem Kristallsubstrat 1 gebildet wurde. Als wärmedif
fundierbare Metalle können V, Ni, Au, Ag, Co, Nb, Ge usw.
verwendet werden.
Nach der Titandiffusion wurde das Substrat gereinigt und
getrocknet. Danach wurde ein positiver Fotolack auf dem
Substrat mit Hilfe einer Schleuderbeschichtungsvorrichtung
mit einer Dicke von 1 bis 1,5 µm aufgebracht. Dann wurde
darauf eine Kontaktbelichtung unter Verwendung einer nega
tiven Maske für die kammförmige Elektrode durchgeführt,
worauf der belichtete Fotolack in der Weise entwickelt wur
de, daß der Bereich der kammförmigen Elektrode nicht
alleine zurückblieb. Nach dem Waschvorgang wurde das Sub
strat getrocknet und in eine Vakuumabscheidungsvorrichtung
eingebracht, die auf einen Vakuumdruck von 1,33×10-6 mbar
evakuiert worden war und anschließend wurde Aluminium durch
Elektronenstrahlabscheidung mit einer Filmdicke von 1500 λ
abgeschieden. Nach der Dampf-Abscheidung wurde das Substrat
in Aceton einige Minuten lang eingetaucht, um den Aluminium
film auf dem Fotolack durch Abheben zu entfernen und um
den Bereich allein für die kammförmige Elektrode auf dem
Substrat zu bilden. In diesem Falle ist die kammförmige
Elektrode so gestaltet, daß die Elektrodenbreite und der
Zwischenraum zwischen den Elektroden mit 2,2 µm und die
Querbreite mit 3,8 mm beträgt und 350 Elektrodenpaare ver
wendet werden Das Kristallsubstrat, auf dem die kammför
mige Elektrode 24 gebildet worden war, wurde einem Protonen
austauschverfahren unterzogen. 98,85 g Benzoesäure (C6H5COOH)
und 1,05 g Lithiumbenzoat (C6H5COOLi) wurden gleichför
mig vermischt und in einen Aluminiumoxidtiegel eingebracht.
In diesen Tiegel wurde das vorstehend erwähnte Kristall
substrat mit Elektroden angeordnet und dann wurde der Tie
gel und das Substrat in einem heißen Ofen bei 250°C eine
Stunde lang gehalten. Durch dieses Verfahren wurden Proto
nen in den Bereich des Kristallsubstrats 1 injiziert, in
dem keine kammförmige Elektrode 24 gebildet worden war
und der Protonenaustausch-Bereich 2′′ wurde gebildet.
Bei der Bildung dieses Protonenaustausch-Bereiches 2′′ ist
es erwünscht, eine Mischung von Carbonsäure mit einem
Dissoziationsgrad im Bereich von 10-6 bis 10-3 und eine
Substanz zu verwenden, bei der in der Carbonsäuregruppe
das Wasserstoffatom durch Lithium ersetzt worden ist
(beispielsweise ein Lithiumsalz einer Carbonsäure), etwa
eine Mischung von Benzoesäure und Lithiumbenzoat. Geeigne
te Beispiele sind Mischungen von Palmitinsäure CH3(CH2)14
COOH und Lithiumpalmitat CH3(CH2)14COOLi; und eine
Mischung von Stearinsäure CH3(CH2)16COOH und Lithiumstea
rat CH3(CH2)16COOLi. In diesem Falle sollte das Lithium
salz der Carbonsäure in gewünschter Weise in einem Molanteil
von 0,1% bis 3%, bezogen auf die Gesamtmischung zuge
mischt sein. Nach dem Protonenaustauschverfahren wird das
Substrat unter Verwendung eines Quarzwerkzeuges zum Halten
des Substrates herausgenommen, mit Ethanol und anschließend
mit Aceton gereinigt. Mit diesen Lösungsmitteln werden die
auf dem Substrat anhaftenden Kristalle von Benzoesäure und
Lithiumbenzoat leicht aufgelöst.
Wenn ein elektrisches Potential von 6V an die kammförmige
Elektrode 24 des elektro-optischen Elementes, das gemäß den
vorstehend erwähnten Verfahrensstufen hergestellt wurde,
zur Beugung des geleiteten Lichtstrahls angelegt wurde,
konnte ein Beugungsanteil von 90% erhalten werden. Selbst
wenn in dem optischen Funktionselement der elektro-optische
(EO)-Effekt ausgenutzt wird, würde die Ausbildung der Elek
troden an einem Bereich, in dem kein Protonenaustauschverfah
ren durchgeführt worden ist, eine Erniedrigung des elek
tro-optischen Effektes des Kristalles verhindern und das
Element kann daher mit hohem Wirkungsgrad arbeiten. Ein
solches elektro-optisches Element kann nicht nur durch das
vorstehend beschriebene Verfahren gebildet werden, sondern
auch durch die gleichen Verfahrensstufen, wie diejenigen
des in den Fig. 4 und 5 gezeigten Elementes.
Bei der vorstehend beschriebenen siebten Ausführungsform
wurde ein Lichtwellenleiter durch Protonenaus
tauschverfahren hergestellt. Ferner kann durch Wärmedif
fusion von Protonen, die in das Substrat durch das Wärme
austauschverfahren injiziert worden sind, ein optisches
Funktionselement erhalten werden, das einen höheren Schwel
lenwert für die optische Schädigung aufweist. Dies wird
im folgenden erläutert.
Fig. 9 verdeutlicht die achte Ausführungsform des
optischen Funktionselementes, bei dem das
Element ein akusto-optisches (AO) Dünnfilmelement ist. In
der Zeichnung bedeuten die Bezugsziffern: 1 ein Kristall
substrat aus LiNbO3, 22 einen mit Protonen dotierten Be
reich, der durch Wärmediffusion von Titan und Protonen ge
bildet wurde, 23 einen nicht mit Protonen dotierten Bereich,
in dem Titan allein durch Wärme eindiffundiert ist, 4 eine
kammförmige Elektrode an der Abgabeseite, 5 eine kammför
mige Elektrode an der Empfangsseite, 6 ein Lichtkupplung-
Eingangsprisma, 7 ein Lichtkupplung-Ausgangsprisma, 8 ela
stische Oberflächenwellen, 9 ein Laserstrahl, 30 eine
optische Wellenleiterschicht, die an der Oberfläche des
Kristallsubstrats 1 gebildet ist. Das Laserlicht 9 wird in
die Lichtleiterschicht 10 von dem Lichtkupplung-Prisma 6
eingeführt und durch die elastischen Oberflächenwellen 8
gebeugt, die bei Anlegung einer Hochfrequenzleistung (RF)
an die kammförmige Elektrode erzeugt werden. Das gebeugte
Licht wird durch das Lichtkupplung-Prisma 7 nach außen ab
gegeben. In dieser achten, erfindungsgemäßen Ausführungs
form ist der Wirkungsgrad bei der Erzeugung der elastischen
Oberflächenwellen 8 hoch, da die kammförmigen Elektroden
4 und 5 auf dem Bereich 23 angeordnet sind, in dem keine
Protonen diffundiert sind. Da die Lichtwellenleiterschicht
durch Wärmediffusion von Titan und Protonen gebildet wird,
liegt der Schwellenwert der optischen Schädigung in charak
teristischer Weise hoch, so daß das Element ein ausgezeichnetes
optisches Funktionselement ist.
Im folgenden wird ein Beispiel zur Herstellung des opti
schen Funktionselementes gemäß der ach
ten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Fig. 10A
bis 10D näher erläutert.
Ein Oberflächenteil (beispielsweise X⁺-Oberfläche) eines
LiNbO3-Kristallsubstrates 1 einer X-Platte (mit einer Dicke
von 1 mm in der x-Richtung und einer Länge von 2,54 cm in
den z- und y-Richtungen) wurde auf einen Ebenheitsgrad von
wenigen Newtonringenzahlen oder darunter poliert, worauf
das Substrat durch übliche Ultraschallreinigung unter Ver
wendung von Methanol, Aceton und gereinigtes Wasser gereinigt wur
de. Danach wurde die Oberfläche durch ein Gebläse mit
Stickstoffgas getrocknet.
Danach wurde ein Titandünnfilm mit einer Dicke von 20 nm
auf der so gereinigten und getrockneten Oberfläche des
Substrates durch Elektronenstrahlabscheidung ausgebildet.
Anschließend wurde das Substrat auf einen Halter aus ge
schmolzenem Quarz aufgerichtet und danach in einen Wärme
diffusionsofen angeordnet, der bei 965°C gehalten wurde.
Getrocknetes Sauerstoffgas (O2) wurde in den Diffusions
ofen als Gasatmosphäre bei einer Strömungsgeschwindigkeit
von 1 l/min eingeführt. Danach wurde die Temperatur in dem
Ofen von Raumtemperatur auf 965°C mit einer Geschwindigkeit
von 16°C/min erhöht. Wenn die Ofentemperatur eine Stunde
nach der Temperaturerhöhung konstant wurde, wurde der
Halter bei 965°C 2,5 Stunden lang gehalten. Danach wurde
der Halter zu einem zweiten Wärmediffusionsofen stufenweise
überführt, der bei 600°C gehalten wurde. Dann wurde die
Stromzufuhr zu dem zweiten Diffusionsofen unterbrochen, und
der Ofen wurde von 600°C auf Raumtemperatur abkühlen gelas
sen, wodurch eine mit Titan dotierte Schicht 31 auf dem
Kristallsubstrat 1 gebildet wurde, wie in Fig. 10A gezeigt
ist. Als wärmediffundierbares Metall können V, Ni, Au, Ag,
Co, Nb, Ge usw. verwendet werden.
Danach wurde eine 1 mm starke Aluminiumplatte in einer Form,
die demjenigen Bereich entspricht, der einer Protonenaus
tauschbehandlung unterzogen werden soll, auf dem vorstehend
erwähnten Kristallsubstrat angeordnet, auf dem Chrom und
anschließend Aluminium durch Elektronenstrahlabscheidung
mit Dicken von 5,0 nm bzw. 145 nm abgeschieden wurden. Mit
diesen Dünnfilmen aus Chrom-Aluminium wurde eine Maskierung
33 auf dem Kristallsubstrat 1 gebildet, wie es in Fig. 10B
gezeigt ist. Dann wurde das Protonenaustauschverfahren mit
diesem Kristallsubstrat durchgeführt, auf dem die Maskie
rung 33 ausgebildet worden war. Hierzu wurden 98,85 g Ben
zoesäure (C6H5COOH) und 1,05 g Lithiumbenzoat (C6H5COOLi)
gleichförmig vermischt und in einen Aluminiumoxidtiegel ein
gebracht. In diesen Tiegel wurde das vorstehend erwähnte
Kristallsubstrat mit der Maskierung angeordnet und an
schließend wurde der Tiegel und das Substrat in einem heißen
Ofen bei 250°C eine Stunde lang gehalten. Durch dieses Ver
fahren wurden Protonen in den Bereich des Kristallsubstrates
injiziert, wo keine Maskierung 33 erfolgt war, und auf
diese Weise wurde der mit Protonen ausgetauschte Bereich 32
gebildet. Bei der Ausbildung dieses mit Protonenausgetausch
ten Bereiches 32 ist es bevorzugt, eine Mischung von Car
bonsäure mit einem Dissoziationsgrad von 10-6 bis 10-3 und
einem Material zu verwenden, bei dem das Wasserstoffatom in
der Carbonsäure durch Lithium substituiert worden ist (bei
spielsweise ein Lithiumsalz der Carbonsäure) etwa eine Mi
schung von Benzoesäure und Lithiumbenzoat. Beispiele für
eine solche Mischung sind in der vorstehend beschriebenen
siebten Ausführungsform aufgeführt. Nach dem Protonenaustausch
verfahren wurde das Substrat unter Verwendung eines Quarz
werkzeuges zum Halten des Substrates herausgenommen und
mit Ethanol und anschließend mit Aceton gereinigt. Mit
diesen Lösungsmitteln können die auf dem Substrat anhaften
den Kristalle von Benzoesäure und Lithiumbenzoat leicht auf
gelöst werden. Nach dem Waschvorgang wurde die Maskierung
33, die aus den Schutz-Dünnfilmen von Chrom und Aluminium
für das Protonenaustauschverfahren aufgebaut wurden, mit einer
Ätzlösung entfernt.
Anschließend wurde das vorstehend erwähnte Substrat in einen
heißen Ofen angeordnet und einer Glühbehandlung bei 350°C
2 Stunden lang in einer Wasserdampf-enthaltenden, feuchten
Sauerstoffatmosphäre unterzogen, die erzeugt wurde, indem
man Sauerstoff bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,5
l/min durch erhitztes Wasser zuführt, das in den heißen
Ofen geleitet wurde. Als Ergebnis wurden Protonen durch
das Protonenaustauschverfahren in das Substrat durch Wärme
diffusion injiziert, wodurch auf dem Kristallsubstrat 1 ein
mit Protonen dotierter Bereich, in dem Titan und Protonen
durch Wärme diffundiert worden sind und der nicht mit Pro
tonen dotierte Bereich 23 gebildet wurden, in denen Titan
alleine durch Wärme eindiffundiert worden ist.
Nach dem Glühvorgang wurde das Infrarot-Absorptionsspek
trum des Substrates gemessen. Das Ergebnis ergab, daß der
Lichtabsorptionsgrad in der Nähe von 3500 cm-1 wegen der
OH-Gruppe 0,4 betrug, was nicht sehr viel verschieden von
dem Wert von 0,38 vor der Glühbehandlung war. Andererseits
betrug der Unterschied zwischen der Ausbreitungskonstante
bei der TE-Schwingungsart (im Falle der X-Kristallplatte
war die Ausbreitungsrichtung in y-Richtung, während im
Falle der Y-Kristallplatte die Ausbreitungsrichtung in
x-Richtung lag) und dem Brechungsindex des Substrats
0,11 vor der Glühbehandlung, welcher auf 0,06 nach der
Glühbehandlung herabgesetzt wurde. Die Kombination der Er
gebnisse der Lichtabsorption durch die OH-Gruppe und der
Ausbreitungskonstanten, wie sie vorstehend beschrieben ist,
wurde dadurch bestätigt, daß die Gesamtmenge an Protonen
in dem Kristall sich durch den Glühvorgang nicht sehr viel
änderte und Protonen in das Innere des Kristalls eindif
fundiert wurden.
Nach der Glühstufe wurde die kammförmige Elektrode 4 mit
einer Hauptfrequenz von 400 MHz auf den nicht mit Protonen
dotierten Bereich 23 des Substrates mit Hilfe eines übli
chen Fotolithografieverfahrens gebildet, wie es in Fig.
10D gezeigt ist.
Wenn eine Hochfrequenzleistung von 400 MHz an die kammför
mige Elektrode 4 des so hergestellten optischen Dünnfilm-
Elementes gemäß der Erfindung angelegt wurde und Licht mit
einer Wellenlänge von 632,8 nm in das Element geleitet
wurde, um den Beugungswirkungsgrad dieses eingeleiteten
Lichtes zu testen, lag der Beugungswirkungsgrad bei 80%,
wenn die Hochfrequenzleistung 600 mW betrug.
Andererseits war der Einfügungsverlust der elastischen
Oberflächenwellen, der durch die kammförmige Elektrode 5
an der Empfangsseite gemessen wurde, 15 dB im Falle der vor
liegenden achten Ausführungsform. Dieser Wert liegt be
trächtlich niedriger als der Wert von 40 dB im Falle der
kammförmigen Elektrode, die an dem Bereich gebildet ist,
in den Protonen eindiffundiert sind.
Ferner erfolgte eine Messung des Schwellenwertes der optischen
Schädigung an beiden optischen Funktionselementen gemäß
dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform und der bekannten
Ausführungsform, die einen Titan-dotierte LiNbO3-Lichtwel
lenleiter aufwies. Der für die Messung verwendete Laser
strahl war ein He-Ne-Laser mit einer Wellenlänge von 632,8
nm. Im Falle des herkömmlichen optischen Funktionselementes
erfolgte eine optische Schädigung, wenn die Leistung des
eingegebenen Lichtes einen Wert von 0,1 mW/mm und darüber
erreichte. Im Gegensatz hierzu zeigte das erfindungsgemäße
optische Funktionselement keine optische Schädigung, bis
die Leistung des abgegebenen Lichtes einen Wert von 1,7 mW/
mm erreichte.
Fig. 11 ist eine perspektivische Ansicht eines erfindungs
gemäßen optischen Funktionselementes gemäß der neunten
Ausführungsform, wobei der in Fig. 9 gezeigte Aufbau für
ein Lichtablenkgerät unter Ausnutzung des elektro-optischen
Effektes angewandt wird. In der Zeichnung bedeuten die Be
zugsziffern: 1 ein Kristallsubstrat aus LiNbO3, 22 ein mit
Protonen diffundierter Bereich, in dem Titan und Protonen
durch Wärme eindiffundiert sind, 23 ein Bereich, in dem
keine Protonen eindiffundiert sind, in dem also Titan al
leine durch Wärme eindiffundiert ist, 24 eine kammförmige
Elektrode für den elektro-optischen Effekt, 10 und 11 ein
Lichtkopplung-Beugungsgitter für Eingang bzw. Ausgang, 9
ein Laserstrahl und 30 eine Lichtwellenleiterschicht, die
auf dem Kristallsubstrat 1 gebildet ist. In dieser neunten
erfindungsgemäßen Ausführungsform wird der Abschnitt 23,
in dem keine Protonen eindiffundiert sind, nur in der Nähe
der kammförmigen Elektrode ausgebildet. Der Laserstrahl 9
wird in die Lichtleiterschicht 30 von dem Lichtkopplung-
Beugungsgitter 10 geleitet. Dieser geleitete Strahl wird
durch ein Phasengitter, das durch den elektro-optischen
Effekt bei Anlegung einer Spannung an die kammförmige
Elektrode 24 erzeugt wird, gebeugt und dann von dem Licht
kopplung-Beugungsgitter 11 nach außen abgegeben.
Im folgenden ist ein beispielhaftes Herstellungsverfahren
des optischen Funktionselementes dieser neunten Ausführungs
form unter Bezugnahme auf die Fig. 12A bis 12C näher
beschrieben.
Zunächst wurde eine mit Titan diffundierte Schicht 31 auf
dem Kristallsubstrat 1 aus LiNbO3 ausgebildet, wie es in
Fig. 12A in der gleichen Weise wie in der achten Ausfüh
rungsform gezeigt ist.
Nach der Titandiffusion wurde das Substrat anschließend ge
reinigt und getrocknet, und dann wurde ein positiver Foto
lack mit einer Dicke von 1 bis 1,5 µm mit Hilfe einer
Schleuderauftragsvorrichtung darauf aufgebracht. Dann wur
de eine Kontaktbelichtung unter Verwendung einer negativen
Maske für die kammförmige Elektrode durchgeführt und der
so erhaltene Photolack in der Weise entwickelt, daß nicht
nur die kammförmige Elektrode darin zurückblieb. Nach dem
Waschen wurde das Substrat getrocknet und in eine Vakuum
abscheidungsvorrichtung eingebracht, die auf einen Vakuum
druck von 1,33×10-6 mbar evakuiert war. Anschließend wur
de Aluminium durch Elektronenstrahlabscheidung mit einer
Filmdicke von 150 nm abgeschieden. Nach der Vakuumabschei
dung wurde das Substrat einige Minuten lang in Aceton ein
getaucht, um den Aluminiumfilm auf dem Fotolack durch Ab
heben zu entfernen und um alleine den Bereich 24 für
die kammförmige Elektrode auf dem Substrat auszubilden.
In diesem Falle ist die kammförmige Elektrode so gestal
tet, daß die Elektrodenbreite und der Zwischenraum zwischen
den Elektroden bei 2,2 µm liegt, sie einen Querabstand von
3,8 mm hat und eine Anzahl von 350 Elektrodenpaare umfaßt.
Das Kristallsubstrat, auf dem die kammförmige Elektrode 24
gebildet worden war, wurde einem Protonenaustauschverfah
ren unterzogen. In diesem Falle wurde das Substrat in einer
Mischung von Benzoesäure und Lithiumbenzoat durch die glei
chen Verfahrensstufen wie in der achten Ausführungsform
wärmebehandelt, wodurch Protonen in den Bereich injiziert
wurden, auf dem keine Elektrode gebildet worden war, wie
in Fig. 12B gezeigt ist und auf diese Weise wurde eine
durch Protonenaustausch gebildete Schicht 32 erhalten. Auch
in dieser Ausführungsform können verschiedene Materialien
selektiv für das Protonenaustauschverfahren wie in der achten
Ausführungsform verwendet werden.
Anschließend wurde das vorstehend erwähnte Substrat in einen
heißen Ofen angeordnet und einer zweistündigen Glühbehand
lung bei 350°C in einer feuchte, Wasserdampf-enthaltenden
Sauerstoffatmosphäre unterzogen, die dadurch erzeugt wurde,
daß man Sauerstoff bei einer Strömungsgeschwindigkeit von
0,5 l/min durch erhitztes Wasser zuführt, das in den heißen
Ofen eingeleitet wurde. Als Ergebnis wurden Protonen in
einen Bereich des Substrates durch Wärme eindiffundiert,
auf dem keine kammförmige Elektrode gebildet worden war,
wodurch auf dem Kristallsubstrat 1 der mit Protonen dotier
te Bereich 22, in dem Titan und Protonen eindiffundiert
worden waren und der nicht mit Protonen dotierte Bereich
23 gebildet wurde, in dem Titan alleine durch Wärme ein
diffundiert worden war. Im Verlaufe dieser Glühbehandlung
erfolgte kein Oxidationsproblem, da die kammförmige Elek
trode 24 aus Gold hergestellt wurde. Gemäß der vorliegenden
Ausführungsform ist das Herstellungsverfahren vereinfacht,
da die Elektrode als Maske für die Protoneninjektion dient.
Nach der Glühbehandlung wurde eine Spannung von 6 V an die
kammförmige Elektrode des so hergestellten elektro-opti
schen Elementes angelegt, um die eingeleitete Welle zu
beugen. Es wurde ein Brechungswirkungsgrad von 90% er
halten.
Es ist möglich, daß ein Lichtmodula-
tionsgerät in der gleichen Weise wie in den vorstehenden
Ausführungsformen aufgebaut sein kann. Ferner können die
Lichtmodulation und die Lichtablenkung auch nicht nur durch
den vorstehend erwähnten akustisch-optischen Effekt oder
elektro-optischen Effekt sondern auch durch Beugung von
magnetostatischen Oberflächenwellen bewirkt werden, die
durch den magneto-optischen Effekt oder durch den thermo
optischen Effekt erzeugt werden. Ferner ist das
Herstellungsverfahren mit verschiedenen Variationen
möglich. Falls beispielsweise das Material ein solches ist,
das während des Erhitzungsvorgangs bei den Herstellungs
stufen der vorstehend erwähnten achten Ausführungsform sich
selbst nicht verändert, kann die kammförmige Elektrode vor
dem Erhitzungsverfahren gebildet werden. Das
optische Funktionselement kann zweckmäßigerweise für
verschiedene Geräte und Anwendungen, etwa als Fotoabtast
gerät, als Spektralanalysator, Korrelator usw. eingesetzt
werden.
Claims (3)
1. Optisches Funktionselement mit einem Licht-Wellenlei
ter in Form einer Dünnschicht, die auf der Oberfläche eines
Substrates aus Lithiumniobatkristall oder Lithiumtantalat
kristall ausgebildet ist und einer Einrichtung mit minde
stens einem Paar kammförmiger Elektroden, die auf dem Sub
strat angeordnet sind, um den Brechungsindex des Lichtwel
lenleiters unter Ausnutzung eines akustisch-optischen Effek
tes oder eines elektro-optischen Effektes zu verändern, so
daß das in dem Lichtwellenleiter geleitete Licht moduliert
oder abgelenkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Licht-
Wellenleiter-Dünnschicht durch Protonenaustausch auf der
ganzen Oberfläche des Substrates außerhalb des Elektroden
bereiches gebildet ist.
2. Optisches Funktionselement mit einem Licht-Wellenlei
ter in Form einer Dünnschicht, die auf der ganzen Oberfläche
eines Substrates aus Lithiumniobatkristall oder Lithiumtan
talatkristall durch Titandiffusion gebildet ist und einer
Einrichtung mit mindestens einem Paar kammförmiger Elektro
den, die auf der durch Titandiffusion gebildeten Dünnschicht
angeordnet sind, um den Brechungsindex des Lichtwellenlei
ters unter Ausnutzung eines akustisch-optischen Effektes
oder eines elektro-optischen Effektes zu verändern, so daß
das in dem Lichtwellenleiter geleitete Licht moduliert oder
abgelenkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Titan
diffusion gebildete Licht-Wellenleiter-Dünnschicht einem
Protonenaustausch auf der ganzen Oberfläche des Substrates
außerhalb des Elektrodenbereiches unterzogen ist.
3. Optisches Funktionselement mit einem Licht-Wellenlei
ter in Form einer Dünnschicht, die auf der ganzen Oberfläche
eines Substrates aus Lithiumniobatkristall oder Lithiumtan
talatkristall durch Ausdiffundieren unter Bildung von
Lithiumoxid gebildet ist und einer Einrichtung mit minde
stens einem Paar kammförmiger Elektroden, die auf der durch
Ausdiffundieren gebildeten Dünnschicht angeordnet sind, um
den Brechungsindex des Lichtwellenleiters unter Ausnutzung
eines akustisch-optischen Effektes oder eines elektro-opti
schen Effektes zu verändern, so daß das in dem Lichtwellen
leiter geleitete Licht moduliert oder abgelenkt wird, da
durch gekennzeichnet, daß die durch Ausdiffundieren gebil
dete Dünnschicht einem Protonenaustausch auf der ganzen
Oberfläche des Substrates außerhalb des Elektrodenbereiches
unterzogen ist.
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