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Hintergrund
der Erfindung
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(1) Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Lichtwellenleiterstruktur und
eine Lichtwellenleitervorrichtung, die diese Lichtwellenleiterstruktur
verwendet, welche sich zur Verwendung in einem optischen Hochgeschwindigkeitsmodulator
eignen.
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(2) Stand der Technik
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Lichtwellenleiter
vom so genannten Stegtyp werden für optische Hochgeschwindigkeitsmodulatoren,
optische Schaltvorrichtungen und dergleichen vorgeschlagen. Auf
dem Gebiet der optischen Hochgeschwindigkeitsmodulatoren und Vermittlungsvorrichtungen
für optische
Kommunikation, wird ein Modulator oder eine Vermittlungsvorrichtung
vorgeschlagen, welche durch Ausbilden eines Lichtwellenleiterelements
durch das Diffundieren von Titan in einen Lithiumniobateinkristall
hergestellt werden, die optische Signale mit hoher Geschwindigkeit
mit mehr als 10 GHz modulieren oder schalten können. Ferner wird als Lichtquelle
für Blaulaser,
das für
einen optischen Aufnehmer und dergleichen verwendet wird, vorzugsweise
auch eine Vorrichtung zur Erzeugung einer zweiten Harmonischen (SHG)
vom Quasiphasenanpassungstyp (QPM) vorgeschlagen, worin ein periodischer
Polarisierungsumkehraufbau in einem Lithiumniobateinkristall oder
einem Lithiumtantalateinkristall ausgebildet und dann ein Lichtwellenleiterabschnitt
mittels Protonenaustauschverfahren ausgebildet werden. Die oben
angeführte
Vorrichtung zur Erzeugung einer zweiten Harmonischen kann in einer
Reihe von Vorrichtungen für
optische Plattenspeicher, medizinische Anwendungen, photochemische
Anwendungen, Lichtmessung und dergleichen verwendet werden.
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Im
Allgemeinen ist als Verfahren zur Bildung eines Lichtwellenleiters
mit einem Stegaufbau ein allgemein bekanntes Verfahren des Übertragens
einer Maskenstruktur auf ein Substrat mittels Photolithographie
und des Entfernens eines Abschnitts, welcher von der Maskenstruktur
ausgenommen ist, durch Ionenätzen
bekannt. Im Fall von optischen Modulatoren zum Modulieren der Intensität, Phase,
Wellenlänge,
etc. von Licht, worin Elektroden zum Anlegen eines elektrischen
Wechselfelds zur Modulation in Bezug auf den Lichtwellenleiter vom
Stegtyp angeordnet sind, ist theoretisch bekannt, dass wenn ein Stegwinkel
nach und nach annähernd
90° erreicht, der
anlegte Korrekturfaktor des elektrischen Felds entsprechend erhöht und die
Steuerspannung reduziert werden kann (japanische Offenlegungsschrift Nr.
4-123018). In oben angeführter
JP-A-4-123018 ist das Verhältnis
d/W in einem Lichtwellenleiter vom Stegtyp zwischen der Höhe d und
der Breite W des Stegabschnitts auf mehr als 0,1 und geringer als
1,0 eingestellt, und der Stegwinkel des Stegabschnitts ist auf 90° ± 10° eingestellt,
sodass ein angelegter elektrischer Korrekturfaktor so groß wie möglich wird.
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In
oben angeführtem
bekanntem Verfahren, bei dem ein Abschnitt, der von der Maskenstruktur ausgenommen
ist, mittels Ionenätzen
entfernt wird, ist es schwierig, einen Stegwinkel von 90° zu erzielen.
Die Gründe
dafür sind
wie folgt: Wie aus den 9a und 9b hervorgeht,
wird im bekannten Verfahren eine Epitaxialschicht 27 auf
einem Substrat 26, das aus einem elektrooptischen Einkristall
besteht, und eine Maske 28 mit einer vorbestimmten Strukturierung
auf einer Hauptebene 27a der Epitaxialschicht 27 mittels
eines Photolithographieverfahrens ausgebildet. Anschließend wird
die Epitaxialschicht 27 geätzt, um einen Lichtwellenleiter
vom Stegtyp 31 zu bilden. In diesem Fall wird, da ein Abschnitt
der Epitaxialschicht 27, der kein von der Maske 28 bedeckter
Abschnitt ist, entfernt wird, wird die Dicke der durch Ätzen der
Epitaxialschicht ausgebildeten Epitaxialschicht 30 wie
in 9b gezeigt, entsprechend kleiner. Bisher sind
keine Lichtwellenleiter vom Stegtyp 31 entwickelt worden,
die ein d/W-Verhältnis
von mehr als 1,0 aufweisen.
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In
oben angeführtem
bekanntem optischem Modulator ist eine Verbesserung des angelegten
Korrekturfaktors des elektrischen Felds jedoch beschränkt. Dies
bedeutet, dass im bekannten optischen Modulator die Oberfläche 31a des
Lichtwellenleiters 31 vom Stegtyp im Wesentlichen flach
und die Seitenoberfläche 31b geneigt
ist. Ferner ist eine Elektrodenschicht 32 zur Modulation
auf einer Hauptebene 30a der Epitaxialschicht 30 und
auf der geneigten Seitenoberfläche 31b ausgebildet.
Daher wird der Modulations-Wirkungsgrad unter Verwendung des elektrischen
Wechselfelds, wie in "RIDGE TYPE
OPTICAL WAVEGUIDE",
OQE77-57, 24. Oktober (1997), Institute of Electronics, Information
and Communication Engineers erörtert,
verglichen mit einem Lichtwellenleiter dessen Stegwinkel 90° beträgt, verringert,
wenn an den Lichtwellenleiter 31 ein elektrisches Wechselfeld
zur Modulation angelegt wird, was in der Folge zu einem Anstieg
der Steuerspannung führt.
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Es
wird davon ausgegangen, dass der Grund für die Neigung der Seitenoberfläche 31b ein
wie nachstehend angeführter
ist. Beim bekannten optischen Modulator ragt der Lichtwellenleiter
vom Stegtyp 31 aus der Hauptebene 30a der Epitaxialschicht 30 heraus.
In diesem Fall ist es erforderlich, einen Abschnitt um den Lichtwellenleiter
vom Stegtyp 31 so tief wie möglich wegzuätzen, um das d/W-Verhältnis zwischen
der Höhe
d und der Breite W des Lichtwellenleiters vom Stegtyp 31 zu
erhöhen,
und zwar um den Lichtwellenleiter vom Stegtyp 31 dünner zu
machen. Da das Verhältnis
der Ätzrate
zwischen einem Substratseitenabschnitt (Epitaxialschicht 27 und Substrat 26)
und der Maske 28' 2-5(Substratseitenabschnitt):1(Maske)
beträgt,
ist es erforderlich, eine Maske zu verwenden, die eine entsprechend
große Dicke
aufweist, sodass der Abschnitt um den Lichtwellenleiter vom Stegtyp 31 tief
weggeätzt
wird. In diesem Fall kommt es zu keiner ausreichenden Bereitstellung
der Ätzflüssigkeit
in der Nähe
der Maske 28, da die Maske 28 eine große Dicke
aufweist, was zur Folge hat, dass die Ätzrate des Abschnitts in der Nähe der Maske 28 verringert
wird, sodass der Stegwinkel θ von
90° stark
abnimmt. Wenn beispielsweise eine Höhe d des Lichtwellenleiters
vom Stegtyp 31 auf mehr als 2 μm eingestellt ist, wird die
Erzielung eines Stegwinkels θ von
90° erschwert.
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In
der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 4-123018 wird versucht,
die oben angeführten
Probleme zu lösen,
wobei der anhand der 9a und 9b erläuterte Grundfehler überhaupt
nicht gelöst wird.
Diese Veröffentlichung
beschränkt
lediglich eine Dimension des bekannten Lichtwellenleiters vom Stegtyp.
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Zudem
wird die in den 9a und 9b gezeigte
Lichtwellenleiterstruktur vom Stegtyp im Allgemeinen zum optischen
Koppeln mit einer Endfläche
der optischen Fasern verwendet. In diesem Fall ist es erforderlich,
den Kopplungsverlust bestmöglich zu
reduzieren, und ferner ist es auch erforderlich, den Übertragungsverlust
im Lichtwellenleiter zu reduzieren. Wenn ein Einmodenlicht auf den
Lichtwellenleiter vom Stegtyp fällt,
ist es erforderlich, das Extinktionsverhältnis zunehmend zu verbessern.
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In
der JP-A-6-317718 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Lichtwellenleiters
vom Stegtyp beschrieben, bei dem ein LiNbO3-Dünnfilm mit
hohem Brechungsindex auf einem LiTaO3-Einkristallsubstrat ausgebildet
wird. Der Dünnfilm
wird mit einer Trennscheibe zugeschnitten, um auf einander gegenüberliegenden
Seiten des Stegs Schlitze auszubilden.
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Die
EP-A-803747 und die EP-A-816880 sind frühere Anmeldungen der vorliegenden
Anmelder, die nach dem Anmeldedatum der vorliegenden Erfindung veröffentlicht
wurden, und offenbaren Strukturen, die jenen der 1 bis 4 ähnlich sind.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, die oben angeführten Nachteile
zu beseitigen und eine Lichtwellenleiterstruktur und eine Lichtwellenleitervorrichtung
mit einem Lichtwellenleiter vom Stegtyp bereitzustellen, worin der
Lichtübertragungsverlust
reduziert, der Kopplungsverlust in Zusammenhang mit optischen Fasern
verringert und das Extinktionsverhältnis im Fall eines Einmodenlichtwellenleiters
verbessert werden kann.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung einer Lichtwellenleitervorrichtung
mit einem Lichtwellenleiter mit Elektroden zur Modulation, worin der
Wirkungsgrad des angelegten elektrischen Felds verbessert und die
zur Modulierung von Licht erforderliche Steuerspannung verringert
werden kann.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist eine wie in Anspruch 1 dargelegte Lichtwellenleiterstruktur
bereitgestellt.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist ferner eine Lichtwellenleitervorrichtung mit der oben
angeführten
wie in Anspruch 5 dargelegten Lichtwellenleiterstruktur bereitgestellt.
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Die
Erfinder der vorliegenden Erfindung haben ein Verfahren zur Bildung
eines Lichtwellenleiters vom Stegtyp erforscht, worin ein Lichtwellenleiter mit
einem großen
d/W-Verhältnis
auf einem aus einem ferroelektrischen, optischen Einkristall bestehenden
Substrat ausgebildet ist. Im Zuge der Forschungen wurde ein Verfahren
zur Bildung einer Epitaxialschicht auf dem aus einem ferroelektrischen, optischen
Einkristall bestehenden Substrat und zur mechanischen Bearbeitung
der Epitaxialschicht und des Substrats zur Bildung eines Lichtwellenleiters vom
Stegtyp entwickelt.
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Daraus
ergab sich die Bestätigung,
dass ein Lichtwellenleiter vom Stegtyp mit einem größeren d/W-Verhältnis als
Bisherige (mehr als 1 und kleiner als 10) ausgebildet werden kann.
Insbesondere kann wegen oben angeführter Gründe kein Lichtwellenleiter
vom Stegtyp mit einem d/W-Verhältnis
von mehr als 1 mittels Ionenätzen
ausgebildet werden. Ferner kann in der Erfindung ein Lichtwellenleitersubstrat ausgebildet
werden, worin der Stegwinkel im Wesentlichen 90° beträgt.
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Es
wird auch bestätigt,
dass die Lichtwellenleiterstruktur vom Stegtyp mit dem Lichtwellenleiter vom
Stegtyp, der einen aus einem ferroelektrischen, optischen Einkristall
bestehenden Basisabschnitt aufweist, der gleich wie das auf dem
Basisabschnitt ausgebildete Substrat und ein optischer Lichtwellenleiter
ist, durch mechanische Bearbeitung, wie z.B. Schneiden, ausgebildet
werden kann. In der so ausgebildeten Lichtwellenleiterstruktur vom
Stegtyp wird bestätigt,
dass eine Lichtverzerrung im Lichtwellenleiter aufgehoben, ein Lichtübertragungsverlust
und ein Kopplungsverlust in Zusammenhang mit einer optischen Faser
stärker
verringert und das Extinktionsverhältnis reduziert werden kann.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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1a ist
eine Seitenansicht, die einen Zustand zeigt, bei dem eine ferroelektrische
optische Einkristallschicht 2 auf einem Substrat 1 ausgebildet ist; 1b ist
eine Seitenansicht, die einen Zustand zeigt, bei dem die ferroelektrischen
optischen Einkristallschichten 4 und 3 auf dem
Substrat 1 ausgebildet sind; und 1c ist
eine schematische perspektivische Ansicht, die das Substrat 1 und
die ferroelektrischen optischen Einkristallschichten 4 und 3 in
einem Zustand zeigen, in dem sie geschliffen werden;
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die 2a und 2b sind
Vorderansichten, die jeweils eine zur Erläuterung dienende Lichtwellenleitervorrichtung 13A oder 13B zeigen;
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die 3a und 3b sind
Vorderansichten, die jeweils eine weitere zur Erläuterung
dienende Lichtwellenleitervorrichtung zeigen;
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4 ist
eine Vorderansicht, die eine weitere zur Erläuterung dienende Lichtwellenleitervorrichtung
zeigt;
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5 ist
eine perspektivische Ansicht, die ein Paar an Lichtwellenleitersubstraten 25A und 25B sowie
eine Ausführungsform
einer Lichtwellenleitervorrichtung 13C gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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6 ist
ein Diagramm einer pseudobinären Zusammensetzung
von LiNb1-xTaxO3-LiVO3;
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7 ist
ein Diagramm, das eine pseudoternäre Zusammensetzung von LiNbO3-LiTaO3-LiVO3 zeigt;
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die 8a, 8b und 8c sind
jeweils Diagramme, die eine Beziehung in 7 zwischen einer
Menge an LiTaO3 und einer Lösungsrate
von Lithiumniobat oder einer Ausfällungsrate einer Festlösungs-Schicht
auf dem Substrat zeigt; und
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die 9a und 9b sind
schematische Querschnittsansichten, die jeweils ein Herstellungsverfahren
für einen
Lichtwellenleiter vom Stegtyp gemäß einem bekannten Verfahren
zeigen.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsform
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5 zeigt
eine Struktur und eine Lichtwellenleitervorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung. 1 zeigt ein anwendbares
Herstellungsverfahren. Die 1a und 1b sind
Vorderansichten, die die Anordnungen 5A bzw. 5B zeigen.
Zuerst wird ein Substrat 1 hergestellt, das aus einem ferroelektrischen,
optischen Einkristall besteht. Die Bezugszeichen 1a und 1d sind
Hauptebenen des Substrats 1, und die Bezugszeichen 1c und 1b sind
Seitenoberflächen
davon. In 1a ist eine Lichtwellenleiterschicht 2 auf
einer Hauptebene 1a des Substrats 1 ausgebildet.
Es ist erforderlich, dass der Brechungsindex der Lichtwellenleiterschicht 2 größer als jener
des Substrats 1 ist. Als Lichtwellenleiterschicht 2 wird
vorzugsweise eine Epitaxialschicht aus ferroelektrischem, optischem
Einkristall verwendet, wobei es möglich ist, einen mit Titan
dotierten Lichtwellenleiter oder einen Protonen-ausgetauschten optischen Einkristall
einzusetzen.
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Wie
in 1b gezeigt, sind die Epitaxialschichten 4 und 3 nacheinander
auf der Hauptebene 1a des Substrats 1 ausgebildet.
Wenn ferner die Epitaxialschicht 4 für die Lichtwellenleiterschicht
verwendet wird, bedarf es eines Brechungsindexes der Epitaxialschicht 3,
der größer ist
als jener der Epitaxialschicht 4. In diesem Fall gibt es
keine spezielle Beziehung hinsichtlich des Brechungsindexes zwischen
der Epitaxialschicht 4 und dem Substrat 1.
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Wie
in 1c gezeigt, folgt anschließend ein Schneidevorgang für die Anordnung 5B (oder 5A)
in einer Richtung parallel zur Seitenoberfläche 1b. Der Schneidevorgang
unterliegt keiner besonderen Beschränkung, wobei bevorzugt wird,
dass der Schneidevorgang unter Einsatz eines Drehelements mit Schneidblatt
durchgeführt
wird. In 1c findet der Schneidevorgang
unter Einssatz eines Drehelements 6 mit Schneidblatt so
statt, dass das Drehelement 6 wie ein Pfeil 8 bewegt
wird, während es
sich dreht wie ein Pfeil 7, sodass das Substrat 1 sowie
die Epitaxialschichten 3 und 4 gleichzeitig geschnitten werden.
In diesem Fall ist die Bewegungsrichtung des Drehelements 6 parallel
zur Seitenoberfläche 1b.
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Auf
diese Weise wird die Anordnung 5B (5A) mittels
Schneidevorgang entlang den punktierten Linien 9 und 10 geschnitten.
In diesem Fall wird bevorzugt, dass der Schneidevorgang so durchgeführt wird,
dass das Drehelement 6 wiederholt in einer Richtung parallel
zur Seitenoberfläche 1b bewegt wird
und auch eine Position des Drehelements 6 schrittweise
von der Seitenoberfläche 1b zur
punktierten Linie 9 bewegt wird. Dadurch werden sämtliche
durch die punktierten Linien 9 und 10 definierten Bereiche
entfernt.
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Durch
Herausschneiden eines Stegabschnitts aus der Anordnung während des
Schneidens können
die beispielsweise in 2a und 2b gezeigten
Lichtwellenleitersubstrate 13A und 13B hergestellt
werden. Im in 2a gezeigten Lichtwellenleitersubstrat 13A ist
ein Stegabschnitt 24A so ausgebildet, dass er aus einer
Hauptebene 14a des Substrats 14 vorsteht. Das
Bezugszeichen 14c steht für die andere Hauptebene und
das Bezugszeichen 14d für
eine Seitenoberfläche.
Ein Basisabschnitt 15 des Stegabschnitts 24A besteht
aus einem ferroelektrischen, optischen Einkristall, das aus dem
Substrat 14 besteht, und ein aus Epitaxialschicht bestehender
Lichtwellenleiter 16 ist auf dem Basisabschnitt 15 ausgebildet.
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Im
in 2b gezeigten Lichtwellenleitersubstrat 13B ist
ein Stegabschnitt 24B so ausgebildet, dass er aus der Hauptebene 14a des
Substrats 14 vorsteht. Der Basisabschnitt 15 des
Stegabschnitts 24B besteht aus einem ferroelektrischen,
optischen Einkristall, der aus dem Substrat 14 besteht,
und eine Epitaxialschicht 17 und ein Lichtwellenleiter 18 sind auf
dem Basisabschnitt 15 ausgebildet.
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Auf
diese Weise wird der Stegabschnitt mittels Durchführung des
Schneidevorgangs ausgebildet. Somit kann ein Lichtwellenleiter erhalten
werden, bei dem das d/W-Verhältnis zwischen
der Höhe d
und der Breite W des Stegabschnitts größer als 1 ist, insbesondere
größer als
2 ist, und der Stegwinkel im Wesentlichen 90° (90° ± 1°) ist.
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Im
oben angeführten
Lichtwellenleitersubstrat ist der Querschnitt eines im Lichtwellenleiter 16 oder 18 übertragenen
Lichtstrahls 20 im Wesentlichen kreisförmig, und es kommt zu keiner
Verzerrung des Lichtstrahls 20. Dies hängt damit zusammen, dass der
Basisabschnitt 15 vom Substrat 14 vorsteht und
der Lichtwellenleiter 16 oder 18 auf dem Basisabschnitt 15 ausgebildet
ist. Daher wird der Lichtstrahl nicht zum Substrat 14 hin übertragen
oder gestreut. Zudem sind die Seitenoberflächen 16b oder 18b des
Lichtwellenleiters 16 oder 18 parallel zueinander
angeordnet, und der Querschnitt des Lichtwellenleiters 16 oder 18 ist
quadratisch oder rechteckig. Daher ist die symmetrische Eigenschaft
des Lichtstrahls 20 hoch, und somit wird die Lichtübertragungswirksamkeit
am stärksten
erhöht.
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Das
oben beschriebene Lichtwellenleitersubstrat kann auf einer Lichtwellenleitervorrichtung, wie
z.B. einer optischen Schaltvorrichtung oder einem optischen Modulator
zum Modulieren einer Lichtintensität oder -phase, angewandt werden.
In diesem Fall unterliegen die für
diese Lichtmodulation verwendeten Elektroden keinen Beschränkungen, wobei
beispielsweise die in 3a, 3b und 4 gezeigten
Elektroden bevorzugt eingesetzt werden. In der in 3a gezeigten
Lichtwellenleitervorrichtung, bei der das Lichtwellenleitersubstrat 13B (zu
diesem Zweck kann auch das Lichtwellenleitersubstrat 13A verwendet
werden) verwendet wird, wird eine Elektrode 21A auf der
oberen Oberfläche 18a des
Lichtwellenleiters 18 angeordnet, und eine Elektrode 21B,
die der Elektrode 21A gegenüberliegt, wird auf der unteren
Oberfläche 14c (die
andere Hauptebene) des Substrats 14 angeordnet. Die Elektroden 21A und 21B sind über eine
Spannungsversorgungsvorrichtung 23 (vorzugsweise eine Wechselstromquelle)
elektrisch miteinander über
einen Draht 22 verbunden. Daher wird an den Stegabschnitt 24B in
einer zur Längsrichtung
(Höhenrichtung)
des Stegabschnitts 24B im Wesentlichen parallelen Richtung
eine Spannung angelegt, wodurch aufgrund der angelegten Spannung
am Lichtwellenleiter 18 ein elektrisches Feld angelegt
wird. Die Lichtwellenleitervorrichtung mit oben angeführtem Aufbau
ist insbesondere als Vorrichtung bevorzugt, die eine aus Lithiumniobat
bestehende Z-Platte verwendet.
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In
der in 3b gezeigten Lichtwellenleitervorrichtung,
bei der das Lichtwellenleitersubstrat 13B verwendet wird,
ist die Elektrode 21A auf der oberen Oberfläche 18a des
Lichtwellenleiters 18 angeordnet, und die Elektroden 21C sind
so angeordnet, dass sich die Elektroden 21C jeweils auf
einer Seitenoberfläche 17a der
Epitaxialschicht 17, auf einer Seitenoberfläche 15a des
Basisabschnitts 15 und auf der Hauptebene 14a des
Substrats 14 erstreckt. Die Elektroden 21C sind
mit einem Draht 22a elektrisch miteinander verbunden, um
das gleiche Potenzial beizubehalten. Die Elektroden 21A und 21C sind
darüber
hinaus durch den Draht 22 an die Spannungsversorgungsvorrichtung 23 elektrisch
angeschlossen. Dadurch wird an den Lichtwellenleiter 18 in
dessen Höhenrichtung
eine Spannung angelegt.
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Wenn
die Elektroden auf der oberen Oberfläche des Lichtwellenleiters 18 und
an den Seitenoberflächen
der Epitaxialschicht 17 und des Basisabschnitts 15 angeordnet
sind, wird es ferner bevorzugt, dass das d2:d1-Verhältnis
größer als
1 und kleiner als 3 ist, wobei d1 die Höhe des Lichtwellenleiters 18 und
d2 die Länge
zwischen der oberen Oberfläche der
Lichtwellenleiters 18 und dem oberen Ende der Elektrode 21C ist.
In diesem Fall wird bestätigt,
dass wenn das Verhältnis
d2/d1 größer als
1 ist, die erforderliche Steuerspannung stark reduziert und auch das
Extinktionsverhältnis
bemerkenswert verringert werden kann. Wenn das Verhältnis d2/d1 konkret auf 1
eingestellt wird, kann die Steuerspannung auf etwa 1/3 reduziert
werden und das Extinktionsverhältnis kann
auf 25 dB in Bezug auf die bekannte Vorrichtung vom planaren Typ,
die ein Extinktionsverhältnis von
20 dB aufweist, verbessert werden. Wenn das Verhältnis d2/d1 darüber
hinaus auf 2 eingestellt wird, kann die Steuerspannung auf ½ reduziert
und das Extinktionsverhältnis
auf mehr als 35 dB verbessert werden. Wenn das Verhältnis d2/d1 ferner auf 3
eingestellt wird, ist die Steuerspannung im Wesentlichen gleich
wie jene der bekannten Vorrichtung vom planaren Typ, und das Extinktionsverhältnis kann
auf mehr als 40 dB verbessert werden.
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In
der in 4 gezeigten Lichtwellenleitervorrichtung ist ein
Paar an Elektroden 21D auf den Seitenoberflächen 18b des
Lichtwellenleiters angeordnet. Die Elektroden 21D sind über eine
Spannungsversorgungsvorrichtung 23 durch einen Draht 22 elektrisch
angeschlossen. Dadurch kann an den Lichtwellenleiter 18 durch
die Elektroden 21D eine Spannung angelegt werden. Die Vorrichtung
mit oben angeführtem
Aufbau wird insbesondere als eine Vorrichtung bevorzugt, die eine
Y-Platte oder X-Platte aus Lithiumniobat verwendet. In diesem Fall wird
bestätigt,
dass die Steuerspannung auf etwa ½ verringert werden kann und
das Extinktionsverhältnis,
verglichen mit der planaren Vorrichtung mit einem Extinktionsverhältnis von
20 dB, auf mehr als 40 dB verbessert werden kann.
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Es
wird angemerkt, dass wenn das in 2a gezeigte
Lichtwellenleitersubstrat 13A statt dem Lichtwellenleitersubstrat 13B verwendet
wird, die Lichtwellenleitervorrichtung mit dem in 3a, 3b oder 4 gezeigten
Aufbau hergestellt werden kann. In diesem Fall ist es zudem erforderlich, die
Elektrode 21A auf der oberen Oberfläche 16a des Lichtwellenleiters 16 im
Fall von 3a oder 3b auszubilden
und die Elektroden 21D auf den Seitenoberflächen 16b des
Lichtwellenleiters 16 auszubilden.
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Unter
Verwendung der Lichtwellenleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
kann eine optische Vorrichtung hergestellt werden, die eine vorbestimmte
Funktion erfüllen
kann. In 5 ist ein Paar an Lichtwellenleitersubstraten 25A und 25B zusammen
mit einer erfindungsgemäßen Lichtwellenleitervorrichtung
gezeigt, sodass ein optischer Modulator vom Mach-Zehnder-Typ gebildet
wird.
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In
dieser Ausführungsform
ist das Verfahren für
den Aufbau einer Lichtwellenleiterstruktur der Erfindung, die im
weiteren Verlauf als Substrat 13C bezeichnet wird, gleich
wie jenes für
das oben beschriebene Lichtwellenleitersubstrat 13B. Dies
bedeutet, dass das Lichtwellenleitersubstrat 13C mit den
gleichen mechanischen Bearbeitungsverfahren gebildet werden kann.
Der Unterschied liegt darin, dass das Lichtwellenleitersubstrat 13C zwei
Stegabschnitte 24B aufweist, die sich parallel in Längsrichtung
erstrecken. Jeder der Stegabschnitte 24B weist den Basisabschnitt 15 auf,
wobei die Epitaxialschicht 17 auf dem Basisabschnitt 15 ausgebildet
ist, und der Lichtwellenleiter 18 auf der Epitaxialschicht 17 ausgebildet
ist. Die Elektrode 21A ist auf der oberen Oberfläche 18a des
Lichtwellenleiters 18 angeordnet, und die Elektrode 21C,
welche der Elektrode 21A gegenüberliegt, ist auf der Hauptebene 14a des Substrats 14 angeordnet.
Die vorbestimmte Spannung kann jeweils auf die Lichtwel lenleitersubstrate 18 der
Stegabschnitte 24N aus den Stromversorgungsquellen 23A und 25B angelegt
werden.
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Die
Lichtwellenleitersubstrate 25A und 25B bestehen
aus einem ferroelektrischen optischen Einkristall. Ferner ist ein
Lichtwellenleiter 26 mit Y-Form in einer Hauptebene 25a der
Lichtwellenleitersubstrate 25A bzw. 25B ausgebildet.
Jeder der Lichtwellenleiter 26 weist einen Abschnitt 26a auf,
der im Wesentlichen parallel zum Lichtwellenleiter 18 des
Stegabschnitts und des Astabschnitts 26b ist. Zudem sind
die Endoberfläche 26c der
Astabschnitte 26b so mit dem Lichtwellenleiter 18 optisch
gekoppelt, dass die ersten Enden der Lichtwellenleiter 18 mit
den Endoberflächen 26c des
Lichtwellenleitersubstrats 25A verbunden sind und die anderen
Enden der Lichtwellenleiter 18 mit den Endoberflächen 26c des Lichtwellenleitersubstrats 25B verbunden
sind. Für diese
Verbindung wird vorzugsweise ein UV-härtbares Harz verwendet.
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Als
Substratmaterialien zur Verwendung in vorliegender Erfindung kommen
Lithiumniobat, Lithiumtantalat, Festlösung bzw. Mischkristall von
Lithiumniobat und Lithiumtantalat, Festlösung (Mischkristall) von Kaliumlithiumniobat
und Kaliumlithiumtantalat und Materialien mit einer Zusammensetzung
in Frage, bei der ein Teil davon durch Magnesium oder Neodymium
in obigen Materialien ersetzt ist. Zudem gelten als Materialien
der Schicht, die auf dem Substrat ausgebildet werden kann, Lithiumniobat,
Lithiumtantalat, Festlösung
(Mischkristall) von Lithiumniobat und Lithiumtantalat, Festlösung (Mischkristall) von
Lithiumniobat und Lithiumtantalat, Festlösung (Mischkristall) von Kaliumlithiumniobat
und Kaliumlithiumtantalat und Materialien mit einer Zusammensetzung,
bei der ein Teil davon durch Magnesium oder Neodymium in obigen
Materialien, auf gleiche Weise wie oben beschrieben, ersetzt ist.
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Es
wird besonders bevorzugt, ein Einkristallsubstrat aus Lithiumniobat
als Substrat zu verwenden, und eine Festlösungsschicht aus Lithiumniobat und
Lithiumtantalat ist auf dem Substrat als ferroelektrische, optische
Einkristallschicht ausgebildet. Es versteht sich, dass diese Kombination
aufgrund ihrer Lösungsraten
unmöglich
ist. Es wird jedoch bestätigt, dass,
wenn eine Zusammensetzung aus der Festlösungs schicht von Lithiumniobat
und Lithiumtantalat durch LiNb1-xTaxO3 angezeigt ist,
eine Festlösungsschicht
im Bereich von 0 < x ≤ 0,8 ausgebildet
werden kann.
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Alternativ
dazu wird als Substrat ein Einkristallsubstrat verwendet, das aus
einer Festlösung
von Lithiumniobat und Lithiumtantalat besteht, und eine Festlösungsschicht
von Lithiumniobat und Lithiumtantalat wird auf dem Substrat als
ferroelektrische optische Einkristallschicht ausgebildet. In diesem
Fall kann eine Zusammensetzung des Einkristallsubstarts, das aus
einer Festlösung
von Lithiumniobat und Lithiumtantalat besteht, durch LiNb1-zTazO3 (0 < z ≤ 0,8) dargestellt
werden, und eine Beziehung von z < x
gilt so, dass eine Beziehung von 0 < z < 0,8
ebenfalls gilt. Dies bedeutet, dass eine Substitutionsrate von Tantal
in der Festlösungsschicht
größer als
jene im Substrat ist.
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In
diesem Verfahren besteht eine Lösung, die
mit dem Substrat kontaktiert werden soll, hauptsächlich aus Li2O,
Nb2O5, Ta2O5 und Flussmittel.
Eine Menge (Mol-%) von Li2O ist im Wesentlichen
gleich wie eine Summenmenge (Mol-%) von Nb2O5, Ta2O5 und
Flussmittel. Diese Lösung
kann als pseudoternäre
Zusammensetzung einer Lösung
von LiNbO3-LiTaO3-Lösungsmittel
gesehen werden, das aus LiNbO3 als gelöster Bestandteil,
LiTAO3 als gelöster Bestandteil und Flussmittel
als Lösungsmittelbestandteil
besteht. Diese Lösung
kann hingegen auch als pseudobinäre
Zusammensetzung einer Lösung
von LiNb1-xTaxO3-Lösungsmittel
gesehen werden, das aus LiNb1-xTaxO3 als löslicher
Bestandteil und Flussmittel als Lösungsmittelbestandteil besteht. Als
Flussmittel wird vorzugsweise V2O5, B2O3,
MoO3 und WO3 verwendet.
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6 ist
ein Diagramm, das ein Phasendiagramm einer pseudobinären LiNb1-xTaxO3-LiVO3-Zusammensetzung zeigt. In 6 gibt
die horizontale Achse eine Menge von LiNb1-xTaxO3 in Mol-% an,
und die vertikale Achse zeigt eine ternäres Phasendiagramm einer pseudoternären LiNbO3-LiTaO3-LiVO3-Zusammensetzung. Die jeweiligen Werte von
900 bis 1.300 zeigen eine Sättigungstemperatur
bei den jeweiligen Zusammensetzungen.
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Zuerst
muss eine Zusammensetzung aus flüssiger
Phase in gesättigtem
Zustand in einem Bereich der Sättigungstemperatur
unter 1.200 °C
liegen. Dies hat folgende Gründe:
Da der Curie-Punkt des Lithiumniobat-Einkristallsubstrats etwa 1.200 °C beträgt, wird
das Substrat in einen Mehrfach-Domänen-Zustand versetzt, wenn
das Substrat mit dem Flüssigphasenabschnitt,
der eine Temperatur über 1.200 °C aufweist,
kontaktiert wird. Dadurch kommt es zu einer Beschädigung der
Kristallisierung des Substrats, wonach es schwierig ist, eine hochqualitative
Schicht auf dem Substrat herzustellen. Dieser Zusammensetzungsbereich
ist durch eine gekrümmte
Linie I in 7 dargestellt.
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In
diesem Zusammenhang wird es bevorzugt, die Temperatur des Flüssigphasenabschnitts, der über einen
Unterkühlungszustand
von unter 1.150 °C
verfügt,
so einzustellen, dass eine hochqualitative Schicht hergestellt wird.
Wenn eine Schichtherstellungstemperatur unter 1.150 °C liegt,
kommt es zu einer stark verbesserten Kristallisierung des Substrats.
Wenn der Lichtwellenleiter in dieser Schicht ausgebildet wird, werden
daher optische Schäden
im Lichtwellenleiter stark verringert. Da es ferner schwierig ist,
die obige Festlösungsschicht auszubilden,
wenn die Schichtherstellungstemperatur nicht höher als 750 °C beträgt, wird
es bevorzugt, die Schichtherstellungstemperatur auf über 750 °C einzustellen.
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Darüber hinaus
ist ein Zusammensetzungsbereich, bei dem die oben angeführte Lösung hergestellt
werden kann, ein schraffierter Bereich in 7. Darin
geben die Ziffern in () die Anzahl der LiVO3-Moleküle, die
Anzahl der LiNbO3-Moleküle und die Anzahl der LiTaO3-Moleküle
an.
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In
diesem Fall wird bestätigt,
dass es erforderlich ist, das Verhältnis (Anzahl der LiNbO3-Moleküle):(Anzahl
der LiTaO3-Moleküle) auf mehr als 40 %:geringer
als 60 % einzustellen. Der Grund dafür ist nicht klar, wobei Folgendes
angenommen wird: Im weiteren Verlauf folgt eine Erläuterung
anhand von Diagrammen, die in den 8a, 8b und 8c angeführt sind,
worin die vertikale Achse eine Lösungsrate
oder eine Ausfällungsrate
zeigt und die horizontale Achse ein Verhältnis zwischen der Anzahl der
LiTaO3-Moleküle und der Anzahl der LiNbO3-Moleküle
zeigt.
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Damit
die oben angeführte
Festlösungsschicht
auf dem Lithiumniobat-Einkristallsubstrat ausfällt, muss die Ausfällungsrate,
bei der eine Festphase aus einer Flüssigphase ausfällt, höher als
eine Lösungsrate
eingestellt werden, worin Lithiumniobat in eine Flüssigphase
mit Unterkühlungszustand
gelöst
wird. Wenn die Anzahl der LiNbO3-Moleküle darüber hinaus
nach und nach geringer wird, nämlich wenn
eine Position im Diagramm stärker
nach rechts verschoben wird, wird die Löslichkeit von Lithiumniobat
in Bezug auf die Lösung
größer, was
zur Folge hat, dass die Ausfällungsrate
von Lithiumniobat entsprechend zunimmt. Wenn die Anzahl der LiNbO3-Moleküle hingegen
geringer ist, nimmt die Ausfällungsrate
von Lithiumniobat entsprechend ab. Dadurch ergibt sich, dass die
Lösungsrate
von Lithiumniobat gegenüber
der Ausfällungsrate
der Festlösungsschicht
beim gleichen Punkt F zunimmt, und ein Schichtherstellungsvorgang
nach diesem Punkt F nicht möglich
ist.
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Es
wird darüber
hinaus bestätigt,
dass eine Unterkühlungsrate
der Flüssigphase
wichtig ist. 8a zeigt ein Diagramm, worin
die Unterkühlungsrate
hoch ist; 8b zeigt ein Diagramm, worin die
Unterkühlungsrate
geringer als in 8a ist; und 8c zeigt
ein Diagramm, worin die Unterkühlungsrate
geringer als in 8b ist. Aus den in den 8a bis 8c dargestellten
Ergebnissen geht hervor, dass wenn die Unterkühlungsrate der Flüssigphase
zunehmend geringer wird, die Ausfällungsrate der Festlösungsschicht
abnimmt und die Temperatur der Flüssigphase zunimmt, sodass die
Lösungsrate
von Lithiumniobat zunimmt. Dadurch nimmt das Verhältnis der
Anzahl der LiTaO3-Moleküle, die eine Schicht bilden
können,
ab.
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Aus
den Diagrammen ergibt sich, dass es ausreicht, die Unterkühlungsrate
zu erhöhen,
um das Verhältnis
der Anzahl an LiTaO3-Molekülen zu erhöhen. Wenn
jedoch die Unterkühlungsrate überschüssig hoch
wird, kann der Unterkühlungszustand
nicht stabil geregelt werden. Wenn die Unterkühlungsrate nicht unter 50 °C liegt,
ist es eigentlich nicht möglich, den
Unterkühlungszustand
zu erhalten.
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Aus
oben angeführten
Gründen
ist das Verhältnis
der Anzahl von LiTaO3-Molekülen, die
eine Schicht bilden können,
beschränkt.
In dem konkreten Fall, dass die Anzahl der LiNbO3-Moleküle nicht
mehr als 40 % beträgt,
ist es nicht möglich,
eine Schicht zu bilden, wenn eine genaue Regelung zur Verringerung der
Unterkühlungsrate
auf etwa 50 °C
durchgeführt wird.
Dieser Zusammensetzungsbereich ist durch die Linie J, welche den
Punkt T (95,2,3) und den Punkt E (0,40,60) in 7 miteinander
verbindet, gekennzeichnet.
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Es
wird zudem bestätigt,
dass ein Verhältnis zwischen
einem Lösungsmittel
und einem gelösten Stoff
einen Bereich aufweist, bei dem eine Schicht gebildet werden kann,
was bedeutet, dass, wenn die Anzahl der LiVO3-Moleküle unter
60 % liegt, es nicht möglich
ist, eine hochqualitative Schicht auszubilden. Der Grund dafür ist ebenso
unklar, wobei Folgendes angenommen wird: Wenn in diesem Fall die
Lösungsmittelmenge
zunimmt, erhöht
sich die Menge des gelösten
Bestandteils. Da die Konzentration eines gelösten Stoffes in der Flüssigphase
dicht wird, nimmt dadurch die Viskosität des Flüssigphasenabschnitts zu. Dadurch
kommt es zu keiner einheitlichen Schichtbildung, was Einfluss auf
die Kristallisierungseigenschaft ausübt. Dieser Zusammensetzungsbereich
ist durch eine Linie H gekennzeichnet, die Punkt C (60,40,0) und
Punkt D (60,0,40) in 7 miteinander verbindet.
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Wenn
zudem die Menge des gelösten
Stoffes weniger als 5 % beträgt,
wird dadurch, dass die Konzentration des gelösten Stoffes ausdünnt, angenommen,
dass die Konzentration des gelösten
Stoffes in der Lösung
tendenziell je nach Schichtwachstum stark variiert und es folglich
nicht möglich
ist, eine Schicht auszubilden. Dieser Zusammensetzungsbereich ist
durch eine Linie K gekennzeichnet, die Punkt S (95,5,0) und Punkt
T (95,2,3) in 7 miteinander verbindet. Dabei
ist zu beachten, dass dieser Zusammensetzungsbereich natürlich von
einer Linie G umgeben ist, die Punkt S (95,5,0) und Punkt C (60,40,0)
miteinander verbindet.
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Hierin
wurde zuvor der Fall erläutert,
bei dem Lithiumniobat-Kristallsubstrat verwendet wurde, wobei vor
Kurzem bestätigt
wurde, dass die oben angeführten
Beziehungen vollständig
für jene
Fälle angewandt
werden können,
bei denen das Substrat verwendet wird, welches aus einer Festlösung von
Lithiumniobat und Lithiumtantalat besteht.
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In
den oben angeführten
Ausführungsformen wurde
zudem V2O5 als Flussmittel
verwendet. Es wird jedoch bestätigt,
dass das gleiche Ergebnis erhalten werden kann, wenn statt V2O5 als Flussmittel
B2O3, MoO3 oder WO3 verwendet
werden.
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Wenn
in dem in 2a gezeigten Lichtwellenleitersubstrat
eine Schicht mit einer Zusammensetzung von LiNb1-xTaxO3 mit einem Flüssigphasen-Epitaxialverfahren
auf einem Substrat ausgebildet wird, das eine wie oben angeführte Zusammensetzung
von LiNb1-zTazO3 (0 < z ≤ 0,8) oder
LiNbO3 aufweist, kann die so erhaltene Epitaxialschicht
so wie sie ist als Lichtwellenleiter verwendet werden. Dabei ist
x maximal 0,8, und es vorzugsweise ist x größer als 0,02.
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Im
in 2b gezeigten Lichtwellenleitersubstrat wird eine
erste ferroelektrische, optische Einkristallschicht mit einer Zusammensetzung
von LiNb1-xTaxO3 mit einem Flüssigphasen-Epitaxialverfahren
auf einem Substrat mit einer wie oben angeführten Zusammensetzung von LiNb1-xTazO3 (0 < z ≤ 0,8) oder
LiNbO3 ausgebildet, und anschließend wird mittels
Flüssigphasen-Epitaxialverfahren
eine zweite Schicht auf der ersten Schicht ausgebildet. Dabei weist
die zweite Schicht eine Zusammensetzung von LiNb1-yTayO3 (0 ≤ y ≤ 0,8) auf,
wobei die Beziehung y < x
gilt. Dadurch kann die zweite Schicht so wie sie ist als Lichtwellenleiter
verwendet werden.
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In
den oben angeführten
Erläuterungen
sind die durch LiNb1-zTazO3, LiNb1-xTaxO3 und LiNb1-yTayO3 dargestellten
Zusammensetzungen auf diesem technischen Gebiet allgemein bekannt,
und üblicherweise
wird in den jeweiligen Zusammensetzungen kein Mengenverhältnis zwischen
einem Atom (Li), das aus einer A-Stelle besteht, und Atomen (Nb
und Ta), die aus einer B-Stelle bestehen, angezeigt.
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Anschließend können als
Verfahren zur Herstellung eines Lichtwellenleiters das bekannte
Titandotierverfahren oder das Protonenaustauschverfahren angewandt
werden, um einen zweidimensionalen Lichtwellenleiter zu bilden.
Wenn ein dreidimensionaler Lichtwellenleiter auf einer planaren
Vorrichtung ausgebildet wird, ist es schwierig die Diffusion, nämlich den
Brechungsindex, zu steuern, da die Diffusions quelle zweidimensional
in der planaren Vorrichtung zerstreut ist. Im Gegensatz dazu ist
es einfach, die Diffusion, nämlich
den Brechungsindex, zu steuern, wenn ein zweidimensionaler Lichtwellenleiter
auf der Ebene ausgebildet ist und ein Stegabschnitt durch mechanische
Bearbeitung gemäß der vorliegenden
Erfindung ausgebildet ist, da die Diffusionsquelle eindimensional
in einem Substrat zerstreut wird.
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Die
Querschnittsform des Lichtwellenleiters unterliegt keiner besonderen
Beschränkung,
wobei bevorzugt wird, dass ein Lichtwellenleiter verwendet wird,
der einen im Wesentlichen quadratischen Querschnitt aufweist, um
die symmetrische Eigenschaft des Lichtstrahls zu verbessern und
den Übertragungsverlust
von Licht wirksam zu reduzieren. Darüber hinaus wird bevorzugt,
dass das Verhältnis
d/W auf mehr als 1,0 eingestellt ist, da dadurch ein im Stegabschnitt
an den Lichtwellenleiter angelegtes Feld nicht auf das Substrat
ausgeweitet wird. Wenn das Verhältnis
d/W ferner auf geringer als 10 eingestellt ist, wird dadurch Eigenschaften
Behandlung des Lichtwellenleitersubstrats des Stegabschnitts vereinfacht,
wodurch es weniger leicht zu einem Bruch des Stegabschnitts bei
der Behandlung des Substrats kommt. Wenn das Verhältnis d/W
darüber
hinaus auf mehr als 1,1, vorzugsweise mehr als 1,2, eingestellt wird,
ist es möglich,
das Extinktionsverhältnis
stärker zu
reduzieren. Wenn weiters das Verhältnis d/W auf weniger als 3,0,
vorzugsweise weniger als 2,0, eingestellt wird, ist es möglich, die
Steuerspannung der Vorrichtung stärker zu reduzieren.
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Im
Folgenden sind einige spezifische Herstellungsverfahren beschrieben.
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Wellenleitersubstrat A:
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Gemäß dem oben
anhand der 1b, 1c und 2b angeführten Verfahren
wurde das in 2b gezeigte Lichtwellenleitersubstrat
hergestellt. In diesem Fall wurde das Lithiumniobat-Einkristallsubstrat 1 von
optischem Grad verwendet. Das Substrat 1 wies einen Durchmesser
von 75 mm und eine Dicke von 1 mm auf. Auf dem Substrat 1 wurde
die aus Lithiumniobat-Lithiumtantalat bestehende Einkristallschicht 4 mittels
Flüssigphasen-Epitaxialverfahren
ausgebildet.
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Dies
bedeutet, dass eine Lösung
mit einer pseudoternären
Zusammensetzung von LiNbO3-LiTaO3-LiVO3 hergestellt
wurde. Das Mengenverhältnis
der jeweiligen Bestandteile in der Lösung betrug LiNbO3:LiTaO3:LiVO3 = 4:15:80.
Anschließend
wurde die Lösung
länger
als 3 Stunden bei ausreichend hoher Temperatur (1.200 °C) in einem
Tiegel gerührt,
was eine Lösung
mit ausreichend einheitlicher Flüssigphase
ergab. Danach wurde die Lösung
auf 95 °C
abgekühlt
und länger
als 12 Stunden bei dieser Temperatur gehalten. Dies ergab, dass
sich aufgrund von Übersättigung
aus der Festlösung
ein Kern in der Lösung
bildete und die Festphase auf eine Wandoberfläche des Tiegels ausfiel. Dabei
befand sich der Flüssigphasenabschnitt
in der Lösung
in einem übersättigten
Zustand bei 950 °C, und
die Lösung
wies einen Flüssigphasenabschnitt sowie
einen Festphasenabschnitt auf.
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Danach
wurde die Temperatur der Lösung von
950 °C auf
eine Schichtbildungstemperatur von 940 °C abgekühlt. Anschließend wurde
ein Lithiumniobat-Einkristallsubstrat unmittelbar mit dem Flüssigphasenabschnitt
kontaktiert, um eine Schicht auszubilden. Die so erhaltene Festlösungsschicht 4 wies eine
Zusammensetzung von LiNb0,10Ta0,03O3 auf. Die Dicke der Schicht 4 betrug
darüber
hinaus 4 bis 20 μm.
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Auf
der Festlösungsschicht 4 wurde
die Lithiumniobatschicht 3 wie folgt mittels Flüssigphasen-Epitaxialverfahren
ausgebildet. Zuerst wurde eine Lösung
mit einer pseudobinären
Zusammensetzung von LiNbO3-LiVO3 hergestellt.
Das Mengenverhältnis
der jeweiligen Bestandteile in der Lösung betrug LiNbO3:LiVO3 = 20:80. Anschließend wurde die Lösung länger als
3 Stunden bei ausreichend hoher Temperatur (1.200 °C) in einem
Tiegel gerührt,
was eine Lösung
mit ausreichend einheitlicher Flüssigphase
ergab. Danach wurde die Lösung
auf 905 °C abgekühlt und
länger
als 12 Stunden bei dieser Temperatur gehalten. Dies ergab, dass
sich aufgrund von Übersättigung
aus der Festlösung
ein Kern in der Lösung
bildete und die Festphase auf eine Wandoberfläche des Tiegels ausfiel.
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Danach
wurde die Temperatur der Lösung von
905 °C auf
eine Schichtbildungstemperatur von 900 °C abgekühlt. Anschließend wurde
das Lithiumniobat-Einkristallsubstrat 1 unmittelbar mit
dem Flüssigphasenabschnitt
kontaktiert, um eine Schicht auszubilden. Die so erhaltene Lithiumniobat-Einkristallschicht 3 wies
eine Dicke von etwa 5 μm
auf.
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Das
so erhaltene Substrat 1, die Schichten 3 und 4 wurden
einer mechanischen Bearbeitung unter Einsatz einer Mikro-Schleifvorrichtung
unterzogen, um den Stegabschnitt mit einer Breite von 5 μm und einer
Höhe von
50 μm auszubilden.
Der Stegwinkel betrug dabei im Wesentlichen 90°.
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In
Bezug auf den so gebildeten Lichtwellenleiter 18 wurde
im Stegabschnitt ein Halbleiterlaser mit einer Wellenlänge von
830 nm projiziert. Der daraus folgende Übertragungsverlust betrug etwa
0,3 dB/cm. Sogar wenn ein ausgestrahltes Licht mit einer Leistung
von 10 mW projiziert wurde, konnte keine Eigenschaftsschädigung,
wie z.B. ein optischer Bruch, festgestellt werden.
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Wellenleitersubstrat B2:
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Es
wurde die in 3b gezeigte Lichtwellenleitervorrichtung
hergestellt. Auf gleiche Weise wie für das Lichtwellenleitersubstrat
A wurde die Anordnung 5B, bei der die Schichten 4 und 3 auf
dem Substrat 1 ausgebildet waren, hergestellt. Dabei wurde eine
Lithiumniobat-Z-Platte als Substrat verwendet, und die Dicke der
Einkristallschicht 3 betrug 8 μm. Anschließend wurde der Stegabschnitt
mit einer Breite von 8 μm
und einer Höhe
von 15 μm
durch mechanische Bearbeitung mit einer Mikro-Schleifvorrichtung ausgebildet. Der
Stegwinkel des Stegabschnitts betrug im Wesentlichen 90°.
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Auf
dem oberen Abschnitt 18a und dem Basisabschnitt 14a des
Stegabschnitts wurde eine SiO2-Schicht mit
einer Dicke von 2.000 Å mittels ES-Verdampfungsverfahren
(Elektronenstrahl-Verdampfungsverfahren) gebildet. Dann wurden auf
der SiO2-Schicht
die Elektroden 21A und 21C mittels ES-Verdampfungsverfahren
ausgebildet. Dabei wurde die Elektrode 21A mit einer Cr-Schicht
mit einer Dicke von 1.000 Å und
die Elektroden 21C mit einer Au-Schicht mit einer Dicke
von 1.000 Å ausgebildet.
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Die
Eigenschaften des so gebildeten Lichtphasenmodulators wurden unter
Einsatz von Laserlicht mit einer Wellenlänge von 1,3 μm überprüft. Der daraus
resultierende Übertragungsverlust
betrug etwa 0,3 dB/cm, die Steuerspannung war 1 V, und das Extinktionsverhältnis war
größer als
35 dB. Wenn ferner ein Halbleiterlaserlicht mit einer Wellenlänge von
830 μm auf
den Lichtwellenleiter auftraf, konnte keine Eigenschaftsschädigung,
wie z.B. ein optischer Bruch, festgestellt werden.
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Wellenleitersubstrat C:
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Das
Substrat A wurde in einer einzigen Richtung senkrecht zur Hauptebene
des Lithiumniobatsubstrats polarisiert. Anschließend wurden auf gleiche Weise
wie für
das Substrat A die erste und zweite Epitaxialschicht ausgebildet.
Auf der zweiten Epitaxialschicht wurden die periodischen Elektroden
mittels Photolithographie ausgebildet, und auf einer hinteren Oberfläche des
Substrats wurde eine einheitliche Elektrode ausgebildet. Anschließend wurde
das so gebildete Substrat bei etwa 1.000 °C erhitzt und daran eine Impulsspannung
von etwa 200 kV/cm angelegt, um eine periodische Polarisierungsumkehranordnung
zu bilden.
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Die
so gebildete periodische Polarisierungsumkehranordnung wurde zur
Erzeugung einer zweiten Harmonischen verwendet. Dabei wurde beim Auftreffen
eines Halbleiterlaserlichts mit einer Wellenlänge von 830 nm auf die periodische
Polarisierungsumkehranordnung der zweiten Schicht eine zweite Harmonische
mit einer Wellenlänge
von 415 nm und einer Ausgangsleistung, bezogen auf die Leistung
des einfallenden Lichts von 100 mW, von etwa 25 mW erhalten. Eigenschaftsschädigungen, wie
z.B. optischer Bruch, wurden nicht festgestellt.