JP2705790B2 - 光導波路及びその形成方法 - Google Patents
光導波路及びその形成方法Info
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- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
- G02B6/125—Bends, branchings or intersections
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は電気光学結晶基板上に形成された小さな曲率
半径の導波路に関する。 光導波路としては、 透明石英をコア（芯）とし、これよりも低屈折率の
ガラスをクラッド（鞘）とする光ファイバケーブル（光
伝送繊維）、 屈折率の異なる透明なポリマー（高分子有機化合
物）をコアとクラッドに使用したプラスチック光ファイ
バケーブル、 電気光学結晶基板上に金属を拡散させて基板よりも
屈折率の高い線路を形成した光導波路、あるいは、 ガラス基板上に金属膜よりなるマスクパターンを形
成した後、溶融塩中に浸漬してイオン交換を行って得た
基板より高屈折率の光導波路、などがある。 ここで、光通信に使用する導波路としては主として
の光ファイバケーブルが用いられ、光スイッチ、偏光分
離素子、レンズなどの光学素子と組み合わせて使用され
ている。 然し、これらの導波路と光学素子とは個別に形成され
ているために相互の微細な位置合わせを必要とし、ミス
マッチングによる損失増加が避けられないだけでなく調
整のための工数増のため高価につく。 これを避けるために導波路と光学素子とを集積し、一
体化した光回路素子が提案されている。 その中でニオブ酸リチウム（LiNbO3）やタンタル酸リ
チウム（LiTaO3）のように電気光学効果の大きい結晶基
板を用いて作られる光回路素子は低駆動電圧のデバイス
が実現できるため有望である。中でもLiNbO3は特に熱拡
散により低損失の導波路が容易に形成できるため光回路
素子の基板として優れている。 〔従来の技術〕 LiNbO3を基板として用い、この上に複数の光学素子を
形成し、集積化することが行われている。 この場合、集積化して形成されるスイッチなどの光学
素子を相互に接続するための光導波路は接続長を短くす
るために光学素子まで湾曲してパターン形成する必要が
ある。 然し、熱拡散により形成される導波路は屈折率変化が
比較的小さいため低損失の伝送を行うには一定値以上の
曲率半径が必要であり、曲率半径が少ない場合には光は
導波路外に逸出するために損失が異常に増加すると云う
問題がある。 また、曲がり導波路の形成法として全反射を用いて行
う方法があるが、この場合にも反射面での散乱などによ
り損失が大きくなる。 これらのことから光を低損失で伝送するには光導波路
の曲率半径を30〜40mmに保つことが必要で、そのため集
積度の向上には限界があった。 〔発明が解決しようとする問題点〕 以上記したようにLiNbO3基板上に集積して形成してあ
る光学素子と結線する導波路は湾曲して形成することが
必要であるが、低損失で光を伝送するには曲率半径に制
限があり、そのために充分な集積化が行えないことが問
題である。 〔問題点を解決するための手段〕 上記の問題を解決するために、本発明によれば、LiNb
O3結晶基板上に異常光を伝播する湾曲した光導波路が形
成され、該光導波路は基板よりも高い屈折率を有し、前
記湾曲した光導波路の外周沿いにこれと略平行に酸化マ
グネシウムの拡散領域が形成されることを特徴とする光
導波路構造が提供される。 また、本発明に係る光導波路の形成方法によれば、Li
NbO3結晶基板上に、該基板よりも高い屈折率を有する湾
曲した異常光伝播用光導波路を形成するに際し、該異常
光伝播用湾曲光導波路の外周沿いにこれと略平行に酸化
マグネシウム（MgO）を拡散することを特徴とする。 〔作 用〕 本発明はLiNbO3基板上の光導波路の湾曲部の外周に
（異常光）の屈折率を低下せしめる酸化マグネシウムを
拡散して基板に屈折率勾配をもたせ、これにより湾曲部
の外周部では光導波路との屈折率差が大きくなり、その
ため光、特に異常光の導波路からの逸出を防ぐものであ
る。 即ち、導波路の湾曲部の外周沿いにMgOを拡散する
と、MgOの拡散により屈折率が減少するのは異常光モー
ドだけなので、MgOの影響を受ける異常光モードは、導
波路と外周部との屈折率差の実質的な増大により損失無
く通過するのに対し、MgOの影響を受けない常光モード
に対しては、導波路と外周部との屈折率差は実質的に変
化しないため、導波路外に逸出する。斯くして常光に対
するフィルターとして機能する。 〔実施例〕 第１図、第２図は本発明の一実施例を示すものでLiNb
O3基板３上に第１のチタン（Ti）金属パターン４を形成
して熱拡散を行い、光導波路５を形成する第１の拡散領
域を形成する。 次に、このようにして生じた光導波路５の湾曲部外周
に第２の酸化マグネシウム（MgO）パターン７を形成し
て熱拡散を行い、第２の拡散領域８を形成するものであ
る。 第３図は第１の拡散領域の形成を具体的に説明する断
面図（Ａ）と熱拡散により生じた屈折率プロフィル
（Ｂ）であって、第１のTi金属パターン４を熱処理する
とTiイオンが破線に示すように拡散して第１の拡散領域
５（光導波路）ができ、同図（Ｂ）に示すような屈折率
プロフィルができあがる。 本発明は第４図に示すように、この導波路湾曲部の外
周側位置に第２のMgOパターン７を設け、これを熱拡散
させることにより第２の拡散領域８を形成するものであ
る。この結果導波路湾曲部の基板に外周側の屈折率が低
下する屈折率勾配が形成され、導波路内周部と外周部の
光路長の差が補償されるため湾曲部での光の逸出を防ぐ
ことができる。 第５図は本発明による光導波路の屈折率の濃度勾配を
示す図解図である。 第２拡散領域８は光導波路５の湾曲部の曲率と略同一
の曲率を有する弧状パターンであり、従って光導波路５
と略平行に延びる。第１、第２拡散領域のパターン4,7
は例えば電子ビーム蒸着法とリフトオフ法を用いて作る
ことができる。尚、MgはTiよりも拡散定数が大きいため
MgOパターンはTi（約1000℃）より低温（800〜900℃）
で拡散する。従って光導波路を拡散形成した後に第２の
拡散領域を拡散形成すれば光導波路の濃度分布への影響
はほとんどなく好都合である。但し、本発明を実施する
上では第１、第２の両拡散領域を同時に熱拡散しても、
あるいは上記とは逆に予じめ第２領域８を熱拡散形成し
た後に光導波路５を熱拡散形成してもよい。 またMgO拡散により屈折率の減少するのは異常光モー
ドのみで常光モードには一切影響を与えないため、スイ
ッチ特性の劣化につながる常光モードのフィルターとし
ての機能を有する。 なお、第１のTi金属パターン５と第２のMgO金属パタ
ーン８との間隔は、２μｍ、０（両者が接する場合）お
よび−２μｍ（２μｍだけパターンが重複している場
合）の三種類をとり、実験をした結果、両パターンを接
して形成した場合に光損失は最も少ないことを確認した
（光導波路の曲率半径が5mmの場合で光損失は1.5〜2d
B）。 尚、熱拡散条件（温度、時間等）は光導波路５の内周
側を通る光の光路長L1と外周側を通る光の光路長L2とが
同一（L1＝L2）になるように選定される。即ち、光導波
路５の外周長を11、外周側屈折率n1、内周長を12、内周
側屈折率をn2とすると光路長ＬはＬ＝１×ｎで与えられ
るから、 11×n1＝12×n2 を満足するようにn1,n2を選定すればよい。 〔発明の効果〕 以上記したように本発明の実施により従来必要であっ
て曲率半径30〜40mmをはるかに小さく（5mm以下）にす
ることが可能となり、光回路素子の集積度の向上が可能
となる。
半径の導波路に関する。 光導波路としては、 透明石英をコア（芯）とし、これよりも低屈折率の
ガラスをクラッド（鞘）とする光ファイバケーブル（光
伝送繊維）、 屈折率の異なる透明なポリマー（高分子有機化合
物）をコアとクラッドに使用したプラスチック光ファイ
バケーブル、 電気光学結晶基板上に金属を拡散させて基板よりも
屈折率の高い線路を形成した光導波路、あるいは、 ガラス基板上に金属膜よりなるマスクパターンを形
成した後、溶融塩中に浸漬してイオン交換を行って得た
基板より高屈折率の光導波路、などがある。 ここで、光通信に使用する導波路としては主として
の光ファイバケーブルが用いられ、光スイッチ、偏光分
離素子、レンズなどの光学素子と組み合わせて使用され
ている。 然し、これらの導波路と光学素子とは個別に形成され
ているために相互の微細な位置合わせを必要とし、ミス
マッチングによる損失増加が避けられないだけでなく調
整のための工数増のため高価につく。 これを避けるために導波路と光学素子とを集積し、一
体化した光回路素子が提案されている。 その中でニオブ酸リチウム（LiNbO3）やタンタル酸リ
チウム（LiTaO3）のように電気光学効果の大きい結晶基
板を用いて作られる光回路素子は低駆動電圧のデバイス
が実現できるため有望である。中でもLiNbO3は特に熱拡
散により低損失の導波路が容易に形成できるため光回路
素子の基板として優れている。 〔従来の技術〕 LiNbO3を基板として用い、この上に複数の光学素子を
形成し、集積化することが行われている。 この場合、集積化して形成されるスイッチなどの光学
素子を相互に接続するための光導波路は接続長を短くす
るために光学素子まで湾曲してパターン形成する必要が
ある。 然し、熱拡散により形成される導波路は屈折率変化が
比較的小さいため低損失の伝送を行うには一定値以上の
曲率半径が必要であり、曲率半径が少ない場合には光は
導波路外に逸出するために損失が異常に増加すると云う
問題がある。 また、曲がり導波路の形成法として全反射を用いて行
う方法があるが、この場合にも反射面での散乱などによ
り損失が大きくなる。 これらのことから光を低損失で伝送するには光導波路
の曲率半径を30〜40mmに保つことが必要で、そのため集
積度の向上には限界があった。 〔発明が解決しようとする問題点〕 以上記したようにLiNbO3基板上に集積して形成してあ
る光学素子と結線する導波路は湾曲して形成することが
必要であるが、低損失で光を伝送するには曲率半径に制
限があり、そのために充分な集積化が行えないことが問
題である。 〔問題点を解決するための手段〕 上記の問題を解決するために、本発明によれば、LiNb
O3結晶基板上に異常光を伝播する湾曲した光導波路が形
成され、該光導波路は基板よりも高い屈折率を有し、前
記湾曲した光導波路の外周沿いにこれと略平行に酸化マ
グネシウムの拡散領域が形成されることを特徴とする光
導波路構造が提供される。 また、本発明に係る光導波路の形成方法によれば、Li
NbO3結晶基板上に、該基板よりも高い屈折率を有する湾
曲した異常光伝播用光導波路を形成するに際し、該異常
光伝播用湾曲光導波路の外周沿いにこれと略平行に酸化
マグネシウム（MgO）を拡散することを特徴とする。 〔作 用〕 本発明はLiNbO3基板上の光導波路の湾曲部の外周に
（異常光）の屈折率を低下せしめる酸化マグネシウムを
拡散して基板に屈折率勾配をもたせ、これにより湾曲部
の外周部では光導波路との屈折率差が大きくなり、その
ため光、特に異常光の導波路からの逸出を防ぐものであ
る。 即ち、導波路の湾曲部の外周沿いにMgOを拡散する
と、MgOの拡散により屈折率が減少するのは異常光モー
ドだけなので、MgOの影響を受ける異常光モードは、導
波路と外周部との屈折率差の実質的な増大により損失無
く通過するのに対し、MgOの影響を受けない常光モード
に対しては、導波路と外周部との屈折率差は実質的に変
化しないため、導波路外に逸出する。斯くして常光に対
するフィルターとして機能する。 〔実施例〕 第１図、第２図は本発明の一実施例を示すものでLiNb
O3基板３上に第１のチタン（Ti）金属パターン４を形成
して熱拡散を行い、光導波路５を形成する第１の拡散領
域を形成する。 次に、このようにして生じた光導波路５の湾曲部外周
に第２の酸化マグネシウム（MgO）パターン７を形成し
て熱拡散を行い、第２の拡散領域８を形成するものであ
る。 第３図は第１の拡散領域の形成を具体的に説明する断
面図（Ａ）と熱拡散により生じた屈折率プロフィル
（Ｂ）であって、第１のTi金属パターン４を熱処理する
とTiイオンが破線に示すように拡散して第１の拡散領域
５（光導波路）ができ、同図（Ｂ）に示すような屈折率
プロフィルができあがる。 本発明は第４図に示すように、この導波路湾曲部の外
周側位置に第２のMgOパターン７を設け、これを熱拡散
させることにより第２の拡散領域８を形成するものであ
る。この結果導波路湾曲部の基板に外周側の屈折率が低
下する屈折率勾配が形成され、導波路内周部と外周部の
光路長の差が補償されるため湾曲部での光の逸出を防ぐ
ことができる。 第５図は本発明による光導波路の屈折率の濃度勾配を
示す図解図である。 第２拡散領域８は光導波路５の湾曲部の曲率と略同一
の曲率を有する弧状パターンであり、従って光導波路５
と略平行に延びる。第１、第２拡散領域のパターン4,7
は例えば電子ビーム蒸着法とリフトオフ法を用いて作る
ことができる。尚、MgはTiよりも拡散定数が大きいため
MgOパターンはTi（約1000℃）より低温（800〜900℃）
で拡散する。従って光導波路を拡散形成した後に第２の
拡散領域を拡散形成すれば光導波路の濃度分布への影響
はほとんどなく好都合である。但し、本発明を実施する
上では第１、第２の両拡散領域を同時に熱拡散しても、
あるいは上記とは逆に予じめ第２領域８を熱拡散形成し
た後に光導波路５を熱拡散形成してもよい。 またMgO拡散により屈折率の減少するのは異常光モー
ドのみで常光モードには一切影響を与えないため、スイ
ッチ特性の劣化につながる常光モードのフィルターとし
ての機能を有する。 なお、第１のTi金属パターン５と第２のMgO金属パタ
ーン８との間隔は、２μｍ、０（両者が接する場合）お
よび−２μｍ（２μｍだけパターンが重複している場
合）の三種類をとり、実験をした結果、両パターンを接
して形成した場合に光損失は最も少ないことを確認した
（光導波路の曲率半径が5mmの場合で光損失は1.5〜2d
B）。 尚、熱拡散条件（温度、時間等）は光導波路５の内周
側を通る光の光路長L1と外周側を通る光の光路長L2とが
同一（L1＝L2）になるように選定される。即ち、光導波
路５の外周長を11、外周側屈折率n1、内周長を12、内周
側屈折率をn2とすると光路長ＬはＬ＝１×ｎで与えられ
るから、 11×n1＝12×n2 を満足するようにn1,n2を選定すればよい。 〔発明の効果〕 以上記したように本発明の実施により従来必要であっ
て曲率半径30〜40mmをはるかに小さく（5mm以下）にす
ることが可能となり、光回路素子の集積度の向上が可能
となる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の実施例を説明する平面図、
第２図は第１図のII−II線断面図で熱拡散方法を工程順
に示す図、 第３図は第１の拡散領域の形成を説明する断面図（Ａ）
と屈折率プロフィル（Ｂ）、 第４図は第２の拡散領域の形成を説明する断面図（Ａ）
と屈折率プロフィル（Ｂ）、 第５図は屈折率の濃度勾配を示す図、 である。 図において、 ４は第１のTi金属パターン、 ５は光導波路、 ７は第２のMgOパターン、 ８は第２の拡散領域。
に示す図、 第３図は第１の拡散領域の形成を説明する断面図（Ａ）
と屈折率プロフィル（Ｂ）、 第４図は第２の拡散領域の形成を説明する断面図（Ａ）
と屈折率プロフィル（Ｂ）、 第５図は屈折率の濃度勾配を示す図、 である。 図において、 ４は第１のTi金属パターン、 ５は光導波路、 ７は第２のMgOパターン、 ８は第２の拡散領域。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 女鹿田 直之
川崎市中原区上小田中1015番地 富士通
株式会社内
(56)参考文献 特開 昭63−147111（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．LiNbO3電気光学結晶基板上に異常光を伝播する湾曲
した光導波路が形成され、該光導波路は基板よりも高い
屈折率を有し、前記湾曲した光導波路の外周沿いにこれ
と略平行に酸化マグネシウムの拡散領域が形成されるこ
とを特徴とする光導波路構造。 ２．LiNbO3電気光学結晶基板上に、該基板よりも高い屈
折率を有する湾曲した異常光伝播用光導波路を形成する
に際し、該異常光伝播用湾曲光導波路の外周沿いにこれ
と略平行に酸化マグネシウムを拡散することを特徴とす
る光導波路の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61302823A JP2705790B2 (ja) | 1986-12-20 | 1986-12-20 | 光導波路及びその形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61302823A JP2705790B2 (ja) | 1986-12-20 | 1986-12-20 | 光導波路及びその形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63157109A JPS63157109A (ja) | 1988-06-30 |
| JP2705790B2 true JP2705790B2 (ja) | 1998-01-28 |
Family
ID=17913522
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61302823A Expired - Lifetime JP2705790B2 (ja) | 1986-12-20 | 1986-12-20 | 光導波路及びその形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2705790B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01102403A (ja) * | 1987-10-15 | 1989-04-20 | Nec Corp | 曲がり光導波路 |
| JP2008026374A (ja) * | 2006-07-18 | 2008-02-07 | Fujitsu Ltd | 光導波路、光デバイスおよび光導波路の製造方法 |
| JP5123528B2 (ja) * | 2007-01-11 | 2013-01-23 | 富士通オプティカルコンポーネンツ株式会社 | 光導波路、光デバイスおよび光導波路の製造方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5941167B2 (ja) * | 1975-08-09 | 1984-10-05 | 日本電信電話株式会社 | 光変調器 |
| JPS5263352A (en) * | 1975-11-20 | 1977-05-25 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Preparation for light conductive wave route by solid film |
| JPS63147111A (ja) * | 1986-12-10 | 1988-06-20 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | 光導波回路 |
-
1986
- 1986-12-20 JP JP61302823A patent/JP2705790B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63157109A (ja) | 1988-06-30 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |