JPH04247408A - Optical waveguide - Google Patents
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- Optical Integrated Circuits (AREA)
Abstract
Description
【0001】0001
【産業上の利用分野】この発明は、第2高調波発生(S
HG)素子、光偏向器、光スイッチ、光増幅器あるいは
光集積回路などの光デバイスとして有用な光導波路に関
するものである。[Industrial Application Field] The present invention is directed to second harmonic generation (S).
The present invention relates to optical waveguides useful as optical devices such as HG) elements, optical deflectors, optical switches, optical amplifiers, and optical integrated circuits.
【0002】0002
【従来技術】近年、レーザ光を利用した光情報処理装置
の発展はめざましいものがあるが、なかでも光偏向器、
光変調器、光増幅素子、光スィッチなどの光デバイスに
ついては、電気光学効果や非線形光学効果、磁気光学効
果などの光学的特性に優れ、伝搬損失の低い高品質の光
導波路の使用が不可欠である。このような要請に応えら
れる光導波路として、従来、(1) 基板に薄膜材料を
スパッタリングしたもの、(2) 基板上に液相エピタ
キシャル成長法により薄膜を形成したもの、(3) 基
板に異種元素を熱拡散し、導波路を形成したものなどが
提案されている。[Prior Art] In recent years, there has been remarkable progress in optical information processing devices that utilize laser light. Among them, optical deflectors,
For optical devices such as optical modulators, optical amplification elements, and optical switches, it is essential to use high-quality optical waveguides with excellent optical properties such as electro-optic effects, nonlinear optical effects, and magneto-optic effects, and low propagation loss. be. Conventional optical waveguides that can meet these demands include (1) those in which a thin film material is sputtered onto a substrate, (2) those in which a thin film is formed on a substrate by liquid phase epitaxial growth, and (3) those in which a different element is formed on a substrate. Some proposals have been made for thermal diffusion to form a waveguide.
【0003】0003
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記(
1) の光導波路は、結晶性が悪いために伝搬損失が大
きく、そして(3) の光導波路は、元素の拡散方向に
屈折率の勾配が生じるために、均質なものができないと
いう欠点があった。[Problem to be solved by the invention] However, the above (
The optical waveguide (1) has a large propagation loss due to poor crystallinity, and the optical waveguide (3) has the disadvantage that it cannot be made homogeneous due to the gradient of the refractive index in the direction of diffusion of elements. Ta.
【0004】これに対し、前記(2) の光導波路は、
上述した欠点は見当たらないものの、これまでは、実用
的な導波路を得るまでには達しておらず、例えば、「
AppliedPhysics Letters 」(
Vol.24, No.9, 1974) のp42
4 〜426 あるいは、西原浩、春名正光 他著に
かかる「光集積回路」P162 には、タンタル酸リチ
ウム基板上に液相エピタキシャル成長法により、ニオブ
酸リチウム単結晶薄膜を形成し、光導波路を作成した例
について記載されているが、このような光導波路は、電
気光学定数が、バルクのそれに比べ、1/3と小さいと
いう問題点があった。On the other hand, the optical waveguide of (2) above is
Although the above-mentioned drawbacks are not found, so far we have not been able to obtain a practical waveguide.
Applied Physics Letters” (
Vol. 24, No. 9, 1974) p42
4 to 426 Alternatively, in "Optical Integrated Circuits" P162 written by Hiroshi Nishihara, Masamitsu Haruna et al., a lithium niobate single crystal thin film is formed on a lithium tantalate substrate by a liquid phase epitaxial growth method to create an optical waveguide. Although an example has been described, such an optical waveguide has a problem in that the electro-optic constant is 1/3 smaller than that of the bulk.
【0005】また、「 Applied Physic
s Letters」( Vol.26, No.1,
January 1975) のp8〜10には、タ
ンタル酸リチウム基板上に液相エピタキシャル成長法に
より、ニオブ酸リチウム単結晶薄膜を形成した例が記載
されているが、これについては、本発明者らの研究では
、伝搬損失が大きく実用的ではないという結果が得られ
ている。このように液相エピタキシャル成長法により形
成された薄膜は、結晶性は良好であるにも関かかわらず
、光導波路の光学特性や伝搬損失が大きくなってしまう
という問題点があった。[0005] Also, “Applied Physics
s Letters” (Vol.26, No.1,
January 1975), pages 8 to 10, describes an example in which a lithium niobate single crystal thin film was formed on a lithium tantalate substrate by liquid phase epitaxial growth. , results have been obtained that the propagation loss is large and it is not practical. Although the thin film formed by the liquid phase epitaxial growth method has good crystallinity, there is a problem in that the optical characteristics of the optical waveguide and the propagation loss become large.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明者らは、従来技術
が抱える前述のような問題点について鋭意研究した結果
、これら問題点の原因が、基板と薄膜導波路との結晶格
子が完全にマッチングしていないため生じるものである
ことを突き止めた。そして、その解決のためには、基板
結晶と導波路を形造る薄膜結晶との結晶格子を整合させ
ることが有効であり、このように格子整合させた基板と
薄膜導波路とを用いると、従来では得られなかった理想
的な光導波路が得られることが判った。[Means for Solving the Problem] As a result of intensive research into the above-mentioned problems faced by the conventional technology, the present inventors have discovered that the cause of these problems is that the crystal lattice between the substrate and the thin film waveguide is completely It was determined that this was caused by a lack of matching. In order to solve this problem, it is effective to match the crystal lattices of the substrate crystal and the thin film crystal that forms the waveguide, and using a substrate and thin film waveguide that have been lattice matched in this way, it is possible to It was found that an ideal optical waveguide, which could not be obtained using conventional methods, could be obtained.
【0007】そして、このような薄膜導波路であっても
、リッジ型ならびにリブ型薄膜導波層が、膜厚(T)、
リッジまたはリブの高さ(t)、リッジまたはリブの幅
(W)をある特定の範囲となるように設計した場合、す
なわち、6.6×10−2≦W/T≦6.7×102
にあっては、導波路内の光の閉じ込め効率およびパワー
密度が著しく高く、かつ単一モードで光を伝搬させうる
光導波路が得られることを知見し、本発明を完成した。
パワー密度とは、導波している光(入力光)の強さを光
ビームの断面積で割った値(単位はW/m2)である。Even in such a thin film waveguide, the ridge type and rib type thin film waveguide layers have a thickness (T),
When the height (t) of the ridge or rib and the width (W) of the ridge or rib are designed to be within a certain range, that is, 6.6×10-2≦W/T≦6.7×102
The present invention was completed based on the finding that it is possible to obtain an optical waveguide that has extremely high light confinement efficiency and power density within the waveguide and can propagate light in a single mode. The power density is the value (unit: W/m2) obtained by dividing the intensity of the guided light (input light) by the cross-sectional area of the light beam.
【0008】[0008]
【作用】本発明の光導波路は、基板と薄膜導波層の結晶
格子を互いに整合(格子整合)させることが特徴である
。このように基板を薄膜導波路と格子整合させると、格
子の歪みや結晶欠陥が極めて少なくなり、マイクロクラ
ックなどのない高品質の導波路層を形成することができ
る。[Operation] The optical waveguide of the present invention is characterized in that the crystal lattices of the substrate and the thin film waveguide layer are matched to each other (lattice matching). When the substrate is lattice-matched to the thin film waveguide in this way, lattice distortion and crystal defects are extremely reduced, and a high-quality waveguide layer without microcracks can be formed.
【0009】このような格子整合に当たって、前記薄膜
導波層の格子定数は、基板の格子定数の 99.81〜
100.03%であることが望ましい。In such lattice matching, the lattice constant of the thin film waveguide layer is 99.81 to 99.81 of the lattice constant of the substrate.
Desirably, it is 100.03%.
【0010】本発明の導波路は、前記薄膜導波層と基板
に屈折率を調整するための異種元素を含有させることが
望ましい。この薄膜導波層に含有させる異種元素として
は、Cr, Nd, Ti, V,Rh, Zn, N
iおよびCoから選ばれる少なくとも1種の元素が望ま
しい。また、基板に含有させる異種元素としては、Mg
, Ti, V, Cr, Fe, NiおよびNdか
ら選ばれる少なくとも1種の元素が望ましい。とくに、
この基板に含有させる異種元素は、基板に均一に分布し
ていてもよく、基板表面に層(拡散層)を形成させても
よい。拡散層の厚さは、0.001 〜20μmが望ま
しい。なお、Mgを基板に拡散させる場合は、拡散層の
厚さは200 〜 1000Åが望ましい。[0010] In the waveguide of the present invention, it is desirable that the thin film waveguide layer and the substrate contain a different element for adjusting the refractive index. The different elements contained in this thin film waveguide layer include Cr, Nd, Ti, V, Rh, Zn, and N.
At least one element selected from i and Co is desirable. In addition, as a different element to be contained in the substrate, Mg
, Ti, V, Cr, Fe, Ni, and Nd. especially,
The different element contained in the substrate may be uniformly distributed on the substrate, or may form a layer (diffusion layer) on the surface of the substrate. The thickness of the diffusion layer is preferably 0.001 to 20 μm. Note that when Mg is diffused into the substrate, the thickness of the diffusion layer is preferably 200 to 1000 Å.
【0011】本発明において、前記薄膜導波層と基板と
の組み合わせは、特に限定されるものではないが、例え
ば、薄膜導波層としては、LiNbO3、α−石英、K
TiPOO4(KTP)、β−BaB2O4(BBO)
, KB5O8・4H2O (KB5)、KH2PO4
(KDP)、KD2PO4(KD* P)、NH4H2
PO4(ADP)、C5H2AsO4(CDA)、C5
D2AsO4(CD* A)、RbH2PO4 (RD
P) 、RbH2AsO4(RDA)、BeSO4 ・
4H2O 、LiClO4・3H2O 、LiClO3
、α−LiCdBO3 、LiB3O5 (LBO)、
尿素、などが使用でき、この薄膜導波層に組合わせて用
いる基板としては、例えば、LiTaO3、LiTaO
3薄膜が形成されたLiNbO3、SiO2、アルミナ
、BeO 、ZnO 、Gd3Ga5O12 などのガ
ーネット、KTP、BBO、LBO、KDP、および類
似化合物、ソーダガラス、パイレクッスガラスなどが用
いられる。In the present invention, the combination of the thin film waveguide layer and the substrate is not particularly limited, but for example, the thin film waveguide layer may include LiNbO3, α-quartz, K
TiPOO4 (KTP), β-BaB2O4 (BBO)
, KB5O8・4H2O (KB5), KH2PO4
(KDP), KD2PO4 (KD*P), NH4H2
PO4 (ADP), C5H2AsO4 (CDA), C5
D2AsO4 (CD* A), RbH2PO4 (RD
P), RbH2AsO4 (RDA), BeSO4 ・
4H2O, LiClO4・3H2O, LiClO3
, α-LiCdBO3, LiB3O5 (LBO),
Urea, etc. can be used, and as a substrate used in combination with this thin film waveguide layer, for example, LiTaO3, LiTaO
Garnets such as LiNbO3, SiO2, alumina, BeO2, ZnO2, Gd3Ga5O12, KTP, BBO, LBO, KDP, and similar compounds, soda glass, Pyrex glass, etc., on which three thin films are formed, are used.
【0012】特に薄膜導波層としてニオブ酸リチウムを
用い、基板としてタンタル酸リチウムを用いる組合わせ
は最も望ましい形態である。それは、これらの単結晶は
、結晶構造が互いに類似しており、格子整合させやすい
からである。In particular, the combination of using lithium niobate as the thin film waveguide layer and using lithium tantalate as the substrate is the most desirable form. This is because these single crystals have similar crystal structures and are easy to lattice match.
【0013】そこで、本発明の特徴要件の1つである格
子整合について、薄膜導波路としてニオブ酸リチウムを
、基板としてタンタル酸リチウムを採用した例で、以下
に具体的に説明する。Lattice matching, which is one of the characteristics of the present invention, will be specifically explained below using an example in which lithium niobate is used as the thin film waveguide and lithium tantalate is used as the substrate.
【0014】すなわち、通常のニオブ酸リチウムのa軸
の格子定数は 5.148Åであり、タンタル酸リチウ
ムのa軸の格子定数は 5.154Åであることから、
■ LiNbO3 薄膜導波層の格子定数を大きくする
か、■逆に LiTaO3 基板の格子定数を小さくす
る方法が有利である。That is, since the a-axis lattice constant of normal lithium niobate is 5.148 Å, and the a-axis lattice constant of lithium tantalate is 5.154 Å,
It is advantageous to (1) increase the lattice constant of the LiNbO3 thin film waveguide layer, or (2) conversely decrease the lattice constant of the LiTaO3 substrate.
【0015】前記■の方法としては、(a) 前記 L
iNbO3 薄膜導波層にNaとMgなどの異種元素を
含有させる方法、(b)Li/Nbの比率を変える方法
が望ましい。例えば、(a) の方法について考えると
、NaとMgの原子もしくはイオンは、 LiNbO3
に対する置換あるいは固溶により、LiNbO3の格
子定数を大きくする効果を有しているためであり、結局
、NaとMgの組成を調整することにより、一般的に格
子定数の大きいLiTaO3基板を格子整合させること
ができるからである。なお、Mgについては、薄膜の光
損傷を防止する効果があり、高効率のSHG出力を得る
ために有利である。[0015] As the method (2) above, (a) the above L
Desirable methods include a method in which the iNbO3 thin film waveguide layer contains different elements such as Na and Mg, and (b) a method in which the Li/Nb ratio is varied. For example, considering method (a), Na and Mg atoms or ions are LiNbO3
This is because substitution or solid solution for LiNbO3 has the effect of increasing the lattice constant of LiNbO3, and as a result, by adjusting the composition of Na and Mg, LiTaO3 substrates, which generally have a large lattice constant, can be lattice matched. This is because it is possible. Note that Mg has the effect of preventing optical damage to the thin film, and is advantageous for obtaining highly efficient SHG output.
【0016】薄膜導波層の格子定数を大きくするために
用いるNaとMgの含有量は、それぞれLiNbO3に
対して、 0.1〜14.3モル%、 0.8〜10.
8モル%であることが望ましい。それは、Naの含有量
が 0.1モル%より少ない場合、Mg添加量の添加量
の如何に関わらず、LiNbO3薄膜とLiTaO3基
板との格子整合が得られず、また、14.3モル%を越
えた場合は逆に格子定数が大きくなりすぎ、いずれの場
合もLiNbO3薄膜とLiTaO3基板との格子整合
が得られないからである。また、Mgの含有量が 0.
8モル%より少ない場合は、光損傷を防止する効果が不
十分であり、10.8モル%を越える場合は、LiMg
O3系の結晶が析出してしまうため含有させることがで
きない。The contents of Na and Mg used to increase the lattice constant of the thin film waveguide layer are 0.1 to 14.3 mol % and 0.8 to 10 mol %, respectively, based on LiNbO3.
The content is preferably 8 mol%. This is because when the Na content is less than 0.1 mol%, lattice matching between the LiNbO3 thin film and the LiTaO3 substrate cannot be obtained regardless of the amount of Mg added; This is because if it exceeds the lattice constant, the lattice constant becomes too large, and in either case, lattice matching between the LiNbO3 thin film and the LiTaO3 substrate cannot be obtained. Moreover, the content of Mg is 0.
If it is less than 8 mol%, the effect of preventing optical damage is insufficient, and if it exceeds 10.8 mol%, LiMg
It cannot be contained because O3-based crystals will precipitate.
【0017】次に、前記(b) の方法にかかる格子整
合手段としては、LiNbO3単結晶中のLi/Nbの
モル比率を変えることにより、薄膜導波層のa軸の格子
定数を大きくする方法である。この方法におけるLi/
Nbのモル比率は、41/59〜56/44であること
が望ましい。Next, as a lattice matching means according to method (b) above, there is a method of increasing the a-axis lattice constant of the thin film waveguide layer by changing the Li/Nb molar ratio in the LiNbO3 single crystal. It is. Li/ in this method
The molar ratio of Nb is preferably 41/59 to 56/44.
【0018】次に、LiTaO3の格子定数を小さくす
る■の方法としては、LiTaO3基板にTiなどを含
有させる方法が好ましい。それは、このTiは、LiT
aO3の格子定数を小さくする効果を有するからであり
、含有させるこのTiの量は、 0.5〜60モル%で
あることが望ましい。Next, as method (2) for reducing the lattice constant of LiTaO3, it is preferable to include Ti or the like in the LiTaO3 substrate. That is, this Ti is LiT
This is because Ti has the effect of reducing the lattice constant of aO3, and the amount of Ti contained is preferably 0.5 to 60 mol%.
【0019】さて、前述の格子整合に当たっては、前記
LiTaO3基板の(0001)面にLiNbO3薄膜
を形成することが望ましい。このように、前記LiTa
O3基板の(0001)面がLiNbO3薄膜の成長面
であることが望ましい理由は、前記(0001)面は、
a軸のみで構成されるため、a軸の格子定数を変えるだ
けで、LiNbO3薄膜と格子整合させ得るからである
。Now, for the above-mentioned lattice matching, it is desirable to form a LiNbO3 thin film on the (0001) plane of the LiTaO3 substrate. In this way, the LiTa
The reason why it is desirable that the (0001) plane of the O3 substrate is the growth plane of the LiNbO3 thin film is that the (0001) plane is
This is because since it is composed of only the a-axis, lattice matching with the LiNbO3 thin film can be achieved simply by changing the lattice constant of the a-axis.
【0020】なお、前記LiTaO3基板上に形成され
るLiNbO3薄膜の格子定数(a軸)は、前記LiT
aO3基板の格子定数(a軸)の 99.81〜100
.07%が好ましく、99.92 〜100.03%が
好適である。この理由は、前記範囲を外れる場合、Li
TaO3とLiNbO3の格子定数を整合させ難いから
である。Note that the lattice constant (a-axis) of the LiNbO3 thin film formed on the LiTaO3 substrate is the same as that of the LiT
The lattice constant (a-axis) of the aO3 substrate is 99.81 to 100
.. 07% is preferable, and 99.92 to 100.03% is suitable. The reason for this is that when outside the above range, Li
This is because it is difficult to match the lattice constants of TaO3 and LiNbO3.
【0021】上述の処理に当たって必要となる格子定数
の測定は、通常の粉末X線回折により行われる。 格
子定数は、Cu−2θ=45〜90°に検出されるニオ
ブ酸リチウムの15本のピークの2θの値とその面指数
を用い最小二乗法により算出する。なお測定においては
Siを内部標準として使用する。The measurement of the lattice constant necessary for the above-mentioned treatment is carried out by ordinary powder X-ray diffraction. The lattice constant is calculated by the least squares method using the 2θ values of 15 peaks of lithium niobate detected at Cu-2θ=45 to 90° and the surface index thereof. Note that in the measurement, Si is used as an internal standard.
【0022】さて、本発明の光導波路の形状は、スラブ
型、リッジ型、リブ型、装荷型、電圧誘起型など、いず
れの形態であってもよいが、第2高調波発生素子などの
光デバイスに応用した場合、リッジ型, リブ型の光導
波路とすることが望ましい。それは、これらの形状の光
導波路の方が、光の閉じ込め効率が高く、加工も容易に
できるからである。Now, the shape of the optical waveguide of the present invention may be any form such as slab type, ridge type, rib type, loaded type, voltage induced type, etc. When applied to devices, it is desirable to use ridge-type or rib-type optical waveguides. This is because optical waveguides with these shapes have higher light confinement efficiency and are easier to process.
【0023】そして、本発明においては、かかるリッジ
型, リブ型の光導波路は、図1に示すように、リッジ
部またはリブ部の段差をt(μm)とし、薄膜導波層の
厚さをT(μm)とし、リッジ部またはリブ部の幅をW
(μm)としてとき、次のような条件を満たすことが望
ましい。
6.6×10−2≦W/T≦6.7×
102 …(1)
0.10 ≦t/T≦0.99
…(2)この理由は、式(1) , 式(2)
の関係式を満たす光導波路は、パワー密度、閉じ込めの
効率が非常に高いからである。しかも、このような条件
を満たす光導波路は、単一モードで光を導波させやすく
、第2高調波発生素子、光偏向器、光スイッチなどに使
用する場合に最適だからである。In the present invention, the ridge-type or rib-type optical waveguide is constructed such that the step of the ridge portion or rib portion is t (μm), and the thickness of the thin film waveguide layer is t (μm), as shown in FIG. Let T (μm) be the width of the ridge or rib part.
(μm), it is desirable to satisfy the following conditions. 6.6×10-2≦W/T≦6.7×
102...(1)
0.10≦t/T≦0.99
...(2) The reason for this is Equation (1) and Equation (2)
This is because an optical waveguide that satisfies the relational expression has extremely high power density and confinement efficiency. In addition, an optical waveguide that satisfies these conditions can easily guide light in a single mode, and is ideal for use in second harmonic generation elements, optical deflectors, optical switches, and the like.
【0024】さらに、前記リッジ部またはリブ部段差t
(μm)、薄膜導波層の厚さT(μm)、リッジ部また
はリブ部幅W(μm)は、
2.0≦W/T≦7
.0 …(3)
0.30 ≦t/T≦0.80
…(4)の条件を満たすことが望ま
しい。また、リッジ部またはリブ部の幅W(μm)は、
0.1 〜100 μmであることが望ましい。Furthermore, the ridge portion or rib portion step t
(μm), the thickness T (μm) of the thin film waveguide layer, and the width W (μm) of the ridge or rib portion: 2.0≦W/T≦7
.. 0...(3)
0.30≦t/T≦0.80
...It is desirable that condition (4) is satisfied. In addition, the width W (μm) of the ridge portion or rib portion is
The thickness is preferably 0.1 to 100 μm.
【0025】次に、本発明の単結晶薄膜導波路の製造方
法としては、液相エピタキシャル成長法、スパッタ法、
蒸着法などが望ましいが、特に液相エピタキシャル成長
法が好適である。この理由は、液相エピタキシャル成長
法によれば、結晶性に優れた均質な膜が得やすく、その
結果、光伝搬損失が少なく光導波路として好適な、しか
も単結晶の非線形光学効果、電気光学効果、音響光学効
果などを充分生かせるからである。Next, methods for manufacturing the single crystal thin film waveguide of the present invention include liquid phase epitaxial growth, sputtering,
Although a vapor deposition method is preferable, a liquid phase epitaxial growth method is particularly suitable. The reason for this is that according to the liquid phase epitaxial growth method, it is easy to obtain a homogeneous film with excellent crystallinity, and as a result, it has low optical propagation loss and is suitable as an optical waveguide. This is because the acousto-optic effect can be fully utilized.
【0026】以下にLiTaO3基板上に格子整合させ
たLiNbO3薄膜導波路を形成する具体的な方法につ
いて説明する。本発明において、LiNbO3薄膜導波
路とLiTaO3基板を格子整合させるためには、Li
2 O ,Nb2O5, V2O5,Na2O, Mg
O などからなる溶融体にタンタル酸リチウム基板を接
触させ、エピタキシャル成長法によりニオブ酸リチウム
単結晶薄膜のa軸の格子定数を、タンタル酸リチウム基
板のa軸の格子定数に整合させる方法を用いるのが、高
品質の結晶が得られるので望ましい。A specific method for forming a lattice-matched LiNbO3 thin film waveguide on a LiTaO3 substrate will be described below. In the present invention, in order to lattice match the LiNbO3 thin film waveguide and the LiTaO3 substrate, Li
2 O, Nb2O5, V2O5, Na2O, Mg
A method is to use a method in which a lithium tantalate substrate is brought into contact with a melt made of O, etc., and the a-axis lattice constant of the lithium niobate single crystal thin film is matched to the a-axis lattice constant of the lithium tantalate substrate using an epitaxial growth method. , is desirable because high quality crystals can be obtained.
【0027】そして、かような液相エピタキシャル法成
長法の実施に当たっては、Na2O,MgO を除いた
、Li2O、V2O5、Nb2O5 の組成範囲として
、図3に示すLi2O−V2O5−Nbb2O5 の3
成分系の三角図において、A(88.90,2.22,
8.88) モル%、B(55.00, 43.00
, 2.00) モル%、C(46.50, 51.5
0, 2.00) モル%、D(11.11,80
.00, 8.89) モル%、E(37.50, 5
.00, 57.50) モル%の5組成点で囲まれる
領域で示される組成範囲内の溶融体を用いることが有利
である。In carrying out such a liquid phase epitaxial growth method, the composition range of Li2O, V2O5, and Nb2O5 excluding Na2O and MgO is within the range of Li2O-V2O5-Nbb2O5 shown in FIG.
In the triangular diagram of the component system, A(88.90, 2.22,
8.88) Mol%, B (55.00, 43.00
, 2.00) mol%, C(46.50, 51.5
0, 2.00) mol%, D(11.11,80
.. 00, 8.89) mol%, E(37.50, 5
.. 00, 57.50) It is advantageous to use melts within the composition range indicated by the area enclosed by the 5 composition points of mol %.
【0028】このような組成範囲の溶融体を用いること
が有利な理由は、NaとMgによるLiNbO3単結晶
薄膜とLiTaO3基板との格子整合が容易になり、得
られるLiNbO3単結晶薄膜の光学的特性が優れてお
り、特に光伝搬損失が低く、良質なLiNbO3単結晶
薄膜を得ることができるからである。The reason why it is advantageous to use a melt having such a composition range is that it facilitates lattice matching between the LiNbO3 single crystal thin film made of Na and Mg and the LiTaO3 substrate, and improves the optical properties of the resulting LiNbO3 single crystal thin film. This is because a LiNbO3 single-crystal thin film of good quality can be obtained with excellent properties and particularly low optical propagation loss.
【0029】また、前記Na2 O,MgOを除いた、
Li2O、V2 O5 、Nb2O5 の組成範囲とし
ては、図3に示すLi2O−V2 O5 −Nb2O5
の3成分系の三角図において、F(49.49, 4
5.46, 5.05) モル%、G(11.11,
80.00, 8.89)モル%、H(42.81,
22.94, 34.25)モル%の3組成点で囲まれ
た組成割合であることが好ましく、さらに、前記Li2
O−V2 O5 −Nb2O5 の組成範囲は、3成分
系の前記図3の三角図において、I(47.64, 4
6.12, 6.24) モル%、J(27.01,
64.69, 8.30)モル%、K(36.71,
37.97, 25.32)モル%、L(44.05,
32.97, 22.98)モル%の4組成点で囲まれ
る範囲が好適であり、またさらにM(45.36,
46.45, 8.19)モル%、N(32.89,
57.05, 10.06)モル%、O(36.71,
44.30, 18.99)モル%、P(44.
95,40.54, 14.51)モル%の4組成点で
囲まれる範囲が最適である。[0029] Furthermore, excluding the above Na2O and MgO,
The composition range of Li2O, V2O5, and Nb2O5 is Li2O-V2O5-Nb2O5 shown in Fig. 3.
In the triangular diagram of the three-component system, F(49.49, 4
5.46, 5.05) mol%, G(11.11,
80.00, 8.89) mol%, H (42.81,
22.94, 34.25) mol %, the composition ratio is preferably surrounded by three composition points, and further, the Li2
The composition range of O-V2O5-Nb2O5 is I(47.64, 4
6.12, 6.24) mol%, J(27.01,
64.69, 8.30) mol%, K(36.71,
37.97, 25.32) mol%, L(44.05,
32.97, 22.98) mol %, the range surrounded by the four composition points is suitable, and further M(45.36,
46.45, 8.19) mol%, N (32.89,
57.05, 10.06) mol%, O(36.71,
44.30, 18.99) mol%, P(44.
The range surrounded by the four composition points of 95, 40.54, 14.51) mol % is optimal.
【0030】また、本発明におけるNa2Oの組成割合
としては、モル比でNa2O/Li2Oが、2.0 /
98.0〜93.5/6.5 を満たす範囲であること
が望ましい。それは、前記モル比の範囲からNa2Oの
割合が外れる場合、LiTaO3基板とLiNbO3単
結晶薄膜を格子整合させることが困難なためである。前
記Na2 Oの組成割合として、モル比でNa2 O/
Li2 Oが、7.4 /92.6〜80.0/20.
0を満たす範囲であることが望ましく、16.7/83
.3〜48.4/51.6を満たす範囲であることが好
適である。[0030] Furthermore, the composition ratio of Na2O in the present invention is Na2O/Li2O in molar ratio of 2.0/
It is desirable that the range satisfies 98.0 to 93.5/6.5. This is because if the proportion of Na2O deviates from the above molar ratio range, it is difficult to lattice match the LiTaO3 substrate and the LiNbO3 single crystal thin film. As the composition ratio of Na2O, the molar ratio is Na2O/
Li2O is 7.4/92.6 to 80.0/20.
It is desirable that the range satisfies 0, and 16.7/83
.. It is preferable that the range satisfies 3 to 48.4/51.6.
【0031】次に、MgOの組成割合としては、モル比
でMgO/LiNbO3の値が、 0.1 /99.
9〜25.0/75.0を満たす組成範囲であることが
望ましい。前記LiNbO3とは溶融体組成から析出可
能なニオブ酸リチウムの理論量を意味する。それは、前
記範囲よりMgOの割合が低い場合は、Mgの光損傷防
止効果が不充分で、上記範囲よりMgOの割合が高い場
合は、ニオブ酸マグネシウム系の結晶が析出するからで
ある。Next, regarding the composition ratio of MgO, the molar ratio of MgO/LiNbO3 is 0.1/99.
It is desirable that the composition range satisfies 9 to 25.0/75.0. The above-mentioned LiNbO3 means the theoretical amount of lithium niobate that can be precipitated from the melt composition. This is because if the proportion of MgO is lower than the above range, the optical damage prevention effect of Mg is insufficient, and if the proportion of MgO is higher than the above range, magnesium niobate crystals will precipitate.
【0032】さらに、MgOの組成割合として、モル比
でMgO/LiNbO3の値が、 0.7 /100
〜9.0 /100 を満たす組成範囲であることが
好ましく、3.5 /100 〜6.0 /100 を
満たす組成範囲であることが好適である。Furthermore, as the composition ratio of MgO, the value of MgO/LiNbO3 in molar ratio is 0.7/100
The composition range preferably satisfies 9.0/100 to 3.5/100, and preferably 3.5/100 to 6.0/100.
【0033】次に、 本発明においては、LiTaO
3基板の少なくとも表面の一部に異種元素を添加した後
、LiTaO3基板と格子整合されたLiNbO3単結
晶薄膜を形成することが望ましい。前記異種元素の添加
方法としては、熱拡散、イオン交換、イオン注入法など
の他に、液相エピタキシャル成長法、単結晶の原料中に
予め異種元素を混合しておく方法、(原料添加法)など
を用いることができる。Next, in the present invention, LiTaO
After adding a different element to at least part of the surface of the three substrates, it is desirable to form a LiNbO3 single crystal thin film that is lattice-matched to the LiTaO3 substrate. Methods for adding the different elements include thermal diffusion, ion exchange, ion implantation, etc., as well as liquid phase epitaxial growth, a method of pre-mixing different elements in the raw material of a single crystal, (raw material addition method), etc. can be used.
【0034】とくに、前記熱拡散、イオン交換、イオン
注入法を使用した場合は、異種元素の拡散層が形成され
るが、前記拡散層の厚さは、0.001 〜20μmが
望ましい。この理由は、拡散層の厚さが 0.001μ
m未満の場合、異種元素が拡散されていない基板部分に
まで拡がる導波光の割合が多くなるため、基板として要
求される屈折率を満足することができず、また20μm
を越える場合、結晶性が低下するため、光導波路として
十分な特性が得られないからである。In particular, when the thermal diffusion, ion exchange, or ion implantation method is used, a diffusion layer of a different element is formed, and the thickness of the diffusion layer is preferably 0.001 to 20 μm. The reason for this is that the thickness of the diffusion layer is 0.001μ.
If the diameter is less than 20 μm, the proportion of the guided light that spreads to the parts of the substrate where different elements are not diffused increases, making it impossible to satisfy the refractive index required for the substrate.
This is because if it exceeds 100%, the crystallinity deteriorates and sufficient characteristics as an optical waveguide cannot be obtained.
【0035】前記異種元素の熱拡散のために基板を加熱
した後、加熱状態のまま、液相エピタキシャル成長用の
溶融体に接触させることが望ましい。この理由は、熱拡
散の後冷却させ、再度液相エピタキシャル成長のために
基板を加熱すると、基板の結晶性が低下するからである
。前記熱拡散は、溶融体の加熱時に同一炉内にて、予備
加熱を利用して行うことが好ましい。[0035] After the substrate is heated for thermal diffusion of the dissimilar element, it is desirable to bring it into contact with a melt for liquid phase epitaxial growth while keeping it heated. The reason for this is that if the substrate is cooled after thermal diffusion and then heated again for liquid phase epitaxial growth, the crystallinity of the substrate will deteriorate. It is preferable that the thermal diffusion is performed using preheating in the same furnace as the melt is heated.
【0036】本発明においては、溶融体組成として、
Nb2O5, V2O5, Li2O, Na2OとM
gO に加えて、Nd, Rh, Zn, Ni, C
o, Tiなどから選ばれる元素の酸化物を使用するこ
とができる。In the present invention, the melt composition is as follows:
Nb2O5, V2O5, Li2O, Na2O and M
In addition to gO, Nd, Rh, Zn, Ni, C
Oxides of elements selected from O, Ti, etc. can be used.
【0037】また、本発明において、LiNbO3単結
晶中のLi/Nbのモル比率を変えることにより、Li
NbO3単結晶薄膜とLiTaO3基板を格子整合させ
る方法としては、液相エピタキシャル成長法を用い、こ
のための溶融体として少なくとも K2O, V205
, Li2O,Nb2O5 からなる組成物を使用する
ことが有利である。以下にこの理由を説明する。Furthermore, in the present invention, by changing the Li/Nb molar ratio in the LiNbO3 single crystal, Li
As a method for lattice matching the NbO3 single crystal thin film and the LiTaO3 substrate, a liquid phase epitaxial growth method is used, and at least K2O, V205 is used as the melt for this purpose.
, Li2O, Nb2O5 is advantageously used. The reason for this will be explained below.
【0038】前記 K2O, V2O5は溶融剤(フラ
ックス)として作用する。溶融剤としてK2O,V2O
5 を使用することにより溶融剤からのLiの供給を防
止できるため、原料物中のLi2O,Nb2O5 の組
成比を変えることにより、析出してくるLiNbO3単
結晶のLi/Nbのモル比率を変えることができる。前
記Li/Nbのモル比率が変わると、a軸の格子定数も
変わるため、LiNbO3単結晶薄膜のa軸の格子定数
を原料物中のLi2O,Nb2O5 の組成比を制御す
ることにより制御でき、LiNbO3単結晶薄膜とLi
TaO3基板を格子整合させることができる。[0038] The K2O and V2O5 act as a melting agent (flux). K2O, V2O as a melting agent
5 can prevent the supply of Li from the melting agent, so by changing the composition ratio of Li2O and Nb2O5 in the raw materials, the Li/Nb molar ratio of the precipitated LiNbO3 single crystal can be changed. Can be done. When the Li/Nb molar ratio changes, the a-axis lattice constant also changes, so the a-axis lattice constant of the LiNbO3 single crystal thin film can be controlled by controlling the composition ratio of Li2O and Nb2O5 in the raw materials, and LiNbO3 Single crystal thin film and Li
The TaO3 substrate can be lattice matched.
【0039】前記 K2O, V205, Li2O,
Nb2O5 からなる溶融体には、Na2OやMgO
を添加してもよい。それは、MgO やNa2Oを添加
することにより、LiNbO3単結晶薄膜のa軸の格子
定数を大きくすることができるからである。[0039] The above K2O, V205, Li2O,
The melt consisting of Nb2O5 contains Na2O and MgO.
may be added. This is because the a-axis lattice constant of the LiNbO3 single crystal thin film can be increased by adding MgO or Na2O.
【0040】前記溶融体組成は、モル比でLi2O/N
b2Oが43/57〜56/44であることが望ましく
、43/57〜50/50が好適である。それは、上記
範囲を外れる場合、LiNbO3単結晶とは結晶構造の
異なるLiNb3O8 などの結晶が析出するからであ
る。The melt composition has a molar ratio of Li2O/N
It is desirable that b2O is 43/57 to 56/44, and preferably 43/57 to 50/50. This is because if the temperature is outside the above range, crystals such as LiNb3O8, which have a different crystal structure from the LiNbO3 single crystal, will precipitate.
【0041】また、 K2O, V205の組成割合は
、 K2O, V205からなる溶融剤(KVO3換算
)/原料組成から析出可能なLiNbO3単結晶の理論
量の値が、モル比率で25/75〜75/25を満たす
範囲であることが望ましい。それは、上記範囲を外れる
場合、析出するLiNbO3単結晶の結晶構造が変化し
てしまい、光学特性が低下するためである。In addition, the composition ratio of K2O and V205 is such that the theoretical amount of LiNbO3 single crystal that can be precipitated from the melting agent (KVO3 equivalent)/raw material composition consisting of K2O and V205 is 25/75 to 75/ It is desirable that the range satisfies 25. This is because if it is out of the above range, the crystal structure of the precipitated LiNbO3 single crystal will change and the optical properties will deteriorate.
【0042】さらに、前記MgOの組成割合は、MgO
/原料組成から析出可能なLiNbO3単結晶の理論
量の値が、モル比率で0.01/100 〜30/10
0 を満たす範囲であることが望ましい。それは、上記
モル比率を外れる場合、ニオブ酸マグネシウム系の結晶
が析出するからである。Furthermore, the composition ratio of MgO is
/ The theoretical amount of LiNbO3 single crystal that can be precipitated from the raw material composition is 0.01/100 to 30/10 in molar ratio.
It is desirable that the range satisfies 0. This is because if the molar ratio is outside the above range, magnesium niobate crystals will precipitate.
【0043】また、K2O, V205 の組成割合は
、モル比率で K2O, V205 =1/1が有利
である。Furthermore, it is advantageous for the composition ratio of K2O and V205 to be K2O and V205 =1/1 in terms of molar ratio.
【0044】本発明において、光導波路製造に当たって
は、前記溶融体を過冷却状態とした後、タンタル酸リチ
ウム基板を接触させて育成することが重要である。タン
タル酸リチウム単結晶薄膜形成面の面粗度は、JIS
B0601、Rmax =300 〜1000Åであ
ることが望ましい。
この理由は、Rmax の値を 3000Åより小さく
することは極めて困難であり、またRmax の値が1
000Åより大きくなると、ニオブ酸リチウム単結晶薄
膜の結晶性が低下するからである。In the present invention, in manufacturing an optical waveguide, it is important to bring the melt into a supercooled state and then bring it into contact with a lithium tantalate substrate for growth. The surface roughness of the lithium tantalate single crystal thin film forming surface is JIS
B0601, Rmax = 300 to 1000 Å is desirable. The reason for this is that it is extremely difficult to reduce the value of Rmax to less than 3000 Å, and the value of Rmax is
This is because when the thickness exceeds 000 Å, the crystallinity of the lithium niobate single crystal thin film decreases.
【0045】本発明において、ニオブ酸リチウム単結晶
薄膜をa軸の格子定数が 5.128〜5.150 Å
の範囲の六方晶構造の単結晶基板と格子整合させる場合
は、ニオブ酸リチウム単結晶薄膜中にTiを含有させる
ことが望ましい。この理由は、Ti原子あるいはイオン
はニオブ酸リチウム基板の格子定数を小さくする効果を
有し、基板と格子整合させることができるからであり、
このための方法として、Li2O,V2 O5 ,Nb
2O5 ,TiO2 からなる溶融体を使用できる。In the present invention, the lithium niobate single crystal thin film has an a-axis lattice constant of 5.128 to 5.150 Å.
In the case of lattice matching with a single crystal substrate having a hexagonal crystal structure in the range of 20 to 30, it is desirable to include Ti in the lithium niobate single crystal thin film. The reason for this is that Ti atoms or ions have the effect of reducing the lattice constant of the lithium niobate substrate and can be lattice matched to the substrate.
As a method for this, Li2O, V2 O5, Nb
A melt consisting of 2O5, TiO2 can be used.
【0046】本発明のニオブ酸リチウム単結晶薄膜の成
長速度は、0.01〜1.0 μm/分が望ましい。こ
れ以上成長速度が速い場合、ニオブ酸リチウム単結晶薄
膜にうねりが発生し、また、これより成長速度が遅い場
合、薄膜の育成に時間がかかるからである。The growth rate of the lithium niobate single crystal thin film of the present invention is preferably 0.01 to 1.0 μm/min. This is because if the growth rate is faster than this, waviness will occur in the lithium niobate single crystal thin film, and if the growth rate is slower than this, it will take time to grow the thin film.
【0047】なお、図2に示すものは、市販のタンタル
酸リチウム基板の表面を光学研磨し、この基板をNa,
Mgの組成を変えた溶融体に浸漬し、液相エピタキシャ
ル成長させ、薄膜中のNa,Mgの含有量とニオブ酸リ
チウムのa軸の格子定数の関係を調べたものである。In the case shown in FIG. 2, the surface of a commercially available lithium tantalate substrate is optically polished.
The relationship between the contents of Na and Mg in the thin film and the a-axis lattice constant of lithium niobate was investigated by immersing the thin film in a melt with different Mg compositions and performing liquid phase epitaxial growth.
【0048】本発明においては、LiTaO3基板のa
軸の格子定数を、異種元素を添加して調整することによ
り、LiNbO3単結晶のa軸の格子定数に合わせるこ
とにより格子整合を行うことができる。タンタル酸リチ
ウム基板のa軸の格子定数を小さくする方法としては、
Ti原子あるいはイオンを含有させることが望ましい。
それは、Ti原子あるいはイオンは、タンタル酸リチウ
ム基板のa軸の格子定数を小さくする効果を有するから
である。そして、このような観点から、前記Ti原子あ
るいはイオンを含有させる場合、その含有量は、タンタ
ル酸リチウム単結晶に対して0.2〜30モル%である
ことが望ましい。また、前記異種元素が添加されa軸の
格子定数が調整されたタンタル酸リチウム基板の製造方
法としては、CZ(チョクラルスキー)法が望ましい。
この方法の下で使用する原料としては、例えば炭酸リチ
ウム、五酸化タンタル、酸化チタン、五酸化バナジウム
が挙げられる。In the present invention, a of the LiTaO3 substrate is
Lattice matching can be achieved by adjusting the lattice constant of the axis by adding a different element to match the lattice constant of the a-axis of the LiNbO3 single crystal. As a method to reduce the a-axis lattice constant of the lithium tantalate substrate,
It is desirable to contain Ti atoms or ions. This is because Ti atoms or ions have the effect of reducing the a-axis lattice constant of the lithium tantalate substrate. From this point of view, when the Ti atoms or ions are contained, the content is preferably 0.2 to 30 mol % based on the lithium tantalate single crystal. Further, as a method for manufacturing the lithium tantalate substrate to which the above-mentioned different element is added and the a-axis lattice constant is adjusted, the CZ (Czochralski) method is preferable. Raw materials used under this method include, for example, lithium carbonate, tantalum pentoxide, titanium oxide, vanadium pentoxide.
【0049】また、前記タンタル酸リチウム基板のa軸
の格子定数は、ナトリウムなどの異種元素の添加により
大きくすることができる。Further, the a-axis lattice constant of the lithium tantalate substrate can be increased by adding a different element such as sodium.
【0050】本発明においては、前述のようにして基板
と格子整合させた単結晶薄膜を製造した後、その単結晶
薄膜は光学研磨や化学エッチングなどを施して膜厚を調
整する。In the present invention, after manufacturing a single crystal thin film that is lattice-matched to the substrate as described above, the single crystal thin film is subjected to optical polishing, chemical etching, etc. to adjust the film thickness.
【0051】また、光の入射、出射部は、端面研磨を行
い、光の反射や散乱を防止することにより、光導波路に
加工する。Furthermore, the light input and output portions are processed into optical waveguides by polishing the end faces to prevent light reflection and scattering.
【0052】また、リッジ型やリブ型の光導波路は、常
法のフォトリソグラフィーとドライエチングなどにより
加工することができる。Further, a ridge type or rib type optical waveguide can be processed by conventional methods such as photolithography and dry etching.
【0053】また、本発明の光導波路は、薄膜導波層の
面粗さは、JIS B0601 Rmax =0.0
02 〜0.300 であり、薄膜導波層の端面粗さは
、JIS B0601 Rmax =0.002 〜0
.400 であることが望ましい。この理由は、上記範
囲では、導波光の散乱が抑えられ、入射効率が向上する
とともに、伝播損失が低下するからである。Further, in the optical waveguide of the present invention, the surface roughness of the thin film waveguide layer is JIS B0601 Rmax = 0.0.
02 to 0.300, and the end surface roughness of the thin film waveguide layer is JIS B0601 Rmax = 0.002 to 0.
.. 400 is desirable. The reason for this is that within the above range, scattering of guided light is suppressed, incidence efficiency is improved, and propagation loss is reduced.
【0054】ところで、一般にニオブ酸リチウムやタン
タル酸リチウム単結晶が、電気光学効果、非線形光学効
果など光学的に有用な諸特性を持つためには、その製造
工程にて、キュリー点以上の温度に加熱して電界をかけ
、結晶をポーリング(分極)することが必要である。
ただし、異種元素を含有させたニオブ酸リチウムやタン
タル酸リチウムなどの単結晶は容易にポーリングできな
いことが知られている。しかしながら、本発明の製造方
法により得られるニオブ酸リチウム単結晶薄膜は、基板
であるタンタル酸リチウムが分極状態であっても、また
分極反転により電気的に中和されていても、常に分極さ
れた状態にあり、極めて優れた電気光学効果、非線形光
学効果などの諸特性を示す。By the way, in general, in order for lithium niobate or lithium tantalate single crystals to have optically useful properties such as electro-optic effects and nonlinear optical effects, they must be heated to temperatures above the Curie point during the manufacturing process. It is necessary to heat and apply an electric field to pole the crystal. However, it is known that single crystals such as lithium niobate and lithium tantalate containing different elements cannot be easily poled. However, the lithium niobate single crystal thin film obtained by the production method of the present invention is always polarized even if the lithium tantalate substrate is in a polarized state or electrically neutralized by polarization inversion. It exhibits various properties such as extremely excellent electro-optic effects and nonlinear optical effects.
【0055】このため、本発明のニオブ酸リチウム単結
晶薄膜とタンタル酸リチウム基板は、ポーリング工程を
必要としないため、容易に製造でき、またポーリング工
程が不要であることから従来は使用が困難であった異種
元素を含有したタンタル酸リチウム基板を使用できると
いう利点を持つ。Therefore, the lithium niobate single crystal thin film and the lithium tantalate substrate of the present invention do not require a poling process, so they can be easily manufactured. This method has the advantage that a lithium tantalate substrate containing different elements can be used.
【0056】なお、本発明の光導波路を第2高調波発生
素子(SHG素子)に使用する場合は、基本波レーザー
光波長(λμm)、薄膜導波層の膜厚(Tμm)、基本
波レーザー光波長(λμm)における基板の常光屈折率
(n0S1 )、基本波レーザー光波長(λμm)にお
ける薄膜導波層の常光屈折率(n0F1 )、第2高調
波波長(λμm/2)における基板の異常光屈折率(n
eS2 )および第2高調波波長(λμm/2)におけ
る薄膜導波層の異常光屈折率(neF2 )が、
のいずれかの関係式で表されることが望ましい。When the optical waveguide of the present invention is used in a second harmonic generation element (SHG element), the wavelength of the fundamental laser beam (λμm), the thickness of the thin film waveguide layer (Tμm), the fundamental wave laser Ordinary refractive index of the substrate (n0S1) at the optical wavelength (λμm), ordinary refractive index of the thin film waveguide layer (n0F1) at the fundamental laser light wavelength (λμm), and abnormality of the substrate at the second harmonic wavelength (λμm/2) Optical refractive index (n
It is desirable that the extraordinary optical refractive index (neF2) of the thin film waveguide layer at the second harmonic wavelength (λμm/2) is expressed by one of the following relational expressions.
【0057】本発明の光導波路は、SHG素子などの光
変調器、光偏向器、光スイッチ、光増幅素子、光集積回
路など、公知の導波路型光デバイスすべてに適用できる
。The optical waveguide of the present invention can be applied to all known waveguide-type optical devices such as optical modulators such as SHG elements, optical deflectors, optical switches, optical amplification elements, and optical integrated circuits.
【0058】[0058]
【実施例】実施例1
(1) Li2CO3 51モル%、 V2O5 39
モル%、 Nb2O5 10モル%、そして溶融体組
成から析出可能な LiNbO3 の理論量に対して4
3モル%の Na2CO3 と、および溶融体組成から
析出可能な LiNbO3 の理論量に対して、7モル
%のMgO を添加してなる混合物を、イリジウムルツ
ボにいれ、エピタキシャル成長育成装置中で空気雰囲気
下で1100℃まで加熱してルツボの内容物を溶解して
溶融体を得た。ついで、この溶融体をプロペラを用い、
200rpmの回転速度で12時間攪拌させた。[Example] Example 1 (1) Li2CO3 51 mol%, V2O5 39
mol %, Nb2O5 10 mol %, and 4 for the theoretical amount of LiNbO3 that can be precipitated from the melt composition.
A mixture of 3 mol% Na2CO3 and 7 mol% MgO added to the theoretical amount of LiNbO3 that can be precipitated from the melt composition was placed in an iridium crucible and grown in an epitaxial growth apparatus under an air atmosphere. The contents of the crucible were melted by heating to 1100°C to obtain a melt. Next, this molten body is propelled using a propeller.
The mixture was stirred for 12 hours at a rotation speed of 200 rpm.
【0059】(2)前記溶融体を1時間当り60℃の冷
却速度で 915℃まで徐冷した。タンタル酸リチウム
単結晶の(0001)面を光学研磨し、厚さ1.8mm
とした後、面取り(C面) を行った。フォトリソグ
ラフィーおよびRFスパッタ法により、膜厚1000Å
、MgO 膜を形成した後、920 ℃にて熱拡散させ
、1000ÅのMgO 拡散層をもつものを基板材料と
した。基本波レーザ光波長λを0.78μmとしたとき
、この基板の常光屈折率(nos1 )は、2.151
、第2高調波λ/2における異常光屈折率(nes2
)は、2.261 であった。また、面粗度はJIS
B0601 Rmax =300 Åであった。この
基板材料を915 ℃で30分予備加熱した後、溶融体
中に 100rpm で回転させながら17分間浸漬し
た。成長速度は1.94μm/分であった。(2) The melt was slowly cooled to 915°C at a cooling rate of 60°C per hour. The (0001) plane of lithium tantalate single crystal is optically polished to a thickness of 1.8 mm.
After that, chamfering (C side) was performed. The film thickness is 1000 Å by photolithography and RF sputtering method.
After forming an MgO 2 film, it was thermally diffused at 920° C., and a material having an MgO 2 diffusion layer of 1000 Å was used as a substrate material. When the fundamental laser light wavelength λ is 0.78 μm, the ordinary refractive index (nos1) of this substrate is 2.151
, the extraordinary refractive index at the second harmonic λ/2 (nes2
) was 2.261. In addition, the surface roughness is JIS
B0601 Rmax = 300 Å. This substrate material was preheated at 915° C. for 30 minutes and then immersed in the melt for 17 minutes while rotating at 100 rpm. The growth rate was 1.94 μm/min.
【0060】(3)前記溶融体から基板材料を引き上げ
、回転数 1000 rpm で30秒の間、回転させ
て溶融体を振り切った後、1 時間当たり300 ℃の
冷却速度でタンタル酸リチウム単結晶のキュリー温度(
650 ℃)まで徐冷し、その温度で1 時間保った後
、1 時間に60℃の冷却速度で室温まで徐冷し、基板
材料上に約16μmの厚さのNa、Mg含有ニオブ酸リ
チウム単結晶薄膜を得た。(3) The substrate material was pulled up from the melt, rotated at a rotational speed of 1000 rpm for 30 seconds to shake off the melt, and then a lithium tantalate single crystal was cooled at a cooling rate of 300° C. per hour. Curie temperature (
650 °C), kept at that temperature for 1 hour, and then slowly cooled to room temperature at a cooling rate of 60 °C per hour to deposit a layer of lithium mononiobate containing Na and Mg on the substrate material with a thickness of about 16 μm. A crystal thin film was obtained.
【0061】(4)得られたニオブ酸リチウム単結晶薄
膜中に含有されていたNa, Mgの量は、それぞれ2
モル%、6モル%であった。また、該薄膜の格子定数(
a軸)は 5.155Å、入射光波長λを0.83μm
で測定した常光屈折率は(noF1 )は2.264
、第2高調波λ/2における異常光屈折率(neF2
)は 2.263であった。得られたニオブ酸リチウム
単結晶薄膜の表面の面粗度は、JIS B0601 R
max =300 Åであった。(4) The amounts of Na and Mg contained in the obtained lithium niobate single crystal thin film were 2.
The mol% was 6 mol%. In addition, the lattice constant of the thin film (
a-axis) is 5.155 Å, and the incident light wavelength λ is 0.83 μm.
The ordinary refractive index measured at (noF1) is 2.264
, the extraordinary refractive index at the second harmonic λ/2 (neF2
) was 2.263. The surface roughness of the obtained lithium niobate single crystal thin film was JIS B0601 R.
max = 300 Å.
【0062】(5)得られたニオブ酸リチウム単結晶薄
膜を光学研磨し、イオンビームエッチングにより、2.
7μmの厚さとした後、フォトリゾグラフィーとRFス
パッタリングにより、Ti導波路パターンを形成し、こ
れをエッチングマスクとして、イオンビームエッチング
した後、Tiエッチングマスクを除去し、さらにイオン
ビームエッチングし、さらに導波路の端面を研磨し、面
粗度をJIS B0601 Rmax =400 Åと
することにより、幅10μm、膜厚2.50±0.05
μm、段差2.0 μmのリッジ型導波路を作成した。
ニオブ酸リチウム単結晶薄膜の表面の面粗度は、JIS
B0601 Rmax =300 Åであった。(5) The obtained lithium niobate single crystal thin film was optically polished and subjected to ion beam etching.
After the thickness was set to 7 μm, a Ti waveguide pattern was formed by photolithography and RF sputtering, and after ion beam etching was performed using this as an etching mask, the Ti etching mask was removed, and further ion beam etching was performed. By polishing the end face of the wave path and setting the surface roughness to JIS B0601 Rmax = 400 Å, the width is 10 μm and the film thickness is 2.50 ± 0.05.
A ridge-type waveguide with a height difference of 2.0 μm was created. The surface roughness of the lithium niobate single crystal thin film is determined by JIS
B0601 Rmax = 300 Å.
【0063】上述した実施例で作成した光導波路に、8
30 nmの光を導波させたところ、415 nmの第
2高調波光(SHG)の発生を確認した。そして、この
導波路は、単一モードであり、前記(5) 式, (6
)式に示されるSHG素子は次のようなものとなった。[0063] In the optical waveguide created in the above example, 8
When 30 nm light was guided, generation of 415 nm second harmonic light (SHG) was confirmed. This waveguide is single mode, and the above equation (5), (6
) The SHG element shown in the formula is as follows.
【0064】実施例2
(1) Na2CO3 12.8モル%、 V2O5
40モル%、Nb2O5 10モル%、および Li2
CO3 を37.2モル%、溶融体組成から析出可能な
LiNbO3 の理論量に対して、5モル%のMgO
を添加してなる混合物を、白金ルツボに入れ、エピタ
キシャル成長育成装置中で空気雰囲気下で1100℃ま
で加熱してルツボの内容物を溶解して溶融体を得た。つ
いで、この溶融体をプロペラを用い、150rpmの回
転速度で20時間攪拌させた。Example 2 (1) Na2CO3 12.8 mol%, V2O5
40 mol%, Nb2O5 10 mol%, and Li2
37.2 mol% CO3 and 5 mol% MgO based on the theoretical amount of LiNbO3 that can be precipitated from the melt composition.
A mixture obtained by adding the above was placed in a platinum crucible and heated to 1100° C. in an air atmosphere in an epitaxial growth growth apparatus to melt the contents of the crucible to obtain a melt. This melt was then stirred using a propeller at a rotational speed of 150 rpm for 20 hours.
【0065】(2)厚さ1mm のタンタル酸リチウム
基板を面取り(R面)した後、厚さ250 ÅのMgO
層をスパッタにより形成し、940 ℃で熱拡散させ
、厚さ250 Åの拡散層を形成した。屈折率は、Mg
Oを拡散させない場合よりも 0.015低下していた
。また、基板表面の面粗度は、JIS B0601 R
max =170 Åであった。(2) After chamfering (R surface) a 1 mm thick lithium tantalate substrate, a 250 Å thick MgO
The layer was sputtered and thermally diffused at 940° C. to form a 250 Å thick diffusion layer. The refractive index is Mg
It was 0.015 lower than when O was not diffused. In addition, the surface roughness of the substrate surface is determined according to JIS B0601 R.
max = 170 Å.
【0066】(3)前記溶融体を1時間当り60℃の冷
却速度で 938℃まで徐冷した後、前記基板を 93
8℃で50分間予備加熱し、溶融体中に100rpmで
回転させながら20分間浸漬した。ニオブ酸リチウムの
成長速度は、0.7 μm/分であった。
(4)前記溶融体から基板材料を引き上げ、回転数 1
000 rpm で30秒の間回転させて溶融体を振り
切った後、1 ℃/分で700 ℃まで冷却し、700
℃から600 ℃まで0.1 ℃/分で冷却し、さら
に600 ℃から室温まで1 ℃/分で徐冷し、基板材
料上に約10μmの厚さのNa, Mg含有ニオブ酸リ
チウム単結晶薄膜を得た。(3) After slowly cooling the melt to 938°C at a cooling rate of 60°C per hour, the substrate is heated to 93°C.
It was preheated at 8° C. for 50 minutes and immersed in the melt for 20 minutes while rotating at 100 rpm. The growth rate of lithium niobate was 0.7 μm/min. (4) Pull up the substrate material from the melt and rotate at 1
After shaking off the melt by rotating at 000 rpm for 30 seconds, it was cooled to 700 °C at 1 °C/min.
℃ to 600 ℃ at a rate of 0.1 ℃/min, and then from 600 ℃ to room temperature at a rate of 1 ℃/min to form a lithium niobate single crystal thin film containing Na and Mg with a thickness of approximately 10 μm on the substrate material. I got it.
【0067】(5)得られたニオブ酸リチウム単結晶薄
膜中に含有されていたNa, Mgの量は、それぞれ1
モル%、6モル%であった。また、該薄膜の格子定数(
a軸)は 5.153Å、入射光波長1.15μmで測
定した屈折率は、2.231 ±0.001 であった
。ニオブ酸リチウムの表面粗度は、JIS B0601
Rmax =500 Åであった。(5) The amounts of Na and Mg contained in the obtained lithium niobate single crystal thin film were each 1
The mol% was 6 mol%. In addition, the lattice constant of the thin film (
a-axis) was 5.153 Å, and the refractive index measured at an incident light wavelength of 1.15 μm was 2.231 ±0.001. The surface roughness of lithium niobate is JIS B0601
Rmax = 500 Å.
【0068】(6)得られたニオブ酸リチウム単結晶薄
膜を光学研磨し、イオンビームエッチングにより、3.
9 μmの厚さとした後、実施例1と同様の方法にて、
幅8μm、膜厚さ3.65μm±0.05μm、段差
1.5μmのリッジ型導波路を作成した。このときニオ
ブ酸リチウムの表面粗度は、JIS B0601 Rm
ax =500 Å、導波路の端面の粗度は、JIS
B0601 Rmax =500 Åであった。この導
波路は、単一モードであり、(5) , (6) 式に
示す素子の構成は、次のとおりのものであった。
t/T=0.4
W/T=2.2(6) The obtained lithium niobate single crystal thin film was optically polished and subjected to ion beam etching.
After making the thickness 9 μm, in the same manner as in Example 1,
Width 8μm, film thickness 3.65μm±0.05μm, step
A 1.5 μm ridge-type waveguide was created. At this time, the surface roughness of lithium niobate is JIS B0601 Rm
ax = 500 Å, the roughness of the waveguide end face is JIS
B0601 Rmax = 500 Å. This waveguide was a single mode, and the configuration of the element shown in equations (5) and (6) was as follows. t/T=0.4 W/T=2.2
【0069】実施例3
(1)Na2 CO3 30 モル%、Li2 CO
3 20 モル%、V2 O5 40モル%、Nb2O
5 10モル%、および前記溶融物組成から析出可能な
LiNbO3の理論量に対して5モル%のMgOを添加
(MgO/Nb2O5 =10/95)した混合物を白
金ルツボにいれ、エピタキシャル成長育成装置中で空気
雰囲気下で 1000℃まで加熱してルツボの内容物
を溶解して溶融体を得た。Example 3 (1) 30 mol% Na2 CO3, Li2 CO
3 20 mol%, V2O5 40 mol%, Nb2O
5. A mixture containing 10 mol% of MgO and 5 mol% of MgO added to the theoretical amount of LiNbO3 that can be precipitated from the melt composition (MgO/Nb2O5 = 10/95) was placed in a platinum crucible, and the mixture was placed in an epitaxial growth growth apparatus. The contents of the crucible were melted by heating to 1000° C. in an air atmosphere to obtain a melt.
【0070】(2)得られた溶融体を1時間当り60℃
の冷却速度で 907℃まで徐冷した。Naを含有させ
たタンタル酸リチウム単結晶の(0001)面を光学研
磨した後、化学エッチングし、厚さを1.0mm とし
、さらに面取り(C面)したものを基板材料とした。面
粗度は、JIS B0601 Rmax =300 Å
であった。この基板材料に含有されていたNaの量は4
モル%であった。また、基板材料の格子定数(a軸)は
、5.163 Åであった。この基板材料を溶融液から
15mmに高さで30分予備加熱し、ついで前記溶融体
中に100rpmで回転させながら7分間浸漬した。ニ
オブ酸リチウム単結晶薄膜の成長速度は、1.14μm
/分であった。(2) Heat the obtained melt at 60°C per hour.
It was slowly cooled to 907°C at a cooling rate of . The (0001) plane of a lithium tantalate single crystal containing Na was optically polished, chemically etched to a thickness of 1.0 mm, and further chamfered (C-plane) to be used as a substrate material. Surface roughness is JIS B0601 Rmax = 300 Å
Met. The amount of Na contained in this substrate material was 4
It was mol%. Further, the lattice constant (a-axis) of the substrate material was 5.163 Å. The substrate material was preheated for 30 minutes at a height of 15 mm above the melt and then immersed in the melt for 7 minutes while rotating at 100 rpm. The growth rate of lithium niobate single crystal thin film is 1.14 μm
/minute.
【0071】(3)前記溶融体から基板材料を引き上げ
、回転数1000rpm で回転させながら30秒の間
回転させて溶融体を振り切った後、5℃/分の冷却速度
でタンタル酸リチウム単結晶のキュリー温度(645
℃)まで徐冷し、その温度で30分間保った後、1 時
間に60℃の冷却速度で室温まで徐冷し、基板材料上に
約7μmの厚さのNa、Mg含有ニオブ酸リチウム単結
晶薄膜を得た。(3) Pull up the substrate material from the melt, shake it off by rotating it for 30 seconds at a rotational speed of 1000 rpm, and then cool the lithium tantalate single crystal at a cooling rate of 5° C./min. Curie temperature (645
℃), kept at that temperature for 30 minutes, and then gradually cooled to room temperature at a cooling rate of 60℃ per hour to deposit a single crystal of lithium niobate containing Na and Mg with a thickness of about 7 μm on the substrate material. A thin film was obtained.
【0072】(4)得られたニオブ酸リチウム単結晶薄
膜中に含有されていたNa、Mgの量は、それぞれ7モ
ル%、6モル%であった。また、上記単結晶薄膜の格子
定数(a軸)は5.163 Å、入射光波長1.15μ
mで測定した屈折率は、2.232 ±0.001 で
あった。得られたニオブ酸リチウム単結晶薄膜の表面の
面粗度は、JIS B0601 Rmax =800
Åであった。(4) The amounts of Na and Mg contained in the obtained lithium niobate single crystal thin film were 7 mol % and 6 mol %, respectively. Furthermore, the lattice constant (a-axis) of the single crystal thin film is 5.163 Å, and the incident light wavelength is 1.15 μ.
The refractive index measured in m was 2.232 ±0.001. The surface roughness of the obtained lithium niobate single crystal thin film was JIS B0601 Rmax = 800
It was Å.
【0073】(5)得られたニオブ酸リチウム単結晶薄
膜を光学研磨し、イオンビームエッチングにより、2.
7μmの厚さとした後、実施例1と同様の方法にて幅5
μm、膜厚2.30±0.02μm、段差1.0 μm
のリッジ型導波路を作成した。ニオブ酸リチウム単結晶
薄膜の表面の面粗度は、JIS B0601 Rmax
=100 Åであり、導波路の端面の粗度は、JIS
B0601 Rmax =100 Åであった。この
導波路は単一モードであり、前記(5) , (6)
式の素子構成は次のとおりのものであった。
t/T=0.4
W/T=2.2(5) The obtained lithium niobate single crystal thin film was optically polished and subjected to ion beam etching.
After the thickness was set to 7 μm, a width of 5 μm was obtained using the same method as in Example 1.
μm, film thickness 2.30±0.02 μm, step difference 1.0 μm
A ridge-type waveguide was created. The surface roughness of the lithium niobate single crystal thin film is JIS B0601 Rmax
= 100 Å, and the roughness of the end face of the waveguide is according to JIS
B0601 Rmax = 100 Å. This waveguide is single mode, and as described in (5) and (6) above.
The element configuration of the equation was as follows. t/T=0.4 W/T=2.2
【0074】実施例4
(1) Li2CO3 49モル%、 V2O5 41
モル%、 Nb2O5 10モル%、そして溶融体組
成から析出可能な LiNbO3 の理論量に対して、
43モル%の Na2CO3 および溶融体組成から析
出可能な LiNbO3の理論量に対して、6 モル%
のNgO を添加してなる混合物を、イリジウムルツボ
にいれ、エピタキシャル成長育成装置中で空気雰囲気下
で1100℃まで加熱してルツボの内容物を溶解して溶
融体を得た。
ついで、この溶融体をプロペラを用い、200rpmの
回転速度で12時間攪拌させた。Example 4 (1) Li2CO3 49 mol%, V2O5 41
mol%, Nb2O5 10 mol%, and the theoretical amount of LiNbO3 that can be precipitated from the melt composition.
Based on 43 mol% Na2CO3 and the theoretical amount of LiNbO3 that can be precipitated from the melt composition, 6 mol%
of NgO 2 was placed in an iridium crucible and heated to 1100° C. in an epitaxial growth and growth apparatus under an air atmosphere to melt the contents of the crucible to obtain a melt. This melt was then stirred using a propeller at a rotational speed of 200 rpm for 12 hours.
【0075】(2)前記溶融体を1時間当り60℃の冷
却速度で 915℃まで徐冷した。タンタル酸リチウム
単結晶の(0001)面を光学研磨し、厚さ1.8mm
とした後、面取り(C面)を行った。フォトリソグラ
フィーおよびRFスパッタ法により、膜厚1000Å、
幅5μmのMgO 膜を形成した。ついで、この基板を
2.67cm/分でエピタキシャル成長育成装置中の溶
融体に近づけ、予備加熱と熱拡散を同時に行った。拡散
層の厚さは、1000Åであった。この基板材料を溶融
体中に 100rpm で回転させながら17分間浸漬
した。成長速度は1.94μm/分であった。(2) The melt was slowly cooled to 915°C at a cooling rate of 60°C per hour. The (0001) plane of lithium tantalate single crystal is optically polished to a thickness of 1.8 mm.
After that, chamfering (C side) was performed. By photolithography and RF sputtering method, the film thickness is 1000 Å,
A MgO film with a width of 5 μm was formed. Next, this substrate was brought close to the melt in the epitaxial growth apparatus at 2.67 cm/min, and preheating and thermal diffusion were performed simultaneously. The thickness of the diffusion layer was 1000 Å. The substrate material was immersed in the melt for 17 minutes while rotating at 100 rpm. The growth rate was 1.94 μm/min.
【0076】(3)前記溶融体から基板材料を引き上げ
、回転数 1000 rpm で30の秒間回転させて
溶融体を振り切った後、1 時間当たり300 ℃の冷
却速度でタンタル酸リチウム単結晶のキュリー温度(6
50 ℃)まで徐冷し、その温度で1 時間保った後、
1 時間に60℃の冷却速度で、室温まで徐冷し、基板
材料上に約21μmの厚さのNa、Mg含有ニオブ酸リ
チウム単結晶薄膜を得た。(3) Pull up the substrate material from the melt, shake it off by rotating it at a rotational speed of 1000 rpm for 30 seconds, and then cool it at a cooling rate of 300° C. per hour to the Curie temperature of the lithium tantalate single crystal. (6
After cooling slowly to 50℃ and keeping at that temperature for 1 hour,
The mixture was gradually cooled to room temperature at a cooling rate of 60° C. per hour to obtain a lithium niobate single crystal thin film containing Na and Mg with a thickness of about 21 μm on the substrate material.
【0077】(4)得られたニオブ酸リチウム単結晶薄
膜中に含有されていたNa、Mgの量は、それぞれ2モ
ル%、5 モル%であった。また、薄膜の格子定数(a
軸)は 5.155Å、入射光波長1.15μmで測定
した屈折率は、2.231 ±0.001 であった。
得られたニオブ酸リチウム単結晶薄膜の表面の面粗
度は、JIS B0601 Rmax =900 Åで
あった。(4) The amounts of Na and Mg contained in the obtained lithium niobate single crystal thin film were 2 mol% and 5 mol%, respectively. In addition, the lattice constant of the thin film (a
The refractive index measured at an incident light wavelength of 1.15 μm was 2.231 ±0.001. The surface roughness of the obtained lithium niobate single crystal thin film was JIS B0601 Rmax = 900 Å.
【0078】(5)得られたニオブ酸リチウム単結晶薄
膜を、光学研磨し、イオンビームエッチングにより 6
.8μmの厚さとした後、実施例1と同様の方法にて幅
15μm、膜厚5.70±0.05μm、段差3.6μ
mのリッジ型の導波路を得た。得られたニオブ酸リチウ
ム単結晶薄膜の表面の面粗度は、JIS B0601
Rmax =300 Å、導波路の端面の粗度は、JI
S B0601 Rmax =400 Åであった。こ
の導波路は単一モードであり、前記(5) , (6)
式に示す素子構成は次のとおりのものであった。
t/T=0.6
W/T=2.6(5) The obtained lithium niobate single crystal thin film was optically polished and subjected to ion beam etching.
.. After the thickness was set to 8 μm, a width of 15 μm, a film thickness of 5.70±0.05 μm, and a step difference of 3.6 μm was obtained using the same method as in Example 1.
A ridge-type waveguide of m was obtained. The surface roughness of the obtained lithium niobate single crystal thin film was determined according to JIS B0601.
Rmax = 300 Å, the roughness of the waveguide end face is JI
S B0601 Rmax = 400 Å. This waveguide is single mode, and as described in (5) and (6) above.
The element configuration shown in the formula was as follows. t/T=0.6 W/T=2.6
【0079】実施例5
(1)Li2CO3 21.0 モル%, Nb2O5
34.0モル%, K2CO3 22.5 モル%
, V2O5 22.5 モル%,および前記溶融体
組成から析出可能な LiNbO3 の理論量に対して
5 モル% のMgO を添加してなる混合物を、白金
ルツボに入れ、エピタキシャル成長育成装置中で空気雰
囲気下で1100℃まで加熱してルツボの内容物を溶解
して溶融体を得た。Example 5 (1) Li2CO3 21.0 mol%, Nb2O5
34.0 mol%, K2CO3 22.5 mol%
, 22.5 mol % of V2O5, and 5 mol % of MgO based on the theoretical amount of LiNbO3 that can be precipitated from the melt composition was placed in a platinum crucible and grown in an epitaxial growth apparatus under an air atmosphere. The contents of the crucible were melted by heating to 1100° C. to obtain a melt.
【0080】(2)この溶融体を1時間当り60℃の冷
却速度で 893℃まで徐冷した。タンタル酸リチウム
単結晶の(0001)面を光学研磨し厚さ1.5mm
とした。面粗度は、JIS B0601 Rmax =
400 Å であった。次に、この基板材料を溶融体
上15mmの位置にて893 ℃にて予備加熱し、つい
で前記溶融体中に100rpmで回転させながら11分
間浸漬した。ニオブ酸リチウム単結晶薄膜の成長速度は
、0.54μm/ 分であった。(2) This melt was slowly cooled to 893°C at a cooling rate of 60°C per hour. The (0001) plane of lithium tantalate single crystal is optically polished to a thickness of 1.5 mm.
And so. Surface roughness is JIS B0601 Rmax =
It was 400 Å. The substrate material was then preheated at 893° C. 15 mm above the melt and then immersed in the melt for 11 minutes while rotating at 100 rpm. The growth rate of the lithium niobate single crystal thin film was 0.54 μm/min.
【0081】(3)前記溶融体から基板材料を引き上げ
、回転数 1000 rpm で30秒の間回転させて
溶融体を振り切った後、1℃/ 分の冷却速度で、63
0 ℃まで冷却し、ついで630 ℃から600 ℃ま
で0.2 ℃/ 分で冷却、さらに室温まで1℃/ 分
で徐冷し、基板材料上に約6μmの厚さのMgO 含有
ニオブ酸リチウム単結晶薄膜を得た。
この単結晶薄膜の格子定数(a軸)は 5.154Åで
あり、入射光波長1.15μmで測定した屈折率は、2
.231 ±0.001 であった。得られたニオブ酸
リチウム単結晶薄膜の表面の面粗度は、JIS B06
01 Rmax =1400Åであった。(3) The substrate material was pulled up from the melt, rotated at a rotational speed of 1000 rpm for 30 seconds to shake off the melt, and then heated at a cooling rate of 1° C./min for 63 minutes.
The substrate was cooled to 0 °C, then cooled from 630 °C to 600 °C at a rate of 0.2 °C/min, and further slowly cooled to room temperature at a rate of 1 °C/min. A crystal thin film was obtained. The lattice constant (a-axis) of this single crystal thin film is 5.154 Å, and the refractive index measured at an incident light wavelength of 1.15 μm is 2.
.. 231 ±0.001. The surface roughness of the obtained lithium niobate single crystal thin film was JIS B06.
01 Rmax = 1400 Å.
【0082】(4)得られたニオブ酸リチウム単結晶薄
膜を、光学研磨し、反応性イオンビームエッチングによ
り 1.5μmの厚さとした後、実施例1と同様の方法
にて幅5μm、膜厚1.21±0.02μm、段差 0
.9μmのリッジ型の導波路を得た。得られたニオブ酸
リチウム単結晶薄膜の表面の面粗度は、JIS B06
01 Rmax =1300Å、導波路の端面の粗度は
、JIS B0601 Rmax =1000Åであっ
た。この導波路は、単一モードであり、前記(5) ,
(6) 式に示す素子としての構成は、次のとおりの
ものであった。
t/T=0.7
W/T=4.1(4) The obtained lithium niobate single crystal thin film was optically polished and made to a thickness of 1.5 μm by reactive ion beam etching, and then processed to a width of 5 μm and a film thickness of 5 μm using the same method as in Example 1. 1.21±0.02μm, step 0
.. A 9 μm ridge-type waveguide was obtained. The surface roughness of the obtained lithium niobate single crystal thin film was JIS B06.
01 Rmax = 1300 Å, and the roughness of the end face of the waveguide was JIS B0601 Rmax = 1000 Å. This waveguide is single mode, and as described in (5) above,
The configuration of the element shown in formula (6) was as follows. t/T=0.7 W/T=4.1
【0083】実施例6
(1) Na2CO3 26.8モル%、 Li2CO
3 23.2モル%、 V2O5 38.0モル%、
Nb2O512.0モル% 前記溶融体組成から析出
可能な LiNbO3 の理論量に対して、12.0モ
ル%のTiO2を添加してなる混合物をイリジウムルツ
ボに入れ、エピタキシャル成長育成装置中で空気雰囲気
下で1100℃まで加熱してルツボの内容物を溶解して
溶融体を得た。Example 6 (1) 26.8 mol% Na2CO3, Li2CO
3 23.2 mol%, V2O5 38.0 mol%,
Nb2O5 12.0 mol% A mixture prepared by adding 12.0 mol% TiO2 to the theoretical amount of LiNbO3 that can be precipitated from the above-mentioned melt composition was placed in an iridium crucible, and the mixture was heated for 1100 min in an air atmosphere in an epitaxial growth apparatus. The contents of the crucible were melted by heating to 0.degree. C. to obtain a melt.
【0084】(2)前記溶融体を1時間当り60℃の冷
却速度で 893℃まで徐冷した。厚さ1.7mmのタ
ンタル酸リチウム単結晶の(0001)面を光学研磨し
た後、フォトリソグラフィーおよびRFスパッタ法によ
り、膜厚800 Å、幅5μmのMgO 膜と、この幅
5μmのMgO 膜以外の部分に膜厚400 ÅのCu
膜を形成した後、1000℃にて熱拡散させ、400
Åの拡散層を形成した。ついで幅5μmのMgO 拡散
チャンネルをもつものを化学エッチングし、基板材料と
した。MgO を拡散させたチャンネル部分およびチャ
ンネル部分以外のCuを拡散させた部分は、何も拡散さ
せない基板材料に比べて、常光屈折率はそれぞれ10×
10−3減少および1×10−3増大していた。また、
面粗度は、JIS B0601 Rmax =500Å
であった。この基板材料を溶融体から10mmの高さで
893 ℃で60分予備加熱した後、溶融体中に100
rpmで回転させながら12分間浸漬した。成長速度は
、0.58μm/分であった。(2) The melt was slowly cooled to 893°C at a cooling rate of 60°C per hour. After optically polishing the (0001) plane of a lithium tantalate single crystal with a thickness of 1.7 mm, a MgO film with a thickness of 800 Å and a width of 5 μm and a film other than the MgO film with a width of 5 μm were formed using photolithography and RF sputtering. Cu with a thickness of 400 Å
After forming the film, it was thermally diffused at 1000°C and heated to 400°C.
A diffusion layer of Å was formed. Then, a material having an MgO 2 diffusion channel with a width of 5 μm was chemically etched and used as a substrate material. The ordinary refractive index of the channel part in which MgO is diffused and the part in which Cu is diffused other than the channel part is 10× compared to the substrate material without any diffusion.
It was decreased by 10-3 and increased by 1x10-3. Also,
Surface roughness is JIS B0601 Rmax = 500 Å
Met. After preheating this substrate material at 893 °C for 60 minutes at a height of 10 mm above the melt,
Soaked for 12 minutes while rotating at rpm. The growth rate was 0.58 μm/min.
【0085】(3)前記溶融体から基板材料を引き上げ
、回転数 1000 rpm で30秒の間回転させて
溶融体を振り切った後、2 ℃/分の冷却速度で654
℃まで冷却し、645 ℃で1時間温度を一定に保っ
た後、室温まで2℃/分で徐冷し、基板材料上に約7μ
mの厚さのNa,Ti含有ニオブ酸リチウム単結晶薄膜
を得た。(3) The substrate material was pulled up from the melt, rotated at a rotational speed of 1000 rpm for 30 seconds to shake off the melt, and then heated at a cooling rate of 2°C/min to 654°C.
After cooling to 645 °C and keeping the temperature constant for 1 hour, it was slowly cooled to room temperature at a rate of 2 °C/min, and about 7μ was deposited on the substrate material.
A lithium niobate single crystal thin film containing Na and Ti with a thickness of m was obtained.
【0086】(4)得られたニオブ酸リチウムの単結晶
薄膜中に含有されていたNa, Tiの量は、それぞれ
4.6モル%、 5.0モル%であった。又、格子定
数(a軸)は 5.153Å、入射光波長1.15μm
で測定した屈折率は、2.241 ±0.001 であ
った。得られたニオブ酸リチウム単結晶薄膜の表面の面
粗度は、JIS B0601 Rmax =2000Å
であった。(4) The amounts of Na and Ti contained in the obtained single crystal thin film of lithium niobate were 4.6 mol% and 5.0 mol%, respectively. Also, the lattice constant (a-axis) is 5.153 Å, and the incident light wavelength is 1.15 μm.
The refractive index measured was 2.241 ±0.001. The surface roughness of the obtained lithium niobate single crystal thin film was JIS B0601 Rmax = 2000 Å
Met.
【0087】(5)得られたニオブ酸リチウム単結晶薄
膜を、光学研磨し、反応性イオンビームエッチングによ
り5.3 μmの厚さとした後、実施例1と同様の方法
にて幅10μm、膜厚4.85±0.05μm、段差2
.7μmのリッジ型の導波路を得た。得られたニオブ酸
リチウム単結晶薄膜の表面の面粗度は、JIS B06
01 Rmax =1500Å、導波路の端面の粗度は
、JIS B0601 Rmax =1400Åであっ
た。この導波路は単一モードであった。そして、前記(
5) , (6) 式に示す素子構成は次のとおりであ
った。
t/T=0.6
W/T=2.1(5) The obtained lithium niobate single crystal thin film was optically polished and made to a thickness of 5.3 μm by reactive ion beam etching, and then a film with a width of 10 μm was formed using the same method as in Example 1. Thickness 4.85±0.05μm, step 2
.. A 7 μm ridge-type waveguide was obtained. The surface roughness of the obtained lithium niobate single crystal thin film was JIS B06.
01 Rmax = 1500 Å, and the roughness of the end face of the waveguide was JIS B0601 Rmax = 1400 Å. This waveguide was single mode. And the above (
The element configuration shown in equations 5) and (6) was as follows. t/T=0.6 W/T=2.1
【0088】実施例7
(1)Li2CO3,Ta2O5,TiO2 を原料と
し、CZ法にて、Tiを8.8 モル%含有するタンタ
ル酸リチウム単結晶を引き上げた。ついで、この単結晶
から基板を切り出した。a 軸の格子定数は、5.14
7 Åあった。Example 7 (1) Using Li2CO3, Ta2O5, and TiO2 as raw materials, a lithium tantalate single crystal containing 8.8 mol% of Ti was pulled by the CZ method. Next, a substrate was cut out from this single crystal. The lattice constant of the a axis is 5.14
It was 7 Å.
【0089】(2)Li2CO3 40.2 モル%,
V2O5 46.0モル%, Nb2O5 13.
8モル%,溶融体組成から析出可能な LiNbO3
の理論量に対して、5.6 モル% のMgO 、およ
び前記溶融体組成から析出可能な LiNbO3 の理
論量に対して、6.25モル% のTiO2を添加して
なる混合物を、イリジウムルツボに入れ、エピタキシャ
ル成長育成装置中で空気雰囲気下で1100℃まで加熱
してルツボの内容物を溶解して溶融体を得た。(2) Li2CO3 40.2 mol%,
V2O5 46.0 mol%, Nb2O5 13.
8 mol%, LiNbO3 that can be precipitated from the melt composition
A mixture of 5.6 mol% MgO based on the theoretical amount of LiNbO and 6.25 mol% TiO2 based on the theoretical amount of LiNbO3 that can be precipitated from the melt composition was placed in an iridium crucible. The contents of the crucible were melted and a melt was obtained by heating the crucible to 1100°C in an air atmosphere in an epitaxial growth apparatus.
【0090】(3)前記溶融体を1時間当り60℃の冷
却速度で 893℃まで徐冷した。厚さ1.7mmのタ
ンタル酸リチウム単結晶の(0001)面を光学研磨し
た後、フォトリソグラフィーおよびRFスパッタ法によ
り、膜厚800 Å、幅5μmのMgO 膜と、この幅
5μmのMgO 膜以外の部分に膜厚400 ÅのCr
膜を形成した後、1000℃にて熱拡散させ、400
Åの拡散層を形成した。ついで幅5μmのMgO 拡散
チャンネルをもつものを化学エッチングし、基板材料と
した。MgO を拡散させたチャンネル部分およびチャ
ンネル部分以外のCrを拡散させた部分は、何も拡散さ
せない基板材料に比べて、常光屈折率はそれぞれ10×
10−3減少および1×10−3増大していた。また、
面粗度は、JIS B0601 Rmax =500Å
であった。この基板材料を溶融体から10mmの高さで
893 ℃で60分予備加熱した後、溶融体中に100
rpmで回転させながら12分間浸漬した。成長速度は
、0.58μm/ 分であった。(3) The melt was slowly cooled to 893°C at a cooling rate of 60°C per hour. After optically polishing the (0001) plane of a lithium tantalate single crystal with a thickness of 1.7 mm, a MgO film with a thickness of 800 Å and a width of 5 μm and a film other than the MgO film with a width of 5 μm were formed using photolithography and RF sputtering. 400 Å thick Cr
After forming the film, it was thermally diffused at 1000°C and heated to 400°C.
A diffusion layer of Å was formed. Then, a material having an MgO 2 diffusion channel with a width of 5 μm was chemically etched and used as a substrate material. The ordinary refractive index of the channel part in which MgO is diffused and the part in which Cr is diffused other than the channel part is 10× compared to the substrate material without any diffusion.
It was decreased by 10-3 and increased by 1x10-3. Also,
Surface roughness is JIS B0601 Rmax = 500 Å
Met. After preheating this substrate material at 893 °C for 60 minutes at a height of 10 mm above the melt,
Soaked for 12 minutes while rotating at rpm. The growth rate was 0.58 μm/min.
【0091】(4)前記溶融体から基板材料を引き上げ
、回転数 1000 rpm で30秒の間回転させて
溶融体を振り切った後、2 ℃/分の冷却速度で室温ま
で徐冷し、基板材料上に約7μmの厚さのMg、Ti含
有ニオブ酸リチウム単結晶薄膜を得た。(4) The substrate material was pulled up from the melt, rotated at a rotational speed of 1000 rpm for 30 seconds to shake off the melt, and then slowly cooled to room temperature at a cooling rate of 2° C./min. A lithium niobate single crystal thin film containing Mg and Ti with a thickness of about 7 μm was obtained on top.
【0092】(5)得られたニオブ酸リチウムの単結晶
薄膜中に含有されていたMg、Tiの量は、それぞれ
5.0モル%, 5.0モル% であった。また、格子
定数(a軸)は 5.147Å、入射光波長1.15μ
mで測定した屈折率は、2.241 ±0.001 で
あった。得られたニオブ酸リチウム単結晶薄膜の表面の
面粗度は、JIS B0601 Rmax =2000
Åであった。(5) The amounts of Mg and Ti contained in the single crystal thin film of lithium niobate obtained were as follows:
They were 5.0 mol% and 5.0 mol%. Also, the lattice constant (a-axis) is 5.147 Å, and the incident light wavelength is 1.15 μ.
The refractive index measured in m was 2.241 ±0.001. The surface roughness of the obtained lithium niobate single crystal thin film was JIS B0601 Rmax = 2000
It was Å.
【0093】(6)得られたニオブ酸リチウム単結晶薄
膜を、光学研磨し、反応性イオンビームエッチングによ
り5.3μmの厚さとした後、実施例1と同様の方法に
て幅10μm、膜厚4.85±0.05μm、段差2.
7μmのリッジ型の導波路を得た。得られたニオブ酸リ
チウム単結晶薄膜の表面の面粗度は、JIS B060
1 Rmax =1500Å、導波路の端面の粗度は、
JIS B0601 Rmax =1400Åであった
。そして、この導波路は単一モードであり、前記(5)
, (6) 式に示す素子構成は次のとおりのもので
あった。
t/T=0.6
W/T=2.1(6) The obtained lithium niobate single crystal thin film was optically polished and made to a thickness of 5.3 μm by reactive ion beam etching, and then processed to a width of 10 μm and a film thickness of 10 μm using the same method as in Example 1. 4.85±0.05μm, step 2.
A 7 μm ridge-type waveguide was obtained. The surface roughness of the obtained lithium niobate single crystal thin film was determined according to JIS B060.
1 Rmax = 1500 Å, the roughness of the waveguide end face is:
JIS B0601 Rmax = 1400 Å. This waveguide is single mode, and as described in (5) above.
, (6) The element configuration shown in equation (6) was as follows. t/T=0.6 W/T=2.1
【0094】比較例1
(1) Li2CO3 51モル%、 V2O5 39
モル%、 Nb2O5 10モル%、そして溶融体組
成から析出可能な LiNbO3 の理論量に対して4
3モル%の Na2CO3 、および溶融体組成から析
出可能な LiNbO3の理論量に対して7モル%のM
gO を添加してなる混合物を、イリジウムルツボにい
れ、エピタキシャル成長育成装置中で空気雰囲気下で1
100℃まで加熱してルツボの内容物を溶解して溶融体
を得た。ついで、この溶融体をプロペラを用い、200
rpmの回転速度で12時間攪拌させた。Comparative Example 1 (1) Li2CO3 51 mol%, V2O5 39
mol %, Nb2O5 10 mol %, and 4 for the theoretical amount of LiNbO3 that can be precipitated from the melt composition.
3 mol% Na2CO3 and 7 mol% M based on the theoretical amount of LiNbO3 that can be precipitated from the melt composition.
The mixture containing gO was placed in an iridium crucible and heated for 1 hour under an air atmosphere in an epitaxial growth apparatus.
The contents of the crucible were melted by heating to 100° C. to obtain a melt. Next, this molten material was heated using a propeller for 200 min.
The mixture was stirred for 12 hours at a rotation speed of rpm.
【0095】(2)前記溶融体を1時間当り60℃の冷
却速度で 915℃まで徐冷した。タンタル酸リチウム
単結晶の(0001)面を光学研磨し、厚さ1.8mm
とした後、面取り(C面)を行った。フォトリソグラ
フィーおよびRFスパッタ法により、膜厚1000Å、
幅5μmのMgO 膜を形成した後、920 ℃にて熱
拡散させ、1000Åの幅5μmのMgO 拡散チャン
ネルをもつものを基板材料とした。拡散層の厚さは、1
000Åであった。このチャンネル部分は、MgO を
拡散させない部分に比べて常光屈折率が15×10−3
減少していた。また、面粗度はJIS B0601 R
max =300 Å であった。この基板材料を9
15 ℃で30分予備加熱した後、溶融体中に 100
rpm で回転させながら17分間浸漬した。成長速度
は1.94μm/分であった。(2) The melt was slowly cooled to 915°C at a cooling rate of 60°C per hour. The (0001) plane of lithium tantalate single crystal is optically polished to a thickness of 1.8 mm.
After that, chamfering (C side) was performed. By photolithography and RF sputtering method, the film thickness is 1000 Å,
After forming an MgO 2 film with a width of 5 μm, it was thermally diffused at 920° C., and a material having an MgO 2 diffusion channel of 1000 Å and a width of 5 μm was used as a substrate material. The thickness of the diffusion layer is 1
000 Å. This channel part has an ordinary refractive index of 15 x 10-3 compared to the part where MgO is not diffused.
It was decreasing. In addition, the surface roughness is JIS B0601 R
max = 300 Å. This substrate material is 9
After preheating for 30 minutes at 15 °C, 100
Soaked for 17 minutes while rotating at rpm. The growth rate was 1.94 μm/min.
【0096】(3)前記溶融体から基板材料を引き上げ
、回転数 1000 rpm で30秒間溶融体上で、
溶融体を振り切った後、1 時間当たり300 ℃の冷
却速度で室温まで徐冷し、基板材料上に約37μmの厚
さのNa、Mg含有ニオブ酸リチウム単結晶薄膜を得た
。(3) Pull up the substrate material from the melt and place it on the melt for 30 seconds at a rotation speed of 1000 rpm.
After shaking off the melt, it was slowly cooled to room temperature at a cooling rate of 300° C. per hour to obtain a single crystal thin film of lithium niobate containing Na and Mg with a thickness of about 37 μm on the substrate material.
【0097】(4)得られたニオブ酸リチウム単結晶薄
膜中に含有されていたNa、Mgの量は、それぞれ2モ
ル%、6モル%であった。また、薄膜の格子定数(a軸
)は 5.155Å、入射光波長1.15μmで測定し
た屈折率は、2.231 ±0.001 であった。(4) The amounts of Na and Mg contained in the obtained lithium niobate single crystal thin film were 2 mol% and 6 mol%, respectively. The lattice constant (a-axis) of the thin film was 5.155 Å, and the refractive index measured at an incident light wavelength of 1.15 μm was 2.231 ±0.001.
【0098】(5)得られたニオブ酸リチウム単結晶薄
膜を、光学研磨し、プラズマエッチングにより3.80
μmの厚さとした後、実施例1と同様の方法にて幅4m
m、膜厚3.53±0.05μm、段差0.1μmのリ
ッジ型の導波路を得た。得られたニオブ酸リチウム単結
晶薄膜の表面の面粗度は、JIS B0601 Rma
x =1000Åであった。また、この例での、前記(
5) , (6) 式に示す素子構成は、次のとおりの
ものであった。
t/T=0.02
W/T=1133(5) The obtained lithium niobate single crystal thin film was optically polished and plasma etched to 3.80
After obtaining a thickness of μm, a width of 4 m was obtained using the same method as in Example 1.
A ridge-type waveguide with a film thickness of 3.53±0.05 μm and a step difference of 0.1 μm was obtained. The surface roughness of the obtained lithium niobate single crystal thin film was JIS B0601 Rma
x = 1000 Å. Also, in this example, the above (
The element configuration shown in formulas 5) and (6) was as follows. t/T=0.02 W/T=1133
【0099】なお、この比較例に示す光導波路の光伝搬
損失は1.8 dB/cmであった。また、この比較例
では、光をリッジ部へ閉じ込めることができなかったた
め、光パワー密度は低くなってしまった。Note that the optical propagation loss of the optical waveguide shown in this comparative example was 1.8 dB/cm. Furthermore, in this comparative example, the optical power density was low because it was not possible to confine light to the ridge portion.
【0100】比較例2
(1) Li2CO3 51モル%、 V2O5 39
モル%、 Nb2O5 10モル%からなる混合物を
、イリジウムルツボに入れ、エピタキシャル成長育成装
置中で空気雰囲気下で1100℃まで加熱してルツボの
内容物を溶解して溶融体を得た。ついで、この溶融体を
、プロペラを用い、200rpmの回転速度で12時間
攪拌させた。Comparative Example 2 (1) Li2CO3 51 mol%, V2O5 39
A mixture consisting of 10 mol% of Nb2O5 was placed in an iridium crucible and heated to 1100° C. in an epitaxial growth growth apparatus under an air atmosphere to melt the contents of the crucible to obtain a melt. This melt was then stirred for 12 hours using a propeller at a rotational speed of 200 rpm.
【0101】(2)前記溶融体を1時間当り60℃の冷
却速度で 915℃まで徐冷した。タンタル酸リチウム
単結晶の(0001)面を光学研磨し、厚さ1.8mm
とした後、面取り(C面)を行った。この基板材料を
915 ℃で30分予備加熱した後、溶融体中に 10
0rpm で回転させながら17 分間浸漬した。成
長速度は1.94μm/分であった。(2) The melt was slowly cooled to 915°C at a cooling rate of 60°C per hour. The (0001) plane of lithium tantalate single crystal is optically polished to a thickness of 1.8 mm.
After that, chamfering (C side) was performed. After preheating this substrate material at 915 °C for 30 minutes, 10
It was immersed for 17 minutes while rotating at 0 rpm. The growth rate was 1.94 μm/min.
【0102】(3)溶融体から基板材料を引き上げ、回
転数 1000 rpm で30秒間回転させて、溶融
体を振り切った後、1 時間当たり300 ℃の冷却速
度で室温まで徐冷し、基板材料上に約2μmの厚さのニ
オブ酸リチウム単結晶薄膜を得た。(3) The substrate material was pulled up from the melt, rotated at a rotational speed of 1000 rpm for 30 seconds, the melt was shaken off, and then slowly cooled to room temperature at a cooling rate of 300° C. per hour. A lithium niobate single crystal thin film with a thickness of about 2 μm was obtained.
【0103】(4)得られたニオブ酸リチウム単結晶薄
膜を、光学研磨し、プラズマエッチングにより1.0μ
mの厚さのスラブ型導波路を得た。ニオブ酸リチウム単
結晶薄膜の表面の面粗度は、JIS B0601 Rm
ax =1000Åであった。(4) The obtained lithium niobate single crystal thin film was optically polished and plasma etched to a thickness of 1.0μ.
A slab-type waveguide with a thickness of m was obtained. The surface roughness of the lithium niobate single crystal thin film is JIS B0601 Rm
ax = 1000 Å.
【0104】〔実施例と比較例の結果〕以上実施例1〜
7について、得られた光導波路の本発明のニオブ酸リチ
ウム単結晶薄膜についてプリズム結合法により、波長0
.83μmの半導体レーザ光に対する光伝搬損失と電気
光学定数でもあるポッケルス定数をマッハツェンダー干
渉計中に試料を入れ、測定した結果を比較例2の結果と
共に表1、2に示した。[Results of Examples and Comparative Examples] Above, Examples 1-
Regarding No. 7, the lithium niobate single crystal thin film of the present invention of the obtained optical waveguide was subjected to a prism bonding method to obtain a wavelength of 0.
.. The optical propagation loss for a semiconductor laser beam of 83 μm and the Pockels constant, which is also an electro-optic constant, were measured by placing a sample in a Mach-Zehnder interferometer, and the results are shown in Tables 1 and 2 together with the results of Comparative Example 2.
【0105】また、実施例1〜7と比較例1とについて
、導波路のリッジ部での光の閉じ込め効率を測定した結
果を表3に示した。
表1 伝播損失
表2 電気光学効果Table 3 shows the results of measuring the light confinement efficiency at the ridge portion of the waveguide for Examples 1 to 7 and Comparative Example 1. Table 1 Propagation loss Table 2 Electro-optic effect
【0106】表3 光のリッジ部への閉じ込め効率Table 3 Confinement efficiency of light in ridge part
【
0107】実施例8
本実施例は、実施例1と同様の方法について、LiNb
O3薄膜およびLiTaO3基板中に、それぞれ表4に
示すような異種元素を添加してなるスラブ型もしくはリ
ッジ型(実施例1と同形状)導波路を形成し、これらの
導波路についての伝搬損失を測定した。その結果を表4
に示す。
表4 基板、薄膜中の異種元素と伝搬損失式中の
数字は、伝搬損失(dB/cm)[
Example 8 This example describes a method similar to that of Example 1, in which LiNb
Slab-type or ridge-type (same shape as Example 1) waveguides were formed in the O3 thin film and LiTaO3 substrate by adding different elements as shown in Table 4, respectively, and the propagation loss of these waveguides was calculated. It was measured. Table 4 shows the results.
Shown below. Table 4 Different elements in the substrate and thin film and propagation loss The numbers in the formula are propagation loss (dB/cm)
【0108】[0108]
【発明の効果】以上説明したように本発明の光導波路は
、閉じ込め効率が高く、かつ低伝搬損失で電気光学効果
などの光学特性も優れている。従って、光変調素子、光
偏向器、光増幅素子、光スイッチなどの各種の光デバイ
スに適用したときに有用である。As explained above, the optical waveguide of the present invention has high confinement efficiency, low propagation loss, and excellent optical properties such as electro-optic effect. Therefore, it is useful when applied to various optical devices such as optical modulators, optical deflectors, optical amplification elements, and optical switches.
【図1】リッジ型の光導波路の模式図[Figure 1] Schematic diagram of a ridge-type optical waveguide
【図2】LiNbO3導波路中のNaの含有量とa軸の
格子定数の関係を示すグラフ[Figure 2] Graph showing the relationship between the Na content in the LiNbO3 waveguide and the a-axis lattice constant
【図3】Li2O−V2 O5 −Nb2O5 三角図
[Figure 3] Li2O-V2 O5 -Nb2O5 triangular diagram
1 リッジ部 2 薄膜導波層 3 基板 1 Ridge part 2 Thin film waveguide layer 3 Board
Claims (5)
整合されていることを特徴とする光導波路。1. An optical waveguide characterized in that a substrate crystal and a crystal of a thin film waveguide layer are lattice matched.
を有する光導波路であって、上記薄膜導波層の厚さT(
μm)、薄膜導波層の幅W(μm)が、6.6×10−
2≦W/T≦6.7×102 の如き関係にあることを
特徴とする光導波路。2. An optical waveguide having a ridge-type or rib-type thin film waveguide layer, wherein the thickness of the thin film waveguide layer is T(
The width W (μm) of the thin film waveguide layer is 6.6×10−
An optical waveguide characterized by having a relationship such as 2≦W/T≦6.7×102.
そのうちリッジ型のものについては、リッジ部 段差
t(μm)、薄膜導波層の厚さT(μm)が、0.10
≦t/T≦0.99 の如き関係にあることを特徴と
する光導波路。3. The optical waveguide according to claim 2,
Among them, for the ridge type, the ridge part step t (μm) and the thin film waveguide layer thickness T (μm) are 0.10
An optical waveguide characterized by having a relationship such as ≦t/T≦0.99.
おいて、前記基板と前記薄膜導波層とは格子整合させた
ことを特徴とする光導波路。4. The optical waveguide according to claim 2, wherein the substrate and the thin film waveguide layer are lattice matched.
構成され、、薄膜導波層がニオブ酸リチウム単結晶で構
成されていることを特徴とする請求項1, 2, 3お
よび4のいずれか1つに記載の光導波路。5. Any one of claims 1, 2, 3 and 4, wherein the substrate is made of lithium tantalate single crystal, and the thin film waveguide layer is made of lithium niobate single crystal. The optical waveguide according to item 1.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3145091A JPH04247408A (en) | 1991-02-01 | 1991-02-01 | Optical waveguide |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3145091A JPH04247408A (en) | 1991-02-01 | 1991-02-01 | Optical waveguide |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04247408A true JPH04247408A (en) | 1992-09-03 |
Family
ID=12331593
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3145091A Pending JPH04247408A (en) | 1991-02-01 | 1991-02-01 | Optical waveguide |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH04247408A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10082623B2 (en) | 2014-10-02 | 2018-09-25 | Nec Corporation | Rib type optical waveguide and optical multiplexer / demultiplexer using same |
-
1991
- 1991-02-01 JP JP3145091A patent/JPH04247408A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10082623B2 (en) | 2014-10-02 | 2018-09-25 | Nec Corporation | Rib type optical waveguide and optical multiplexer / demultiplexer using same |
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