JPH06281974A - Waveguide type optical directional coupler and its production - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To improve optical damage resistance and AC voltage impression characteristic by incorporating boron into the parallel lithium niobate single crystal optical waveguides on a heterosubstrate varying in basic compsn. from the lithium niobate and providing the coupling regions of the respective waveguides with optical modulating means. CONSTITUTION:The lithium niobate single crystal thin film is formed on the heterosubstrate 1 and the lithium niobate single crystal is also formed within the two parallel grooves previously formed on this heterosubstrate 1. The parts of the regions exclusive of the grooves of these films are polished away and the lithium niobate single crystal thin film is made to remain only in the grooves 4, to obtain the optical waveguide layers 2a, 2b. A silica buffer layer is thereafter formed on the coupling regions of the optical waveguide layers 2a, 2b and an aluminum film is deposited by evaporation thereon and is further worked into a prescribed shape to form the optical modulating means as electrodes 3a to 3d. The excellent guided light modulating performance and the long-term service life are obtd. by incorporating boron into the waveguide layers.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、２本の平行な導波路を
近接して配置した際の光パワーの移行を支配する位相差
を電気光学的効果により制御する導波路型光方向性結合
器及びその製造方法に関し、特にニオブ酸リチウムとは
基本組成を異にする単結晶ヘテロ基板上に格子整合され
た状態で形成されるニオブ酸リチウム単結晶導波路を利
用する導波路型光方向性結合器及びその製造方法に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a waveguide type optical directional coupling for controlling, by an electro-optical effect, a phase difference which governs the transition of optical power when two parallel waveguides are arranged close to each other. Device and its manufacturing method, and in particular, a waveguide-type optical directivity using a lithium niobate single crystal waveguide formed in a lattice-matched state on a single crystal hetero substrate having a different basic composition from lithium niobate The present invention relates to a coupler and a manufacturing method thereof.

【０００２】[0002]

【従来の技術】近年、光ファイバーと単色レーザとにお
ける技術進歩により、Ｇｂ／秒オーダの高速光伝送が可
能となりつつあるが、かかる高速光通信分野において光
ファイバーネットワークを構築していくためには、光ス
イッチや光方向性結合器等の光デバイス類の開発が必須
である。そのような光デバイス類としての光方向性結合
器の要求特性としては、非線形光学定数、電気光学定数
が大きいこと、熱光学効果、音響光学効果に優れること
等が挙げられるほか、光導波モードがシングルモードで
あること、光損傷が少なく出射パワーロスの減少が図れ
ること、光吸収が少ないこと、交流電圧印加特性（消光
比、変調電圧、出力等の経時変化等）に優れること等の
諸特性が要求される。2. Description of the Related Art In recent years, due to technological advances in optical fibers and monochromatic lasers, high-speed optical transmission on the order of Gb / sec is becoming possible. In order to construct an optical fiber network in the high-speed optical communication field, optical transmission is required. Development of optical devices such as switches and optical directional couplers is essential. The required characteristics of the optical directional coupler as such an optical device include a large nonlinear optical constant, a large electro-optical constant, an excellent thermo-optic effect, an acousto-optic effect, and the like, and an optical waveguide mode. It has various characteristics such as single mode, less light damage, reduction of output power loss, less light absorption, and excellent AC voltage application characteristics (extinction ratio, modulation voltage, change in output, etc. with time). Required.

【０００３】そしてこのような要求特性に対し、従来
は、「光集積回路」（朝倉書店 1988、応用物理学会、
学懇話会編）Ｐ158〜 に記載されるように、この種の光
デバイス類に適用される光導波路として、ニオブ酸リチ
ウム（以下、「ＬｉＮｂＯ₃ 」という）単結晶材料によ
るチャンネル型光導波路が多く開発されている。このＬ
ｉＮｂＯ₃ は、無機光学結晶としてはかなり大きい電気
光学定数を有するため、電気光学効果を利用する光デバ
イス類にはよく用いられる。In order to meet such required characteristics, conventionally, "optical integrated circuit" (Asakura Shoten 1988, Japan Society of Applied Physics,
As described in P158-), many of the channel-type optical waveguides made of lithium niobate (hereinafter referred to as “LiNbO ₃ ”) single crystal material are used as optical waveguides applied to this type of optical device. Being developed. This L
Since iNbO ₃ has a considerably large electro-optic constant as an inorganic optical crystal, iNbO ₃ is often used in optical devices utilizing the electro-optic effect.

【０００４】そしてこのような光導波路を製造するの
に、Ｔｉ拡散法、プロトン交換法、あるいは液相エピタ
キシャル法（ＬＰＥ法）等によるものが提案されてき
た。そしてその中で Ｔｉ拡散法で製造したＬｉＮｂＯ₃ 光導波路は、可
視光域において特に光損傷が激しく、導波ができない。
また、電気光学デバイスとして使用した場合にはＤＣド
リフトが発生し信頼性に問題がある。 プロトン交換法で製造したＬｉＮｂＯ₃ 光導波路
は、光損傷には強いが、非線形光学定数、電気光学定数
が低下するという問題がある。 Ｔｉ拡散法、プロトン交換法のいずれで製造したも
のでも、800 ℃以上でアニーリングを行うと、Ｔｉ或は
プロトンの基板中への拡散により、光導波モードの変化
や消失、あるいはプロファイルの変化が起こる。等の点
で問題がある。かかる問題点を有する光導波路は、特に
光方向性結合器として使用すると、過大なスイッチング
電圧や長い作用長が必要となり、省電力化や小形化の要
請に反することとなる。In order to manufacture such an optical waveguide, a method such as a Ti diffusion method, a proton exchange method, or a liquid phase epitaxial method (LPE method) has been proposed. Among them, the LiNbO ₃ optical waveguide manufactured by the Ti diffusion method suffers severe optical damage particularly in the visible light region and cannot be guided.
Further, when used as an electro-optical device, DC drift occurs and there is a problem in reliability. The LiNbO ₃ optical waveguide manufactured by the proton exchange method is strong against optical damage, but has a problem that the nonlinear optical constant and the electro-optical constant are lowered. Whether manufactured by the Ti diffusion method or the proton exchange method, if annealing is performed at 800 ° C or higher, diffusion of Ti or protons into the substrate causes a change or disappearance of the optical waveguide mode or a change in the profile. . There is a problem in terms of etc. When the optical waveguide having such a problem is used as an optical directional coupler, an excessive switching voltage and a long working length are required, which is contrary to the demand for power saving and miniaturization.

【０００５】そのようなことから、ＬＰＥ法によるＬｉ
ＮｂＯ₃ 単結晶光導波路が非線形光学効果、電気光学効
果、音響光学効果等に優れ、特にＴｉ拡散法やプロトン
交換法等によるものよりも結晶性が良く、光損失も少な
い等の点で注目を集めるようになった。そしてこのＬＰ
Ｅ法によりＬｉＮｂＯ₃ 単結晶薄膜を得るための一例と
して、例えば、本出願人による特開平４−１２０９５号
公報に示されるように、液相エピタキシャル成長用とし
てＬｉ₂Ｏ−Ｖ₂Ｏ₅−Ｎｂ₂Ｏ₅ フラックス系溶融体を用
い、これにタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃ ）単結晶
基板をディップし、このタンタル酸リチウム単結晶基板
上に液相エピタキシャル成長により光導波路用のニオブ
酸リチウム単結晶薄膜を形成する製造方法が知られてい
る。From the above, Li by the LPE method
NbO ₃ single crystal optical waveguide is excellent in nonlinear optical effect, electro-optical effect, acousto-optical effect, etc., and especially has better crystallinity and less optical loss than those by Ti diffusion method or proton exchange method. I came to collect. And this LP
As an example for obtaining a LiNbO ₃ single crystal thin film by the E method, for example, as shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-12095 by the present applicant, Li ₂ O—V ₂ O ₅ —Nb ₂ for liquid phase epitaxial growth. A lithium tantalate (LiTaO ₃ ) single crystal substrate was dipped in the O ₅ flux melt, and a lithium niobate single crystal thin film for an optical waveguide was formed on this lithium tantalate single crystal substrate by liquid phase epitaxial growth. A manufacturing method is known.

【０００６】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＬｉＯ
₂ −Ｖ₂Ｏ₅−Ｎｂ₂Ｏ₅フラックス系（以下、「ＬＶフラ
ックス系」という）溶融体を用いて製造したものは、溶
融体からＬｉＮｂＯ₃ 単結晶中にＶ₂Ｏ₅（Ｖ³⁺イオン）
が混入し、このＶ³⁺イオンによって光吸収、特に可視光
領域での光吸収による伝搬損失が増加し、このために光
学特性を損なうという問題があった。However, LiO
_{2 -V 2 O 5 -Nb 2 O} 5 flux system (hereinafter, "LV flux system" hereinafter) those prepared using melt, V ₂ O ₅ (V ³⁺ in LiNbO ₃ single crystal from the melt ion)
However, there is a problem in that the V ³⁺ ions increase the optical absorption, especially the propagation loss due to the optical absorption in the visible light region, and thus impair the optical characteristics.

【０００７】そこでこのような問題に着目し、これは特
に光方向性結合器を対象としたのもではないが、一般的
な光導波路特性の改善を図ったものとして、例えば、日
立金属（株）が1992年（平成４年）秋季第５３回応用物
理学会学術講演会（17a−ZK−9 ）において発表したも
のや、ソニー（株）の山田氏等により Appl. Phys.Let
t., Vol.61, No.24, pp.2848(1992) に掲載されたもの
に示されるように、Ｌｉ₂Ｏ−Ｂ₂Ｏ₃−Ｎｂ₂Ｏ₅ フラッ
クス系（以下、「ＬＢフラックス系」という）溶融体に
よるＬＰＥ法によりＬｉＮｂＯ₃ 単結晶薄膜光導波路を
形成することが提示されている。これらの例はいずれも
ＬｉＮｂＯ₃ 単結晶薄膜中にＶイオンが含まれないよう
にし、これにより光吸収を抑え、光導波損失の低減を図
ったものである。[0007] Therefore, focusing on such a problem, this is not intended to be an optical directional coupler, but as an attempt to improve general optical waveguide characteristics, for example, Hitachi Metals Co., Ltd. ) Was presented at the 53rd Autumn Meeting of the Japan Society of Applied Physics (17a-ZK-9) in 1992 (April 1994), and by Mr. Yamada of Sony Corporation, Appl. Phys.Let
t., Vol.61, No.24, pp.2848 (1992), Li ₂ O-B ₂ O ₃ -Nb ₂ O ₅ flux system (hereinafter referred to as "LB flux system"). It is proposed to form a LiNbO ₃ single crystal thin film optical waveguide by a melt LPE method. In each of these examples, V ions are not contained in the LiNbO ₃ single crystal thin film, thereby suppressing optical absorption and reducing optical waveguide loss.

【０００８】しかしながら、これらはいずれもＬｉＮｂ
Ｏ₃ 単結晶基板上にＬｉＮｂＯ₃ 単結晶薄膜を形成する
もので、ここに用いられる基板は、ＬｉＮｂＯ₃ 単結晶
薄膜の結晶成長面がこのＬｉＮｂＯ₃ 単結晶と同材質
の、いわゆるホモ基板（ＬｉＮｂＯ₃ 単結晶に異種元素
を添加したものも含む）であって、このホモ基板上にＬ
ｉＮｂＯ₃ 薄膜を形成するものである。そのために、Ｌ
ｉＮｂＯ₃ 単結晶基板中にＭｇＯを含有させて屈折率を
下げることにより薄膜の屈折率（ｎ₁ ）＞基板の屈折率
（ｎ₂ ）を保つようにしており、そのために基板にド
ープしたＭｇＯは、基板の常光屈折率を下げるのでＴＥ
モードは伝搬するものの、異常光屈折率を変化させない
のでＴＭモードは伝搬しない、薄膜中にＭｇＯをドー
プできない為耐光損傷性の向上が図れない等の問題があ
った。これらのことから明かなように可視光領域での伝
搬損失が低く、耐光損傷性にも優れ、かつＴＥ及びＴＭ
モードのいずれの導波光も損失なく伝搬させることはで
きなかった。However, these are all LiNb.
A LiNbO ₃ single crystal thin film is formed on an O ₃ single crystal substrate. The substrate used here is a so-called homo-substrate (LiNbO ₃₎ whose crystal growth surface of the LiNbO ₃ single crystal thin film is the same material as this LiNbO ₃ single crystal. ₃ single crystal with different elements added), and L on this homo substrate
The iNbO ₃ thin film is formed. Therefore, L
The refractive index of the thin film (n ₁ )> the refractive index of the substrate (n ₂ ) is maintained by lowering the refractive index by incorporating MgO in the iNbO ₃ single crystal substrate, and therefore MgO doped in the substrate is , Because it lowers the ordinary refractive index of the substrate, TE
Although the mode propagates, there are problems that the TM mode does not propagate because it does not change the extraordinary light refractive index, and the light damage resistance cannot be improved because MgO cannot be doped in the thin film. As is clear from these, the propagation loss in the visible light region is low, the light damage resistance is excellent, and TE and TM
It was not possible to propagate the guided light in any of the modes without loss.

【０００９】一方、この種の光デバイスでは、西原氏ら
による「光集積回路」P36 （オーム社 1985 ）に記載さ
れるように、シングルモードでない場合には光導波路内
でのモード間の干渉やわずかなゆう乱によって不要なモ
ード変換が起こることから、０次モードが安定して伝搬
できないことは特に大きな問題であった。従って、実用
的な光デバイスを得るためには、基本モード（ＴＭモー
ド又はＴＥモード）のみを伝搬可能なシングルモードの
チャンネル型光導波路として構成されなければならな
い。On the other hand, in this type of optical device, as described in "Optical Integrated Circuit" by Nishihara et al., P36 (Ohm Co., 1985), interference between modes in an optical waveguide is caused when the mode is not a single mode. The inability to stably propagate the 0th-order mode has been a particularly serious problem because unnecessary mode conversion occurs due to slight disturbance. Therefore, in order to obtain a practical optical device, it must be configured as a single mode channel type optical waveguide capable of propagating only the fundamental mode (TM mode or TE mode).

【００１０】本発明は、上記したような問題点を解決す
るためになされたものであり、非線系光学効果、電気光
学効果、熱光学効果、音響光学効果に優れることはもと
より、特に可視光領域で光損傷が少なく所期の出射パワ
ーが確保できて耐光損傷性に優れ、光吸収も少なく、し
かも交流電圧印加特性（消光比、変調電圧、出力等の経
時変化等）に優れた導波路型光方向性結合器及びその製
造方法を提供することを目的とするものである。The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and is particularly excellent in non-linear optical effect, electro-optical effect, thermo-optical effect, acousto-optical effect, and particularly visible light. Waveguide with little optical damage in the area, the desired emission power can be secured, excellent light damage resistance, little light absorption, and excellent AC voltage application characteristics (extinction ratio, modulation voltage, change over time with output, etc.) A type optical directional coupler and a method for manufacturing the same are provided.

【００１１】[0011]

【課題を解決するための手段】前記目的のため本発明に
係る導波路型光方向性結合器は、ニオブ酸リチウムとは
基本組成を異にするヘテロ材料からなるヘテロ基板上に
互いに近接して形成された２本の平行なニオブ酸リチウ
ム単結晶光導波路の結合（近接）領域に該各ニオブ酸リ
チウム単結晶光導波路を通る導波光の位相を変化させる
光変調手段を設けてなるものであって、前記各ニオブ酸
リチウム単結晶光導波路にはホウ素が含有されてなるこ
とをその要旨とする。For the above-mentioned purpose, a waveguide type optical directional coupler according to the present invention is provided on a hetero substrate made of a hetero material having a basic composition different from that of lithium niobate, in proximity to each other. In the coupling (proximity) region of the formed two parallel lithium niobate single crystal optical waveguides, optical modulation means for changing the phase of the guided light passing through the respective lithium niobate single crystal optical waveguides is provided. The summary is that each of the lithium niobate single crystal optical waveguides contains boron.

【００１２】ヘテロ基板は、六方晶構造を有する単結晶
基板、例えば、サファイア （Ａｌ₂Ｏ₃ ）、石英（Ｓｉ
Ｏ₂ ）、ＺｎＯ、ＭｇＯ、Ｇｄ₃Ｇａ₅Ｏ₁₂なども使用で
きるが、特にタンタル酸リチウム基板の結晶系が、ニオ
ブ酸リチウムの結晶系に類似しておりエピタキシャル成
長させやすいこと等の点で有利である。図１は、タンタ
ル酸リチウム単結晶基板上にニオブ酸リチウム単結晶薄
膜をＬＰＥ法により形成したものの１例の電子顕微鏡写
真を示している。そしてニオブ酸リチウム単結晶薄膜
は、前記ヘテロ基板の(0001)結晶面に形成されている。
この基板の(0001)面は、図２に示すように六方晶構造の
ｃ軸に垂直な面を指すが、ニオブ酸リチウム単結晶薄膜
の結晶成長面として、六方晶基板の(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ニオ
ブ酸リチウム単結晶薄膜と格子整合させることが容易に
できる。The hetero substrate is a single crystal substrate having a hexagonal structure, such as sapphire (Al ₂ O ₃ ) and quartz (Si).
O ₂ ), ZnO, MgO, Gd ₃ Ga ₅ O _12, etc. can also be used, but in particular, the crystal system of the lithium tantalate substrate is similar to the crystal system of lithium niobate and is advantageous in that epitaxial growth is easy. Is. FIG. 1 shows an electron micrograph of an example of a lithium niobate single crystal thin film formed by a LPE method on a lithium tantalate single crystal substrate. The lithium niobate single crystal thin film is formed on the (0001) crystal plane of the hetero substrate.
The (0001) plane of this substrate refers to a plane perpendicular to the c-axis of the hexagonal crystal structure as shown in FIG. 2, but the (0001) plane of the hexagonal substrate is the crystal growth plane of the lithium niobate single crystal thin film. Since it is composed only of the a-axis, it can be easily lattice-matched with the lithium niobate single crystal thin film simply by changing the lattice constant of the a-axis.

【００１３】ここで、前記ホウ素（Ｂ）の含有量は、5
〜1000ppmであることが望ましい。このホウ素（Ｂ）の
含有量が 1000ppmを越える場合は、ＬｉＮｂＯ₃ 単結晶
の電気光学的特性が低下し、また5ppmより低い場合に
は、可視光域において光損傷が発生する。そしてホウ素
（Ｂ）は、３価の陽イオン（Ｂ³⁺）の状態でＬｉＮｂＯ
₃単結晶中に含有されていることがその後の結合状態が
最も安定していて好ましい。基板上に形成されるＬｉＮ
ｂＯ₃ 単結晶光導波路中に従来添加元素として使用され
るバナジウム（Ｖ）に代えてホウ素（Ｂ）が含有される
ことにより、このホウ素（Ｂ）自身が耐光損傷性を増す
働きを有するばかりでなく、このホウ素（Ｂ）は結晶格
子中に固溶あるいは置換されるため光損傷や可視光吸収
の原因となる不純物元素のＬｉＮｂＯ₃ 単結晶中への混
入を回避でき、したがって光損傷や可視光吸収等が生じ
ないものと思われる。Here, the content of boron (B) is 5
It is desirable to be up to 1000 ppm. If the content of this boron (B) exceeds 1000 ppm, the electro-optical characteristics of the LiNbO ₃ single crystal deteriorate, and if it is less than 5 ppm, optical damage occurs in the visible light range. Boron (B) is LiNbO in the state of trivalent cation (B ³⁺ ).
₃ It is preferable that it is contained in the single crystal since the subsequent bonded state is most stable. LiN formed on the substrate
Since the boron (B) is contained in the bO ₃ single crystal optical waveguide in place of vanadium (V) which has been conventionally used as an additive element, the boron (B) itself not only has the function of increasing the light damage resistance. Since this boron (B) is solid-solved or substituted in the crystal lattice, it is possible to avoid contamination of the LiNbO ₃ single crystal with an impurity element that causes optical damage or visible light absorption. It seems that absorption does not occur.

【００１４】そして、形成されるＬｉＮｂＯ₃ 単結晶光
導波路における結晶構造のａ軸の格子定数は、前記ヘテ
ロ基板のａ軸の格子定数の 99.81〜100.07％の範囲内で
あるのがよく、特に 99.92〜100.03％の範囲が好適であ
る。例えば、ヘテロ基板の格子定数が、 5.153Ａである
場合、ＬｉＮｂＯ₃ 単結晶の格子定数は、5.150〜5.155
Ａの範囲内ということになる。尚、「Ａ」は「オングス
トローム」を意味し、以下単に「Ａ」と表記する。この
格子定数の範囲を外れた場合、基板とＬｉＮｂＯ₃ 単結
晶の格子定数を一致させ難く、ＬｉＮｂＯ₃ 単結晶中に
多くの欠陥が発生すること等により、光方向性結合器に
おける光導波路として使用可能な光学特性の優れたＬｉ
ＮｂＯ₃ 単結晶を充分に厚く形成することができず、ま
た導波路の経時劣化を招くことになる。尚、前記ヘテロ
基板のａ軸の格子定数は、5.128〜5.173Ａであることが
より好適である。The a-axis lattice constant of the crystal structure of the formed LiNbO ₃ single crystal optical waveguide is preferably within the range of 99.81 to 100.07% of the a-axis lattice constant of the hetero substrate, particularly 99.92. The range of up to 100.03% is preferred. For example, when the lattice constant of the hetero substrate is 5.153 A, the lattice constant of the LiNbO ₃ single crystal is 5.150 to 5.155.
It is within the range of A. In addition, "A" means "angstrom" and is simply described as "A" hereinafter. If outside the scope of this lattice constant, the substrate and the LiNbO ₃ difficult to match the lattice constant of the single crystal, by such a large number of defects generated during LiNbO ₃ single crystal, used as an optical waveguide in the optical directional coupler Li with excellent optical properties
The NbO ₃ single crystal cannot be formed sufficiently thick, and the waveguide is deteriorated with time. The a-axis lattice constant of the hetero substrate is more preferably 5.128 to 5.173A.

【００１５】本発明において、形成されるＬｉＮｂＯ₃
単結晶とヘテロ基板とを格子整合させる手段は特に限定
されるものではないが、ＬｉＮｂＯ₃ 単結晶薄膜に異種
元素を含有させて格子定数を大きくすることにより有利
に格子整合させることができる。かかる格子整合によ
り、形成されるＬｉＮｂＯ₃ 単結晶には欠陥が多数発生
することもなく、厚い膜厚を有するＬｉＮｂＯ₃ 単結晶
を得ることができる。従って、形成されるＬｉＮｂＯ₃
単結晶光導波路中には、格子整合のための異種元素とし
て0.02〜10.0モル％の範囲のＮａ及び／又は 0.8〜10.8
モル％の範囲のＭｇを含有しているとよい。Ｎａの含有
量が0.02モル％より少ない場合は、ヘテロ基板と格子整
合できるほど格子定数が大きくならず、また10.0モル％
を越える場合は、逆に格子定数が大きくなりすぎ、いず
れの場合もヘテロ基板とＬｉＮｂＯ₃ 単結晶との格子整
合が得られない。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充分であり、10.8モ
ル％を越える場合は、ニオブ酸Ｍｇ系の結晶が析出して
しまう。In the present invention, the LiNbO ₃ formed
The means for lattice-matching the single crystal and the hetero substrate is not particularly limited, but it can be advantageously lattice-matched by adding a different element to the LiNbO ₃ single crystal thin film to increase the lattice constant. Due to such lattice matching, many defects are not generated in the formed LiNbO ₃ single crystal, and a LiNbO ₃ single crystal having a large film thickness can be obtained. Therefore, the formed LiNbO ₃
In the single crystal optical waveguide, Na in the range of 0.02 to 10.0 mol% and / or 0.8 to 10.8 is used as a different element for lattice matching.
It is preferable to contain Mg in the range of mol%. When the content of Na is less than 0.02 mol%, the lattice constant does not become large enough to be lattice-matched with the hetero substrate, and also 10.0 mol%
On the other hand, if it exceeds, the lattice constant becomes too large, and in any case, the lattice matching between the hetero substrate and the LiNbO ₃ single crystal cannot be obtained. When the content of Mg is less than 0.8 mol%, the effect of preventing optical damage is insufficient, and when it exceeds 10.8 mol%, Mg niobate-based crystals are precipitated.

【００１６】かかる導波路型光方向性結合器において
は、格子整合された２本のＬｉＮｂＯ₃ 単結晶導波路２
ａ、２ｂが互いに平行に近接して形成されている。そし
て、導波路２ａ上には適当な構造の電極３ａ、３ｂが設
けられ、導波路２ｂ上には同様の電極３ｃ、３ｄが設け
られている。これらにより位相差反転型方向性結合器を
構成し、電極３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄに適宜電圧を印加
することにより、電気光学的効果を介してＬｉＮｂＯ₃
単結晶導波路２ａ、２ｂの屈折率変化を誘起し、これに
より導波光の結合状態を電気的に制御し出力光強度の変
調、光路の切換等を行うものである。電極としては、例
えばプレーナ電極が考えられる。また、導波路と電極と
の間にはアルミナもしくはシリカ等よりなる緩衝層を設
けてＤＣドリフトの影響を軽減するのがよい。In such a waveguide type optical directional coupler, two lattice-matched LiNbO ₃ single crystal waveguides 2 are used.
a and 2b are formed in parallel and close to each other. Then, electrodes 3a and 3b having an appropriate structure are provided on the waveguide 2a, and similar electrodes 3c and 3d are provided on the waveguide 2b. A phase difference inversion type directional coupler is constituted by these, and by appropriately applying a voltage to the electrodes 3a, 3b, 3c, 3d, LiNbO ₃ is produced through the electro-optical effect.
By inducing a change in the refractive index of the single crystal waveguides 2a and 2b, the coupling state of the guided light is electrically controlled to modulate the output light intensity and switch the optical paths. As the electrode, for example, a planar electrode can be considered. Further, it is preferable to provide a buffer layer made of alumina or silica between the waveguide and the electrode to reduce the influence of DC drift.

【００１７】この構成の導波路型光方向性結合器におい
て、一方の光導波路に入射した光のパワーが全て他方の
導波路に移り変わるのに必要な結合部の長さを０ｄＢ結
合長さと呼びＬ₀ で表す。Ｌ₀ は、導波路の屈折率、電
極間隔ｄ、導波するレーザ光の波長λ等により決定され
る。また、電極に電圧を印加すると電極下に電界集中が
生じその符号が両導波路で逆であるため、導波路の伝搬
係数が一方は増加、他方は減少し、これにより両導波路
間に位相差が生ずる。かかる位相差をΔβで表す。そし
て、導波路２ａ、２ｂにおける平行近接領域の長さをＬ
で表せば、導波路２ａに強度Ｐ₀ の光が入射するときの
導波路２ａ、２ｂの出射光強度Ｐ₁、Ｐ₂は、R.V.Schmid
t氏らが Appl. Phys. Lett.，28 503(1976)で示したよ
うに、それぞれ、In the waveguide type optical directional coupler having this structure, the length of the coupling portion required for all the power of the light incident on one optical waveguide to be transferred to the other waveguide is called 0 dB coupling length. _{Expressed as 0} . L ₀ is determined by the refractive index of the waveguide, the electrode spacing d, the wavelength λ of the guided laser beam, and the like. Also, when a voltage is applied to the electrodes, electric field concentration occurs under the electrodes, and the signs are opposite in both waveguides, so the propagation coefficient of the waveguides increases on the one side and decreases on the other side, which results in a gap between the waveguides. A phase difference occurs. This phase difference is represented by Δβ. Then, the length of the parallel proximity region in the waveguides 2a and 2b is set to L
In other words, the output light intensities P ₁ and P ₂ of the waveguides 2a and 2b when the light of intensity P ₀ is incident on the waveguide 2a are RVSchmid
As T. et al. showed in Appl. Phys. Lett., 28 503 (1976),

【００１８】[0018]

【数１】 [Equation 1]

【００１９】[0019]

【数２】 [Equation 2]

【００２０】で与えられる。このように、電極に印加す
る電圧を変化させることにより、両導波路間に位相差Δ
βを与え、その結果として出力光を変調させることがで
きる。導波路型光方向性結合器は、その製造工程によっ
て埋め込み型のものとリッジ型のものとに大別される。Is given by In this way, by changing the voltage applied to the electrodes, the phase difference Δ
β can be given, and as a result, the output light can be modulated. The waveguide type optical directional coupler is roughly classified into a buried type and a ridge type according to the manufacturing process.

【００２１】埋め込み型の導波路型光方向性結合器は、
表面に互いに近接して２本の平行な光導波路形成用の溝
を設けたヘテロ基板をＬＢフラックス系溶融体中に浸漬
し、液相エピタキシャル成長法により前記ヘテロ基板の
各溝内にホウ素を含有するニオブ酸リチウムの単結晶の
光導波路を形成し、該両光導波路の結合領域に該各導波
路を通る導波光の位相を変化させる光変調手段を設ける
ようにすることにより得られる。The embedded waveguide type optical directional coupler comprises:
A hetero substrate having two parallel grooves for forming an optical waveguide close to each other is immersed in an LB flux system melt, and boron is contained in each groove of the hetero substrate by a liquid phase epitaxial growth method. It is obtained by forming an optical waveguide of a single crystal of lithium niobate, and providing a light modulating means for changing the phase of guided light passing through each of the optical waveguides in the coupling region of the both optical waveguides.

【００２２】リッジ型の導波路型光方向性結合器は、ヘ
テロ基板をＬＢフラックス系溶融体中に浸漬し、液相エ
ピタキシャル成長法により前記ヘテロ基板上にホウ素を
含有するニオブ酸リチウムの単結晶薄膜を形成し、前記
単結晶薄膜を部分的にマスクした状態でこの単結晶薄膜
の残部をエッチング除去することにより２本の互いに近
接した平行なニオブ酸リチウム単結晶光導波路を形成
し、該両光導波路の結合領域に該各導波路を通る導波光
の位相を変化させる光変調手段を設けるようにすること
により得られる。In the ridge-type waveguide type optical directional coupler, a hetero substrate is dipped in an LB flux system melt, and a single crystal thin film of lithium niobate containing boron is formed on the hetero substrate by a liquid phase epitaxial growth method. And the remaining single crystal thin film is removed by etching with the single crystal thin film partially masked to form two parallel lithium niobate single crystal optical waveguides in close proximity to each other. It can be obtained by providing a light modulating means for changing the phase of guided light passing through each waveguide in the coupling region of the waveguide.

【００２３】[0023]

【実施例】以下に本発明を具体化した実施例について説
明する。最初に、本発明に係る導波路型光方向性結合器
の製造方法について説明し、その後でその製造された導
波路型光方向性結合器について従来の導波路型光方向性
結合器との諸特性の比較を説明する。本発明に係る導波
路型光方向性結合器の製造方法は基本的に、ニオブ酸リ
チウム単結晶とは基本組成を異にするヘテロ材料からな
るヘテロ基板上にニオブ酸リチウム単結晶薄膜を形成す
る成膜工程と、ヘテロ基板もしくはニオブ酸リチウム単
結晶薄膜に所定の形状のパターニング加工を施す加工工
程と、ニオブ酸リチウム単結晶導波路の結合領域に導波
光の位相を変化させる光変調手段を設ける変調手段形成
工程との３つの工程により構成される。ヘテロ基板とし
ては、例えばタンタル酸リチウム単結晶基板が考えられ
る。EXAMPLES Examples embodying the present invention will be described below. First, a method of manufacturing a waveguide type optical directional coupler according to the present invention will be described, and thereafter, the manufactured waveguide type optical directional coupler will be described with reference to conventional waveguide type optical directional couplers. The characteristic comparison will be described. The method for manufacturing a waveguide type optical directional coupler according to the present invention basically forms a lithium niobate single crystal thin film on a hetero substrate made of a hetero material having a basic composition different from that of the lithium niobate single crystal. A film forming step, a step of patterning a hetero substrate or a lithium niobate single crystal thin film into a predetermined shape, and an optical modulator for changing the phase of guided light in the coupling region of the lithium niobate single crystal waveguide. It is composed of three steps including a modulation means forming step. As the hetero substrate, for example, a lithium tantalate single crystal substrate can be considered.

【００２４】そして、本発明に係る製造方法には、予め
ヘテロ基板に加工工程により所定の形状の加工を施して
おいて、これにニオブ酸リチウム単結晶薄膜の成膜を
し、そして光変調手段を形成する手順による方法（以
下、「第１の製造方法」という）と、ヘテロ基板にまず
ニオブ酸リチウム単結晶薄膜の成膜を施し、形成したニ
オブ酸リチウム単結晶薄膜に所定の形状の加工をし、そ
して光変調手段を形成する手順による方法（以下、「第
２の製造方法」という）との２種類の製造方法がある。
第１の製造方法は、図４に示す埋め込み型の光導波路よ
りなる光方向性結合器を製造するものであり、ヘテロ基
板１に溝４を形成し、その溝４内にニオブ酸リチウム単
結晶よりなる導波路２が形成されている。第２の製造方
法は図５に示すリッジ型の光導波路よりなる光方向性結
合器を製造するものであり、ヘテロ基板１に溝は形成さ
れておらず、ヘテロ基板１上に成膜したニオブ酸リチウ
ム単結晶薄膜の一部を土手状に加工して導波路２として
いる。In the manufacturing method according to the present invention, the hetero substrate is preliminarily processed into a predetermined shape by a processing step, a lithium niobate single crystal thin film is formed on the hetero substrate, and the light modulating means is formed. And a method of forming a lithium niobate single crystal thin film on a hetero substrate, and processing the formed lithium niobate single crystal thin film into a predetermined shape. There are two types of manufacturing methods, a method according to a procedure for forming a light modulating means (hereinafter, referred to as “second manufacturing method”).
The first manufacturing method is to manufacture an optical directional coupler including an embedded optical waveguide shown in FIG. 4, in which a groove 4 is formed in a hetero substrate 1, and a lithium niobate single crystal is formed in the groove 4. The waveguide 2 is formed. The second manufacturing method is to manufacture the optical directional coupler including the ridge-type optical waveguide shown in FIG. 5, in which no groove is formed in the hetero substrate 1 and a niobium film formed on the hetero substrate 1 is formed. A part of the lithium oxide single crystal thin film is processed into a bank shape to form the waveguide 2.

【００２５】ここで第１、第２のいずれの製造方法にお
いても、ニオブ酸リチウム単結晶薄膜の成膜工程は、形
成するニオブ酸リチウム単結晶の成分材料を熱溶融した
溶融体にヘテロ基板を接触させ、エピタキシャル成長に
より基板上に所定の組成の単結晶薄膜を格子整合された
状態で形成する、いわゆるＬＰＥ法と呼ばれるものであ
る。そこでまず、埋め込み型の光方向性結合器を製造す
る第１の製造方法について詳細に説明する。図４は、埋
め込み型の光方向性結合器の外観を示す図であり、図６
はその製造方法を示したものである。In any of the first and second manufacturing methods, the step of forming the lithium niobate single crystal thin film is performed by forming a hetero substrate on a melt obtained by thermally melting the component materials of the lithium niobate single crystal to be formed. This is a so-called LPE method in which a single crystal thin film having a predetermined composition is formed in a lattice-matched state on a substrate by bringing them into contact with each other by epitaxial growth. Therefore, first, the first manufacturing method for manufacturing the embedded optical directional coupler will be described in detail. FIG. 4 is a diagram showing the appearance of the embedded optical directional coupler.
Shows the manufacturing method.

【００２６】第１の製造方法では、まずヘテロ単結晶基
板１に所定のパターニング加工を施す。パターニング加
工は以下の手順で行う。２mm厚程度のヘテロ単結晶基板
（例えばタンタル酸リチウム単結晶基板）１の(0001)面
を光学研磨して平坦な面を得、しかる後にこれを化学研
磨する（図６（ａ））。光学研磨する際に基板表層に研
磨による歪が加わるので、かかる残留歪を除去するため
に化学研磨を行うものである。基板表層の結晶格子が歪
んでいると、良質な単結晶薄膜が得られない。ついで基
板１上にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィ
ーにより目的とするパターンを形成する。そしてリフト
オフ法によりＴｉマスクを形成しドライエッチングを施
すと、目的とするパターンに沿った溝４がヘテロ基板１
に形成される。その後フォトレジストとＴｉマスクとを
剥離する（図６（ｂ））。溝４のサイズとしては、例え
ば幅10μｍ、深さ 3.5μｍ程度が好適である。In the first manufacturing method, first, the hetero single crystal substrate 1 is subjected to a predetermined patterning process. The patterning process is performed by the following procedure. A (0001) plane of a hetero single crystal substrate (for example, a lithium tantalate single crystal substrate) 1 having a thickness of about 2 mm is optically polished to obtain a flat surface, which is then chemically polished (FIG. 6A). Since strain due to polishing is applied to the surface layer of the substrate during optical polishing, chemical polishing is performed to remove such residual strain. If the crystal lattice on the surface layer of the substrate is distorted, a good quality single crystal thin film cannot be obtained. Then, a photoresist is applied on the substrate 1 and a desired pattern is formed by photolithography. Then, when a Ti mask is formed by a lift-off method and dry etching is performed, the grooves 4 along the target pattern are formed in the hetero substrate 1.
Is formed. After that, the photoresist and the Ti mask are peeled off (FIG. 6B). A suitable size of the groove 4 is, for example, a width of 10 μm and a depth of 3.5 μm.

【００２７】次にニオブ酸リチウム単結晶薄膜の成膜工
程について説明する。成膜工程は、Ｎａ₂Ｏ 、Ｌｉ
₂Ｏ、Ｂ₂Ｏ₃、Ｎｂ₂Ｏ₅ 、ＭｇＯなどからなる溶融体中
にヘテロ単結晶基板を浸漬し、その基板表面にＬＰＥ法
によりニオブ酸リチウム単結晶薄膜を結晶成長させるも
のである。前記Ｌｉ₂Ｏ、Ｂ₂Ｏ₃、Ｎｂ₂Ｏ₅ の組成範囲
は、図３に示した Ｌｉ₂Ｏ−Ｂ₂Ｏ₃−Ｎｂ₂Ｏ₅ の３成
分系の三角図において、Ａ（88.90，2.22，8.88）、Ｂ
（55.00，43.00，2.00）、Ｃ（46.50，51.50，2.00）、
Ｄ（11.11，80.00，8.89、Ｅ（37.50，5.00，57.50）の
５組成点で囲まれる組成領域内にあり、Ｆ（47.64，46.
12，6.24）、Ｇ（27.01，64.69，8.30）、Ｈ（36.71，3
7.97，25.32）、Ｉ（44.05，32.97，22.98） の４組成
点で囲まれる範囲が特に好適である。また溶融体組成中
には、Ｎａ₂Ｏ がモル比で Ｎａ₂Ｏ／Ｌｉ₂Ｏが 0.1/9
9.9〜50.00／50.0、好ましくはモル比で 1.0／99.0〜1
0.0／90.0 を満たす範囲で混合され、またＭｇＯがニオ
ブ酸リチウム単結晶薄膜中におけるＭｇＯ／ニオブ酸リ
チウム比がモル比で 0.1／99.9〜25.0／75.0、好ましく
は5.0／95.0〜9.0／91.0を満たす範囲で混合される。Next, the film forming process of the lithium niobate single crystal thin film will be described. The film forming process is performed using Na ₂ O, Li
_A hetero single crystal substrate is dipped in a melt composed of ₂ O, B ₂ O ₃ , Nb ₂ O ₅ , MgO and the like, and a lithium niobate single crystal thin film is crystal-grown on the substrate surface by the LPE method. The composition range of Li ₂ O, B ₂ O ₃ and Nb ₂ O ₅ is A (88.90, 3) in the trigonometric diagram of the three-component system of Li ₂ O—B ₂ O ₃ —Nb ₂ O ₅ shown in FIG. 2.22, 8.88), B
(55.00, 43.00, 2.00), C (46.50, 51.50, 2.00),
D (11.11, 80.00, 8.89, E (37.50, 5.00, 57.50) is in the composition region surrounded by 5 composition points, and F (47.64, 46.
12, 6.24), G (27.01, 64.69, 8.30), H (36.71, 3)
7.97, 25.32) and I (44.05, 32.97, 22.98) are particularly suitable in the range surrounded by the four composition points. Also in the melt composition, Na in Na ₂ O molar ratio ₂ O / Li ₂ O is 0.1 / 9
9.9 to 50.00 / 50.0, preferably 1.0 / 99.0 to 1 in molar ratio
It is mixed in the range of 0.0 / 90.0, and the molar ratio of MgO / lithium niobate in the lithium niobate single crystal thin film is 0.1 / 99.9 to 25.0 / 75.0, preferably 5.0 / 95.0 to 9.0 / 91.0. Mixed in range.

【００２８】そして前述の溶融体組成物は、空気雰囲気
下あるいは酸化雰囲気下で 800〜1300℃で加熱溶融され
る。単結晶薄膜育成のための温度は、 800〜1250℃であ
ることが望ましい。溶融体は、６〜９６時間攪拌してお
く。攪拌時間が短い場合溶融体中に結晶核が残存し、こ
の結晶核を中心に結晶成長するため、ニオブ酸リチウム
単結晶薄膜が単結晶でなくなり、その表面に凹凸が発生
することがある。次にこの加熱溶融体を0.5〜300℃／時
の速度で冷却して過冷却状態とし、しかる後この溶融体
中に基板を回転させながら浸漬し、この回転状態で基板
上にニオブ酸リチウム単結晶薄膜を結晶成長により育成
させるものである。The above melt composition is heated and melted at 800 to 1300 ° C. in an air atmosphere or an oxidizing atmosphere. The temperature for growing the single crystal thin film is preferably 800 to 1250 ° C. The melt is left stirring for 6 to 96 hours. When the stirring time is short, crystal nuclei remain in the melt, and crystals grow centering on the crystal nuclei, so that the lithium niobate single crystal thin film may not be a single crystal, and irregularities may occur on the surface. Next, the heated melt is cooled at a rate of 0.5 to 300 ° C./hour to be in a supercooled state, and then the substrate is immersed in the melt while rotating, and in this rotating state, lithium niobate monolith is placed on the substrate. The crystal thin film is grown by crystal growth.

【００２９】この場合ヘテロ基板のニオブ酸リチウム単
結晶薄膜形成面は化学研磨あるいは化学エッチングし、
その面粗度を、JIS B0601、Ｒ_MAX＝10〜1000Ａとしてお
くことが望ましい。 Ｒ_MAXの値が1000Ａより大きくなる
と、形成されるニオブ酸リチウム単結晶薄膜の結晶性が
低下する。さらにエッジを面取りしておくとよい。エッ
ジが面取りされていない場合、エッジ部分に微細な疵が
でき、熱衝撃でクラックが発生することがある。面取り
は、Ｒ面、Ｃ面いずれでもよい。尚、基板は厚さ0.5〜
2.0mmのものを用いる。 0.5mmより薄いとクラックが発
生しやすく、 2.0mmより厚い基板は、焦電効果（加熱に
よる放電効果）が問題となり、加熱や研磨により帯電す
るため、研磨屑などが付着してスクラッチが発生し易
い。In this case, the surface of the hetero substrate on which the lithium niobate single crystal thin film is formed is chemically polished or chemically etched,
The surface roughness is preferably set to JIS B0601, R _MAX = 10 to 1000A. When the value of R _MAX is larger than 1000 A, the crystallinity of the formed lithium niobate single crystal thin film deteriorates. Furthermore, it is advisable to chamfer the edges. If the edge is not chamfered, fine scratches may be formed on the edge portion and a crack may occur due to thermal shock. The chamfer may be either the R surface or the C surface. The substrate thickness is 0.5 ~
Use 2.0 mm. If it is thinner than 0.5 mm, cracks are likely to occur, and if it is thicker than 2.0 mm, the pyroelectric effect (electric discharge effect due to heating) becomes a problem, and it is charged by heating and polishing, so polishing dust etc. adheres and scratches occur. easy.

【００３０】育成の際には、ヘテロ基板を回転させるこ
とにより均一な膜厚の結晶ができ、また安定した光学特
性のものが得られる。回転は水平状態にて行われ、その
回転速度は、 5〜150rpmが一般的に選択される。基板と
溶融体との接触時間及び溶融体の温度を適当に選択する
ことにより、ヘテロ基板上に析出するニオブ酸リチウム
単結晶薄膜の厚みを制御することができる。通常ニオブ
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することがあり、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。During the growth, a crystal having a uniform film thickness can be formed by rotating the hetero substrate, and stable optical characteristics can be obtained. The rotation is performed in a horizontal state, and the rotation speed is generally selected to be 5 to 150 rpm. By appropriately selecting the contact time between the substrate and the melt and the temperature of the melt, the thickness of the lithium niobate single crystal thin film deposited on the hetero substrate can be controlled. Generally, the growth rate of a lithium niobate single crystal thin film is 0.01 to 1.0 μm /
Minutes are desirable. If the growth rate is faster than this, undulation may occur in the lithium niobate single crystal thin film, and if the growth rate is slower than this, it takes time to grow the thin film.

【００３１】そして所定時間経過後、溶融体中よりその
基板を取り出し、余分の溶融体を取り除いてから冷却す
る。溶融体の除去は、ニオブ酸リチウム単結晶薄膜が形
成されたヘテロ基板を 100〜10000rpmの速度で回転させ
ることにより行うとよい。溶融体除去後の冷却は、0.5
〜300℃／時の速度で行ない、400℃ からは指数関数的
に冷却させるのがよい。タンタル酸リチウム基板のキュ
リー点の温度（一般には 650℃）では一定時間温度を保
つか、 0.1〜5℃ ／分の速度で冷却させることが望まし
い。これよりキュリー点における結晶の相転移に伴うク
ラックの発生を防止できる。After a lapse of a predetermined time, the substrate is taken out of the melt, the excess melt is removed, and then the substrate is cooled. The melt may be removed by rotating the hetero substrate on which the lithium niobate single crystal thin film is formed at a speed of 100 to 10,000 rpm. Cooling after removing the melt is 0.5
It is recommended to carry out at a rate of ~ 300 ° C / hour and to cool exponentially from 400 ° C. At the Curie temperature of the lithium tantalate substrate (generally 650 ° C.), it is desirable to keep the temperature for a certain period of time or cool it at a rate of 0.1 to 5 ° C./min. As a result, it is possible to prevent the occurrence of cracks due to the phase transition of crystals at the Curie point.

【００３２】こうして、ヘテロ基板１上にニオブ酸リチ
ウム単結晶薄膜が成膜される。また、ヘテロ基板１に予
め形成されている溝４内にもニオブ酸リチウム単結晶が
生成しており、かかる部分が光導波路となる。この状態
での断面図を図６（ｃ）に示す。そして、形成されたニ
オブ酸リチウム単結晶薄膜のうち、ヘテロ基板１上の光
導波路形成用の溝４以外の領域の部分を研磨して除去す
ることにより溝４内のみにニオブ酸リチウム単結晶薄膜
を残し、これを光導波路層２ａ、２ｂとする（図６
（ｄ））。Thus, a lithium niobate single crystal thin film is formed on the hetero substrate 1. Further, a lithium niobate single crystal is also formed in the groove 4 previously formed in the hetero substrate 1, and this portion becomes an optical waveguide. A cross-sectional view in this state is shown in FIG. Then, a portion of the formed lithium niobate single crystal thin film other than the groove 4 for forming the optical waveguide on the hetero substrate 1 is polished and removed to remove the lithium niobate single crystal thin film only in the groove 4. To leave the optical waveguide layers 2a and 2b as shown in FIG.
(D)).

【００３３】その後、光導波路層２ａ、２ｂの結合領域
上にシリカ緩衝層６を形成し、そしてその上にアルミニ
ウム膜を蒸着し、更に前記と同様のフォトリソグラフィ
ー等の手段によりアルミニウム膜を所定の形状に加工し
て電極３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄとすれば、光変調手段を
形成することができる（図６（ｆ））に示す。こうし
て、埋め込み型の導波路型光方向性結合器を製造するこ
とができる。After that, a silica buffer layer 6 is formed on the coupling regions of the optical waveguide layers 2a and 2b, an aluminum film is vapor-deposited on the silica buffer layer 6, and the aluminum film is formed into a predetermined layer by the same means as photolithography as described above. If the electrodes 3a, 3b, 3c, and 3d are processed into a shape, a light modulation means can be formed (FIG. 6 (f)). In this way, an embedded waveguide type optical directional coupler can be manufactured.

【００３４】次にリッジ型の光方向性結合器を製造する
第２の製造方法について説明する。図５はリッジ型の光
方向性結合器の外観を示す図であり、図７はその製造工
程を示したものである。第２の製造方法では、第１の製
造方法と逆に、ニオブ酸リチウム単結晶薄膜の成膜を先
に行い、その後でパターニング加工を行う。従って、ヘ
テロ基板１は、光学研磨と化学研磨のみ施された状態
（図７（ａ）に断面図を示す）でＬＰＥ結晶成長に供さ
れる。ＬＰＥ結晶成長自体は、前記の第１の製造方法の
場合と全く同様に行われるので説明は省略する。ニオブ
酸リチウム単結晶薄膜を成膜した状態での断面図を図７
（ｂ）に示す。Next, a second manufacturing method for manufacturing the ridge type optical directional coupler will be described. FIG. 5 is a view showing the outer appearance of a ridge type optical directional coupler, and FIG. 7 shows the manufacturing process thereof. In the second manufacturing method, contrary to the first manufacturing method, the lithium niobate single crystal thin film is formed first, and then the patterning process is performed. Therefore, the hetero substrate 1 is subjected to LPE crystal growth in a state where only optical polishing and chemical polishing are performed (a cross-sectional view is shown in FIG. 7A). The LPE crystal growth itself is performed in exactly the same manner as in the case of the above-mentioned first manufacturing method, and a description thereof will be omitted. FIG. 7 is a sectional view showing a state in which a lithium niobate single crystal thin film is formed.
It shows in (b).

【００３５】所定の膜厚のニオブ酸リチウム単結晶薄膜
が得られたら、これを所定の形状にパターニング加工し
て残部を土手状の光導波路層２ａ、２ｂとする図７
（ｃ）。パターニング加工自体は、第１の製造方法の場
合と同じくフォトリソグラフィー等の手段により行う。
その後、第１の製造方法の場合と同様にして、光導波路
２ａ、２ｂ上に光変調手段としてシリカ緩衝層及びアル
ミ電極３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを形成する（図７
（ｄ））。こうして、リッジ型の導波路型光方向性結合
器を製造することができる。When a lithium niobate single crystal thin film having a predetermined film thickness is obtained, this is patterned into a predetermined shape, and the rest are bank-shaped optical waveguide layers 2a and 2b.
(C). The patterning process itself is performed by means such as photolithography as in the case of the first manufacturing method.
After that, as in the case of the first manufacturing method, a silica buffer layer and aluminum electrodes 3a, 3b, 3c and 3d are formed on the optical waveguides 2a and 2b as a light modulating means (FIG. 7).
(D)). Thus, the ridge-type waveguide type optical directional coupler can be manufactured.

【００３６】次に、このようにして製造された導波路型
光方向性結合器における光導波路層の諸特性を調査する
ため、本発明品については本試料１〜６まで、比較品に
あっては比較試料１〜３までのスラブ導波路を用意し
た。これらの溶融体組成、薄膜形成用に供試される基板
の種類、この基板上に形成される薄膜の膜厚、並びにこ
れらの供試試料の各種分析結果と各種実験データ等を表
１にまとめて示した。本試料１〜６はいずれも溶融体組
成としてＮａ₂ＣＯ₃、Ｌｉ₂ＣＯ₃、Ｂ₂Ｏ₃、Ｎｂ₂Ｏ₅及
びＭｇＯからなるものを用いて作製した。それぞれの組
成物の配合量は表１に示す通りである。ＭｇＯはその溶
融物組成から析出可能なＬｉＮｂＯ₃の理論量に対する
添加量として示している。この溶融体組成物としてＶ₂
Ｏ₅が含まれていないことは勿論である。Next, in order to investigate various characteristics of the optical waveguide layer in the waveguide type optical directional coupler manufactured as described above, the samples of the present invention were compared with Samples 1 to 6 as comparative samples. Prepared slab waveguides for Comparative Samples 1 to 3. Table 1 summarizes the composition of these melts, the type of substrate used for thin film formation, the film thickness of the thin film formed on this substrate, and various analysis results and various experimental data of these sample specimens. Showed. Each of the samples 1 to 6 was prepared by using a melt composition composed of Na ₂ CO ₃ , Li ₂ CO ₃ , B ₂ O ₃ , Nb ₂ O ₅ and MgO. The compounding amount of each composition is as shown in Table 1. MgO is shown as the added amount with respect to the theoretical amount of LiNbO _{3 that} can be precipitated from the composition of the melt. As the melt composition, V ₂
Of course, O ₅ is not contained.

【００３７】基板は、本試料１〜６のいずれの場合も１
mm厚のタンタル酸リチウムの六方晶型単結晶のものを用
いている。そしてこのタンタル酸リチウムの単結晶基板
の(0001)面を光学研磨したものを供試した。本試料１〜
６にあっては、前述のＬＰＥ成膜法によりスラブ型の光
導波路を作製した。即ち、タンタル酸リチウム単結晶基
板を、上述の溶融体組成物からなる溶融体中に接触さ
せ、ＬＰＥ法によりこの基板の(0001)面上にニオブ酸リ
チウムの単結晶薄膜を結晶成長により形成した。本試料
１〜６のいずれの場合も前記溶融体組成物は予め白金ル
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℃に加熱溶融されている。The substrate is 1 in each of the present samples 1-6.
A hexagonal single crystal of lithium tantalate with a thickness of mm is used. Then, a test piece was obtained by optically polishing the (0001) plane of this lithium tantalate single crystal substrate. This sample 1
In No. 6, a slab type optical waveguide was manufactured by the above LPE film forming method. That is, a lithium tantalate single crystal substrate was brought into contact with a melt composed of the above melt composition, and a single crystal thin film of lithium niobate was formed on the (0001) plane of this substrate by crystal growth by the LPE method. . In each of Samples 1 to 6, the melt composition was placed in a platinum crucible in advance and heated and melted at 1100 ° C. in an epitaxial growth and growth apparatus in an air atmosphere.

【００３８】次にこの溶融体を60℃／時の速度で930〜9
50℃まで冷却して過冷却状態とした後、この溶融体に上
述のタンタル酸リチウム単結晶基板を 20rpmの回転速度
で回転させながら所定時間浸漬し、タンタル酸リチウム
単結晶基板の(0001)面にニオブ酸リチウム単結晶薄膜を
結晶成長させている。本試料１〜６の場合はいずれもそ
の浸漬時間を５分間とした。ＬＰＥ法によりタンタル酸
リチウム単結晶基板上にニオブ酸リチウム単結晶薄膜を
形成した後、これを溶融体から引き上げ、回転数 1000r
pmで１０分間回転させてニオブ酸リチウム単結晶薄膜の
表面から溶融体を振り切って取り除き、しかる後低温ま
で徐冷する。かくして本試料１〜６のいずれの場合も５
μｍの厚さのニオブ酸リチウム単結晶薄膜が得られた。
そしてシリカ緩衝層とアルミニウム膜を形成して電極と
なし、スラブ導波路を作製した。Next, this melt was heated to 930-9 at a rate of 60 ° C./hour.
After cooling to 50 ° C. to be in a supercooled state, the above-mentioned lithium tantalate single crystal substrate was immersed in this melt for a predetermined time while rotating at a rotation speed of 20 rpm, and the (0001) plane of the lithium tantalate single crystal substrate A single crystal thin film of lithium niobate is crystal-grown. In all of Samples 1 to 6, the immersion time was 5 minutes. After forming a lithium niobate single crystal thin film on a lithium tantalate single crystal substrate by the LPE method, pulling it up from the melt, the rotation speed is 1000r.
The melt is shaken off from the surface of the lithium niobate single crystal thin film by rotating at 10 pm for 10 minutes, and then slowly cooled to a low temperature. Thus, in any case of the present samples 1 to 6, 5
A μm thick lithium niobate single crystal thin film was obtained.
Then, a silica buffer layer and an aluminum film were formed to serve as electrodes to fabricate a slab waveguide.

【００３９】本試料１〜６におけるニオブ酸リチウム単
結晶薄膜中のＮａ、Ｍｇ、及びＢの成分分析をＩＣＰ発
光分析によりおこなったのでその結果を表１に合わせて
示してある。これらのいずれにおいてもＮａ、Ｍｇ、及
びＢがそれぞれ適量づつ含有されていることがわかる。
またニオブ酸リチウム単結晶薄膜の結晶構造のａ軸方向
の格子定数を通常の粉末Ｘ線回折により行ったのでその
結果も表１に示してある。測定においてはＳｉを内部標
準として使用し、格子定数は、Ｃｕ管球により２θ＝４
５〜９０゜ の範囲で検出されるニオブ酸リチウムの１５
本の回折ピークの角度とその面指数から最小二乗法によ
り算出している。尚、測定には白金ルツボ内に堆積した
ニオブ酸リチウム単結晶粒いわゆるrestmeltを粉砕して
試料として用いた。この測定結果によれば、本試料１〜
６は5.151Ａ〜5.156Ａの値を示している。これはタンタ
ル酸リチウム単結晶基板結晶構造のａ軸方向の格子定数
5.154Ａに略近似した値であることがわかる。これは格
子整合がよくなされていることを意味する。The components of Na, Mg, and B in the lithium niobate single-crystal thin films of Samples 1 to 6 were analyzed by ICP emission analysis. The results are also shown in Table 1. It can be seen that in each of these, an appropriate amount of Na, Mg, and B is contained.
Further, the lattice constant in the a-axis direction of the crystal structure of the lithium niobate single crystal thin film was determined by ordinary powder X-ray diffraction, and the results are also shown in Table 1. In the measurement, Si was used as an internal standard, and the lattice constant was 2θ = 4 by the Cu tube.
15 of lithium niobate detected in the range of 5 to 90 °
It is calculated by the method of least squares from the angle of the diffraction peak of the book and its surface index. For the measurement, lithium niobate single crystal grains, so-called restmelt, deposited in a platinum crucible were ground and used as a sample. According to this measurement result, this sample 1
6 has shown the value of 5.151A-5.156A. This is the lattice constant in the a-axis direction of the lithium tantalate single crystal substrate crystal structure.
It can be seen that this is a value approximately approximate to 5.154A. This means that the lattice matching is well done.

【００４０】一方比較品として示した比較試料１及び２
は、ニオブ酸リチウム単結晶基板、すなわちホモ基板を
用いている。そしてこの基板を浸漬させる溶融体とし
て、比較試料１は Ｌｉ₂ＣＯ₃−Ｂ₂Ｏ₃−Ｎｂ₂Ｏ₅系を
用い、一方比較試料２は Ｌｉ₂ＣＯ₃−Ｖ₂Ｏ₅−Ｎｂ₂Ｏ
₅ 系を用いている。いずれの試料もニオブ酸リチウム単
結晶基板にＭｇＯがドープされている関係上、薄膜中に
ＮａやＭｇが混在しないように配慮している。したがっ
て溶融体にはＮａ₂ＣＯ₃及びＭｇＯは配合されない。ニ
オブ酸リチウム単結晶基板上にニオブ酸リチウム単結晶
薄膜をＬＰＥ法により結晶成長させて形成する方法は、
前述の本発明品（本試料１〜６）と略同じであるのでこ
こでは詳細な説明を割愛する。ただ最終的にニオブ酸リ
チウム単結晶薄膜の厚さは、５μｍとしている。また成
分分析結果（表１）からわかるように薄膜中にはＮａ及
びＭｇが混在されない。さらにＸ線回折による単結晶薄
膜のａ軸方向の格子定数も、5.150Ａ 程度であった。On the other hand, comparative samples 1 and 2 shown as comparative products
Uses a lithium niobate single crystal substrate, that is, a homo substrate. Then, as a melt for immersing this substrate, Comparative sample 1 uses Li ₂ CO ₃ —B ₂ O ₃ —Nb ₂ O ₅ system, while comparative sample 2 uses Li ₂ CO ₃ —V ₂ O ₅ —Nb ₂ O.
_It uses ₅ systems. In all the samples, due to the fact that the lithium niobate single crystal substrate was doped with MgO, care was taken not to mix Na and Mg in the thin film. Therefore, Na ₂ CO ₃ and MgO are not mixed in the melt. A method for forming a lithium niobate single crystal thin film on a lithium niobate single crystal substrate by crystal growth by the LPE method is as follows.
Since it is substantially the same as the above-described products of the present invention (Samples 1 to 6), detailed description is omitted here. However, the final thickness of the lithium niobate single crystal thin film is 5 μm. Further, as can be seen from the component analysis results (Table 1), Na and Mg are not mixed in the thin film. Further, the lattice constant in the a-axis direction of the single crystal thin film by X-ray diffraction was about 5.150A.

【００４１】比較試料３は、本発明品（本試料１〜６）
と同じくタンタル酸リチウム基板（ヘテロ基板）の上に
ニオブ酸リチウム単結晶薄膜を形成したものであるが、
その溶融体組成を異にするＬｉ₂ＣＯ₃−Ｖ₂Ｏ₅−Ｎｂ₂
Ｏ₅系のものを用いている。そしてこれに格子整合用と
してＮａ₂ＣＯ₃を配合してなるものである。ＬＰＥ法に
よる単結晶薄膜の形成方法は本発明品の場合とほとんど
同じであり、その薄膜の厚さも同じく５μｍとした。Ｉ
ＣＰ発光分析の結果では、ＮａとＶが混在し、Ｎａが混
在していることによりＸ線回折結果でも判るように薄膜
のａ軸方向の格子定数が 5.154Ａと単結晶基板の格子定
数に近い値を示した。これは格子整合がよくなされてい
ることを意味する。Comparative sample 3 is the product of the present invention (samples 1 to 6)
Similarly to the above, a lithium niobate single crystal thin film is formed on a lithium tantalate substrate (hetero substrate).
Li ₂ CO ₃ —V ₂ O ₅ —Nb ₂ having different melt compositions
O ₅ type is used. Then, Na ₂ CO ₃ is added to this for lattice matching. The method of forming a single crystal thin film by the LPE method is almost the same as that of the case of the product of the present invention, and the thickness of the thin film is also 5 μm. I
As a result of CP emission analysis, Na and V are mixed, and because Na is mixed, the lattice constant in the a-axis direction of the thin film is 5.154A, which is close to the lattice constant of the single crystal substrate, as can be seen from the X-ray diffraction result. Showed the value. This means that the lattice matching is well done.

【００４２】尚、表１には示していないが、溶融体組成
中のＢ₂Ｏ₃の配合量が多過ぎると、四ホウ酸リチウム
（Ｌｉ₂Ｂ₄Ｏ₇ ）のようなニオブ酸リチウム以外の結晶
が析出し、また、溶融体組成として前述の図３に示した
Ｌｉ₂ＣＯ₃−Ｂ₂Ｏ₃−Ｎｂ₂Ｏ₅の３成分系の三角図にお
ける点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ及びＥの５組成点で囲まれる組成
領域より外れていると単結晶薄膜が形成されないことが
判った。さらに溶融体組成中のＮａ₂ＣＯ₃の配合量が多
過ぎると、ニオブ酸リチウム単相ではなく、第２相とし
てのニオブ酸ナトリウム（ＮａＮｂＯ₃ ）が析出するこ
とも判った。Although not shown in Table 1, if the content of B ₂ O _{3 in} the composition of the melt is too large, other than lithium niobate such as lithium tetraborate (Li ₂ B ₄ O ₇ ). And the points A, B, C and D in the triangular diagram of the three-component system of Li ₂ CO ₃ —B ₂ O ₃ —Nb ₂ O ₅ shown in FIG. 3 as the melt composition. It has been found that the single crystal thin film is not formed when it is out of the composition region surrounded by the five composition points of E. Further, it was also found that when the content of Na ₂ CO ₃ in the melt composition was too large, not the lithium niobate single phase but sodium niobate (NaNbO ₃ ) as the second phase was precipitated.

【００４３】次にニオブ酸リチウム単結晶薄膜のＴＥモ
ード及びＴＭモードの光導波特性について測定した。そ
の結果は表１に示した通りである。すなわち本発明品
（本試料１〜６）は、ＴＥモード及びＴＭモードととも
にその光導波特性は良好な結果が得られたのに対し、従
来品（比較品）である比較試料１及び２はいずれもＴＥ
モードは導波するがＴＭモードは導波不能ということ
で、ＴＭモードにおける光導波特性が劣る結果となっ
た。これは本発明品の場合ニオブ酸リチウム単結晶薄膜
がこの薄膜材料と異なるヘテロ基板上に形成されたもの
であり、一方比較試料１及び２の場合ニオブ酸リチウム
単結晶薄膜がこの薄膜材料と同じくするホモ基板上に形
成されたものであることに起因すると思われる。このこ
とは、比較試料３がヘテロ基板上にニオブ酸リチウム単
結晶薄膜を形成したものであってこの試料のものがＴＭ
モードの光導波が可能であったことからも首肯できる。Next, the optical waveguide characteristics of the TE mode and TM mode of the lithium niobate single crystal thin film were measured. The results are as shown in Table 1. That is, in the products of the present invention (the present samples 1 to 6), good results were obtained in the optical waveguide characteristics together with the TE mode and the TM mode, whereas in the conventional products (comparative products), the comparative samples 1 and 2 were Both are TE
Since the mode can be guided but the TM mode cannot be guided, the optical waveguide characteristic in the TM mode is inferior. In the case of the product of the present invention, the lithium niobate single crystal thin film was formed on a hetero substrate different from this thin film material, while in the case of Comparative Samples 1 and 2, the lithium niobate single crystal thin film was the same as this thin film material. It is believed that this is due to the fact that it was formed on a homo substrate. This means that Comparative Sample 3 has a lithium niobate single crystal thin film formed on a hetero substrate, and this sample has TM
It is possible to agree because it was possible to guide the modes of light.

【００４４】図８は溶融体中のＮａ置換量とニオブ酸リ
チウム単結晶薄膜のａ軸方向の格子定数との関係を示し
ている。横軸に溶融体中のＮａ置換量を、また縦軸に単
結晶薄膜のａ軸方向の格子定数を採る。タンタル酸リチ
ウム単結晶基板のａ軸方向の格子定数はおよそ 5.154Ａ
弱の値を示している。この図８から判るように、ＬＶフ
ラックス系溶融体を用いたものもＬＢフラックス系溶融
体を用いたものも薄膜中のＮａ含有量が多くなるにつれ
て薄膜の格子定数が上がる。また薄膜中にＭｇＯを拡散
（ドープ）した方がドープしないよりも格子定数が大き
いことが判る。FIG. 8 shows the relationship between the amount of Na substitution in the melt and the lattice constant in the a-axis direction of the lithium niobate single crystal thin film. The horizontal axis shows the amount of Na substitution in the melt, and the vertical axis shows the lattice constant in the a-axis direction of the single crystal thin film. The lattice constant in the a-axis direction of the lithium tantalate single crystal substrate is approximately 5.154A.
It shows a weak value. As can be seen from FIG. 8, the lattice constant of the thin film increases as the Na content in the thin film increases both in the case of using the LV flux type melt and in the case of using the LB flux type melt. It can also be seen that the lattice constant is larger when MgO is diffused (doped) in the thin film than when undoped.

【００４５】そしてこの図の測定データから明らかなよ
うに、ＬＢフラックス系溶融体を用いた方がＬＶ系のも
のよりもＮａ含有量に対する格子定数の増大傾向が高
く、Ｎａに対する感受性が強いと言える。しかもＮａ含
有量が少ないレベルで早くタンタル酸リチウム単結晶基
板の格子定数に近い（又は略同じの）格子定数が得られ
る。このことからＬＢフラックス系溶融体を用いること
により薄膜中のＮａなどの不純物が少なくて済み、それ
だけ薄膜の結晶構造が乱れのない緻密なものが得られて
光学定数等の向上が期待されるものである。As is clear from the measurement data in this figure, the use of the LB flux type melt has a higher tendency of increasing the lattice constant with respect to the Na content and a stronger sensitivity to Na than the LV type melt. . Moreover, a lattice constant close to (or substantially the same as) the lattice constant of the lithium tantalate single crystal substrate can be obtained quickly at a low Na content level. Therefore, by using the LB flux-based melt, impurities such as Na in the thin film can be reduced, and a dense film with no disorder in the crystal structure of the thin film can be obtained, which is expected to improve optical constants. Is.

【００４６】次にＴＭモード導波光についての光伝搬損
失を測定した結果も同じく表１に示しているが、使用波
長 0.633μｍの可視光領域において本試料１〜６はいず
れも１dＢ／cm 以下であり光伝搬損失の少ない良好な結
果が得られた。これに対してＬＶフラックス系溶融体を
用いた従来品の比較試料３のものは、この 0.633μｍの
使用波長では著しく光損傷を受け、光伝搬損失を測定で
きなかった。本試料１〜６においては、ＬｉＮｂＯ₃ 単
結晶導波路層に適量含有されているＢが光伝搬損失の低
さに貢献していると考えられる。尚、ＴＭモード光の導
波ができなかった比較試料１、２については光伝搬損失
の測定はしなかった。Next, the results of measuring the optical propagation loss of the TM mode guided light are also shown in Table 1. However, in the visible light region of the wavelength used of 0.633 μm, all of the samples 1 to 6 were 1 dB / cm or less. Yes, good results with little optical propagation loss were obtained. On the other hand, the comparative sample 3 of the conventional product using the LV flux-based melt was significantly damaged by light at the used wavelength of 0.633 μm, and the optical propagation loss could not be measured. In Samples 1 to 6, it is considered that B contained in an appropriate amount in the LiNbO ₃ single crystal waveguide layer contributes to the low optical propagation loss. The optical transmission loss was not measured for Comparative Samples 1 and 2 in which the TM mode light could not be guided.

【００４７】次に本試料１〜６及び比較試料３について
耐光損傷性の評価テストを行ったのでそのテスト結果も
表１に示す。この耐光損傷性の評価テストは、入射光波
長0.633 μｍのＴＭモードの導波光をプリズムカップリ
ング法により導波し、出射パワーの経時変化を測定する
ことにより行った。光損傷が起きれば、屈折率変化によ
り散乱が生じて出力パワーが小さくなり、光損傷が起き
なければ出力パワーの変化は生じない。このテストの結
果を図９に示す。横軸に時間（測定点数）、縦軸に出力
パワーの変化を示している。ＬＶ系フラックスを用いた
比較試料３のものは光出射後１分も過ぎれば急激に出力
パワーの減少を生じている。これは薄膜の光損傷により
屈折率が変化し、これにより光の散乱が生じて出力パワ
ーの減少を招いたものと考察される。これに対しＬＢ系
フラックスを用いた本試料１〜６は、いずれも出力パワ
ーの減少をほとんど生じることはなく、耐光損傷性に優
れているとの結果が得られた。Next, the samples 1 to 6 and the comparative sample 3 were subjected to an optical damage resistance evaluation test. The test results are also shown in Table 1. This optical damage resistance evaluation test was conducted by guiding TM mode guided light having an incident light wavelength of 0.633 μm by the prism coupling method and measuring the change over time in the output power. If optical damage occurs, scattering occurs due to a change in the refractive index and the output power becomes small. If optical damage does not occur, the output power does not change. The results of this test are shown in FIG. The horizontal axis represents time (measurement points), and the vertical axis represents changes in output power. In the case of the comparative sample 3 using the LV-based flux, the output power sharply decreases after 1 minute from the light emission. It is considered that this is because the refractive index changes due to the optical damage of the thin film, which causes the scattering of light and the decrease of the output power. On the other hand, in each of Samples 1 to 6 using the LB-based flux, there was almost no decrease in output power, and the result was excellent in light damage resistance.

【００４８】以上のことから、比較試料１、２がＴＭモ
ードの導波ができないのに対し、本試料１〜６及び比較
試料３はＴＥモード、ＴＭモードともに導波できること
が理解できる。更に、比較試料３が格子整合性やＴＭモ
ード光導波性自体には問題がないにも拘らず光伝搬損失
や光損傷が激しいのに対し、本試料１〜６にはそのよう
な問題はないことがわかる。From the above, it can be understood that the comparative samples 1 and 2 cannot guide the TM mode, whereas the present samples 1 to 6 and the comparative sample 3 can guide the TE mode and the TM mode. Further, although the comparative sample 3 has serious problems in the lattice matching property and the TM mode optical waveguiding property itself, the optical propagation loss and the optical damage are severe, but the present samples 1 to 6 do not have such problems. I understand.

【００４９】[0049]

【表１】 [Table 1]

【００５０】続いて、かかる良好な特性が得られる本試
料１〜６の光導波路を使用する導波路型光方向性結合器
における光変調特性を試験した。試験は、波長1.55μｍ
と0.48μｍとの２種類の導波光にて行った。Subsequently, the optical modulation characteristics of the waveguide type optical directional couplers using the optical waveguides of the present samples 1 to 6 which can obtain such favorable characteristics were tested. The test wavelength is 1.55 μm
And 0.48 μm for the two types of guided light.

【００５１】まず、波長1.55μｍの導波光での試験のた
め、本試料１〜６のそれぞれにおける組成の溶融体を使
用して、前記第１の製造方法により埋め込み型の導波路
型光方向性結合器の本試料１１〜１６を作製し、前記第
２の製造方法によりリッジ型の導波路型光方向性結合器
の本試料２１〜２６を作製した。さらに比較試料とし
て、Ｔｉ拡散法により従来の導波路型光方向性結合器の
比較試料４を作製し、前記比較試料３における組成のＬ
Ｖ系溶融体を用いて前記第１の製造方法により従来の埋
め込み型の導波路型光方向性結合器の比較試料５を作製
した。これらの本試料１１〜１６、２１〜２６、比較試
料４、５における導波路幅、電極作用長、電極間隔を表
２に示す。これらの導波路型光方向性結合器において、
それぞれ波長1.55μｍのＴＭモードレーザ光を入射し、
特性の評価を行った。表２には、特性評価の結果も示
す。First, for the test with the guided light having a wavelength of 1.55 μm, the melt of the composition in each of Samples 1 to 6 was used, and the embedded waveguide type optical directionality was measured by the first manufacturing method. Main samples 11 to 16 of the coupler were manufactured, and main samples 21 to 26 of the ridge-type waveguide type optical directional coupler were manufactured by the second manufacturing method. Further, as a comparative sample, a comparative sample 4 of a conventional waveguide type optical directional coupler was prepared by a Ti diffusion method, and L of the composition in the comparative sample 3 was prepared.
Comparative sample 5 of the conventional embedded waveguide type optical directional coupler was manufactured by the first manufacturing method using the V-based melt. Table 2 shows the waveguide widths, electrode working lengths, and electrode intervals in these main samples 11 to 16 and 21 to 26 and comparative samples 4 and 5. In these waveguide type optical directional couplers,
Injecting TM mode laser light with a wavelength of 1.55 μm,
The characteristics were evaluated. Table 2 also shows the results of the characteristic evaluation.

【００５２】[0052]

【表２】 [Table 2]

【００５３】まず、本試料１１〜１６の埋め込み型光方
向性結合器及び本試料２１〜２６のリッジ型光方向性結
合器では、アルミニウム電極に500ＭＨzの高周波電圧を
印加してその特性を試験した。その結果、いずれの試料
も印加電圧６Ｖのときに 17dＢ以上の良好な消光比が測
定された。また、高周波電圧を印加した状態での経時変
化を測定したところ、少なくとも24時間は特性に変化が
生じなかった。従って本試料１１〜１６、２１〜２６の
光方向性結合器は、レーザ光のスイッチングが確実にで
き、優れた光スイッチとしての機能を有し、且つ、長時
間の使用に耐える。また、本試料１１〜１６、２１〜２
６は、印加電圧を直流電圧としたときにも、同様に優れ
た特性を示した。First, the characteristics of the buried type optical directional couplers of Samples 11 to 16 and the ridge type optical directional coupler of Samples 21 to 26 were tested by applying a high frequency voltage of 500 MHz to the aluminum electrode. . As a result, a good extinction ratio of 17 dB or more was measured for all the samples when the applied voltage was 6V. Further, the change with time when a high-frequency voltage was applied was measured, and no change occurred in the characteristics for at least 24 hours. Therefore, the optical directional couplers of Samples 11 to 16 and 21 to 26 can surely switch the laser light, have an excellent function as an optical switch, and endure long-term use. In addition, the present samples 11-16, 21-2
No. 6 similarly showed excellent characteristics even when the applied voltage was a DC voltage.

【００５４】これに対し、比較試料４のＴｉ拡散法によ
る導波路型光方向性結合器では、アルミニウム電極に50
0ＭＨzの高周波電圧を印加してその特性を試験したとこ
ろ、印加電圧６Ｖのときに 17dＢの消光比が測定され
た。しかし、高周波電圧を印加した状態での経時変化を
測定したところ、約10分で出力が不安定となり、変調電
圧にも変化がみられた。従って比較試料４のＴｉ拡散法
による導波路型光方向性結合器は、レーザ光のスイッチ
ングがある程度可能で、光スイッチとしての機能を有し
うるが、長時間の使用に耐えられない。On the other hand, in the waveguide type optical directional coupler by the Ti diffusion method of Comparative Sample 4, the aluminum electrode has 50
When a high frequency voltage of 0 MHz was applied and its characteristics were tested, an extinction ratio of 17 dB was measured at an applied voltage of 6V. However, when the time-dependent change was measured with a high-frequency voltage applied, the output became unstable in about 10 minutes, and the modulation voltage also changed. Therefore, the waveguide type optical directional coupler of the comparative sample 4 by the Ti diffusion method can switch the laser light to some extent and may have a function as an optical switch, but cannot be used for a long time.

【００５５】さらに、比較試料５のＬＶ系溶融体を使用
した埋め込み型の光方向性結合器では、アルミニウム電
極に直流電圧を印加してその特性を試験したところ、印
加電圧６Ｖのときに 20dＢの消光比が測定された。しか
し、電圧を印加した状態での経時変化を測定したとこ
ろ、約10分で出力が不安定となり、変調電圧にも変化が
みられた。従って比較試料５の埋め込み型の光方向性結
合器は、レーザ光のスイッチングがある程度可能で、光
スイッチとしての機能を有しうるが、長時間の使用に耐
えられない。Further, in the buried type optical directional coupler using the LV type melt of the comparative sample 5, the direct current voltage was applied to the aluminum electrode and its characteristics were tested, and it was 20 dB at the applied voltage of 6V. The extinction ratio was measured. However, when the change over time was measured while a voltage was applied, the output became unstable in about 10 minutes, and the modulation voltage also changed. Therefore, the embedded optical directional coupler of the comparative sample 5 can switch laser light to some extent and can function as an optical switch, but cannot withstand long-term use.

【００５６】続いて、波長0.48μｍの導波光での試験の
ため、前記と同様の要領で埋め込み型の導波路型光方向
性結合器の本試料３１〜３６及びリッジ型の導波路型光
方向性結合器の本試料４１〜４６を作製した。さらに比
較試料として、Ｔｉ拡散法による比較試料６及びＬＶ系
溶融体による比較試料７を作製した。これらの本試料３
１〜３６、４１〜４６、比較試料６、７における導波路
幅、電極作用長、電極間隔を表３に示す。これらの導波
路型光方向性結合器において、それぞれ波長0.48μｍの
ＴＭモードレーザ光を入射し、特性の評価を行った。表
３には、特性評価の結果も示す。Subsequently, for the test with the guided light having a wavelength of 0.48 μm, in the same manner as described above, the buried waveguide type optical directional couplers of the present samples 31 to 36 and the ridge type waveguide optical direction were tested. This sample 41-46 of the sex coupler was produced. Further, as a comparative sample, a comparative sample 6 by the Ti diffusion method and a comparative sample 7 by the LV melt were prepared. These main samples 3
Table 3 shows the waveguide width, the electrode action length, and the electrode interval in each of 1 to 36, 41 to 46, and Comparative Samples 6 and 7. In these waveguide type optical directional couplers, TM mode laser light having a wavelength of 0.48 μm was made incident and the characteristics were evaluated. Table 3 also shows the results of the characteristic evaluation.

【００５７】[0057]

【表３】 [Table 3]

【００５８】まず、本試料３１〜３６の埋め込み型光方
向性結合器及び本試料４１〜４６のリッジ型光方向性結
合器では、アルミニウム電極に500ＭＨzの高周波電圧を
印加してその特性を試験した。その結果、いずれの試料
も印加電圧３Ｖのときに 17dＢ以上の良好な消光比が測
定された。また、高周波電圧を印加した状態での経時変
化を測定したところ、少なくとも24時間は特性に変化が
生じなかった。従って本試料３１〜３６、４１〜４６の
光方向性結合器は、レーザ光のスイッチングが確実にで
き、優れた光スイッチとしての機能を有し、且つ、長時
間の使用に耐える。また、本試料３１〜３６、４１〜４
６は、印加電圧を直流電圧としたときにも、同様に優れ
た特性を示した。First, the characteristics of the buried type optical directional coupler of the present samples 31 to 36 and the ridge type optical directional coupler of the present samples 41 to 46 were tested by applying a high frequency voltage of 500 MHz to the aluminum electrode. . As a result, a good extinction ratio of 17 dB or more was measured for all the samples when the applied voltage was 3V. Further, the change with time when a high-frequency voltage was applied was measured, and no change occurred in the characteristics for at least 24 hours. Therefore, the optical directional couplers of the present samples 31 to 36 and 41 to 46 can reliably switch the laser light, have an excellent function as an optical switch, and endure long-term use. In addition, this sample 31-36, 41-4
No. 6 similarly showed excellent characteristics even when the applied voltage was a DC voltage.

【００５９】これに対し、比較試料６のＴｉ拡散法によ
る導波路型光方向性結合器では、アルミニウム電極に50
0ＭＨzの高周波電圧を印加してその特性を試験したとこ
ろ、いかなる駆動電圧においても有効な消光比が測定さ
れなかった。また、印加電圧を直流電圧としたときにも
同様であった。従って比較試料４のＴｉ拡散法による導
波路型光方向性結合器は、レーザ光のスイッチングがで
きない。On the other hand, in the waveguide type optical directional coupler of the comparative sample 6 by the Ti diffusion method, the aluminum electrode has 50
When a high frequency voltage of 0 MHz was applied and its characteristics were tested, an effective extinction ratio was not measured at any driving voltage. The same was true when the applied voltage was a DC voltage. Therefore, the waveguide type optical directional coupler of the comparative sample 4 by the Ti diffusion method cannot switch the laser light.

【００６０】さらに、比較試料７のＬＶ系溶融体を使用
した埋め込み型の光方向性結合器では、アルミニウム電
極に直流電圧を印加してその特性を試験したところ、い
かなる駆動電圧においても有効な消光比が測定されなか
った。また、印加電圧を 500ＭＨz の高周波電圧とした
ときにも同様であった。従って比較試料７の埋め込み型
の光方向性結合器は、レーザ光のスイッチングができな
い。以上のことから、本試料の導波路型光方向性結合器
はいずれも優れた導波光変調性能を有し、かつ長時間の
耐使用性に優れていることがわかる。本試料におけるか
かる優れた長時間安定性は、導波路層であるニオブ酸リ
チウム単結晶中に、従来のバナジウム（Ｖ）に代えてホ
ウ素（Ｂ）を含有させたこと等により光損傷が低下した
ことの効果であると考えられる。Further, in the embedded type optical directional coupler using the LV melt of Comparative Sample 7, the characteristics were tested by applying a DC voltage to the aluminum electrode. No ratio was measured. The same was true when the applied voltage was a high frequency voltage of 500 MHz. Therefore, the embedded optical directional coupler of the comparative sample 7 cannot switch the laser light. From the above, it can be seen that the waveguide type optical directional couplers of this sample all have excellent guided light modulation performance and excellent long-term durability. The excellent long-term stability of this sample is that optical damage is reduced by including boron (B) in place of conventional vanadium (V) in the lithium niobate single crystal as the waveguide layer. It is thought to be the effect of this.

【００６１】以上説明したとおり、本発明に係る導波路
型光方向性結合器は、埋め込み型、リッジ型ともに、優
れたシングルモード光導波性、低光伝搬損失性、耐光損
傷性を有し、かつ、バルクＬｉＮｂＯ₃ 単結晶と遜色な
い電気光学定数を有している。このことから、優れた位
相変調特性を発揮するものであり、良好な光スイッチン
グ機能を有する。更に、長時間安定して使用することが
できる。尚、前記各実施例は本発明を限定するものでは
なく、本発明の要旨を変更しない範囲において種々の変
形・改良が可能であることはいうまでもない。As described above, the waveguide type optical directional coupler according to the present invention has excellent single mode optical waveguide property, low optical propagation loss property, and optical damage resistance both in the buried type and the ridge type. Moreover, it has an electro-optical constant comparable to that of a bulk LiNbO ₃ single crystal. From this, it exhibits an excellent phase modulation characteristic and has a good optical switching function. Furthermore, it can be used stably for a long time. Needless to say, each of the above embodiments does not limit the present invention, and various modifications and improvements can be made without departing from the scope of the present invention.

【００６２】[0062]

【発明の効果】かくして、本発明に係る導波路型光方向
性結合器は、ニオブ酸リチウムとは基本組成を異にする
ヘテロ基板上に互いに近接して形成される２本の平行な
ニオブ酸リチウム単結晶光導波路にホウ素（Ｂ）が含有
されたものであり、各導波路の結合領域には導波光の位
相を変化させる光変調手段を設けてなる。従って本発明
の導波路型光方向性結合器は、ＬｉＮｂＯ₃ 単結晶薄
膜とヘテロ基板との常光屈折率及び異常光屈折率の差が
十分に大きいためＴＥ及びＴＭモードの導波光のいずれ
をも伝搬することができシングルモード性に優れ、光
伝搬損失が低く、可視光域において耐光損傷性に優
れ、従って長時間の使用に耐え、かつ、バルクＬｉＮ
ｂＯ₃ 単結晶と遜色ない電気光学効果を発揮する。その
ため光変調機能や光スイッチング機能、更に交流電圧印
加特性（消光比、変調電圧、出力等の経時変化等）に優
れ各種光学用途に好適な導波路型光方向性結合器を提供
できる。また、本発明に係る導波路型光方向性結合器の
製造方法によれば、ＬＢフラックス系溶融体を用いたＬ
ＰＥ結晶成長法により、ホウ素（Ｂ）を含有するニオブ
酸リチウム単結晶光導波路をヘテロ基板上に格子整合さ
せた状態で形成することにより光導波路を製造するもの
であるから、Ｔｉ拡散法やプロトン交換法では得られな
い上述した光学的諸特性を有する導波路型光方向性結合
器を得られるものであり、産業上の効果は極めて大き
い。As described above, the waveguide type optical directional coupler according to the present invention has two parallel niobates formed in close proximity to each other on a hetero substrate having a basic composition different from that of lithium niobate. A lithium single crystal optical waveguide contains boron (B), and an optical modulator for changing the phase of guided light is provided in the coupling region of each waveguide. Therefore, the waveguide type directional coupler according to the present invention has a sufficiently large difference between the ordinary refractive index and the extraordinary refractive index between the LiNbO ₃ single crystal thin film and the hetero substrate, so that both TE and TM mode guided light can be obtained. Propagation is possible, single mode property is low, light propagation loss is low, and light damage resistance in the visible light range is excellent, so that it can be used for a long time and bulk LiN.
Exhibits electro-optic effect comparable to bO ₃ single crystal. Therefore, it is possible to provide a waveguide type optical directional coupler excellent in optical modulation function, optical switching function, and AC voltage application characteristics (extinction ratio, modulation voltage, temporal change of output, etc.) and suitable for various optical applications. Further, according to the method for manufacturing a waveguide type optical directional coupler according to the present invention, L using an LB flux-based melt is used.
Since an optical waveguide is manufactured by forming a lithium niobate single crystal optical waveguide containing boron (B) in a lattice-matched state on a hetero substrate by the PE crystal growth method, a Ti diffusion method or a proton is used. It is possible to obtain a waveguide type optical directional coupler having the above-mentioned optical characteristics which cannot be obtained by the exchange method, and the industrial effect is extremely large.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】本発明に係る導波路型光方向性結合器における
タンタル酸リチウム単結晶基板上に形成されたニオブ酸
リチウム単結晶薄膜の断面を示した電子顕微鏡写真であ
る。また写真上の波形はホウ素のＥＰＭＡ分析の結果で
ある。FIG. 1 is an electron micrograph showing a cross section of a lithium niobate single crystal thin film formed on a lithium tantalate single crystal substrate in a waveguide type optical directional coupler according to the present invention. The waveform on the photograph is the result of EPMA analysis of boron.

【図２】ニオブ酸リチウム単結晶の成長面であるタンタ
ル酸リチウム基板の(0001)面を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic view showing a (0001) plane of a lithium tantalate substrate which is a growth surface of a lithium niobate single crystal.

【図３】本発明に係る導波路型光方向性結合器の製造方
法に使用されるＬＢ系溶融体中の、Ｌｉ₂Ｏ−Ｂ₂Ｏ₃−
Ｎｂ₂Ｏ₅の三成分系の三角図である。各組成点は（Ｌｉ
₂Ｏのモル％，Ｂ₂Ｏ₃のモル％，Ｎｂ₂Ｏ₅のモル％）で
表される。 Ｌｉ₂Ｏ／Ｂ₂Ｏ₃／Ｎｂ₂Ｏ₅ Ａ（ 88.90， 2.22， 8.88） Ｂ（ 55.00， 43.00， 2.00） Ｃ（ 46.50， 51.50， 2.00） Ｄ（ 11.11， 80.00， 8.89） Ｅ（ 37.50， 5.00， 57.50） Ｆ（ 47.64， 46.12， 6.24） Ｇ（ 27.01， 64.69， 8.30） Ｈ（ 36.71， 37.97， 25.32） Ｉ（ 44.05， 32.97， 22.98）FIG. 3 shows Li ₂ O—B ₂ O ₃ − in an LB-based melt used in the method of manufacturing a waveguide type optical directional coupler according to the present invention.
FIG. 3 is a triangular diagram of a ternary system of Nb ₂ O ₅ . Each composition point is (Li
₂ mol%, B ₂ O ₃ mol%, Nb ₂ O ₅ mol%). Li ₂ O / B ₂ O ₃ / Nb ₂ O ₅ A (88.90, 2.22, 8.88) B (55.00, 43.00, 2.00) C (46.50, 51.50, 2.00) D (11.11, 80.00, 8.89) E (37.50, 5.00) , 57.50) F (47.64, 46.12, 6.24) G (27.01, 64.69, 8.30) H (36.71, 37.97, 25.32) I (44.05, 32.97, 22.98)

【図４】本発明に係る埋め込み型の導波路型光方向性結
合器の構成を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a configuration of an embedded waveguide type optical directional coupler according to the present invention.

【図５】本発明に係るリッジ型の導波路型光方向性結合
器の構成を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a ridge-type waveguide type optical directional coupler according to the present invention.

【図６】本発明に係る埋め込み型の導波路型光方向性結
合器の製造工程を説明する図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a manufacturing process of the buried waveguide type optical directional coupler according to the present invention.

【図７】本発明に係るリッジ型の導波路型光方向性結合
器の製造工程を説明する図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a manufacturing process of a ridge-type waveguide type optical directional coupler according to the present invention.

【図８】ＬＢフラックス系溶融体とＬＶフラックス系溶
融体との比較においてフラックス中へのＮａ₂ＣＯ₃の置
換量とニオブ酸リチウム単結晶薄膜のａ軸の格子定数と
の関係を示した図である。FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the substitution amount of Na ₂ CO ₃ in the flux and the a-axis lattice constant of the lithium niobate single crystal thin film in the comparison between the LB flux-based melt and the LV flux-based melt. Is.

【図９】ＬＢフラックス系溶融体とＬＶフラックス系溶
融体との比較においてニオブ酸リチウム単結晶薄膜の耐
光損傷性のテスト結果を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing the results of light damage resistance test of a lithium niobate single crystal thin film in comparison between an LB flux-based melt and an LV flux-based melt.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ ＬｉＴａＯ₃単結晶基板 ２ ＬｉＮｂＯ₃単結晶薄膜光導
波路 ２ａ、２ｂ 分岐光導波路 ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ 電極1 LiTaO ₃ Single Crystal Substrate 2 LiNbO ₃ Single Crystal Thin Film Optical Waveguide 2a, 2b Branch Optical Waveguide 3a, 3b, 3c, 3d Electrode

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 ニオブ酸リチウムとは基本組成を異にす
るヘテロ材料からなるヘテロ基板上に互いに近接して形
成された２本の平行なニオブ酸リチウム単結晶光導波路
の結合（近接）領域に該各ニオブ酸リチウム単結晶光導
波路を通る導波光の位相を変化させる光変調手段を設け
てなる導波路型光方向性結合器であって、前記各ニオブ
酸リチウム単結晶光導波路にはホウ素が含有されてなる
ことを特徴とする導波路型光方向性結合器。1. In a coupling (proximity) region of two parallel lithium niobate single crystal optical waveguides formed close to each other on a hetero substrate made of a hetero material having a different basic composition from lithium niobate. A waveguide-type optical directional coupler comprising optical modulation means for changing the phase of guided light passing through each of the lithium niobate single crystal optical waveguides, wherein boron is contained in each of the lithium niobate single crystal optical waveguides. A waveguide type optical directional coupler characterized by being contained. 【請求項２】 前記ホウ素の含有量は、5〜1000ppmであ
ることを特徴とする請求項１に記載の導波路型光方向性
結合器。2. The waveguide type optical directional coupler according to claim 1, wherein the content of the boron is 5 to 1000 ppm. 【請求項３】 前記ニオブ酸リチウム単結晶光導波路に
おける結晶構造のａ軸の格子定数は、前記ヘテロ基板の
結晶格子のａ軸の格子定数の 99.81〜100.07％の範囲内
であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の
導波路型光方向性結合器。3. The a-axis lattice constant of the crystal structure of the lithium niobate single crystal optical waveguide is within the range of 99.81 to 100.07% of the a-axis lattice constant of the crystal lattice of the hetero substrate. The waveguide type optical directional coupler according to claim 1 or 2. 【請求項４】 前記ヘテロ基板の結晶格子のａ軸の格子
定数は、5.128〜5.173Ａであることを特徴とする請求項
３に記載の導波路型光方向性結合器。4. The waveguide type directional coupler according to claim 3, wherein the lattice constant of the a-axis of the crystal lattice of the hetero substrate is 5.128 to 5.173A. 【請求項５】 前記ニオブ酸リチウム単結晶光導波路中
には、0.02〜10.0モル％の範囲のナトリウム及び／又は
0.8〜10.8モル％の範囲のマグネシウムを含有してなる
ことを特徴とする請求項１ないし請求項４に記載の導波
路型光方向性結合器。5. The lithium niobate single crystal optical waveguide contains sodium and / or sodium in the range of 0.02 to 10.0 mol%.
5. The waveguide type optical directional coupler according to claim 1, which contains magnesium in a range of 0.8 to 10.8 mol%. 【請求項６】 表面に互いに近接して２本の平行な光導
波路形成用の溝を設けたヘテロ基板を Ｌｉ₂Ｏ−Ｂ₂Ｏ₃
−Ｎｂ₂Ｏ₅フラックス系溶融体中に浸漬し、液相エピタ
キシャル成長法により前記ヘテロ基板の各溝内にホウ素
を含有するニオブ酸リチウムの単結晶の光導波路を形成
し、該両光導波路の結合領域に該各導波路を通る導波光
の位相を変化させる光変調手段を設けるようにしたこと
を特徴とする導波路型光方向性結合器の製造方法。6. A hetero substrate provided with two parallel grooves for forming an optical waveguide on the surface of the substrate is made of Li ₂ O—B ₂ O ₃
A single crystal optical waveguide of lithium niobate containing boron is formed in each groove of the hetero substrate by immersion in a Nb ₂ O ₅ flux-based melt, and liquid phase epitaxial growth method is performed. A method of manufacturing a waveguide type optical directional coupler, characterized in that an optical modulation means for changing the phase of guided light passing through each of the waveguides is provided in the region. 【請求項７】 ヘテロ基板をＬｉ₂Ｏ−Ｂ₂Ｏ₃−Ｎｂ₂Ｏ
₅ フラックス系溶融体中に浸漬し、液相エピタキシャル
成長法により前記ヘテロ基板上にホウ素を含有するニオ
ブ酸リチウムの単結晶薄膜を形成し、前記単結晶薄膜を
部分的にマスクした状態でこの単結晶薄膜の残部をエッ
チング除去することにより２本の互いに近接した平行な
ニオブ酸リチウム単結晶光導波路を形成し、該両光導波
路の結合領域に該各導波路を通る導波光の位相を変化さ
せる光変調手段を設けるようにしたことを特徴とする導
波路型光方向性結合器の製造方法。7. A hetero substrate is made of Li ₂ O—B ₂ O ₃ —Nb ₂ O.
₅ Immersed in a flux-based melt, to form a single crystal thin film of lithium niobate containing boron on the hetero substrate by liquid phase epitaxial growth method, with the single crystal thin film partially masked Light for forming two parallel lithium niobate single crystal optical waveguides in close proximity to each other by etching away the remaining portion of the thin film, and changing the phase of the guided light passing through the respective waveguides in the coupling region of the both optical waveguides. A method of manufacturing a waveguide type optical directional coupler, characterized in that modulation means is provided.