JPH0688913A - 光導波路 - Google Patents

光導波路

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JPH0688913A
JPH0688913A JP4262725A JP26272592A JPH0688913A JP H0688913 A JPH0688913 A JP H0688913A JP 4262725 A JP4262725 A JP 4262725A JP 26272592 A JP26272592 A JP 26272592A JP H0688913 A JPH0688913 A JP H0688913A
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JP
Japan
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refractive index
substrate
core portion
optical waveguide
rays
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JP4262725A
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English (en)
Inventor
Takashi Shionoya
孝 塩野谷
Jun Iwasaki
純 岩崎
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 作製が容易で、かつ光の偏光方向によってシ
ングルモードとダブルモードの切り換えが可能な光導波
路を提供する。 【構成】 基板1上には、常光線及び異常光線のいずれ
に対しても基板1より屈折率の大きい第1コア部2と、
異常光線に対してのみ基板1より屈折率の大きい第2コ
ア部3a,3bが形成されており、第1コア部2が常光
線に対するシングルモード導波路を構成し、第1コア部
2と第2コア部3a,3bを合わせた領域が異常光線に
対するダブルモード導波路を構成する。第1コア部2は
熱拡散法によって、第2コア部3a,3bはプロトン交
換法やLi2 O外方拡散法によって形成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【産業上の利用分野】本発明は光導波路に関するもので
ある。
【0001】
【従来の技術】近年、種々の分野で光導波路が注目され
ている。その理由は光導波路を用いることにより光学系
の小型・軽量化を図ることができ、また、光軸の調整が
不要になるという利点を有しているからである。
【0002】光導波路は、導波路(コア部)とクラッド
部の屈折率差や導波路幅、屈折率分布によって、0次モ
ードだけが励振されるシングルモード導波路と、0次と
1次の2つのモードが励振されるダブルモード導波路
と、0次、1次及び2次以上の3つ以上のモードが励振
されるマルチモード導波路とに分類される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、光導波路を
種々の装置に応用する場合、光の偏光方向によりシング
ルモードになったりダブルモードになったりする光導波
路を用いることができれば、応用範囲が広がることが考
えられる。そして、そのような光導波路は複屈折現象を
示す物質を導波路材料に用いることにより可能である。
【0004】しかし、複屈折現象を示す物質を導波路材
料に用いた場合は、その屈折率により導波路幅をある範
囲内に精度良く納めなくてはならず、現実には作製が困
難である。
【0005】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
であり、作製が容易で、かつ光の偏光方向によってシン
グルモードとダブルモードの切り換えが可能な光導波路
を提供することを目的とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】請求項1の光導波路は、
基板上に形成された前記基板よりも屈折率の大きいコア
部を有する光導波路において、上記の課題を達成するた
めに、前記コア部は常光線及び異常光線のいずれに対し
ても前記基板より屈折率の大きい第1コア部と、異常光
線に対してのみ前記基板より屈折率の大きい第2コア部
を備えたものである。
【0007】請求項2の光導波路は、前記第1コア部は
常光線に対してシングルモードの導波路を構成し、前記
第1コア部と第2コア部を合わせた領域は異常光線に対
してダブルモードの導波路を構成するものである。
【0008】請求項3の光導波路は、前記基板として、
電気光学効果を有する誘電体結晶を用いたものである。
【0009】請求項4の光導波路は、前記第1コア部は
所定の金属を前記基板中に熱拡散させることにより屈折
率を増大させる熱拡散法によって形成され、前記第2コ
ア部は前記基板を溶液中に浸漬して前記基板中のイオン
を前記溶液中のイオンと交換させることにより屈折率を
増大させるプロトン交換法、もしくは前記基板を加熱し
てLi2 Oを前記基板外に拡散させることにより屈折率
を増大させるLi2 O外拡散法によって形成されたもの
である。
【0010】
【作用】電気光学効果を有する単結晶基板のうち、ニオ
ブ酸リチウム単結晶とタンタル酸リチウム単結晶は光導
波路を作製する基板として広く用いられている。ニオブ
酸リチウム基板上とタンタル酸リチウム基板上に光導波
路を作製する方法はいくつかあり、その中で熱拡散法、
プロトン交換法及びLi2 O外方拡散法は広く用いられ
ている作製方法である。
【0011】熱拡散法は、熱拡散したい材料を基板上に
堆積させておき、これを高温の炉の中で一定時間加熱す
ることにより堆積材料を基板中に拡散させて高屈折率領
域(コア部)を形成する方法である。拡散源としては、
ニオブ酸リチウム基板ではTi、V、Ni、Cu等の遷
移金属がよく用いられ、タンタル酸リチウム基板ではC
u、Ti、Nbなどの遷移金属がよく用いられる。
【0012】プロトン交換法は、基板を所定の溶液中に
浸して基板中のイオンを溶液中のイオンと交換すること
により基板表面近くに高屈折率領域(コア部)を形成す
る方法である。溶液としては、安息香酸、硝酸銀、ピロ
リン酸等の溶融液がよく用いられている。プロトン交換
法で作製した導波路はアニールすることにより屈折率お
よび屈折率分布を変化させることができる。
【0013】Li2 O外方拡散法は、基板を高温に熱し
て結晶表面からLi2 Oを外部へ放出させることにより
高屈折率領域を形成する方法である。
【0014】上述した各方法のうち、熱拡散法では、常
光線に対する屈折率と異常光線に対する屈折率の両方が
増大するが、プロトン交換法とLi2 O外方拡散法では
異常光線に対する屈折率のみが増加する。
【0015】従って、ニオブ酸リチウム等の基板上に熱
拡散法によって常光線と異常光線の両方に対して屈折の
高い領域(第1コア部)を形成し、更にこの熱拡散法に
よって形成された第1コア部の両側、あるいは上面の第
1コア部より幅の広い領域にプロトン交換法(アニール
工程を含む)、もしくはLi2 O外方拡散によって異常
光線に対してのみ屈折率の高い領域(第2コア部)を形
成すれば、常光線に対してと異常光線に対してとで、導
波路となる領域(基板に対して屈折率の高い領域)を異
ならせることができる。
【0016】この際、第1及び第2コア部の屈折率、屈
折率分布を適宜調整することによって、第1コア部を常
光線に対するシングルモード導波路とし、第1コア部と
第2コア部を合わせた領域を異常光線に対するダブルモ
ード導波路とすることができる。即ち、光の偏光方向に
よって、シングルモードとなったり、ダブルモードとな
ったりする光導波路を作製することが可能である。
【0017】なお、屈折率及び屈折率分布の調整は、上
述した熱処理やプロトン交換等の処理の時間・温度、ア
ニール処理の温度・時間、熱拡散やプロトン交換を行う
領域の大きさ等の条件を適宜選択することによって行う
ことができる。
【0018】
【実施例】図1は本発明の第1実施例による光導波路の
構成を示す模式的な断面図である。図において、ニオブ
酸リチウム基板1上には、Tiの熱拡散によって形成さ
れた常光線及び異常光線のいずれに対しても屈折率が高
い第1コア部2と、その両側にプロトン交換後アニール
することによって形成された異常光線に対してのみ屈折
率が高い第2コア部3a,3bが設けられている。そし
て、第1コア部2は、常光線に対してシングルモードの
導波路を構成し、第1コア部2と第2コア部3a,3b
を合わせた領域は異常光線に対してダブルモードの導波
路を構成するように屈折率分布が調整されている。
【0019】以下、図2を参照して、図1の光導波路の
作製方法を説明する。まず、図2(a)はTi拡散後の
状態を示す断面図である。第1コア部2はニオブ酸リチ
ウム基板1上にTiの導波路パターンを成膜した後、加
熱することにより形成される。この第1コア部2は、常
光線に対する屈折率も異常光線に対する屈折率も増大
し、常光線の導波光に対しても異常光線の導波光に対し
てもシングルモードとなるように作製されている。本実
施例における第1コア部2の屈折率の増加量は常光線、
異常光線とも6×10-3程度である。
【0020】次に、図2(b)はプロトン交換後の状態
を示す断面図である。プロトン交換(プロトン交換源:
安息香酸)は第1コア部2の両側の領域13a,13b
に対して行われる。このプロトン交換部分13a,13
bは異常光線に対する屈折率のみが増大し、その増加量
は1.3×10-1程度である。
【0021】続いて、図2(c)はアニール後の状態を
示す断面図である。アニールによりプロトン交換部分1
3a,13bは横方向と深さ方向に広がり(第2コア部
3a,3b)、屈折率が変化する。この際、アニールの
条件は、第1コア部2と第2コア部3a,3bの屈折率
の変化量がほぼ等しくなるように設定する。
【0022】さてここで、上記のようにして作製された
図1の光導波路の屈折分布について説明する。図3は常
光線に対して屈折率が増大している領域(即ち第1コア
部)2を示した図であり、常光線の導波光に対してはシ
ングルモード導波路となっている。
【0023】一方、図4は異常光線に対して屈折率が増
大している領域4(即ち第1コア部2と第2コア部3
a,3bを合わせた領域)を示した図であり、異常光線
の導波光に対してダブルモード導波路となっている。
【0024】次に、図5は本発明の第2実施例による光
導波路の構成を示す模式的な断面図である。図におい
て、ニオブ酸リチウム基板21上には、Tiの熱拡散に
よって形成された常光線及び異常光線のいずれに対して
も屈折率が高い第1コア部22と、プロトン交換後アニ
ールすることによって形成された異常光線に対してのみ
屈折率が高い第2コア部23が設けられている。本実施
例では、第2コア部は第1コア部22上に重ねて第1コ
ア部22よりも広い幅で形成されており、第1コア部2
2は常光線に対してシングルモードの導波路を構成し、
第1コア部22との重複部分を含む第2コア部23は異
常光線に対してダブルモードの導波路を構成するように
屈折率分布が調整されている。
【0025】以下、図6を参照して、図5の光導波路の
作製方法を説明する。まず、図6(a)はTi拡散後の
状態を示す断面図である。図において、第1コア部22
はニオブ酸リチウム基板21上にTiの導波路パターン
を成膜し、加熱することにより形成される。第1コア部
22は常光線に対する屈折率も異常光線に対する屈折率
も増大し、常光線の導波光に対しても異常光線の導波光
に対してもシングルモードであるように作製されてい
る。屈折率の増加量は常光線、異常光線とも6×10-3
程度である。
【0026】次に、図6(b)はプロトン交換後の状態
を示す断面図である。プロトン交換部分33(プロトン
交換源:安息香酸)は第1コア部22上に重なるよう
に、かつ第1コア部22よりも幅が広くなるように設け
られている。プロトン交換部分33は異常光線に対する
屈折率のみが増大し、その増加量は1.3×10-1程度
である。
【0027】続いて、図2(c)はアニール後の状態を
示す断面図である。アニールによりプロトン交換部分3
3は横方向と深さ方向に広がり(第2コア部23)、屈
折率が変化する。この際、アニールの条件は、アニール
後の第2コア部23の屈折率の変化量が第1コア部22
の屈折率の変化量とほぼ等しくなるように設定される。
【0028】上記のようにして作製された図5の光導波
路において、第1コア部22が常光線に対するシングル
モード導波路を構成し、第1コア部との重複部分を含む
第2コア部23が異常光線に対するダブルモード導波路
を構成する。即ち、本実施例の光導波路も第1実施例と
同様に、光の偏光方向によって、シングルモードとなっ
たり、ダブルモードとなったりするように構成されてい
る。
【0029】なお、上記の各実施例では、基板としてニ
オブ酸リチウム基板を用いているが、これに限定される
ものではないことは言うまでもなく、例えば、タンタル
酸リチウム等の電気光学効果を有する単結晶基板を用い
ることができる。
【0030】また、上記の各実施例では熱拡散法によっ
て第1コア部を形成する際の拡散源としてTiを用いて
いるが、ニオブ酸リチウム基板を用いる場合の拡散源と
しては、Tiの他にV、Ni、Cu等の遷移金属でも良
く、タンタル酸リチウム基板を用いる場合はCu、T
i、Nb等の遷移金属を用いることができる。
【0031】また、上記の各実施例ではプロトン交換法
によって形成される第2コア部のプロトン交換源として
安息香酸を用いているが、この他、ピロリン酸、硝酸銀
等を用いることができる。
【0032】更に上記の各実施例では、異常光線に対し
てのみ屈折率を増加させる方法としてプロトン交換法を
用いているが、これに代えてLi2 O外方拡散法を採用
することもできる。
【0033】
【発明の効果】以上のように本発明では、常光線及び異
常光線のいずれに対しても基板より屈折率の大きい第1
コア部と、異常光線に対してのみ前記基板より屈折率の
大きい第2コア部とを組み合わせて光導波路を構成して
いるので、導波光の偏光方向によってシングルモードと
ダブルモードを切り換えることができる。即ち、本発明
は従来にない新規な機能をもつ光導波路を提供するもの
であり、本発明による光導波路は種々の光学装置への応
用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施例による光導波路の構成を示す模式的
な垂直断面である。
【図2】(a)〜(c)は、第1実施例による光導波路
の作製方法を説明するための垂直断面図である。
【図3】第1実施例の光導波路において常光線に対する
屈折率が増大している部分を示す垂直断面図である。
【図4】第1実施例の光導波路において、異常光に対す
る屈折率が増大している部分を示す垂直断面図である。
【図5】第2実施例による光導波路の構成を示す模式的
な断面図である。
【図6】(a)〜(c)は、第2実施例の光導波路の作
製方法を説明するための垂直断面図である。
【符号の説明】
1,21…ニオブ酸リチウム基板、2,22…第1コア
部、3a,3b,23…第2コア部、13a,13b,
33…プロトン交換部分

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上に形成された前記基板よりも屈折
    率の大きいコア部を有する光導波路において、 前記コア部は常光線及び異常光線のいずれに対しても前
    記基板より屈折率の大きい第1コア部と、異常光線に対
    してのみ前記基板より屈折率の大きい第2コア部を備え
    たことを特徴とする光導波路。
  2. 【請求項2】 前記第1コア部は常光線に対してシング
    ルモードの導波路を構成し、前記第1コア部と前記第2
    コア部を合わせた領域は異常光線に対してダブルモード
    の導波路を構成することを特徴とする請求項1の光導波
    路。
  3. 【請求項3】 前記基板は電気光学効果を有する誘電体
    結晶であるを特徴とする請求項1の光導波路。
  4. 【請求項4】 前記第1コア部は所定の金属を前記基板
    中に熱拡散させることにより屈折率を増大させる熱拡散
    法によって形成され、前記第2コア部は前記基板を溶液
    中に浸漬して前記基板中のイオンを前記溶液中のイオン
    と交換させることにより屈折率を増大させるプロトン交
    換法、もしくは前記基板を加熱してLi2 Oを前記基板
    外に拡散させることにより屈折率を増大させるLi2
    外方拡散法によって形成されたことを特徴とする請求項
    1の光導波路。
JP4262725A 1992-09-07 1992-09-07 光導波路 Pending JPH0688913A (ja)

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US08/232,192 US5452382A (en) 1992-09-07 1994-07-25 Optical waveguide device and optical microscope using the same

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007501447A (ja) * 2003-05-29 2007-01-25 ミシガン大学リージェンツ ダブルクラッドファイバー走査型顕微鏡

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007501447A (ja) * 2003-05-29 2007-01-25 ミシガン大学リージェンツ ダブルクラッドファイバー走査型顕微鏡

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