JPS6138938A

JPS6138938A - 基板に形成された光電変換装置

Info

Publication number: JPS6138938A
Application number: JP16110984A
Authority: JP
Inventors: Junichi Takagi; 高木　潤一; Naohisa Inoue; 直久井上; Masaharu Matano; 俣野　正治; Maki Yamashita; 山下　牧
Original assignee: Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1984-07-30
Filing date: 1984-07-30
Publication date: 1986-02-25

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】発明の背景この発明は、基板に形成された光電変換装置に関し、特
に基板に集積化された光論理回路のために有用であり、
光信号から起電力を発生させるための装置に関する。

近年、オプトエレクトロニクス技術の進展はめざましく
、光ＩＣの実現も開発課題の１つにあげられている。事
実、光ＩＣの基本となる論理回路、たとえば光論理和（
ＯＲ）回路や光排他的論理和回路が提案されている。出
願人も電気光学効果をもつ基板上に集積化された種々の
光論理回路を提案している（たとえば特願昭５９−．１
１７５５２〜１１７５５４号など）。これらの光論理回
路では、光信号を電気量に変換し、基板のもつ電気光学
効果を利用してこの電気量により種々の光の制御が達成
されている。

所望の光の制御を達成するためには充分な電気量、たと
えば充分に高い電圧が必要である、発明の概要この発明は、基板に形成されｌＣ光導波路を伝播する光
を効率的に利用して、光論理回路等の動作のために必要
かつ充分な電気量が得られるような光電変換装置を提供
するものである。

この発明による光電変換装置は、基板に形成された光導
波路の表面に凹凸が形成され、この凹凸面に光起電力索
子が形成されていることを特徴とする。光導波路を伝播
する光は光導波路表面に形成された凹凸によって放射ま
たは散乱され、光起電力索子に入力し、光導波路を伝播
しできた光の多（が起電力発生のために利用され、効率
の高い光電変換が達成される。

実施例の説明この発明による光電変換装置を、光論理回路の基本要素
である光ＮＯＴ回路に適用した実施例について以下に詳
述する。

まず、光ＮＯＴ論理について説明しておく。

光ＮＯＴ論理は、電気信号のＮＯＴ論理と同じである。

第１図において、入力光信号がＢｉｎ’−ｃ”表わされ
Ｃいる。この入力光信号が光ＮＯＴ論理演算された結果
出力される出力光信号が１ｏｕｔで示されている。光行
が論理値の「１」を表わし、光熱が論理値の「０」を表
わしている。

入力光信号１ｉｎが「０」の場合に出力光信号ｌ０１１
ｔは「１」となり、入力が「１」の場合に出力は「０」
となる。

第２図において、基板（１０）どして１−ｉＮｂ０３結
晶が用いられ、この基板（１０）上に３つの光導波路（
１１）　　（１２）および（１３）が形成されている。

これらの光導波路の作成は、たとえば基板（１０）表面
全面にＴｉを蒸着またはスパッタし、このＴｉ１ｌＩを
利用してＴｉによる導波路パターンをリフトオフ法によ
り形成し、さらにこのＴｉを酸素雰囲気中において９７
０℃で５時間、基板（１０）内に熱拡散させることによ
り行なわれる。

第１の光導波路（１１）は、基板（１０）の一端から基
板（１０）の中央付近または基板（１０）の他端まで形
成されており、光導波路（１１）の終端部または途上に
は光起電力索子（１５）が作製されている。光起電力索
子（１５）としてはたとえばＣｄ　Ｔｅがよい。第３図
（Ａ）に拡大して示されているように、光導波路（１１
）の表面上の一部に、光の伝播する方向に直交する方向
のグレーティングが形成され、このグレーティングの上
にＣｄＴｅが蒸着されかつ適当な箇所（たとえばｃｄＴ
Ｏの上面両側）に端子を形成することにより光起電力索
子ができる。

第３図（Ｂ）は、光導波路（１１）内を伝播する光のう
ち光導波路（１１）から放射される光のエネルギを、光
の進行方向の距離を横軸にして示している。光起電力索
子（１５）の手前の位置において光導波路（１１）を伝
播する先のエネルギを１としている。このグラフからも
分かるように、グレーティングの存在によって、光導波
路（１１）を伝播する光は光起電力索子（１５）に入射
する方向に放射され、かなり多くの光のエネルギが光起
電力索子（１５）で利用されている。

光起電力索子（１５）に入射しなかった光は光導波路（
１１）をさらに伝播していって他の用途に用いられるか
、または他の用途が無い場合には光起電力索子＜１５）
の位置が光導波路（１１）の終端とされる。この場合に
は、光導波路（１１）の端面で反射した光の一部もまた
光起電力索子（１５）に入射するであろう。

第２図において、第２の光導波路（１２）は基板（１０
〉の一端から他端まで形成されている。

第３の光導波路（１３）はその一端部が第２の光導波路
（１２）の一部に近接し、かつ伯の部分においては第２
の光導波路（１２）から離れてｌ、Ｎる。

第２の光導波路（１２）と第３の光導波路（１３）との
互いに近接１ノだ部分は方向性結合器を構成している。

この方向性結合器を構成Ｊ−る光導波路部分上には１対
の電極（１４）が設りられてしする。この電極（１４）
には配線パターン（１６）によって光起電力索子（１５
）の両端子が接続され、索子（１５）の起電力が電極（
１４）に印加されるようになっている。電極（１４）、
配線パターン（１６）および光起電力索子（１５）の端
子はＡＩを所定のパターンにリフトオフすることにより
作製される。

方向性結合器は近接した２木の平行光導波路間で光のパ
ワーのやりとりを生じさけるｂのである。光導波路（１
２）と（１３）との互いに近接（）た部分によって構成
される方向性結合器は、一方の光導波路（１２）を伝播
する光の１００％−のパワーが他方の光導波路（１３〉
に移行するようにその相互作用長、結合係数、位相定数
等が設定されている。

ＬｉＮｂＯ３は電気光学効果をもつ結晶であるから、こ
の結晶に電界を印加するとその屈折率が変化Ｊる。光起
電力索子（１５）から発生した電圧が電極（１４）に印
加されると、光導波路（１２）　　（１３）の電極直下
における屈折率が変化し光導波路（１２＞　　（１３）
のこれらの部分における位相定数が変化する（Ｚカット
ＬｉＮｂＯ３の場合）、または光導波路＜１２＞　　（
１３）におけるこれらの光導波路部分間の屈折率が変化
することにより結合の強さが変化する（Ｙカットし１Ｎ
ｔ１０３の場合）。このような結合の強さ、位相整合の
変化によって、光導波路（１２）　　（１３）の近接部
分から構成される方向性結合器においては光パワーの移
行が生じなくなる。

さて、第２図に示された光ＮＯＴ回路の動作を統一的に
説明づる。入力光信号■ｉｎは第１の光導波路（１１）
に導入される。第２の光導波路（１２）には、基準光ｌ
１ｎＲが常時入力している。

出力光信号Ｉｏｕｔは第３の光導波路（１３）から得ら
れる。

入力光信Ｑ　Ｉ、ｎが「○」の場合には、光起電力索子
（１５）から起電力は発生しないので、電極（１４）に
は電圧は印加されない。したがって、光導波路（１２）
を伝播する光は方向性結合器から光導波路（１３〉にそ
の１００％が移行し、出力光信号１ｏｕｔは「１」とな
る。

入力光信号１ｉｎが「１」の場合には、光導波路（１１
）を伝播する光によって光起電力索子（１５）に電圧が
発生し、これが電極（１４）に印加される。したがって
、光導波路（１２）を伝播する光は、方向性結合器から
光導波路（１３）に移行せずに、光導波路り１２〉を伝
播していく。

このため、出力光信Ｈ１ｏｕｔはｒＯＪとなる。

上述の説明においては方向性結合器における光パワーの
移行量を理想的に１００％としているが、もちろん１０
０％である必要はない。なぜなら、光導波路（１３）か
ら出ノコされる光信号ｌ　ｏｕｔのパワーをレベル弁別
して論理値「１」、ｒＯＪを判別すればよいからである
。

第４図（Ａ＞は変形例を示している。ここでは、光導波
路（１１）の上面が粗面とされ、この粗面上に光起電力
索子（１５）が形成されている。

この場合にも、同図（Ｂ）より明らかなように、光導波
路（１１）を伝播する光の多くが粗面で敗乱し光起電力
索子（１５）に大剣する。

いずれにしても、光起電力索子（１５）は光導波路（１
１）表面に形成された凹凸面上に形成されているので、
光導波路（１１）を伝播してきた光の多くが光起電力索
子に入力して利用される。

したがって、効率が高く、かつ大ぎな起電力が得られ、
上述のような電気光学効果を利用した光信号の制衝１用
に適用することができる。

この発明が応用される光論理回路は上述の光ＮＯＴ回路
に限られないのはいうま′ｒ：Ｌ）すいし、この発明は
光論理回路以外の基板上に形成された索子等に応用可能
である。光起電力索子は、ＣｄＴｅに限らず、プラズマ
ＣＶＤ法により作製されるａ−３ｉなど種々のもので実
現（・きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は光ＮＯＴ論理演算を示ず波形図、第２図はこの
発明を光ＮＯＴ回路に適用した実施例を示す斜視図、第
３図（Ａ＞は第２図のＩ−■線にそう拡大断面図、第３
図（Ｂ）は光導波路から放射される光エネルギを示すグ
ラフ、第４図は変形例を示すものであって、第４図（Ａ
）は第３図（△）相当の断面図、第４図（Ｂ）は光導波
路から放射される光エネルギを示すグラフである。（１０）・・・基板、（１１）　　（１２）　　（１３
＞・・・光導波路、（１５）・・・光起電力索子。以上特許出願人　　立石電機　株式会社＠１図１゜図面の浄書−（内容に変更なし）第８図ＣＢ）ｒｌｉｊｉ（５ｉ１＋　、’ｌ）：　ｉ１’＋４　′°
；　（、：　ｆ　、ｉｇ　すＬ　）第４図距　岨−−→− 手続補正書Ｃ方式）％式％２、発明の名称　基板に形成された光電変換装置３、補
正をする音事件との関係　　　　特許出願人住　　所京都市右京区花園土堂町１０番地氏名・名称　
（２９４）立石電機株式会社４、代　理　Å 以上

Claims

【特許請求の範囲】

基板に形成された光導波路の表面に凹凸が形成され、こ
の凹凸面上に光起電力索子が形成されている、基板に形
成された光電変換装置。