JPS6396626A - 導波型光制御素子 - Google Patents

導波型光制御素子

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JPS6396626A
JPS6396626A JP24203786A JP24203786A JPS6396626A JP S6396626 A JPS6396626 A JP S6396626A JP 24203786 A JP24203786 A JP 24203786A JP 24203786 A JP24203786 A JP 24203786A JP S6396626 A JPS6396626 A JP S6396626A
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JP
Japan
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waveguide
electrode
optical
control element
optical waveguide
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JP24203786A
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English (en)
Inventor
Yoshiro Komatsu
啓郎 小松
Mitsukazu Kondo
充和 近藤
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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Publication of JPS6396626A publication Critical patent/JPS6396626A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/03Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect
    • G02F1/035Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect in an optical waveguide structure

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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光波の変調を行う光回路に関し、特に基板中に
設けられた先導波路を用いて制御を行う導波型の光回路
に関する。
〔従来の技術とその問題点〕
近年、光通信システムの実用化が進むにつれ、さらに大
容量、高機能のシステムが要求されるようになり、より
高速の光波の変調器や光スィッチ等の光制御素子が必要
となっている。このような光制御素子においては、その
挿入損失が光信号の伝送距離を制限するということもあ
り得るので、高速性とともに低損失性も重要となる。
高速の光制御素子としては、大きな電気光学効果を有す
るLiNbC)+にオブ酸リチウム)結晶等の基板中に
Tiを熱拡散することにより導波路を形成し、導波路の
屈折率分布を電気光学効果を利用して電界で変化させる
ことにより制御する方式の光変調器等があり、光位相変
調器、カットオフ型光強度変調器1介岐干渉型光変調器
等に関する報告がなされている。このような導波型光変
調器においては、電気光学効果自体は非常に高速である
が、実際のシステム内で高速で動作させるためには、素
子の変調電圧が低電圧であることが要求される。これは
高電圧を発生させる電気回路を得ることが高速であれば
あるほど困難となるためである。
また上述の光変調器を実際の光フアイバ伝送系へ適用す
る場合には、低損失性も要求される。Ti拡散L i 
N b O3導波型光変調器の光ファイバ間挿入損失は
、主に光ファイバとの結合損失と光波が導波路中を伝搬
するときの導波損失により生ずる。このうち結合損失に
関しては、Ti拡散導波路形成後に導波路表面に基板の
屈折率を下げるイオンであるMgを追拡散することによ
り温波路出射光のエネルギー分布を光ファイバのエネル
ギー分布に一致させることができ、片端面当り0.15
dB程度にまで結合損失を低減できることが、本発明者
らにより1986年集積光学と導波光学に関する会議(
Topical Meeting on Integr
ated and Guided−Have 0pti
cs)のポストデッドライン ペーパーズPDP−2に
述べられている。一方、導波損失に関しては、Ti拡散
導波路自体では波長1.3μmに対して0.1〜0.2
dB/cmという小さな値であるが、その上に電極を形
成すると導波損失が増大することが知られている。これ
は、−iには、LiNb0.3の電気光学効果の中で最
大のγ4.を利用できるようにl、1Nbos基板が変
調器では用いられ、導波光としてはTMモードが利用さ
れるため、光波の電界分布のしみ出しにより電極部での
光波の吸収が生じるためである。これを防止するために
第2図に示すように通常S i O2等の低屈折率、低
損失の誘電体バッファ層102がTi拡散導波路103
の形成されたL I N b O3基板101と電極1
04.105の間に形成されている。しかしながらSi
n、等のバッファ層を電極−基板間に形成すると導波損
失は減少するが、導波路103に印加される実効的な電
界はバッファ層102を形成しないときに比べて減少し
、結果として動作電圧が増加するという問題がある。バ
ッファ層102の厚さを厚くすればする程、導波損失は
減少するが、動作電圧は増大する。
本発明は、上述のようにTi拡散LiNb0:+導波型
光制御素子の導波損失を増加させることなく動作電圧を
低減化することを目的とする。
C問題点を解決するための手段〕 本発明は、ニオブ酸リチウム結晶中に帯状のチタンを拡
散して形成した光導波路と、光導波路上に設けられた1
対の電極と、電極と光導波路の間に形成されたバッファ
層とを有する導波型光制御素子において、バッファ層が
導波路の真上の電極と光導波路との間にのみ形成されて
いることを特徴としている。
〔作用〕
本発明においては、導波路の真上の電極と導波路との間
に十分な厚さのバッファ層を形成して電極での光波の吸
収を防止するが、従来とは異なりもう一方の電極とLi
NbO3基板の間にはバッファ層を形成しない。したが
って、従来よりも導波路に印加される電界強度は増加し
、バッファ層の厚さが十分に厚くても動作電圧は低減化
できることになり、低損失、低電圧の光制御素子が実現
できる。
〔実施例〕
以下図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
第1図(a)は本発明によるTi拡散LiNbo3光位
相変調器の構造を示す斜視図であり、第1図(b)はそ
の断面図である。
第1図においては、L iN b Os基板101中に
帯状のTiが拡散されて形成されたTi拡散導波路10
3. S i O□バッファ層102(第102a)に
おいては省略されている)、1対の電極104  <s
波路上電極)および105により光位相変調器が構成さ
れている。
第1図に構成を示した光位相変調器においては、入射側
光導波路端面106から入射された光波は、1対の電極
間104および105に印加される電圧に応じて電気光
学効果によりTi拡散導波路103の屈折率が変化して
位相変調を受け、出射測光翼波路端面107から出射さ
れる。
第1図に示した光位相変調器の製造方法を簡単に説明す
る。先ず、LiNb0z基板101上に通常のフォトリ
ソグラフィ技術を用いてTi膜による光導波路のパター
ンを形成する。すなわちリフトオフ法もしくはエツチン
グにより厚さ500〜2000人5幅数〜10μm程度
のTi膜による導波路パターンを形成する。Tiによる
導波路パターンが形成された基板は1000〜1100
℃、5〜10時間程度拡散炉中で加熱されることにより
TiがL i N b Oz基板中へ拡散され、その部
分のみ屈折率がわずかに増加して光導波路103となる
。その後、第1図において導波路上電極104に相当す
る部分にのみ2000Å以上のSi0g膜を形成する。
第1図において導波路上電極104に相当する部分にの
みSiO2膜を形成するには、基板全面にSiO□膜を
形成しその後導波路上電極部をフォトレジストで覆い、
それ以外の部分のS i Oを膜をエツチングで除去す
るか、もしくはS i O!膜形成時に導波路上電極1
04に相当する部分以外の領域をフォトレジストで覆っ
ておきSiO□膜形成後にフォトレジスト膜を溶融する
いわゆるリフトオフ法により行えばよい。StO□膜形
成後CrとAuもしくはCr(!:Aβを積層した第1
図に示すような1対の電極104および105を形成す
る。その後、先導波路103に垂直方向に研摩もしくは
へき開により入射側および出射側先導波路端面106お
よび107を形成する。以上が第1図に示した光位相変
調器の製造方法である。
次に本発明により低損失で低電圧動作が可能な光位相変
調器が得られる原理について説明する。
前述のように7Mモードの導波光を利用するTi拡散L
iNb0.i波型光制御素子においては、ある程度のバ
ッファ層の厚さがないと電極での光吸収による導波損失
の増加が生じてしまう。本発明者らが電極間隔が5μm
で、基板全面にSi0g膜が形成されている第2図の光
位相変調器において実験的に検討したところでは、波長
1.3μmの場合Singバッファ屡の厚さを3000
人程度色原ないと光吸収による導波損失の増加が観測さ
れた。
一方、動作電圧の方は、第2図に示した光位相変調器に
おいて電極長16mmの場合、同じく波長1.3μmに
対して、S i Oz膜の厚さが1500人のときには
半波長電圧が6■であったものが、SiO□膜の厚さが
3000人のときには半波長電圧が7VとIV程度増加
した。波長が1.5μmの場合には半波長電圧の増加は
さらに大きくなり、S i 02膜厚1500人のとき
には8.4■であったものが3000人のときにはIO
Vとなった。このように7Mモードの導波光を利用する
Ti拡散導波型光制御素子においては電極での光吸収に
導波損失の増加を防ぐためにはSin!膜厚を3000
人程度色原くする必要があり、その結果動作電圧の増加
を招いていた。
しかしながら、光吸収を生じさせる電極は導波路の真上
の電極104のみであり、もう一方の電極105におい
ては光吸収はほとんど生じないので、第2図に示した従
来例のように両方の電極の下にSiO□膜が形成されて
いる必要は必ずしもない。
これは、通常用いられるTfの拡散条件では基板面に水
平方向の導波光の電界分布は導波路中心から5μm離れ
た位置ではほとんど減衰しており、導波路幅数μm以上
で電極間隔が5μm程度であれば導波路の真上の電極1
04と導波路103の間にのみ3000人程度色原in
、膜が形成されていればもう一方の電極105と基板1
01の間にはバッファ層は必要ない。
本発明においては、第1図(b)に示すように、上述の
ような導波路103の真上の電極104と導波路103
の間にのみ3000人程度色原in、バッファ層102
が形成された構成を採用している。この構成においては
、Si○2バッファ層厚が3000人程度色原くても、
第2図に示した従来例のSiO□バッファ層厚が150
0人の場合と電界強度は等価となり、半波長電圧は従来
例でS i Ozバッファ層厚が3000人程度色原合
に比べて低減化できる。したがって、第1図(b)に示
した本発明による光位相変調器の構造を採用することに
より低損失で低電圧の光位相変調器が得られることにな
る。
以上、本発明の一実施例について説明したが、本発明は
上記の実施例に限定されるものではない。
実施例に示した光位相変調器と同一の構造を有し、Ti
の拡散条件が異なるカットオフ型光強度変調器において
も本発明を適用することができる。また分岐干渉型光変
調器、光スィッチの位相変調器部に本発明を適用し低損
失かつ低電圧の光変調器。
光スィッチが実現できることは言うまでもない。
さらに電極形状としては、高速化により適した進行波電
極等も用いることができ、バッファ層としてもSin、
に限らないことは言うまでもない。
〔発明の効果〕
以上述べたように本発明によれば、Ti拡散LiNbo
:1光制御素子の導波損失を増加させることなく、その
動作電圧を低減化させることが可能であり、低損失でか
つ低電圧の導波型光制御素子を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例である光位相変調器を説明す
るための図、 第2図は従来技術の問題点を説明するための図である。 101   ・ ・ ・ ・ ・ L 1Nb()+ 
 基牟反102 ・・・・・5i02バッファ層103
  ・・・・・Ti拡散導波路 104  ・・・・・導波路上電極 105  ・・・・・電極 106  ・・・・・入射側光導波路端面107  ・
・・・・出射側光導波路端面(b) 第1図 第2図 手続補正書

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)ニオブ酸リチウム結晶中に帯状のチタンを拡散し
    て形成した光導波路と、光導波路上に設けられた1対の
    電極と、電極と光導波路の間に形成されたバッファ層と
    を有する導波型光制御素子において、バッファ層が導波
    路の真上の電極と光導波路との間にのみ形成されている
    ことを特徴とする導波型光制御素子。
JP24203786A 1986-10-14 1986-10-14 導波型光制御素子 Pending JPS6396626A (ja)

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