JP2680699B2 - 光導波路の形成方法 - Google Patents
光導波路の形成方法Info
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- JP2680699B2 JP2680699B2 JP1249244A JP24924489A JP2680699B2 JP 2680699 B2 JP2680699 B2 JP 2680699B2 JP 1249244 A JP1249244 A JP 1249244A JP 24924489 A JP24924489 A JP 24924489A JP 2680699 B2 JP2680699 B2 JP 2680699B2
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
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- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B6/13—Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method
- G02B6/134—Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method by substitution by dopant atoms
- G02B6/1342—Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method by substitution by dopant atoms using diffusion
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は光通信、光情報処理の分野に用いる光導波路
に関する。
に関する。
［従来の技術］ ニオブ酸リチウム（以下、LiNbO3と示す。）単結晶
は、通常大気中又は酸素を20容量％以上含有する酸−窒
素混合ガス雰囲気中でチョクラルスキー法により育成さ
れる。このニオブ酸リチウムは大きな電気光学効果、音
響光学効果、非線型光学効果をもつために、LiNbO3を用
いて光を制御するデバイスが盛んに開発されている。特
に結晶基板上にチタンを拡散した光導波路が最も研究さ
れている。しかし、LiNbO3結晶は強い入射光により屈折
率が変化する現象、いわゆる光損傷を生じる。この光損
傷はチタンを拡散した光導波路においても同様に起こ
り、光損傷により光導波路部分と光導波路を囲む領域と
の屈折率の差が減少し、導波光が外部にもれることにな
る。
は、通常大気中又は酸素を20容量％以上含有する酸−窒
素混合ガス雰囲気中でチョクラルスキー法により育成さ
れる。このニオブ酸リチウムは大きな電気光学効果、音
響光学効果、非線型光学効果をもつために、LiNbO3を用
いて光を制御するデバイスが盛んに開発されている。特
に結晶基板上にチタンを拡散した光導波路が最も研究さ
れている。しかし、LiNbO3結晶は強い入射光により屈折
率が変化する現象、いわゆる光損傷を生じる。この光損
傷はチタンを拡散した光導波路においても同様に起こ
り、光損傷により光導波路部分と光導波路を囲む領域と
の屈折率の差が減少し、導波光が外部にもれることにな
る。
ところで、光損傷の発生機構については定性的には以
下の様に解されている。
下の様に解されている。
入射光によって不純物単位から伝導帯に励起されたキ
ャリヤーである電子は、ある距離を−Ｃ軸の方向から＋
Ｃ軸の方向へ移動した後、不純物、空孔等の欠陥に捕獲
される結果、結晶中に空間電場Escを形成する。そし
て、該空間電場により光導波路部分の屈折率変化が誘起
され、光損傷が生ずると言われている。
ャリヤーである電子は、ある距離を−Ｃ軸の方向から＋
Ｃ軸の方向へ移動した後、不純物、空孔等の欠陥に捕獲
される結果、結晶中に空間電場Escを形成する。そし
て、該空間電場により光導波路部分の屈折率変化が誘起
され、光損傷が生ずると言われている。
そして、上記光導波路部分の屈折率変化Δｎは Δｎ＝−1/2n2・ｒ・Esc で表すことができる。ここで、 n:屈折率 r:電気光学定数 cm/V Esc:空間電場 V/cm である。
［発明が解決しようとする課題］ 上記発生機構に基づき、光損傷低減のための方法とし
て、酸化マグネシウムをLiNbO3単結晶に添加する方法
と、結晶中の不純物を低下するという方法が提起されて
いる。
て、酸化マグネシウムをLiNbO3単結晶に添加する方法
と、結晶中の不純物を低下するという方法が提起されて
いる。
前者はMgOをLiNbO3融液中に5mol％添加し、チョクラ
ルスキー法により結晶を育成するものであり、得られた
単結晶の光損傷耐性は無添加のものと比較して約２桁向
上していると言われている。しかし、この単結晶を用い
てチタンを拡散し、光導波路を形成した場合には光導波
路部分の光損傷が低減できないという欠点がある。ま
た、後者は光損傷の主因となる鉄をはじめとする遷移金
属などの不純物を低減しようとするものであるが、未だ
十分な純度の結晶は得られるに至っていない。
ルスキー法により結晶を育成するものであり、得られた
単結晶の光損傷耐性は無添加のものと比較して約２桁向
上していると言われている。しかし、この単結晶を用い
てチタンを拡散し、光導波路を形成した場合には光導波
路部分の光損傷が低減できないという欠点がある。ま
た、後者は光損傷の主因となる鉄をはじめとする遷移金
属などの不純物を低減しようとするものであるが、未だ
十分な純度の結晶は得られるに至っていない。
以上述べたようにLiNbO3単結晶基板上にTiを拡散した
光導波路において光損傷を低減させる手段は未だ開発さ
れていない。
光導波路において光損傷を低減させる手段は未だ開発さ
れていない。
本発明の目的はLiNbO3単結晶基板上にTiを拡散して形
成した光導波路において、光損傷の少ない光導波路を提
供することにある。
成した光導波路において、光損傷の少ない光導波路を提
供することにある。
［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決するために本発明は、ニオブ酸リチウ
ム単結晶を用いて形成された基板にチタンを拡散する光
導波路の形成方法において、結晶育成雰囲気中の酸素濃
度を大気中の酸素濃度より低く調整し、結晶育成後に大
気中で加熱処理することにより、波長が420nmにおける
光吸収係数が0.03cm-1以下としたニオブ酸リニウム単結
晶を形成し、該ニオブ酸リチウム単結晶から形成された
基板にチタンを拡散することを特徴とする。
ム単結晶を用いて形成された基板にチタンを拡散する光
導波路の形成方法において、結晶育成雰囲気中の酸素濃
度を大気中の酸素濃度より低く調整し、結晶育成後に大
気中で加熱処理することにより、波長が420nmにおける
光吸収係数が0.03cm-1以下としたニオブ酸リニウム単結
晶を形成し、該ニオブ酸リチウム単結晶から形成された
基板にチタンを拡散することを特徴とする。
［作用］ 以下、実施例を用いて説明する。
第１図は、本発明のLiNbO3単結晶より形成した基板を
用いた導波路の構造図の１例である。
用いた導波路の構造図の１例である。
基板の長手方向、幅方向、厚さ方向が、それぞれ単結
晶のａ軸方向、ｂ軸方向、ｃ軸方向となるように形成さ
れた基板１を用いてTi拡散により作成した、２本の入力
ポート２、２′と、出力ポート３を備えた安定のアーム
４長さのマッハツェンダー干渉器５からなる光導波路で
ある。
晶のａ軸方向、ｂ軸方向、ｃ軸方向となるように形成さ
れた基板１を用いてTi拡散により作成した、２本の入力
ポート２、２′と、出力ポート３を備えた安定のアーム
４長さのマッハツェンダー干渉器５からなる光導波路で
ある。
本発明に用いる波長420nmにおける光吸収係数が0.03c
m-1以下のLiNbO3単結晶とは、具体的にはFe2+の少ないL
iNbO3単結晶である。このような単結晶を用いるのは、
光損傷の程度は主として該単結晶中のFe2+の量と比例す
るからであり、Fe2+は420nmを中心とする吸収ピークを
もつことから、この波長の吸収係数が小さいものはFe2+
含有量が低いものとなるからである。
m-1以下のLiNbO3単結晶とは、具体的にはFe2+の少ないL
iNbO3単結晶である。このような単結晶を用いるのは、
光損傷の程度は主として該単結晶中のFe2+の量と比例す
るからであり、Fe2+は420nmを中心とする吸収ピークを
もつことから、この波長の吸収係数が小さいものはFe2+
含有量が低いものとなるからである。
なお、このような結晶は、例えば、結晶育成時に雰囲
気中の酸素濃度を調整することにより得られる。
気中の酸素濃度を調整することにより得られる。
［実施例−１］ 純度99.9995％のLiNbO3を原料とし、雰囲気中の酸素
濃度を10容量％とし、チョクラルスキー法により育成
し、大気中で1100℃、４時間加熱処理して得たほとんど
無色透明の、波長420nmにおける光吸収係数が0.03cm-1
のLiNbO3単結晶を用いて、その長手方向、幅方向、厚さ
方向が、それぞれ単結晶のａ軸方向、ｂ軸方向、ｃ軸方
向となるように形成された長さ40mm、幅10mm、厚さ0.5m
mの基板を作成し、これにTi拡散により、幅７μｍ、導
波路断面積５×10-7cm2の２本の入力ポート２、２′
と、幅７μｍ、導波路断面積５×10-7cm2の出力ポート
３を備えたアーム長さ16mm、幅7mmのマッハツェンダー
干渉器からなる第１図に示した光導波路の入力ポート
２、２′のうちの入力ポート２に光損傷を誘起させる照
射光として、波長0.633μｍのHe−Neレーザー光を入射
し、入力ポート２′には光導波路部分の光損傷による屈
折率変化を測定するためのプローブ光として波長1.3μ
ｍのLD光を光損傷を起こさない程度の強度でTEモードで
入射した。出力ポート３より出射する光のうちプローブ
光を変調し、プローブ光の出力強度をロックイン増幅器
を用いて検出し、プローブ光の出力強度の変化のみを測
定した。レーザー光の入射強度を変え、プローブ光の出
力強度の変化を測定し、対応する光損傷感度Ｓπを式
にしたがい求めた。この結果、Ｓπは、レーザー光の強
度が10W/cm2以下では２×10-8cm2/Jであり、10W/cm2を
越えると急激に増大した。
濃度を10容量％とし、チョクラルスキー法により育成
し、大気中で1100℃、４時間加熱処理して得たほとんど
無色透明の、波長420nmにおける光吸収係数が0.03cm-1
のLiNbO3単結晶を用いて、その長手方向、幅方向、厚さ
方向が、それぞれ単結晶のａ軸方向、ｂ軸方向、ｃ軸方
向となるように形成された長さ40mm、幅10mm、厚さ0.5m
mの基板を作成し、これにTi拡散により、幅７μｍ、導
波路断面積５×10-7cm2の２本の入力ポート２、２′
と、幅７μｍ、導波路断面積５×10-7cm2の出力ポート
３を備えたアーム長さ16mm、幅7mmのマッハツェンダー
干渉器からなる第１図に示した光導波路の入力ポート
２、２′のうちの入力ポート２に光損傷を誘起させる照
射光として、波長0.633μｍのHe−Neレーザー光を入射
し、入力ポート２′には光導波路部分の光損傷による屈
折率変化を測定するためのプローブ光として波長1.3μ
ｍのLD光を光損傷を起こさない程度の強度でTEモードで
入射した。出力ポート３より出射する光のうちプローブ
光を変調し、プローブ光の出力強度をロックイン増幅器
を用いて検出し、プローブ光の出力強度の変化のみを測
定した。レーザー光の入射強度を変え、プローブ光の出
力強度の変化を測定し、対応する光損傷感度Ｓπを式
にしたがい求めた。この結果、Ｓπは、レーザー光の強
度が10W/cm2以下では２×10-8cm2/Jであり、10W/cm2を
越えると急激に増大した。
この結果、本発明の光導波路は従来の光導波路と比較
して光損傷耐性が５倍向上していることがわかった。
して光損傷耐性が５倍向上していることがわかった。
Ｓπ＝λ/2L・Iir・ｔπ ここで Ｓπ：光損傷感度 cm2/J λ：プローブ光の波長 μｍ L:干渉器のアーム長 mm Iir:レーザー光の照射強度 W/cm2 ｔπ：プローブ光の出力強度が最大値から最小値に達す
るまでの時間 sec である。
るまでの時間 sec である。
［実施例−２］ 純度99.9995％のLiNbO3を原料とし、雰囲気中の酸素
濃度を0.1容量％とし、チョクラルスキー法により育成
して得た結晶を、大気中で1100℃、４時間加熱処理し、
無色透明の、波長420nmにおける光吸収係数が0.01cm-1
であるLiNbO3単結晶を用いて基板を作成し、該基板から
拡散により作成した第１図を示した光導波路を用いて実
施例−１と同様に試験したところ、Ｓπは、レーザー光
の強度が20W/cm2以下では１×10-8cm2/Jであり、20W/cm
2を越えると急激に増大した。
濃度を0.1容量％とし、チョクラルスキー法により育成
して得た結晶を、大気中で1100℃、４時間加熱処理し、
無色透明の、波長420nmにおける光吸収係数が0.01cm-1
であるLiNbO3単結晶を用いて基板を作成し、該基板から
拡散により作成した第１図を示した光導波路を用いて実
施例−１と同様に試験したところ、Ｓπは、レーザー光
の強度が20W/cm2以下では１×10-8cm2/Jであり、20W/cm
2を越えると急激に増大した。
この結果、本発明の光導波路は従来の光導波路と比較
して光損傷耐性が10倍向上していることがわった。
して光損傷耐性が10倍向上していることがわった。
［比較例］ 市販のチョクラルスキー法により育成されたLiNbO3単
結晶を用いて作成した第１図に示した光導波路を用い、
実施例と同様にしてレーザー光の入射強度を変え、プロ
ーブ光の出力強度の変化を測定し、対応する光損傷感度
Ｓπを求めた。この結果、Ｓπは、レーザー光の強度が
5W/cm2以下では１×10-7cm2/Jであり、5W/cm2を越える
と急激に増大した。
結晶を用いて作成した第１図に示した光導波路を用い、
実施例と同様にしてレーザー光の入射強度を変え、プロ
ーブ光の出力強度の変化を測定し、対応する光損傷感度
Ｓπを求めた。この結果、Ｓπは、レーザー光の強度が
5W/cm2以下では１×10-7cm2/Jであり、5W/cm2を越える
と急激に増大した。
［発明の効果］ 本発明の光導波路は従来のものと比較し、光損傷耐性
が５倍以上であり、より高い入射光強度が要求されるデ
バイスに最適である。
が５倍以上であり、より高い入射光強度が要求されるデ
バイスに最適である。
第１図は、本発明の光導波路の１例である。 １……基板、２、２′……入力ポート ３……出力ポート、４……アーム ５……マッハツェンダー干渉器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−202405（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】ニオブ酸リチウム単結晶を用いて形成され
た基板にチタンを拡散する光導波路の形成方法におい
て、結晶育成雰囲気中の酸素濃度を大気中の酸素濃度よ
り低く調整し、結晶育成後に大気中で加熱処理をするこ
とにより、波長が420nmにおける光吸収係数が0.03cm-1
以下としたニオブ酸リチウム単結晶を形成し、該ニオブ
酸リチウム単結晶から形成された基板にチタンを拡散す
ることを特徴とする光導波路の形成方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1249244A JP2680699B2 (ja) | 1989-09-27 | 1989-09-27 | 光導波路の形成方法 |
| US07/587,110 US5046801A (en) | 1989-09-27 | 1990-09-24 | Optical waveguide having low optical damage |
| FR9011846A FR2652420B1 (fr) | 1989-09-27 | 1990-09-26 | Guide d'ondes optiques resistant au dommage optique. |
| DE4030610A DE4030610A1 (de) | 1989-09-27 | 1990-09-27 | Optischer wellenleiter mit geringem optischen schaden |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1249244A JP2680699B2 (ja) | 1989-09-27 | 1989-09-27 | 光導波路の形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03111803A JPH03111803A (ja) | 1991-05-13 |
| JP2680699B2 true JP2680699B2 (ja) | 1997-11-19 |
Family
ID=17190072
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1249244A Expired - Lifetime JP2680699B2 (ja) | 1989-09-27 | 1989-09-27 | 光導波路の形成方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5046801A (ja) |
| JP (1) | JP2680699B2 (ja) |
| DE (1) | DE4030610A1 (ja) |
| FR (1) | FR2652420B1 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH063546A (ja) * | 1992-06-18 | 1994-01-14 | Ibiden Co Ltd | シングルモード光導波路 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3957342A (en) * | 1974-07-29 | 1976-05-18 | The Post Office | Sodium borosilicate glasses for dielectric optical waveguides |
| US4640736A (en) * | 1980-10-02 | 1987-02-03 | Xerox Corporation | Wave guide fabrication method |
| JPS60202405A (ja) * | 1984-03-27 | 1985-10-12 | Canon Inc | 光導波路材 |
| US4783136A (en) * | 1986-04-16 | 1988-11-08 | Gte Laboratories Incorporated | Optical waveguides and methods for making same |
-
1989
- 1989-09-27 JP JP1249244A patent/JP2680699B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1990
- 1990-09-24 US US07/587,110 patent/US5046801A/en not_active Expired - Fee Related
- 1990-09-26 FR FR9011846A patent/FR2652420B1/fr not_active Expired - Fee Related
- 1990-09-27 DE DE4030610A patent/DE4030610A1/de not_active Ceased
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2652420B1 (fr) | 1994-04-08 |
| FR2652420A1 (fr) | 1991-03-29 |
| DE4030610A1 (de) | 1991-04-04 |
| JPH03111803A (ja) | 1991-05-13 |
| US5046801A (en) | 1991-09-10 |
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