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JP2574602B2 - Optical waveguide device - Google Patents

Optical waveguide device

Info

Publication number
JP2574602B2
JP2574602B2 JP4180857A JP18085792A JP2574602B2 JP 2574602 B2 JP2574602 B2 JP 2574602B2 JP 4180857 A JP4180857 A JP 4180857A JP 18085792 A JP18085792 A JP 18085792A JP 2574602 B2 JP2574602 B2 JP 2574602B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical waveguide
refractive index
optical
lithium niobate
silicon
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP4180857A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH06289345A (en
Inventor
和生 江田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority to JP4180857A priority Critical patent/JP2574602B2/en
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to EP97116280A priority patent/EP0816879A1/en
Priority to EP97116279A priority patent/EP0818693A1/en
Priority to DE69321430T priority patent/DE69321430T2/en
Priority to EP93110893A priority patent/EP0585565B1/en
Priority to US08/087,436 priority patent/US5373579A/en
Priority to US08/296,383 priority patent/US5418883A/en
Publication of JPH06289345A publication Critical patent/JPH06289345A/en
Priority to US08/356,086 priority patent/US5546494A/en
Application granted granted Critical
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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、光導波路を使った光強
度変調、光スイッチングなどを行う、各種光導波路素子
の高性能化に係わる構造に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a structure for improving the performance of various optical waveguide devices for performing light intensity modulation and optical switching using an optical waveguide.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、光導波路素子、例えば光(強度)
変調器、光スイッチ、光偏波面制御素子、光伝搬モード
制御素子などは、ニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リ
チウムなどの電気光学効果を有する誘電体単結晶に、単
一モード伝搬の光導波路を形成し、その形状を工夫する
とともに電極を適当な形で設け、電気光学効果により光
導波路通過光を制御して行っている。光導波路の作製
は、金属、例えばチタンを蒸着し、高温で熱拡散するこ
とにより、拡散部分の屈折率を他の部分よりも少し高く
することによって、光を閉じこめるようにしている。あ
るいは所定部分に金属マスクをして、200から300
度Cの燐酸中でプロトンイオン交換を行い、屈折率を一
部変え光導波路を形成している。しかしいずれの方法も
表面からの拡散処理により光導波路を形成していること
から、光導波路の断面形状が拡散に従った形状になるた
め、色々不都合がある。
2. Description of the Related Art Conventionally, an optical waveguide device, for example, light (intensity)
Modulators, optical switches, optical polarization control elements, light propagation mode control elements, etc. form a single mode propagation optical waveguide in a dielectric single crystal having an electro-optic effect such as lithium niobate or lithium tantalate. The shape is devised, the electrodes are provided in an appropriate shape, and the light passing through the optical waveguide is controlled by the electro-optic effect. In manufacturing an optical waveguide, a metal, for example, titanium is vapor-deposited and thermally diffused at a high temperature, so that the refractive index of the diffused portion is made slightly higher than that of the other portions so that light is confined. Alternatively, a predetermined portion is covered with a metal mask, and 200 to 300
Proton ion exchange is performed in phosphoric acid at a degree C to partially change the refractive index to form an optical waveguide. However, in any of the methods, since the optical waveguide is formed by diffusion treatment from the surface, the cross-sectional shape of the optical waveguide becomes a shape according to the diffusion, which causes various inconveniences.

【0003】大きな課題の一つに、光導波路と光ファイ
バーとの結合損失がある。光ファイバーの断面形状は円
形、同心円状であるのに対して、光導波路の形状は、表
面からの拡散によるため逆三角形に似た形状であり、か
つ導波光の強度の最も強い部分が、表面近くにあるた
め、光ファイバーとの光結合があまりうまくいかず、そ
こで大きな損失を生じていた。光導波路素子では、光の
結合損失の低減は極めて重要な課題となっている。
One of the major problems is a coupling loss between an optical waveguide and an optical fiber. The cross-sectional shape of the optical fiber is circular or concentric, whereas the shape of the optical waveguide is similar to an inverted triangle due to diffusion from the surface, and the portion where the intensity of the guided light is strongest near the surface. Therefore, the optical coupling with the optical fiber did not work very well, causing a large loss there. In an optical waveguide device, reduction of light coupling loss is an extremely important issue.

【0004】また拡散処理を行うことにより、拡散前よ
りも光伝搬損失が増大するという課題もあった。チタン
拡散光導波路の場合、通常1dB/cm程度の伝搬損失
が生ずる。伝搬損失の低減も光導波路素子の大きな課題
となっている。
[0004] Further, there is another problem that the light propagation loss is increased by performing the diffusion process as compared with before the diffusion. In the case of a titanium diffused optical waveguide, a propagation loss of about 1 dB / cm usually occurs. Reduction of propagation loss has also been a major issue for optical waveguide devices.

【0005】また同じく拡散処理により光損傷が大きく
なるという課題もあった。これは、強度の強い光ないし
は短波長の光を拡散型光導波路に入れると、伝搬損失が
時間とともに増大するというものである。これはイオン
の光導波路中への拡散により、光導波路中に電子のトラ
ップが増大することによると考えられている。
[0005] There is also a problem that light damage is increased by the diffusion process. This means that when light of high intensity or light of a short wavelength is put into the diffusion type optical waveguide, the propagation loss increases with time. This is thought to be due to an increase in trapping of electrons in the optical waveguide due to diffusion of ions into the optical waveguide.

【0006】イオン拡散型でない光導波路の形成方法と
して、単結晶のエピタキシャル成長膜を用いる方法が知
られている。例えば、タンタル酸リチウム基板にニオブ
酸リチウムとタンタル酸リチウムの混晶膜を形成した光
導波路が知られている。しかしこの方法にはいくつかの
制約がある。まず第1に、エピタキシャル成長膜は成長
速度や成長時に発生する結晶内の歪の問題から、5ミク
ロン以上の膜厚を実用的に得ることが困難であり、コア
径約10ミクロンの光ファイバーとの結合特性が悪くな
る。
As a method for forming an optical waveguide that is not of the ion diffusion type, a method using a single crystal epitaxial growth film is known. For example, an optical waveguide in which a mixed crystal film of lithium niobate and lithium tantalate is formed on a lithium tantalate substrate is known. However, this method has some limitations. First, it is difficult to practically obtain a film having a thickness of 5 μm or more due to the problem of the growth rate and strain in the crystal generated during the growth of the epitaxially grown film. The characteristics deteriorate.

【0007】またエピタキシャル成長の条件が限られて
いる。結晶格子間隔がほぼ同じでなければエピタキシャ
ル成長が困難であることから、タンタル酸リチウム基板
上に、純粋のニオブ酸リチウムを形成することは困難で
あり、そのため混晶膜の成長に留まっている。ニオブ酸
リチウムの場合、混晶膜よりも、純粋のニオブ酸リチウ
ムの方が、光導波路特性全般に優れている。
Further, conditions for epitaxial growth are limited. It is difficult to form pure lithium niobate on a lithium tantalate substrate because the epitaxial growth is difficult if the crystal lattice spacing is not substantially the same, so that only the mixed crystal film is grown. In the case of lithium niobate, pure lithium niobate is superior to the mixed crystal film in overall optical waveguide characteristics.

【0008】同種のエピタキシャル成長は可能である
が、結晶方位が同じとなるため、屈折率が一様な基板と
なり、光導波路を形成できないなどの課題があった。
Although the same kind of epitaxial growth is possible, since the crystal orientation is the same, the substrate has a uniform refractive index, and there is a problem that an optical waveguide cannot be formed.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】上記の如く、単一基板
に上からの拡散法のみにより形成した光導波路あるいは
エピタキシャル成長膜を用いた光導波路素子では、光導
波路と光ファイバーとの結合損失が大きい、伝搬損失が
大きい、光損傷が大きいなどという課題があった。
As described above, in an optical waveguide element formed by using only the diffusion method from above on a single substrate or an optical waveguide element using an epitaxially grown film, the coupling loss between the optical waveguide and the optical fiber is large. There were problems such as large propagation loss and large optical damage.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、電気光学効果を有し、含有する不純物により屈折率
の異なる同種の単結晶誘電体基板を、少なくとも2枚、
前記単結晶基板表面の水酸基または酸素により接合、も
しくは珪素または珪素化合物層を介して、その層の表面
の水酸基または酸素により接合、もしくは低融点ガラス
の融着により接合した基板の一方の単結晶誘電体基板内
に、含有する不純物の違いによる屈折率の差により、光
の閉じこめられた光導波路を有し、その光導波路を通る
光を電気光学効果により制御するようにしたものであ
る。
In order to solve the above-mentioned problems, an electro-optic effect is provided, and the refractive index is increased by the contained impurities.
At least two single-crystal dielectric substrates of the same type,
Bonding with a hydroxyl group or oxygen on the surface of the single crystal substrate,
Or through a silicon or silicon compound layer, the surface of that layer
With low hydroxyl group or oxygen, or low melting point glass
In one of the single crystal dielectric substrates of the substrates bonded by fusion , there is an optical waveguide in which light is trapped due to a difference in refractive index due to a difference in contained impurities, and light passing through the optical waveguide is electro-optically transmitted. It is controlled by the effect.

【0011】[0011]

【作用】上記のような構成とすることにより、光ファイ
バーとの結合損失の少ない、伝搬損失の少ない、光損傷
の少ない光導波路素子が得られる。
With the above configuration, an optical waveguide device having a small coupling loss with an optical fiber, a small propagation loss, and a small optical damage can be obtained.

【0012】[0012]

【実施例】以下本発明の実施例の光導波路素子、特に光
変調器に適用した場合の構成とその製造方法について、
図面を参照しながら説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An optical waveguide device according to an embodiment of the present invention, in particular, a configuration when applied to an optical modulator and a method of manufacturing the same will be described.
This will be described with reference to the drawings.

【0013】(実施例1)本実施例の構造の第1の例を
図1および図2に示す。図1は、光変調器に適用した場
合を示したもので、1はニオブ酸リチウム基板、2はニ
オブ酸リチウム基板1に直接接合された、ニオブ酸リチ
ウム基板1と含有する不純物が異なるニオブ酸リチウム
薄板、3はニオブ酸リチウム薄板2に形成された入出力
光導波路部、4は入力部から二つに分岐されたうちの一
方の分岐光導波路、5は他方の分岐光導波路、6および
7は分岐光導波路5の両側に形成された電極である。図
2はその中心部分の断面図で、図において、1、2、
4、5、6、7の各構成要素の名称は、図1と同じであ
る。分岐光導波路4、5は、断面、頭の部分が台形とな
っており、いわゆるリッジ型光導波路の構造となってい
る。入出力光導波路3の断面形状も同じになっている。
8は導波光伝搬部を示したものである。光変調器の構成
そのものは、いわゆるマッハーゼンダー型と呼ばれるも
ので、入力部より入射した光を、二つに分岐し、分岐し
た一方の光導波路に電界を加え、電気光学効果により、
光導波路部の屈折率を変えて導波光の伝搬速度を変え、
再結合部での光の位相が異なるようにすることにより、
出力部の光の強度を変調するようにしたものである。
Embodiment 1 FIGS. 1 and 2 show a first example of the structure of this embodiment. FIG. 1 shows a case in which the present invention is applied to an optical modulator, wherein 1 is a lithium niobate substrate, 2 is a niobate substrate directly bonded to the lithium niobate substrate 1 and containing different impurities from the lithium niobate substrate 1. The lithium thin plate 3 is an input / output optical waveguide portion formed on the lithium niobate thin plate 2, 4 is one branch optical waveguide branched into two from the input portion, 5 is the other branch optical waveguide, and 6 and 7. Are electrodes formed on both sides of the branch optical waveguide 5. FIG. 2 is a cross-sectional view of the central portion.
The names of the components 4, 5, 6, and 7 are the same as those in FIG. The branch optical waveguides 4 and 5 have a trapezoidal section and a head portion, and have a so-called ridge-type optical waveguide structure. The cross-sectional shape of the input / output optical waveguide 3 is also the same.
Reference numeral 8 denotes a guided light propagation unit. The configuration of the optical modulator itself is what is called a Mach-Zehnder type, which divides the light incident from the input part into two, applies an electric field to one of the branched optical waveguides, and uses the electro-optic effect to
By changing the refractive index of the optical waveguide portion to change the propagation speed of the guided light,
By making the phase of the light different at the recombination part,
The light intensity of the output section is modulated.

【0014】ニオブ酸リチウムは、常光線に対し2.2
9の屈折率を有している。屈折率に0.01程度以上の
差があれば、光導波路構造にした時、屈折率の大きい方
に光を閉じこめることができ、光導波路の形成が可能と
なる。本実施例の場合、光の伝搬モードに対して、ニオ
ブ酸リチウム基板1の屈折率よりも、ニオブ酸リチウム
薄板2の屈折率の方が大きくなるようにそれぞれの含有
する不純物の種類と量を変えている。具体的には、ニオ
ブ酸リチウム基板1の方には、1020/cm3程度のマ
グネシウム(Mg)をあらかじめ含有させた材料を用い
た。この程度不純物を含有させておくと、何も不純物を
加えていないニオブ酸リチウムよりも屈折率が0.01
程度は小さくなる。したがってニオブ酸リチウム薄板2
の方には、何も不純物を含有していない材料を用いるこ
とができる。これによりニオブ酸リチウム薄板2に入射
した光は薄板内に閉じこめられる。さらにリッジ構造を
設けることにより、リッジ下部の部分の方が、その他の
部分よりも実効誘電率が大きくなりため、光はリッジ下
部に閉じこめられ、したがったリッジ下部が光導波路と
して作用する。
Lithium niobate has an intensity of 2.2 with respect to ordinary light.
It has a refractive index of 9. If there is a difference of about 0.01 or more in the refractive index, the light can be confined to the larger refractive index in the optical waveguide structure, and the optical waveguide can be formed. In the case of the present embodiment, the types and amounts of the impurities contained in each of the lithium niobate thin plates 2 are set such that the refractive index of the lithium niobate thin plate 2 is larger than the refractive index of the lithium niobate substrate 1 with respect to the light propagation mode. Changing. Specifically, for the lithium niobate substrate 1, a material containing magnesium (Mg) of about 10 20 / cm 3 in advance was used. When impurities are contained to this extent, the refractive index is 0.01 times higher than that of lithium niobate to which no impurities are added.
To a lesser extent. Therefore, lithium niobate thin plate 2
In this case, a material containing no impurities can be used. Thereby, the light incident on the lithium niobate thin plate 2 is confined in the thin plate. Further, by providing the ridge structure, the effective dielectric constant of the lower portion of the ridge is larger than that of the other portions, so that light is confined in the lower portion of the ridge, and the lower portion of the ridge acts as an optical waveguide.

【0015】この場合の導波路形状は、頭部が台形ない
しは矩形で内部は均一の屈折率からなることにより、導
波光の中心は、光導波路の中心付近になり、かつ円形に
近い形となる。入出力光導波路部断面も同じ形状であ
り、したがって、光ファイバーの直径約10ミクロンの
円形光導波路部構造との結合効率は極めて良好となっ
た。
In this case, the waveguide has a trapezoidal or rectangular head and a uniform refractive index inside, so that the center of the guided light is near the center of the optical waveguide and has a shape close to a circle. . The cross section of the input / output optical waveguide section has the same shape. Therefore, the coupling efficiency of the optical fiber with the circular optical waveguide section structure having a diameter of about 10 μm is extremely good.

【0016】各寸法の代表値は、ニオブ酸リチウム基板
1の厚みが600ミクロン、ニオブ酸リチウム薄板2の
厚みが7ミクロン、リッジ頭部でっぱりの高さが3ミク
ロン、光導波路幅は7ミクロン、分岐光導波路部の長さ
は2cm、光導波路部全体の長さは3cmであった。電
極はアルミニウムを用いた。以上のような構成とするこ
とにより、光ファイバーとの結合損失は、屈折率の整合
をとった接着材を用いて接着固定することにより、片面
で0.3dB以下となった。従来のチタン拡散光導波路
を用いた場合、同様の接着固定方法で、結合損失は約
0.5から1.0dBであったことから大幅に改善され
た。光変調器としての性能は、従来のチタン拡散光導波
路で構成したものとほぼ同様の性能が得られた。
Typical values of the dimensions are as follows: the thickness of the lithium niobate substrate 1 is 600 microns, the thickness of the lithium niobate thin plate 2 is 7 microns, the height of the ridge head is 3 microns, and the width of the optical waveguide is 7 microns. The length of the branch optical waveguide was 2 cm, and the length of the entire optical waveguide was 3 cm. Aluminum was used for the electrodes. With the above-described configuration, the coupling loss with the optical fiber is reduced to 0.3 dB or less on one side by bonding and fixing using an adhesive whose refractive index is matched. When the conventional titanium diffused optical waveguide was used, the coupling loss was about 0.5 to 1.0 dB with the same method of bonding and fixing, so that it was greatly improved. The performance as an optical modulator was almost the same as that of a conventional titanium diffused optical waveguide.

【0017】また光導波路として、イオン拡散処理を行
わない純粋の単結晶としての光学特性を有するニオブ酸
リチウム薄板を用いているため、光の伝搬損失も極めて
小さくすることができた。具体的には、0.1dB/c
m以下の光導波路伝搬損失が容易に得られた。通常チタ
ン拡散光導波路の場合、0.5から1.0dB/cmで
あったので、大幅に特性が改善された。
Further, since a lithium niobate thin plate having optical characteristics as a pure single crystal without performing ion diffusion processing is used as the optical waveguide, light propagation loss can be extremely reduced. Specifically, 0.1 dB / c
An optical waveguide propagation loss of m or less was easily obtained. In the case of the titanium diffused optical waveguide, the characteristic was significantly improved since the value was 0.5 to 1.0 dB / cm.

【0018】また入射光の強度を0dBmから20dB
mまで変えて、光損傷の様子をみたが、ほとんど光損傷
は見られなっかた。これは、光導波路として電子トラッ
プの非常に少ない純粋の単結晶ニオブ酸リチウム薄板を
用いたことによる効果と考えられる。
Further, the intensity of the incident light is changed from 0 dBm to 20 dB.
m, the state of light damage was observed, but almost no light damage was observed. This is considered to be the effect of using a pure single crystal lithium niobate thin plate with very few electron traps as the optical waveguide.

【0019】なお測定は1.3ミクロンの波長で行っ
た。 (実施例2)本実施例の光導波路素子の構造の第2の例
を図3に示す。図3は、やはり光変調器に適用した場合
を示したもので、図3において、1から8までの各構成
要素の名称と機能は実施例1と同じである。9は、ニオ
ブ酸リチウム基板1とニオブ酸リチウム薄板2を接合す
るためのガラス層である。ガラスの屈折率は、1.5程
度であるが、厚みを100nmから1ミクロン程度とし
てニオブ酸リチウム薄板2よりも十分薄くしておけば、
やはりニオブ酸リチウム基板1とニオブ酸リチウム薄板
2の屈折率の違いにより、屈折率の大きいニオブ酸リチ
ウム薄板の方に光を効果的に閉じこめることができ、光
導波路の形成が可能となった。これにより、ニオブ酸リ
チウム薄板2に入射した光は、薄板内に閉じこめられ
た。さらにリッジ構造を設けることにより、リッジ下部
の部分の方が、その他の部分よりも実効誘電率が大きく
なりため、光はリッジ下部に閉じこめられ、したがった
リッジ下部が光導波路として作用する。
The measurement was performed at a wavelength of 1.3 microns. Embodiment 2 FIG. 3 shows a second example of the structure of the optical waveguide device of this embodiment. FIG. 3 also shows a case where the present invention is applied to an optical modulator. In FIG. 3, the names and functions of the components 1 to 8 are the same as those in the first embodiment. 9 is a glass layer for joining the lithium niobate substrate 1 and the lithium niobate thin plate 2. Although the refractive index of the glass is about 1.5, if the thickness is set to about 100 nm to about 1 μm and sufficiently thinner than the lithium niobate thin plate 2,
Again, due to the difference in the refractive index between the lithium niobate substrate 1 and the lithium niobate thin plate 2, light can be effectively confined to the lithium niobate thin plate having a large refractive index, and an optical waveguide can be formed. Thereby, the light incident on the lithium niobate thin plate 2 was confined in the thin plate. Further, by providing the ridge structure, the portion below the ridge has a higher effective dielectric constant than the other portions, so that light is confined under the ridge, and the lower portion of the ridge acts as an optical waveguide.

【0020】この場合の導波路形状は、実施例1の場合
とほぼ同様であり、したがって光ファイバーの円形の光
導波路部構造との結合効率は極めて良好となった。
In this case, the shape of the waveguide is almost the same as that of the first embodiment, and therefore, the coupling efficiency of the optical fiber with the circular optical waveguide structure becomes extremely good.

【0021】各寸法の代表値として、ガラス層9の膜厚
を0.5ミクロンとした時、実施例1とほぼ同じ諸特性
が得られ、光ファイバーとの結合損失は片面で0.3d
B以下となり、大幅に改善できた。
As a typical value of each dimension, when the thickness of the glass layer 9 is 0.5 μm, almost the same characteristics as those of the first embodiment are obtained, and the coupling loss with the optical fiber is 0.3 d on one side.
B or less, which was a significant improvement.

【0022】また伝搬損失は、実施例1と同様0.1d
B/cmのものが容易に得られた。また光損傷について
も実施例1と同様の効果が得られた。
The propagation loss is 0.1 d as in the first embodiment.
B / cm was easily obtained. The same effect as in Example 1 was obtained for optical damage.

【0023】(実施例3) 本実施例の光導波路素子の構造の第3の例を図4に示
す。図4は、やはり光変調器に適用した場合を示したも
ので、図4において、1から8までの各構成要素の名称
と機能は実施例1と同じである。10は、ニオブ酸リチ
ウム基板1とニオブ酸リチウム薄板2の間に介在する珪
素もしくは珪素化合物層である。ニオブ酸リチウム基板
1とニオブ酸リチウム薄板2は、前記珪素もしくは珪素
化合物層表面の水酸基または酸素により接合された構造
となっている。珪素の屈折率はニオブ酸リチウムと異な
るが、実施例2と同様、その厚みを100nmから1ミ
クロン程度としてニオブ酸リチウム薄板2よりも十分薄
くしておけば、やはりニオブ酸リチウム基板1とニオブ
酸リチウム薄板2の屈折率の違いにより、屈折率の大き
いニオブ酸リチウム薄板の方に光を効果的に閉じこめる
ことができ、光導波路の形成が可能となった。さらに単
結晶誘電体基板同士を、珪素または珪素化合物層を介し
て直接接合することにより、応用および製造上、新たな
効果が得られる。製造上では、接合界面に多少の凹凸や
小さいゴミが介在していても、珪素または珪素化合物膜
形成のプロセスにおいて、ある程度膜内部に取り込まれ
て平坦化されるので、直接接合の製造歩留まりが向上す
るなどの効果がある。
Embodiment 3 FIG. 4 shows a third example of the structure of the optical waveguide device of this embodiment. FIG. 4 also shows a case where the present invention is applied to an optical modulator. In FIG. 4, the names and functions of components 1 to 8 are the same as those in the first embodiment. Reference numeral 10 denotes a silicon or silicon compound layer interposed between the lithium niobate substrate 1 and the lithium niobate thin plate 2. The lithium niobate substrate 1 and the lithium niobate thin plate 2 have a structure joined by a hydroxyl group or oxygen on the surface of the silicon or silicon compound layer. Although the refractive index of silicon is different from that of lithium niobate, as in Example 2, if the thickness is set to be about 100 nm to 1 micron and sufficiently thinner than the lithium niobate thin plate 2, the lithium niobate substrate 1 and the niobate can also be formed. Due to the difference in the refractive index of the lithium thin plate 2, light can be effectively confined to the lithium niobate thin plate having a large refractive index, and an optical waveguide can be formed. Further, by directly joining the single crystal dielectric substrates via the silicon or silicon compound layer, new effects can be obtained in application and production. In manufacturing, even if there is some unevenness or small dust at the bonding interface, the silicon or silicon compound film formation process is taken into the film to some extent and flattened, improving the manufacturing yield of direct bonding There are effects such as doing.

【0024】珪素としては、多結晶珪素、非晶質珪素ま
た珪素化合物としては、酸化珪素もしくは窒化珪素を用
いることにより、いずれの場合もほぼ同様の効果が得ら
れた。これにより、ニオブ酸リチウム薄板2に入射した
光は、薄板内に閉じこめられた。さらにリッジ構造を設
けることにより、リッジ下部の部分の方が、その他の部
分よりも実効誘電率が大きくなりため、光はリッジ下部
に閉じこめられ、したがってリッジ下部が光導波路とし
て作用する。
By using polycrystalline silicon and amorphous silicon as silicon, and using silicon oxide or silicon nitride as the silicon compound, substantially the same effect was obtained in each case. Thereby, the light incident on the lithium niobate thin plate 2 was confined in the thin plate. Further, by providing the ridge structure, the portion below the ridge has a higher effective dielectric constant than the other portions, so that light is confined below the ridge, and thus the lower portion of the ridge acts as an optical waveguide.

【0025】この場合の導波路形状は、実施例1の場合
とほぼ同様であり、したがって光ファイバーの円形の光
導波路部構造との結合効率は極めて良好となった。
The shape of the waveguide in this case is almost the same as that of the first embodiment, and therefore, the coupling efficiency of the optical fiber with the circular optical waveguide structure is extremely good.

【0026】各寸法の代表値として、珪素または珪素化
合物10の膜厚を0.5ミクロンとした時、実施例1と
ほぼ同じ諸特性が得られた。例えば、光ファイバーとの
結合損失は、実施例1と同様、片面で0.3dB以下と
なり、大幅に改善できた。
As a representative value of each dimension, when the film thickness of silicon or silicon compound 10 was 0.5 μm, almost the same characteristics as in Example 1 were obtained. For example, the coupling loss with the optical fiber was 0.3 dB or less on one side, similar to the first embodiment, and was significantly improved.

【0027】また伝搬損失も、実施例1と同様0.1d
B/cmのものが容易に得られた。また光損傷について
も実施例1と同様の効果が得られた。
The propagation loss is 0.1 d, as in the first embodiment.
B / cm was easily obtained. The same effect as in Example 1 was obtained for optical damage.

【0028】(実施例4)本実施例の光導波路素子の製
造方法の例を示す。
(Embodiment 4) An example of a method for manufacturing an optical waveguide device of this embodiment will be described.

【0029】まず鏡面研磨された含有不純物が異なるこ
とによって屈折率のわずかに異なる2枚のニオブ酸リチ
ウム基板の表面を、エッチングによりきわめて清浄にし
た。具体的には、弗酸系エッチング液でニオブ酸リチウ
ム表面層をエッチング除去した。その後その表面を純水
で十分洗浄し、すぐに一様に重ねあわせると、ニオブ酸
リチウム基板表面に吸着した水酸基によって、容易に直
接接合が得られた。このままでも十分強固な接合が得ら
れたが、さらにこの状態で、100度Cから1100度
Cの温度で熱処理を行うと、その接合は更に強化され
た。次に、屈折率の高い方のニオブ酸リチウム基板を、
機械的研磨およびエッチングにより薄板化していった。
7ミクロンまで薄板化した後、薄板化した方のニオブ酸
リチウム薄板上にホトリソグラフィー技術により、実施
例1で示した光導波路構造のパターンにエッチングマス
クを形成し、エッチングにより、光導波路部以外を3ミ
クロンエッチング除去した。マスクとしてはCrを、エ
ッチング液としては、弗酸系エッチング液を用いた。そ
の後マスクを除去し、アルミニウム電極を通常のホトリ
ソグラフィーとエッチング技術により形成した。これに
より実施例1に示す光導波路素子の構造を得た。 この
素子の光ファイバーとの結合特性、伝搬損失、光損傷特
性は、いずれも実施例1と同様であった。
First, the surfaces of two lithium niobate substrates having slightly different refractive indexes due to different mirror-polished impurities were extremely cleaned by etching. Specifically, the lithium niobate surface layer was removed by etching with a hydrofluoric acid-based etchant. Thereafter, the surface was sufficiently washed with pure water and immediately superimposed uniformly, so that direct bonding was easily obtained by the hydroxyl groups adsorbed on the surface of the lithium niobate substrate. Although a sufficiently strong bond was obtained as it was, a heat treatment at a temperature of 100 ° C. to 1100 ° C. in this state further strengthened the bond. Next, the lithium niobate substrate with the higher refractive index is
It was thinned by mechanical polishing and etching.
After thinning to 7 microns, an etching mask is formed on the thinned lithium niobate thin plate by photolithography technology in the pattern of the optical waveguide structure shown in Example 1, and the portions other than the optical waveguide portion are etched. It was etched away by 3 microns. Cr was used as a mask, and a hydrofluoric acid-based etchant was used as an etchant. Thereafter, the mask was removed, and an aluminum electrode was formed by ordinary photolithography and etching techniques. Thus, the structure of the optical waveguide device shown in Example 1 was obtained. The coupling characteristics of the device to an optical fiber, the propagation loss, and the optical damage characteristics were all the same as in Example 1.

【0030】(実施例5)本実施例の光導波路素子の製
造方法の他の例を示す。
(Embodiment 5) Another example of the method of manufacturing the optical waveguide device of the present embodiment will be described.

【0031】実施例4と同様にして、鏡面研磨されたニ
オブ酸リチウム基板の表面をエッチングにより、極めて
清浄かつ平坦にした。次にスパッタリングにより、低融
点ガラス薄膜をそれぞれの基板の片面に0.3ミクロン
の厚みで形成した。次に実施例4と同様にして、ガラス
膜同士を接触させて、低融点ガラスの融点近傍の温度に
加熱した。これにより低融点ガラスが軟化もしくは溶融
し強固な接合が得られた。接合層の厚みは熱処理温度に
より多少かわるが、一般に、高温で行うほど、スパッタ
リング形成した膜厚よりも薄くなった。以後実施例4と
同様の方法により、アルミニウム電極まで形成し、実施
例2に示す光導波路素子の構造を得た。
In the same manner as in Example 4, the surface of the mirror-polished lithium niobate substrate was made extremely clean and flat by etching. Next, a low-melting glass thin film was formed on one side of each substrate by sputtering to a thickness of 0.3 μm. Next, as in Example 4, the glass films were brought into contact with each other and heated to a temperature near the melting point of the low-melting glass. As a result, the low-melting glass was softened or melted, and a strong bond was obtained. Although the thickness of the bonding layer varies somewhat depending on the heat treatment temperature, generally, the higher the temperature, the smaller the thickness of the film formed by sputtering. Thereafter, in the same manner as in Example 4, aluminum electrodes were formed to obtain the structure of the optical waveguide device shown in Example 2.

【0032】この素子の光ファイバーとの結合特性、伝
搬損失、光損傷特性は、いずれも実施例2と同様であっ
た。
The characteristics of this device for coupling with an optical fiber, the propagation loss, and the optical damage characteristics were all the same as in Example 2.

【0033】(実施例6)本実施例の光導波路素子の製
造方法の他の例を示す。
(Embodiment 6) Another example of the method of manufacturing the optical waveguide device of this embodiment will be described.

【0034】実施例4と同様にして、鏡面研磨されたニ
オブ酸リチウム基板の表面をエッチングにより、極めて
清浄かつ平坦にした。次にスパッタリングにより、非晶
質珪素薄膜をそれぞれの基板の片面に0.25ミクロン
の厚みで形成した。次に実施例4と同様にして、非晶質
珪素膜表面を弗酸系エッチング液により、清浄にし、純
水に浸して後すぐ非晶質珪素膜同士を接触させて、10
0−1100℃の温度で熱処理を行った。これにより非
晶質珪素膜を介して強固な接合が得られた。熱処理温度
が高いほど接合部の強度は向上した。以後、実施例4と
同様の方法により、アルミニウム電極まで形成し、実施
例3に示す光導波路素子の構造を得た。
In the same manner as in Example 4, the surface of the mirror-polished lithium niobate substrate was made extremely clean and flat by etching. Next, an amorphous silicon thin film was formed with a thickness of 0.25 μm on one side of each substrate by sputtering. Next, in the same manner as in Example 4, the surface of the amorphous silicon film was cleaned with a hydrofluoric acid-based etchant, and immersed in pure water.
The heat treatment was performed at a temperature of 0-1100 ° C. As a result, a strong bond was obtained via the amorphous silicon film. The higher the heat treatment temperature, the higher the strength of the joint. Thereafter, the aluminum electrode was formed in the same manner as in Example 4, and the structure of the optical waveguide device shown in Example 3 was obtained.

【0035】この素子の光ファイバーとの結合特性、伝
搬損失、光損傷特性は、いずれも実施例3と同様であっ
た。
The coupling characteristics of this device to an optical fiber, propagation loss, and optical damage characteristics were all the same as in Example 3.

【0036】(実施例7)本実施例の光導波路素子の製
造方法の他の例を示す。
(Embodiment 7) Another example of the method of manufacturing the optical waveguide device of this embodiment will be described.

【0037】実施例6と同様にして、鏡面研磨および清
浄かつ平坦化されたニオブ酸リチウム基板の表面に、化
学気相成長法(CVD)により、多結晶珪素薄膜をそれ
ぞれの面に0.25ミクロンの厚みで形成した。次に実
施例6と同様にして、多結晶珪素膜表面を弗酸系エッチ
ング液により、清浄にし、純水に浸して後すぐ多結晶珪
素膜同士を接触させて、100−1100℃の温度で熱
処理を行った。これにより多結晶珪素膜を介して強固な
接合が得られた。熱処理温度が高いほど接合部の強度は
向上した。以後、実施例4と同様の方法により、アルミ
ニウム電極まで形成し、実施例3に示す光導波路素子の
構造を得た。
In the same manner as in Example 6, a polycrystalline silicon thin film was applied to each surface by chemical vapor deposition (CVD) on the mirror-polished, clean and flattened surface of the lithium niobate substrate. It was formed with a thickness of microns. Next, in the same manner as in Example 6, the surface of the polycrystalline silicon film is cleaned with a hydrofluoric acid-based etchant, and the polycrystalline silicon films are brought into contact with each other immediately after immersion in pure water at a temperature of 100 to 1100 ° C. Heat treatment was performed. As a result, a strong bond was obtained via the polycrystalline silicon film. The higher the heat treatment temperature, the higher the strength of the joint. Thereafter, the aluminum electrode was formed in the same manner as in Example 4, and the structure of the optical waveguide device shown in Example 3 was obtained.

【0038】この素子の光ファイバーとの結合特性、伝
搬損失、光損傷特性は、いずれも実施例3と同様であっ
た。
The coupling characteristics of this device to an optical fiber, propagation loss, and optical damage characteristics were all the same as in Example 3.

【0039】(実施例8)本実施例の光導波路素子の製
造方法の他の例を示す。
(Embodiment 8) Another example of the method of manufacturing the optical waveguide device of this embodiment will be described.

【0040】実施例6と同様にして、鏡面研磨および清
浄かつ平坦化されたニオブ酸リチウム基板の表面に、化
学気相成長法(CVD)により、酸化珪素薄膜をそれぞ
れの面に0.25ミクロンの厚みで形成した。次に実施
例6と同様にして、酸化珪素膜表面を弗酸系エッチング
液により、清浄にし、純水に浸して後すぐ酸化珪素膜同
士を接触させて、100−1100℃の温度で熱処理を
行った。これにより酸化珪素膜を介して強固な接合が得
られた。熱処理温度が高いほど接合部の強度は向上し
た。以後、実施例4と同様の方法により、アルミニウム
電極まで形成し、実施例3に示す光導波路素子の構造を
得た。
In the same manner as in Example 6, a silicon oxide thin film was coated on each surface by a chemical vapor deposition method (CVD) to a thickness of 0.25 μm on the mirror-polished, cleaned and flattened surface of the lithium niobate substrate. Formed with a thickness of Next, in the same manner as in Example 6, the surface of the silicon oxide film is cleaned with a hydrofluoric acid-based etchant, immersed in pure water, and immediately contacted with each other, and heat-treated at a temperature of 100 to 1100 ° C. went. As a result, a strong bond was obtained via the silicon oxide film. The higher the heat treatment temperature, the higher the strength of the joint. Thereafter, the aluminum electrode was formed in the same manner as in Example 4, and the structure of the optical waveguide device shown in Example 3 was obtained.

【0041】この素子の光ファイバーとの結合特性、伝
搬損失、光損傷特性は、いずれも実施例3と同様であっ
た。
The coupling characteristics of the device to an optical fiber, the propagation loss, and the optical damage characteristics were all the same as in Example 3.

【0042】(実施例9)本実施例の光導波路素子の製
造方法の他の例を示す。
(Embodiment 9) Another example of the method of manufacturing the optical waveguide device of this embodiment will be described.

【0043】実施例6と同様にして、鏡面研磨および清
浄かつ平坦化されたニオブ酸リチウム基板の表面に、化
学気相成長法(CVD)により、窒化珪素薄膜をそれぞ
れの面に0.25ミクロンの厚みで形成した。次に実施
例6と同様にして、窒化珪素膜表面を弗酸系エッチング
液により、清浄にし、純水に浸して後すぐ窒化珪素膜同
士を接触させて、100−1100℃の温度で熱処理を
行った。これにより窒化珪素膜を介して強固な接合が得
られた。熱処理温度が高いほど接合部の強度は向上し
た。以後、実施例4と同様の方法により、アルミニウム
電極まで形成し、実施例3に示す光導波路素子の構造を
得た。
In the same manner as in Example 6, a mirror polished, clean and flattened surface of a lithium niobate substrate is coated with a silicon nitride thin film on each surface by chemical vapor deposition (CVD) to a thickness of 0.25 μm. Formed with a thickness of Next, in the same manner as in Example 6, the surface of the silicon nitride film is cleaned with a hydrofluoric acid-based etchant, immersed in pure water, and immediately contacted with each other, and heat-treated at a temperature of 100 to 1100 ° C. went. As a result, a strong bond was obtained via the silicon nitride film. The higher the heat treatment temperature, the higher the strength of the joint. Thereafter, the aluminum electrode was formed in the same manner as in Example 4, and the structure of the optical waveguide device shown in Example 3 was obtained.

【0044】この素子の光ファイバーとの結合特性、伝
搬損失、光損傷特性は、いずれも実施例3と同様であっ
た。
The coupling characteristics of this device to an optical fiber, propagation loss, and optical damage characteristics were all the same as in Example 3.

【0045】(実施例10)本実施例の光導波路素子の
構造の第4の例を図5に示す。図5は、やはり光変調器
に適用した場合を示したもので、図5において、3から
7までの各構成要素の名称と機能は実施例1と同じであ
る。1’は屈折率を低くするような不純物を含有するタ
ンタル酸リチウム基板、2’は含有不純物の違いにより
タンタル酸リチウム基板1’よりも、わずかに屈折率の
高いタンタル酸リチウム薄板である。このような構成と
することにより、実施例1に示したと同じ原理に基づ
き、実施例1と同様の光導波路素子を得ることができ
た。
(Embodiment 10) FIG. 5 shows a fourth example of the structure of the optical waveguide device of this embodiment. FIG. 5 also shows a case in which the present invention is applied to an optical modulator. In FIG. 5, the names and functions of the components 3 to 7 are the same as those in the first embodiment. Reference numeral 1 'denotes a lithium tantalate substrate containing an impurity for lowering the refractive index, and reference numeral 2' denotes a lithium tantalate thin plate having a slightly higher refractive index than the lithium tantalate substrate 1 'due to a difference in the contained impurities. With this configuration, an optical waveguide device similar to that of the first embodiment can be obtained based on the same principle as that of the first embodiment.

【0046】この場合の導波路形状は、実施例1の場合
とほぼ同様であり、したがって光ファイバーの円形の光
導波路部構造との結合効率は極めて良好となった。
In this case, the shape of the waveguide is almost the same as that of the first embodiment, so that the coupling efficiency between the optical fiber and the circular optical waveguide structure is extremely good.

【0047】各寸法の代表値として、実施例1と同様の
値をとった時、実施例1とほぼ同じ諸特性が得られた。
以上のような構成とすることにより、光ファイバーとの
結合損失は、やはり実施例1と同様、片面で0.3dB
以下となり、大幅に改善できた。
When the same values as those of the first embodiment were taken as representative values of the respective dimensions, almost the same characteristics as those of the first embodiment were obtained.
With the above configuration, the coupling loss with the optical fiber is 0.3 dB on one side, as in the first embodiment.
The result was as follows, which was greatly improved.

【0048】また伝搬損失は、実施例1と同様0.1d
B/cmのものが容易に得られた。また光損傷について
も実施例1と同様の効果が得られた。
The propagation loss is 0.1 d as in the first embodiment.
B / cm was easily obtained. The same effect as in Example 1 was obtained for optical damage.

【0049】(実施例11)本実施例の光導波路素子の
製造方法の他の例を示す。
(Embodiment 11) Another example of the method of manufacturing the optical waveguide device of the present embodiment will be described.

【0050】実施例4と同様にして、鏡面研磨および清
浄かつ平坦化されたタンタル酸リチウム板の表面を、弗
酸系エッチング液で清浄化し、純水に浸したのち、すぐ
に重ねて熱処理を行うことにより、強固な接合が得られ
た。以後、実施例4と同様の方法により、アルミニウム
電極まで形成し、実施例10に示す光導波路素子の構造
を得た。
In the same manner as in Example 4, the surface of the mirror-polished, cleaned and flattened lithium tantalate plate was cleaned with a hydrofluoric acid-based etching solution, immersed in pure water, and immediately overlaid with a heat treatment. By doing so, a strong bond was obtained. Thereafter, in the same manner as in Example 4, an aluminum electrode was formed to obtain the structure of the optical waveguide device shown in Example 10.

【0051】この素子の光ファイバーとの結合特性、伝
搬損失、光損傷特性は、いずれも実施例10と同様であ
った。
The coupling characteristics of the device to an optical fiber, the propagation loss, and the optical damage characteristics were all the same as in Example 10.

【0052】同様にして、タンタル酸リチウムの場合に
も、ガラスによる接合、珪素もしくは珪素化合物による
接合の光導波路素子も得ることができた。またその諸特
性も実施例10とほぼ同様であった。
Similarly, in the case of lithium tantalate, an optical waveguide device having a junction made of glass or a junction made of silicon or a silicon compound was obtained. Further, its various characteristics were almost the same as those in Example 10.

【0053】実施例6−9および11における接合強化
の熱処理効果は、例えば、100度Cで1時間程度保持
するだけでも接合強度は数倍に上がり、数10Kg/平
方cmの強度が得られた。一般に温度が高いほどまた時
間が長いほど接合強度は強くなった。しかし1100度
C以上に温度を上げると、ニオブ酸リチウムまたはタン
タル酸リチウム表面からのリチウムの抜けが激しくなる
ため、表面の特性劣化が大きく光導波路素子としての性
能が劣化した。したがって接合熱処理温度は1100度
C以下が好ましかった。
The effect of the heat treatment for strengthening the bonding in Examples 6-9 and 11 is as follows. For example, the bonding strength is increased several times even when the temperature is maintained at 100 ° C. for about one hour, and a strength of several tens kg / cm 2 is obtained. . In general, the higher the temperature and the longer the time, the higher the bonding strength. However, when the temperature was raised to 1100 ° C. or more, the escape of lithium from the surface of lithium niobate or lithium tantalate became severe, so that the surface characteristics were greatly deteriorated and the performance as an optical waveguide element was deteriorated. Therefore, the bonding heat treatment temperature was preferably 1100 ° C. or less.

【0054】実施例1または10に示すニオブ酸リチウ
ム同士またはタンタル酸リチウム同士の直接接合の場
合、熱膨張率が同じであることから、接着強度向上のた
めの熱処理温度を、より高温でより容易に行うことがで
きた。その場合、薄板化のための加工を強度の研磨など
で行っても、剥離がない、あるいは光導波路素子とし
て、より高温まで安定に動作するなどの効果が得られ
た。
In the case of direct bonding between lithium niobate or lithium tantalate as shown in Example 1 or 10, since the thermal expansion coefficient is the same, the heat treatment temperature for improving the adhesive strength is more easily increased at a higher temperature. Could be done. In this case, even if the processing for thinning was performed by strong polishing or the like, effects such as no peeling or stable operation at higher temperatures as an optical waveguide element were obtained.

【0055】直接接合は、それぞれの誘電体基板表面に
水酸基が吸着し、そのイオンの結合力で接合したと考え
られる。この状態で熱処理を行うと、接合界面から次第
に水酸基の水素が抜け、残された酸素と酸化物である誘
電体表面の酸素が誘電体構成元素と反応して、接合が強
化されると考えられる。
Direct bonding is performed on the surface of each dielectric substrate.
It is considered that the hydroxyl group was adsorbed and joined by the binding force of the ion. When heat treatment is performed in this state, as soon as the bonding interface
It is considered that the hydrogen of the hydroxyl group is released, and the remaining oxygen and the oxygen on the dielectric surface, which is an oxide, react with the dielectric constituent elements to strengthen the bonding.

【0056】また実施例では、単結晶誘電体の例とし
て、ニオブ酸リチウムおよびタンタル酸リチウムの例を
用いて説明したが、他の電気光学効果を有する単結晶誘
電体を用いても同様に形成できることは、原理的に明ら
かである。
Further, in the embodiments, examples of lithium niobate and lithium tantalate have been described as examples of single crystal dielectrics. However, the same applies to the case of using other single crystal dielectrics having an electro-optical effect. What can be done is clear in principle.

【0057】また光導波路を形成する側の基板厚みは、
光通信が一般に単一モードで行われることから、単一モ
ードで伝搬する基板厚みにするのが望ましい。
The thickness of the substrate on which the optical waveguide is formed is:
Since optical communication is generally performed in a single mode, it is desirable to set the substrate thickness to propagate in a single mode.

【0058】また実施例では、光導波路形成側には不純
物を含有しない材料を用い、屈折率の差をもっぱら下の
基板側に屈折率を小さくするような不純物、例えばMg
を含有させることによって得ていたが、光導波路形成側
に屈折率を大きくするような不純物、例えばチタン(T
i)を含有させることによっても、本実施例の構造の光
導波路素子を得ることができる。この場合にも光導波路
の光伝搬部の形状がほぼ同心円状となるため、光ファイ
バーとの結合性が良くなるなどの効果はそのまま得られ
る。
In this embodiment, a material containing no impurities is used on the side where the optical waveguide is formed, and an impurity which reduces the refractive index, eg, Mg
However, an impurity which increases the refractive index on the optical waveguide forming side, for example, titanium (T
By incorporating i), an optical waveguide device having the structure of this embodiment can be obtained. Also in this case, since the shape of the light propagation portion of the optical waveguide is substantially concentric, the effect of improving the coupling with the optical fiber can be obtained as it is.

【0059】本実施例では光変調器の構成例で示した
が、光変調器で特定の条件、すなわち出射光強度が最大
になるところと、最小になるところでON−OFF的に
動作させれば光スイッチになることは明かである。また
光導波路とその電気光学効果を用いる素子には同様に適
用でき、同様の効果の得られることも明かである。
In this embodiment, an example of the configuration of the optical modulator has been described. However, if the optical modulator is operated on and off under specific conditions, that is, where the output light intensity is maximum and minimum, Obviously, it will be an optical switch. It is also apparent that the present invention can be similarly applied to an optical waveguide and an element using the electro-optic effect, and a similar effect can be obtained.

【0060】また本実施例では、特定の寸法例を示した
が、これに限定されるものではない。
In this embodiment, a specific example of dimensions is shown, but the present invention is not limited to this example.

【0061】また実施例ではいずれも2枚の基板の接合
例を示したが、3枚以上接合することも可能である。例
えば3枚の基板を接合し、一番上と一番下の基板に光導
波路素子をつくりこむことも可能であり、2枚の接合に
限定されるものではない。
In each of the embodiments, an example in which two substrates are joined has been described. However, three or more substrates can be joined. For example, it is possible to bond three substrates and form an optical waveguide element on the uppermost and lowermost substrates, and the present invention is not limited to the bonding of two substrates.

【0062】[0062]

【発明の効果】本発明は、以上説明したような構成と製
造方法から成るので、以下に記載されるような効果を示
す。
Since the present invention has the above-described structure and manufacturing method, it exhibits the following effects.

【0063】光導波路として、導波路部の屈折率が均一
の構造が得られることから、光導波路断面形状の対称性
が良く、また光の伝搬中心をほぼ薄板中央にすることが
でき、またその厚みを自在にでき、それにより光ファイ
バーとの結合損失を大幅に低減できた。
Since a structure in which the refractive index of the waveguide portion is uniform can be obtained as the optical waveguide, the symmetry of the cross-sectional shape of the optical waveguide is good, and the center of light propagation can be substantially at the center of the thin plate. The thickness can be made freely, thereby greatly reducing the coupling loss with the optical fiber.

【0064】また光導波路として、拡散処理していない
純粋の単結晶誘電体薄板など、結晶性の良い材料を用い
ることができるので、光伝搬損失が少なく、また光損傷
の少ない光導波路素子を得ることができた。
Further, since a material having good crystallinity, such as a pure single-crystal dielectric thin plate that has not been subjected to a diffusion treatment, can be used for the optical waveguide, an optical waveguide element with small light propagation loss and small optical damage can be obtained. I was able to.

【0065】また同物質からなる直接接合基板の場合、
熱膨張率が同じであることから、直接接合強度の向上の
ための熱処理をより高温で、より容易に行えるため、薄
板加工がより容易になる、高温まで特性が安定であるな
どの効果があった。
In the case of a direct bonding substrate made of the same substance,
Since the coefficient of thermal expansion is the same, heat treatment for directly improving the bonding strength can be performed more easily at a higher temperature, so that thin plate processing is easier and characteristics are stable up to high temperatures. Was.

【0066】本実施例では、光変調器の構成の例を示し
たが、本実施例の特徴が光導波路の構成そのものにある
ことから、基本的には光導波路を用いた各種光導波路素
子に広く一般的に適用できるものであり、光変調器に限
らず、光スイッチ光偏波面制御、伝搬モード制御などの
光導波路素子に適用できるものである。
In this embodiment, an example of the configuration of the optical modulator is shown. However, since the feature of this embodiment lies in the configuration of the optical waveguide itself, basically, various optical waveguide devices using the optical waveguide are used. The present invention can be widely and generally applied, and is not limited to an optical modulator, but can be applied to an optical waveguide device such as an optical switch, a polarization plane control, and a propagation mode control.

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

【図1】本発明の第1の実施例の構成図FIG. 1 is a configuration diagram of a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施例の断面構成図FIG. 2 is a sectional configuration diagram of a first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第2の実施例の構成図FIG. 3 is a configuration diagram of a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第3の実施例の構成図FIG. 4 is a configuration diagram of a third embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第4の実施例の構成図FIG. 5 is a configuration diagram of a fourth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ニオブ酸リチウム基板 2 1より屈折率の大きいニオブ酸リチウム薄板 3 入出力光導波路部 4 第1の分岐光導波路 5 第2の分岐光導波路 6 電極 7 電極 8 導波光伝搬部 9 ガラス層 10 珪素または珪素化合物層 1’ タンタル酸リチウム基板 2’ 1’より屈折率の大きいタンタル酸リチウム薄板 REFERENCE SIGNS LIST 1 lithium niobate substrate 2 lithium niobate thin plate having a higher refractive index than 1 3 input / output optical waveguide unit 4 first branch optical waveguide 5 second branch optical waveguide 6 electrode 7 electrode 8 waveguide light transmission unit 9 glass layer 10 silicon Or silicon compound layer 1 'lithium tantalate substrate 2' lithium tantalate thin plate having a higher refractive index than 1 '

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭53−76048(JP,A) 特開 昭64−18121(JP,A) 特開 昭52−145240(JP,A) 特開 平4−191711(JP,A) 特開 平5−66315(JP,A) 特開 昭49−98258(JP,A) 特開 昭58−223106(JP,A) 特開 昭60−51700(JP,A) 特開 昭63−49732(JP,A) 特開 平4−123018(JP,A) 特開 昭52−78454(JP,A) 特開 平4−116816(JP,A) APPL.PHYS.LETT.V O.56NO.24P.2419−P.2421 (1990年6月) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-53-76048 (JP, A) JP-A-64-18121 (JP, A) JP-A-52-145240 (JP, A) JP-A-4- 191711 (JP, A) JP-A-5-66315 (JP, A) JP-A-49-98258 (JP, A) JP-A-58-223106 (JP, A) JP-A-60-51700 (JP, A) JP-A-63-49732 (JP, A) JP-A-4-123018 (JP, A) JP-A-52-78454 (JP, A) JP-A-4-116816 (JP, A) APPL. PHYS. LETT. VO. 56 NO. 24P. 2419-P. 2421 (June 1990)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】電気光学効果を有し、含有する不純物の違
いにより屈折率の異なる同種の単結晶誘電体基板を、少
なくとも2枚、前記単結晶誘電体基板表面の水酸基また
は酸素により、直接接合した複合基板のうちの、屈折率
の高い方の単結晶誘電体基板内に、前記単結晶誘電体基
板間の屈折率の違いによって光の閉じ込められた光導波
路を有することを特徴とする光導波路素子。
At least two single-crystal dielectric substrates of the same type having an electro-optic effect and having a different refractive index due to a difference in contained impurities are directly joined by a hydroxyl group or oxygen on the surface of the single-crystal dielectric substrate. An optical waveguide comprising: a single crystal dielectric substrate having a higher refractive index in a composite substrate having an optical waveguide in which light is confined due to a difference in refractive index between the single crystal dielectric substrates. element.
【請求項2】電気光学効果を有し、含有する不純物の違
いにより屈折率の異なる同種の単結晶誘電体基板を、少
なくとも2枚、前記基板の所定の部位に形成された珪素
もしくは珪素化合物層を介して、前記珪素もしくは珪素
化合物層表面の水酸基または酸素により、直接接合した
複合基板のうちの、屈折率の高い方の単結晶誘電体基板
内に、前記単結晶誘電体基板間の屈折率の違いによって
光の閉じ込められた光導波路を有することを特徴とする
光導波路素子。
2. A silicon or silicon compound layer formed at a predetermined portion of at least two single-crystal dielectric substrates of the same type having an electro-optic effect and having different refractive indexes depending on the contained impurities. Through the silicon or silicon compound layer surface with the hydroxyl group or oxygen, the refractive index between the single crystal dielectric substrates in the single crystal dielectric substrate with the higher refractive index in the composite substrate directly bonded. An optical waveguide device having an optical waveguide in which light is confined due to the difference between:
【請求項3】単結晶誘電体として、ニオブ酸リチウムま
たはタンタル酸リチウムを用いたことを特徴とする請求
項1または2記載の光導波路素子。
As 3. A single crystal dielectric optical waveguide device according to claim 1 or 2, wherein the using lithium or lithium tantalate niobate.
【請求項4】珪素化合物として、酸化珪素または窒化珪
素を用いたことを特徴とする請求項記載の光導波路素
子。
4. The optical waveguide device according to claim 2 , wherein silicon oxide or silicon nitride is used as the silicon compound.
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