JP2812320B2 - 集積化光回路とその製造方法 - Google Patents
集積化光回路とその製造方法Info
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Description
し、特に基板中に設けられた光導波路を用いて光信号の
制御を行なう導波型の集積化光回路に関する。
さらにシステムの大容量化、高機能化の要望が高まり、
光波の変調器や光スイッチ等の光制御素子の高速化が必
要になっている。特に、基板中に設けられた光導波路を
用いて制御を行なう導波型の光回路に関しては、通常の
フォトリソグラフィ技術を用いて多くの光回路を1つの
素子の中に集積化することが、例えば、岡山等(信学技
報、TSSE94−214)、西本等(「光学」第1巻
第8号pp521)により開示されている。この特徴を
利用した光デバイスの1例として、光交換や光クロスコ
ネクト等に用いられるマトリクス光スイッチは、必要な
チャネル数に応じて、複数の1x2または2x2スイッ
チ(スイッチ・エレメント)を並列及び縦列に接続して
構成されている。
線は、一般に曲がり導波路を用いて構成されるので、素
子を小型化するためには、放射損失を抑制しながらこの
曲がり導波路の曲率半径をできるかぎり小さくすること
が望ましい。曲がり導波路の放射損失を小さくする方法
としては、例えば特開平7−212655号公報のよう
に、チタン(Ti)の成膜拡散を複数回繰返す方法が提
案されている。
の方法を用いても、曲がり導波路の曲率半径が30mm
以下の低損失の光導波路を作ることは困難である。
上に作製する石英(SiO2 )光導波路、あるいはガラ
スを用いた光導波路は、埋め込み導波路とすることが可
能であり、屈折率変化や光導波路の断面形状の制御性が
良好なので、伝送損失が0.1dB/cm以下で曲がり
導波路の曲率半径が約5mmのものが得られる。しか
し、これらの材料には電気光学効果が無いため、これら
の材料を用いた光素子により能動デバイスを構成するこ
とは難しい。
化光素子を提供すること、及び光集積化素子の長さの制
限内でできる限り動作電圧の低い光スイッチング素子を
提供することにある。
は、電気光学効果を有する透光性材料からなる基板に信
号光を導波する光導波路と、信号光の強度および伝搬方
向を制御する光制御デバイスが形成される集積化光回路
において、光制御デバイス間、もしくは光制御デバイス
と入出力ポート間を結ぶ光導波路に石英およびガラスの
いずれかを用いることを特徴とする。
03 以下LNと略記する)ウエハからなりことが望まし
く、この基板上に作成された光制御デバイス間、もしく
は光制御デバイスと入出力ポート間を結ぶ光導波路の屈
曲部の溝に石英及びガラスのいずれかを埋め込んで形成
される。
型の光導波路のデバイスを得るために、光の伝搬路の偏
向やオフセットの制御部には石英やガラスの埋め込み型
光導波路を用い、非線形光学効果による機能部分にはT
i拡散のLiNbO3 光導波路を用いるものである。
て図面を参照して説明する。
用いた2x2光スイッチの作成プロセスを示す図であ
る。
Nウエハ11にTiのストリップラインのパタン12を
形成する。
路13を形成する。この結晶方位は、光スイッチの動作
特性に偏光依存性を持たせないようにするために必要で
ある。しかし、この結晶方位では、このままでは通常使
用されるZカットLNウエハの場合に比べて電気光学定
数が小さいため、動作電圧が数10Vと非常に高くなる
欠点がある。
VD(ケミカル・ベーパ・デポジション)法により形成
する。
て成膜するが、火炎堆積法によると、LNウエハを12
00゜C以上の高温にする必要があり、LNのキュリー
点を越えてしまうために、LNの電気光学効果がなくな
ってしまうこと、及び、このような高温ではLNが割れ
てしまう危険性のあることが問題で、成膜が不可能であ
った。
VD法によって成膜するために、成膜温度が700゜C
以下と比較的低温で石英光導波路14を形成することが
できる。このCVD法は、反応イオン・エッチング、反
応イオン・ビーム・エッチング、または化学エッチング
のいずれでもよい。以下に本発明における石英光導波路
14の形成方法の詳細を示す。先ず、下部クラッド層と
してPSG(リン・ドープ・ガラス)をCVD法により
成膜し、その上にコア材としてリン濃度を調整したPS
Gを成膜する。コア層はフォトレジストをマスクにした
RIE(リアクティブ・イオン・エッチング)により光
導波路の形状にパターニングした後、最後に上部クラッ
ド層を全面に形成した。その目的は、光導波路の保護
と、電極による光損失を抑えるためである。
光スイッチング動作を行なうための屈折率制御用の電極
15を形成して完成する。
は、RFスパッタ法や蒸着法でもよい。
タは、LN導波路のモードフィールドとの結合効率が最
大になるように設計することが可能である。本発明にお
いては、最適設計の結果、石英導波路とLN導波路の結
合損失は、フレスネル損失のみであり、約0.2dBと
良好な結合効率を得ることができた。また、本発明によ
ると、各光導波路間の位置ずれは、マスク精度と目合わ
せ精度によって決まり、ほとんど位置ずれのない結合を
再現性よく実現することができる。さらに、石英光導波
路は、入出力部の光ファイバとの高効率な光結合が可能
であり、素子の挿入損失を低減する効果がある。
合部分には、大きな電気光学効果をもつLiNbO3 を
用い、低損失な特性が必要な曲がり導波路部分は、石英
光導波路とすることにより、小型で低損失の光スイッチ
を構成することができる。本実施例の場合、光スイッチ
の挿入損失は1.3dB、動作電圧は5V、消光率20
dB、素子長が50mmと、非常に良好な値が得られ
た。
トリックス・スイッチの導波路構成である。(a)はこ
の導波路構造を上から見た平面図であり、(b)は横か
ら見た断面図である。マトリックス・スイッチ・エレメ
ントとしては、方向性結合器を用いている。この素子作
成方法も第1実施例の2x2スイッチの作成方法と同様
である。すなわち、先ず、LNウエハ21にTi拡散光
導波路22を形成したのち、エッチングにより石英導波
路を形成するための溝を形成する。その後、石英光導波
路の下部クラッド層23及びコア層24を形成して、光
導波路をパターニングする。最後に、上部クラッド層2
5を形成する。Ti拡散光導波路にはさらに屈折率制御
用の電極を形成して、光スイッチング動作を行なわせる
ことができる。
チは、本発明による曲率半径10mmの石英曲がり導波
路を用いることで、3インチLNウエハを用いた最大素
子長69mmで動作電圧15Vと、良好な結果が得られ
た。また、XカットZ軸伝搬LNをスイッチングエレメ
ントとして用いているために、動作電圧の偏光依存性
は、測定限界値以下であった。また、挿入損失は4dB
であった。
エレメントの種類によって限定されるものではなく、マ
ッハツェンダ干渉計やディジタルスイッチ等のスイッチ
エレメントに適用した場合にも同様の効果がある。
ッチ等の集積度のさらに大きなデバイスに対しても適用
できる。そして、このような複雑な光配線においては、
全素子挿入損失中の曲がり損失に伴う光損失の割合が大
きくなるので、このような損失を低減する本発明は大き
な効果が期待される。
な方向性結合部分には、大きな電気光学効果をもつLi
NbO3 を用い、低損失な特性が必要な曲がり導波路部
分は、石英もしくはガラス等の光導波路とすることによ
り、集積化光素子の小型化、低損失化を図ることがてき
る効果がある。
を光集積化素子の長さの制限内で実現できる効果があ
る。
器を用いた2x2光スイッチの作成プロセス(a)〜
(e)を示す図である。
4光スイッチを示す図で、(a)がその平面図、(b)
がその断面図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 光を導波する光導波路と、信号光の強度
及び伝搬方向を制御する光制御デバイスとが電気光学効
果を有する透光性材料からなる基板上に形成される集積
化光回路において、 前記光導波路は、石英及びガラスのいずれかにより形成
される低損失の光導波路を含むことを特徴とする集積化
光回路。 - 【請求項2】 前記低損失の光導波路が前記光制御デバ
イス間及び光制御デバイスと入出力ポートとの間のいず
れかに形成される請求項1記載の集積化光回路。 - 【請求項3】 光を導波する光導波路と、信号光の強度
及び伝搬方向を制御する光制御デバイスとが電気光学効
果を有する透光性材料からなる基板上に形成される集積
化光回路の製造方法において、 前記電気光学効果を有する透光性材料からなる基板上に
ストリップ・ラインのパタンを形成し、 前記ストリップ・ラインのパタン上にチタンの熱拡散に
より第1の光導波路を形成し、 次に、PSGをCVD法により成膜して第2の光導波路
を形成し、 次に、前記第1の光導波路に制御用の電極を形成するこ
とを特徴とする集積化光回路の製造方法。 - 【請求項4】 前記基板がニオブ酸リチウム、すなわち
LiNbO3 、である請求項3記載の集積化光回路の製
造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP33843096A JP2812320B2 (ja) | 1996-12-18 | 1996-12-18 | 集積化光回路とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP33843096A JP2812320B2 (ja) | 1996-12-18 | 1996-12-18 | 集積化光回路とその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10177193A JPH10177193A (ja) | 1998-06-30 |
JP2812320B2 true JP2812320B2 (ja) | 1998-10-22 |
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ID=18318083
Family Applications (1)
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Country | Link |
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JP (1) | JP2812320B2 (ja) |
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1996
- 1996-12-18 JP JP33843096A patent/JP2812320B2/ja not_active Expired - Fee Related
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