(57)【要約】【課題】良好なシート抵抗値を有する層を意図しない滞留電荷抑制のための層として備える光変調素子及びその製造方法を提供すること。【解決手段】本発明による光変調素子３００は、一対の光路３２２，３２３を有する光導波路３２０が形成された基板３１０を備えている。基板３１０及び光導波路３２０上には、透明バッファ層３３０が光導波路３２０を覆うようにして形成され、バッファ層３３０上には、第一及び第二の変調電極３４１，３４２が形成されている。第一及び第二の変調電極３４１，３４２は、光変調素子３００の周囲の電界に応じて一対の光路３２２，３２３内に屈折率変化を生じさせるようにして配置されている。本発明によるバッファ層３３０は、少なくとも一つの透明絶縁体膜と少なくとも一つの透明導電体膜とを備える積層膜を用いて作成された相互拡散層であり、透明絶縁体膜と透明導電体膜との間には明瞭な境界を有しないものである。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気光学効果を有する材料からなる基板と、該基板に形成された光導波路であって少なくとも一対の光路を有する光導波路と、基板及び光導波路上に形成された透明なバッファ層と、バッファ層上に形成された変調電極とを備えた光変調素子であって、前記変調電極は当該光変調素子を取り巻く電界に応じて前記一対の光路における屈折率変化を生じさせるように配置されている光変調素子において、前記バッファ層は、少なくとも一つの透明絶縁体膜と少なくとも一つの透明導電体膜とを備える積層膜を用いて作成された相互拡散層であることを特徴とする光変調素子。
【請求項２】
請求項１に記載の光変調素子において、前記バッファ層は、１０６乃至１０７（Ω／□）のシート抵抗値を有することを特徴とする光変調素子。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の光変調素子において、前記積層膜は、複数の透明絶縁体膜及び複数の透明導電体膜からなることを特徴とする光変調素子。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の光変調素子において、前記バッファ層は、前記透明絶縁体膜及び前記透明導電体膜の間に明確な境界を有しない構造を備えていることを特徴とする光変調素子。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の光変調素子において、前記バッファ層は、該バッファ層の厚み方向において、互いに異なるシート抵抗値が分布してなる構造を有することを特徴とする光変調素子。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の光変調素子において、前記バッファ層は、前記透明絶縁体膜及び前記透明導電体膜を積層して得られた前記積層膜をアニーリングすることにより前記透明絶縁体膜及び前記透明導電体膜を相互に拡散させて得られるような層であることを特徴とする光変調素子。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の光変調素子において、前記透明絶縁体膜は透明絶縁体酸化物からなるものであることを特徴とする光変調素子。
【請求項８】
請求項７に記載の光変調素子において、前記透明絶縁体酸化物は、ＳｉＯ２、ホウケイ酸ガラス、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２のうちの少なくとも一つからなることを特徴とする光変調素子。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれかに記載の光変調素子において、前記透明導電体膜は透明導電体酸化物からなるものであることを特徴とする光変調素子。
【請求項１０】
請求項９に記載の光変調素子において、前記透明導電体酸化物は、ＩＴＯ、ＳｎＯ２、ＺｎＯのうちの少なくとも一つからなることを特徴とする光変調素子。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれかに記載の光変調素子において、前記基板はＬｉＮｂＯ３からなり、前記光導波路はＴｉ、Ｖ、Ｎｉ又はＣｕからなることを特徴とする光変調素子。
【請求項１２】
請求項１乃至１０のいずれかに記載の光変調素子において、前記基板はＬｉＴａＯ３からなり、前記光導波路はＣｕ、Ｎｂ又はＴｉからなることを特徴とする光変調素子。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれかに記載の光変調素子と、該光変調素子に光学的に接続された光源と、前記光変調素子に光学的に接続された光検出器とを備えた電界センサ。
【請求項１４】
光変調素子を製造する方法であって、
電気光学効果を有する材料からなる基板に、少なくとも一対の光路を有する光導波路を形成するステップと、
前記基板及び前記光導波路上に透明なバッファ層を形成するステップと、
当該光変調素子を取り巻く電界に応じて前記一対の光路における屈折率変化を生じさせるように配置されてなる変調電極を前記バッファ層上に形成するステップを備えた光変調素子製造方法であって、
前記バッファ層を形成するステップは、
少なくとも一つの透明絶縁体膜と少なくとも一つの透明導電体膜を積層して前記基板及び前記光導波路上に積層膜を形成するステップと、
該積層膜を相互拡散させるステップ
を備えることを特徴とする光変調素子製造方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の光変調素子製造方法において、前記積層膜を形成するステップは、前記透明絶縁体膜を形成するステップと前記透明導電体膜を形成するステップとを備えており、前記透明絶縁体膜を形成するステップと前記透明導電体膜を形成するステップとは別々に実行されることを特徴とする光変調素子製造方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の光変調素子製造方法において、前記透明絶縁体膜を形成するステップは、真空蒸着法、イオンプレーティング法又はスパッタリング法により行われることを特徴とする光変調素子製造方法。
【請求項１７】
請求項１５又は１６に記載の光変調素子製造方法において、前記透明導電体膜を形成するステップは、真空蒸着法、イオンプレーティング法又はスパッタリング法により行われることを特徴とする光変調素子製造方法。
【請求項１８】
請求項１５乃至１７のいずれかに記載の光変調素子製造方法において、前記透明絶縁体膜を形成するステップと前記透明導電体膜を形成するステップとが交互に実行され、それにより前記積層体が形成されることを特長とする光変調素子製造方法。
【請求項１９】
請求項１４乃至１８のいずれかに記載の光変調素子製造方法において、前記透明絶縁体膜及び前記透明導電体膜は夫々２０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の膜厚を有することを特徴とする光変調素子製造方法。
【請求項２０】
請求項１４乃至１９のいずれかに記載の光変調素子製造方法において、前記相互拡散させるステップは、前記積層膜をアニーリングするステップを備えることを特徴とする光変調素子製造方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載の光変調素子製造方法において、前記アニーリングは酸素雰囲気内にて５００℃以上６００℃以下で行われることを特徴とする光変調素子製造方法。
【請求項２２】
請求項１４乃至２１のいずれかに記載の光変調素子製造方法において、前記透明絶縁体膜は、ＳｉＯ２、ホウケイ酸ガラス、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２のうちの少なくとも一つからなることを特徴とする光変調素子製造方法。
【請求項２３】
請求項１４乃至２２のいずれかに記載の光変調素子製造方法において、前記透明導電体膜は、ＩＴＯ、ＳｎＯ２、ＺｎＯのうちの少なくとも一つからなることを特徴とする光変調素子製造方法。
【請求項２４】
請求項１４乃至２３のいずれかに記載の光変調素子製造方法において、前記バッファ層の前記シート抵抗値は、前記透明絶縁体膜の膜数、前記透明導電体膜の膜数、前記透明絶縁体膜及び前記透明導電体膜の夫々の膜厚若しくは前記アニーリングの実行条件又はそれらから想定される一の組み合わせにより、１０６乃至１０７（Ω／□）の範囲に属するように、調整されることを特徴とする光変調素子製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、電界センサのセンサヘッドとして用いられ得る光変調素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＬｉＮｂＯ３からなる基板上に作製された光変調素子が知られている。ＬｉＮｂＯ３からなる基板は電気光学効果を有するものであり、その基板上には一対の光路を備える光導波路が設けられる。光導波路上には、光変調素子を取り巻く電界に応じて一対の光路内に屈折率変化を生じさせるようにして、変調電極が配置されている。光路内に屈折率変化が生じると、夫々の光路における光路長が変化して、一対の光路を伝播する光間に位相差が生じることとなる。位相差を有する二つの光が結合されると互いに干渉して、光強度変化が生じる。このようにして、光変調素子は周囲の電界を検出してそれを光強度変化に変換することができる。
【０００３】
基板材料であるＬｉＮｂＯ３は、上述した電気光学効果に加え、焦電効果をも有する。焦電効果を有する基板上に光導波路を構成してなるデバイスにおいては、焦電効果に起因して周囲の温度変化に応じた意図しない電荷分布が基板表面に生じてしまい、光変調素子の特性上問題が生じることもある。
【０００４】
焦電効果に起因した意図しない電荷分布のもたらす問題を解決する手段として、従来、導電性樹脂材料を変調電極及び基板上に塗布し、導電性をわずかに持った薄膜を変調電極上に設けることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、別の手段として、透明絶縁体材料と透明導電体材料とからなる混合層をバッファ層としたものも提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開平０８−３１３５７７号公報
【特許文献２】特開平０９−１９７３５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、例えば特許文献１に記載されるように温度変化による電荷の滞留を抑制するために樹脂導電膜を用いた光変調素子においては、樹脂導電材料の塗布ムラ等により樹脂導電膜の抵抗値が大きくばらつき、デバイスの温度特性の再現性に乏しいといった問題があった。また、塗布工程により、製造工数が増加するため、作製される光変調素子の歩留まりの悪化及びコスト高を招くといった問題もあった。更に、樹脂導電膜は光変調素子の使用環境の温度変化及び湿度変化によって変質しやすいことから、環境変化に耐性のある光変調素子を提供することが困難であるという問題もあった。
【０００８】
一方、例えば特許文献２に記載されるように透明絶縁体材料と透明導電体材料とからなる混合層をバッファ層としたものにおいては、同一面内において均一な抵抗値を有するようなバッファ層を形成することが困難であるといった問題があった。
【０００９】
本発明は、上述した問題を解決すべく、同一面内において望ましい抵抗値分布を有する、即ち良好なシート抵抗値を有する層を意図しない滞留電荷抑制のための層として備える光変調素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決するための手段として、本発明によれば、電気光学効果を有する材料からなる基板と、該基板に形成された光導波路であって少なくとも一対の光路を有する光導波路と、基板及び光導波路上に形成された透明なバッファ層と、バッファ層上に形成された変調電極とを備えた光変調素子であって、前記変調電極は当該光変調素子を取り巻く電界に応じて前記一対の光路における屈折率変化を生じさせるように配置されている光変調素子において、前記バッファ層は、少なくとも一つの透明絶縁体膜と少なくとも一つの透明導電体膜とを備える積層膜を用いて作成された相互拡散層であることを特徴とする光変調素子が得られる。
【００１１】
また、本発明によれば、光変調素子を製造する方法であって、
電気光学効果を有する材料からなる基板に、少なくとも一対の光路を有する光導波路を形成するステップと、
前記基板及び前記光導波路上に透明なバッファ層を形成するステップと、
当該光変調素子を取り巻く電界に応じて前記一対の光路における屈折率変化を生じさせるように配置されてなる変調電極を前記バッファ層上に形成するステップを備えた光変調素子製造方法であって、
前記バッファ層を形成するステップは、
少なくとも一つの透明絶縁体膜と少なくとも一つの透明導電体膜を積層して前記基板及び前記光導波路上に積層膜を形成するステップと、
該積層膜を相互拡散させるステップ
を備えることを特徴とする光変調素子製造方法が得られる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、透明絶縁体膜及び透明導電体膜からなる積層膜を相互拡散することにより、相互拡散層としてのバッファ層を形成することができる。相互拡散層たるバッファ層においては、平面毎のシート抵抗値には互いに多少の差はあるものの、各平面におけるシート抵抗値は実質的に均一なものとなる。また、透明絶縁体膜や透明導電体膜の形成には既存の膜形成方法を採用することができるため、製造コストを抑えることができると共に、膜厚制御にも既存の技術を用いることができる。従って、バラツキの少ないバッファ層形成が可能である。加えて、シート抵抗値は、主として、透明絶縁体膜及び透明導電体膜間の相互拡散により決定されるものであり、従来の手法と比較して制御し易い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１を参照すると、本発明の第一の実施の形態による光変調素子３００として、電界センサにおけるセンサヘッドとして用いられている例が示されている。図示された電界センサは、光変調素子３００に加え、光源１００、第一及び第二の光ファイバ２００及び４００、並びに光検出器５００を備えている。
【００１４】
光変調素子３００は、集積型光干渉計を備えている。図２に示される光干渉計は所謂マッハツェンダ干渉計である。マッハツェンダ干渉計に代えて他の干渉計を採用しても良い。例えば、マッハツェンダ干渉計に代えて、マイケルソン干渉計を採用することもできる。
【００１５】
図２に示されるマッハツェンダ干渉計は、電気光学効果を有する基板３１０に対して形成されている。本実施の形態における基板３１０はＬｉＮｂＯ３結晶をそのＸ軸に垂直に切り出して得られるものである。ＬｉＮｂＯ３に代えて、ＬｉＴａＯ３などの電気光学効果を有する他の材料を基板３１０の材料としても良い。
【００１６】
基板３１０の表面にはＴｉ拡散により光導波路３２０が形成されている。光導波路３２０は他の材料を拡散することにより形成されても良い。例えば、基板３１０がＬｉＮｂＯ３からなる場合には、Ｔｉに代えて、Ｖ，Ｎｉ又はＣｕをＬｉＮｂＯ３に拡散することにより光導波路３２０を形成することとしても良い。また、基板３１０がＬｉＴａＯ３からなる場合には、Ｃｕ，Ｎｂ又はＴｉをＬｉＴａＯ３に拡散することにより光導波路３２０を形成することができる。
【００１７】
図２に示されるように、光導波路３２０は入力部３２１を備えている。この入力部３２１はＹ分岐点Ｐ１において第一及び第二の光路３２２，３２３に分岐している。本実施の形態において、第一及び第二の光路３２２，３２３は互いに等しい長さを有している。即ち、第一及び第二の光路３２２，３２３は、周囲条件が同じであるならば、互いに等しい光路長を有しているということになる。この第一及び第二の光路３２２，３２３はＹ結合点Ｐ２において結合され再び一つになって出力部３２４に接続されている。図２から明らかなように、第一の光ファイバ２００は光導波路３２０の入力部３２１に突合せ接合されており、第二の光ファイバ４００は光導波路３２０の出力部３２４に突合せ接合されている。
【００１８】
図２及び図３を参照すると、基板３１０及び光導波路３２０上にはバッファ層３３０が形成されており、光導波路３２０はそのバッファ層３３０により覆われている。本実施の形態におけるバッファ層３３０は光変調素子３３０の使用波長において透明であり、光導波路３２０よりも屈折率の小さいものである。加えて、本実施の形態によるバッファ層３３０は透明絶縁体膜及び透明導電体膜からなる積層膜を用いて作成することのできる相互拡散層である。この相互拡散層からなるバッファ層３３０においては、透明絶縁体膜と透明導電体膜とが互いの膜内に拡散しあった結果として、積層膜の時点では存在していた膜間の境界が不明瞭なものとなっている。即ち、相互拡散層内においては、透明絶縁体膜と透明導電体膜との間を明確に示すような境界がなくなっている。この相互拡散により、本実施の形態によるバッファ層３３０は１０６乃至１０７（Ω／□）のシート抵抗値を有する。一方で、本実施の形態による相互拡散層においては、透明絶縁体膜と透明導電体膜とが互いに完全に相互拡散されているわけではないので、各面内におけるシート抵抗値は実質的に均一なものであるが、バッファ層３３０の厚み方向（即ち、図３におけるＺ方向）にはシート抵抗値の分布が認められる。換言すると、本実施の形態によるバッファ層３３０は、その製造方法に起因して、バッファ層３３０の厚み方向に沿って滑らかに変化するようなシート抵抗値を有している。本実施の形態による光変調素子３００、特にバッファ層３３０の製造方法については、後に詳述する。
【００１９】
バッファ層３３０上には、第一及び第二の変調電極３４１，３４２が形成される。第一及び第二の変調電極３４１，３４２の材料としては、例えば、Ａｕ，Ａｌ又はＣｕを用いることができる。
【００２０】
第一及び第二の変調電極３４１，３４２は、光変調素子３００の周囲を取り巻くに応じて、光導波路３２０内、より具体的には、第一及び第二の光路３２２，３２３内に屈折率変化を生じさせるようにして配置される。第一の変調電極３４１には例えばグランド電位のような参照電位が供給され、第二の変調電極３４２には光変調素子３００の周囲電界に起因した電位が与えられる。これにより、第一の変調電極３４１と第二の変調電極３４２との間には、光変調素子３００の周囲の電界に応じた電界が形成される。この第一の変調電極３４１と第二の変調電極３４２との間に生じた電界は、光導波路３２０の第一及び第二の光路３２２，３２３に対して、図２におけるＹ方向に沿って互いに異なる方向で作用する。その結果、光導波路３２０の第一及び第二の光路３２２，３２３内には屈折率変化が生じることとなる。このようにして、光変調素子３００の周囲の電界が第二の変調電極３４２に作用することにより、光導波路３２０の第一及び第二の光路３２２，３２３内における屈折率が第一及び第二の変調電極３４１，３４２により変化させられる。
【００２１】
光源１００から出射された光線が第一の光ファイバ２００を介して光変調素子３００に入力されると、その光は光導波路３２０の入力部３２１を通り、更に、Ｙ分岐点Ｐ１において二つの光に分割される。分割された光は、夫々、第一及び第二の光路３２２，３２３を別個に伝播する。その際、光変調素子３００の周囲の電界に応じた屈折率変化が第一及び第二の光路３２２，３２３内に生じ、その屈折率変化によって第一及び第二の光路３２２，３２３を夫々伝播する光間に周囲電界に応じた位相差が生じる。位相差を有する二つの光はＹ結合点Ｐ２において結合され、相互干渉が生じる。この干渉により、結合された光は位相差に応じた光強度変化を有することになる。結合された光は出力部３２４及び第二の光ファイバ４００を通じて光検出器５００まで伝達される。光検出器５００は光強度変化を検出し、それにより、光変調素子３００の周囲の電界の値を得ることができる。
【００２２】
以下、図４及び図６をも参照して、本発明の第一の実施の形態による光変調素子３００の製造方法について説明する。
【００２３】
図４に示されるように、光導波路３２０の材料（本実施の形態においてはＴｉ）のパターンがＬｉＮｂＯ３基板３１０上に形成され、それがＬｉＮｂＯ３基板３１０内に拡散させられることによって、光導波路３２０が基板３１０内に形成される。
【００２４】
次いで、図５に示されるように、透明絶縁体膜３３１及び透明導電体膜３３２が基板３１０及び光導波路３２０上に順次積層され、光導波路３２０を覆うようにして積層膜が形成される。本実施の形態による積層膜においては、透明絶縁体膜３３１がまず形成され、その上に透明導電体膜３３２が形成されているが、この順番は逆であっても構わない。即ち、まず、透明導電体膜３３２が基板３１０及び光導波路３２０上に形成されて、その透明導電体膜３３２上に透明絶縁体膜３３１が形成されることとしても良い。
【００２５】
本実施の形態においては、透明絶縁体膜３３１及び透明導電体膜３３２の膜厚は、いずれも１００ｎｍである。透明絶縁体膜３３１及び透明導電体膜３３２の膜厚は、２０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の範囲内にあることが好ましいが、透明絶縁体膜３３１及び透明導電体膜３３２の膜厚は必ずしも互いに等しくなければならないわけではなく、互いに異なることとしても良い。また、本実施の形態において、透明絶縁体膜３３１及び透明導電体膜３３２は、いずれも光導波路３２０の屈折率よりも小さい屈折率を有する。
【００２６】
ここで、着目して頂きたい事項として、透明絶縁体膜３３１の形成プロセスと透明導電体膜３３２の形成プロセスとは互いに別個独立して行われることが挙げられる。透明絶縁体膜３３１は、真空蒸着法、イオンプレーティング法又はスパッタリング法によって形成することができる。同様に、透明導電体膜３３２もまた、真空蒸着法、イオンプレーティング法又はスパッタリング法によって形成することができる。従って、本実施の形態によれば、透明絶縁体膜３３１及び透明導電体膜３３２の膜厚は容易に制御することができる。これは、本実施の形態によるバッファ層形成方法が特許文献２に記載された混合膜からなるバッファ層とは全く異なることを意味している。例えば、特許文献２に記載された混合膜からなるバッファ層を真空蒸着法、イオンプレーティング法又はスパッタリング法などによって形成しようとする場合、導電体と絶縁体という異なる二つの材料を同時に蒸着したり、スパッタしたりするための特殊な装置が必要となるものと考えられ、それにより製造コストが高くなるものと予想される。これに対して、本実施の形態においては特許文献２の場合に考えられるような特殊な装置は必要とされず、本実施の形態による透明絶縁体膜３３１及び透明導電体膜３３２は既存の真空蒸着装置、イオンプレーティング装置又はスパッタリング装置により形成することができる。従って、本実施の形態によれば、例えば特許文献２の場合と比較して製造コストを低減することができる。
【００２７】
本実施の形態による透明絶縁体膜３３１は、透明絶縁性酸化物からなり、より具体的には、ＳｉＯ２からなる。透明絶縁性酸化物は、例えば、ホウケイ酸ガラス、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２又はＺｒＯ２のいずれかであっても良いし、ＳｉＯ２、ホウケイ酸ガラス、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２又はＺｒＯ２の中から選択された二つ以上の酸化物の組み合わせであっても良い。
【００２８】
一方、本実施の形態による透明導電体膜３３２は、透明導電性酸化物からなり、より具体的には、ＩＴＯからなる。透明導電性酸化物は、例えば、ＳｎＯ２やＺｎＯのいずれかであっても良いし、ＩＴＯ、ＳｎＯ２又はＺｎＯの中から選択された二つ以上の酸化物の組み合わせであっても良い。このように、透明絶縁体膜３３１及び透明導電体膜３３２は樹脂材料からなるものではないので、特許文献１において生じうるような環境変化に起因した樹脂の劣化といった問題は本実施の形態においては生じない。
【００２９】
本実施の形態によるバッファ層３３０に関して構造上着目すべき点として、図５に示される製造途中の状態においては、透明絶縁体膜３３１と透明導電体膜３３２の間に明瞭な境界が見られるということがある。この境界は以下に述べる相互拡散によって曖昧なものとなる。
【００３０】
図６に示されるように、透明絶縁体膜３３１と透明導電体膜３３２からなる積層膜は相互拡散させられ、相互拡散層であるバッファ層３３０が得られる。本実施の形態においては、相互拡散は、透明絶縁体膜３３１と透明導電体膜３３２からなる積層膜をアニーリングすることによりなされる。本実施の形態におけるアニーリングは、酸素雰囲気中で５００℃〜６００℃の範囲内で行われる。アニーリング温度は積層膜の材質や求められる相互拡散層（バッファ層３３０）の特性によって適宜選択される。
【００３１】
本実施の形態において、バッファ層３３０のシート抵抗値は、透明絶縁体膜３３１の膜厚、透明導電体膜３３２の膜厚及びアニーリング条件を適宜選択することにより調整される。上述したように、透明絶縁体膜３３１の膜厚及び透明導電体膜３３２の膜厚を制御することは容易であるので、バッファ層３３０のシート抵抗値を１０６乃至１０７（Ω／□）の範囲に属するように調整することも比較的容易に行い得る。
【００３２】
相互拡散プロセス（本実施の形態においては具体的にはアニーリング）によりバッファ層３３０が形成されると、そのバッファ層３３０上に第一及び第二の変調電極３４１，３４２が形成され、本発明の第一の実施の形態による光変調素子３００が得られる。
【００３３】
以下においては、図７乃至図１０を参照して、本発明の第二の実施の形態による光変調素子について説明する。
【００３４】
図７に示されるように、本発明の第二の実施の形態による光変調素子は、バッファ層３５０を除き、第一の実施の形態と同様の構成を備えている。この第二の実施の形態による光変調素子は、図８乃至図１０に示されるようにして製造される。なお、本実施の形態による光変調素子の構成要素であって第一の実施の形態による光変調素子と同じものについては、図７乃至図１０において、第一の実施の形態による光変調素子と同じ参照符号を用いて示すこととする。
【００３５】
まず、図８に示されるように、光導波路３２０の材料を用いて基板３１０上にパターニングが行われ、パターニングされた材料が基板３１０内に拡散させられて光導波路３２０が基板３１０上に形成される。
【００３６】
次いで、図９に示されるように、透明絶縁体膜３５１，３５３及び透明導電体膜３５２，３５４が交互に積層され、基板３１０及び光導波路３２０上に積層膜が形成される。図示された積層膜においては、透明絶縁体膜３５１が最下層膜となっており、透明導電体膜３５４が最上層膜となっているが、最下層膜が透明導電体膜であっても良いし、最上層膜が透明絶縁体膜であっても良い。また、本実施の形態による積層膜において、透明絶縁体膜及び透明導電体膜の総膜数は“４”即ち偶数であるが、奇数であっても良い。例えば、透明絶縁体膜の膜数を“２”とし、透明導電体膜の膜数を“３”として総膜数を“５”としても良い。
【００３７】
透明絶縁体膜３５１，３５３及び透明導電体膜３５２，３５４の膜厚は、夫々、２０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の範囲内にあるように制御されている。本実施の形態において、透明絶縁体膜３５１，３５３及び透明導電体膜３５２，３５４は互いに等しい膜厚を有しているが、互いに異なる膜厚を有することとしても良い。なお、本実施の形態における透明絶縁体膜３５１，３５３及び透明導電体膜３５２，３５４はいずれも光導波路３２０の屈折率よりも小さい屈折率を有している。
【００３８】
前述した第一の実施の形態と同様に、透明絶縁体膜３５１，３５３は真空蒸着法、イオンプレーティング法又はスパッタリング法によって形成することができる。透明導電体膜３５２，３５４もまた真空蒸着法、イオンプレーティング法又はスパッタリング法によって形成することができる。
【００３９】
本実施の形態における透明絶縁体膜３５１，３５３はＳｉＯ２からなるが、透明絶縁体膜３５１，３５３が他の材料からなることとしても良い。例えば、透明絶縁体膜３５１，３５３は、ホウケイ酸ガラス、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２又はＺｒＯ２のいずれかであっても良いし、ＳｉＯ２、ホウケイ酸ガラス、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２又はＺｒＯ２の中から選択された二つ以上の絶縁体の組み合わせであっても良い。更に、透明絶縁体膜３５１と透明絶縁体膜３５３を異なる材料で形成しても良い。
【００４０】
一方、本実施の形態における透明導電体膜３５２，３５４はＩＴＯからなるが、透明導電体膜３５２，３５４が他の材料からなることとしても良い。例えば、透明導電体膜３５２，３５４は、ＳｎＯ２やＺｎＯのいずれかであっても良いし、ＩＴＯ、ＳｎＯ２又はＺｎＯの中から選択された二つ以上の導電体の組み合わせであっても良い。更に、透明導電体膜３５２と透明導電体膜３５４とを異なる材料で形成することとしても良い。
【００４１】
図１０に示されるように、透明絶縁体膜３５１，３５３及び透明導電体膜３５２，３５４からなる積層膜は相互拡散させられ、本実施の形態によるバッファ層３５０が得られる。本実施の形態においても、第一の実施の形態の場合と同様に、積層膜をアニーリングすることにより透明絶縁体膜３５１，３５３及び透明導電体膜３５２，３５４の相互拡散が行われる。なお、アニーリング条件は前述した第一の実施の形態におけるものと同じである。
【００４２】
本実施の形態においては、バッファ層３５０のシート抵抗値は、透明絶縁体膜３５１，３５３の膜数、透明導電体膜３５２，３５４の膜数、透明絶縁体膜３５１，３５３の各膜厚、透明導電体膜３５２，３５４の各膜厚、及びアニーリング条件を適宜選択することにより調整される。本実施の形態においても、バッファ層３５０のシート抵抗値を１０６乃至１０７（Ω／□）の範囲に属するように制御することも比較的容易に行い得る。
【００４３】
相互拡散プロセスによりバッファ層３５０が形成されると、そのバッファ層３５０上に第一及び第二の変調電極３４１，３４２が形成され、本実施の形態による光変調素子が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
以上説明した光変調素子は、バラツキの少ないシート抵抗値を有するバッファ層を備えていることから、基板材料が焦電効果を有するものであったとしても、光変調素子としての良好な特性を呈することができる。かかる光変調素子は、前述したように電界センサのセンサヘッドとして用いることができる他、例えば、光ファイバ通信における光変調器としても用いることができる。なお、光通信における光変調器として用いられる場合、変調電極に印加される電圧は、変調素子の周囲電界に起因したものではなく、信号制御用の電圧となることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の第一の実施の形態による光変調素子をセンサヘッドとして備える電界センサの概略構成を示す図である。
【図２】図１に示された光変調素子の概略構造を示す斜視図である。
【図３】図２に示された光変調素子の部分拡大断面図である。
【図４】図２に示された光変調素子の製造工程の一部を示す断面図である。
【図５】図２に示された光変調素子の製造工程の他の一部を示す断面図である。
【図６】図２に示された光変調素子の製造工程の他の一部を示す断面図である。
【図７】本発明の第二の実施の形態による光変調素子の構造を示す部分拡大断面図である。
【図８】図７に示された光変調素子の製造工程の一部を示す断面図である。
【図９】図７に示された光変調素子の製造工程の他の一部を示す断面図である。
【図１０】図７に示された光変調素子の製造工程の他の一部を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１００        光源
２００        第一の光ファイバ
３００        光変調素子
３１０        基板
３２０        光導波路
３２１        入力部
３２２        第一の光路
３２３        第二の光路
３２４        出力部
３３０        バッファ層
３３１        透明絶縁体膜
３３２        透明導電体膜
３４１        第一の変調電極
３４２        第二の変調電極
３５０        バッファ層
３５１        透明絶縁体膜
３５２        透明導電体膜
３５３        透明絶縁体膜
３５４        透明導電体膜
４００        第二の光ファイバ
５００        光検出器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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