(57)【要約】      （修正有）【課題】  非典型的又は過酷な条件下で電気光学デバイスを適合させる方法を提供する。【解決手段】（１）デバイス作製工程２０２、（２）基板清浄工程２０４、（３）不動態化工程２０６、及び（４）シーリング工程２０８を含む。清浄工程は、デバイスを真空チャンバで加熱して２１０（例えば、〜６０℃及び〜６０ｃｍＨｇで〜４０時間）、基板上に集まった水を排除できる。次いで、デバイスを、プラズマエッチングする２１２シーリング工程は、ダイマー粉末がガスへと気化する約１５０℃の温度まで加熱されるときに始まる２１４。次に、パラキシリレンガスは熱分解炉中に拡散し、そこで、約６５０℃の温度まで加熱され、それによりパラ−キシリレンダイマーの分子結合は十分に破壊され、モノマーへと転化される２１６。真空下で、モノマーであるパラ−キシリレン分子は、コーティングチャンバへ移動、蒸着２１８する。【選択図】図２
2007148404.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光透過性基板（１１８）を安定化する方法であって、
該基板（１１８）の表面を反応性酸化物で不動態化し（２０６）；そして、
その上に二酸化ケイ素を堆積させることによって該表面を封止すること（２０８）
を含む、前記方法。
【請求項２】
光透過性基板（１１８）を安定化する方法であって、
該基板（１１８）の表面を一酸化硫黄に対して曝露することによって、該表面を不動態化し（２０６）；そして、
該表面を封止すること（２０８）
を含む、前記方法。
【請求項３】
光透過性基板（１１８）を安定化する方法であって、
該基板（１１８）の表面を反応性酸化物で不動態化し（２０６）；
該表面をメチルシロキサンで処理し；そして、
該表面を封止すること（２０８）
を含む、前記方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の開示】
【０００１】
連邦政府によって資金提供を受けた研究開発の記載
本発明は、ボーイング社（Boeing）によって授与された契約番号第００９  Ｚ  ９００４号の下で、政府の支援を受けてなされた。政府は、本発明において一定の権利を有する。
【０００２】
発明の分野
本発明は、一般的に電気光学デバイスに関するものであり、更に詳しくは、非典型的な環境及び条件の下で動作させるために光導波路デバイスの電気光学基板を安定化する方法に関する。
【０００３】
発明の背景
光通信システムは、現在通常は、光透過性基板（optically transmissive substrate）において形成され、且つ、入力光ファイバと一つ又はそれより多い出力光ファイバとの間に光学的に連結されている光導波路の中を伝播する光信号を調整するために電極を利用する電気光学デバイス（例えば、集積化された光学チップ又は多機能チップ）を使用している。基板は、典型的には、様々な手段によってその上に光導波路を形成し得るニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）などの電気光学結晶を含む。一般的に、この種の光変調器では、一つ又はそれより多い導波路を、基板の上面に近接させて形成し、そして、一つ又はそれより多い表面電極を、その導波路に近接している表面上に堆積させる。電圧を表面電極に印加すると、導波路中を伝播する光の位相は、前進又は遅延する。この効果は、光学的に変調された信号を生成するのに使用できる。
【０００４】
既知の電気光学デバイスは、適度な環境下で充分に機能する一方で、非典型的又は過酷な条件下で（例えば、極度の温度、湿度、圧力などによって特徴付けられる環境下で、又は、そのような特徴の絶え間の無い変化を経験する環境下で）動作すると、それらの性能は急速に低下する場合がある。例えば、真空様条件下で動作するとき、導波路が形成される電気光学基板は、酸素イオン及び水素イオンが基板の表面から分離するにつれて時間をかけて化学変化する。それによって、重要な性能の低下が起こる場合がある。そのために、既知の電気光学デバイスは、極限条件下で動作する必要がある用途、特に宇宙用途（例えば、宇宙船に配備される光ファイバジャイロスコープ内での使用）用には設計されないか又は適しない。更に、従来の電気光学デバイスの性能は、Ｘ線放射線をはじめとする放射線への曝露により低下することが知られている。
【０００５】
このように、真空様環境及び放射線富化環境をはじめとする非典型的又は過酷な条件下で動作させるために、既知の電気光学デバイスを適合させる方法を提供することが望ましいことを認識すべきである。更に、宇宙で動作するように構成された電気光学デバイスで使用される透光基板の表面を安定化する方法を提供することも、望ましいと考えられる。本発明の他の望ましい特徴及び特性は、添付の図面及びこの発明の背景と共に、本発明に関する以下の具体的な説明及び添付の特許請求の範囲から明らかとなる。
【０００６】
発明の要旨
導波路デバイスで使用される電子光学基板を安定化する方法を提供する。
本発明の方法は、基板の表面を清浄にし、そしてデバイスを反応性酸化物に曝露してその表面を不動態化することを含む。シーラント層を真空下で基板上に堆積させてその表面を封止する。
【０００７】
以下、添付の図面を参照しながら本発明を説明する。図面においては、同じ数字は同じ要素を示している。
【０００８】
発明の具体的な説明
以下の具体的な説明は、本質的には単に例示であり、本発明又は本発明の用途及び使途を限定する意図は無い。更に、本発明は、上記の発明の背景又は以下の発明の具体的な説明で提示されているいずれの理論によっても束縛されない。
【０００９】
図１は、入力光ファイバ１０４に光学的に連結された第一端部１０２と、第一出力光ファイバ１０８及び第二出力光ファイバ１１０に光学的に連結された第二端部１０６とを含む既知の電気光学デバイス１００（例えば光変調器）の等角図である。光ファイバ１０４、１０８及び１１０は、それぞれフェルール１１２、１１４及び１１６を通って電気光学デバイス１００に連結されている。電気光学結晶を含みかつデバイス１００の第一端部１０２から第二端部１０６まで延在している透光基板１１８は、その中に形成された光導波路１２２を有する。基板１１８は、これらに限定されないが、ベータバリウムボレート（β−ＢａＢ２Ｏ４又はＢＢＯ）、リン酸カリウムチタニル（ＫＴｉＯＰＯ４又はＫＴＰ）及び三ホウ酸リチウム（ＬｉＢ３Ｏ５又はＬＢＯ）をはじめとする多くの既知の電気光学結晶を含んでもよい；しかし、好ましくはニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）である。図１から分かるように、導波路１２２は、基板１１８の中に光を導き、そして最終的には、出力ファイバ１０８及び１１０それぞれへと導くために、第一導波路部分１２４及び第二導波路部分１２６へと二叉に分かれる。導波路部分１２４及び１２６は、基板１１８の上面上に堆積される電極の第一の対と第二の対との間を通るように配置される。更に詳しくは、導波路部分１２４は、電極１２８と１３０との間を通り、また、導波路部分１２６は、電極１３２と１３４との間を通る。
【００１０】
入力ファイバ１０４は、光を基板１１８中に送り、そこで、光を、実質的に、導波モードと非導波モードとに；例えば、非導波ＴＭモード（ＴＭ）と導波ＴＥ（ＴＥ）モードとに分離する。光が導波路部分１２４及び１２６に沿って伝播するとき、導波ＴＥモード光は、一対の電極１２８と１３０との間及び一対の電極１３２と１３４との間をそれぞれ通る。これらの電極は、電圧を電極間に印加するように配置される。例えば、各対の一方の電極は接地してもよく、他方の電極は電圧を印加してもよい。図１を詳細に見ると、電極１２８及び１３４は接地してもよく、電極１３０は第一電圧Ｖ１に結合してもよく、また、電極１３２は第二電圧Ｖ２に結合してもよい。導波路部分１２４及び１２６の屈折率は、電極１３０及び１３２に印加される電圧に応答して変化し、そして、電極対の間を伝播する光信号は、それに対応して調整される。
【００１１】
上記したように、デバイス１００及び他のこの種の電気光学デバイスは、適度な環境下では充分に性能を発揮し得るが、非典型的な条件下で動作するとき、それらの性能は、電気光学基板１１８が経験する化学変化に起因して、急速に低下する。このため、既知の電気光学デバイスは、非地球環境下での動作には充分には適していない。本発明にしたがえば、基板１１８の表面を不動態化し、そして更にそれを封止して環境による不安定化を防止することにより、デバイス１００及び他の電気光学デバイスを安定化して、非典型的な条件下での動作に適合させる方法が提供される。
【００１２】
図２は、発明の安定化法の例示的な態様２００を示している流れ図である。流れ図から分かるように、例示的な方法２００は、４つの主な工程：すなわち、
（１）デバイス作製工程２０２、（２）基板清浄工程２０４、（３）不動態化工程２０６、及び（４）シーリング工程２０８を含む。更に、清浄工程２０４及びシーリング工程２０８は、それぞれ、以下で更に詳細に検討される多くの副工程を含む。方法２００は、対象となる電気光学デバイス、例えば図１を参照しつつ上記説明した電気光学デバイス１００の加工のための準備をするデバイス作製工程２０２から開始する。デバイス１００を作製する方法は、デバイスが使用される条件によって変わる。すなわち、デバイスをパッケージする場合、そのパッケージを、損傷について検査し、取り除くことができる。表面カバー（faceplate）が電気光学基板１１８全体にわたって存在する場合、それもまた、取り除くことができる。更に、デバイスの作製中に、デバイス１００のより脆弱な部品を保護するための工程を行うことも賢明であるかもしれない。例えば、アルミニウム箔でデバイスのリード（図示せず）を被覆することが望ましい場合がある。
【００１３】
デバイス作製が完了したら（工程２０２）、基板を清浄にして（工程２０４）、基板の表面上に集まっている可能性がある異物分子（例えば外来炭素）を除去して、反応性酸化物と結合し得る酸素分子を露出させる。反応性酸化物は、次の段落に説明するように、不動態化（ステップ２０６）中に施用される。清浄工程は、多くの方法で達成できる。図２に２１０で示してあるように、例えば、デバイス１００を真空チャンバで加熱して（例えば、〜６０℃及び〜６０ｃｍＨｇで〜４０時間）、基板１１８上に集まった水を排除できる。次いで、デバイス１００を、周知の方法でプラズマエッチングすることができる（工程２１２）；すなわち、デバイス１００を、適するプラズマチャンバ（例えば、Ｂｒａｎｓｏｎ又はＩＰＣによって製造されたタイプのチャンバ）内において、荷電プラズマ環境（例えば酸素、アルゴンなど）に曝露することができる。例示的な方法では、詳しくは、デバイス１００を、約１５分間、１分間あたり約５０立方フィートで流れる酸素ガスに曝露し、その一方で、チャンバのＲＦ出力を約８０ワットに保つ。清浄効果に加えて、プラズマエッチングは、デバイス作製中に失われた可能性がある酸素原子を元に戻すことによって、基板１１８の表面を修復する効果も有することができる。
【００１４】
デバイス１００を適切に（例えば、酸素プラズマを使用するエッチングによって）清浄にした後、不動態化工程２０６を行い、基板１１８の表面を実質的に環境的に不活性にする。これは、工程２１２（エッチング）を行ったのと同じチャンバであってもよいデバイス１００を含むチャンバの中に反応性酸化物ガス（例えば一酸化炭素）を導入することによって達成される。反応性酸化物は、基板１１８の表面において利用可能な遊離酸素結合と結合して、基板上に存在するあらゆる遊離電荷担体に加えてリチウムイオン、酸素イオン及び水素イオンの移動度を低下させる。例えば、デバイス１００は、少なくとも３０分間、約１気圧で、一酸化炭素ガスに曝露することができる。しかしながら、一酸化硫黄をはじめとする他の反応性酸化物分子を、不動態化２０６の間に使用してもよいことを認識すべきである。更に、所望ならば、更に不動態化させかつ付着させるために、メチルシロキサン（例えばシラン）を基板１１８の表面に施用してもよい。基板を効果的に不動態化した後、チャンバを排気し、そしてデバイス１００を取り出す。
【００１５】
最後に、デバイス１００をコーティングチャンバの中に配置し、シーリング工程２０８を行う。この工程では、シーリング材の薄膜を、基板１１８の表面上に堆積させて、制御され安定化された条件に基板表面を維持する。例えば、二酸化珪素（ＳｉＯｘ）は、イオンビームアシスト蒸着、化学蒸着、又は別の既知の蒸着法によって、基板１１８の表面上に堆積させることができる。別の態様では、図２に示してあるように、シーリング材はポリ−パラ−キシリレンファミリーであってもよく、そして、化学蒸着によって堆積させることができる。このファミリーの任意の適するメンバーを使用することができ（例えばパラ−キシリレンＤ、パラ−キシリレンＮなど）、好ましくはパラ−キシリレンＣである。蒸着は、ダイマー粉末（ジ−パラ−キシリレン）がガスへと気化する約１５０℃の温度まで加熱されるときに始まる。次に、パラキシリレンガスは熱分解炉中に拡散し、そこで、約６５０℃の温度まで加熱され、それによりパラ−キシリレンダイマーの分子結合は十分に破壊され、モノマーへと転化される（工程２１６）。真空下で、モノマーであるパラ−キシリレン分子は、電気光学デバイス１００を含むコーティングチャンバへ移動する。コーティングチャンバは、パラ−キシリレン分子が、電気光学デバイス１００の曝露面を共形的に被覆する固体ポリマーとなる温度（例えば室温）に維持する。シーリング材の堆積は、基板１１８の表面をはじめとするデバイス１００の露出部分に固体パラ−キシリレンポリマーが結合するときに起こり（工程２１８）、そして、過剰なガスは、コーティングチャンバの外部にある液体コールドトラップで捕集される。充分な厚さ（例えば、少なくとも公称１ミル（２５．４マイクロメートル））のポリマー層が基板１１８の表面上に堆積されたら、コーティングチャンバを排気し、デバイス１００を除去できる。方法２００が完了したら、デバイス１００が、非典型的な条件下において性能の低下が無い状態で長時間動作できるように、デバイス１００の基板１１８は安定化され且つ封止される。
【００１６】
このように、非典型的な条件下で、例えば宇宙様環境及び放射線（例えばＸ線）富化環境で見出される条件下で動作させるために、既知の電気光学デバイスを適合させる方法を提供されたことを認識すべきである。本発明方法を、特定の態様と共に上述したが、方法２００の一定の側面は、本発明の範囲から逸脱せずに、変更又は省略できることを認識すべきである。例えば、作製工程及び清浄工程を、例示的方法２００の一部として上述したが、これらの工程は、本発明方法の実行において必ずしも必要な又は望ましい工程であるとは限らない。
【００１７】
少なくとも一つの例示的な態様を、上記の発明の具体的な説明で示したが、極めて多くのバリエーションが存在することを認識すべきである。また、例示的な態様（一つ又は複数）は、単に例であって、いかなる形であれ、発明の範囲、適用可能性又は構成を限定することを意図していないことも認識すべきである。上記の具体的な説明は、当業者に対して、本発明の例示的な態様を実行するための便利なロードマップを提供する。添付の特許請求の範囲に示すような発明の範囲から逸脱せずに、例示的な態様において説明した要素の機能及び配置について様々な変更を成し得ることが認識される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】デュアル出力光変調器の等角図である。
【図２】本発明の安定化法の例示的な態様を示している流れ図である。
【図１】
2007148404.tif 000003
【図２】
2007148404.tif 000004
【外国語明細書】
2007148404000001.pdf