CN112292625A - 光学器件的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种光学器件的制造方法，包括氢注入工序、激光照射工序及焦点移动工序，交替地反复实施激光照射工序和焦点移动工序，或者并行实施激光照射工序和焦点移动工序。在氢注入工序中，在包含B2O3并且GeO2的含量以氧化物基准的质量分数计小于10％的玻璃构件中注入氢。在激光照射工序中，对注入了氢的玻璃构件的内部聚光照射具有10kHz以上的重复频率的飞秒激光，使玻璃构件产生基于光诱导的折射率变化。在焦点移动工序中，使飞秒激光的焦点位置对玻璃构件相对地移动。

Description

光学器件的制造方法
技术领域
本公开涉及光学器件的制造方法。本申请基于2018年6月12日申请的日本专利申请第2018-111779号要求优先权，引用上述日本申请所记载的全部内容。
背景技术
在光网络通信等技术领域中，伴随着云服务的扩展，正在迅速推进数据中心的大规模化、通信数据的大容量化。作为其中的一个例子，正在研究例如利用硅光子学的光IC化、作为高密度光布线的多芯光纤(Multi-Core optical Fiber：以下称为“MCF”)的应用。由于MCF是能够通过空分复用方式来规避高功率的光入射至光纤产生的光纤熔合(FiberFuse)现象导致的适用限制，所以MCF作为下一代的大容量光纤备受瞩目。然而，为了采用MCF等光学部件，连接相邻的MCF之间的技术，或者从MCF的纤芯分别向多根单芯光纤进行分路连接的技术是不可或缺的。作为能够实现这样的光学部件之间的连接的部件，能够利用例如低高度光耦合器(Low profile coupler)、光栅耦合器等，尤其是从生产率、设计的自由度的观点出发，利用激光描绘在玻璃内部形成光波导的三维光波导器件的制造备受瞩目。
关于至今为止所报道的利用激光描绘而得到的三维光波导器件，对玻璃材质、添加材料、添加量、利用钛蓝宝石(Ti∶S)激光的飞秒激光(约800nm)的照射条件进行了研究。例如，在专利文献1中公开了如下方法：对不含有SiO2成分而包含P2O5成分的玻璃照射飞秒激光，由此使诱发了折射率变化的区域(折射率调制区域)在空间上分布。在该方法中，通过在玻璃中添加碱金属氧化物、碱土金属等使玻璃的熔点降低，易于进行成型加工。此外，通过在玻璃中添加除Si以外的第14族元素、Ti、Zr的氧化物来提高化学耐久性。进而，在专利文献1中还公开了在玻璃中添加有助于高的折射率变化的B2O3、GeO2等。此外，专利文献1公开了在含有Si的材料中照射了激光的区域的折射率降低。另一方面，在非专利文献1公开的方法中，通过对纯石英玻璃或者添加了Ge的石英玻璃照射飞秒激光，使折射率变化为0.03。其还公开了在该折射率增大了的区域中产生NBOHC’s(nonbridging oxygen holecenters，非桥键氧空穴中心)、SiE’缺陷。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利申请公开2010-70399号公报；
专利文献2：日本专利申请公开9-311237号公报。
非专利文献
非专利文献1：K.M.Davis等人，“Writing waveguides in glass with afemtosecond laser”，OPTICS LETTERS，第21卷，第21号，11月1日，1996年，第1729-1731页；
非专利文献2：Y.Ikuta等人，“Effects of H2 impregnation on excimer-laser-induced oxygen-deficient center formation in synthetic SiO2 glass”，APPLIEDPHYSICS LETTERS，第80卷，第21号，5月27日，2002年，第3916-3918页；
非专利文献3：生田順亮等人，“真空紫外光用合成石英ガラス”，ReportsRes.Lab.Asahi Glass Co.,Ltd.,54,2003年，第31-35页；
非专利文献4：石川真二“紫外線書込型長周期ファイバグレーティングの熱緩和特性解析”，信学技法，11，1999年，第19-24页；
非专利文献5：D.L.Williams等人，“ENHANCED UV PHOTOSENSITIVITY IN BORONCODOPED GERMANOSILICATE FIBERS”，ELECTRONICS LETTERS，1月7日，1993年，第29卷，第1号，第45-47页；
非专利文献6：B.I.Greene等人，“Photoselective Reaction of H2 withGermanosilicate Glass”，LEOS'94(1994年)，第2卷，PD-1.2，第125-126页；
非专利文献7：Junji Nishii等人，“Ultraviolet-radiation-induced chemicalreactions through one-and two-photon absorption process in GeO2-SiO2glasses”，OPTICS LETTERS，第20卷，第10号，5月15日，1995年，第1184-1186页；
非专利文献8：K.Hirao等人，“Writing Waveguides in Silica-related Glasseswith Femtosecond Laser”，Jpn.J.APPL.PHYS.，第37卷，增刊37-1，1998年，第49-52页。
发明内容
本公开的光学器件的制造方法包括氢注入工序、激光照射工序及焦点移动工序，交替地反复实施激光照射工序和焦点移动工序，或者并行实施激光照射工序和焦点移动工序。在氢注入工序中，在包含B2O3并且GeO2的含量以氧化物基准的质量分数计小于10％的玻璃构件中注入氢。在激光照射工序中，对注入了氢的玻璃构件的内部聚光照射具有10kHz以上的重复频率的飞秒激光，使玻璃构件产生基于光诱导的折射率变化。在焦点移动工序中，使飞秒激光的焦点位置对玻璃构件相对地移动。
附图说明
图1为用于说明本公开的光学器件的制造方法的流程图。
图2为示出用于实施本公开的光学器件的制造方法的制造装置的结构的图。
图3为针对构成玻璃构件的不同的主要材料(SiO2、B2O3)，分别示出相对于入射光波长的透射率变化的测定结果的图。
具体实施方式
[本公开要解决的问题]
本发明人对现有的光波导器件的制造方法进行了研究，结果发现了如下问题。即，对纯石英照射飞秒激光时产生的NBOHC’s、SiE’缺陷易受到外部干扰，处于不稳定的状态，存在稳定性方面的问题。此外，在产生缺陷、组成变形等的过程中，需要切断SiO2、添加材料的原子键的能量。因此，使用比波长400nm短的波长、例如波长200nm非常有效。但是，由于在玻璃构件中所添加的Ge会从波长400nm左右起产生激光吸收，因此需要将激光的波长设为400nm以上。即，难以使用比400nm短的波长。在使用了400nm以上的激光的情况下，由于所需要的能量不足有可能使产生折射率变化的效率降低。此外，在纯石英玻璃、添加了Ge的石英玻璃中，熔融温度高达1100℃，由于玻璃成型加工时的热处理等的影响，Ge从玻璃表层向外部扩散，在玻璃表层与玻璃内部产生了Ge浓度分布。由此，在玻璃中产生变形，在进行光学抛光、切割等加工时玻璃中可能产生裂纹等。
本公开是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供一种用于抑制玻璃构件的加工性降低、高效地形成稳定的高折射率区域的光学器件的制造方法。
[本公开的效果]
根据本公开，能够提供一种用于抑制玻璃构件的加工性降低、高效地形成稳定的高折射率区域的光学器件的制造方法。
[本公开的实施方式的说明]
下面分别单独列举说明本公开的实施方式。一种实施方式的光学器件的制造方法包括氢注入工序、激光照射工序及焦点移动工序，交替地反复实施激光照射工序和焦点移动工序，或者并行实施激光照射工序和焦点移动工序。在氢注入工序中，在包含B2O3并且GeO2的含量以氧化物基准的质量分数(mass fraction)(即，假设以氧化物(例如GeO2)的形式包含Ge等构成玻璃的元素、掺杂物，目标氧化物的质量相对于全部质量的比例)计小于10％的玻璃构件中注入氢。在激光照射工序中，在注入了氢的玻璃构件的内部聚光照射具有10kHz以上的重复频率的飞秒激光，使玻璃构件产生基于光诱导的折射率变化。在焦点移动工序中，使飞秒激光的焦点位置对玻璃构件相对地移动。
另外，在本说明书中，“基于光诱导的折射率变化”是指通过激光等光照射而在玻璃内部诱导的折射率变化。此外，“折射率变化”规定为以光照射区域以外的折射率为基准，产生折射率变化的光照射区域内的折射率的最大折射率差Δn。通过光照射而在玻璃内诱导的折射率变化Δn是折射率变化Δnp(以下记为“压力导致的折射率变化”)与折射率变化Δnd(以下记为“结构导致的折射率变化”)的合计，上述折射率变化Δnp是由于玻璃内部残留的压力(压缩应力和/或拉伸应力)导致的，上述折射率变化Δnd是由于在玻璃内部产生的添加材料的键合缺陷、玻璃内部的组成变化导致的。
在本实施方式的一个方案中，通过在玻璃构件中添加B2O3，能够将玻璃构件的熔融温度降低至500℃以下。此外，由于玻璃构件中的GeO2的含量以氧化物基准的质量分数计小于10％，所以可抑制由于Ge浓度分布所导致的变形的产生。即，能够抑制玻璃构件的加工性的降低。进而，通过注入氢能够进一步增大结构导致的折射率变化Δnd，形成更大的折射率变化Δn(提高封闭光的效率)。此外，在产生了结构导致的折射率变化的情况下，通过在玻璃中注入的氢的作用提高了折射率变化区域的稳定性。即，能够在玻璃内部形成稳定的高折射率区域。此外，如上所述，由于玻璃构件中的GeO2的含量以氧化物基准的质量分数计小于10％，所以Ge导致的光吸收极小，或者能够忽略。由此，作为照射的激光的波长能够选择能量高的短的激光波长。结果能够高效地形成折射率增大区域。如上所述，在本实施方式的一个方案中，能够使玻璃构件的加工性提高，高效地形成稳定的高折射率区域。
作为本实施方式的一个方案，玻璃构件可以以SiO2为主成分，不包含Ge。在这种情况下，能够形成完全不受Ge的影响的稳定的玻璃构件。
作为本实施方式中的一个方案，玻璃构件可以包含碱金属和碱土金属中的一种以上。在这种情况下，有助于降低玻璃构件的熔融温度。
作为本实施方式的一个方案，飞秒激光的波长的范围可以为265nm以上且420nm以下。在这种情况下，在被照射了来自飞秒激光器的激光的玻璃构件内部的相同位置能够产生压力导致的折射率变化Δnp和结构导致的折射率变化Δnd这两者。此外，能够高效地形成结构导致的折射率变化Δnd。
作为本实施方式中的一个方案，氢注入工序也可以包括将玻璃构件保持在106Pa以上的氢环境中的工序。
[本发明的实施方式的详细说明]
以下参考附图对本发明的光学器件的制造方法的具体例子进行详细的说明。另外，本发明并不被这些示例限定，本发明由请求保护的范围所示，并且旨在包含与请求保护的范围等同的含义和在范围内的全部变更。此外，在附图的说明中，对相同的要素标记相同的符号，省略重复说明。
图1为用于说明本实施方式的光学器件的制造方法的流程图。此外，图2为示出用于实施本实施方式的光学器件的制造方法的制造装置的结构的图。
图2所示的制造装置具有：飞秒激光器20、用于驱动该飞秒激光器20的激光器驱动部25、聚光光学系统(聚光透镜)30、X-Y-Z工作台40、用于驱动该X-Y-Z工作台40的工作台驱动部45、以及用于控制这些各部的动作的控制部50。
激光器驱动部25根据从控制部50发出的指示，控制从飞秒激光器20输出的脉冲激光(以下记为“飞秒激光”)的功率和重复频率。由此，能够从飞秒激光器20输出具有数百飞秒以下的脉冲宽度的飞秒激光。特别是由于脉冲宽度被设定为数百飞秒以下的飞秒激光能够使其峰值功率为105W/cm2以上，因此很有效。此外，为了使在玻璃材料的内部形成的光波导的折射率和结构平滑，优选所输出的飞秒激光的重复频率为10kHz以上。在X-Y-Z工作台40的器件承载面上，放置要制成光学器件的玻璃构件10。
形成玻璃构件10的基板材料以SiO2为主成分。“以SiO2为主成分”是指以氧化物基准的质量分数计含有的SiO2大于总体的50％。作为一个例子，SiO2的含量范围以氧化物基准的质量分数计优选约为50％～100％，更优选为60％以上且95％以下。
材料的熔融温度低有利于形成玻璃构件10。本实施方式的玻璃构件10包含具有降低熔融温度的作用的B2O3。在B2O3的添加量在适当的范围内时可形成稳定的玻璃。作为一个例子，B2O3的添加量范围以氧化物基准的质量分数计优选为10％以上且小于50％，更优选为10～40％。
此外，作为进一步使熔融温度降低的添加材料，碱金属、碱土金属等是有效的添加材料。关于碱金属，可举出例如Li2O、Na2O、K2O等。关于碱土金属，可举出MgO、CaO、SrO、BaO等。此外，作为其它有效的添加材料，可举出ZnO。在作为碱金属的Li2O、Na2O、K2O等的添加量为30％以下的情况下，不会观察到化学耐久性的降低。因此，碱金属的添加量范围优选为0～30％，更优选为0～20％。如果作为碱土金属的MgO、CaO、SrO、BaO等的添加量为30％以下，则不会使玻璃的稳定性降低，因此碱土金属的添加量范围优选为0～30％，更优选为0～20％。
具有降低熔融温度作用的B2O3能够有助于照射飞秒激光时的折射率的增大。作为这样的添加材料，除B2O3以外还可举出GeO2、Al2O3、Ga2O3、In2O3、Bi2O3、稀土类氧化物等。如果这些添加材料的添加量为40％以下，则不易使玻璃构件失透，不易引起熔融温度的上升。因此，添加量范围优选为0～40％，更优选为0～30％。但是，由于GeO2会如后述那样吸收400nm以下的光，所以制约了所照射的激光的短波长化。此外，GeO2还是使玻璃构件产生变形的原因。因此，关于GeO2，需要是能够忽略GeO2的作用的程度的添加量。例如，GeO2的添加量的上限以氧化物基准的质量分数计优选小于10％，更优选为5～8％。作为一个例子，可以不添加GeO2。
作为使玻璃构件的化学耐久性提高的添加材料，可举出SnO2、TiO2、ZrO2等。如果SnO2、TiO2、ZrO2等的添加量为40％以下时，则不易使玻璃构件失透，不易引起熔融温度的上升。因此，SnO2、TiO2、ZrO2等的添加量范围优选为0～40％，更优选为0～30％。
作为用作澄清剂的添加材料，可举出Sb2O3。Sb2O3的添加量优选为40％以下。
在玻璃构件中预先注入H2。向玻璃构件注入氢有助于提高折射率变化后的稳定性和高折射率的提高，因此是极其重要的要素。从飞秒激光器20输出的飞秒激光通过聚光光学系统30聚光于放置在X-Y-Z工作台40上的玻璃构件10的内部(焦点位置35)。由此，在玻璃构件10的内部形成了折射率变化区域15(光波导)。
工作台驱动部45根据从控制部50发出的指示来驱动X-Y-Z工作台40，使X-Y-Z工作台40的器件承载面分别沿X轴方向、Y轴方向及Z轴方向移动。通过该结构，飞秒激光的焦点位置35对玻璃构件10相对地移动。控制部50通过如上述方式控制激光器驱动部25和工作台驱动部45的各自的动作，在玻璃构件10的内部刻入了任意图案(与加入了Z轴深度方向信息的在X-Y平面上投影的光波导的形状一致)的折射率变化区域15(制造作为光学器件的光波导器件)。
接着，根据图1的流程图，对利用具有上述结构的制造装置制造光学器件(本实施方式的光学器件)的本实施方式的光学器件的制造方法进行说明。另外，在以下的说明中，作为一个例子，对制造刻入了任意图案的光波导(折射率变化区域)的三维光波导器件(光学器件)的情况进行说明。
本实施方式的光学器件的制造方法由准备工序和光波导制造工序构成。首先，在准备工序中，准备要制成三维光波导器件的玻璃构件10(例如平行平板玻璃)，暂时将其放置在腔室内。在放置了玻璃构件10的状态下，在腔室内导入纯度为99.9％以上的氢气，将该腔室内的气压维持在10个大气压(大致为106Pa)以上。氢注入时间为1日以上且4周以内。在玻璃材料的厚度为例如0.5mm以上的情况下，考虑到H2的扩散速度，有时根据需要也会为4周以上。由此，在玻璃构件10中注入了氢(步骤ST10)。另外，在进行步骤ST10的氢注入工序之后不立即进行光波导制造工序的情况下，为了抑制从玻璃构件10中脱离的氢量，将该注入了氢的玻璃构件10在-10℃以下低温保存(步骤ST15)。另外，步骤ST15(低温保存工序)在图1中的点A～点B所示的期间实施。
在光波导制造工序中，在注入了氢的玻璃构件10的内部刻入任意图案的光波导(折射率变化区域15)。具体而言，将注入了氢的玻璃构件10在结束步骤ST10后立即放置在X-Y-Z工作台40的器件承载面上，照射飞秒激光(步骤ST20)。控制部50控制激光器驱动部25，使从飞秒激光器20输出具有可在玻璃构件10的内部产生光诱导带来的折射率变化的能量并且具有10kHz以上的重复频率的飞秒激光。从飞秒激光器20输出的飞秒激光通过聚光光学系统30聚光在玻璃构件10的内部，在该飞秒激光的焦点位置35附近(聚光区域)形成基于光诱导的折射率变化。当玻璃构件10中的规定部位的激光照射结束时，控制部50控制工作台驱动部45，使放置在X-Y-Z工作台40的器件承载面上的玻璃构件10的位置移动(步骤ST30)。如此，在焦点移动工序(步骤ST30)中，通过连续地或者间断地变更玻璃构件10的放置位置和/或飞秒激光的焦点位置35，从而玻璃构件10内部的飞秒激光的焦点位置35发生移动。另外，在连续地变更玻璃构件10的放置位置和/或飞秒激光的焦点位置35的情况下，可以并行实施激光照射工序(ST20)和焦点移动工序(ST30)。
另外，直到在玻璃构件10的内部形成预先设计好的光波导图案为止，返回图1中的点C所示的时间点，变更照射条件或者在相同条件下重复进行上述步骤ST20的激光照射工序和步骤ST30的焦点移动工序、即利用控制部50对激光器驱动部25和工作台驱动部45的动作控制(步骤ST40)。当向玻璃构件10刻入光波导(折射率变化区域15)的工作完成时(步骤ST40)，为了进行老化处理、除去残留氢而对玻璃构件10进行退火，以使Δn长期不发生变化(步骤ST50)。经过以上的工序(步骤ST10～ST50，或者包括步骤ST15的步骤ST10～步骤ST50)，得到三维光波导器件。
接下来，对用于制造三维光波导器件的上述激光照射工序(步骤ST20)进行详细的说明。
首先，要制造的三维光波导器件需要使激光聚光于作为基体材料的玻璃构件。即，通过在激光的聚光区域中一边使折射率增大一边使聚光区域(包含焦点位置35)对玻璃构件的相对位置移动(激光聚光区域的扫描)，从而在玻璃构件内形成了任意图案的折射率变化区域。为了形成这样的任意图案的折射率变化区域，在照射系统中需要激光光源和聚光光学系统，并且还需要与聚光光学系统连动工作的工作平台。在图2的例子中，设置了作为激光光源的飞秒激光器20和激光器驱动部25、作为聚光光学系统30的聚光透镜、以及作为工作平台的X-Y-Z工作台40和工作台驱动部45。控制部50控制上述各部的动作。
通过使激光聚光于玻璃构件来在该玻璃构件的内部使折射率增大的机理分为以下2种。
第一机理为利用Ti∶S激光(波长800nm以下的飞秒激光)来增大折射率的机理。在该利用Ti∶S激光来增大折射率的机理中，在玻璃构件内部的激光被聚光的区域产生高压等离子体。在玻璃构件的激光聚光区域，因高压等离子体的冲击，根据动态压缩产生压力波并传播至外侧，由此在激光聚光区域中玻璃的密度产生变化。进而，在激光照射后，因弹性约束在激光聚光区域的中心部产生压缩应力，由此在玻璃构件的内部形成了高密度玻璃区域。此时，高密度玻璃区域中的折射率变化Δn为0.015左右。由该第1机理产生的折射率变化相当于压力导致的折射率变化Δnp。
第二机理为利用激光切断玻璃构件中包含的材料的原子键来产生键合缺陷、通过该键合缺陷使折射率变化的机理。通过产生键合缺陷、组成变化，仅激光照射区域的折射率与周围区域相比提高。即为结构导致的折射率变化。另外，该第二机理(结构导致的折射率变化)也可以例如在光纤的纤芯中形成光栅结构时使用。
在该第二机理中，为了切断添加材料的原子键，可以使用比添加材料的吸收限波长更短波长的激光。然而，在这种情况下，在玻璃构件的光入射面和聚光区域之间存在的玻璃材料的区域中，添加材料也会吸收射向聚光区域的(聚光前的)激光，添加材料的原子键也会被切断。因此，难以仅使聚光区域产生折射率变化。因此，在本实施方式中，利用多光子吸收(主要是双光子吸收)仅在聚光区域切断添加材料的原子键，产生折射率变化。在例如为双光子吸收的情况下，在产生了双光子吸收的区域，对玻璃材料施加相当于激光波长的1/2波长的能量。因此，如果使激光波长的1/2比添加材料的吸收限波长短、激光波长比添加材料的吸收限波长长，则能够仅在产生了双光子吸收的区域切断添加材料的原子键。另外，用于仅在光强度增高的聚光区域产生双光子吸收、在玻璃构件的光入射面和聚光区域之间存在的玻璃材料的区域不产生双光子吸收的激光的照射条件的调整是极其容易的。
图3为针对构成玻璃构件的材料(SiO2、B2O3)分别示出相对于入射光波长的透射率变化的测定结果的图。另外，在图3中，用虚线表示关于GeO2的相对于入射光波长的透射率变化的测定结果。如图3所示，SiO2的透射率从150nm至220nm逐渐上升，B2O3的透射率从200nm至265nm逐渐上升，GeO2的透射率从350nm至420nm逐渐上升。在玻璃构件10包含10％以上的GeO2的情况下，当照射比GeO2的吸收限波长短的波长的激光时，难以仅在聚光区域产生折射率变化。在本实施方式中，由于玻璃构件中的GeO2的添加量小于10％，因此不会产生基于GeO2的光吸收，或者基于GeO2的光吸收极小。因此，飞秒激光的波长能够采用小于420nm的波长，比GeO2的吸收限波长短。例如，在将飞秒激光的波长设为420nm(图3中D1所示)的情况下，基于双光子吸收的波长为210nm(图3中D2所示)。在这种情况下，能够切断B2O3的原子键。但是，难以有效地切断SiO2的原子键。
因此，作为飞秒激光的波长，波长380nm以下是有利的，波长360nm以下则更有利。例如，在飞秒激光的中心波长为360nm(图3中D3所示)的情况下，基于双光子吸收的能量相当于180nm(图3中D4所示)波长的光的能量。在这种情况下，能够切断SiO2的原子键，对于产生缺陷、组成变形是很有效的。另外，在飞秒激光的波长为比B2O3的吸收限波长短的265nm以下的情况下，难以仅在聚光区域产生折射率变化。因此，飞秒激光的波长的下限优选为265nm。
除此之外，作为对激光光源所要求的条件，脉冲宽度窄于1皮秒、具有高峰值功率的固体激光器、气体激光器、光纤激光器等的基本波长或者波长转换波长是有效的。特别是由于数百飞秒以下的脉冲宽度能够使峰值功率为105W/cm2以上，所以是有效的。此外，为了缩短制造时间，从激光光源所输出的脉冲激光的重复频率优选为10kHz以上。
在以上说明的光学器件的制造方法中，通过在玻璃构件10中添加B2O3，能够将玻璃构件10的熔融温度降低至500℃以下。此外，由于玻璃构件10中的GeO2的含量以氧化物基准的质量分数计小于10％，因此抑制了由Ge浓度的分布所导致的变形的产生。即，能够抑制玻璃构件10的加工性的降低。进而，通过注入氢能够进一步增大结构导致的折射率变化Δnd，形成了更大的折射率变化Δn(提高封闭光的效率)。结果能够将玻璃构件10内所形成的折射率变化区域(光波导区域)的曲率半径设计得更小，因此能够使得到的光学器件小型化。
此外，在将注入了H2的样品(氢处理)与未注入H2的样品(非氢处理)进行比较的情况下，未注入H2的样品的通过飞秒激光的照射增大的折射率增大部分的弛豫速度更快。即，由于非氢处理的样品的活化能比氢处理的样品的活化能小，所以从反应速度的观点出发，可认为在非氢处理的样品中写入的折射率增大区域不稳定。在本实施方式中，可认为通过进行氢处理，被飞秒激光的照射切断的原子键被氢封端。由此，能够使在添加了B2O3的玻璃材料的内部所形成的折射率变化区域稳定化。如此，在产生了结构导致的折射率变化的情况下，通过在玻璃中所注入的H2的作用，提高了折射率变化区域的稳定性。即，能够在玻璃内部形成稳定的高折射率区域。
此外，压力导致的折射率变化Δnp通过例如上述非专利文献1所记载的利用激光照射使玻璃内部的特定部位变成高密度区域来形成(以百分率表示为1.5％左右)。此外，结构导致的折射率变化Δnd通过例如上述非专利文献5～7所记载的在光纤光栅的制造等中所利用的折射率增大机理来形成。
在上述非专利文献5～7中，由于在玻璃构件中添加了Ge，所以400nm以下的波长的光被Ge吸收。根据专利文献2、非专利文献8，在对由质量分数95％的SiO2、质量分数5％的GeO2构成的石英玻璃照射波长800nm的飞秒激光的情况下，该聚光区域的折射率上升3％左右。这样的折射率的上升认为是压力导致的折射率变化Δnp与结构导致的折射率变化Δnd组合的结果。但是，由于激光波长为800nm，所以为了诱发由GeO2引起的结构导致的折射率变化Δnd，至少需要波长800nm的基于3光子吸收以上的多光子吸收的能量。与双光子吸收的发生概率相比，3光子吸收以上的多光子吸收的发生概率显著降低。而且，由于成型加工工序中的热处理，在玻璃构件中诱发了由GeO2的浓度分布引起的变形。在这种情况下，抛光、切割等的加工性降低。
在本实施方式中，由于玻璃构件10中的GeO2的含量以氧化物基准的质量分数计小于10％，所以基于Ge的光吸收被抑制得极低，为能够忽略的级别。由此，作为进行照射的激光，能够选择能量高的、短波长的激光。结果能够高效地形成折射率增大区域。如上所述，在本实施方式的一个方案中，能够使玻璃构件10的加工性提高，能够高效地形成稳定的高折射率区域。
此外，在玻璃构件10以SiO2为主成分、不包含Ge的情况下，能够形成完全不受Ge的影响的稳定的玻璃构件。
此外，在玻璃构件10包含碱金属和碱土金属中的一种以上的情况下，有助于提高折射率变化区域的折射率，并且有助于降低玻璃构件10的熔融温度。通过使玻璃构件10的熔融温度降低，能够容易加工玻璃构件10。
此外，飞秒激光的波长的范围可以为265nm以上且420nm以下。在这种情况下，能够在被照射了来自飞秒激光器的激光的玻璃构件内部的相同位置，产生压力导致的折射率变化Δnp和结构导致的折射率变化Δnd这两者。此外，由于飞秒激光具有高能量，所以能够高效地形成结构导致的折射率变化Δnd。
此外，氢注入工序也可以包括将玻璃构件保持在106Pa以上的氢环境中的工序。在这种情况下，能够适当地实施对玻璃构件10的氢注入。
本发明的光学器件的制造方法并不限于上述的实施方式，能够进行其它各种变形。
附图标记说明
10：玻璃构件、15：折射率变化区域(光波导)、20：飞秒激光器、25：激光器驱动部、30：聚光光学系统(聚光透镜)、35：焦点位置、40：X-Y-Z工作台、45：工作台驱动部、50：控制部。

Claims (8)

1.一种光学器件的制造方法，包括：
氢注入工序，在包含B2O3并且GeO2的含量以氧化物基准的质量分数计小于10％的玻璃构件中注入氢；
激光照射工序，对注入了氢的所述玻璃构件的内部聚光照射具有10kHz以上的重复频率的飞秒激光，使所述玻璃构件产生基于光诱导的折射率变化；
焦点移动工序，使所述飞秒激光的焦点位置对玻璃构件相对地移动，
交替地反复实施所述激光照射工序和所述焦点移动工序，或者并行实施所述激光照射工序和所述焦点移动工序。
2.根据权利要求1所述的光学器件的制造方法，其中，所述玻璃构件以SiO2为主成分，不包含GeO2。
3.根据权利要求1所述的光学器件的制造方法，其中，所述玻璃构件包含以质量分数计为60％以上且95％以下的SiO2。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的光学器件的制造方法，其中，B2O3的质量分数为10％以上且小于50％。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的光学器件的制造方法，其中，所述玻璃构件包含碱金属和碱土金属中的一种以上的元素。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的光学器件的制造方法，其中，所述玻璃构件包含SnO2、TiO2、ZrO2中的一种以上的元素。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的光学器件的制造方法，其中，所述飞秒激光的波长的范围为265nm以上且420nm以下。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的光学器件的制造方法，其中，所述氢注入工序包括将所述玻璃构件保持在106Pa以上的氢环境中的工序。
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