CN1985201A

CN1985201A - 玻璃光波导

Info

Publication number: CN1985201A
Application number: CN 200580023432
Authority: CN
Inventors: 近藤裕己; 小野元司; 杉本直树
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2004-07-15
Filing date: 2005-07-14
Publication date: 2007-06-20

Abstract

芯中含有选自作为玻璃构成氧化物的Bi₂O₃、Sb₂O₃、PbO、SnO₂及TeO₂中的至少任1种氧化物的玻璃光波导，可减少芯的截面形状为矩形时所产生的光的较大的传播损失。玻璃光波导的特征在于，以质量百分率表示含有合计35％以上的上述玻璃构成氧化物的至少1种以上，芯的截面形状为梯形，且梯形的平行的2条边中的长边位于基板一侧，构成梯形的4条边中的长边与2条斜边的任1条形成的角度都在60～80°的范围内。

Description

玻璃光波导

技术领域

本发明涉及玻璃光波导。

背景技术

以被用于波分复用方式(WDM)的光通信领域的光放大器为目的，对具有添加了稀土类元素的芯的玻璃光学纤维的研究开发正盛行，但以添加Er的石英玻璃为芯的光纤存在难以获得所希望的传送容量、很难小型化和阵列化等问题。作为其对策，有人提出了使用添加Er的Bi₂O₃系玻璃材料的芯的光纤(参照例如专利文献1)或在基板上形成上述玻璃材料构成的光放大芯的光波导的技术方案，并实施更深度的开发。

作为玻璃光波导，一般已知的是石英玻璃系玻璃光波导。作为在石英玻璃膜等上形成微细的波导图案的方法，采用干蚀刻技术，通常以抗蚀膜或金属膜作为掩模形成图案。即直接在微细加工的石英玻璃膜上涂布抗蚀剂、进行图案曝光和显影以除去不需要的抗蚀剂，将以这样的工序形成的抗蚀剂图案原封不动作为掩模，实施干蚀刻。或在石英玻璃膜上形成金属膜后，形成上述抗蚀剂的图案，将抗蚀剂作为掩模对金属膜进行干蚀刻，将其作为石英玻璃膜的蚀刻用掩模进行干蚀刻。

图3为表示已有的光波导的制作方法的截面示意图，采用该图3进行说明。这里，将金属膜作为掩模对石英玻璃膜进行干蚀刻处理。在由石英玻璃或Si形成的基板11上首先形成下包层膜12，然后在下包层膜12上形成由厚5～10μm的石英玻璃构成的芯膜13(图3(a))。接着，在芯膜13上形成金属膜14(图3(b))，在其上均匀涂布抗蚀剂15，用掩模对准器将芯电路图案曝光于抗蚀剂15上，显影，生成复制电路图案的抗蚀剂图案(图3(c))。如图3(d)所示，将该抗蚀剂图案作为掩模，通过反应性离子蚀刻对金属膜14进行干蚀刻，形成金属掩模图案，除去抗蚀剂(图3(e))。然后，将金属掩模图案作为掩模对芯膜13进行蚀刻(图3(f))，其后再除去金属掩模图案(图3(g))，上包层膜16覆盖于芯上，制得光波导(图3(h))。

图2为图3的石英玻璃波导中的芯周边部的放大图，它是光波导截面示意图。21为芯，22为包层，22a为下包层膜，22b为上包层膜，23为基板。芯的截面形状通常为矩形，优选正方形。其理由如下所述。波导中的光损失由光输入输出端部的耦合损失和波导本身的传播损失造成。波导本身的损失由膜本身的损失、蚀刻后的芯侧壁的破裂、波导的结构设计等造成，与芯的截面形状无关。与其相反，耦合部的损失与芯的截面形状密切相关。输入用光纤等输入输出元件中的光的传播模式(以下将“光的传播模式”简称为“模式”)与波导的模式的重叠如果较多，则损失减少，但如果重叠较少，则损失增加。通常输入输出元件中的模式为圆形，因此也将波导的模式也设计为圆形。波导的形状为正方形时，模式变为圆形，所以耦合损失减少。基于上述理由，大多数情况下通常的玻璃波导的芯形状为矩形。

另一方面，对使用石英玻璃波导的阵列波导光栅光合分波器(AWG)中的波导的一部分不为矩形而为梯形的情况进行了探讨(参照专利文献2)。AWG中的光损失是输入输出元件与AWG元件的耦合损失、AWG本身的损失、构成AWG的平面波导与阵列波导的连接部分中的辐射损失的总和。占该损失的大半的是平面波导部与阵列波导部的连接部分中的辐射损失。

光从平面波导部入射至阵列波导部时，连接部分中的等效折射率发生急剧变化，所以传播的光的一部分向包层漏出，基于该原因辐射损失变大。为了缓解等效折射率的急剧变化，最好将阵列波导的连接部附近的芯的形状形成为梯形。

专利文献1：日本专利特开2001-102661号公报

专利文献2：日本专利特开2003-4958号公报

发明的揭示

但是，如果对被用于光波导的光放大芯的添加Er的Bi₂O₃系玻璃等含有以质量百分率表示合计35％以上的选自Bi₂O₃、Sb₂O₃、PbO、SnO₂及TeO₂的1种以上的氧化物的玻璃膜(以下称为含Bi₂O₃等的玻璃膜)进行干蚀刻，籍此将芯形状形成为矩形，则发生图案的侧壁变得不平滑这样的新问题。其原因推测如下，即对石英玻璃进行干蚀刻时的反应生成物的挥发性高，被快速排出到蚀刻系统之外，与此相反，含Bi₂O₃等的玻璃膜在干蚀刻时，因为玻璃膜的成分与蚀刻气体的反应生成的物质的挥发性差，所以如果芯形状形成为矩形，则反应生成物附着于芯侧壁，在具有接近垂直的角度的侧壁无法进行蚀刻，因此会引起表面开裂。如果无法获得平滑的芯侧壁，则形成为波导时，在芯和包层的界面会出现信号光发生散射、传播损失变大这样的致命的问题，因此难以实用化。

本发明是用于解决上述存在问题的发明，提供具备形成于平面基板上的由玻璃构成的芯和包层的玻璃光波导，该光波导的特征在于，作为构成芯玻璃的氧化物，含有以质量百分率表示合计35％以上的选自Bi₂O₃、Sb₂O₃、PbO、SnO₂及TeO₂中的1种以上的氧化物，芯的截面形状为在基板一侧具有长边的梯形，且构成梯形的4条边中的长边与2条斜边的任1条形成的角度都在60～80°的范围内。

借助于上述构成，本发明能够解决因为对上述含Bi₂O₃等的玻璃膜，即含有以质量百分率表示合计35％以上的选自Bi₂O₃、Sb₂O₃、PbO、SnO₂及TeO₂中的1种以上的氧化物的玻璃膜进行干蚀刻，而使图案的侧壁变得不平滑这样的问题，并可抑制因形成为波导时的芯与包层的界面的信号光的散射而造成的传播损失。

本发明提供上述构成包层玻璃的氧化物由选自Bi₂O₃、Sb₂O₃、PbO、SnO₂及TeO₂中的1种以上的氧化物形成，芯和包层的折射率差除以芯的折射率所得的值在0.0003～0.1的范围内的上述玻璃光波导。

借助于这种构成，可形成能够在以1.55μm为中心的通信波段单模传播的低损失的光波导。上述商值如果低于0.0003，则芯和包层的折射率差变得过小，因此可能无法将光充分地封闭于芯内。另一方面，如果该商值超过0.1，则可在波导内传播的模不是单模，有时会变为多模，成为多模波导。

另外，本发明还提供其特征在于上述玻璃光波导的芯利用干蚀刻法形成的玻璃光波导的制造方法

利用上述构成，玻璃光波导的芯由选自Bi₂O₃、Sb₂O₃、PbO、SnO₂及TeO₂中的1种以上的氧化物形成时，利用干蚀刻法形成芯，借助于此可除去芯的侧壁周边上的附着物，使侧壁变得平滑。

又，本发明提供的上述玻璃光波导中，构成芯玻璃的氧化物是含有以质量百分率表示合计35％以上的Bi₂O₃的玻璃构成氧化物。

借助于这种结构，在使用于非线性光波导等的情况下能够增加其非线性。

又，本发明所提供的上述玻璃光波导中，构成芯玻璃的氧化物含有Er及Tm中的至少任一元素。

利用上述构成，可提供含有Er及Tm中的至少任一元素的光放大波导。

在这种情况下，最好是构成芯玻璃的氧化物的组成以质量百分率表示实质上为35～90％的Bi₂O₃、2～40％的SiO₂、5～25％的Ga₂O₃、0～5％的Al₂O₃、0.01～10％的Er₂O₃及/或Tm₂O₃、0～10％的Yb₂O₃。

利用上述构成，可提供0.4～2μm的波段的光放大波导。

本发明所提供的上述玻璃光波导中，构成芯玻璃的氧化物含有选自Er、Tm、Yb及Ho中的至少1种。

这些元素具有激光活性，所以利用这种构成能够提供可作为与所含的激光活性离子对应的波段的激光介质使用的光放大波导。

此外，本发明提供具备上述玻璃光波导的光通信用光放大波导及光波导型激光介质。

利用本发明的光波导，可获得芯由含有以质量百分率表示合计35％以上的选自Bi₂O₃、Sb₂O₃、PbO、SnO₂及TeO₂的1种以上的氧化物的玻璃材料形成的传播损失小的光波导。

本发明的玻璃光波导适用于0.4～2μm波段的光放大波导、非线性光波导等，例如，可将C波段(1530～1565nm)的信号光等1.45～1.64μm波段的光放大。另外，利用本发明可获得小型光波导。

附图的简单说明

图1为本发明的光波导的芯近旁的放大截面图。

图2为普通的光波导的芯近旁的放大截面图。

图3为普通的光波导的制作方法示意图。

图4为使用本发明的玻璃光波导的光放大波导的放大特性图。

图5为将本发明的光波导作为光波导型激光介质使用的激光谐振器的概略示意图。

符号说明：11为基板，12、22a、32a为下包层膜，13为芯膜，14为金属膜，15为抗蚀剂，16、22b、32b为上包层膜，21为芯，22为包层，23为基板，31为芯，32为包层，33为基板，34为形成于激发光入射端面的反射镜，35为形成于激光出射端面的反射镜，36为激发光，37为激光。

实施发明的最佳方式

<基板和玻璃膜的形成方法>

本发明的进行微细加工的玻璃也可以是在基板通过各种方法形成的玻璃膜，也可以是玻璃基板本身。

基于下述理由，基板最好具有50GPa以上的杨氏模量。也就是说，基板的杨氏模量如果低于50GPa，则形成于基板上的膜上产生应力时，该应力会导致基板弯曲或变形，容易使波导的形状偏离设计值。作为这样的杨氏模量在50GPa以上的物质，有例如Si、GaAs、Al₂O₃、MgO、蓝宝石等结晶，石英玻璃、钠钙玻璃、无碱玻璃、等离子显示器用玻璃等玻璃。

基板的材料并不限定于上述材料，但在一系列的工序中包括对芯玻璃膜进行退火或在同一基板上形成其它元件的工序中需要高温等的高温处理工序时，基板材料必须要能够承受上述工序中的高温。

本发明的基板形状并不受限制，但形成玻璃薄膜的面通常为平面。此外，通常基板为2mm×10mm～200mm×200mm的矩形基板、直径50～205mm的圆形基板，厚度为0.3～2mm。玻璃膜的厚度通常为3～70μm，但并不限定于此。

在基板上形成玻璃膜，可利用例如物理蒸气凝缩法(PVD)或化学蒸气凝缩法(CVD)实施。作为物理蒸气凝缩法，有例如溅射法、激光烧蚀法、电子束蒸镀法、真空蒸镀法，而化学蒸气凝缩法有例如等离子CVD法、MOCVD法。

制作成分数目在4或5种以上的玻璃薄膜时，基于下述理由，优选溅射法。

如果用等离子CVD或MOCVD、蒸镀法制作成分数目多的膜时，由于原料的热学特性各异或元素成分导致的热学特性各异，所以在反应容器内的原料混合或膜的组成调整变得困难。而采用溅射法时，即使有多种成分，只要准备相应于各成分的靶，调整施加的RF功率，就易于对组成进行调整。此外，制作具有与膜的成分相同组成的靶也可成膜。但是，这种情况下由于膜的组成与靶的组成有时不一致，所以在该情况下最好使用组成经过调整的靶，以获得所希望的膜组成。

靶可通过下述方法制得，例如，按照所希望的组成比调合构成的氧化物粉末，用混料机进行干式混合，再将其在加热至1150℃的电炉中熔解，然后将流出到不锈钢板上的流体加工成所希望的厚度和外形尺寸，再用铟等接合于在垫板上而制得。此外，也可以不在电炉中熔解，而是简单地将氧化物粉末混合形成混合物或将在电炉中熔化的玻璃粉碎而形成粉碎物，再利用热压等方法对其进行烧结、成型使用。

<玻璃膜的组成>

本发明中被微细加工的玻璃膜，即构成芯玻璃的氧化物具有含有以质量百分率表示合计35％以上的选自Bi₂O₃、Sb₂O₃、PbO、SnO₂及TeO₂的1种以上的氧化物的组成。以下简单记为％时，表示质量百分率。更理想的是实质上为35～90％的Bi₂O₃、2～40％的SiO₂、0～55％的Ga₂O₃、0～50％的Al₂O₃、0～10％的Er₂O₃、0～10％的Tm₂O₃、0～10％的Yb₂O₃的组成。此外，其它成分合计为25％以下，更理想的是15％以下。

Bi₂O₃、Sb₂O₃、PbO、SnO₂及TeO₂是提高折射率的成分，至少必须含有这5种成分中的任1种。Bi₂O₃的含量、Sb₂O₃的含量、PbO的含量、SnO₂的含量及TeO₂的含量的合计如果未满35％，则光放大率或非线性性能下降。此外，上述合计量优选90％以下，如果超过90％，则可能难以玻璃化。

本发明的波导用于光放大波导、非线性光波导等时，作为构成芯玻璃的氧化物，优选含有35～90％的Bi₂O₃。Bi₂O₃量如果未满35％，则光放大率或非线性性能下降。更理想的是40％以上，特别理想的是60％以上。Bi₂O₃量如果超过90％，则难以玻璃化，更理想的是85％以下。

SiO₂不是必需成分，但如果要提高玻璃的稳定性，则最好包含该成分，其含量优选2～40％。该含量如果未满2％，则使玻璃稳定化的效果小，更理想的是3％以上。SiO₂量如果超过40％，则折射率变小，光放大率或非线性性能可能会下降。

Ga₂O₃不是必需的成分，但如果含有该成分，则能够提高玻璃的耐失透性，所以比较理想。特别是为了提高热稳定性，Ga₂O₃的含量甚至也可以达到55％，如果超过55％，则易结晶化。此外，如果Ga₂O₃量超过25％，则通过干蚀刻制作波导时，可能侧壁的平滑性会下降，波导的损失会变大，因此其含量最好在25％以下。另外，本发明的玻璃光波导作为光放大波导使用时，如果使Ga₂O₃含量在5％以上，则可获得增益的波长宽度增大，所以是比较理想的。

Al₂O₃不是必需的成分，但是为了提高热稳定性，也可以使其含量有50％以下。Al₂O₃量如果超过50％，则易结晶化。通过干蚀刻制作波导时，为使侧壁的平滑性提高，Al₂O₃量最好在5％以下。这样可大幅降低波导的损失。

Er₂O₃及Tm₂O₃仅作为玻璃成分都不是必需的，但在实施光放大时，必须含有任一方或同时包含两者0.01％以上。单独含有Er₂O₃及Tm₂O₃的任一方时的含量或同时含有两者时的合计含量如果超过10％，则不易玻璃化，所以优选0.01～10％。上述含量如果超过5％，则易引发浓缩猝灭，光放大率下降，所以更理想的是0.01～5％，特别理想的是0.1～2％。构成芯玻璃的氧化物最好含有Er及Tm的任一方。特别是构成光放大器时，最好含有Er或Tm的任一方。

Yb₂O₃不是必需的成分，为了抑制浓缩猝灭，或者与Er₂O₃或Tm₂O₃并用，增加光放大率，为此也可使其含量达到10％。该含量如果超过10％，则难以玻璃化。Yb₂O₃量更理想的是0.1～5％。

光放大波导的芯玻璃膜的典型组成是实质上由35～90％的Bi₂O₃、2～40％的SiO₂、5～25％的Ga₂O₃、0～5％的Al₂O₃、合计0.01～10％的Er₂O₃和Tm₂O₃、0～10％的Yb₂O₃构成的组成。更理想的是实质上由40～85％的Bi₂O₃、2～40％的SiO₂、5～25％的Ga₂O₃、0～5％的Al₂O₃、合计0.01～10％的Er₂O₃和Tm₂O₃、0～10％的Yb₂O₃构成的组成。此外，其它成分的合计含量在25％以下，优选15％以下。

光放大波导的芯玻璃膜除了具备上述组成以外，如果还含有0.5％以上的La₂O₃，则作为光放大活性的Er离子或Tm离子等的分散性有所提高，所以比较理想。此外，La₂O₃量如果超过5％，则易失去透明，所以优选5％以下。

本发明的玻璃或玻璃膜上没有结晶析出。即X射线衍射图案中未出现衍射峰。

<玻璃膜或玻璃的图案形成>

下面假定通过干蚀刻形成玻璃膜的图案进行说明。用于图案形成的掩模采用W和Si的合金形成的膜，形成于上述玻璃膜上。作为形成上述掩模的方法，优选采用溅射法，但也可采用其它的膜形成方法。然后，在掩模膜上通过旋涂法等形成抗蚀膜，照射紫外线，曝光所希望获得的图案，然后显像，在抗蚀膜上形成所希望的图案。采用该抗蚀剂图案，通过干蚀刻使掩模形成图案，再通过使用氧气的干蚀刻(煅烧处理)或使用剥离液等的湿式去除方式除去抗蚀膜，经过上述工序获得形成所希望的图案的掩模。

上述掩模的组成是相对于W和Si的总原子的W的原子百分比为25～65％。W量超过65原子％的组成中，掩模膜与上述玻璃膜之间的紧贴性不够充分，掩模的应力可能会使膜从基板剥落或膜上会出现裂缝。此外，W本身的价格较高，所以材料费用高，不利于成本。

上述W量如果未满25原子％，则选择比、即上述玻璃膜与掩模的蚀刻速率之比较小，所以在上述玻璃膜的图案形成中，掩模被蚀刻的损耗量增加。因此必须增加掩模的膜厚，这样可能出现掩模的形成需要较长时间或为形成厚膜而使材料成本提高的问题。

选择比优选2以上，更理想的是2.5以上。

通过溅射由上述W和Si的合金形成掩模时，所用靶的纯度优选99.5％以上。如果作为杂质含有不易干蚀刻的元素，则可能无法平滑地且按照设计规定来形成玻璃的图案。更理想的是99.9％以上。

通过溅射形成掩模膜的工序最好在氩气中实施，但是在不活泼气体中实施也没问题。如果混入氧化性气体，则合金被氧化，在对上述玻璃膜进行干蚀刻时掩模被蚀刻，损耗增加，可能无法获得所希望的选择比。所用气体的纯度优选99.995％以上，更理想的是99.999％以上。

成膜压力优选0.2～10Pa。如果低于0.2Pa，则等离子易趋于不稳定，此外，膜应力变大，可能容易导致膜剥离。如果超过10Pa，则膜质下降，掩模的上述损耗增加，可能无法获得所希望的选择比。

进行溅射时DC溅射要优于RF溅射。这是因为采用DC溅射不易引发膜剥离。另外，施加的功率密度(对应于靶尺寸所施加的功率)优选2.5～7W/cm²。施加的功率密度如果低于2.5W/cm²，则获得所希望的膜厚的需要的时间变得非常长，有时无法实际使用。如果超过7W/cm²，则有时易引起异常放电，在掩模膜上产生气孔，导致图案缺陷。

形成掩模膜时的基板温度优选室温(25℃)～300℃的范围。如果将基板加热至超过300℃的温度，则在冷却过程中易引起膜剥离。

掩模的厚度必然由进行干蚀刻的玻璃的加工深度和选择比决定，但是掩模的厚度如果未满0.1μm，则玻璃膜在干蚀刻中易受等离子加热的影响，掩模材料的蚀刻损耗加速，有时易出现图案形成不佳的情况。另外，掩模膜的厚度如果超过3μm，则有时掩模膜的图案形成所需要的抗蚀剂厚度增加，很难按照设计规定形成图案。因此，掩模膜的厚度优选0.1～3μm。

上述掩模膜的干蚀刻可采用Cl₂、CF₄、CHF₃、C₃F₈、C₄F₈、NF₃、SF₆等氯系或氟化物气体，通过反应性离子蚀刻、反应性离子束蚀刻、感应耦合等离子蚀刻(以下称为ICP蚀刻)、磁中性线放电(neutral loop discharge)等离子蚀刻(以下称为NLD蚀刻)等实施。

接着通过干蚀刻在上述玻璃膜或玻璃上形成所希望的图案。

上述玻璃膜或玻璃的蚀刻优选利用NLD蚀刻在CF₄、CHF₃、C₃F₈、C₄F₈等氟化物气体和Ar气的混合气体气氛中进行干蚀刻。此时氟化物气体相对于氟化物气体和Ar气的合计总流量的流量比优选5～22％。氟化物气体的流量比如果大于22％，则粒子增加，可能在形成为光波导时光散射会增加或干蚀刻速度会减慢。另一方面，如果上述流量比小于5％，则被干蚀刻的侧面会生成条状的裂纹，可能在成为光波导时会引起形光散射。

上述玻璃或玻璃膜的干蚀刻条件的例子如下所述。所用装置为アルバソク株式会社制造的等离子蚀刻装置NLD500，Ar气及C₃F₈气体的流量以标准状态换算分别为45cm³/分钟和5cm³/分钟，压力为0.2Pa，天线功率为1200W，偏置功率250W，腔室纵向上有3个的中性磁场生成线圈的电流从上而下分别为10、16.7及10A，基板温度为20℃等。在上述条件下，以15分钟完成了对厚4μm的上述玻璃膜的蚀刻。当然以上所例举的条件仅是一例，并不限定于此。

本发明的玻璃光波导芯近旁的放大截面图示于图1。31为芯，32为包层，32a为下包层膜，32b为上包层膜，33为基板。蚀刻后的芯截面性状为梯形。形状不是矩形而形成为梯形的理由如下所述。即本发明的含有Bi₂O₃、Sb₂O₃、PbO、SnO₂及TeO₂的至少任1种玻璃构成氧化物的玻璃或玻璃膜通过干蚀刻生成挥发性低的反应物。为此，与反应性离子蚀刻同时实施利用Ar离子进行物理削取的蚀刻。蚀刻中，玻璃的蚀刻和反应生成物在芯侧壁上的附着反复进行。

如果芯形状形成为梯形，则即使反应生成物附着于芯侧壁，也可利用Ar离子进行物理蚀刻，所以可获得平滑的侧壁，但如果使芯形状像矩形那样形成为翘曲结构，则无法对附着于芯侧壁的反应生成物进行物理削取，这样图案的侧壁就会变得不平滑。梯形的形状优选构成梯形的4条边中的长边和2条斜边形成的角度A和B都在60～80°的范围内，更理想的是65～76°的范围内。角度A及B如果超过80°，则无法除去附着于芯侧壁的构成玻璃膜的成分与蚀刻气体的反应生成物，所以可能无法实施平滑的蚀刻。该角度如果低于60°，则可能与输入输出元件的耦合损失会变大。

芯形成方法除了干蚀刻法以外，还有加压法等。加压法是基板加热至可变形的温度后用模具对基板加压进行芯加工。因此会有基板翘曲或应力进入的问题。此外，在基板上形成下包层和芯后进行加压成型，获得凹凸形状，但由于在芯的侧部残存有经过加压的芯膜，所以芯和包层的折射率结构变得复杂，无法获得令人满意的波导。而干蚀刻法没有基板变形或翘曲的问题，另外，由于除去了作为芯残留的部分，利用蚀刻除去了芯膜，所以芯和包层的结构可做得非常简单。尤其是上述角度A及B都在60～80°的范围内，所以作为芯的侧壁周边的附着物的玻璃膜的成分与蚀刻气体的反应生成物被充分去除，可获得极为平滑的侧壁。

上述玻璃或玻璃模形成图案时，掩模采用氯系或氟化物系气体通过干蚀刻去除。干蚀刻利用反应性离子蚀刻、反应性离子束蚀刻、ICP蚀刻、NLD蚀刻等方法，在Cl₂、CF₄、CHF₃、C₃F₈、C₄F₈、NF₃、SF₆等氯系或氟化物系气体气氛中进行。也可在蚀刻气体中加入氧。

<玻璃光波导的形成>

利用本发明的微细加工方法，可将含Bi₂O₃等的玻璃膜图案化，形成芯，能够形成被用于WDM光通信的玻璃光放大波导。该光放大波导中，于激发光的存在的情况下在芯玻璃中传播的例如1.45～1.64μm波长的信号光被放大。本发明的微细加工方法形成的光波导不限于此，例如也可用于非线性光波导的形成，以下对光放大波导的形成进行阐述。

成为芯的玻璃膜的折射率n₁优选1.7以上。这是因为上述利用玻璃的光放大是由被激发光感应发生的信号光波长的光的感应释放而产生的，折射率较大是由于增益系数较大的缘故。折射率如果未满1.7，则光放大率或非线性性能可能会下降。n₁更理想的是1.8以上，通常在2.3以下。本说明书中的折射率是指采用本发明的光波导的波段区域内的折射率。

包层只要能够将光封闭于芯内即可，无特别限定，包层的折射率n₂在将芯和包层的折射率差n₁-n₂记为Δn时，优选满足0.0003≤Δn/n₁≤0.1。芯和包层的折射率差除以芯的折射率所得的商值、即Δn/n₁如果不满足0.0003，则有时很难将光封闭于芯内。因此，光随着传播而扩散，在输出端与输出元件(例如，输出用单模光纤)的连接中产生较大损失。此外，制作弯曲波导(具有曲线部的波导)时，如果无法将传播的光封闭于波导内，则因为弯曲一部分传播光辐射出，可能会增加传播损失。Δn/n₁在0.0003以上，更理想的是0.001以上，特别理想的是0.003以上。

另一方面，如果Δn/n₁超过0.1，则很难使光线以单模传播，有时变成多模。如果变成多模，则这些模中各模在轴向传播的速度(群速度)各异，所以即使传播同样的长度，也因为模的不同到达输出端的时间也不同，光的功率分散。分散较大时，则传送高速脉冲信号时脉冲的形状变钝，前后的脉冲不能够区分。因此可能无法进行高速传送。Δn/n₁为0.1以下，更理想的是0.08以下，特别理想的是0.05以下。

芯处于上述典型的组成范围内时，包层最好是除了不含Er₂O₃及Tm₂O₃的任一种这点之外处于与上述组成范围相同的范围。芯和包层的组成范围如果不同，则玻化温度、膨胀系数和软化点等各异，所以在加热或冷却过程中会产生热应力，在制作波导的过程中有发生膜剥离或产生残留应力的可能性。只要热特性没有较大不同、且折射率可调整到上述范围内，则包层不限定于上述组成范围。

光放大波导中，芯形成于下包层上，利用本发明的方法对芯实施微细加工后，在其上形成上包层。芯和包层的厚度分别优选0.3～10μm和2～60μm，典型的是下包层的厚度为1～30μm，上包层的厚度也为1～30μm，但并不限于上述范围。

作为形成下包层膜及上包层膜的方法，可采用形成芯玻璃膜时例举的各种方法，但由于是与芯玻璃膜同样，成分数目在4或5种以上的玻璃膜，所以优选溅射法。

即在基板上利用溅射法首先形成能够成为下包层膜(相当于图1的玻璃薄膜32a)的第1膜，再形成能够成为芯(相当于图1的芯31)的第2膜。此时采用组成经过调整的靶，以获得所希望的膜组成。此外，为了保护芯膜不受干蚀刻工序的损伤，也可在芯上形成后述上包层膜作为保护膜。采用保护膜的情况下，其厚度优选25～1000nm。保护膜的厚度如果大于1000nm，则干蚀刻时需蚀刻的芯膜和保护膜的厚度增加，有时会大幅度增加干蚀刻时间。保护膜的厚度如果小于25nm，则需要保护芯膜避免其受损时，可能无法获得理想的效果。

在第2膜或保护膜上形成由W与Si的合金构成的掩模膜。

作为形成由W和Si的合金构成的掩模膜的方法，优选采用溅射法。然后，在掩模膜上利用旋涂法形成抗蚀膜，隔着所希望图案的光掩模照射紫外线，进行显影，在抗蚀膜上形成所希望的图案，采用该抗蚀膜的图案对掩模膜进行干蚀刻，最后经过利用氧气的干蚀刻或利用剥离液除去抗蚀膜，获得形成所希望的图案的掩模。

上述掩模膜的干蚀刻采用Cl₂、CF₄、CHF₃、C₃F₈、C₄F₈、NF₃、SF₆等氯系或氟化物气体，通过反应性离子蚀刻、反应性离子束蚀刻、ICP蚀刻、NLD蚀刻等方法实施。

接着，与上述玻璃膜的蚀刻的情况一样地对上述第2膜进行干蚀刻，形成所希望的芯的图案。采用了上述保护膜时，保护膜也同时进行干蚀刻形成图案。对玻璃膜进行微细加工制作芯时，不仅对形成芯所用的芯膜进行蚀刻，最好还蚀刻至形成于芯膜之下的下包层。另外，芯膜被保护膜覆盖制作芯时，蚀刻最好从保护膜开始，经过芯膜直至下包层。蚀刻进行至下包层时，下包层的切削量优选2μm以下。如果蚀刻2μm以上，则用于覆盖芯的上包层厚到没有必要的程度，因此是不理想的。

此外，与上述玻璃膜的蚀刻的情况同样，利用干蚀刻法除去掩模膜，再采用溅射法形成上包层膜(相当于图1的玻璃薄膜32b)。形成上包层膜后，也可以在氧气氛中进行退火处理。

根据需要，进行在基板上形成其他元件等工序，最后切断为所希望的尺寸。

作为构成芯玻璃的氧化物含有Er及Tm的至少任一元素的本发明的玻璃光波导可作为使激光激发用的激光介质使用。为了用本发明的玻璃光波导作为激光振荡用的激光介质使激光振荡发生，可采用在作为激光介质使用的本发明的玻璃光波导(以下称为本发明的光波导型激光介质)的两个端面上形成对激光振荡的波长的光的反射率高的反射镜的法布里·珀罗型谐振器的结构，但也可采用其它结构。采用法布里·珀罗型谐振器的结构时，使来自外部光源的激发光入射至一个端面(以下将该端面称为激发光入射端面)，本发明的光波导型激光介质的芯中所含的Er及Tm中的至少任一元素作为激光活性离子发挥作用，接收激发光而发光，发生激发振荡，激光从另一端面(以下称为激光出射端面)射出。

在激发光入射端面上形成的反射镜对振荡的激光的反射率越高越容易振荡。该反射率优选90％以上，更理想的是99％以上。此外，如果提高对激发光的透射率，则可减少反射造成的激发光的损失，增加被输入到激光介质的激发能量，所以比较理想。该透射率优选99％以上，更理想的是99.5％以上。

形成于激光出射端面的反射镜对激发光的反射率典型的为40％以上，但最好根据激光介质的增益等调整到最佳。

所述反射镜的优选例子是，分别使用SiO₂作为低折射率层材料，Ta₂O₅作为高折射率层材料，设计各层的膜厚，进行层叠，以对激发光的光源波长及激光振荡波长得到上述光学特性的电介质多层膜，但并不仅限于此。

使来自激发光源的激发光入射至光波导的方法可以是利用透镜使来自空间输出的激发光源聚光入射，或者也可以采用光纤输出型激发光源，利用光纤向波导输入，没有特别限定。

作为用于本发明的光波导型激光介质的构成芯玻璃的组合物，使选自Bi₂O₃、Sb₂O₃、PbO、SnO₂及TeO₂的1种以上的氧化物、更理想的是含有以质量百分率表示35％以上的Bi₂O₃的组成中含有作为激光活性离子的上述Er时，上述反射采用对波长980nm的光具有高透射率，且对波长1530nm的光具有所希望的反射率的反射镜，同时如果激发光使用波长980nm段的光，则可获得波长1530nm的振荡光。作为出射该激发光的光源，有例如具有波长980nm段的振荡波长的半导体激光。作为激光活性离子采用Tm离子替代Er离子时，激发光的波长采用800nm段的波长，可获得波长1800nm段的激光。此时，反射镜的光学特性采用与所用的激发光波长及振荡光的波长能够相配合的特性。如果激光活性离子使用Yb离子替代上述Er离子、Tm离子，则作为激发光使用从半导体激光器射出的980nm段的光使1060nm段的激光振荡，而如果采用Ho离子，则激发光使用从喇曼光纤激光器或Yb光纤激光器射出的1100nm段的光使2000nm段及3000nm段的激光振荡，获得各波长的激光。

本发明的玻璃光波导作为使激光振荡用的激光介质使用时，作为构成芯玻璃的氧化物，采用相对于上述实质上由Bi₂O₃、SiO₂、Ga₂O₃、Al₂O₃、Yb₂O₃形成的玻璃组成含有Er及Tm中的至少任一元素的玻璃组成。此外，也可以替代Er、Tm，含有Yb、Ho。即可以仅含有任一种选自Er、Tm、Yb、Ho的元素的氧化物，或也可以同时含有2种以上。Er、Tm、Yb、Ho的含量(同时含有2种以上时指其合计含量)优选0.01～10％。为了进行足够强度的激光振荡，必须在0.01％以上。如果超过10％，则不易玻璃化，因此优选10％以下。此外，如果超过5％，则会引发浓缩猝灭，光放大率易下降，所以更理想的是0.01～5％，特别理想的是0.1～2％。

作为使激光振荡用的激光介质使用的芯玻璃膜如果除了上述组成以外还含有0.5％以上的La₂O₃，则作为激光活性的Er离子、Tm离子、Yb离子或Ho离子的分散性得到提高，所以比较理想。而La₂O₃含量如果超过5％，则易失透，所以优选5％以下。

实施例

以下通过实施例对本发明进行更具体的说明，以下的说明并不对本申请的发明构成限定。

采用高纯度化学研究所株式会社制造的粉末状试剂Bi₂O₃(纯度99.999％，粒度20μm)、SiO₂(纯度99.9％，粒度4μm)、Ga₂O₃(纯度99.9％)、Al₂O₃(纯度99.9％)、B₂O₃(纯度99.9％)、La₂O₃(纯度99.9％)、Er₂O₃(纯度99.9％)、CeO₂(纯度99.9％)，调合在表1以质量百分率表示的组合物后，利用混料机进行干式混合，再将其在加热至1150℃的电炉中熔解，然后使其流出到不锈钢板上，获得直径101.6mm的玻璃。将所得玻璃的厚度研削至3mm，再以铟为粘接剂将该玻璃接合于溅射用垫板上，籍此制得溅射用靶T1及T2。

利用干蚀刻将用该靶形成的玻璃膜形成图案，制得波导，进行评价。例1、2、5、6为实施例，例3、4为比较例。

表1

	T1	T2
	T1	T2	Bi₂O₃	75.5	77.0
SiO₂	7.8	8.0	Bi₂O₃	75.5	77.0
SiO₂	7.8	8.0	Ga₂O₃	12.7	10.3
Al₂O₃	1.4	2.8	Ga₂O₃	12.7	10.3
Al₂O₃	1.4	2.8	La₂O₃	1.8	1.8
CeO₂	0.1	0.1	La₂O₃	1.8	1.8
CeO₂	0.1	0.1	Er₂O₃	0.7	0

[例1]

在钠钙玻璃圆形基板11(厚1mm、直径76.2mm)上形成厚6.6μm的下包层膜12。即采用T2靶，在基板温度为20℃、作为溅射用气体的氩气及氧气以标准状态换算的流量分别为30cm³/分钟和0.5cm³/分钟、压力为0.3Pa、接入的高频功率为100W、溅射时间为66小时的条件下进行溅射。对形成于基板上的玻璃膜进行X射线衍射测定，衍射谱中未见有峰，可确认为非晶态。

然后，在下包层膜上形成厚3.3μm的芯膜13。即采用T1靶，在基板温度为20℃、作为溅射用气体的氩气及氧气以标准状态换算的流量分别为30cm³/分钟和0.75cm³/分钟、压力为0.3Pa、接入的高频功率为100W、溅射时间为21小时的条件下进行溅射。对形成于基板上的玻璃膜进行X射线衍射测定，衍射谱中未见峰，可确认为非晶态。此外，以质量百分率表示的Bi₂O₃量为74.1％。

接着，在芯膜13上形成300nm厚度的保护膜(成为上包层的膜)。即采用T2靶，在基板温度为20℃、作为溅射用气体的氩气及氧气以标准状态换算的流量分别为30cm³/分钟和0.5cm³/分钟、压力为0.3Pa、接入的高频功率为100W、溅射时间为3小时的条件下进行溅射。

然后，采用直径101.6mm的W₆Si₄靶，形成厚1.3μm的掩模膜14。即在基板温度为20℃、作为溅射用气体的氩气以标准状态换算的流量为10cm³/分钟、压力为2Pa、接入的DC功率为300W、溅射时间为100分钟的条件下进行溅射。

接着，用旋涂法在掩模膜14上形成厚2.4μm的正抗蚀膜。在96℃的热板上对正抗蚀膜进行煅烧后，用掩模对准器照射波长436nm的紫外线，在上述正抗蚀膜上形成30个宽3～8μm、长50～76mm的直线状芯图案，它们之间保持125μm的间隔。利用显影液除去正抗蚀膜的紫外线照射部分，然后利用ICP蚀刻装置NE 550(アルバノク株式会社制)进行干蚀刻。该干蚀刻在CHF₃气体及SF₆气体的流量以标准状态换算分别为25cm³/分钟和5cm³/分钟、压力为0.5Pa、天线功率为800W、偏置功率为20W，基板温度为20℃的条件下实施9分钟，形成掩模膜14的图案。

然后，利用剥离液将抗蚀膜从掩模膜14上除去，然后再利用上述ICP蚀刻装置在以下的条件下进行煅灰处理。即在基板温度为20℃、作为煅灰用的气体的氧气以标准状态换算的流量为20cm³/分钟、压力为1Pa、天线功率为300W、偏置功率为10W的条件下进行5分钟的煅灰处理，除去抗蚀膜。

接着，采用磁中性线放电等离子蚀刻装置NLD500进行干蚀刻，使芯玻璃膜形成图案。在Ar气体中以10％的流量比加入了氟化物气体的混合气体气流中进行该干蚀刻。即Ar气和C₃F₈气体的流量以标准状态换算分别为45cm³/分钟和5cm³/分钟。此时的压力为0.2Pa，放电功率为天线功率1200W、偏置功率250W，在腔室纵向上3个中性磁场生成线圈的电流从上而下分别为10、16.7及10A，基板温度为25℃。

在上述条件下进行10分钟的干蚀刻处理。然后，暂时取出试样，将Si基板置于装置上，以O₂气体和C₃F₈气体的流量分别为100cm³/分钟和5cm³/分钟、天线功率1000W、偏置功率0W的条件下进行30分钟等离子处理后，在除了施加20W的偏置功率外，其它条件与上述条件相同的条件下进行30分钟的等离子体处理，然后利用N₂气体重复进行30次破坏真空和抽真空。将经过10分钟蚀刻的试样再次置于装置，在与上述芯蚀刻条件同样的条件下进行10分钟的芯蚀刻。对干蚀刻后的芯图案的侧壁及截面进行SEM观察后发现，平滑地进行了蚀刻，侧壁周边没有附着物吸附。此外，不含掩模膜14的芯图案的形状，上边、下边和高度(蚀刻深度)依次为3.1μm、6.0μm和4.2μm，图1的A及B的角度都为71°。即形成了上边、下边和高度分别为3.3μm、5.5μm和3.3μm，图1的A和B的角度都为71°的梯形截面的芯。

然后，利用上述ICP蚀刻装置，在以下的条件下除去金属掩模。即在SF₆气体的流量为20cm³/分钟、压力为0.5Pa、天线功率为800W、偏置功率为20W、基板温度为20℃的条件下进行4分钟处理，除去掩模膜。

接着，在经过凹凸加工的玻璃上形成6.6μm厚的上包层膜。即采用T2靶，在基板温度为20℃、作为溅射用气体的氩气及氧气以标准状态换算的流量分别为30cm³/分钟和0.5cm³/分钟、压力为0.3Pa、接入的高频功率为100W、溅射时间为66小时的条件下进行溅射。

将制得的直线波导置于真空室，在通入以标准状态换算流量为5cm³/分钟的氧气的同时将压力保持为0.2托(torr)，实施下述热处理，即以5℃/分钟的升温速度加热至500℃，保持3小时后以5℃/分钟的降温速度进行冷却。此时，芯膜和包层膜的折射率分别为1.921和1.911。用切割机切断所得波导后，对端面进行研磨加工，直至端面形成为镜面。改变波导的长度，测定各波导的损失，其结果是，波导本身的损失为0.2dB/cm。

[例2]

在钠钙玻璃圆形基板11(厚1mm、直径76.2mm)上形成厚8.4μm的下包层膜12。即采用T2靶，在基板温度为20℃、作为溅射用气体的氩气及氧气以标准状态换算的流量分别为30cm³/分钟和0.75cm³/分钟、压力为0.3Pa、接入的高频功率为100W、溅射时间为60小时的条件下进行溅射。对形成于基板上的玻璃膜进行X射线衍射测定，衍射谱中未见有峰，可确认为非晶态。

然后，在下包层膜上形成厚3.3μm的芯膜13。即采用T2靶，在基板温度为20℃、作为溅射用气体的氩气及氧气以标准状态换算的流量分别为30cm³/分钟和0.5cm³/分钟、压力为0.3Pa、接入的高频功率为100W、溅射时间为35小时的条件下进行溅射。对形成于基板上的玻璃膜进行X射线衍射测定，衍射谱中未见峰，可确认为非晶态。此外，以质量百分率表示的Bi₂O₃量为75.6％。

接着，在芯膜13上形成300nm的保护膜(成为上包层的膜)。即采用T2靶，在基板温度为20℃、作为溅射用气体的氩气及氧气以标准状态换算的流量分别为30cm³/分钟和0.75cm³/分钟、压力为0.3Pa、接入的高频功率为100W、溅射时间为2小时10分钟的条件下进行溅射。

接着，用旋涂法在掩模膜14上形成厚2.4μm的正抗蚀膜。在96℃的热板上对正抗蚀膜进行煅烧后，采用掩模对准器，照射波长436nm的紫外线，在上述正抗蚀膜上形成30个宽3～8μm、长50～76mm的直线状芯图案，它们相互之间保持125μm的间隔。利用显影液除去正抗蚀膜的紫外线照射部分，然后利用ICP蚀刻装置NE 550(アルバノク株式会社制)进行干蚀刻。该干蚀刻在CHF₃气体及SF₆气体的流量以标准状态换算分别为25cm³/分钟和5cm³/分钟、压力为0.5Pa、天线功率为800W、偏置功率为20W，基板温度为20℃的条件下实施9分钟，形成掩模膜14的图案。

然后，利用剥离液将抗蚀剂从掩模膜14上除去，然后利用上述ICP蚀刻装置在以下的条件下进行煅灰处理。即在基板温度为20℃、作为煅灰用气体的氧气以标准状态换算的流量为20cm³/分钟、压力为1Pa、天线功率为300W、偏置功率为10W的条件下进行5分钟的煅灰处理，除去抗蚀剂。

接着，采用磁中性线放电等离子蚀刻装置NLD500进行干蚀刻，形成芯玻璃膜的图案。在Ar气体中以10％的流量比加入了氟化物气体的混合气体气流中进行该干蚀刻。即Ar气和C₃F₈气体的流量以标准状态换算分别为49.5cm³/分钟和5.5cm³/分钟。此时的压力为0.2Pa，放电功率为天线功率1200W、偏置功率250W，在腔室纵向上3个中性磁场生成线圈的电流从上而下分别为10、12.5及10A，基板温度为25℃。干蚀刻处理在上述条件下进行35分钟。

对干蚀刻后的芯图案的侧壁及截面进行SEM观察后发现，平滑地进行了蚀刻，侧壁周边没有附着物吸附。此外，不含掩模膜14的芯图案的形状的上边、下边和高度(蚀刻深度)依次为5.8μm、7.5μm和3.5μm，图1的A及B的角度都为71°。即形成了上边、下边和高度分别为5.9μm、7.5μm和3.3μm，图1的A和B的角度都为71°的梯形截面的芯。

然后，利用上述ICP蚀刻装置，在以下的条件下除去金属掩模。即在SF₆气体的流量为20cm³/分钟、压力为0.5Pa、天线功率为800W、偏置功率为20W、基板温度为20℃的条件下进行5分钟处理，除去掩模膜。

接着，在经过凹凸加工的玻璃上形成6.6μm厚的上包层膜。即采用T2靶，在基板温度为20℃、作为溅射用气体的氩气及氧气以标准状态换算的流量分别为30cm³/分钟和0.75cm³/分钟、压力为0.3Pa、接入的高频功率为100W、溅射时间为60小时的条件下进行溅射。

将制得的直线波导置于真空室，在通入以标准状态换算流量为5cm³/分钟的氧气的同时将压力保持为0.2托，实施下述热处理，即以5℃/分钟的升温速度加热至500℃，保持3小时后以5℃/分钟的降温速度进行冷却。此时，芯膜和包层膜的折射率分别为1.915和1.899。用切割机切断所得波导后，对端面进行研磨加工，直至端面形成为镜面。改变波导的长度，用各波导测定损失，其结果是，波导本身的损失为0.2dB/cm。

[例3]

采用靶T2，在与例2同样的条件下进行溅射，在钠钙玻璃基板上形成下包层、芯、作为上包层的保护膜，在相同条件下形成厚1.3μm的掩模膜，在与例2同样的条件下进行蚀刻，形成掩模图案。

然后，在与例2同样的条件下将抗蚀剂从掩模膜上除去，然后用形成图案的掩模膜，在以下的条件下对玻璃膜进行NLD蚀刻。即Ar气体和C₃F₈气体的流量以标准状态换算分别为49.5cm³/分钟和5.5cm³/分钟。而此时的压力为0.2Pa，放电功率为天线功率1000W、偏置功率250W，在腔室纵向上3个中性磁场生成线圈的电流从上而下分别为20、25.5及20A，基板温度采用25℃。干蚀刻处理在上述条件下进行10分钟。对干蚀刻后的芯截面进行SEM观察后发现，侧壁周边有附着物，蚀刻侧面有裂纹，确认是可能造成光散射的状态。此外，不含掩模膜14的芯图案的形状，上边、下边和高度(蚀刻深度)依次为3.6μm、4.0μm和1.9μm，图1的A及B的角度都为84°。

接着，在经过凹凸加工的玻璃上形成厚6.6μm的上包层膜。即采用T2靶，在基板温度为20℃、作为溅射用气体的氩气及氧气以标准状态换算的流量分别为30cm³/分钟和0.75cm³/分钟、压力为0.3Pa、接入的高频功率为100W、溅射时间为60小时的条件下进行溅射。

将制得的直线波导置于真空室，在通入以标准状态换算流量为5cm³/分钟的氧气的同时将压力保持为0.2托，实施下述热处理，即以5℃/分钟的升温速度加热至500℃，保持3小时后以5℃/分钟的降温速度进行冷却。此时，芯膜和包层膜的折射率分别为1.915和1.899。用切割机切断所得到的波导后，对端面进行研磨加工，直至端面形成为镜面。改变波导的长度，用各波导测定损失，其结果是，波导本身的损失为3dB/cm。

[例4]

在与例1同样的条件下进行溅射，在钠钙玻璃基板上形成下包层、芯、作为上包层的保护膜，在相同条件下形成厚1.3μm的掩模膜，在与例1同样的条件下进行蚀刻，形成掩模图案。

然后，在与例1同样的条件下将抗蚀剂从掩模膜上除去，采用形成了图案的掩模膜，在以下的条件下对玻璃膜进行NLD蚀刻。即Ar气和C₃F₈气体的流量以标准状态换算分别为90cm³/分钟和10cm³/分钟。此时的压力为0.4Pa，放电功率为天线功率1000W、偏置功率260W，在腔室纵向上3个中性磁场生成线圈的电流从上而下分别为10、16.7及10A，基板温度采用25℃。干蚀刻处理在上述条件下进行10分钟。对干蚀刻后的芯截面进行SEM观察后发现，侧壁周边有附着物，蚀刻侧面有裂纹，确认形成为可造成光散射的状态。此外，不含掩模膜14的芯图案的形状，上边、下边和高度(蚀刻深度)依次为6.1μm、6.7μm和1.8μm，图1的A及B的角度都为81°。

将制得的直线波导置于真空室，在通入以标准状态换算流量为5cm³/分钟的氧气的同时将压力保持为0.2托，实施下述热处理，即以5℃/分钟的升温速度加热至500℃，保持3小时后以5℃/分钟的降温速度进行冷却。此时，芯膜和包层膜的折射率分别为1.921和1.911。用切割机切断所得到的波导后，对端面进行研磨加工，直至端面形成为镜面。改变波导的长度，用各波导测定损失，其结果是，波导本身的损失为5dB/cm。

[例5]

在钠钙玻璃圆形基板11(厚1mm、直径76.2mm)上形成玻璃薄膜，将其形成图案，制得波导。

首先进行66小时的溅射，形成厚7.2μm的下包层膜12。然后，在该下包层膜上进行20小时15分钟溅射，形成厚3.3μm的芯膜13，接着，对芯膜13溅射3小时形成厚300nm的保护膜(作为上包层的膜)。对形成于基板上的这些玻璃膜进行X射线衍射测定，确认为非晶态。本例中玻璃膜的成膜条件除了芯膜成膜时的气体流量为Ar 30cm³/分钟，氧气0.5cm³/分钟以外，其它与例1相同。此外，通过溅射形成玻璃膜的成膜速度随靶的损耗状态变化，所以需适当地进行校正再进行成膜。

然后，采用W₆Si₄靶形成掩模膜14。采用正抗蚀膜，形成30个宽5μm、长5.0～7.6cm的直线状芯图案，它们的相互之间保持125μm的间隔，与例1同样形成掩模膜14的图案。对干蚀刻后的芯进行SEM观察，发现直线状芯的侧壁周边无附着物，表面性状平滑，不含掩模膜14的芯图案的形状，其上边、下边和高度(蚀刻深度)依次为2.8μm、5.4μm和4.2μm，图1的A及B的角度都为73°。即形成了上边、下边和高度分别为3.0μm、5.0μm和3.3μm，图1的A和B的角度都为73°的梯形截面的芯。然后，与例1同样，利用ICP蚀刻除去金属掩模，然后在经过凹凸加工的玻璃上溅射66小时，形成厚7.2μm的上包层膜，再进行热处理，对各芯图案进行切断，对端面进行研磨加工，直至端面形成为镜面，获得本例的玻璃光波导。

以上工序制得的芯膜和包层膜的折射率分别为1.942和1.913。用改变长度的波导测定损失，其结果是，在波长1310nm的本例的玻璃光波导的波导本身的损失为0.13dB/cm。

准备2个熔融延伸型波分复用(WDM)光纤耦合器(fiber coupler)，使该WDM光纤耦合器耦合于本例制得的长6cm的玻璃光波导的两端，构成双向激发的光学系统。即对耦合于本例的玻璃光波导的两端的各WDM光纤耦合器的激发光端口输入来自被置于外部的半导体激光二极管的波长980nm、功率140mW的激发光，同时在1个WDM光纤耦合器的信号光端口输入波长间隔为2.5nm、波长范围为1520～1600nm、功率为-10dBm的信号光，将从另一WDM光纤耦合器的信号光端口输出的信号光输入到光谱分析器，测定信号光强度。利用该构成，能够使本例的玻璃光波导双向激发，对放大特性进行评价。

用预先利用光谱分析器测定的本例的玻璃光波导以外的光学系统的光损失SB对此时测定的信号光强度SA进行校正，求得净增益。这样求得的净增益示于图4。可知在波长1530nm下可获得约8dB的增益。

[例6]

用与上述同样的方法，形成圆盘状的玻璃，将其接合于溅射用垫板上，制得分别与上述靶T1及T2的组成相同的溅射用靶T3及T4。但是，本例中熔解形成的玻璃的直径为152.4mm，对所得玻璃进行研削·研磨的厚度为5mm。采用这种靶，按照与例1同样的方法和条件，在钠钙玻璃圆形基板33上形成玻璃膜，构成图案，制得波导。

即采用T4靶、T3靶、T4靶依次分别形成厚6.4μm的下包层膜32a、厚3.3μm的芯膜31和厚300nm的作为上包层膜的保护膜，与例1同样，在实施利用磁中性线放电等离子蚀刻装置NLD500进行的干蚀刻、等离子处理，重复30次利用N₂气破坏真空和抽真空后，再次进行干蚀刻，以此工序形成芯玻璃膜的图案，形成长2cm的直线状芯图案。形成下包层膜32a、芯膜31、作为上包层膜的保护膜的溅射时间分别为38小时、13小时30分钟、1小时45分钟。这样形成的直线状芯的侧壁周边无附着物，表面性状平滑，不含掩模膜14的芯图案的形状，其上边、下边和高度(蚀刻深度)依次为2.8μm、5.4μm和4.2μm，图1的A及B的角度都为73°。即形成上边、下边和高度分别为3.0μm、5.0μm和3.3μm，图1的A和B的角度都为73°的梯形截面的芯。

然后，除去掩模膜，在经过凹凸加工的玻璃上用T4靶溅射38小时，形成厚6.4μm的上包层膜32b。在真空室中一边通入氧气一边对由上述工序形成的直线波导进行热处理，获得玻璃光波导。

通过溅射形成玻璃膜时接入的高频功率采用280W，在形成下包层膜12、作为上包层膜的保护膜、以及上包层膜时，作为溅射用气体的氩气及氧气的标准状态换算流量分别为120cm³/分钟和0.7cm³/分钟，形成芯膜13时的上述流量分别为200cm³/分钟和0.7cm³/分钟。上述以外的条件与例1相同。

此外，对以上工序形成的各玻璃膜进行X射线衍射测定，未确认有峰，为非晶态，以质量百分率表示的Bi₂O₃量为74.1％。所得芯膜和包层膜的折射率分别为1.978和1.950，波导的损失为0.13dB/cm。

制作将以上工序获得的长2cm的玻璃光波导作为光波导型激光介质使用的法布里·珀罗型谐振器。

将所得的玻璃光波导的一个端面作为激发光入射端面，另一端面作为激光出射端面，在这些端面上通过蒸镀形成使用作为低折射率层材料的SiO₂、作为高折射率层材料的Ta₂O₅的电介质多层膜构成的反射镜。此时，在激发光入射端面形成的反射镜34对作为激发光使用的波长980nm的光的透射率为99.5％，对激光振荡的波长1530nm的光的反射率为99％，形成于激光出射端面的反射镜35对波长980nm的光的透射率为99.5％，对波长1530nm的光的反射率为60％。

采用具有980nm波长段的振荡波长的半导体激光器，利用聚光透镜使功率100mW的激光的激发光36对这样获得的谐振器的激发光入射端面入射。入射的激发光激发的Er离子的发光带中，被输入输出端所具备的反射镜反射的1530nm波长的光在光波导型激光介质中被放大，作为激光37从激光出射端面出射。出射的光为激光，这可通过下述方法确认，即利用聚光透镜使输出的光入射至单模光纤，再导入到光谱分析器，测定光谱，确认仅有光谱宽幅较窄的1530nm的波长的光被输出。

产业上利用的可能性

本发明的玻璃光波导适用于0.4～2μm的波段的光放大波导、非线性光波导等。

此外，本发明的玻璃光波导也可作为使激光振荡发生用的激光介质使用，这种情况下，通过适当选择激光活性离子和激发光波长，可使1060～3000nm段的激光振荡发生。

这里引用了2004年7月15日提出申请的日本专利申请2004-208658号及2005年3月7日提出申请的日本专利申请2005-62532号的说明书、权利要求书、附图及摘要的全部内容，作为本发明的说明书的揭示。

Claims

1.玻璃光波导，它是具备形成于平面基板上的由玻璃构成的芯和包层的光波导，其特征在于，作为构成芯玻璃的氧化物，含有以质量百分率表示合计35％以上的选自Bi₂O₃、Sb₂O₃、PbO、SnO₂及TeO₂的1种以上的氧化物，芯的截面形状为基板侧具有长边的梯形，且构成梯形的4条边中的长边与2条斜边中的任1条形成的角度都在60～80°的范围内。

2.如权利要求1所述的玻璃光波导，其特征在于，上述构成包层玻璃的氧化物由选自Bi₂O₃、Sb₂O₃、PbO、SnO₂及TeO₂的1种以上的氧化物形成，芯和包层的折射率差除以芯的折射率所得的值在0.0003～0.1的范围内。

3.玻璃光波导，其特征在于，权利要求1或2所述的玻璃光波导的芯利用干蚀刻法形成。

4.如权利要求1～3中任一项所述的玻璃光波导，其特征在于，构成芯玻璃的氧化物是含有以质量百分率表示合计35％以上的Bi₂O₃的玻璃构成氧化物。

5.如权利要求1～4中任一项所述的玻璃光波导，其特征在于，构成芯玻璃的氧化物含有Er及Tm的至少任一方。

6.如权利要求5所述的玻璃光波导，其特征在于，构成芯玻璃的氧化物的组成以质量百分率表示实质上为35～90％的Bi₂O₃、2～40％的SiO₂、5～25％的Ga₂O₃、0～5％的Al₂O₃、0.01～10％的Er₂O₃及/或Tm₂O₃、0～10％的Yb₂O₃。

7.光通信用光放大波导，其特征在于，具备权利要求5或6所述的玻璃光波导。

8.如权利要求1～4中任一项所述的玻璃光波导，其特征在于，构成芯玻璃的氧化物含有选自Er、Tm、Yb及Ho的至少1种。

9.光波导型激光介质，其特征在于，具备权利要求8所述的玻璃光波导。