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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein optisches Element, das
die Funktionen der Streuung, Abzweigung, Filterung und dergleichen
hat und hauptsächlich
in optischen Übertragungen
verwendet wird.
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Aus
der Druckschrift US-A-5 675 691 ist ein planarer Wellenleiter bekannt,
der aus einer Wellenleitungsschicht hohen Brechungsindex' besteht, die auf
einem Substrat angeordnet ist, wobei die Schicht eine periodische
Modulation des Brechungsindex' hat
und ein UV-härtendes
Harz als Wellenleitungsschichtmaterial verwendet wird.
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Die
Druckschrift JP-A-58113903 beschreibt einen Kanal in einem planaren
Substrat, der mit einem Material gefüllt ist, das einen größeren Brechungsindex
als das Substrat hat, wobei der Brechungsindex in einem Teil des
Materials im Wesentlichen periodisch in Richtung der Lichtausbreitung
variiert.
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Die
Druckschrift GB-A-2 133 900 zeigt einen planaren Wellenleiter, der
aus einer Wellenleiterschicht mit hohem Brechungsindex besteht,
die auf dem Substrat angeordnet ist, wobei der Brechungsindex der
Schicht im Wesentlichen kontinuierlich monoton in einer Richtung
im Wesentlichen senkrecht zur Wellenausbreitungsrichtung zunimmt
oder abnimmt.
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Die
Druckschrift JP-A1-02168206 beschreibt einen Brechungsindex-Verteilungskoppler.
Der Brechungsindex des Wellenleiters nimmt allmählich ab, die Einengung des
geleiteten Lichts ist abgeschwächt,
und die Lichtausbreitung im Wellenleiter ändert sich in der Verteilung
des ausgebreiteten elektrischen Feldes.
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Diese
Druckschriften zeigen keinen zweidimensional kontinuierlich monoton
zunehmenden/abnehmenden Brechungsindex.
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Die
Druckschrift US-A-5 909 529 beschreibt die GRIN, die ein zweidimensionales
Filmmaterial mit einer kontinuierlich monoton zunehmenden/abnehmenden
Brechungsindexmodulation vorstellt, wobei eine der Brechungsindexmodulationsrichtungen senkrecht
zur Substratoberfläche
ist.
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Die
Druckschrift US-A-5 157 746 zeigt eine GRIN-inse, in der ein Brechungsindex
zweidimensional verteilt ist. Die Linse wird durch Aufeinanderstapeln
zweier GRIN-Linsen in Lichtausbreitungsrichtung gebildet (siehe
dort 1, 7, 8),
wobei jede der beiden Linsen ein eindimensionales Füllmaterial
mit kontinuierlich monoton zunehmender/abnehmender Brechungsindexmodulation
hat, wobei die Brechungsindexmodulationsrichtung der zweiten Linse
senkrecht zur Substratoberfläche
ist.
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In öffentlichen
Telefon- und Rechnernetzen der letzten Zeit werden breitbandige
optische Übertragungen
in großem
Umfang eingesetzt, um die Geschwindigkeit und Leistung zu verbessern.
Weiterhin breiten sich optische Übertragungssysteme
in großem
Umfang aus, die eine Wellenlängenteilungsmultiplexier-
und Interaktiv- (Zweiwege-) Sendung verwenden.
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In
der optischen Übertragungsindustrie
werden gegenwärtig
zahlreiche optische integrierte Schaltungen, die unterschiedliche
Funktionen haben, zur Anwendung bei komplizierter optischer Signalverarbeitung
entwickelt. Ein wesentliches Element bei optischen integrierten
Schaltungen ist ein Lichtwellenleiter. Der Lichtwellenleiter ist
eine Vorrichtung, in der ein Kernbereich mit höherem Brechungsindex von einer
Deckschicht mit niedrigerem Brechungsindex umgeben ist, wodurch
Licht im Kernbereich eingeschlossen bleibt und sich durch ihn fortpflanzt.
Im Lichtwellenleiter werden zahlreiche Funktionen der Beugung, Abzweigung,
Filterung und dergleichen durch Anordnen eines Kernmusters ausgeführt. Insbesondere
haben Lichtwellenleiter aus Quarz zahlreiche Vorteile niedrigen
Leistungsverlustes, physikalischer und chemischer Stabilität und guter
Anpassung mit optischen Fasern und werden als typische passive Lichtwellenleiter
verwendet.
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In
einem typischen Verfahren zur Herstellung von Lichtwellenleitern
wird eine Flammensedimentationstechnik für die Kern/Umhüllungsfilmausbildung verwendet,
während
eine reaktive Ionenätztechnik für die Kernmusterausbildung
verwendet wird. Für die
Kern/Umhüllungsfilmausbildung
sind andere als die Flammensedimentationstechnik vorgeschlagene Techniken
eine CVD-Technik, eine Vakuumabscheidungstechnik, eine Besprühungstechnik
und dergleichen.
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Dennoch
gab es bei solchen optischen Modulen die folgenden Probleme hinsichtlich
Kosten und Produktivität.
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Obgleich
viele Verfahren vorgeschlagen werden, gibt es gegenwärtig keine
Herstellungsverfahren für
Lichtwellenleiter, die ausreichende Leistung, Massenproduktivität und niedrige
Kosten ermöglichen.
Der Grund ist, dass jedes Verfahren der Filmbildung Vorteile und
Nachteile hat. Beispielsweise erhält man bei der Flammensedimentationstechnik
und der CVD-Technik einen Kern hoher Qualität. Die Flammensedimentationstechnik
erfordert jedoch ein mehrmaliges Anlassen mit hoher Temperatur auf 1000°C oder mehr über etwa
zehn Stunden. Andererseits hat die CVD-Technik Nachteile, wie etwa
eine geringere Filmbildungsfläche
bei der Massenproduktion. Weiterhin ergeben die Elektronenstrahl-
(Vakuum-) Abscheidungstechnik und die Sprühtechnik Filme mit niedrigem
Leistungsverlust. Jedoch verursacht die geringe Filmbildungsgeschwindigkeit
dieser Technik ein Kostenproblem, weil im Allgemeinen eine Filmdicke
von 10 μm
bis zu einigen 10 μm
beim Herstellungsprozess von Lichtwellenleitern notwendig ist.
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11 ist ein Diagramm, das ein Beispiel
eines bekannten Verfahrens zur Herstellung eines optischen Elements
zeigt.
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Zunächst wird
Quarzmaterial 114, das als ein Kern dienen soll, auf einem
Substrat 111 durch Flammensedimentationstechnik abgeschieden (11(a)). Das Quarzmaterial 114 hat einen
Brechungsindex, der höher
ist, als der des Substrats 111, wodurch das Material als
ein Lichtwellenleiter wirkt. Als nächstes wird ein Photoresist 118 auf
das Quarzmaterial 114 aufgebracht (11(b)),
und dann werden ein Brennvorgang, ein Belichtungsvorgang unter einer
Photomaske eines gewünschten
Musters und ein Entwicklungsprozess ausgeführt. Das Photoresist 118 wird
dann gemustert (11(c)).
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Dann
wird das Quarzmaterial 114 zusammen mit dem Substrat 111 einem Ätzprozess
unterworfen, wodurch es gemustert wird. Dabei dient das Photoresist 118 als
eine Maske, was zur Folge hat, dass das Quarzmaterial 114 ein
gewünschtes
Muster erhält
(11(d)). Anschließend wird
das Photoresist 118 der Maske entfernt (11(e)). In gleicher Weise wird Photoresist auf
den gemusterten Abschnitt aufgebracht, erfährt dann einen Belichtungsprozess
unter einer Photomaske, die ein periodisches Muster hat, einen Entwicklungsprozess
und einen Ätzprozess.
Dann werden periodische Rillen in dem gemusterten Abschnitt ausgebildet,
und somit wird ein gewünschtes
optisches Element erhalten (11(f)).
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In
Anbetracht der oben erwähnten
Probleme beim konventionellen Verfahren zur Herstellung optischer
Elemente ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein optisches
Element anzugeben, das ausreichende Leistung aufweist und eine Massenproduktion
bei niedrigen Kosten ermöglicht
und das kompakt ist und sowohl eine selektive Strahlextraktion als
auch eine selektive Strahltrennung ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist ein Diagramm, das ein optisches Element
zeigt, das nicht Gegenstand der Erfindung ist, jedoch zum Verständnis der
Erfindung hilfreich ist.
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2 ist ein Diagramm, das die Funktion eines
Beugungsgitters vom Lichtwellenleitertyp zeigt, das nicht Gegenstand
der Erfindung, jedoch zum Verständnis
der Erfindung hilfreich ist.
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3 ist ein Diagramm, das ein optisches Element
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung zeigt.
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4 ist
ein Diagramm, das ein optisches Element zeigt, das nicht Gegenstand
der Erfindung, jedoch zum Verständnis
der Erfindung hilfreich ist.
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5 ist ein Diagramm, das ein optisches Element
zeigt, das nicht Gegenstand der Erfindung, jedoch zum Verständnis der
Erfindung hilfreich ist.
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6 ist ein Diagramm, das ein optisches Element
zeigt, das nicht Gegenstand der Erfindung, jedoch zum Verständnis der
Erfindung hilfreich ist.
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7 ist
ein Diagramm, das ein Verfahren zum Herstellen eines optischen Elements
zeigt, das nicht Gegenstand der Erfindung, jedoch zum Verständnis der
Erfindung hilfreich ist.
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8 ist
ein Diagramm, das ein Verfahren zum Herstellen eines optischen Elements
zeigt, das nicht Gegenstand der Erfindung, jedoch zum Verständnis der
Erfindung hilfreich ist.
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9 ist
ein Diagramm, das ein Verfahren zum Herstellen eines optischen Elements
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung zeigt.
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10 ist
ein Diagramm, das ein Verfahren zum Herstellen eines optischen Elements
zeigt, das nicht Gegenstand der Erfindung, jedoch zum Verständnis der
Erfindung hilfreich ist.
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11 ist ein Diagramm, das das bekannte Verfahren
zum Herstellen eines optischen Elements zeigt.
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- 11,
21, 31, 41, 51, 61, 71, 81, 91, 101, 111
- Substrat
- 12,
22, 42
- Kanal
für Lichtwellenleiter
- 14,
24, 34, 44, 54, 64, 74, 84, 94, 104
- Harz
- 15
- Phasenmaske
- 43
- Vorsprungs-
und Vertiefungsabschnitt
- 55
- Temperaturregelelement
- 66
- Elektrode
- 93
- Lichtabschirmplatte
- 107
- Lichtleitfaser
- 114
- Quarzmaterial
- 118
- Photoresist
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Die
Beispiele und Ausführungsformen
der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
beschrieben. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Teile in allen
Zeichnungen.
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1 ist ein Diagramm, das ein optisches Element
gemäß einem
ersten Beispiel zeigt, das nicht Gegenstand der Erfindung, jedoch
zum Verständnis
der Erfindung hilfreich ist.
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Zunächst wird,
wie in 1 gezeigt, ein Kanal 12 für einen
Lichtwellenleiter in der Oberfläche
eines Substrats 11 ausgebildet, das aus Glas oder einem
transparenten Harz besteht, in einem eine Form (nicht gezeigt) verwendenden
Prozess.
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Ein
unter Ultraviolett-Bestrahlung (nachfolgend als UV-Bestrahlung bezeichnet)
härtendes Harz 14 wird
auf die ausgebildete Kanaloberfläche für den Lichtwellenleiter
aufgebracht, wodurch der Kanal gefüllt wird. Anschließend wird
das unter UV-Bestrahlung härtende
Harz 14 im Kanal durch UV-Bestrahlung gehärtet. Das
unter UV-Betrahlung härtende
Harz 14 hat einen Brechungsindex, der größer als
der des Substrats 11 ist, wodurch das unter UV-Bestrahlung
härtende
Harz 14 im Kanal als ein Lichtwellenleiterkern wirkt.
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Der
Brechungsindex des unter UV-Bestrahlung härtenden Harzes variiert nach
der Bestrahlung innerhalb des Bereiches von 0,001 je nach Menge des
Bestrahlungslichtes. Wenn dementsprechend Licht einer periodischen
Intensitätsverteilung
auf das unter UV-Bestrahlung härtende
Harz 14 im Kanal eingestrahlt wird, wird eine periodische
Verteilung des Brechungsindex' in
dem unter UV-Bestrahlung härtenden
Harz 14 ausgebildet (1(a)).
Bei der Bestrahlung wird eine Phasenmaskentechnik verwendet, in
der ein periodisches Muster durch das Interfe renzphänomen von
Licht ausgebildet wird (1(b)). Hier
sei angemerkt, dass das unter UV-Bestrahlung härtende Harz
durch Polymerisationsreaktion gehärtet wird, die durch die UV-Bestrahlung
ausgelöst
wird, und dass eine Differenz in der Menge eingestrahlten Lichts
eine Differenz im Ausmaß der
Reaktion und daher eine Differenz im Brechungsindex hervorruft.
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Die
periodische Verteilung des Brechungsindex' führt
zu einem Beugungsgitter vom Lichtwellenleitertyp. Wenn die Periode
der Brechungsindexvariation auf 1 μm oder weniger eingestellt ist,
dann wird, wie in 2(a) gezeigt, Licht einer speziellen
Wellenlänge
in die Richtung entgegengesetzt zur Einfallsrichtung reflektiert.
Hier ist die spezielle Wellenlänge durch
den Brechungsindex und die Periode der Brechungsindexvariation bestimmt.
Wenn die Periode der Brechungsindexvariation auf wenige 10 μm bis wenige
100 μm eingestellt
ist, wird, wie in 2(b) gezeigt, Licht einer speziellen
Wellenlänge
aus dem Kern hinaus gelassen, wodurch sich ein Verlust ergibt. Dementsprechend
dienen beide Elemente der 2(a) und 2(b) als Filter. Auch im Falle von 2(b) ist die spezielle Wellenlänge durch den Brechungsindex
und die Periode der Brechungsindexvariation bestimmt.
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Im
vorliegenden Beispiel ist als Material der Kanäle für die Lichtwellenleiterkerne
ein unter UV-Bestrahlung
härtendes
Harz verwendet worden. Das zu verwendende Material ist jedoch nicht
hierauf beschränkt,
es kann auch ein thermofixierendes Harz sein. Dabei variiert die
Temperatur beim Härten
Teil um Teil. Weiterhin ist beim vorliegenden Beispiel eine Phasenmaskentechnik
bei der Lichteinstrahlung verwendet worden. Das Verfahren ist jedoch
nicht hierauf beschränkt,
und es kann auch eine Interferenzbelichtungstechnik eingesetzt werden.
Weiterhin kann eine Photomaske mit periodisch variierender Durchlässigkeit
verwendet werden. Weiterhin kann eine Abtastung durch Laserlichtbestrahlung
oder Elektronenstrahlbestrahlung verwendet werden.
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Weiterhin
ist im vorliegenden Beispiel eine periodische Verteilung des Brechungsindex' verwendet worden.
Die verwendete Verteilung ist jedoch nicht hierauf beschränkt, und
der Brechungsindex kann teilweise nicht-periodisch variieren. Unter
dem Gesichtspunkt der Produktivität wird der Kanal für den Lichtwellenleiter
vorzugsweise durch einen Spritzprozess ausgebildet, wie oben bei
der vorliegenden Ausführungsform
beschrieben. Das zu verwendende Verfahren ist jedoch nicht hierauf
beschränkt,
und der Kanal kann, falls notwendig, durch einen Ätzvorgang
erstellt werden.
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3 ist ein Diagramm, das ein optisches Element
gemäß der Erfindung
zeigt.
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Wie
in 3(a) gezeigt, wird ein unter UV-Bestrahlung
härtendes
Harz 34 auf die Oberfläche
eines Substrats 31 aufgebracht, das aus Glas oder einem
transparenten Harz besteht, um dadurch einen Film zu bilden. Das
unter UV-Bestrahlung härtende
Harz 34 hat einen Brechungsindex, der größer als
der des Substrats 31 ist, wodurch das unter UV-Bestrahlung
härtende
Harz 34 im Film als ein Lichtwellenleiterkern wirkt.
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Dann
wird das unter UV-Bestrahlung härtende
Harz 34 im Film mit Licht bestrahlt. Dabei wird eine Lichtabschirmplatte
nacheinander so bewegt, dass der mit Licht bestrahlte Bereich auf
dem unter UV-Bestrahlung härtenden
Harz sich nacheinander ändert. Dementsprechend
variiert die Einstrahllichtmenge Teil um Teil auf dem unter UV-Bestrahlung
härtenden Harz.
Als Ergebnis hat das Harz nach Aushärtung eine im Wesentlichen
monoton zunehmende Verteilung des Brechungsindex'. Wenn die Bewegungsgeschwindigkeit
der Lichtabschirmplatte eingestellt wird, erhält man eine Brechungsindexverteilung
nach Wunsch.
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3(b) zeigt den Fall, in dem Licht einfällt, das
aus zwei bestimmten Wellenlängen λ1 und λ2 besteht.
Der Brechungsindex ist so verteilt, dass er in Richtung der Lichtausbreitung
im Wesentlichen monoton abnimmt. Das Licht breitet sich durch den
Teil aus, der einen größeren Unterschied
im Brechungsindex zwischen dem Substrat und dem Harz hat. Wenn sich
das Licht weiter durch den Lichtwellenleiter ausbreitet, nimmt die
Differenz im Brechungsindex dennoch ab, wodurch die Wellenleiterbedingung unbefriedigend
wird. Dabei wird Licht abgegeben. Da der Abgabezustand von der Wellenlänge des
Lichts abhängt,
variiert der Ort der Abgabe in Abhängigkeit von der Wellenlänge. Wenn
eine Lichtleitfaser an der Stelle der Abgabe für Licht jeder Wellenlänge angeordnet
ist, wird Licht einer gewünschten
Wellenlänge selektiv
extrahiert.
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Wenn,
wie in 3(c) gezeigt, außerdem der
Brechungsindex weiter so verteilt ist, dass er in einer zur Lichtausbreitungsrichtung
im Wesentlichen senkrechten Richtung monoton zunimmt, ändert sich die
Lichtausbreitungsrichtung. Dementsprechend wird die Wellenlängentrennung
während
der Ausbreitung ausgeführt.
Wenn eine Lichtleitfaser in der geeigneten Position am Ende des
Films, von dem das Licht jeder Wellenlänge abgegeben wird, angeordnet ist,
wird Licht einer gewünschten
Wellenlänge
selektiv extrahiert. In 3(c) ist
der Brechungsindex so verteilt worden, dass er im Wesentlichen sowohl
in Lichtausbreitungsrichtung (oder entgegengesetzt zur Lichtausbreitungsrichtung)
und in einer zur Lichtausbreitungsrichtung im Wesentlichen senkrechten Richtung
monoton zunimmt. Jedoch kann, wie in 3(d) gezeigt,
der Brechungsindex so verteilt sein, dass er monoton im Wesentlichen
nur in einer Richtung senkrecht zur Lichtausbreitungsrichtung zunimmt.
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Unter
dem Gesichtspunkt der Produktivität wird die Verteilung des Brechungsindex' vorzugsweise durch
einen Lichteinstrahlungsprozess unter Verwendung einer Lichtabschirmplatte
ausgeführt,
wie oben in der vorliegenden Ausführungsform beschrieben wurde.
Das zu verwendende Verfahren ist jedoch nicht hierauf beschränkt, und
eine Maske, die eine kontinuierliche Durchlässigkeit aufweist, kann für die Verteilungsausbildung
verwendet werden, falls notwendig.
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Weiterhin
ist bei der vorliegenden Ausführungsform
ein Film auf einem Substrat abgeschieden worden. Der Film kann jedoch
durch Harz gebildet sein, das zwischen zwei Substrate eingefüllt ist.
Das heißt, ähnlich der
ersten Ausführungsform
kann ein unter UV-Bestrahlung härtendes
Harz in einen Kanal für
einen Lichtwellenleiter in einem Substrat eingefüllt sein, das den Kanal für den Lichtwellenleiter
hat. Die Menge auf das Harz eingestrahlten Lichts kann dann so gesteuert
werden, dass die Verteilung des Brechungsindex' in der Richtung des Kanals für den Lichtwellenleiter
im Wesentlichen monoton zunimmt oder abnimmt, und schließlich wird
ein weiteres Substrat darauf angebracht.
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Weiterhin
variiert bei der vorliegenden Ausführungsform die Verteilung des
Brechungsindex' (im Wesentlichen
monoton zunehmend oder abnehmend) über den gesamten Bereich eines
Films in einer Richtung. Ein Teil mit konstantem Brechungsindex
und ein Teil mit einer diskreten Änderung im Brechungsindex können jedoch
vorhanden sein. Weiterhin ist bei der vorliegenden Erfindung eine
Lichtleitfaser an der Stelle der Lichtabgabe angeordnet. Es kann
jedoch ein Lichtempfangselement, wie eine Photodiode, verwendet
werden.
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4 ist
ein Diagramm, das ein optisches Element gemäß einem Beispiel zeigt, das
nicht der Erfindung entspricht, jedoch zum Verständnis der Erfindung hilfreich
ist.
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Zunächst wird
in einem Prozess unter Verwendung einer Form (nicht gezeigt) ein
Kanal 42 für einen
Lichtwellenleiter in der Oberfläche
eines Substrats 41 ausgebildet, das aus Glas oder einem
transparenten Harz besteht, während
ein Vorsprungs- und Vertiefungsabschnitt 43 an der Bodenfläche des
Kanals für
den Lichtwellenleiter ausgebildet wird. Dann wird ein unter UV-Bestrahlung härtendes
Harz 44 in den Kanal 42 für den Lichtwellenleiter eingebracht, um
dadurch den Kanal zu füllen.
Anschließend
wird das unter UV-Bestrahlung härtende
Harz 44 im Kanal durch UV-Bestrahlung gehärtet. Das
unter UV-Bestrahlung härtende
Harz 44 hat einen Brechungsindex, der größer ist
als der des Substrats 41, wodurch das unter UV-Bestrahlung
härtende
Harz im Kanal als ein Lichtwellenleiterkern wirkt.
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Da
die Tiefe des Kerns in Abhängigkeit
von dem Vorsprungs- und Vertiefungsabschnitt 43 variiert,
variiert der äquivalente
Brechungsindex des unter UV-Bestrahlung härtenden Harzes 44 periodisch, wodurch
ein Beugungsgitter von Lichtwellenleitertyp realisiert wird. Durch
Einstellung der Periode des Vorsprungs- und Vertiefungsabschnitts 43 wirkt
dieses optische Element als ein Beugungsgitter vom Lichtwellenleitertyp
entweder vom Reflektionstyp oder vom Langperiodentyp, wie oben im
Beispiel von 1 beschrieben.
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Im
vorliegenden Beispiel ist als Material des Kanals für den Lichtwellenleiterkern
ein unter UV-Bestrahlung
härtendes
Harz verwendet worden. Das zu verwendende Material ist jedoch nicht
hierauf beschränkt
und kann auch ein thermofixierendes Harz sein. Weiterhin werden
unter dem Gesichtspunkt der Produktivität der Kanal für den Lichtwellenleiter
und der Vorsprungs- und
Vertiefungsabschnitt vorzugsweise durch einen Spritzvorgang ausgebildet,
wie oben beschrieben. Das zu verwendende Verfahren ist jedoch nicht
hierauf beschränkt,
und die oben beschriebene Struktur kann durch einen Ätzvorgang
erstellt werden, wenn notwendig. Weiterhin kann ein anderes planares
Substrat als obere Abdeckung aufgebracht werden.
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Weiterhin
ist ein Kanal für
einen Lichtwellenleiter in einem Substrat vorgesehen worden, und
ein Vorsprungs- und Vertiefungsabschnitt ist auf der Bodenfläche des
Kanals für
den Lichtwellenleiter vorgesehen worden. Statt den Kanal für den Lichtwellenleiter
vorzusehen, kann jedoch ein Vorsprungs- und Vertiefungsabschnitt
auf der Substratoberfläche
in Richtung der Lichtausbreitung ausgebildet werden. Ein unter UV-Bestrahlung
härtendes
Harz kann dann darauf angeordnet werden, und UV-Strahlen können auf
einen Teil in Richtung der Lichtausbreitung eingestrahlt werden.
Dementsprechend kann ein optisches Element erhalten werden. Dieses
optische Element hat den gleichen Effekt, wie das von 4.
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Weiter
ist ein Vorsprungs- und Vertiefungsabschnitt in einem Kanal für einen
Lichtwellenleiter in einem Substrat oder auf der Oberfläche eines
Substrats in Richtung der Lichtausbreitung ausgebildet worden. Ein
Vorsprungs- und Vertiefungsabschnitt kann jedoch in dem Kanal für den Lichtwellenleiter
in dem Substrat oder auf der Oberfläche des Substrats sowohl in
Richtung der Lichtausbreitung als auch in einer zur Lichtausbreitungsrichtung
wesentlichen senkrechten Richtung oder nur in einer Lichtausbreitungsrichtung
im Wesentlichen senkrechten Richtung ausgebildet werden.
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5 ist ein Diagramm, das ein optisches Element
zeigt, das nicht der Erfindung entspricht, jedoch zum Verständnis der
Erfindung hilfreich ist.
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Wie
in 5(a) gezeigt, wird unter UV-Bestrahlung
härtendes
Harz 54 auf die Oberfläche
eines Substrats 51 aufgebracht, das aus Glas oder transparentem
Harz besteht, um dadurch einen Film zu bilden. Das unter UV-Bestrahlung
härtende
Harz 54 hat einen Brechungsindex, der größer als
der des Substrats 51 ist, wodurch das unter UV-Bestrahlung härtende Harz 54 in
dem Film als optischer Wellenleiterkern wirkt.
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Dann
wird das Harz 54, das durch UV-Bestrahlung härtbar ist,
zur Härtung
mit UV-Strahlen bestrahlt. Dabei wird ein Teil 540 des
Films mit den UV-Strahlen mit variierender Intensität bestrahlt,
wodurch ein Teil 540 ausgebildet wird, der einen Brechungsindex
hat, der größer als
der des anderen Teils ist. Dementsprechend wird Licht innerhalb
des Teils 540 mit dem Brechungsindex, der höher als
der des umgebenden Teils ist, eingeschlossen, wodurch der Teil als
ein dreidimensionaler Lichtwellenleiter wirkt.
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Schließlich werden
Temperaturregelelemente 55 auf dem Teil 540 mit
dem höheren
Brechungsindex auf dem Film angeordnet. In Verwendung des optischen
Elements wird das unter UV-Bestrahlung härtende Harz 540,
das als Lichtwellenleiter dient, durch die Temperaturregelelemente 55 aufgeheizt. Dementsprechend
variiert die Temperatur des unter UV-Bestrahlung härtenden
Harzes 540, und daher variiert der Brechungsindex des Harzes.
Wenn ein Temperaturregelelement 55 auf dem Lichtwellenleiter sich
aufheizt, variiert der Brechungsindex des unter diesem liegenden
Teils des Lichtwellenleiters. Dementsprechend arbeitet in Abhängigkeit
vom Ein- und Ausschalten der Temperaturregelelemente 55 das optische
Element als ein optischer Schalter oder ein optischer Ablenker.
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Das
optische Element gemäß dem vorliegenden
Beispiel ist für
den Fall eines Lichtwellenleiters beschrieben worden, der eine lineare
Gestalt hat. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt, und
sie ist auf jeden Fall eines Lichtwellenleitermusters anwendbar,
wie es allgemein verwendet wird. Weiter, wenn die Temperatur periodisch geändert ist,
arbeitet das optische Element als Beugungsgitter.
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In
diesem Falle sind die Temperaturregelelemente 55 auf dem
unter UV-Bestrahlung härtenden Harz 540 angeordnet
worden, das einen unterschiedlichen Brechungsindex hat. Wie jedoch
in 5(b) gezeigt, wird selbst im
Falle, dass die Temperaturregelelemente 55 auf einem unter
UV-Bestrahlung härtenden
Harz 54 mit gleichförmigem
Brechungsindex angeordnet sind und ein Temperaturregelelement 55 das
unter UV-Bestrahlung härtende
Harz 54 aufheizt, ein Teil eines unterschiedlichen Brechungsindex' innerhalb des unter
UV-Bestrahlung härtendes
Harzes 54 ausgebildet.
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In
dem vorliegenden Beispiel hat ein Temperaturregelelement 55 das
unter UV-Bestrahlung härtende
Harz 54 aufgeheizt, wodurch ein Teil mit einem unterschiedlichen
Brechungsindex innerhalb des unter UV-Bestrahlung härtenden
Harzes 54 ausgebildet worden ist. Dabei sind solche Teile,
die einen anderen Brechungsindex haben, nicht darauf beschränkt, nur
in Richtung der Lichtausbreitung erzeugt zu werden, sondern können auch
sowohl in Lichtausbreitungsrichtung als auch in einer zur Lichtausbreitungsrichtung
im Wesentlichen senkrechten Richtung erzeugt werden, und sie können nur
in einer zur Lichtausbreitungsrichtung im Wesentlichen senkrechten
Richtung erzeugt werden.
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6 ist ein Diagramm, das ein optisches Element
zeigt, das nicht der Erfindung entspricht, jedoch zum Verständnis der
Erfindung hilfreich ist.
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Wie
in 6(a) gezeigt, wird ein unter UV-Bestrahlung
härtendes
Harz 64 auf die Oberfläche
eines Substrats 61 aufgebracht, das aus Glas oder einem
transparenten Harz besteht, um dadurch einen Film zu bilden. Das
unter UV-Bestrahlung härtende
Harz 64 hat einen Brechungsindex, der größer als
der des Substrats 61 ist, wodurch das unter UV-Bestrahlung
härtende
Harz 64 in dem Film als ein Lichtwellenleiterkern wirkt.
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Dann
wird das unter UV-Bestrahlung härtende
Harz 64 durch UV-Bestrahlung gehärtet. Dabei wird ein Teil 640 des
Films mit UV-Strahlen variierender Intensität bestrahlt, um dadurch einen
Teil 640 auszubilden, der einen Brechungsindex hat, der
höher als
der des anderen Teils ist. Dementsprechend wird Licht innerhalb
des Teils 640 eingeschlossen, der einen höheren Brechungsindex
als der des umgebenden Teils hat, wodurch der Teil als ein dreidimensionaler
Lichtwellenleiter wirkt.
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Schließlich werden
Elektroden 66 auf dem Teil 640 mit höherem Brechungsindex
auf dem Film angeordnet. In Verwendung des optischen Elements gemäß diesem
Beispiel wird ein elektrisches Feld auf das unter UV-Bestrahlung
härtende
Harz 640 aufgebracht, das als Lichtwellenleiter dient,
indem eine Spannung an die Elektroden 66 angelegt wird.
Wenn das auf das unter UV-Bestrahlung härtende Harz 640 angelegte
elektrische Feld verändert
wird, ändert sich
der Brechungsindex des Harzes. Wegen der Varianz im Brechungsindex
des Films wirkt das optische Element gemäß der vorliegenden Ausführungsform als
solches als ein optischer Modulator oder ein optischer Schalter
vom Lichtwellenleitertyp.
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Eine
zu den Elektroden 66 entgegengesetzte Elektrode kann an
der Grenzfläche
zwischen dem Substrat 61 und dem Harz 64 vorgesehen
sein oder auf der Fläche
des Substrats 61, die der Fläche gegenüberliegt, auf der das Harz 64 angeordnet
ist.
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Das
optische Element ist für
den Fall eines Lichtwellenleiters beschrieben worden, der eine lineare
Gestalt hat. Das vorliegende Beispiel ist jedoch nicht hierauf beschränkt, es
ist auf jeden Fall eines Lichtwellenleitermusters anwendbar, wie
es allgemein verwendet wird. Weiterhin kann ein Abzweig- und ein
Richtkoppler verwendet werden. Weiterhin sind Elektroden auf dem
Lichtwellenleiter angeordnet worden. Das vorliegende Beispiel ist
jedoch nicht hierauf beschränkt,
und die Elektroden können
auf beiden Seiten des Lichtwellenleiters angeordnet sein. Die Elektroden
können
Mikrostripleitungen oder koplanare Leitungen sein.
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Im
vorliegenden Beispiel sind Elektroden 66 auf dem unter
UV-Bestrahlung härtenden
Harz 640 unterschiedlichen Brechungsindex' angeordnet worden.
Wie in 6(b) gezeigt, wird jedoch selbst
im Falle, dass Elektroden 66 auf dem unter UV-Bestrahlung
härtenden
Harz 64 gleichförmigen
Brechungsindex' angeordnet
sind und eine Elektrode 66 ein elektrisches Feld an das
unter UV-Bestrahlung härtende Harz 64 anlegt,
ein Teil eines unterschiedlichen Brechungsindex' innerhalb des unter UV-Bestrahlung härtenden
Harzes 64 ausgebildet.
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Eine
Elektrode 66 legt ein elektrisches Feld an das unter UV-Bestrahlung
härtende
Harz 64 an, wodurch ein Teil, der einen unterschiedlichen
Brechungsindex hat, innerhalb des UV-Bestrahlung härtenden
Harzes 64 ausgebildet worden ist. Dabei sind solche Teile,
die einen unterschiedlichen Brechungsindex haben, nicht darauf beschränkt, nur
in Lichtausbreitungsrichtung erzeugt zu werden, sondern sie können sowohl
in Lichtausbreitungsrichtung als auch in einer zur Lichtausbreitungsrichtung
im Wesentlichen senkrechten Richtung erzeugt werden, und sie können nur
in einer zur Lichtausbreitungsrichtung senkrechten Richtung erzeugt
werden.
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7 ist
ein Diagramm, das ein Verfahren zum Herstellen eines Elements zeigt,
das nicht der Erfindung entspricht, doch zum Verständnis der
Erfindung hilfreich ist.
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Zunächst wird
ein unter UV-Bestrahlung härtendes
Harz 74 auf die Oberfläche
eines Substrats 71 aus Glas oder einem transparenten Harz
aufgebracht, um dadurch einen Film zu bilden. Das unter UV-Bestrahlung
härtende
Harz 74 hat einen Brechungsindex, der größer als
der des Substrats 71 ist, wodurch das unter UV-Bestrahlung
härtende
Harz 74 in dem Film als Lichtwellenleiterkern wirkt.
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Dann
wird das unter UV-Bestrahlung härtende
Harz 74 durch UV-Bestrahlung gehärtet. Der Brechungsindex des
unter UV-Bestrahlung härtenden Harzes
nach dem Härten
variiert innerhalb des Bereiches von 0,001 in Abhängigkeit
von der eingestrahlten Lichtmenge. Wenn ein Teil des Films mit UV-Strahlen
variierender Intensität
bestrahlt wird, härtet
das unter UV-Be strahlung härtende
Harz 74 dementsprechend, und dabei wird ein Teil 740,
der einen Brechungsindex hat, der größer als der des anderen Teils
ist, ausgebildet. Dementsprechend wird Licht in den Teil 740 eingeschlossen,
der einen Brechungsindex hat, der größer als der des umgebenden
Teils ist, wodurch der Teil als ein dreidimensionaler Lichtwellenleiter
wirkt.
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Das
vorliegende Beispiel ist für
den Fall eines Lichtwellenleiters linearer Gestalt beschrieben worden.
Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt, und
sie ist auf jeden Fall eines Lichtwellenleitermusters anwendbar,
wie es allgemein verwendet wird. Weiterhin kann die Ablenkung, Abzweigung
und Kopplung von Lichtwellen beeinflusst werden. Weiterhin kann
ein weiteres planares Substrat als eine obere Abdeckung aufgebracht
werden.
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8 ist
ein Diagramm, das ein Verfahren zum Herstellen eines optischen Elements
zeigt, das nicht der vorliegenden Erfindung entspricht, jedoch zum
Verständnis
der Erfindung hilfreich ist.
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Der
Unterschied des vorliegenden Beispiels gegenüber dem vorangehenden Beispiel
besteht darin, dass die UV-Strahlen, die auf das unter UV-Bestrahlung
hartende Harz 84 eingestrahlt wird, eine periodische Intensitätsverteilung
haben. Dementsprechend ist das vorliegende Beispiel in anderen Punkten
das gleiche, wie die sechste Ausführungsform, soweit nicht anders
erwähnt.
Das unter UV-Bestrahlung härtende
Harz 84 wird mit UV-Strahlen einer periodischen Intensitätsverteilung
bestrahlt, wodurch die Menge des auf die Oberfläche des unter UV-Bestrahlung
härtenden
Harzes 84 eingestrahlten Lichts periodisch variiert. Dementsprechend
wird in dem unter UV-Bestrahlung härtenden Harz 84 eine periodische
Verteilung des Brechungsindex' ausgebildet.
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Die
periodische Verteilung des Brechungsindex' erzeugt ein Beugungsgitter vom Lichtwellenleitertyp.
Bei der Lichteinstrahlung kann eine Phasenmaskentechnik und eine
Interferenzbelichtungstechnik verwendet werden. Ferner kann eine
Photomaske mit periodisch variierender Durchlässigkeit verwendet werden.
Weiterhin kann Abtastung durch Laserlichtbestrahlung oder Elektronenstrahlbestrahlung
verwendet werden.
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9 ist
ein Diagramm, das ein Verfahren zum Herstellen eines optischen Elements
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung zeigt.
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Zunächst wird
ein unter UV-Bestrahlung härtendes
Harz 84 auf die Oberfläche
eines Substrats 91 aufgebracht, das aus Glas oder einem
transparenten Harz besteht, um dadurch einen Film zu bilden. Das unter
UV-Bestrahlung härtende
Harz 94 hat einen Brechungsindex, der größer als
der des Substrats 91 ist, wodurch das unter UV-Bestrahlung
härtende Harz 94 in
dem Film als ein Lichtwellenleiterkern wirkt.
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Dann
wird das unter UV-Bestrahlung härtende
Harz 94 durch UV-Bestrahlung gehärtet. Dabei wird eine Lichtabschirmplatte 93 zwischen
das unter UV-Bestrahlung härtende
Harz und eine Lichtquelle eingefügt.
Die Lichtabschirmplatte 93, die im Wesentlichen parallel
zu dem Substrat 91 gehalten wird, wird nacheinander so
bewegt, dass der mit Licht bestrahlte Bereich auf dem unter UV-Bestrahlung
härtenden Harz 94 sich
nacheinander ändert.
Dementsprechend variiert die Menge der Lichteinstrahlung auf das
unter UV-Bestrahlung härtende
Harz 94 im Wesentlichen monoton abnehmend. Als Ergebnis
wird eine kontinuierliche Verteilung des Brechungsindex' ausgebildet.
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Wenn
die Bewegungsgeschwindigkeit der Lichtabschirmplatte eingestellt
wird, lässt
sich eine beliebige Verteilung des Brechungsindex' erhalten.
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In
der vorliegenden Erfindung ist eine einzige Lichtabschirmplatte
verwendet worden. Es können jedoch
mehrere Lichtabschirmplatten verwendet werden, um eine Brechungsindexverteilung
auszubilden, die sich kontinuierlich in mehreren Richtungen ändert. Weiterhin
sind bei der vorliegenden Ausführungsform
die Lichtabschirmplatte 93 und daher der Bestrahlungsbereich
bewegt worden, wodurch die Einstrahlmenge geändert worden ist. Bei der UV-Bestrahlung
kann jedoch eine Maske, die eine kontinuierlich variierende Durchlässigkeit
hat, verwendet werden. Weiterhin ist bei der vorliegenden Erfindung die
Einstrahlmenge kontinuierlich variiert worden. Jedoch können ein
Teil einer konstanten Einstrahlmenge und ein Teil einer diskreten Änderung
in der Einstrahlmenge vorhanden sein.
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10 ist
ein Diagramm, das ein Verfahren um Herstellen eines optischen Elements
zeigt, das nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung, jedoch zum
Verständnis
der Erfindung hilfreich ist.
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Zunächst, wie
in 10 gezeigt, wird ein Ende einer Lichtleitfaser 107 auf
die Oberfläche
eines Substrats 101 aufgebracht, das aus Glas oder einem
transparenten Harz besteht. Dann wird ein unter UV-Bestrahlung härtendes
Harz darauf aufgebracht. Anschließend wird das unter UV-Bestrahlung
härtende
Harz 104 durch UV-Bestrahlung gehärtet, wodurch die Lichtleitfaser 107 auf
dem Substrat 101 fixiert wird. Das unter UV-Bestrahlung
härtende
Harz 104 hat einen Brechungsindex, der größer als
der des Substrats 101 ist, wodurch das unter UV-Bestrahlung
härtende
Harz 104 als ein Lichtwellenleiterkern wirkt.
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Der
Brechungsindex des unter UV-Bestrahlung härtenden Harzes variiert nach
dem Härten
in Abhängigkeit
von der eingestrahlten Lichtmenge. Wenn demnach das unter UV-Bestrahlung
härtende Harz 104 mit
Licht bestrahlt wird, das eine periodische Intensitätsverteilung
hat, dann wird in dem unter UV-Bestrahlung härtenden Harz 104 eine
periodische Verteilung des Brechungsindex' erzeugt. Diese periodische Verteilung
des Brechungsindex' erzeugt ein
Beugungsgitter. Dementsprechend erhält man ein optisches Element
und gleichzeitig eine damit verbundene Lichtleitfaser.
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Beim
vorliegenden Beispiel ist ein unter UV-Bestrahlung härtendes
Harz als Material des Kanals für
den Lichtwellenleiterkern verwendet worden. Das zu verwendende Material
ist jedoch nicht hierauf beschränkt
und kann auch ein thermofixierendes Harz sein. Weiterhin ist eine
Lichtleitfaser als ein weiteres optisches Element verwendet worden.
Das optische Element ist jedoch nicht hierauf beschränkt und
kann ein Wellenlängenfilter,
ein Isolator, ein Spiegel, eine Linse und dergleichen sein. Weiterhin ist
ein Beugungsgitter ausgebildet worden. Das vorliegende Beispiel
ist jedoch nicht hierauf beschränkt, und
es kann ein gewöhnlicher
Lichtwellenleiter ausgebildet werden. Weiterhin können optische
und elektrische Bauelemente, wie Lichtabgabeelemente, Lichtaufnahmeelemente,
Elektrodenverdrahtung und Halbleitervorrichtungen gemeinsam ausgebildet
werden.
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Wie
oben beschrieben, gibt die vorliegende Erfindung ein optisches Element
und ein Verfahren zum Herstellen desselben an, wodurch eine Massenproduktion
optischer Elemente, wie Lichtwellenleiter, bei geringen Kosten möglich wird.