FR2486250A1 - Guide d'ondes en verre pour circuit optique et procede de fabrication - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN PROCEDE DE FABRICATION D'UN GUIDE D'ONDES EN VERRE FORME EN FEUILLETANT DES COUCHES DE VERRE AYANT DES INDICES DE REFRACTION DIFFERENTS SUR UN SUBSTRAT. SELON L'INVENTION, ON INTRODUIT DES HALOGENURES DE SI ET TI, B, P OU GE EN MEME TEMPS QUE DE L'OXYGENE OU DE LA VAPEUR, DANS UN RECIPIENT REACTIONNEL 31, ON CHAUFFE LES HALOGENURES ET L'OXYGENE OU LA VAPEUR EN PHASE VAPEUR POUR FORMER DES PARTICULES FINES DE VERRE PAR OXYDATION THERMIQUE OU HYDROLYSE, ON DEPOSE CES PARTICULES FINES DE VERRE SUR LE SUBSTRAT 36 PLACE DANS LE RECIPIENT REACTIONNEL, ET ON CHAUFFE LES PARTICULES FINES DE VERRE 37 POUR LES VITRIFIER EN UNE COUCHE DE VERRE TRANSPARENT. L'INVENTION S'APPLIQUE NOTAMMENT AUX CIRCUITS OPTIQUES.

Description

La présente invention se rapporte à un guide d'ondes en verre pour

circuits optiques, ainsi qu'à son

procédé de fabrication.

Dans la fabrication de guides d'ondes en verre pour circuits optiques, une couche formant noyau en une pellicule de verre est formée sur un substrat en verre par un processus de pulvérisation. L'indice de réfraction de la pellicule de verre est supérieur à celui du substrat en verre. La couche formant noyau ayant un fort indice de réfraction est alors attaquée selon un motif souhaité, par un procédé photolithographique ou analogue. Enfin, le motif est enduit par un matériau ayant un indice de réfraction inférieur. Un faisceau lumineux se propage à

travers le guide d'ondes ainsi formé, en étant principale-

ment concentré dans le noyau ayant un plus fort indice de réfraction. Divers procédés ont été proposés pour fabriquer ce type de guides d'ondes en verre. Le guide d'ondes fabriqué par l'un de ces procédés était une pellicule mince d'une épaisseur de l'ordre de 1,M- ou moins,

du fait des restrictions de fabrication des guides d'ondes.

Il est souhaitable de former un noyau ayant une épaisseur de 5 à 50 /, afin d'augmenter l'efficacité de connexion avec des fibres optiques ou autres éléments de circuit

optique et de réaliser un guide d'ondes à faible perte.

De plus, il est préférable que le noyau soit enduit d'une

couche supérieure de revêtement ayant un indice de réfrac-

tion plus faible. Par ailleurs, il est nécessaire que les configurations et les dimensions en coupe transversale du guide d'ondes soient contrôlées d'une façon précise afin de réaliser ses diverses fonctions comme un élément de circuit optique. Il n'est pas nécessairement facile de répondre à toutes ces nécessités. En particulier, dans la réalisation de circuits optiques intégrés, un problème sérieux est posé par le fait que le noyau se déforme tandis que l'on forme la couche supérieure de revêtement à la suite de la formation d'un noyau ayant un motif souhaité. Dans le cas o la couche formant noyau a une épaisseur de 1 là ou moins, une différence de coefficients de dilation entre le matériau du substrat et le matériau de la pellicule mince est hors de question. Dans le cas d'un guide d'ondes en verre pour circuit optique ayant un verre en pellicule épaisse o l'épaisseur du noyau est de 5 à 50/AL, on ajoute un oxyde d'un métal comme GeO2 P205, TiO2 ou analogue, à SiO2 afin de contrôler l'indice de réfraction du verre. L'addition de l'oxyde

métallique change le coefficient de dilatation du verre.

Par suite, il y a possibilité que les coefficients de dilatation du verre de substrat fait, par exemple, de silice (SiO2) et de la couche de verre formant le guide d'ondes changent souvent fortement. Si les coefficients de dilatation diffèrent entre le verre du substrat et la couche de verre par-dessus, il se produit une déformation due à un changement de température dans le procédé de fabrication du guide d'ondes. Dans un cas extrême, la couche en verre peut se casser. M&me si la couche en verre ne se casse pas pendant le stade de fabrication, un léger poids appliqué au guide d'ondes formé dans une telle

condition peut l'endommager lorsqu'il est en utilisation.

Ainsi, le guide d'ondes est instable.

Du fait de ces problèmes, aucun guide d'ondes pratiquement utilisable pour des circuits optiques n'a encore été développé. Les fibres optiques, prismes, lentilles, miroirs et analogues sont toujours utilisés

comme composants pour la-formation de circuits optiques.

Les brevets U.S. No 3 806 223 de Donald B. Keck et autres, intitulé "Planar Optical Waveguide" et NO 3 934 061 des mêmes inventeurs, intitulé "Method of

Forming Planar Optical Waveguides", permettent la fabrica-

tion de guides d'ondes d'une relativement bonne qualité.

Cependant, les guides d'ondes selon ces brevets comportent toujours un inconvénient parce que les dimensions du noyau du guide d'ondes, la configuration de la coupe transversale du noyau et la différence des coefficients de dilatation ne sont pas contrôlées avec précision. Plus particulièrement, dans 1e procédé révélé dans ces brevets, des particules fines de verre sont formées en hydrolysant à la flamme une matière première telle que SiCl4 ou GeCl4 au moyen d'un brûleur de réaction, par exemple, un brleur oxhydrique, et les particules fines de verre sont déposées sur un substrat en verre. Alors, une partie des particules fines de verre o doit être formé un noyau de guide d'ondes, est vitrifiée en verre transparent sous forme de noyau par irradiation de ces particules fines de verre au moyen d'un laser au C02 gazeux.A l'étape suivante, la partie non-irradiée des particules fines de verre est retirée. Subséquemment, des secondes particules fines de verre sont déposées sur le noyau et le substrat et on vitrifie ensuite en un verre transparent pour former une couche de revêtement. Dans l'étape de la formation du noyau, le brûleur réactif peut être déplacé le long d'un motif souhaité pour déposer localement les particules

fines de verre, en vitrifiant ensuite en un verre trans-

parent, co.me cela est révélé dans le brevet U.S.

Ne 3 806 223.

Dans ces procédés, les particules fines de verre, hydrolysées à la flamme en déplaçant le substrat par rapport au brleur, se déposent progressivement. Par conséquent, une fluctuation de la flamme et un changement minuscule du débit du gaz oxhydrique provoquent des changements d'épaisseur et de composition des particules

fines de verre déposées sur le substrat. Cela rend diffi-

cile la formation d'un guide d'ondes optique ayant des caractéristiques uniformes. On a également proposé la vitrification par le laser ou le dépôt local de la couche formant noyau dans le but de former le motif de cette couche. Il est cependant difficile de contrôler avec précision les dimensions telles que la hauteur et la largeur du guide d'ondes, qui sont des paramètres importants pour celui-ci. En particulier, il est impossible de fabriquer un guide d'ondes dont la largeur et la hauteur doivent être de 5 à 10 /c, tel qu'un guide dbndes en un seul mode. Une forme indéfinie de la coupe transversale du noyau pose un problème sérieux du point de vue connexion entre des guides d'ondes ou entre le guide d'ondes et une

fibre optique.

Afin d'améliorer le procédé de Keck, les inventeurs de la présente invention ont proposé un nouveau procédé de formation d'une couche en verre, dont l'indice de réfraction et l'épaisseur sont contrôlés avec soin, sur un substrat, dans la demande de brevet au Japon N 75 036/1978. Dans ce procédé, afin de former une couche uniforme de verre, un substrat placé dans un récipient de

réaction est maintenuàui batetempérature de 1200 à 1650 C.

Dans cette condition, de l1a matière première de verre comme SiCl4 ou GeC14, avec de l'oxygène, est introduite dans le récipient o cette matière première de verre est oxydée thermiquement en oxyde de verre pour former une couche transparente de verre sur le substrat. Ce procédé permet de former une couche uniforme de verre sur toute

la surface du substrat. Cependant, dans ce procédé, la -

température optimale de la réaction d'oxydation de la matière première de verre est différente de la température optimale à laquelle le gaz synthétisé se dépose sur le substrat à un état transparent. En conséquence, la gamme de températurespermettant-de répondre aux deux nécessités est étroite. Si la température s'écarte de la gamme optimale, l'indice de réfraction et l'épaisseur de la couche de verre changent. De ce point de vue, il n'est pas nécessairement facile de former une couche uniforme de verre avec une bonne reproductibilité. De plus, avec ce procédé, on rencontre une difficulté extrême pour former des guides d'ondes optiques ayant une forte différence d'indices de réfraction en ajoutant des additifs ayant une forte pression de vapeur à une haute température comme GeO2 ou P205. En conséquence, il n'est pas possible de former une couche de verre ayant un indice de réfraction qui est supérieur de 0,5% ou plus à celui du verre de

silice pure.

Pour former un guide d'ondes optique, on ajoute un ou plusieurs agents dopants appropriés à une couche formant noyau afin de contrôler son indice de réfraction. Par suite, la température d'amollissement de la couche formant noyau baisse, ainsi cette couche se déforme par application de chaleur quand une couche supérieure de revêtement est déposée sur la couche formant noyau. La déformation rend difficile le contrôle de la configuration de la coupe transversale ainsi que des dimensions de la couche formant noyau. En conséquence, il est presque impossible de former un guide d'ondes en verre dont les caractéristiques telles que la constante de propagation

se trouvent dans une tolérance donnée.

Habituellement, un guide d'ondes optique est étudié de façon qu'il y ait une différence d'indices de réfraction de 0,2 à 3% entre la couche formant noyau et la partie l'environnant. Du fait de cela, la différence de coefficientsde dilatation entre la couche formant noyau et le substrat en verre de silice atteint 3 x 10 au maximum. Par suite, la couche en verre pour le noyau craque facilement et peut se casser. De ce point de vue, il est souhaitable de fabriquer un guide d'ondes en verre pour circuit optique, stable vis-à-vis des changements

de température.

Dans un guide d'ondes optique traditionnel comme on l'a mentionné cidessus, une limite irrégulière du côté d'un noyau, produite au stade de fabrication de la couche formant noyau, sert de limite du guide d'ondes. En conséquence, cela provoque un inconvénient parce que la perte par dispersion de la lumière guidée est importante, et l'on ne peut obtenir un guide d'ondes ayant une faible perte. On a également proposé un guide d'ondes en verre du type enfoui, o des ions pour augmenter l'indice de réfraction sont diffusés dans le verre, comme cela est

révélé dans la publication du brevet japonais N05975/1973.

Dans ce guide d'ondes, une couche formant noyau est formée en diffusant des ions, afin que la surface limite du guide d'ondes ne soit pas irrégulière et afin d'obtenir un guide d'ondes ayant une faible perte par dispersion. Cependant, le guide d'ondes formé par cette proposition présente les inconvénients qui suivent: (1) dans ce procédé, on emploie un phénomène de diffusion, il est donc difficile de contrôler avec précision les dimensions du guide d'ondes. Cela rend difficile la fabrication d'un guide d'ondes en un seul mode nécessitant une dimension

du noyau de l'ordre de 10/'.

(2) Il est difficile d'obtenir une configuration en coupe transversale fixe du guide d'ondes, et par conséquent de former une coupe transversale d'une forme souhaitée comme

un cercle ou un rectangle.

En conséquence, la présente invention a pour objet un guide d'ondes en verre pour circuit optique o la forme en coupe transversale, les dimensions et la différence d'indices de réfraction sont contrôlées avec précision. La présente invention a pour autre objet un guide d'ondes compact en verre pour un circuit optique, fonctionnant de façon stable vis-à-vis des changements de

température.

La présente invention a pour autre objet un guide d'ondes en verre pour un circuit optique, ayant une faible perte et une dispersion réduite de la lumière à la

face latérale limite du guide d'ondes.

La présente invention a pour autre objet un procédé de fabrication d'un guide d'ondes en verre pour un circuit optique ayant une faible perte, ne comportant pas les inconvénients ci-dessus mentionnés, ce guide d'ondes étant fabriqué avec une bonne reproductibilité et un indice de réfraction qui est contrôlé d'une façon uniforme et précise. La présente invention a pour autre objet un procédé de fabrication d'une couche de particules fines de verre pour un guide d'ondes en verre pour un circuit

optique, permettant une production en masse.

Selon le procédé de fabrication de la présente invention, o un guide d'ondes en verre pour un circuit optique est formé en feuilletant des couches de verre ayant des indices différents de réfraction sur un substrat, des halogénures de Si et Ti, B, P ou Ge, avec de l'oxygène ou de la vapeur, sont introduits dans un récipient réactionnel et sont chauffés en phase vapeur pour être thermiquement oxydés ou hydrolysés afin de former des particules fines de verre. Les particules fines de verre se déposent sur un substrat placé dans le récipient réactionnel, et enfin les particules fines de verre ainsi déposées sont chauffées et vitrifiées en une couche de

verre transparent.

Dans le cas de l'oxydation thermique, la tempéra-

ture du substrat est de préférence comprise entre environ 900 et environ 12000C. Le gradient de température dans la zone o le substrat est placé dans le récipient est de préférence compris entre 1OC/cm et 20OC/cm par rapport à la direction de l'écoulement d'oxygène introduit dans le récipient. Dans le cas d'une réaction d'hydrolyse, la température du substrat est de préférence de l'ordre de 600 à 11000C. Le gradient de température dans la zone o est placé le substrat dans le récipient réactionnel est de préférence compris entre 10C/cm et 20OC/cm par rapport à la direction de l'écoulement d'oxygène introduit dans

le récipient réactionnel.

Dans un mode de réalisation préféré de l'inven-

tion, le récipient réactionnel comprend une section de réaction o l'halogénure et l'oxygène ou la vapeur introduits sont oxydés thermiquement ou hydrolysés pour former les particules fines de verre et une section de dépôt pour recevoir au moins un substrat sur lequel

doivent être déposées les particules fines de verre.

Le substrat peut être fait en verre de silice ou céramique. Dans-un autre mode de réalisation préféré, une couche transparente en-verre est attaquée en un guide d'ondes avec un motif -souhaité, par un procédé d'attaque par pulvérisation réactive en utilisant du gaz connu

sous la dénomination commerciale "Fréon".

Selon un aspect d'un guide d'ondes en verre pour circuit optique selon l'invention, dans un guide d'ondes en verre pour circuit optique o des couches de verre ayant des indices différents de réfraction sont feuilletées

en succession sur un substrat, les températures d'amollis-

sement du verre des couches en verre feuilletées en succession diminuent graduellement du substrat vers la

couche de verre la plus supérieure.

Les couches peuvent être une couche formant noyau sur le substrat et une couche de revêtement sur la couche

formant noyau.

Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, un noyau sous forme d'une couche en verre de GeO2 - SiO2 est formé sur un substrat. Après traitement du noyau en un guide d'ondes selon un motif souhaité, du verre de SiO2 contenant P205 et B303 en quantités sensiblement égales, est déposé sous forme d'une couche de revêtement à une température plus faible d'amollissement du verre pour couvrir le noyau de façon que la quantité totale de P205 et B203 dans le verre de SiO2 soit changée pour contrôler la température et l'amollissement du verre

sans changer l'indice de réfraction du verre P205 - B203 -

SiO2. Le noyau est enduit de la couche de revêtement.

Selon un second aspect d'un guide d'ondes en verre pour circuit optique selon l'invention, une couche de verre est insérée entre le substrat et le noyau et le coefficient de dilatation de la couche de verre change graduellement à partir de celui du substrat jusqu'à celui

du noyau.

La couche de verre peut être faite en verre de SiO2 contenant P205 et B203 les quantités de P2 05 et B203 étant sensiblement égales, et la quantité de P205 et B203 ajoutée change graduellement entre le substrat et la noyau. Alternativement, il est préférable de former la couche inférieure de revêtement, la couche en verre, le noyau et la couche supérieure de revêtement sur le

substrat dans cet ordre.

Selon un troisième aspect d'un guide d'ondes en verre selon la présente invention, une couche en verre avec un fort indice de réfraction et contenant SiO2 comme composant majeur, est déposée sur un substrat. La couche en-verre est attaquée pour former un noyau ayant un motif souhaité de guide d'ondes et le noyau est enduit d'une couche en verre ayant un faible indice de réfraction contenant SiO2 comme composant majeur pour former un revêtement, l'indice de réfraction du noyau diminuant à

proximité de la limite entre lui et le revêtement.

De préférence, l'additif ajouté au verre du noyau pour augmenter son indice de réfraction est volatilisé du noyau après formation de celui-ci, ainsi l'indice de réfraction à proximité de la limite entre le noyau et le revêtement diminue. Alternativement, après formation du noyau, un additif pour diminuer l'indice de réfraction du noyau peut être diffusé dans la surface exposée de

celui-ci.

L'additif pour augmenter l'indice de réfraction du verre du noyau peut être un oxyde tel que GeO2, P205, TiO2 ou analogue et l'additif pour diminuer l'indice

de réfraction du noyau peut être B203, F ou analogue.

L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci

apparaîtront plus clairement au cours de la description

explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention et dans lesquels: - la figure 1 montre des courbes illustrant la subordination d'une réaction d'oxydation gazeuse dans divers halogénures à la température sur l'axe des abscisses, l'allure de la réaction étant indiquée en ordonnées; - la figure 2 est un schéma montrant un mode de réalisation d'un dispositif pour former une couche de verre utilisée dans un guide d'ondes en verre pour circuit optique selon la présente invention; - la figure 3 est un profil de température dans un four du dispositif pour former la couche de verre de la figure 2, la longueur du four étant indiquée en abscisses et sa température en ordonnées, l'entrée étant indiquée en E, la sortie en S, la position du substrat en P, la section de réaction en R et la section de dépôt en D; la figure 4 est une courbe illustrant la relation d'une allure de dépôt sur l'axe des ordonnées avec le gradient de température sur l'axe des abscisses; - la figure 5 est un schéma montrant un autre mode de réalisation d'un dispositif pour former la couche de verre dans un guide d'ondes en verre pour circuit optique selon la présente invention; - la figure 6 montre des courbes illustrant la relation entre la concentration en dopant sur l'axe des abscisses et l'indice de réfraction sur l'axe des ordonnées; - la figure 7 est une vue en coupe transversale montrant un mode de réalisation d'un réchauffeur de vitrification utilisé dans la présente invention; - les figures 8A à 8G sont des vues en coupe transversale illustrant une séquence d'étapes d'un procédé de fabrication d'un guide d'ondes en verre pour circuit optique selon la présente invention; - la figure 9 montre des courbes illustrant la relation de la température d'amollissement du verre sur l'axe des ordonnées en fonction de la concentration en dopant sur l'axe des abscisses; - les figures 10A à 10E sont des vues en coupe transversale illustrant diverses conditions chauffées d'une couche formant noyau; - la figure 11 est un schéma d'explication illustrant une déformation de la configuration en coupe transversale de la couche formant noyau; - les figures 12A à 12C sont des vues en coupe transversale illustrant une séquence d'étapes d'un procédé de fabrication d'un guide d'ondes en verre pour circuit optique o les températures d'amollissement des couches en verre en plusieurs couches sur un substrat,sont agencées pour diminuer en succession du substrat vers la couche supérieure en verre; - la figure 13 montre des courbes illustrant la relation entre l'indice de réfraction et le coefficient de dilatation ( < x 10-6) sur l'axe des ordonnées et la concentration en dopant (X en poids) sur l'axe des abscisses - la figure 14 montre une courbe expliquant la présence de fissures, l'épaisseur de la couche de verre étant indiquée en ordonnées et la différence d'indices de réfraction de la couche de verre par rapport au substrat en verre de silice en abscisses, la partie hachurée indiquant la production de fissures; - les figures 15A et 16A sont des vues en coupe transversale partielle montrant deux modes de réalisation d'un guide d'ondes selon la présente invention, o une couche transitoire est prévue pour ajuster les coefficients de dilatation, respectivement; - les figures 15B et 16B sont des graphiques illustrant les distributions des indices de réfraction en réponse aux figures 15A et 16A, respectivement, les indices de réfraction étant indiqués en abscisses; - les figures 15C et 16C sont des graphiques illustrant les distributions des coefficients de dilatation,

en abscisses, en réponse aux figures 15A et 16A, respec-

tivement; - la figure 17 est une vue en coupe transversale montrant un autre mode de réalisation d'un guide d'ondes en verre pour circuit optique selon l'invention, o l'indice de réfraction d'un noyau est réduit à proximité de la limite entre lui et le revêtement; la figure 17B est un graphique illustrant la distribution d'indicesde réfraction dans le noyau, la dimension du noyau étant indiquée en abscisses et l'indice de réfraction en ordonnées; et - les figures 18A à 18E sont des vues en coupe

transversale illustrant une séquence d'étapes de fabrica-

tion d'un guide d'ondes en verre pour circuit optique selon l'invention, o l'indice de réfraction d'un noyau est réduit à proximité de la limite entre lui et le revêtement. Dans la présente invention, une couche en verre pour former un noyau est déposée sur un substrat résistant à la chaleur tel qu'un substrat en verre de silice ou un substrat en céramique, directement ou avec interposition d'une couche transitoire pour ajuster le coefficient de dilatation. La formation de la couche de verre sera d'abord décrite. Pour former la couche de verre, des particules fines de verre doivent être déposées sur le substrat ou la couche de transition, avec une bonne

uniformité et une bonne reproductibilité.

La matière première de verre utilisée ici se compose d'halogénures de Si et Ge, Ti, P ou B comme SiCl4 comme matière première majeure et GeCl4, TiCl4, POCl3 ou BC13 comme additif pour ajuster l'indice de réfraction, la température d'amollissement et le coefficient de dilatation. La figure 1 montre la relation entre le taux d'une réaction d'oxydation thermique en phase gazeuse avec la température, quand les halogénures sont chauffés en même temps que l'oxygène. Comme on peut le voir sur le graphique, les halogénures autres que GeC14 ont environ % de taux de réaction quand la température de chauffe

est égale ou supérieure à 1. 000C.

Dans le verre auquel un oxyde ayant une forte pression de vapeur à une haute température comme GeO2 ou P205 est ajouté, l'oxyde se volatilise facilement quand le verre est synthétisé à une haute températureil est donc difficile de maintenir la composition du verre avec une bonne reproductibilité. Pour cette raison, des particules fines de verre synthétisées dans une flamme oxhydrique sont dimpo6oes surunsubstrat à une basse température de façon que le substrat soit déplacé par rapport à une section pour former des particules fines de verre afin d'obtenir un dépôt uniforme de ces particules fines de verre. Cependant, selon ce procédé, il est difficile, dans la pratique, de déposer uniformément les particules fines de verre sur une grande surface. De ce point de vue, ce procédé n'est pas adapté à la fabrication d'un guide d'ondes en verre nécessitant un dépôt uniforme des particules fines de verre

sur le plan du substrat.

Pour la vitrification, une couche de particules

fines de verre est soumise à un traitement à haute tempé-

rature à 1300-C ou plus après son dépôt. Dans ce cas, afin d'éviter le résidu de bulles dans la vitrification et du point de vue manipulation, il est souhaitable de déposer les particules fines de verre à un état relativement fritté. On a trouvé par nos expériences, dont les résultats sont indiqués au tableau 1, que si la température du substrat est comprise entre 800 et 12000C, il se dépose une couche suffisamment dure. Par ailleurs, la réaction de synthétisation dans l'expérience n'était que la réaction

d'oxydation.

Tableau 1

Température du Degré de frittage des particules substrat fines déposées de verre 8000C ou moins mou 800 à 1200 C dur 12000C ou plus semivitrificatiôn Pour former la couche de particules fines de verre, les halogénures ci-dessus avec l'oxygène ou la

vapeur, sont introduits dans un récipient de réaction.

On les chauffe alors en phase gazeuse pour former des particules fines de verre par l'oxydation ou la réaction

d'hydrolyse et enfinon laisse le gaz contenant les parti-

cules finesde verre s'écouler sur le substrat. Les résultats de diverses expériences ont montré qu'avec une température de ce gaz égale à celle du substrat, le dépôt des particules fines de verre était empoché, et que les particules de verre se déposaient bien -quand il y avait un gradient de température le long de l'écoulement de gaz. On a trouvé qu'un gradient de température compris entre 1C/cm et

C/cm assurait le dépôt uniforme et le degré de frit-

tage des particules fines de verre que l'on peut voir sur la figure 1. Dans l'expérience, en disposant jusqu'à dix substrats le long de la direction d'écoulement du gaz, les particules fines de verre se déposent uniformément sur ces substrats, concurremment, On décrira maintenant un mode de réalisation de fabrication de la couche de particules fines de verre selon la présente invention. Dans ce mode de réalisation, on a utilisé un dispositif tel que celui représenté sur la figure 2. Sur la figure 2, le repère 1 désigne un tube en silice ayant un diamètre interne de 80 mm et une longueur de 1,1 m, le repère 2 désigne un four pour chauffer le tube en silice 1, et qui est disposé autour de celui-ci, le repère 3 désigne un substrat carré en silice dont chaque côté mesure 50 mm, les repères 4, 5 et 6 désignent SiCl4, GeCl4 et PCl3 conservés dans des saturateurs 7, 8 et 9, respectivement, le repère 10 désigne un passage de by-pass de l'oxygène gazeux ou de la vapeur, lesrepères1l, 12 et 13 désignent des passages pour amener

de l'oxygène gazeux ou de la vapeur à travers des contr8-

leurs de débit massique 14, 15 et 16 jusqu'aux saturateurs 7, 8 et 9 respectivement, et les repères 17, 18 et 19 désignent des passages pour introduire l'oxygène gazeux contenant la matière première de verre dans le tube en silice 1. En utilisation, le four électrique 2 est alimenté et le courant électrique est contrôlé de façon que le tube en silice 1 ait un profil de température tel que celui représenté sur la figure 3. Le gradient de température

est établi pour être de 30C/cm à la position du substrat.

Dans le tube en silice 1, une section de réaction est formée sur 15 à 40 cm à partir de l'entrée du tube et une section de dépôt est formée ensuite sur 40 à 80 cm, o

cinq substrats 3 sont disposés à un intervalle de 10 cm.

De l'oxygène gazeux à raison de 400 cc/mn est soufflé dans les saturateurs 7, 8 et 9, qui sont respectivement mainte-

nus à 200C, 150C et 100C, par les passages 11, 12 et 13, respectivement. L'oxygène gazeux est saturé de la vapeur des matières premières. L'oxygène gazeux contenant la matière première, avec l'oxygène gazeux à raison de 1000 cc/mn amené par le passage de dérivation 10, est conduit dans le tube en silice 1. Cette condition du tube en silice 1 rempli de l'oxygène gazeux et de la matière première est maintenue pendant 60 minutes. Dans cette condition, des particules fines de verre se forment uniquement par la réaction de l'oxygène et se déposent sur le substrat 3. Par suite, des particules fines et blanches de verre se déposent sur les cinq substrats 3. La couche de particules fines de verre est d'une épaisseur uniforme sur chaque substrat 3. Plus le substrat est disposé du côté situé en aval du tube en silice 1, plus importante est l'épaisseur du dépôt. Le degré de frittage des particules de verre est supérieur du côté situé en amont,

car la température du substrat est supérieure de ce côté.

Quand les substrats respectifs sont placés dans un autre four et chauffés pour maintenir la température du four à 14000C pendant environ 5 minutes afin de vitrifier la couche de particules fines de verre déposée sur le substrat,

l'épaisseur des couches ainsi obtenues est de 14/,1 + 1,5/H.

Dans ce mode de réalisation, avec un gradient de tempéra-

ture de la partie déposée établi à 3OC/Om, les particules fines de verre se déposent à peine sur les cinq substrats 3, si l'étendue de 30 à 90 cm à partir de l'entrée du tube en silice 1 est chauffée à 11000C. Avec un gradient de température établi pour être de 14,5 OC/cm, des particules fines et dures de verre se déposent uniformément sur le substrat 3 placé à une position o la température est de 10500C. Dans ce cas, la température du substrat placé à une position située à 10 cm en aval du substrat ci-dessus mentionné est de 9050C, ainsi les particules fines de verre déposées sur ce substrat sont molles et par conséquent les substrats disposés plus en aval de ce substrat ne sont

pas utilisables pour un guide d'ondes en verre.

La figure 4 illustre la relation entre le gradient de température (OC/cm) et le taux ou l'allure de dépôt (f-/mn) des particules fines de verre, que l'on obtient avec le mode de réalisation ci-dessus mentionné et d'autres résultats expérimentaux. La courbe indique que le taux ou l'allure de dépôt est supérieur tandis que le gradient de température devient plus raide. Sur la figure 4, le taux ou l'allure de dépôt est exprimé en termes de l'épaisseur de la couche de verre après vitrification de la couche de particules de verre. Dans la région o le gradient de température est inférieur à 1OC/cm, l'allure de dépôt est de moins de 0,1/4-/mn, il faut donc longtemps pour fabriquer un guide d'ondes en verre nécessitant une couche en verre ayant une épaisseur de 10 à 50 v-, et en conséquence, la productivité du guide d'ondes en verre est faible. Quand le gradient de température est de 2000/cm ou plus, l'allure de dépôt est rapide mais la condition de dépôt n'est pas stable vis-à-vis de la variation du débit de gaz, avec pour résultat que les particules fines

de verre ne se déposent pas uniformément.

Tandis que dans le mode de réalisation de la figure 2, les substrats 3 sont disposés à angle droit avec l'écoulement du gaz, l'expérience a de plus montré que le substrat 3 dans le tube en silice 1 pouvait etre disposé

horizontalement-ou de façon inclinée.

Pour le temps pour le traitement de vitrification, un temps préféré est de l'ordre de 5 à 10 minutes, bien que

ce temps dépeLde légèrement du matériau de verre utilisé.

Si le temps est plus court que celui-ci, le traitement de vitrification est insuffisant. Par ailleurs, si le temps est plus long que celui-ci, les particules de verre sont à un état d'ébullition, avec pour résultat la formation de bulles ou l'évaporation de phosphore, par exemple. La durée du traitement de vitrification est de préférence de 90 à 120 minutes y compris le temps pour la montée en

température et la baisse de température.

En se référant maintenant à la figure 5, elle montre un autre mode de réalisation d'une construction d'un dispositif réactionnel pour déposer des particules

fines de verre sur le substrat selon la présente invention.

Sur la figure 5, le dispositif réactionnel comprend un récipient de réaction 31 fait en un matériau réfractaire tel que du verre de silice, une table du substrat 32, une tubulure 33 soufflant de la matière première gazeuse, un réchauffeur 34 du substrat, et un réchauffeur 35 de la matière première gazeuse. Le repère 36 désigne un substrat pour un guide d'ondes pour un circuit optique. Le substrat 36 est une plaque plane en un verre de silice transparent ayant une épaisseur de 1 à 5 mm et la surface de la plaque est doucement rôdée. Le substrat 36 est fixé sur la table

32 et est chauffé à environ 600 à 11000C par le réchauf-

feur 34. Un matériau de particules fines de verre, avec de l'oxygène ou de la vapeur, est conduit dans le récipient réactionnel 31 par la tubulure 33 soufflant la matière première gazeuse. La composition de la matière première de particules de verre est déterminée par les quantités des additifs dans le verre à synthétiser, en particulier par la différence d'indices de réfraction. Dans ce cas, la différence d'indices de réfraction est de préférence de 0,2 à 3%. La relation entre les quantités des additifs

et l'indice de réfraction est illustrée sur la figure 6.

Le gaz introduit dans le récipient réactionnel 31 est chauffé à 10001300 C par le réchauffeur 35 fait en platine ou analogue, il y a donc une oxydation ou réaction d'hydrolyse pour formticn en particules fines de verre par oxydation comme Si02, GeO2, B203, P205, TiO2 ou analogues. Par ailleurs, quand de l'oxygène est ajouté A

la matière première, l'oxydation a lieu à 1000 C ou plus.

Quand de la vapeur est ajoutée à la matière première, l'hydrolyse a lieu à 800 C ou plus. Dans ce cas, si la température est de 1200OC ou plus, on obtient un taux suffisant de réaction. Les particules fines de verre formées dans cette réaction sont déposées uniformément sur le substrat 36 dans le récipient 31. La densité des particules finles de verre 37 déposées sur le substrat 36 dépend de la température de celui-ci. La densité des particules 37 déposées sur le substrat 36 est déterminée par la température du substrat. Si cette température est de 600 C ou moins, l'adhérence parmi les particules et des particules au substrat est faible, ainsi la couche de particules se déforme facilement ou pèle. Si la température du substrat est comprise entre 600 et 1100 C, la densité des particules de verre est de 1/10 à 1/5 celle d'un verre transparent et l'adhérence des particules au substrat 36 est forte. NMme unoxyde ayant une forte pression de vapeur comme GeO2 peêut tre ajouté de façon stable dans les particules de verre. En particulier, si la température du susbtrat est comprise entre 800 et 1100 C, les particules de verre sont les plus stables. Les particules 37 déposées sur le substrat 36 sont vitrifiées en une couche de verre transparent quand les particules sont chauffées à une température comprise entre 1300 et 16000C. Par ailleurs, la gamme de températures de chauffage

dépend légèrement du matériau utilisé et la gamme tout-à-

fait préférable des températures est de 1400 A 1500 0C.

La figure 7 montre une vue en coupe transversale d'un dispositif pour vitrifier la couche de particules fines de verre 37 en une couche de verre transparent. Le substrat 36 avec la couche 37 qui y est déposée, est fixé sur la table.41 du substrat, ayant une surface régulière ou lisse et qui est faite en un matériau réfractaire tel que du graphite, de la zirconie ou analogue. Dans cette

condition, la couche 37 est chauffée par le réchauffeur 42.

Le matériau de la table 41 doit être un matériau' réfrac-

taire très pur, ne se déformant pas à de hautes tempéra-

tures, afin d'éviter la déformation du substrat 36. Sur

la figure, le repère 43 désigne un tube formant four.

Pour former un motif sur la partie formant noyau qui est vitrifiée comme on l'a mentionné ci-dessus, les

parties inutiles sont retirées par le processus qui suit.

Dans le cas d'un guide d'ondes plan ne nécessitant pas de motif, une couche en verre de SiO2 ou une couche en verre de SiO2 avec P205 ou B203 comme additif, est

formée comme couche de revêtement d'une façon analogue.

Afin de retirer les parties inutiles de la couche en verre formant noyau, un métal dont la vitesse d'attaque est plus lente que le verre dans un plasma de gaz Fréon, comme Si, Ti ou Mo, est plaqué ou est -revêtu sur une épaisseur de 1 à 5 A-, sur la couche en verre formant

noyau par évaporation, pulvérisation ou procédé CVD.

Alors, la pellicule épaisse en métal est attaquée dans un plasma de CBrF3 gazeux avec un masque d'un "resist" ou réserve o est formé un motif souhaité par une technique photolithographique traditionnelle, afin que la face

traitée de la pellicule épaisse soit sensiblement perpendi-

culaire à la surface du substrat. En utilisant la pellicule épaisse attaquée comme masque, la couche en verre formant noyau est attaquée dans un plasma de gaz Fréon par procédé d'attaque par pulvérisation réactive pour former une partie de noyau ayant une coupe transversale sensiblement rectangulaire. Quand le substrat est placé dans le plasma de C2F6, la couche de métal telle qu'une couche de Si et la couche de verre sont attaquées à un rapport de vitesse de 1 à 15 et la couche de verre est attaquée à une vitesse de l'ordre de 0,1 vu- par minute. La pellicule métallique résiduelle est retirée par procédé d'attaque

au plasma en utilisant CF4 gazeux.

Alternativement, une couche de SiO2 de 0,2 à 0,7,/c d'épaisseur peut être déposée sur la pellicule épaisse en métal par pulvérisation à haute fréquence, et elle peut être photo-attaquée selon un motif souhaité par photolithographie traditionnelle, et la pellicule à motif peut être utilisée comme masque à la place de la réserve comme dans le cas cidessus. Alors, la pellicule en métal est attaquée dans le plasma de CBrF3 gazeux, afin que la pellicule attaquée puisse être utilisée comme masque pour la couche de verre formant noyau. Ce procédé de traitement de la pellicule épaisse en métal a été développé par Seitaro Matsuo, et est décrit en détail dans "Selective etching of Si relative to SiO2 without undercutting by CBrF3 plasma", à la page 100 d'un livre de conférence nationale sur "Semiconductor and material group", de l'Institut des Ingénieurs électroniciens et de communication au Japon, 1979. La proposition est

également décrite aux pages 768 - 770, Appl. Phys. Lett.

36(9), 1 er Mai 1980, par le même auteur.

En général, la partie de noyau est enduite d'un verre ayant un faible indice de réfraction afin de réduire la perte de transmission optique. Dans ce but, on utilise un dispositif de réaction qui est le même que celui employé pour former la couche de verre formant noyau, et on utilise SiCl4 ou BBr3 comme matière première pour former des particules fines de verre qui sont déposées, chauffées et vitrifiées. Dans ce cas, une faible quantité de POC13 peut être ajoutée à la matière première afin d'abaisser la température d'amollissement de la couche

de verre.

On décrira ci-après en détail, en utilisant le dispositif de la figure 5, un exemple d'un procédé de fabrication d'un guide d'ondes en verre pour circuit

optique selon la présente invention.

Des plaques en silice 36 de 50 mm de côté et ayant une épaisseur de 3 mm et une surface doucement r8dée, sont placées dans le récipient réactionnel 31 de la figure 5 et sont fixées sur la table de support 32 du substrat. Dans cette condition, les plaques en silice 36 sont chauffées à 10000C. SiC14 et GeCl4 dans les saturateurs sont maintenus à la température du saturateur de 20 C et 200C (ou 200C et 150C) respectivement, et de l'oxygène gazeux est soufflé dans les saturateurs contenant les gaz SiCl4 et GeCl4 à raison de 130 cc/mn et 150 cc/mn (ou 150 cc/nn et 210 cc/an), afin de saturer l'oxygène gazeux de SiCl4 et GeCl4. Les gaz saturés sont conduits

à la tubulure 33 montée dans le récipient réactionnel 31.

Dans cette condition, le réchauffeur de réaction 35 monté à la partie supérieure du récipient de réaction 31 est

alors chauffé à 13000C pendant 50 minutes (ou 30 minutes).

Après chauffage, le récipient 31 est refroidi et les substrats sont sortis du récipient 31. Dans cet exemple, le gradient de température dans le récipient 31 est de OC/cm. Sur le substrat 51 ainsi sorti, on dépose une couche de particules fines de verre 52 de 0,5 mm d'épaisseuw comme on peut le voir sur la figure 8A. L'allure de dépôt est de 1 à 0,6 /-/un. Le substrat 51 est fixé à la table 41 en graphite du dispositif de chauffage de la figure 7, et est chauffé à 15000C pendant 3 minutes. Alors, le substrat 51 est refroidi. Par ce processus, il se forme, sur le substrat 51, une couche en verre transparent 53 de 50

d'épaisseur, comme on peut le voir sur la figure 8B.

Alors, les substrats 51 sont placés dans le dispositif CVD au plasma contenant un mélange gazeux de SiH4 et Ar. Dans cette condition, le mélange gazeux est évacué pour former une couche de polysilicium 54 d'une épaisseur de 6p.-(ou p-). Alors, une couche de SiO2 55 de 1 /vd'épaisseur est formée sur la surface-en silicium par oxydation thermique (figure 8C). La couche 55 en SiO2 est attaquée

pour former un motif souhaité par un processus photo-

lithographique traditionnel. Le substrat 51 est placé dans un dispositif d'attaque au plasma du type à plaques parallèles et maintenu dans un plasma de gaz CBrF3 pendant minutes. Le motif formé sur la couche 55 en Si02 est transféré sur la couche de polysilicium 54. Le résultat est tel qu'illustré sur la figure 8D. A ce moment, la surface traitée de la couche de polysilicium 54 est sensiblement perpendiculaire à la surface du substrat 51. Alors, le substrat 51 est fixé à la polarité ( -) du dispositif d'attaque au plasma du type à plaques parallèles au moyen d'une plaque en graphite et est maintenu dans le plasma de C2F6 gazeux contenant C2H4 à 2% pendant 300 minutes. Alors, le silicium résiduel est attaqué par une solution de KOH. Par suite, une partie formant noyau 56 ayant une configuration plane, correspondant au motif

ci-dessus mentionné et une configuration en coupe trans-

versale rectangulaiire ou carrée, se forme sur le substrat 51 comme on peut le voir sur la figure 8E. Alors, le substrat 51 est placé dans le récipient réactionnel 31, tandis que SiCl4, BBr3 et POCIl sont maintenus à 20 0C, 20eC et 10 C (ou 20 C, 5 C et 20 C, et de l'oxygcne gazeux y est amené à raison de 130 cc, 100 cc et 50 ce par minute (ou 150 cc, 150 cc et 150 cc par minute). Dans une condition semblable de réaction, on maintient pendant 100 minutes. Par suite, il se dépose une couche 57 de particules fines de verre, conmme on peut le voir sur la figure 8F, que l'on vitrifie alors à 1500 C. Il en résulte que le substrat 51 et la partie formant noyau 56 sont enduits d'une couche en verre

transparent 58 d'une épaisseur de 100/-. Avec cet agence-

ment, l'indice de réfraction de la partie formant noyau 56 est supérieur, de 1%, à celui de la couche de revêtement 58, ainsi peut-on fabriquer un guide d'ondes o le rayon lumineux est concentré et guide dans la partie formant noyau. La perte du guide d'ondes est de 0,01 dB/cm ou moins et le guide d'ondes peut être utiliss comme composant de

circuit optique.

Comme on l'a décrit ci-dessus, selon l'invention, un gradient de température est formé dans une partie o des particules fines de verre peuvent être déposées sur le substrat. La matière première gazeuse de verre est chauffée dans le récipient réactionnel pour former des

particules fines de verre par oxydation ou hydrolyse.

Les particules fines de verre sont déposées sur le substrat et vitrifiées. Par conséquent, la fluctuation de la composition et l'épaisseur du verre fabriqué sont faibles, contrairement au procédé traditionnel o les particules fines de verre formées par hydrolyse à la flamme se répartissent sur le substrat tout en étant soufflées sur celui-ci. En conséquence, on peut facilement former un guide d'ondes optique ayant une dimension donnée et un indice de réfraction donné, avec une bonne reproductibilité

et une forte précision.

Il est techniquement difficile de traiter une couche en verre ayant une épaisseur de plusieurs microns ou plus, pour en retirer une partie inutile de façon que la surface traitée soit sensiblement perpendiculaire à la surface du substrat. Dans la présente invention, ce problème est résolu parce que la couche de verre est

soumise à une attaque par pulvérisation réactive en utili-

sant du silicium ou analogue formé dans le plasma de CBrF3 comme masque. La présente invention permet de fabriquer divers types de guides d'ondes, chacun ayant une coupe transversale sensiblement rectangulaire ou carrée, d'un guide d'ondes en un seul mode ayant une largeur de plusieurs microns à 10 microns à un guide d'ondes multimode

de 50 microns de large et d'épaisseur.

Par ailleurs, dans le mode de réalisation repré-

senté sur la figure 2, un certain nombre de substrats sont disposés le long de la direction de l'écoulement du gaz

et le gradient de température est appliqué à ces substrats.

Avec cet agencement, des particules uniformes et fines de

verre se déposent sur les substrats respectifs, concurrem-

ment. En conséquence, le procédé de fabrication selon l'invention est adapté à une production en masse de guides

d'ondes en verre.

Pour former la couche de revêtement et la couche formant noyau dans le processus de fabrication ci-dessus décrit du guide d'ondes en verre, il est nécessaire d'établir les indices de réfraction des couches respectives à des valeurs prédéterminées. Les indices de réfraction de ces couches changent selon les concentrations en dopant des produits par oxydation comme GeO2, P205, B203 ou analogues, comme on peut le voir sur la figure 6. Par exemple, un guide d'ondes normal multimode nécessite une couche en verre formant noyau ayant un indice de réfraction environ 1% supérieur à celui du verre de SiO2 pur. Cette couche en verre formant noyau peut être réalisée par un verre SIO, - GeO2 auquel est ajouté GeO2 à raison d'environ 10%. L'indice de réfraction de la couche supérieure de revêtement est de préférence inférieur à celui de la couche formant noyau, et est généralement égal à celui du verre de SiO2 pur. En conséquence, si l'on utilise SiO2 pur pour la couche supérieure de revêtement, il n'y a pas de problème optique particulier. Cependant, un certain agent dopant est ajouté à la couche formant noyau pour contr8ler son indice de réfraction, ainsi il y a abaissement de la température d'amollissement du verre, comme le montre la figure 9. Par suite, la partie formant noyau est déformée par la chaleur au moment de la formation de la couche supérieure de revêtement. Par exemple dans le cas o la partie formant noyau 62 est disposée sur le substrat en silice 61, comme on peut le voir sur la figure 10A, montrant que la partie formant noyau 62 n'est pas chauffée, si la partie formant noyau 62 est chauffée à une température inférieure de 1000C à la température d'amollissement, la partie 62 ne se déforme pas comme cela est représenté sur la figure 10B. Si on la chauffe à une température inférieure de 500C à la température d'amollissement, les coins de la partie 62 se déforment légèrement comme on peut le voir sur la figure 10C. Par ailleurs, si on la chauffe à la température d'amollissement, la surface de la partie 62 se déforme pour prendre une configuration en coupe transversale arrondie comme le montre la figure 10D. Si on chauffe à une température supérieure de 500C à la température d'amollissement, la déformation arrondie de la surface de la partie formant noyau 62 progresse encore pour se dilater vers l'extérieur, comme le montre la figure 10E. En conséquence, quand on utilise un verre dont la température d'amollissement est supérieure à celle du verre formant noyau, pour une couche supérieure de revêtement 63, la partie formant noyau 62 se déforme pour s'arrondir en coupe transversale comme

le montre la figure 11.

Un tel problème peut être résolu en contrôlant indépendamment l'indice de réfraction et la température d'amollissement du verre. Etant donné cela, selon la présente invention, les couches en verre sont déposées en plusieurs couches successives sur le substrat de façon que les températures d'amo]lissement du verre des couches en verre baissent respectivement, tandis que les couches en verre s'éloignent du côté du substrat. Selon l'invention, un changement de l'indice de réfraction de la couche en verre dt à l'additif pour contrôler la température

d'amollissement est compensé par un autre additif.

On décrira maintenant, en se référant aux figures 12A à 12C, un mode de réalisation d'un guide d'ondes ayant une telle construction pour un circuit

optique selon la présente invention.

Comme le montre la figure 12A, une couche en verre 72 de GeO2 - SiO2 contenant GeO2 à raison de 10%, est déposée sur un substrat 71 en verre de silice, sur une épaisseur de 50fr-. Alors, comme le montre la figure 12B, les parties inutiles de la couche 72 sont retirées selon un motif souhaité. Subséquemment, une couche 73 en verre de P205-B203-SiO2 contenant P205 et B203 à raison de 4% et 6% respectivement, est déposée sur le substrat portant la couche à motif 72, sur une épaisseur de 1OO0L, comme le montre la figure 12C. Dans le cas de verre de SiO2 contenant des quantités sensiblement égales de P205 et B203, sa température d'amollissement peut être contrôlée en changeant la quantité totale de P205 et B203 sans changer l'indice de réfraction. Par conséquent, la composition de la couche supérieure de revêtement en verre 73 ayant une température d'amollissement inférieure peut

être déterminée selon la composition du noyau.

Comme on l'a décrit ci-dessus, dans un guide d'ondes pour circuit optique selon la présente invention, o des couches en verre sont déposées successivement sur le substrat, les températures d'amollissement des couches

en verre baissent tandis qu'elles s'éloignent du substrat.

Avec cet agencement, la configuration en coupe transversale

et les dimensions de la couche formant noyau sont contrô-

lées avec précision et par conséquent, elles sont stables dans la séquence des étapes de fabrication. Par conséquent, un guide d'ondes en verre selon la présente invention présente des caractéristiques telles que des constantes de propagation qui sont satisfaisantes à une tolérance donnée. Comme on l'a décrit ci-dessus, un dopant tel que GeO2 est ajouté à Si02 comme le montre la figure 6, afin que l'indice de réfraction de la couche formant

noyau soit plus important que celui de ses couches adja-

centes. Dans du verre o un dopant tel que GeO2 est ajouté pour changer l'indice de r64raction du verre, son coefficient de dilatation change également selon la quantité du dopant, comme le montre la figure 13. Les courbes représentées sur la figure 13 sont pour GeO2, P205 et B203 comme dopants. En général, on emploie entre la partie formant noyau et ses couches adjacentes, une différence approximative d'indicesde réfraction de 0,2 à 3%. Pour une telle différence d'indices de réfraction,

le graphique de la figure 6 donne une différence de coef-

ficients de dilatation de 3 x 10 6 au maximum entre le noyau et le verre de silice comme substrat. En conséquence, des fissures peuvent se produire dans la couche de verre

pour le noyau, donc cette couche de verre est fragile.

Sur la figure 14, o l'axe des abscisses représente la différence d'indices de réfraction entre la couche de verre additionnée de GeO2 et la couche en verre de silice et l'axe des ordonnées représente l'épaisseur de la couche de verre, est montrée une zone hachurée o il y a des fissures. Le graphique montre que les fissures se produisent quand une couche de verre ayant une diffé- rence d'indices de réfraction supérieure de 0,5% à celle

du substrat en silice est formée sur le substrat.

Afin de résoudre ce problème des fissures, on forme, dans la présente invention, une région transitoire de coefficient de dilatation entre la couche de verre pour le noyau et le substrat. En général, quand le coefficient de dilatation change, l'indice de réfraction change également. En conséquence, si une région transitoire est directement formée entre la couche du noyau et le substrat, cela pose un problème de structure du guide d'ondes. Par exemple, si l'indice de réfraction de la couche en verre adjacente à la couche formant noyau est changé ou est plus important que celui de la couche formant noyau, les

caractéristiques du guide d'ondes changent.

Etant donné cela, on emploie, dans la présente invention, une couche transitoire ayant un coefficient de dilatation augmentant graduellement à partir du côté du substrat vers la couche formant noyau, et EIeest déposée sur le substrat et la couche formant noyau est déposée sur la couche transitoire afin d'ajuster la différence de coefficientsde dilatation entre le substrat et la couche formant noyau. On décrira un mode de réalisation du guide d'ondes ayant une telle construction en se référant aux figures 15A à 15C. Dans ce mode de réalisation, une couche de verre B203 -SiO2 82 ayant environ 20Alà d'épaisseur est formée sur un substrat 81. Dans la couche 82, la quantité de B203 qui y est contenue augmente graduellement de O à 10% dans la direction de l'épaisseur, du côté du substrat vers les couches qui y sont formées. Alors, une couche inférieure de revêtement 83 contenant B203 à raison de 10%, est formée sor une épaisseur de l'ordre de LUS sur la couche 82. Une couche formant noyau 84 contenant GeO2 à raison de 10% est ensuite formée sur la couche 83. Enfin, une couche supérieure de revêtement 85 contenant B203 à raison de 12% et P2o5 à raison de 2%, est formée sur la couche 84. Avec cette structure, un guide d'ondes optique est formé de la couche inférieure de revêtement 83, de la couche de noyau 84 et de la couche supérieure de revêtement 85. Ainsi, la couche transitoire de coefficient de dilatation 82 est formée entre le

substrat 81 et la section 83, 84 et 85 du guide d'ondes.

La distribution d'indice de réfraction et la distribution de coefficient de dilatation du guide d'ondes sont telles qu'illustrées sur les figures 15B et 15C. En prévoyant la couche transitoire 82, le coefficient de dilatation change graduellement ainsi, une distorsion pouvant être provoquée

par la différence de coefficientsde dilatation est consi-

dérablement réduite ce qui élimine les dégâts du guide d'ondes. Afin d'assurer la prévention des fissures, il est suffisant que l'épaisseur de la couche transitoire 82 soit égale ou plus importante que celle de la couche

formant noyau 84.

La figure 16 montre un autre mode de réalisation d'un guide d'ondes selon la présente invention. Dans ce mode de réalisation, la couche transitoirede coefficient de dilatation et la couche inférieure de revêtement sont intégrées lors de la fabrication du guide d'ondes. Comme le montre la figure 13, quand des quantités à peu près égales de P205 et B203 sont ajoutées au verre de SiO2 les changements des indices de réfraction par ces additifs sont neutralisés, ainsi le verre de SiO2 n'a pas un indice de réfraction changé. Par ailleurs, le coefficient de dilatation du verre de SiO2 augmente proportionnellement à la quantité des additifs, quelle que soit la sorte de ceux-ci. En conséquence, si la structure du guide d'ondes de la figure 16A est employée, la couche transitoire et la couche inférieure de revêtement peuvent être intégrées comme une seule couche. Sur la figure 16A, afin de former une couche inférieure de revêtement 92, on ajoute des quantités à peu près égales de P205 et B203 à du verre de SiO2 et ensuite le verre de SiO2 contenant ces additifs est déposé sur une couche en verre de SiO2 - P20 5 B203 sur le substrat 91 sur une épaisseur de l'ordre de 20/m-, tandis que la quantité totale des additifs est graduellement changée de 0 à 10%. Alors, une couche formant noyau 93 est formée sur la couche de revêtement 92 en y déposant du verre de GeO2 P205 - B203 -SiO2 contenant GeO2 à raison de 10% et P205 et B203 à la même quantité que celle dans la couche inférieure de revêtement 92, sur une épaisseur de l'ordre de 50 pA. Subséquemment, du verre de P - B 0- SiO contenant P205 à raison de

P205 B 23 22

6% et B203 à raison de 8%, est déposé sur la couche 93 formant noyau, sur une épaisseur de l'ordre de 50/.L pour former une couche supérieure de revêtement 94. Les figures 16B et 16C montrent la distribution d'indice de réfraction et la distribution de coefficient de dilatation du guide d'ondes ayant une telle structure. Comme on peut le voir, le coefficient de dilatation change graduellement en utilisant la couche inférieure de revêtement 92, ce qui

permet de réduire fortement les distorsions.

Tandis que dans les deux modes de réalisation

ci-dessus, le coefficient de dilatation change continuelle-

ment, ce coefficient peut être changé selon toute courbe tant qu'il necheWpe abruptement entre les substrats 81 et 91 et les couches formant noyau 84 et 93, respectivement Selon l'invention, comme on l'a décrit cidessus, dans le guide d'ondes ayant un coefficient de dilatation différent de celui du substrat, la région transitoire de coefficient de dilatation est prévue sans avoir d'effet

néfaste sur la caractéristique optique du guide d'ondes.

Par suite, la distorsion du guide d'ondes est réduite et

ce guide d'ondes en verre est stable.

* Dans la présente invention, afin de former un guide d'ondes à faible perte pour un circuit optique en réduisant la dispersion de la lumière à la limite entre le noyau et les couches de revêtement du guide d'ondes, l'indice de réfraction du noyau est abaissé à proximité de cette limite, ainsi une région de guide d'ondes optique est confinée dans le côté interne de la limite. Afin de réduire l'indice de réfraction du noyau à proximité de la limite entre les couches de noyau et de revêtement, il est préférable de volatiliser l'additif ajouté au verre

du noyau après attaque de la couche du noyau afin d'augmen-

ter l'indice de réfraction ou de diffuser l'additif dans le noyau pour réduire l'indice de réfraction du verre du noyau. Cet additif est de préférence B203 ou F. La figure 17A montre une structure de guide d'ondes ayant une telle construction. Le repère 101 désigne

un substrat en verre de silice ayant un indice de réfrac-

tion de 1,46 et le repère 102 dsigne un noyau fait, par exemple, en verre de SiO2 contaennt Ge02 et P205 à

raison de 8 à 9%, respectivemeste En réduisant la concen-

tration de l'additif à proximité de la limite du noyau 102, celui-ci a une distribution d'indice de réfraction, comme

on peut le voir sur la figure 17B, dans la coupe transver-

sale faite suivant la ligne A-A'. Dans le cas d'un guide d'ondes multimode, comme exemple de guide d'ondes

en verre, les dimensions du noyau 102 sont a = b = 50/-L.

Le repère 103 désigne un revêtemct en une couche de verre de Si02 d'une épaisseur de 70/%- et contenant, comme

additifs, par exemple, P205 et B203 a raison de 10%.

Le guide d'ondes pour circuit optique ayant une telle construction peut être fabriqué par la séquence d'étapes de fabrication représentée sur les figures 18A à 18E. Une couche en verre 104 ayant un fort indice de réfraction contenant SiO02 comme composant majeur et des oxydes tels que GeO2, P205 P T!02, B203 ou analogues comme additif, est déposée sur le substrat en verre de silice 101 par oxydation d'une matière première telle que SiC14, GeC14, PC13, POC13, TiC14, BBr3 ou analogues, comme on peut le voir sur la figure 18A. Ensuite, une couche de métal 105 comme Si ou Ti est formée sur la couche en verre 104 par évaporation ou pulvérisation, comme on peut le voir sur la figure 18B. La couche en métal 105 est attaquée en un motif de guide d'ondes souhaité 106 par photolithographie, comme on peut le voir sur la figure 18C.,En utilisant le motif 106 comme masque, la couche en verre 104 est attaquée par attaque par pulvérisation réactive en utilisant du gaz Fréon pour former le noyau 102, comme on peut le voir sur la figure 18D. Alors, le noyau 102 est chauffé à 12000C pendant heures pour volatiliser GeO2 et P25 ajoutés au verre du noyau, afin que l'indice de réfraction du noyau 102 soit réduit à proximité de la limite entre lui et le revêtement 103. Comme on peut le voir sur la figure 18E, le substrat 101 et le noyau 102 sont alors enduits d'une couche en verre transparent ayant un faible indice de réfraction et contenant SiO2 comme composant majeur et des oxydes tels que P205, B203 ou analogues comme

additifs pour former le revêtement 103.

Selon la présente invention, comme on l'a décrit ci-dessus, dans le guide d'ondes ayant des couches de verre en plusieurs couches, l'indice de réfraction de la couche du noyau est réduit à proximité de la limite entre le noyau et le revêtement afin que la région du guide d'ondes soit confinée dans le côté interne de la limite entre le noyau et le revêtement. Par suite, la dispersion des rayons lumineux due à l'irrégularité des faces latérales du noyau est empêchée et le guide d'ondes pour circuit optique présente une faible perte. Comme l'irrégularité des faces latérales du noyau provoquée par l'attaque est de 0,1 /Cr à 100 A, la perte d'un guide d'ondes tradition nel est de 4 à 5 dB/cm, mais elle est améliorée à 0,1 dB/ci

selon la présente invention.

Un guide d'ondes en verre pour circuit optique et son procédé de fabrication selon l'invention présentent

les effets avantageux qui suivent.

(1) Des particules fines de verre sont produites par oxydation ou hydrolyse dans un récipient réactionnel fermé pour être déposées sur le substrat dans une conditio o il y a un gradient -de température le- long d'une partie ou les particules fines de-verre doivent être déposées et ces particules de verre sont chauffées et vitrifiées en une couche de verre transparent. Par conséquent, la pellicule de verre ainsi formée est dé très grande pureté avec peu de fluctuationsde sa composition et de son épaisseur, ainsi on peut fabriquer, en un temps court, une pellicule en verre à faible perte pour un guide d'ondes

ayant une différence de réfraction souhaitée et une épais-

seur de quelques microns à 50 microns. Selon la présente invention, les particules fines de verre sont uniformément

déposées sur un certain nombre de substrats simultanément.

En conséquence, la présente invention permet la fabrication d'un guide d'ondes en verre de bonne qualité et avec une forte productivité. Cela signifie que le procédé de

l'invention est applicable à une production en masse.

(2) Une couche de verre est attaquée par attaque par pulvérisation réactive en utilisant du gaz Fréon, ainsi la vitesse d'attaque est élevée avec une bonne sélectivité d'attaque sans dépouille. Par conséquent, on peut fabriquer, en un temps court, aussi bien un guide

d'ondes en un seul mode qu'un guide d'ondes multi-

mode, avec une très bonne précision de dimensions, - (3) Entre la couche formant noyau et le substrat

est prévue une couche transitoire dans laquelle le coeffi-

cient de dilatation change graduellement entre la couche formant noyau et le substrat, ainsi la distorsion pouvant être produite dans le guide d'ondes par la chaleur est réduite. Par conséquent, on peut fabriquer, avec une très bonne reproductibilité, un guide d'ondes en verre dépourvu

de fissure et de cassure due à la fissure.

(4) Les températures d'amollissement du verre des couches de verre en plusieurs couches diminuent en succession à partir du substrat vers la couche supérieure, ainsi les configurations en coupe transversale et les dimensions des couches successives en verre sont maintenues avec précision pendant le processus de chauffage pour la vitrification. En conséquence, un guide d'ondes en verre selon l'invention est adapté à une fabrication d'un dispositif formant guide d'ondes en un seul mode tel que des coupleurs directionnels, des résonateurs en anneaux ou analogues et un dispositif formant guide d'ondes multimode tel. que diviseurs de faisceaux, des moyens de combinaison de faisceaux, des circuits de

ramification ou analogues.

(5) Comme l'indice de réfraction de la couche formant noyau est réduit à proximité de la limite entre le noyau et le revêtement, la région de guide d'ondes

optique est confinée dans le côté interne de la limite.

Par suite, la dispersion de la lumière due à l'irrégularité des faces latérales du noyau est empochée et ce guide d'ondes pour circuit optique présente une faible perte

de transmission.

Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en

oeuvre dans le cadre de la protection comme revendiquée.

Claims (21)

R E V E N D I C A T I 0 N S

1. Procédé de fabrication d'un guide d'ondes en ver-

re pour circuit optique, qui est formé en feuilletant suc-

cessivement des couches de verre sur un substrat, lesdites

couches de verre successives ayant des indices de réfrac-

tion différents et des températures d'amolissement du ver-

re desdites couches de verre successives diminuant grad uel-

lement à partir du substrat jusqu'à la couche la plus su-

périeure du verre,-ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de: introduire des halogénures de Si et Ti, B, P ou Ge,

avec de l'oxygène ou de la vapeur, dans un récipient réac-

tionnel,

chauffer lesdits halogénures et l'oxygène ou la va-

peur en phase vapeur pour former de fines particules de verre par oxydation thermique ou hydrolyse, déposer lesdites fines particules de verre sur ledit substrat placé dans ledit récipient réactionnel, et chauffer lesdites fines particules de verre pour les

vitrifier en une couche de verre transparent.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans le cas d'oxydation thermique, la température du

substrat précité est comprise entre 800 et 12001C.

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en

ce qu'un gradient de température dans une zone o le subs-

trat précité est placé dans le récipient réactionnel préci-

té est compris entre 1C/cm et 500C/cm par rapport à la direction de l'écoulement d'oxygène introduit dans ledit

récipient réactionnel.

4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans le cas de la réaction d'hydrolyse précitée, la température du substrat précité est comprise entre 600

et 11000C.

, Procédé selon la revendication 4, caractérisé en

ce que le gradient de température dans la zone o le subs-

trat est placé dans le récipient réactionnel précité est compris entre 1oC/cm et 50WC/cm par rapport à la direction de l'écoulement de vapeur introduite dans le

récipient réactionnel.

6.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le récipient réactionnel précité comporte une section de réaction o les halogénures précités et l'oxygène ou la vapeur sont oxydés thermiquement ou hydrolysés pour former les particules fines de verre précitées et une section de dépôt pour recevoir au moins un substrat sur lequel doivent être déposées lesdites particules fines

de verre.

7.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le substrat précité est fait en verre de silice

ou en céramique.

8.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche de verre transparent précitée est attaquée en un guide d'ondes selon un motif souhaité par attaque par pulvérisation réactive en utilisant du gaz fréon.

9.- Guide d'ondes pour circuit optique caracté-

risé en ce qu'il se compose de couches de verre ayant différents indices de réfraction, lesdites couches de verre étant successivement feuilletées sur un substrat (36, 51, 61, 71, 81, 91, 101), les températures d'amollissement du verre desdites couches successives de verre diminuant graduellement à partir du substrat jusqu'à la couche la

plus supérieure de verre.

10.- Guide d'ondes selon la revendication 9, caractérisé en ce que chacune des couches de verre précitéo se compose d'une couche formant noyau formée sur le substrat précité et d'une couche de revêtement formée sur

ladite couche formant noyau.

11.- Guide d'ondes selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'une couche de noyau sous forme d'une couche de verre (72) de GeO2 - SiO2 est formée sur le substrat (71) précité et y est traitée en un noyau selon un motif souhaité et du verre de SiO2 contenant P205 et B203 dont les quantités sont sensiblement égales, est déposé comme couche de revêtement (73) à une température d'amollissement du verre inférieure, pour couvrir ledit noyau de façon que la quantité totale de P205 et B203 dans ledit verre de SiO2 change pour contrôler la température d'amollissement du verre sans changer l'indice de réfraction du verre de P205 - B203 - SiO2.

12. Guide d'ondes pour circuit optique selon la reven-

dication 9, caractérisé en ce qu'il comprend une couche for-

mant noyau (84); et une couche de verre (83) insérée entre

ledit substrat (81) et ladite couche formant noyau, le coef-

ficient de dilatation de ladite couche de verre changeant graduellement à partir de celui dudit substrat jusqu'à celui

de ladite couche formant noyau.

13. Guide d'ondes selon la revendication 12, caracté-

risé en ce que la couche de verre (83) précitée est faite en verre de SiO2 contenant P205 et B203, o les quantités de P205 et B203 sont sensiblement égales l'une à l'autre, et

la quantité totale de P205 et B203 ajoutée change graduelle-

ment entre le substrat précité et la couche formant noyau précitée.

14. Guide d'ondes selon la revendication 12, caracté-

risé en ce qu'une couche inférieure de revêtement (82), la

couche en verre précitée (83), la couche formant noyau pré-

citée (84) et une couche supérieure de revêtement (85) sont

formées sur le substrat (81) précité, dans cet ordre.

15. Guide d'ondes en verre pour circuit optique selon

la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend un subs-

trat (101), un noyau (102) formé en attaquant une première

couche de verre ayant un fort indice de réfraction et conte-

nant SiO2 comme composant majeur, selon un motif souhaité de guide d'ondes, ladite couche de verre étant déposée sur ledit substrat, et un revêtement (103) formé d'une seconde couche de verre ayant un faible indice de réfraction et contenant SiO2 comme composant majeur, ledit noyau étant enduit dudit revêtement, et l'indice de réfraction dudit noyau étant réduit à proximité de la limite entre lui et ledit revêtement. 16.- Guide d'ondes selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'au moins un additif ajouté à la première couche de verre précitée pour augmenter son indice de réfraction est volatilisé du noyau précité après formation dudit noyau, ainsi l'indice de réfraction à proximité de la limite entre ledit noyau-et le revêtement

précité diminue.

17.- Guide d'ondes selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'au moins un additif est diffusé dans la région de surface exposée du noyau précité pour diminuer l'indice de réfraction à proximité de la limite entre ledit

noyau et le revêtement précité après formation dudit noyau.

18.- Guide d'ondes selon la revendication 16, caractérisé en ce que l'additif précité est un oxyde choisi dans le groupe consistant en GeO2, P205, TiO2 et en ce que la première couche de verre précitée

contient SiO2 comme composant majeur.

19.- Guide d'ondes selon la revendication 17, caractérisé en ce que l'additif précité est B203 ou F. 20.- Guide d'ondes selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'indice de réfraction de la couche formant noyau précitée est réduit à proximité de la limite entre ladite couche formant noyau et la couche de

revêtement précitée.

21.- Guide d'ondes selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'indice de réfraction de la couche formant noyau précitée est réduit à proximité de la limite entre ladite couche formant noyau et une couche de

revêtement du noyau formé par ladite couche formant noyau.

22.- Guide d'ondes selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'une couche de verre est insérée entre le substrat précité et la couche formant noyau précitée afin que le coefficient de dilatation change graduellement à partir de celui dudit substrat Jusqu'à celui de ladite

couche formant noyau.

23.- Guide d'ondes selon la revendication 22, caractérisé en ce que l'indice de réfraction de la couche formant noyau précitée est réduit à proximité de la limite

entre elle et la couche de revêtement précitée.

24.- Guide d'ondes selon la revendication 23, caractérisé en ce que la couche formant noyau précitée est une couche de verre ayant un fort indice de réfraction et contenant SiO2 comme composant majeur, et en ce que la couche de revêtement précitée est une couche de verre ayant un faible indice de réfraction et contenant SiO2

comme composant majeur.