JP2000258649A

JP2000258649A - 光導波路及びその製造方法

Info

Publication number: JP2000258649A
Application number: JP5818599A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Watabe; 敦渡部; Shiro Takahashi; 志郎高橋
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 1999-03-05
Filing date: 1999-03-05
Publication date: 2000-09-22

Abstract

(57)【要約】【課題】寸法精度の良好な光導波路が得られ、生産効
率が非常に良い光導波路の製造方法等を提供する。【解決手段】プレス成形によって形成された溝２を備
え、少なくとも前記溝２付近が多成分ガラスからなる基
板１を作製し、前記溝内２に前記多成分ガラスより屈折
率の高いガラスからなる層を形成して光の伝搬領域５と
し、光導波路１０を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は通信、計測、情報処理等
に用いられる光導波路及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】通信、計測、情報処理等の分野において
は、光をより高度に利用するために種々の機能を有する
光集積回路（ＯＥＩＣ：Opto Electronic Integrated C
ircuits）が研究されており、このような光集積回路を
構成する基本要素としてＳｉＯ₂あるいはこれに何等か
らのドーパントを加えて屈折率の高い領域（コア領域）
と低い領域（クラッド領域）を形成し、コア領域に光を
閉じ込めて伝搬させる光導波路が考えられている。

【０００３】従来、このような光導波路を形成する製造
方法としては、火炎堆積法を利用したものがある。これ
は、図１６（ａ）に示すように、石英ガラス基板上１０
１に酸水素バーナによってＳｉＯ₂を主成分とし、これ
にＴｉＯ₂ 、Ａｌ₂Ｏ₃、ＧｅＯ₂、Ｐ₂Ｏ₅、ＴａＯ₃など
の屈折率を高くするためのドーパントを添加したスート
１０２を堆積させ、焼結させて同図（ｂ）に示すように
コア膜１０３を形成するようにしたものである。

【０００４】上記のようにして形成した２次元のコア膜
１０３に対し、フォトリソグラフィー法によって光導波
路のパターンが描写された金属薄膜をマスクとして反応
性イオンエッチング（ＲＩＥ）法を施し、同図（ｃ）に
示すように３次元の光伝搬領域１０４を形成する。その
後、この光伝搬領域１０４上を含めてガラス基板１０１
上に屈折率の低いクラッド層１０５を積層する。このよ
うな火炎堆積法において、屈折率を下げるにはＢ₂Ｏ₃、
ＳｉＦ₄などをドーパントとして加えればよい。通常こ
のようにして形成された光導波路は、シングルモードの
光ファイバと結合する場合、光伝搬領域の高さ及び幅は
波長１．５５μｍの場合１０μｍ程度である。

【０００５】もっともガラス膜の形成は、ＣＶＤ法や電
子ビーム蒸着法、あるいはスパッタリング法によっても
可能であるが、これらの方法は、形成速度が遅く、厚さ
１μｍ以下の薄膜形成には適しているが、１０μｍ程度
の厚膜を形成する場合には、かなりの時間を要するとと
もに、膜内に大きな応力が発生し、均一な膜質を得るこ
とが難しい。このことから、現在のところ、火炎堆積法
は有効な製造方法とされている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述した
火炎堆積法は、ガラス基板あるいは酸水素バーナを移動
しながらガラス基板内にスートを堆積させるので、膜厚
の制御が非常に難しく、膜厚分布が激しくなり、火炎堆
積法をクラッド層の形成に適用する場合にはほとんど問
題はないものの、コア層の形成に適用する場合には精密
な膜厚制御が必要になる。

【０００７】特に、２本の導波路を接近させて方向性結
合部を形成し、分岐、分波を行うための素子の形成に
は、導波路寸法を厳密に制御しなければならないため、
コア層形成用の火炎堆積装置は、均一な膜厚を得るため
に制御機構が複雑になって高価になる。

【０００８】また、導波路を形成するためにフォトリソ
グラフィー法によって光導波路のパターンが描写された
金属薄膜をマスクとして反応性イオンエッチング（ＲＩ
Ｅ）法を施し、光伝搬領域１０４を形成するわけだが、
この際に生じる光導波路の側壁の粗れが導波する光の散
乱要因となり透過損失を引き起こす。

【０００９】一方、図１６（ｃ）に示すように凸状のコ
ア部を残し、その凸状のコア部を覆うように又は凸状の
コア部を型として軟化したガラスを押さえつけてグラッ
ド部を密着させ、図１６（ｄ）に示すような導波路構造
を作製する方法（特開平８−３０４６４９号公報）が知
られているが、この方法では、コア部の変形を引き起こ
し、所望の導波路構造を得づらい。

【００１０】また、特開平７−２６１０４０号公報に
は、２枚のガラス基板の一方の片面に光の伝搬領域（コ
ア）となる溝を形成し、２枚のガラス基板の間にガラス
基板よりも屈折率が高く軟化温度が低いガラス材料を挟
み込み、ガラス基板を両側から加圧しながらガラス材料
を加熱溶融させてガラス基板同志を密着させ、ガラス材
料を溝内に充填して光の伝搬領域を形成する光導波路の
製造方法が開示されている。しかしながら、特開平７−
２６１０４０号公報記載の方法においては、幅及び深さ
が共に６μｍの溝をフォトリソグラフィ−法及びドライ
エッチング法によって形成しているので、溝の寸法精度
や側壁の平滑性が悪く、精度の高い光導波路を得ること
ができないこと、及び、この傾向は溝が深くなる（例え
ば１０μｍ）と顕著になることを本発明者らは突き止め
た。また、同公報記載の方法においては、２枚のガラス
基板の間に挟み込むガラス材料が、０．４ｍｍの厚さに
スライスしたガラス薄板であるので、溝の部分にだけガ
ラス材料を効率良く供給することが困難であるととも
に、精度の非常に高い光導波路を得ることができないこ
とを本発明者らは突き止めた。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決すべく本
発明は以下の構成としてある。（構成１）プレス成形によって形成された溝を備え、少
なくとも前記溝付近が多成分ガラスからなる基板と、前
記溝内に光の伝搬領域として形成される層であって、前
記多成分ガラスより屈折率の高いガラス又は樹脂からな
る層とを有することを特徴とする光導波路。

【００１２】（構成２）前記多成分ガラスが、ケイ酸塩
系ガラス、燐酸系ガラス、フツ燐酸系ガラス、フッ化物
系ガラスからなる群より選ばれる少なくとも一つのガラ
スであることを特徴とする構成１に記載の光導波路。

【００１３】（構成３）プレス成形によって形成された
溝を備え、少なくとも前記溝付近が多成分ガラスからな
る基板を得る工程と、前記溝内に前記多成分ガラスより
屈折率の高いガラスからなる層を形成して光の伝搬領域
とする工程とを含むことを特徴とする光導波路の製造方
法。

【００１４】（構成４）前記多成分ガラスより屈折率の
高いガラスからなる層を、前記溝内に前記多成分ガラス
より屈折率の高いガラスの融液をキャストして形成する
ことを特徴とする構成３に記載の光導波路の製造方法。

【００１５】（構成５）前記多成分ガラスより屈折率の
高いガラスからなる層を、前記溝内に前記多成分ガラス
より屈折率の高いガラスからなるガラスファイバを挿入
し、このガラスファイバを熱軟化して形成することを特
徴とする構成３に記載の光導波路の製造方法。

【００１６】（構成６）前記多成分ガラスより屈折率の
高いガラスからなる層を、前記溝内に前記多成分ガラス
より屈折率の高いガラスを分散させたフリットを塗布
し、このフリットを熱軟化しガラス化して形成すること
を特徴とする構成３に記載の光導波路の製造方法。

【００１７】（構成７）前記多成分ガラスより屈折率の
高いガラスからなる層を、前記溝内に前記多成分ガラス
より屈折率の高いガラスの微粉末を塗布し、この微粉末
を熱軟化しガラス化して形成することを特徴とする構成
３に記載の光導波路の製造方法。

【００１８】（構成８）前記多成分ガラスのガラス転移
点が５３０℃以下であり、かつ屈伏点が５６５℃以下で
あることを特徴とする構成３〜７のいずれか一項に記載
の光導波路の製造方法。

【００１９】

【作用】上記構成１の光導波路によれば、少なくとも溝
付近が多成分ガラスからなる基板であって、プレス成形
によって溝を形成した基板を有しており、したがって、
エッチングでは良好な溝を形成することが困難な多成分
ガラスに良好な溝を形成した基板を用いることが可能と
なる。この溝が光の伝搬領域となるので、寸法精度の良
好な光導波路が得られる。特に、精密な光学レンズのプ
レス方法により基板内に精密な溝を形成することが可能
である組成の多成分ガラスを用いると、寸法精度の高い
光導波路が得られる。プレス成型後研削や研磨等の工程
を経ない精密な光学レンズのプレス方法を用いると、効
率が良い。なお、ＲＩＥ法などのドライエッチング法で
は、石英ガラスのような単一組成のガラス系の加工は高
精度に可能であるが、多成分ガラス（特にアルカリ金属
やアルカリ土類金属を含む多成分ガラス）系の場合、選
択的なエッチングが起こるので溝の寸法精度や側壁の平
滑性が悪く、精度の高い光導波路を得ることができな
い。また、石英ガラスにプレス法で溝を形成するのは難
しい。本発明では、コアとなる溝内には、多成分ガラス
基板より屈折率の高いガラス又は樹脂（接着剤など）を
満たすことができる。なお、「少なくとも溝付近が多成
分ガラスからなる基板」とは、基板全体が多成分ガラス
からなるものであってもよいし、溝付近だけが多成分ガ
ラスの基板であってもよいことを意味する。溝付近だけ
が多成分ガラスからなる基板を用いると、多成分ガラス
でない基板を用いた導波路及び部品との接合が容易にな
り、溝部以外の基板部にＲＩＥ法などで加工したものと
組み合わすことができる。

【００２０】また、本発明では、任意のガラスを光の導
波路となるコア部分のガラスとすることができ、様々な
特性を付加した光導波路を得ることができる。例えば、
Ｐｒ、Ｎｄ、Ｅｒ、Ｙｂ、Ｈｏ、Ｔｍのうちの少なくと
も一種類の希土類元素を含有したリン酸塩ガラスを光の
導波路となるコア部分のガラスとした場合、光の増幅作
用を持った光導波路型増幅器を形成することができる。

【００２１】さらに、本発明では、次の利点がある。す
なわち、フッ化物光ファイバは、石英系光ファイバより
も長い波長領域で伝送損失が極めて低く、優れた性能を
有することが期待され、超遠距離用として研究開発が進
められている（Shiro Takahashi,J.Non-Crystalline So
lids,140(1992)172-178 ）。しかしながら、このフッ化
物光ファイバに対しては、石英系の光導波路は適用でき
ない。これは、フッ化物光ファイバが２〜３μｍの波長
領域で使用されるのに対し、石英系光ファイバでは１〜
２μｍで用いられるためである。即ち、石英系の光導波
路は２〜３μｍの波長領域では光損失が極めて高く、ま
た導波路パターンの設計法も異なるからである。従っ
て、この波長領域で動作する光導波路が必要となるが、
従来、このような導波路は製造されていない。赤外透過
酸化物ガラスには、酸化ゲルマニウム、酸化ビスマス、
酸化鉛など極めて多くのガラス系がある。本発明によれ
ば、これらのガラス系の導波路も作製可能となる。

【００２２】上記構成２の光導波路によれば、基板とな
るガラスとしては、プレス成形できる様々なガラスを使
用することができるが、本発明における多成分ガラスと
しては、例えば、ケイ酸塩系ガラス、燐酸系ガラス、フ
ツ燐酸系ガラス、フッ化物系ガラスからなる群より選ば
れる少なくとも一つのガラス等が挙げられる。

【００２３】上記構成の光導波路においては、前記基板
の溝内に設けられた光の伝搬領域となる層を覆うよう
に、前記多成分ガラスと同等の屈折率を有する層を形成
することで、光の伝搬領域であるコア部をグラッド層で
完全に覆うことが可能となる。この場合、多成分ガラス
と同等の屈折率を有する層は、ガラス基板であってもよ
いし、樹脂硬化層であってもよい。

【００２４】上記構成３の光導波路の製造方法によれ
ば、少なくとも溝付近が多成分組成のガラスからなる基
板であって、プレス成形によって溝を形成した基板を得
る工程を有しているので、エッチングでは良好な溝を形
成することが困難な多成分ガラスに良好な溝を形成する
ことが可能となる。この溝が光の伝搬領域となるので、
寸法精度の良好な光導波路が得られる。加えて、プレス
成形は製造効率が良い。詳しくは、特開平７−２６１０
４０号公報記載の方法では、溝形成にフォトリソグラフ
ィーとエッチングを用いるが、この方法では側壁粗れが
生じ、それにより透過光の損失を招くことが知られてい
る。また、各導波路毎にエッチング等で溝を形成する必
要があるので、導波路の一つ一つの溝にばらつきを生じ
る。これに対し本発明の方法では、成形型を最低一個作
ることにより複数個（例えば数百）の導波路を形成で
き、たとえ、成形型作成時に側壁粗れ生じてもこの粗れ
は凸型である故に除去しやすい。したがって、透過光の
損失要因となりうる導波路の側壁粗れを従来法に比べ少
なくでき、また、同じ成形型を用いることから、導波路
の一つ一つのばらつきが小さい。なお、エッチングによ
り形成された成形型表面と、エッチングにより溝を形成
した多成分ガラスの表面を比較すると、多成分ガラスは
多成分故に表面粗れが大きくなる。成形型表面の粗れは
小さいので、転写成形される溝の表面の粗れも小さくす
ることができる。また、成形型表面に粗れがあったとし
ても、溝を形成する部分は凸状なので、粗れの確認、粗
れの改善を容易に行うことができるが、特開平７−２６
１０４０号公報記載の方法では、溝の側壁の粗れを事前
に評価し改善することは困難である。また、溝を形成後
にコア部となるガラス層を形成するため、上述した凸状
のコア部を先に形成する場合（特開平８−３０４６４９
号公報）に比べ、得られる導波路構造は精密に作製する
ことができ、光の導波路としての性能が高くなる。

【００２５】上記構成４の光導波路の製造方法によれ
ば、前記多成分ガラスより屈折率の高いガラスからなる
層を、前記溝内に前記多成分ガラスより屈折率の高いガ
ラスの融液をキャスティングし冷却固化させて形成する
ことによって、コアとなる光の伝搬領域を形成する。な
お、キャストするガラスは、基板よりも低融点なものが
求められる。低融点ガラスとしてはＰｂＯ−Ｂ₂Ｏ₃−Ｓ
ｉＯ₂系ガラス、ＰｂＯ−ＺｎＯ−Ｂ₂Ｏ₃系ガラス、Ｚ
ｎＯ−Ｂ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂系ガラス、ＰｂＯ−Ａｌ₂Ｏ₃−
ＳｉＯ₂系ガラスなどを挙げることができる。キャスト
するガラスとしては、その他燐酸系、フツ燐酸系、フッ
化物系、それらを含む光学ガラスや、その他あらゆるガ
ラスを用いることができる。特開平７−２６１０４０号
公報記載の方法では、板状のガラスを軟化させ加圧する
ため、溝内にガラスが行き渡りづらい。また、加圧手段
を用いるため、導波路及び導波光を劣化させ、さらに、
形成したコアに内部応力が残り、導波光の損失及び導波
光に複屈折を誘起する。これに対し本発明の方法では、
ガラス融液のキャストやガラスファイバ挿入などにより
溝内のガラスを軟化させ自重で溝内に行き渡り、溝との
融着も確実となり、導波光の劣化要因がない。

【００２６】上記構成５の光導波路の製造方法では、上
記で形成した溝内にガラスファイバを挿入しこのガラス
ファイバを熱軟化して光の伝搬領域を形成することで、
溝内へのガラス材料の導入が容易になるとともに、溝に
沿って均一にガラス材料を導入できる。詳しくは、溝の
中に入り得る外径を持つ様に加工したガラスファイバを
溝に挿入し、基板ごと加熱し、挿入したファイバのみを
軟化させて溝内にガラスを容易かつ均一に満たすことが
できる。

【００２７】上記構成６の光導波路の製造方法によれ
ば、上記で形成した溝内（及び基板上）にガラスを分散
させたフリットを塗布し、これを加熱乾燥、軟化させて
溝内を軟化したフリットガラスで満たし、冷却固化させ
て光の伝搬領域を形成することで、溝内へのガラス材料
の導入が容易になるとともに、溝に沿って均一にガラス
材料を導入できる。詳しくは、ガラスフリットを溝内に
塗布し、加熱乾燥、軟化させて溝内を軟化したフリット
ガラスで容易かつ均一に満たすことができる。なお、ガ
ラスフリットは微細ガラスを有機溶媒中に分散した溶液
であり、このガラスフリットは、スピンコート法、ドク
ターブレード法や印刷法により溝内に容易かつ均一に塗
布できる。

【００２８】上記構成７の光導波路の製造方法によれ
ば、上記で形成した溝内（及び基板上）に、ガラス微粉
末を塗布し、軟化させて溝内を軟化したガラスで満た
し、冷却固化させて光の伝搬領域を形成することで、溝
内へのガラス材料の導入が容易になるとともに、溝に沿
って均一にガラス材料を導入できる。

【００２９】上記構成８の光導波路の製造方法によれ
ば、前記多成分ガラスのガラス転移点（Ｔｇ）が５３０
℃以下とし、かつ屈伏点（Ｔｓ）が５６５℃以下とする
ことで、炭化珪素または窒化珪素などからなる成形型の
材料に対して、ガラスが型寿命に影響を及ぼすことを回
避でき、成形型を著しく長寿命化できるる。なお、成形
型には硬質炭素膜やｉ−カーボン膜などを被覆できる。

【００３０】上記構成の光導波路においては、前記基板
の溝内に設けられた光の伝搬領域となる層（コア）を覆
うように、前記多成分ガラスと同等の屈折率を有する層
を形成する工程を有することで、コアをグラッド層で完
全に覆うことが可能となる。この場合、２枚のガラス基
板の少なくとも一方のガラス基板の面内に溝を形成し、
この溝内にガラス層を形成し、他方のガラス基板を重ね
て密着させながら加熱し、溝内に光の伝搬領域を形成す
ると同時に、２枚のガラス基板を融着することができ
る。あるいは、１枚のガラス基板の面内に溝を形成し、
この溝内にガラス層を形成し、さらにその面上に基板と
同等の屈折率を持つＵＶ硬化樹脂を塗布し、硬化させて
溝内に光の伝搬領域を形成することもできる。ＵＶ硬化
樹脂の代わりに基板と同等の屈折率を持つガラス層を形
成することもできる。なお、２枚のガラス基板を融着す
る場合にあっては、溝内に充分ガラス融液等を満たした
後、２枚のガラス基板を融着することで、余分なガラス
融液は溝の両端から排出され、溝内が完全にガラス融液
で満たされる。したがって、均一な層厚を有する光の伝
搬領域が得られる。加えて、２枚のガラス基板を融着す
ることで、グラッド層の形成工程が省略できる。また、
２枚のガラス基板の間に光の伝搬領域が形成されている
ので、端面を研磨する際に導波路端面の欠けが生じな
い。さらに、２枚のガラス基板の間に光の伝搬領域が形
成されているので、光導波路側に接続するために充分な
面積を確保することができ、充分な接続強度が得られ
る。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。

【００３２】（実施の形態１）図１は実施の形態１に係
る光導波路の製造過程を示す説明図、図２は実施の形態
１に係る光導波路の斜視図である。実施の形態１に係る
光導波路の製造方法では、まず、図１（ａ）に示すよう
に多成分ガラス基板１の片面内に、幅及び深さがともに
１０μｍの凹型の溝２を形成する。ここで、溝２は、次
に示す方法で成形型を作製し、この成形型の形状をガラ
スに転写することによって、形成した。

【００３３】成形型の作製の一態様を図３及び図４にも
とづき説明する。先ず、図３において、成形用型の基盤
としてＣＶＤ法により作成した炭化ケイ素（βーＳｉ
Ｃ）材を、研削、研磨して平面精度がニュートン１本以
内の鏡面に仕上げ、基盤４１とした（図３（ａ））。な
お、基盤４１は、表面層のみがＣＶＤ法によって形成さ
れた炭化ケイ素であってもよいが、本態様では基盤全体
がＣＶＤ法によって形成された炭化ケイ素を用いた。こ
の鏡面仕上げした基盤４１の表面にイオン注入処理を行
い、表面上に非晶質層４２を形成した（図３（ｂ））。
さらに、非晶質層４２が形成された表面への微細パター
ンの形成は、非晶質層４２の表面にレジスト４３を塗布
し（図３（ｃ））、レジスト４３に電子線描画装置を用
いてゾーンプレートパターンの潜像を形成した後、露光
し現像してパターン部のレジストの厚さ０．３μｍのレ
ジストパターン４４を形成した（図３（ｄ））。さら
に、平行平板型ＲＩＥ装置を使用し、ＣＨ₄ガスを用い
て露出した非晶質層４２をエッチングした後、レジスト
パターン４４を除去し、非晶質層４２に深さ１０μｍの
凸形状の溝型が形成されたガラス成形用型４６を得た
（図３（ｅ））。得られたガラス成形用型４６の表面に
形成されたパターン４５には、表面粗れがなく、カケや
剥離も認められなかった。

【００３４】なお、前記非晶質層４２を形成するイオン
注入処理は、図４に示す、イオン注入機能と炭素被膜の
成膜機能を有するイオンプレーティング装置を用いて行
った。装置内には、炭化ケイ素製の基盤４１がヒーター
５０を内蔵するホルダー５１に保持されている。イオン
源５２は図の左側下方に位置し、アノード電極とカソー
ド電極（図示を省略）を内蔵している。先ず、イオン源
５２に供給された窒素ガスはイオン化された後、質量分
析器５３でイオン注入に使用するイオン源が選択され
る。選択されたイオン種は加速器５４、収束レンズ５５
によって１００ｋｅＶの加速電圧が印加され、ホルダー
５１へ、１×１０¹⁶ｉｏｎｓ／ｃｍ²のイオン密度で照
射され、基盤４１の表面に非晶質層が形成される。

【００３５】次に、上記で得られたガラス成形用型の表
面粗度を、触針式粗度計を用いて測定した結果、微細パ
ターンを形成したガラス成形用型のエッチング前の表面
粗度は、イオン注入処理の有無を問わず、いずれもＲ
ｚ：４５オンク゛ストローム、Ｒｍａｘ：５３オンク゛ストロームであった
のに対して、エッチング後の表面粗度は、イオン注入処
理が行われていなかったものがＲｚ：４５７オンク゛ストロー
ム、Ｒｍａｘ：５３４オンク゛ストロームと大きく表面が粗れてい
たのに対して、イオン注入処理が行われたものはＲｚ：
４８オンク゛ストローム、Ｒｍａｘ：５７オンク゛ストロームであり、エッ
チング前の表面粗度とほとんど差がなかった。なお、イ
オン注入による非晶質化層の深さは１μｍ以下であるた
め、これよりも深い溝を形成する場合は、イオン注入と
エッチングを繰り返すことにより、表面粗れを生じるこ
となく深溝（例えば１０μｍ）を形成することができ
る。

【００３６】成形条件は以下のとおりである。被成形ガラス形状：マーブル形状に熱間成形した予備成形体（体積２５０ｍｍ³）成形型（平板）：上記で作製した成形型雰囲気：２％Ｈ₂＋９８％Ｎ₂ 成形温度：ガラス粘度が１０^6.9ポアズに相当する温度
（通常のプレス条件よりやや低粘度である）成形圧力：１２０ｋｇ／ｃｍ² 成形時間：６０秒冷却速度：１１０℃／ｍｉｎ

【００３７】使用した多成分ガラスの組成、屈折率ｎ
d、屈伏点Ｔｓ、を表１に示す。

【００３８】

【表１】

【００３９】以上のようにして幅及び深さがともに１０
μｍの凹型の溝２をもつ基板を形成する（図１
（ａ））。次いで、図１（ｂ）に示すようにガラス基板
１の溝２を形成した面上に、シリケート、ボロシリケー
ト、フォスフェート、フルオロフォスフェート、フルオ
レート等のガラス融液を流し込む。これらのガラス系を
選ぶことにより、ガラス基板１よりも屈折率を高くする
と同時に融点を低くすることができる。

【００４０】その後、図１（ｃ）に示すようにガラス融
液３上に基板１と同じ材料からなるガラス基板４を重ね
て密着させながら加熱し、図１（ｄ）に示すように光伝
搬領域５を形成する。

【００４１】このようにして形成される光導波路は、ガ
ラス基板１に形成した溝２が光伝搬領域５になるので、
高精度の光伝搬領域が得られる。また、ガラス基板４が
光伝搬領域５を取り囲むクラッドの一面をなす。

【００４２】本実施の形態では光伝搬領域５を形成する
コアガラスとして、表２に示すＰ₂Ｏ₅：２０ｗｔ％のガ
ラスに光の増幅作用をもたらす活性元素として０．２ｗ
ｔ％のＥｒ₂Ｏ₃及び増感材として２ｗｔ％のＹｂ₂Ｏ₅が
含有されているガラスを用いる。このガラス材料の屈折
率は波長１．５μｍ帯において１．７７であった。一
方、クラッド層となるガラス基板１、４のガラス（表
１）の波長１．５μｍ帯における屈折率は１．７６で、
コアガラス屈折率よりも小さい。

【００４３】

【表２】

【００４４】以上のようにして、光増幅作用を伴うコア
とそれを埋め込むクラッドからなるガラス導波路を容易
に製造できる。

【００４５】なお、上記実施の形態では、ガラス基板１
のみに光伝搬領域用の溝２を形成しているが、ガラス基
板５にも同様の溝を形成して、ガラス融液を挟んでガラ
ス基板同士を接合すれば、双方のガラス基板に光伝搬領
域が形成されるので、より集積度の高い光立体回路が得
られる。

【００４６】（実施の形態２）図５は実施の形態２に係
る光導波路の製造過程を示す説明図、図６は図５におけ
る要部の工程の拡大図、図７は実施の形態２で用いた押
出成形型の概略を示す垂直断面図、図８は図７のＡ−Ａ
線水平断面図、図９は実施の形態２で用いた加熱延伸装
置の概要図である。実施の形態２に係る光導波路の製造
方法は、実施の形態１と同様に図５（ａ）に示すように
多成分ガラス基板１（具体的組成を表３のＮｏ．１に示
す）の片面内に、成形型を用いて幅及び深さがともに１
０μｍの凹型の溝２を形成する。次いで、同図（ｂ）に
示すようにガラス基板１の溝２内にガラスファイバ６を
挿入した。この場合、図６（ａ）に示すように溝２の深
さと同じ直径のガラスファイバ６を溝２に挿入すること
ができ、図６（ｂ）に示すように溝２の深さより大きい
直径のガラスファイバ６を溝２に挿入することもでき
る。なお、ガラスファイバ６は、次に示す光ファイバ線
引き法等により作製した。

【００４７】

【表３】

【００４８】ガラスファイバの製法１ガラス成形原料として直径５０ｍｍ、高さ５０ｍｍの円
柱状を呈する高鉛ガラス（鉛含有量７２．５ｗｔ％，軟
化点温度５２０℃）（具体的組成を表３のＮｏ．２に示
す）ビレットを用意し、この高鉛ガラスビレットを図７
に示す押出成形型１１の円筒状のコンテナ１２に挿入し
た。このコンテナ１２は立設されており、その周囲には
当該コンテナ１２を加熱するためのバンドヒータ１３が
装着されている。また、コンテナ１２内部の下方端側に
は口径３ｍｍのノズル１４が配設されている。

【００４９】次に、コンテナ１２に挿入した高鉛ガラス
ビレットの上方にプランジャ１６（図７参照）を配置
し、この状態でヒータ１３によりコンテナ１２を加熱し
た。

【００５０】５１０℃の加熱温度で約１時間保持した
後、引き続き加熱を行いながらプランジャ１６に５０〜
４５０ｋｇ／ｃｍ²の間で荷重を加えて、平均押出速度
（プランジャ１６の下降速度）２．５ｍｍ／分で軟化し
たガラス成形原料をノズル１４から押出した。このと
き、加熱により軟化したガラス成形原料３０（図７およ
び図８参照）はプランジャ１６により下方に押される。
ノズル１４側の端部に連設された円筒状のクリーン冷風
キャンパ１７の壁面には多数の貫通孔１８が設けられて
おり、必要に応じて、図示を省略したクリーン冷風源か
らの清浄な冷却用ガスが前記の貫通孔１８からクリーン
冷風キャンパ１７の内側に供給されるようになってい
る。

【００５１】この後、上記の押出成形物３１を室温まで
自然放冷して、長さが４００〜６００ｍｍのガラスロッ
ドを得た。

【００５２】得られた高鉛ガラス製のロッド（外径４．
０ｍｍ）を２００ｍｍの長さに切り取り、このもの（以
下、プリフォームという）を洗浄した後、図９に示す構
成の加熱延伸装置２０によって前記のプリフォーム２１
を加熱延伸して、目的とするファイバ２２を得た。この
とき、前記のプリフォーム２１の一端は加熱炉２３の上
方に設けられたチャック２４によって固定し、当該プリ
フォーム２１の他端は加熱炉２３の内部に挿入した。チ
ャック２４はロット送り機２５によって昇降自在に運動
可能である。加熱炉２３内の温度（以下、炉内温度とい
う）は、プリフォーム２１の粘度が１００ｐｓ（ポイ
ズ）になるように６３５℃に設定した。そしてプリフォ
ーム２１が変形し始めてから、加熱炉２３の下方に設け
た外径測定器２６により測定したファイバ２２の外径が
１０μｍとなるように、プリフォーム２１の送り速度を
０．５ｍｍ／分、延伸速度を８０ｍ／分として延伸を行
って、ファイバ２２を得た。なお、図９に示した加熱延
伸装置２０では、必要に応じてファイバ２２を巻き取り
装置２７によって巻き取ることができる。このようにし
て得られたファイバの外径は１０μｍであった。

【００５３】以上のようにして作成したガラスファイバ
６を、図５（ｂ）に示すように溝２内に挿入した後、同
図（ｃ）に示すように多成分ガラス基板１上に基板１と
同じ材料からなる多成分ガラス基板４を重ねて密着させ
ながら加熱し、ガラスファイバを熱軟化させるととも
に、２枚のガラス基板を融着する。この際、２枚のガラ
ス基板を押圧しつつ融着することで、余分なガラス融液
は溝２の両端から排出され、溝内が完全にガラス融液で
満たされる。なお、ガラスファイバ６としては、ガラス
基板１、４の屈折率よりも高い屈折率を持ち、かつガラ
ス基板１、４よりも低融点なガラスを使用している。そ
の後、冷却固化して、光伝搬領域５を形成し、光導波路
１０を得る。

【００５４】この光導波路１０にあっても、上記実施の
態様１で得た光導波路と同様に、高精度の光伝搬領域が
得られ、ガラス基板４が光伝搬領域５を取り囲むクラッ
ドの一面をなすので、クラッド層を新たに形成する必要
がなくなり、また光伝搬領域５はガラス基板１、４内に
完全に埋め込まれるので、端面を研磨して光ファイバと
接続する際にも、光導波路端面の欠けや光ファイバとの
接続不良を生じることがない。

【００５５】なお、この光導波路１０においても、２枚
のガラス基板１、４の両方に光伝搬領域用の溝を形成す
ることによって、より集積度の高い光立体回路が得られ
る。

【００５６】（実施の形態３）図１０は実施の形態３に
係る光導波路の製造過程を示す説明図である。実施の形
態３に係る光導波路の製造方法は、実施の形態１と同様
に図１０（ａ）に示すように多成分ガラス基板１（具体
的組成を表４のＮｏ．１に示す）の片面内に、成形型を
用いて幅及び深さがともに１０μｍの凹型の溝２を形成
する。次いで、同図（ｂ）に示すようにガラス基板１の
溝２を形成した面上及び溝２内に、次に示す方法により
製作したガラスフリット７（具体的組成を表４のＮｏ．
２に示す）を塗布した。

【００５７】

【表４】

【００５８】ガラスフリットの製法はガラス業界でよく
用いられている様に、バッチ材料を配合して、互いに完
全に混合して、均質な溶融物を確実にし、その混合物を
白金またはシリカのるつぼに装填した。そのるつぼを約
１４００℃で運転している炉中にて約１時間バッチを溶
融した。各溶融物を流水浴中に微細な流れとして注ぎ
（この操作はガラス業界で「ドリゲージング（drigagin
g）」と称される）細かなガラス片を得る。その後この
ガラス片を摩砕し細かくするが、本方法では、１０μｍ
の溝中に塗布する目的から、サイズで平均１ミクロンの
粒子までさらに粉砕された微粉砕ガラス粒子を生成し
た。微粉砕ガラス粒子を有機溶媒中に分散した溶液は、
ドクターブレード法や印刷法により基板上および溝内に
塗付され乾燥することでガラス層を形成させる。

【００５９】次に、同図（ｃ）に示すようにガラス基板
１上に基板１と同じ材料からなる多成分ガラス基板４を
重ねて密着させながら加熱し、ガラスフリット７からな
るガラス層が熱軟化する温度でガラス層を軟化させ溝内
に充填させるととも、２枚のガラス基板を融着する。こ
の際、２枚のガラス基板を押圧しつつ融着することで、
余分なガラス融液は溝２の両端から排出され、溝内が完
全にガラス融液で満たされる。また、２枚のガラス基板
の間にある軟化したガラスフリットは、２枚のガラス基
板を圧着することで、ガラス基板の端面から排出され、
光の伝搬領域に影響を与えない厚さにまで薄くできる。
その後、冷却固化して、同図（ｄ）に示すように光伝搬
領域５を形成し、光導波路１０を得る。なお、実施の形
態３では、溝２内にだけガラスフリット７を塗布するこ
ともできる。

【００６０】（実施の形態４）図１１は実施の形態４に
係る光導波路の製造過程を示す説明図である。実施の形
態４に係る光導波路の製造方法は、実施の形態１と同様
に図１１（ａ）に示すように多成分ガラス基板１（具体
的組成を表４のＮｏ．１に示す）の片面内に、成形型を
用いて幅及び深さがともに１０μｍの凹型の溝２を形成
する。次いで、同図（ｂ）に示すようにガラス基板１の
溝２を形成した面上及び溝２内に、次に示す方法により
製作したガラス微粉末８（具体的組成を表４のＮｏ．２
に示す）を塗布した。

【００６１】ガラス微粉末の製法はガラス業界でよく用
いられている様に、バッチ材料を配合して、互いに完全
に混合して、均質な溶融物を確実にし、その混合物を白
金またはシリカのるつぼに装填した。そのるつぼを約１
４００℃で運転している炉中にて約１時間バッチを溶融
した。各溶融物を流水浴中に微細な流れとして注ぎ（こ
の操作はガラス業界で「ドリゲージング（drigagin
g）」と称される）細かなガラス片を得る。その後この
ガラス片を摩砕し細かくするが、本方法では、１０μｍ
の溝中に塗布する目的から、サイズで平均１ミクロンの
粒子までさらに粉砕された微粉末ガラス粒子を生成し
た。微粉末ガラス粒子を基板上および溝内に塗付し乾燥
することでガラス層を形成させる。

【００６２】次に、同図（ｃ）に示すようにガラス基板
１上に基板１と同じ材料からなる多成分ガラス基板４を
重ねて密着させながら加熱し、ガラス微粉末８からなる
ガラス層が熱軟化する温度でガラス層を軟化させ溝内に
充填させるととも、２枚のガラス基板を融着する。この
際、２枚のガラス基板を押圧しつつ融着することで、余
分なガラス融液は溝２の両端から排出され、溝内が完全
にガラス融液で満たされる。また、２枚のガラス基板の
間にある軟化したガラス微粉末は、２枚のガラス基板を
圧着することで、ガラス基板の端面から排出され、光の
伝搬領域に影響を与えない厚さにまで薄くできる。その
後、冷却固化して、同図（ｄ）に示すように光伝搬領域
５を形成し、光導波路１０を得る。なお、実施の形態４
では、溝２内にだけガラス微粉末８を塗布することもで
きる。

【００６３】（実施の形態５）図１２は実施の形態５に
係る光導波路の製造過程を示す説明図である。実施の形
態５に係る光導波路の製造方法は、図１２（ａ）に示す
ように多成分ガラス基板１（具体的組成を表４のＮｏ．
１に示す）の片面内に、成形型を用いて幅及び深さがと
もに１０μｍの凹型の溝２を形成する。次いで、同図
（ｂ）に示すようにガラス基板１の溝２を形成した面上
及び溝内に、シリケート、ボロシリケート、フォスフェ
ート、フルオロフォスフェート、フルオレート等のガラ
ス融液３を流し込み、これを冷却固化する。これらのガ
ラス系を選ぶことにより、多成分ガラス基板１よりも屈
折率を高くすると同時に融点を低くすることができる。
なお、ガラス融液は、ロート（漏斗）や、ディスペンサ
ー、マイクロシリンジなどを使用してキャストできる。

【００６４】次に、同図（ｃ）に示すようにガラス融液
３上にガラス基板１と同等の屈折率を持つＵＶ硬化樹脂
９を塗布する。その後、ＵＶ硬化樹脂９をＵＶ硬化させ
て、光伝搬領域５を形成し、光導波路１０を得る。な
お、実施の形態５では、図１３に示すように、溝内にだ
けガラス融液を流し込み、光伝搬領域５を形成すること
もできる。また、実施の形態１と同様にガラス基板１上
にガラス融液３をキャスト後、他の平坦基板等を重ね押
圧して、溝２及びガラス基板１上の余分なガラス融液を
除去し、他の平坦基板等を取り除いた後、ＵＶ硬化樹脂
９を塗布しＵＶ硬化させることもできる。

【００６５】このようにして形成される光導波路は、ガ
ラス基板１に形成した溝２が光伝搬領域５になるので、
高精度の光伝搬領域が得られる。また、ＵＶ硬化樹脂９
が光伝搬領域５を取り囲むクラッドの一面をなす。

【００６６】さらに、コアとなるガラス融液キャスティ
ングは、従来の光導波路のコア膜形成のスート堆積より
も製造時間が大幅に短縮される。また、光伝搬領域５は
ガラス基板１とＵＶ硬化樹脂との間に完全に埋め込まれ
るので、端面を研磨して光ファイバと接続する際にも、
光導波路端面の欠けや光ファイバとの接続不良を生じる
ことがない。

【００６７】（実施の形態６）表１に示す組成のガラス
の代わりに、表５〜表８に示す組成のガラスを用いたこ
と以外は実施の形態１と同様にして光導波路を作製し
た。

【００６８】

【表５】

【表６】

【表７】

【表８】

【００６９】その結果、表５〜表７に示すガラスを用い
た場合は、溝の寸法精度や側壁の平滑性が良く、精度の
高い光導波路を得ることができた。また、成形型も長寿
命であった。表８に示すガラスを用いた場合は、Ｔｇ，
Ｔｓが高いので成形型の寿命が極端に短く、プレス成形
が困難であった。

【００７０】なお、上記実施の形態１〜６では、ガラス
基板１にだけ光伝搬領域用の溝２を形成しているが、図
１４に示すように、ガラス基板４にも同様の溝を形成し
て、ガラス融液を挟んでガラス基板同士を接合すれば、
双方のガラス基板に光伝搬領域５が形成されるので、よ
り集積度の高い光立体回路が得られる。また、図１５に
示すように、ガラス基板１、４の双方に溝を形成し、ガ
ラス融液を挟んでガラス基板同士を接合して、一つの光
伝搬領域５を形成することもできる。

【００７１】（参考例）成形型を使用せず、ドライエッ
チング法によって溝２を形成したこと以外は実施の形態
１〜６と同様にして光導波路を形成した。その結果、多
成分ガラスにドライエッチング法で形成された溝２は、
寸法精度や側壁の平滑性が悪く、精度の高い光導波路を
得ることができなかった。

【００７２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、少
なくとも溝付近が多成分組成のガラスからなる基板であ
って、プレス成形によって溝を形成した基板を得る工程
を有しているので、エッチングでは良好な溝を形成する
ことが困難な多成分ガラスに良好な溝を形成することが
可能となる。この溝が光の伝搬領域となるので、寸法精
度の良好な光導波路が得られる。プレス成形によって溝
をすると生産効率が非常に良い。また、本発明では、任
意のガラスを光の導波路となるコア部分のガラスとする
ことができ、様々な機能特性を付与された機能性光導波
路を得ることができる。さらに、フッ化物光ファイバの
波長領域で動作する光導波路が製造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態１に係る光導波路の製造過程を示す
説明図である。

【図２】実施の形態１に係る光導波路を示す斜視図であ
る。

【図３】実施の形態１で使用した表面に微細パターンが
形成されたガラス成形用型の製造過程の一例を示す断面
図である。

【図４】イオン注入機能と炭素被膜成膜機能を有するイ
オンプレーティング装置の概要を示す部分断面図であ
る。

【図５】実施の形態２に係る光導波路の製造過程を示す
説明図である。

【図６】図５における要部の工程の拡大図である。

【図７】実施の形態２で用いた押出成形型の概略を示す
垂直断面図である。

【図８】図７のＡ−Ａ線水平断面図である。

【図９】実施の形態２で用いた加熱延伸装置の概要図で
ある。

【図１０】実施の形態３に係る光導波路の製造過程を示
す説明図である。

【図１１】実施の形態４に係る光導波路の製造過程を示
す説明図である。

【図１２】実施の形態５に係る光導波路の製造過程を示
す説明図である。

【図１３】実施の形態５の他の態様に係る光導波路の製
造過程を示す説明図である。

【図１４】実施の形態１〜５の他の態様に係る光導波路
の製造過程を示す説明図である。

【図１５】実施の形態１〜５の他の態様に係る光導波路
の製造過程を示す説明図である。

【図１６】従来の光導波路の製造過程の説明図である。

【符号の説明】

１ガラス基板２溝３ガラス融液４ガラス基板５光伝搬領域６ガラスファイバ７フリット１０光導波路１１押出成形型１２コンテナ１３加熱用バンドヒータ１４ノズル１６プランジャ１７クリーン冷風キャンパ１８貫通孔２０加熱延伸装置２１プリフォーム２２キャピラリ２３加熱炉２４チャック２５プリフォームの送り機２６外径測定器２７巻き取り装置３０軟化したガラス成形原料３１押出成形物４１基盤４２非晶質層４３レジスト４４レジストパターン４５ゾーンプレートパターン４６ガラス成形用型５０ヒーター５１ホルダー５２イオン源５３質量分析器５４加速器５５収束レンズ５６カソード電極５７アノード電極５８リフレクター５９排気口

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プレス成形によって形成された溝を備
え、少なくとも前記溝付近が多成分ガラスからなる基板
と、前記溝内に光の伝搬領域として形成される層であって、
前記多成分ガラスより屈折率の高いガラス又は樹脂から
なる層とを有することを特徴とする光導波路。
【請求項２】前記多成分ガラスが、ケイ酸塩系ガラ
ス、燐酸系ガラス、フツ燐酸系ガラス、フッ化物系ガラ
スからなる群より選ばれる少なくとも一つのガラスであ
ることを特徴とする請求項１に記載の光導波路。
【請求項３】プレス成形によって形成された溝を備
え、少なくとも前記溝付近が多成分ガラスからなる基板
を得る工程と、前記溝内に前記多成分ガラスより屈折率
の高いガラスからなる層を形成して光の伝搬領域とする
工程とを含むことを特徴とする光導波路の製造方法。
【請求項４】前記多成分ガラスより屈折率の高いガラ
スからなる層を、前記溝内に前記多成分ガラスより屈折
率の高いガラスの融液をキャストして形成することを特
徴とする請求項３に記載の光導波路の製造方法。
【請求項５】前記多成分ガラスより屈折率の高いガラ
スからなる層を、前記溝内に前記多成分ガラスより屈折
率の高いガラスからなるガラスファイバを挿入し、この
ガラスファイバを熱軟化して形成することを特徴とする
請求項３に記載の光導波路の製造方法。
【請求項６】前記多成分ガラスより屈折率の高いガラ
スからなる層を、前記溝内に前記多成分ガラスより屈折
率の高いガラスを分散させたフリットを塗布し、このフ
リットを熱軟化しガラス化して形成することを特徴とす
る請求項３に記載の光導波路の製造方法。
【請求項７】前記多成分ガラスより屈折率の高いガラ
スからなる層を、前記溝内に前記多成分ガラスより屈折
率の高いガラスの微粉末を塗布し、この微粉末を熱軟化
しガラス化して形成することを特徴とする請求項３に記
載の光導波路の製造方法。
【請求項８】前記多成分ガラスのガラス転移点が５３
０℃以下であり、かつ屈伏点が５６５℃以下であること
を特徴とする請求項３〜７のいずれか一項に記載の光導
波路の製造方法。