JP2001133649A - Method for manufacturing optical waveguide grating - Google Patents

Method for manufacturing optical waveguide grating

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JP2001133649A
JP2001133649A JP31512799A JP31512799A JP2001133649A JP 2001133649 A JP2001133649 A JP 2001133649A JP 31512799 A JP31512799 A JP 31512799A JP 31512799 A JP31512799 A JP 31512799A JP 2001133649 A JP2001133649 A JP 2001133649A
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Japan
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optical waveguide
ion
ion exchange
forming
grating
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JP31512799A
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Japanese (ja)
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Tomoyuki Hayashi
智幸 林
Kazuyoshi Hakamata
和喜 袴田
Masaru Sadayuki
勝 定行
Tatsushi Kuno
達志 久納
Yasuhiro Yasuma
康浩 安間
Junko Ishizu
淳子 石津
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FDK Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To efficiently manufacture gratings of fine periods by easily forming fine regions varying in refractive indices in flush the optical waveguides of an ion-exchange type. SOLUTION: Changes in the refractive indices of the fine periods are imparted into the optical waveguides of the flush type by devising production processes, the relationship between a glass substrate and doping ion species, the doping ion species, etc., and executing ion exchanges, using a metallic mask for forming striped gratings. Typical method has an ion exchange stage for executing the thermoion exchange by providing the surface of the glass substrate 10 with the metallic mask 12 for forming the optical waveguide patterns, a stage for removing the metallic mask, an ion-exchange stage for forming the flush type optical waveguides 16 by executing the electric field impressed ion exchange for embedding the ion-exchanged refractive index increase portions 14, an ion exchange stage for forming the fine regions 20 by disposing the metallic mask 18 for forming the gratings and executing the ion exchange with ions of a high concentration, while imparting electric fields thereto and a stage for removing the metallic mask.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ストライプ状の金
属マスクを用いるイオン交換法によって、ガラス基板に
埋め込んだ光導波路に、光伝搬方向で微細周期の屈折率
変化を形成する光導波路グレーティングの製造方法に関
するものである。この技術は、所定の波長の光信号を多
重あるいは分離する波長多重分離素子などとして用いら
れるイオン交換型光導波路グレーティングの製造に有用
である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing an optical waveguide grating which forms a fine-period refractive index change in the light propagation direction on an optical waveguide embedded in a glass substrate by an ion exchange method using a striped metal mask. It is about the method. This technique is useful for manufacturing an ion-exchange optical waveguide grating used as a wavelength division multiplexing / demultiplexing element for multiplexing or demultiplexing an optical signal of a predetermined wavelength.

【0002】[0002]

【従来の技術】平面導波路型光回路において、その光導
波路を形成する代表的な方法として、イオン交換法と火
炎堆積法がある。イオン交換法は、基板として多成分ガ
ラスを用い溶融塩中に浸漬して熱イオン交換や電界印加
イオン交換により光導波路を形成するもので、低温プロ
セス(200〜500℃程度)である。この方法は、製
造が容易で安価である利点がある。それに対して火炎堆
積法は、Si基板上に石英系ガラスを堆積することで光
導波路を形成するもので、高温プロセス(1200〜1
300℃程度)である。この方法は、作製工程中に高温
に曝されるため内部応力等が異方的に作用し、光通信で
重要となる偏波依存損失が大きく、製法が複雑でコスト
高となる。
2. Description of the Related Art In a planar waveguide type optical circuit, there are an ion exchange method and a flame deposition method as typical methods for forming the optical waveguide. The ion exchange method uses a multi-component glass as a substrate and immerses it in a molten salt to form an optical waveguide by thermal ion exchange or electric field applied ion exchange, and is a low-temperature process (about 200 to 500 ° C.). This method has the advantage of being easy and inexpensive to manufacture. On the other hand, in the flame deposition method, an optical waveguide is formed by depositing a silica-based glass on a Si substrate.
About 300 ° C.). This method is exposed to high temperatures during the manufacturing process, so that internal stress and the like act anisotropically, the polarization dependent loss that is important in optical communication is large, the manufacturing method is complicated, and the cost increases.

【0003】ところで、光回路を構成する上で極めて重
要な技術として、グレーティングがある。このグレーテ
ィングは、光導波路内に形成した微細な周期構造であ
り、波長フィルタ、反射器、モード変換器など種々の光
デバイスに応用されている。
Meanwhile, a grating is an extremely important technique for forming an optical circuit. This grating has a fine periodic structure formed in an optical waveguide, and is applied to various optical devices such as a wavelength filter, a reflector, and a mode converter.

【0004】ファイバグレーティングの場合には、光フ
ァイバを構成するガラス材料の屈折率が紫外線照射によ
って変化することを利用して形成する。具体的な一つの
方法として、石英ガラスの表面に凹凸を形成した透過回
折格子(位相マスク)を設置し、紫外光の干渉縞を+1
次と−1次の透過回折光の干渉により形成する方法があ
る。この方法は、干渉縞のピッチが位相マスクの格子周
期の1/2となり、再現性に優れている。他の方法とし
ては、紫外光をハーフミラーで2つの等強度の光ビーム
に分離し、2つの光ビームの光路を互いに平行に配置さ
れた全反射ミラーで変更し、光ファイバ上で互いに交差
するように照射する方法がある。この方法では、光ファ
イバ上で2つの光ビームが互いに干渉し、周期Λ=λ/
2sin θの干渉縞の光強度分布を形成する。ここで、λ
は紫外光の波長、θは光ファイバに入射する紫外光の入
射角である。
[0004] In the case of a fiber grating, it is formed by utilizing the fact that the refractive index of a glass material constituting an optical fiber changes by irradiation with ultraviolet light. As a specific method, a transmission diffraction grating (phase mask) having irregularities formed on the surface of quartz glass is installed, and interference fringes of ultraviolet light are reduced by +1.
There is a method of forming by interference between the first and second order transmitted diffraction light. This method is excellent in reproducibility because the pitch of the interference fringes is の of the grating period of the phase mask. As another method, the ultraviolet light is split into two equal intensity light beams by a half mirror, and the optical paths of the two light beams are changed by a total reflection mirror arranged in parallel with each other, and cross each other on an optical fiber. Irradiation method. In this method, two light beams interfere with each other on an optical fiber, and a period Λ = λ /
A light intensity distribution of interference fringes of 2 sin θ is formed. Where λ
Is the wavelength of the ultraviolet light, and θ is the incident angle of the ultraviolet light incident on the optical fiber.

【0005】一般に、Geドープ光ファイバでは紫外光
の照射によって光損傷が生じ、照射部分の屈折率が増加
する。従って、紫外光の干渉縞が形成された光ファイバ
のコア中には、干渉縞の光強度分布に対応した周期的な
屈折率変化が生じる。すなわち、紫外光が照射された部
分には幅及び周期が一定の屈折率変化が生じ、それ以外
の部分では一定の屈折率が保たれる。このような屈折率
分布により、波長2nΛの波長成分のみを選択的に反射
し、それ以外の波長成分の光を低損失で透過する光フィ
ルタが形成される。ここで、nは、光ファイバコア部の
平均屈折率である。
In general, in Ge-doped optical fibers, optical damage is caused by the irradiation of ultraviolet light, and the refractive index of the irradiated portion increases. Accordingly, a periodic change in the refractive index corresponding to the light intensity distribution of the interference fringes occurs in the core of the optical fiber on which the interference fringes of the ultraviolet light are formed. That is, a change in the refractive index having a constant width and period occurs in a portion irradiated with ultraviolet light, and a constant refractive index is maintained in other portions. With such a refractive index distribution, an optical filter that selectively reflects only the wavelength component of the wavelength 2n2 and transmits light of other wavelength components with low loss is formed. Here, n is the average refractive index of the optical fiber core.

【0006】平面導波路型光回路においても、火炎堆積
法による光導波路の場合には、コア部にGeをドープす
ることで、ファイバグレーティングの場合と同様、紫外
光照射により光導波路内にグレーティングを形成でき
る。
[0006] In the case of a planar waveguide type optical circuit, in the case of an optical waveguide formed by the flame deposition method, the core is doped with Ge, so that the grating is formed in the optical waveguide by irradiating ultraviolet light as in the case of the fiber grating. Can be formed.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】火炎堆積法により形成
した光導波路は偏波依存性が大きく、この種の平面導波
路型光回路は製法が複雑でコスト高である。そのため
に、グレーティングも偏波依存があり、且つ高価とな
る。それに対して、イオン交換法による導波路型光回路
は、作製が容易で安価であるが、ガラス材料とドープイ
オン種により、拡散係数、拡散係数の濃度依存性などが
異なり、微小周期のグテーティング作製は熱によるイオ
ンの自然拡散のため、サブミクロン周期の濃度変調を生
じさせようとしても制御できず困難であるとされてい
る。
An optical waveguide formed by the flame deposition method has a large polarization dependence, and this type of planar waveguide optical circuit requires a complicated manufacturing method and is expensive. Therefore, the grating also has polarization dependence and is expensive. On the other hand, waveguide-type optical circuits using the ion exchange method are easy to manufacture and inexpensive. However, the diffusion coefficient and the concentration dependence of the diffusion coefficient differ depending on the glass material and the doped ion species. The production is said to be difficult due to the spontaneous diffusion of ions due to heat, which cannot be controlled even if a concentration modulation of a submicron cycle is caused.

【0008】更に、イオン交換法によってガラス表面に
導波路を作製しイオン濃度変調を生じさせる試みについ
ては報告もなされているが、表面光導波路の場合は導波
路形状に異方性があるため、偏波依存性が大きく損失も
大きくなる。それに対して埋め込み型は、損失の低減に
有効となるが、10μm付近まで光導波路を埋め込むた
め、グレーティング作製には、その深さまで横方向の濃
度変調を保ち、拡散させなければならない。そのため、
このような埋め込み型光導波路に微小周期のグレーティ
ングを精度よく作製する有効な方法は、未だ開発されて
いない。
Further, there has been reported an attempt to produce a waveguide on a glass surface by an ion exchange method to cause ion concentration modulation. However, in the case of a surface optical waveguide, the waveguide shape has anisotropy. The polarization dependence is large and the loss is large. On the other hand, the buried type is effective in reducing the loss. However, since the optical waveguide is buried to about 10 μm, the grating must be diffused while maintaining the density modulation in the lateral direction to the depth. for that reason,
An effective method for accurately producing a grating having a small period in such an embedded optical waveguide has not been developed yet.

【0009】本発明の目的は、イオン交換型の埋め込み
光導波路に、屈折率の異なる微細な領域を容易に形成で
きるようにして、所望の微細周期のグレーティングを効
率よく作製できる方法を提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method capable of efficiently forming a grating having a desired fine period by making it possible to easily form fine regions having different refractive indices in an ion-exchange type embedded optical waveguide. It is.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明は、ガラス基板中
にイオン交換型光導波路を埋め込み、該光導波路に光伝
搬方向で屈折率が所定の微細周期で変化している光導波
路グレーティングを形成する方法である。本発明は、製
造工程、ガラス基板とドープイオン種の関係、あるいは
ドープイオン種などを工夫することにより、ストライプ
状のグレーティング形成用金属マスクを用いてイオン交
換し、埋め込み型の光導波路中に微細周期の屈折率変化
を形成する光導波路グレーティングの製造方法である。
ストライプ状のグレーティング形成用金属マスクは、例
えば0.2〜1.0μmの周期で縞状に線状開口が多数
(例えば数万本)配列形成された構造である。
According to the present invention, an ion-exchange type optical waveguide is embedded in a glass substrate, and an optical waveguide grating whose refractive index changes at a predetermined fine period in the light propagation direction is formed in the optical waveguide. How to In the present invention, ion exchange is performed using a metal mask for forming a striped grating by devising a manufacturing process, a relationship between a glass substrate and a doped ion species, or a doped ion species, so that a fine optical waveguide is formed in an embedded optical waveguide. This is a method for manufacturing an optical waveguide grating that forms a periodic refractive index change.
The stripe-shaped metal mask for forming a grating has a structure in which a large number (for example, tens of thousands) of linear openings are arranged in stripes at a period of, for example, 0.2 to 1.0 μm.

【0011】第1の方法は、ガラス基板の表面に光導波
路パターン形成用金属マスクを設けて熱イオン交換を行
う第1のイオン交換工程、該光導波路パターン形成用金
属マスクを除去する工程、イオン交換した屈折率増加部
分をガラス基板内に埋め込むために電界印加イオン交換
を行い埋め込み型光導波路を形成する第2のイオン交換
工程、ガラス基板の表面にストライプ状のグレーティン
グ形成用金属マスクを設け、電界を印加しながら第1の
イオン交換時よりも高濃度の同種イオンでイオン交換を
行うことにより、光導波路の形状を崩すことなく周期的
にイオン濃度分布を制御する第3のイオン交換工程、該
グレーティング形成用金属マスクを除去する工程、を具
備している。
The first method includes a first ion exchange step of providing a metal mask for forming an optical waveguide pattern on the surface of a glass substrate to perform thermal ion exchange, a step of removing the metal mask for forming an optical waveguide pattern, A second ion exchange step of performing an electric field application ion exchange to embed the exchanged refractive index increasing portion in the glass substrate to form a buried optical waveguide, providing a stripe-shaped grating forming metal mask on the surface of the glass substrate, A third ion exchange step of periodically controlling the ion concentration distribution without distorting the shape of the optical waveguide by performing ion exchange with a higher concentration of the same kind of ions than during the first ion exchange while applying an electric field; Removing the metal mask for forming the grating.

【0012】第2の方法では、ドープイオンのガラス中
の相互拡散係数のイオン濃度依存性が強いイオンとガラ
スの組み合わせを選択する。そして、ガラス基板の表面
に光導波路パターン形成用金属マスクを設けて熱イオン
交換を行う第1のイオン交換工程、該光導波路パターン
形成用金属マスクを除去する工程、イオン交換した屈折
率増加部分をガラス基板内に埋め込むために電界印加イ
オン交換を行い埋め込み型光導波路を形成する第2のイ
オン交換工程、ガラス基板の表面にストライプ状のグレ
ーティング形成用金属マスクを設けて第1のイオン交換
時よりも高濃度の同種イオンで熱イオン交換する第3の
イオン交換工程、該グレーティング形成用金属マスクを
除去する工程、第3のイオン交換工程でイオン交換した
部分を光導波路部分まで埋め込むために電界印加イオン
交換を行うことにより、光導波路の形状を崩すことなく
周期的にイオン濃度分布を制御する第4のイオン交換工
程、を具備している。
In the second method, a combination of an ion and a glass having a strong ion concentration dependence of a mutual diffusion coefficient of doped ions in the glass is selected. Then, a first ion exchange step of providing a metal mask for forming an optical waveguide pattern on the surface of the glass substrate to perform thermal ion exchange, a step of removing the metal mask for forming the optical waveguide pattern, and a step of ion-exchanged increasing the refractive index are performed. A second ion exchange step of forming a buried type optical waveguide by performing an electric field application ion exchange to embed in the glass substrate, and providing a stripe-shaped grating forming metal mask on the surface of the glass substrate and starting from the first ion exchange. A third ion exchange step of performing thermal ion exchange with high-concentration ions of the same kind, a step of removing the metal mask for forming the grating, and an electric field application for embedding the ion-exchanged portion in the third ion exchange step to the optical waveguide portion. By performing the ion exchange, the fourth ion concentration controlling the ion concentration distribution periodically without breaking the shape of the optical waveguide. Exchange process, which comprises a.

【0013】第3の方法は、ガラス基板の表面に光導波
路パターン形成用金属マスクを設け、高温でイオン交換
が進み低温ではイオン交換が進まないイオンを用いてイ
オン交換を行い埋め込み型の光導波路を形成する工程、
ガラス基板の表面にストライプ状のグレーティング形成
用金属マスクを設け、低温でイオン交換が進むイオンを
用いて電界印加イオン交換を行い光導波路に屈折率の異
なる微細領域を形成する工程、を具備している。
In a third method, a metal mask for forming an optical waveguide pattern is provided on the surface of a glass substrate, and ion exchange is performed using ions whose ion exchange proceeds at a high temperature and does not proceed at a low temperature, and a buried optical waveguide is formed. Forming a
Providing a metal mask for forming a grating in the form of a stripe on the surface of the glass substrate, forming a fine region having a different refractive index in the optical waveguide by performing electric field application ion exchange using ions whose ion exchange proceeds at a low temperature. I have.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】第1の方法による製造工程の一例
を図1に示す。 (1−a)ガラス基板10の表面に光導波路パターン形
成用金属マスク12を設ける。 (1−b)光導波路パターン形成用金属マスク12の開
口部分を通して熱イオン交換を行い、光導波路となる屈
折率増加部分14を形成する。 (1−c)該光導波路パターン形成用金属マスクを除去
し、次いでイオン交換した屈折率増加部分をガラス基板
内に埋め込むために電界印加イオン交換を行い埋め込み
型光導波路16を形成する。 (1−d)ガラス基板10の埋め込み型光導波路16の
直上の基板表面に、該光導波路を横切る方向に線状開口
を有するストライプ状のグレーティング形成用金属マス
ク18を設け、電界を印加しながら第1のイオン交換時
よりも高濃度の同種イオンでイオン交換する。イオン交
換した微細領域を符号20で示す。 (1−e)グレーティング形成用金属マスクを除去す
る。これによって、光導波路の形状を崩すことなく周期
的にイオン濃度分布を制御して微細周期の屈折率変化を
形成することができる。
FIG. 1 shows an example of a manufacturing process according to a first method. (1-a) An optical waveguide pattern forming metal mask 12 is provided on the surface of a glass substrate 10. (1-b) Thermionic exchange is performed through the opening of the metal mask 12 for forming an optical waveguide pattern to form a refractive index increasing portion 14 that becomes an optical waveguide. (1-c) The metal mask for forming the optical waveguide pattern is removed, and then an electric field application ion exchange is performed to embed the ion-exchanged refractive index increasing portion in the glass substrate to form a buried optical waveguide 16. (1-d) A stripe-shaped grating forming metal mask 18 having a linear opening in a direction crossing the optical waveguide is provided on the substrate surface immediately above the embedded optical waveguide 16 of the glass substrate 10, and an electric field is applied. The ion exchange is performed with a higher concentration of the same kind of ions than during the first ion exchange. Reference numeral 20 denotes a fine region subjected to ion exchange. (1-e) The grating-forming metal mask is removed. This makes it possible to control the ion concentration distribution periodically without changing the shape of the optical waveguide, thereby forming a fine periodic refractive index change.

【0015】この(1−d)の工程での印加電圧は、熱
拡散でグレーティング部の横方向への濃度分布が失われ
る前に所望深さにイオンを拡散できる速度となるように
設定する。この方法は、ドープイオン濃度と拡散係数と
の関係がどのようであろうと有効である。
The voltage applied in the step (1-d) is set so that ions can be diffused to a desired depth before the concentration distribution in the lateral direction of the grating portion is lost due to thermal diffusion. This method is effective whatever the relationship between the doped ion concentration and the diffusion coefficient.

【0016】第2の方法による製造工程の一例を図2に
示す。 (2−a)ガラス基板30の表面に光導波路パターン形
成用金属マスク32を設ける。 (2−b)光導波路パターン形成用金属マスク32の開
口部分を通して熱イオン交換を行い、光導波路となる屈
折率増加部分34を形成する。 (2−c)該光導波路パターン形成用金属マスクを除去
し、次いでイオン交換した屈折率増加部分をガラス基板
内に埋め込むために電界印加イオン交換を行い埋め込み
型光導波路36を形成する。この工程までは第1の方法
と同様である。 (2−d)ガラス基板30の埋め込み型光導波路36の
直上の基板表面に、該光導波路を横切る方向に線状開口
を有するストライプ状のグレーティング形成用金属マス
ク38を設けて第1のイオン交換時よりも高濃度の同種
イオンで熱イオン交換する。イオン交換された微細領域
を符号39で示す。 (2−e)グレーティング形成用金属マスクを除去し、
次いで(2−d)のイオン交換工程でイオン交換した微
細領域を光導波路部分まで埋め込むために電界印加イオ
ン交換を行う。埋め込まれた微細屈折率増加領域を符号
40で示す。
FIG. 2 shows an example of a manufacturing process according to the second method. (2-a) An optical waveguide pattern forming metal mask 32 is provided on the surface of the glass substrate 30. (2-b) Thermionic exchange is performed through the opening of the metal mask 32 for forming an optical waveguide pattern to form a refractive index increasing portion 34 that becomes an optical waveguide. (2-c) The metal mask for forming the optical waveguide pattern is removed, and then an electric field application ion exchange is performed to embed the ion-exchanged refractive index increasing portion in the glass substrate, thereby forming a buried optical waveguide 36. The steps up to this step are the same as in the first method. (2-d) On the substrate surface immediately above the embedded optical waveguide 36 of the glass substrate 30, a stripe-shaped grating forming metal mask 38 having a linear opening in a direction crossing the optical waveguide is provided to perform first ion exchange. Thermal ion exchange with higher concentration of the same kind of ions than at the time. The ion exchanged fine region is indicated by reference numeral 39. (2-e) removing the metal mask for forming the grating;
Next, an electric field application ion exchange is performed in order to bury the fine region ion-exchanged in the ion exchange step (2-d) up to the optical waveguide portion. The embedded fine refractive index increasing region is indicated by reference numeral 40.

【0017】この方法では、ドープするイオンのガラス
中での相互拡散係数がガラス中のドープイオン濃度に大
きく依存するガラスとイオン種の組み合わせを選定し、
(2−d)の工程を経ることで、自然拡散による微小ピ
ッチの周期を乱すことなくイオン濃度分布を制御して光
導波路グレーティングを製造することができる。
In this method, a combination of a glass and an ionic species whose interdiffusion coefficient of ions to be doped greatly depends on the concentration of the doped ions in the glass is selected.
Through the step (2-d), the optical waveguide grating can be manufactured by controlling the ion concentration distribution without disturbing the period of the minute pitch due to natural diffusion.

【0018】第3の方法による製造工程の一例を図3に
示す。 (3−a)ガラス基板50の表面に光導波路パターン形
成用金属マスク52を設ける。 (3−b)光導波路パターン形成用金属マスク52の開
口部分を通して熱イオン交換を行い、光導波路となる屈
折率増加部分54を形成する。 (3−c)該光導波路パターン形成用金属マスクを除去
し、次いでイオン交換した屈折率増加部分をガラス基板
内に埋め込むために電界印加イオン交換を行い埋め込み
型光導波路56を形成する。この工程までは第1の方法
と同様である。 (3−d)ガラス基板50の埋め込み型光導波路56の
直上の基板表面に、該光導波路を横切る方向に線状開口
を有するストライプ状のグレーティング形成用金属マス
ク58を設け、低温でイオン交換が進むイオンを用いて
電界印加イオン交換を行い屈折率の異なる微細領域60
を形成する。 (3−e)グレーティング形成用金属マスクを除去す
る。
FIG. 3 shows an example of a manufacturing process according to the third method. (3-a) An optical waveguide pattern forming metal mask 52 is provided on the surface of the glass substrate 50. (3-b) Thermionic exchange is performed through the opening of the metal mask 52 for forming an optical waveguide pattern to form a refractive index increasing portion 54 that becomes an optical waveguide. (3-c) The metal mask for forming the optical waveguide pattern is removed, and then an electric field application ion exchange is performed to embed the ion-exchanged refractive index increasing portion in the glass substrate to form a buried optical waveguide 56. Up to this step, it is the same as the first method. (3-d) A stripe-shaped grating-forming metal mask 58 having a linear opening in a direction crossing the optical waveguide is provided on the substrate surface immediately above the embedded optical waveguide 56 of the glass substrate 50, and ion exchange is performed at a low temperature. Electric field application ion exchange is performed by using traveling ions, and fine regions 60 having different refractive indexes are used.
To form (3-e) The metal mask for forming the grating is removed.

【0019】この第3の方法においては、例えば光導波
路の形成にTlイオンを用い、グレーティングの形成に
Agイオンを用いる。Tlイオンはガラス中の相互拡散
係数が小さく、500℃前後の比較的高温でないとイオ
ン交換が進まない。他方、Agイオンは300℃程度以
下の温度でイオン交換が進む。従って、予め500℃前
後の処理温度でTlイオン交換によって埋め込み型の光
導波路を作製しておき、その光導波路直上にストライプ
状のマスクを設けて300℃以下の温度でAgイオンを
電界印加イオン交換すれば、既に作製されている光導波
路の形状を崩さずにイオン交換によって光導波路グレー
ティングを作製することができる。
In the third method, for example, Tl ions are used for forming an optical waveguide, and Ag ions are used for forming a grating. Tl ions have a small mutual diffusion coefficient in glass, and ion exchange does not proceed unless the temperature is relatively high, around 500 ° C. On the other hand, ion exchange of Ag ions proceeds at a temperature of about 300 ° C. or less. Therefore, a buried optical waveguide is prepared by Tl ion exchange at a processing temperature of about 500 ° C. in advance, and a stripe-shaped mask is provided immediately above the optical waveguide, and Ag ions are applied at a temperature of 300 ° C. or less by electric field application ion exchange. Then, the optical waveguide grating can be manufactured by ion exchange without breaking the shape of the already manufactured optical waveguide.

【0020】[0020]

【実施例】ガラス基板としてソーダライムガラスを用
い、ドープイオン種にAgイオンを用いて、ストライプ
状のグレーティング形成用金属マスク(グレーティング
周期:0.5μm)を使用して図1に示す工程で作製し
たところ、反射率約60%が得られ、グレーティングが
形成できた。
EXAMPLE A soda-lime glass was used as a glass substrate, Ag ions were used as doped ion species, and a stripe-shaped metal mask for forming a grating (grating period: 0.5 μm) was used. As a result, a reflectance of about 60% was obtained, and a grating could be formed.

【0021】ガラス基板として組成の異なる2種のガラ
ス(ガラスAとガラスB)を用い、溶融塩としてAgN
3 を用いて、ストライプ状のグレーティング形成用金
属マスク(グレーティング周期:0.5μm)を使用し
て、図2に示す工程に従って作製した。表1に、ガラス
A,Bの組成、ガラス中のAgイオン濃度変化ΔCに対
する相互拡散係数の変化の変化率ΔD(T)/ΔC、及
び結果(反射率)を示す。ここで、Cはガラス中におけ
るAgイオン/(Agイオン+アルカリイオン濃度)×
100で、5%から10%とする。また、ΔD(T)は
温度280℃におけるCが5%から10%における相互
拡散係数の差をC=5%の相互拡散係数で除した値であ
る。
Two kinds of glasses (glass A and glass B) having different compositions were used as glass substrates, and AgN was used as a molten salt.
It was manufactured according to the process shown in FIG. 2 by using O 3 and a stripe-shaped metal mask for forming a grating (grating period: 0.5 μm). Table 1 shows the compositions of the glasses A and B, the change rate ΔD (T) / ΔC of the change in the mutual diffusion coefficient with respect to the change in the Ag ion concentration ΔC in the glass, and the results (reflectance). Here, C is Ag ion in glass / (Ag ion + alkali ion concentration) ×
100, 5% to 10%. ΔD (T) is a value obtained by dividing the difference between the mutual diffusion coefficients when C at a temperature of 280 ° C. is 5% to 10% by the mutual diffusion coefficient of C = 5%.

【0022】[0022]

【表1】 [Table 1]

【0023】ガラスAとAgイオンの組み合わせはΔD
(T)/ΔC=0.1であり、光の反射は生じなかっ
た。それに対して、ガラスBとAgイオンの組み合わせ
ではΔD(T)/ΔC=0.35であり、反射率60%
が得られ、グレーティングが形成できた。更に検討した
結果、ΔD(T)/ΔCが0.2以上であれば、グレー
ティング形成が可能であった。
The combination of glass A and Ag ions is ΔD
(T) /ΔC=0.1, and no light reflection occurred. On the other hand, in the combination of glass B and Ag ions, ΔD (T) /ΔC=0.35, and the reflectance is 60%.
Was obtained, and a grating was formed. As a result of further study, when ΔD (T) / ΔC was 0.2 or more, a grating could be formed.

【0024】[0024]

【発明の効果】本発明は上記のように、製造工程、ガラ
ス基板とドープイオン種の関係、あるいはドープイオン
種などを工夫し、ストライプ状のグレーティング形成用
金属マスクを用いてイオン交換する方法であるから、イ
オン交換型の埋め込み光導波路に、屈折率の異なる微細
な領域を容易に形成でき、所望の微細周期のグレーティ
ングを効率よく作製できる。
According to the present invention, as described above, the manufacturing process, the relationship between the glass substrate and the doped ion species, or the doped ion species is devised, and the ion exchange is performed using a stripe-shaped metal mask for forming a grating. Therefore, fine regions having different refractive indexes can be easily formed in the ion-exchange type embedded optical waveguide, and a grating having a desired fine period can be efficiently manufactured.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る光導波路グレーティングの製造方
法の第1の方法の一例を示す工程説明図。
FIG. 1 is a process explanatory view showing an example of a first method of a method of manufacturing an optical waveguide grating according to the present invention.

【図2】本発明に係る光導波路グレーティングの製造方
法の第2の方法の一例を示す工程説明図。
FIG. 2 is a process explanatory view showing one example of a second method of the method of manufacturing the optical waveguide grating according to the present invention.

【図3】本発明に係る光導波路グレーティングの製造方
法の第3の方法の一例を示す工程説明図。
FIG. 3 is a process explanatory view showing an example of a third method of the method of manufacturing the optical waveguide grating according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 ガラス基板 12 光導波路形成用金属マスク 14 屈折率増加部分 16 埋め込み型光導波路 18 グレーティング形成用金属マスク 20 イオン交換した微細領域 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Glass substrate 12 Metal mask for optical waveguide formation 14 Refractive index increasing part 16 Embedded optical waveguide 18 Metal mask for grating formation 20 Fine area by ion exchange

フロントページの続き (72)発明者 定行 勝 東京都港区新橋5丁目36番11号 富士電気 化学株式会社内 (72)発明者 久納 達志 東京都港区新橋5丁目36番11号 富士電気 化学株式会社内 (72)発明者 安間 康浩 東京都港区新橋5丁目36番11号 富士電気 化学株式会社内 (72)発明者 石津 淳子 東京都港区新橋5丁目36番11号 富士電気 化学株式会社内 Fターム(参考) 2H047 KA04 LA02 PA13 QA04 2H049 AA36 AA45 AA59 AA62 Continued on the front page. (72) Inventor Masaru Tosho 5-36-11, Shimbashi, Minato-ku, Tokyo Inside Fuji Electric Chemical Co., Ltd. (72) Inventor Tatsushi 5-36-11, Shimbashi, Minato-ku, Tokyo Fuji Electric Chemical Inside (72) Inventor Yasuhiro Anma 5-36-11 Shimbashi, Minato-ku, Tokyo Fuji Electric Chemical Co., Ltd. (72) Inventor Junko Ishizu 5-36-11 Shimbashi, Minato-ku, Tokyo Fuji Electric Chemical Co., Ltd. F term (reference) 2H047 KA04 LA02 PA13 QA04 2H049 AA36 AA45 AA59 AA62

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ガラス基板中にイオン交換型光導波路を
埋め込み、該光導波路に光伝搬方向で屈折率が所定周期
で変化している光導波路グレーティングを形成する方法
において、 ガラス基板の表面に光導波路パターン形成用金属マスク
を設けて熱イオン交換を行う第1のイオン交換工程、 該光導波路パターン形成用金属マスクを除去する工程、 イオン交換した屈折率増加部分をガラス基板内に埋め込
むために電界印加イオン交換を行い埋め込み型光導波路
を形成する第2のイオン交換工程、 ガラス基板の表面にストライプ状のグレーティング形成
用金属マスクを設け、電界を印加しながら第1のイオン
交換時よりも高濃度のイオンでイオン交換を行うことに
より、光導波路の形状を崩すことなく周期的にイオン濃
度分布を制御する第3のイオン交換工程、 該グレーティング形成用金属マスクを除去する工程、を
具備し、光導波路に微細周期の屈折率変化を形成するこ
とを特徴とする光導波路グレーティングの製造方法。
1. A method for forming an optical waveguide grating in which an ion-exchange type optical waveguide is embedded in a glass substrate and the refractive index of which is changed at a predetermined period in a light propagation direction in the optical waveguide. A first ion exchange step of providing a metal mask for forming a waveguide pattern and performing thermal ion exchange; a step of removing the metal mask for forming an optical waveguide pattern; and an electric field for embedding the ion-exchanged refractive index-increased portion in a glass substrate. A second ion exchange step of performing an applied ion exchange to form a buried optical waveguide, providing a stripe-shaped grating-forming metal mask on the surface of the glass substrate, and applying a higher electric field while applying an electric field than in the first ion exchange. By performing ion exchange with ions of the third type, a third type of ion concentration distribution is periodically controlled without breaking the shape of the optical waveguide. -Exchange step, the step of removing the grating forming metal mask, comprises a method of optical waveguide gratings and forming a refractive index change of the minute periodic optical waveguide.
【請求項2】 ガラス基板中にイオン交換型光導波路を
埋め込み、該光導波路に光伝搬方向で屈折率が所定周期
で変化している光導波路グレーティングを形成する方法
において、 ドープイオンのガラス中での相互拡散係数のイオン濃度
依存性が強いイオンとガラスの組み合わせを選択し、 ガラス基板の表面に光導波路パターン形成用金属マスク
を設けて熱イオン交換を行う第1のイオン交換工程、 該光導波路パターン形成用金属マスクを除去する工程、 イオン交換した屈折率増加部分をガラス基板内に埋め込
むために電界印加イオン交換を行い埋め込み型光導波路
を形成する第2のイオン交換工程、 ガラス基板の表面にストライプ状のグレーティング形成
用金属マスクを設けて第1のイオン交換時よりも高濃度
のイオンで熱イオン交換する第3のイオン交換工程、 該グレーティング形成用金属マスクを除去する工程、 第3のイオン交換工程でイオン交換した部分を光導波路
部分まで埋め込むために電界印加イオン交換を行うこと
により、光導波路の形状を崩すことなく周期的にイオン
濃度分布を制御する第4のイオン交換工程、を具備し、
光導波路に微細周期の屈折率変化を形成することを特徴
とする光導波路グレーティングの製造方法。
2. A method for forming an optical waveguide grating in which an ion-exchange type optical waveguide is embedded in a glass substrate and a refractive index of the optical waveguide changes in a predetermined period in a light propagation direction in the optical waveguide. A first ion-exchange step of selecting a combination of ions and glass having a strong ion concentration dependence of the mutual diffusion coefficient of the above and performing a thermal ion exchange by providing a metal mask for forming an optical waveguide pattern on the surface of a glass substrate; A step of removing the metal mask for pattern formation; a second ion exchange step of forming an embedded optical waveguide by performing electric field application ion exchange to embed the ion-exchanged refractive index increasing portion in the glass substrate; A metal mask for forming a stripe-shaped grating is provided, and thermal ion exchange is performed with ions having a higher concentration than in the first ion exchange. (3) an ion exchange step, a step of removing the grating-forming metal mask, and (3) an electric field application ion exchange for embedding a portion ion-exchanged in the third ion exchange step up to the optical waveguide portion, thereby changing the shape of the optical waveguide. A fourth ion exchange step of periodically controlling the ion concentration distribution without breaking down,
A method for manufacturing an optical waveguide grating, wherein a refractive index change with a fine period is formed in the optical waveguide.
【請求項3】 ガラス基板中にイオン交換型光導波路を
埋め込み、該光導波路に光伝搬方向で屈折率が所定周期
で変化している光導波路グレーティングを形成する方法
において、 ガラス基板の表面に光導波路パターン形成用金属マスク
を設け、高温でイオン交換が進み低温ではイオン交換が
進まない第1のイオンを用いてイオン交換を行い埋め込
み型の光導波路を形成する工程、 ガラス基板の表面にストライプ状のグレーティング形成
用金属マスクを設け、低温でイオン交換が進む第2のイ
オンを用いて電界印加イオン交換を行い光導波路に屈折
率の異なる微細領域を形成する工程、を具備し、光導波
路の形状を崩すことなく該光導波路中に周期的な屈折率
変化を形成することを特徴とする光導波路グレーティン
グの製造方法。
3. A method for forming an optical waveguide grating in which an ion exchange type optical waveguide is embedded in a glass substrate and the refractive index of the optical waveguide changes in a predetermined period in the light propagation direction. Providing a metal mask for forming a waveguide pattern, performing ion exchange using a first ion in which ion exchange proceeds at a high temperature and does not proceed at a low temperature to form a buried optical waveguide, a stripe shape on the surface of a glass substrate Forming a fine region having a different refractive index in the optical waveguide by performing electric field application ion exchange using the second ion whose ion exchange proceeds at a low temperature. Forming a periodic refractive index change in the optical waveguide without breaking the optical waveguide.
【請求項4】 高温でイオン交換が進み低温ではイオン
交換が進まない第1のイオンがTlイオンであり、低温
でイオン交換が進む第2のイオンがAgイオンである請
求項3記載の光導波路グレーティングの製造方法。
4. The optical waveguide according to claim 3, wherein the first ion whose ion exchange proceeds at a high temperature and whose ion exchange does not proceed at a low temperature is a Tl ion, and the second ion whose ion exchange proceeds at a low temperature is an Ag ion. Grating manufacturing method.
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