JP2001255425A

JP2001255425A - 光導波路

Info

Publication number: JP2001255425A
Application number: JP2000073999A
Authority: JP
Inventors: Yoshitaka Terao; 芳孝寺尾
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 2000-03-13
Filing date: 2000-03-13
Publication date: 2001-09-21

Abstract

(57)【要約】【課題】低コストかつ屈折率制御が容易で，応用性の
広い光導波路を提供すること。【解決手段】下部クラッド６９となる石英基板上に，
有機および無機ハイブリッド膜をスピンコート法と乾燥
を繰り返して塗布し，屈折率が下部クラッド６９とほぼ
同様なコア層６７を形成する。その後，コアとする部分
のみ光が透過するようにスペースを設け，他はＣｒ等で
遮光されたマスク６３をコア層６７上に配置し，ＵＶレ
ーザ６１を照射すると，照射された部分のみ屈折率が変
化し，コア６５となる。さらにコア層６７上に，コア層
６７と同様に有機および無機ハイブリッド膜を塗布して
上部クラッド７１とし，光導波路が完成する。なお，Ｕ
Ｖレーザ６１の照射時間，および強度を変化させると，
屈折率の変化を制御できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光導波路に関し，特
に，導波路の組成を有機および無機ハイブリッド膜とし
た光導波路に関する。

【０００２】

【従来の技術】平面基板上に形成された光導波路の組成
は大きく分けて，無機系および有機系の２つが知られて
いる。前者は，ＳｉＯ２を母体にコアとクラッドの屈折
率を制御するため，酸化ゲルマニウム，酸化ホウ素，酸
化リン等をドープさせている。作成方法としては，火炎
堆積法，ＣＶＤ法などが知られている。

【０００３】また後者は，スピンコート法などを用いて
容易に膜を形成できるように，有機ポリマーを用いた方
法であり，フッ素化ポリイミド等が知られている。これ
らの基本的な作成方法を以下に説明する。

【０００４】無機系導波路膜では，まずＳｉ基板上に，
光導波路の基本となる下部クラッド層（厚さ約２０μ
ｍ），コア層（厚さ５〜１１μｍ，幅５〜１１μｍ），
上部クラッド層（厚さ約２０μｍ）となるＳｉＯ２膜
を，火炎堆積法もしくはＣＶＤ法により形成する。

【０００５】コア層には，シングルモードでコア中に光
を伝播させるためにクラッドとの屈折率差を持たせる目
的で，ＧｅＯ２をドープ（２０体積％以内，屈折率差
０．２〜０．８％）させている。コアのパターニングに
は，リアクティブ・イオン・エッチング法（ＲＩＥ法）
を用いる。

【０００６】有機系導波路膜では，石英ガラスもしくは
Ｓｉ基板上に，導波路の基本となる下部クラッド層（厚
さ約２０μｍ），コア層（厚さ５〜１１μｍ，幅５〜１
１μｍ），上部クラッド層（厚さ約２０μｍ）となる膜
を，スピンコート法により形成する。

【０００７】コアとクラッドの屈折率差は，フッ素化ポ
リイミド中のフッ素含有量を調整することで容易に行え
る。コアのパターニングには，無機系同様ＲＩＥ法を用
いる。

【０００８】次に，導波路上にグレーティングを作成す
る従来の方法を，説明する。これは，導波路上に周期的
な屈折率変化を起こさせることにより，その屈折率の周
期に合った波長の光を反射させ，それ以外は透過させる
特性を持ち，光通信で幅広く用いられている。

【０００９】図７は，無機系導波路グレーティングの作
成方法を示す図である。無機系導波路においては，コア
にＵＶ光を照射することで，コアの屈折率が増加するこ
とが知られている。これは，コア中に含まれるＧｅＯ２
―ＳｉＯ２構造において，ＵＶ光が作用して酸素欠陥が
生じることに起因する。このとき屈折率変化は一般的に
１０^―３オーダーとなる。

【００１０】この無機系導波路上にグレーティングを作
成するためには，位相マスク法が用いられる。図７に示
すように，まずレーザ光源２（ラムダ・フィジクス製Ｋ
ｒＦエキシマレーザ）から波長２４８ｎｍのレーザ光５
１が出力され，アッテネータ３を通過する。

【００１１】次に，ミラー５により方向を転換され，シ
リンドリカルレンズ７によりビーム径が調整されて位相
マスク９に照射される。この位相マスク９によりレーザ
光５３は回折され，縞模様の回折光５５が生じる。

【００１２】位相マスク９の下部に，クラッド３５が露
出した状態の無機系感光性導波路３１を設置すると，回
折光強度の高い部分でコア部３７に局所的な屈折率変化
が起こる。この導波路３１の軸方向からレーザ光６１を
入射させると，（式１）に示す波長の光λｂ６３はブラ
ッグ反射により入射端３９に出射される。

【００１３】λｂ＝２・ｎｅｆｆ・Λ （式１）ここで，ｎｅｆｆはグレーティング部のコア実効屈折
率，Λは導波路の屈折率変化の周期である。

【００１４】位相マスク９は，表面もしくは裏面のどち
らか一方に，回折格子１３となる凹凸パターンが形成さ
れている。この周期はΛの２倍となる。以下にその作成
方法を説明する。

【００１５】まず，石英ガラス基板にＣｒ薄膜をスッパ
タリングもしくは蒸着法により形成する。次に，電子ビ
ームリソグラフィ法により，Ｃｒ薄膜をパターニングす
る。このとき，ライン（Ｃｒ部）およびスペースを等寸
法Λとしておく。２Λが回折格子列の周期となる。

【００１６】その後，Ｃｒパターンをマスクとして下地
の石英を，イオンエッチング法を用いてエッチングし，
溝を形成する。Ｃｒ薄膜を酸により除去すると，石英基
板上に回折格子列１３が作成される。

【００１７】一方，通常，レーザビーム５３の大きさは
位相マスクの長さ（最大で１００ｍｍ程度）よりも小さ
いので，２５〜１００ｍｍ程度の長さのグレーティング
を作成する場合には，ミラー５を移動させてレーザビー
ム５３を，位相マスク９の長手方向にスキャンする照射
方法となる。

【００１８】有機系導波路においては，放射光（Ｘ線）
を，フッ素化ポリイミドに照射することで１０^―２オー
ダーの屈折率上昇が可能である。これは，フッ素の脱離
による分子容の減少に起因すると考えられている。

【００１９】有機系導波路グレーティングの作成方法
は，コアとクラッドを形成したポリイミド光導波路に，
回折格子パターンを有するＸ線マスクを介して放射光を
照射することで行われる。放射光は直進性を示すため，
回折格子直下のコア部の屈折率が上昇することになる。

【００２０】また従来の光導波路においては，コアの屈
折率は一定であった。図８は，従来の技術による曲線状
のコア部９７を有する光導波路を示す図である。図８に
示すように，従来の光導波路はコア部９７の屈折率が一
定であるため，接続するファイバ等の部品との結合効率
を高めるように屈折率および開口数を合わせた状態で，
曲線部の曲率を大きくするのは，クラッド部９８に光が
漏れてしまい大きな損失となるので不可能であった。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】ところで，上記構成の
無機系導波路においては，低ロスの反面真空装置および
フォトリソグラフィ工程を用いるので，作成コストが高
くなる。また，膜厚は１μｍ程度が限界で，それ以上は
厚くできない。有機系導波路においては，真空装置は用
いないが，ロスが若干高く，コアの形成にはフォトリソ
グラフィを用いるのでやはり作成コストが高い。

【００２２】また，両者とも屈折率の制御が容易には行
えないため，応用範囲は狭くなる。また，コアのパター
ニング後にグレーティングを作成することはできないの
で，それにより透過帯域の損失を抑えることはできず，
光導波路の配線の集積度を上げることも困難であるとい
う問題点があった。

【００２３】本発明は，従来の光導波路が有する上記問
題点に鑑みてなされたものであり，本発明の目的は，低
コストかつ屈折率制御が容易で，応用性の広い光導波路
を提供することにある。

【００２４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め，導波路の組成を有機および無機ハイブリッド膜と
し，無機成分を，テトラエトキシシラン，テトラエトキ
シシランの縮重合体，テトラメトキシシラン，およびテ
トラメトキシシランの縮重合体より構成されたグループ
から選択されたいずれか一つの物質，または，前記グル
ープから選択された複数の物質の混合物とし，有機成分
を，アクリル樹脂とし，ＵＶ光を照射することにより，
有機および無機ハイブリッド膜の屈折率を上昇させるこ
とを特徴とする光導波路が提供される。屈折率が上昇し
た部分をコアとすることを特徴とする光導波路でもよ
い。

【００２５】かかる構成によれば，低コストかつ屈折率
制御が容易な応用性の広い光導波路を提供できる。

【００２６】また，コア上に，屈折率が周期的に変化し
た領域を設けることを特徴とする光導波路としてもよ
い。かかる構成によれば，低コストかつ透過光の損失を
低減したグレーティングを有する光導波路が提供され
る。

【００２７】また，コアの屈折率あるいはコア幅を連続
的に変化させる，あるいはその両者を共に連続的に変化
させる光導波路としてもよい。かかる構成によれば，フ
ァイバと半導体レーザのように，異なるコア幅の光導波
路との方が結合効率を高くできるような場合に，コア幅
が狭い部分ではコアとクラッドの屈折率差を大きく，広
い部分では小さくし，２つの部品の接合に用いることが
できるなど，応用性の広い光導波路が提供される。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下に添付図面を参照しながら，
本発明にかかる光導波路の好適な実施の形態について詳
細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質
的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一
の符号を付することにより重複説明を省略する。

【００２９】（第１の実施の形態）まず，ＵＶ照射によ
り屈折率を変化させることができる有機および無機ハイ
ブリッド膜の製法を説明する。図１は，本実施の形態に
かかる有機および無機ハイブリッド膜の組成を示す図で
ある。

【００３０】図１に示すように，無機材料Ａとしてテト
ラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）またはテトラメトキシシ
ラン（ＴＭＯＳ）の縮重合体のアルコール溶液を用い
る。有機材料Ｂとしては，アクリル樹脂を主鎖としてジ
メチルシラン構造体を側鎖に持つ樹脂を，アルコール中
に混合させた溶液を用いる。

【００３１】上記の無機材料Ａ，および有機材料Ｂを所
望の粘度に調整後，スピンコート法によりＳｉもしくは
ＳｉＯ２基板に塗布し，１００℃１５分の乾燥により，
有機および無機ハイブリッド膜が完成する。

【００３２】ただし，有機と無機材料の混合比には最適
値が存在する。図２は，有機および無機ハイブリッド膜
の膜厚と屈折率のアクリルシリコン樹脂含有量依存性を
示したものである。

【００３３】図２に示すように，有機材料の含有量が６
％以下であるＰ領域，６％〜６０％であるＱ領域，６０
％以上であるＲ領域に分けるとする。Ｐ領域では，膜に
ひび割れが生じ，Ｒ領域では膜にしわが発生し，共に表
面の平滑性が失われてしまう。よって，光導波路に使用
できるのは，Ｑ領域，すなわち有機材料の含有量が６％
〜６０％の範囲である。

【００３４】また，膜厚は有機材料の含有量が増えるに
つれて増加し，１度の塗布で約７μｍ程度まで形成する
ことができる。光導波路に使用できるのは，有機材料の
含有量の最適範囲であるＱ領域における膜厚，すなわち
約２μｍから７μｍである。このとき屈折率は約１．４
４〜１．４７の範囲であり，石英とほぼ同じ値である。

【００３５】次に，上記のように調整した膜を用いて光
導波路を作成する方法を説明する。図３は，本実施の形
態にかかる光導波路Ｓの作成方法を示す図である。本実
施の形態では，下部クラッド層６９に石英基板（屈折率
１．４５）を用い，コア層６７にほぼ同じ屈折率の有機
および無機ハイブリッド膜（有機成分含有量２０％，屈
折率１．４５）を形成する。コアの膜厚は例えば６μｍ
程度になるように，スピンコートと乾燥を２回繰り返
す。

【００３６】次に作成したいコア６５のパターン幅（例
えば６μｍ）と同一のスペースの空いたマスク６３（Ｕ
Ｖ光を照射したくないエリアはＣｒ等で遮光されてい
る）をコア層６７上に配置する。

【００３７】マスク６３のスペースパターンに沿って，
ＵＶレーザ６１を照射する。もちいたＵＶレーザ６１
は，Ａｒ−ＣＷレーザ（コヒーレント製３００Ｆｒｅ
ｄ，波長２４４ｎｍ）である。ＵＶレーザ６１は照射エ
リアが小さい（例えば０．５ｍｍ×２ｍｍ）ので，描画
長さがこれよりも大きい場合には基板またはレーザを移
動させる手段が必要である。

【００３８】本実施の形態ではＵＶレーザ６１の照射量
を２００Ｊ／ｃｍ^２とした。その結果，ＵＶレーザ６１
が照射された部分であるコア６５は，照射されていない
ところに比べて屈折率が１．４％増加した。これは，コ
アとクラッドとに必要な屈折率差０．２％〜０．８％を
十分満たす値である。また，屈折率変化の調整は，ＵＶ
レーザ６１の照射量を変えることで可能となる。

【００３９】コア層６７でＵＶレーザ６１の照射されて
いない部分は下部クラッド層６９と同じ屈折率であるか
ら，構造上，側部クラッドとなる。この膜上に，コア層
６７と同じ組成の有機および無機ハイブリッド膜を１０
μｍから１５μｍ塗布し，乾燥することで上部クラッド
７１が形成され，光導波路Ｓが完成する。

【００４０】このように本実施の形態によれば，真空装
置およびフォトリソグラフィ工程をまったく用いない
で，光導波路のコアとクラッド層とを作成することがで
き，また，屈折率の制御が容易なので，低コストで応用
性の広い光導波路が作成可能である。

【００４１】（第２の実施の形態）本実施の形態は，第
１の実施の形態で作成した光導波路にグレーティングを
作成するものである。まず，第１の実施の形態と同様，
図１に示す材料のアルコール溶液を用い，図３に示す手
順で有機および無機ハイブリッド膜を作成する。すなわ
ち，スピンコート法で塗布された有機および無機ハイブ
リッド膜のコア層において，マスクを用いて限定された
エリアにＵＶ光を照射して屈折率を変化させ，コアを作
成する。さらに上部クラッドとして同一材料を塗布して
光導波路を完成させる。ここでは，ＵＶ光の照射量は１
００Ｊ／ｃｍ^２とした。

【００４２】次に，図４を参照しながらグレーティング
の作成方法を説明する。図４は，本実施の形態にかかる
グレーティングの作成方法を示す図である。グレーティ
ングを作成するためには，位相マスク法が用いられる。

【００４３】図４に示すように，まずレーザ光源１（コ
ヒーレント製Ａｒ−ＣＷレーザ）から波長２４４ｎｍの
レーザ光４１が出力され，アッテネータ３を通過する。

【００４４】次に，ミラー５により方向を転換され，シ
リンドリカルレンズ７によりビーム径が調整されて位相
マスク９に照射される。この位相マスク９によりレーザ
光４３は回折され，縞模様の回折光４５が生じる。

【００４５】位相マスク９の下部に，クラッド１５が露
出した状態の有機および無機ハイブリッド膜による光導
波路１１を設置すると，回折光強度の高い部分でコア部
１７に局所的な屈折率変化が起こる。この導波路１１の
軸方向からレーザ光６１を入射させると，（式１）に示
す波長の光λｂ６３はブラッグ反射により入射端１９に
出射される。

【００４６】 λｂ＝２・ｎｅｆｆ・Λ （式１）ここで，ｎｅｆｆはグレーティング部のコア実効屈折
率，Λは導波路の屈折率変化の周期である。

【００４７】位相マスク９は，表面もしくは裏面のどち
らか一方に，回折格子１３となる凹凸パターンが形成さ
れている。この周期はΛの２倍となる。以下にその作成
方法を説明する。

【００４８】まず，石英ガラス基板にＣｒ薄膜をスッパ
タリングもしくは蒸着法により形成する。次に，電子ビ
ームリソグラフィ法により，Ｃｒ薄膜をパターニングす
る。このとき，ライン（Ｃｒ部）およびスペースを等寸
法Λとしておく。２Λが回折格子列の周期となる。

【００４９】その後，Ｃｒパターンをマスクとして下地
の石英を，イオンエッチング法を用いてエッチングし，
溝を形成する。Ｃｒ薄膜を酸により除去すると，石英基
板上に回折格子列１３が作成される。

【００５０】一方，通常，レーザ光４３の大きさは位相
マスク９の長さ（最大で１００ｍｍ程度）よりも小さい
ので，２５ｍｍ〜１００ｍｍ程度の長さのグレーティン
グを作成する場合には，ミラー５を移動させてレーザ光
４３を，位相マスク９の長手方向にスキャンする照射方
法となる。

【００５１】位相マスク９と光導波路１１との位置あわ
せは，予め位相マスク９と，導波路層もしくは石英基板
上に形成しておいたマーカー等（図示せず）により行
う。通常，位相マスク９に形成されている回折格子１３
の幅は，コア１７の幅と比較して非常に広く（例えば約
５ｍｍ〜１ｃｍ）なっている。

【００５２】このため，コアの側面の側部クラッド層に
もグレーティングが作成されることになる。これにより
グレーティングにおける反射帯域の短波長側の光がクラ
ッドへ漏れるのを押さえられるので，透過帯域の損失を
押さえる効果がある。

【００５３】また，レーザ光の照射量を１００Ｊ／ｃｍ
^２とすることで，グレーティングの屈折率変化はコアよ
りも７×１０^―３大きくなり，石英系導波路グレーティ
ングや，ファイバブラッググレーティングの屈折率変化
である１０^―３を十分上回っている。

【００５４】以上のように，本実施の形態によれば，有
機および無機ハイブリッド膜にコアを形成した後，さら
にグレーティングを作成することが可能であり，光導波
路部品への適用範囲が広くなる。また，コアの側面の側
部クラッド層にもグレーティングが作成できるので，グ
レーティングにおける反射帯域の短波長側の光がクラッ
ドへ漏れるのを押さえられ，透過帯域の損失を低減する
効果がある。

【００５５】（第３の実施の形態）本実施の形態では，
コアの屈折率を連続的に変化させて，コア径の異なる光
部品同士の接合に用いることができる，光導波路の作成
方法を示す。

【００５６】有機および無機ハイブリッド膜を作成する
方法は，第１および第２の実施の形態と同様である。す
なわち，図１に示した材料のアルコール溶液を用い，ス
ピンコート法により塗布する。

【００５７】本実施の形態では，下部クラッド層に石英
基板を用い，コア層にほぼ同じ屈折率の有機および無機
ハイブリッド膜（有機成分含有量２０％，屈折率１．４
５）を形成する。コアの膜厚は６μｍ程度になるよう
に，スピンコートと乾燥を２回繰り返す。

【００５８】次に，連続的に屈折率が変化するコアを作
成する。一般に光をコア中にシングルモード伝播させる
には，（式２）を満たす必要がある。また，（式３）は
開口数ＮＡを表している。Ｖ＝Ｋａ（ｎｃｏｒｅ^２−ｎｃｌａｄ^２）^１／２＜２．４０５（式２）ＮＡ＝ａ（ｎｃｏｒｅ^２−ｎｃｌａｄ^２）^１／２（式３）ただし，Ｖ：規格化周波数，Ｋ：真空中の波数，ａ：コ
ア径，ｎｃｏｒｅ：コアの屈折率，ｎｃｌａｄ：クラッ
ドの屈折率

【００５９】つまり，コア径を大きくするとコアとクラ
ッドとの屈折率差は小さくてよく，反対にコア径を小さ
くする場合には，コアとクラッドの屈折率差は大きくし
なければならない。

【００６０】図５は，本実施の形態にかかる光導波路Ｔ
を示す図である。光導波路Ｔは，コア幅および屈折率を
連続的に変化させた光導波路である。通常，半導体レー
ザとファイバーを接続する場合，半導体レーザから出射
する光は広がるため，ファイバとレーザとの距離を短く
しても，結合効率は１０％程度しか得られない。

【００６１】図５に示すように，有機および無機ハイブ
リッド膜光導波路Ｔは，半導体レーザ（ＬＤ）８１とフ
ァイバ８７を結合させるため，コア幅，および屈折率が
連続的に変化するコア８３を有する。

【００６２】ＬＤ８１に結合させる側のコア８３は，コ
ア幅を大きくして広がる光を受光しやすくし，屈折率差
は小さくする。ファイバー８７に結合させる側のコア８
３は，細いファイバーの開口部に合うように幅を狭く
し，屈折率差は大きくする。こうすれば，ＬＤとファイ
バのように異なるコア幅のものとの結合効率を向上させ
ることができるようになる。

【００６３】次に，有機および無機ハイブリッド膜光導
波路Ｔの作成方法を示す。まず，図１に示した材料のア
ルコール溶液を用い，スピンコート法により，膜厚が約
６μｍになるように有機および無機ハイブリッド膜を塗
布し，コア層を形成する。

【００６４】次に，コアのパターニングのため，例えば
片側で６μｍ，もう一方の端で８μｍに徐々に変化させ
たスペースを有するマスクをコア層上に配置する。この
スペースパターンに沿って，ＵＶ光を照射する。用いた
ＵＶ光は，Ａｒ−ＣＷレーザ（コヒーレント製３００Ｆ
ｒｅｄ，波長２４４ｎｍ）である。ＵＶ光は照射エリア
が小さい（例えば０．５ｍｍ×２ｍｍ）ので，描画長さ
がこれよりも大きい場合には基板またはレーザを移動さ
せる手段が必要である。

【００６５】本実施の形態では，照射量を６μｍ部分で
は１００Ｊ／ｃｍ^２，８μｍ部分では５６Ｊ／ｃｍ^２と
し，その間は徐々に変化するようにした。照射量は以下
のように考えることができる。

【００６６】レーザの照射エリアは，約長さ２ｍｍ×幅
０．５ｍｍである。レーザの出力は，５０ｍＷであるか
ら，単位面積あたりの照射量は５Ｗ／ｃｍ^２となる。レ
ーザの照射エリアよりも導波路が長い場合（例えば１ｃ
ｍの長さ）に，レーザ照射エリアの長手方向にスキャン
するとしたとき，導波路上のある部分での照射量は，ス
キャン速度に依存する。

【００６７】つまり，照射量（Ｊ／ｃｍ^２）＝単位面積あたりの照射量（Ｗ／
ｃｍ^２）×レーザの長手方向の照射エリア（２ｍｍ）／
スキャン速度（ｍｍ／ｓｅｃ）となる。

【００６８】照射量を変化させるためには，大きく分け
て２つの手段がある。１つは，アッテネータを介してレ
ーザ光を照射させ，単位面積あたりの照射量を徐々に変
化させるように調整する方法である。他の一つは，レー
ザ照射量を一定にして，導波路基板もしくはレーザ光の
スキャンスピードを徐々に変化するようにする方法であ
る。

【００６９】このようにして作成したコア上に，コア層
と同じ組成の有機および無機ハイブリッド膜を１０μｍ
〜１５μｍ塗布し，乾燥することで上部クラッド層が形
成され，連続的にコアの屈折率および幅が変化した光導
波路膜が完成する。

【００７０】本実施の形態では，有機および無機ハイブ
リッド膜に，コア幅を連続的に変化させたマスクを用
い，ＵＶ光の照射量を連続的に変化させることにより，
コアの屈折率と幅を連続的に変化させることができるの
で，異なるコア径を持つ光部品同士の接合に用いること
が可能な光導波路を提供できる。

【００７１】（第４の実施の形態）本実施の形態では，
有機および無機ハイブリッド膜を用いて，導波路基板上
に光配線のように光導波路を配線する手段について説明
する。光導波路基板上にコアを効率よく配置するために
は，曲線部のコアの曲率を大きくする必要がある。しか
しながら，光の，コアへの閉じ込め効果の小さい（つま
りシングルモードファイバのようにコアとクラッドとの
屈折率差の小さい）光導波路の曲率を大きくすると，ク
ラッドに光が漏れてしまい，大きな損失となる。

【００７２】本実施の形態では，光導波路基盤上に光導
波路を効率よく集積するため，コアの曲げ部分の曲率を
大きくできるように，曲げ部分の光の閉じ込め効果の大
きい（クラッドとコアとの屈折率差が大きい）導波路の
形成方法を説明する。

【００７３】まず，他の実施の形態と同様，図１に示し
た材料のアルコール溶液を，石英基板上に塗布し，コア
層を形成する。次に，曲げ部分を最大屈折率差にして，
直線部分から徐々に屈折率が変化するコアを作成する。

【００７４】通常のファイバでは，モードフィールド径
（コア径に比例する）が８μｍ程度（コアとクラッドの
屈折率差が約０．３％）であるから，最大曲げ率は４ｃ
ｍ程度となる。このモードフィールド径が小さくなれ
ば，曲げ半径をさらに小さくすることができる。

【００７５】ただし，ここでもシングルモード伝播が条
件なので，（式２）を満たす必要がある。よって，コア
とクラッドとの屈折率差を，最大で１．４％とした場
合，コア径は最小約３．７ミクロンとすることができ
る。このときの最大曲げ半径はほぼ２．５ｍｍとなり，
従来の１６倍の曲率が得られる。

【００７６】図６は本実施の形態にかかる光導波路Ｙを
示す図である。光導波路Ｙは，コア幅，およびコア部９
１とクラッド部９３との屈折率差を連続的に変化させ，
曲線部は屈折率差を大きして，コア幅を小さく，曲率を
大きくしたものである。

【００７７】以下に，光導波路Ｙの作成方法を示す。ま
ず，他の実施の形態と同様の方法で有機および無機ハイ
ブリッド膜を作成する。すなわち，図１に示した材料の
アルコール溶液を用い，スピンコート法により，膜厚が
約６μｍになるように有機および無機ハイブリッド膜を
光導波路基板９５に塗布し，コア層を形成する。

【００７８】次に，コア部９１のパターン幅を変えるた
め，例えば直線部分で８μｍ，曲線部分で３．７μｍに
徐々にスペースを変化させたマスク（ＵＶ光を照射した
くない部分は，Ｃｒ等で遮光されている）を光導波路上
に配置する。

【００７９】次にこのスペースパターンに沿って，ＵＶ
光を照射する。用いたＵＶ光は，Ａｒ−ＣＷレーザ（コ
ヒーレント製３００Ｆｒｅｄ，波長２４４ｎｍ）であ
る。ＵＶ光は照射エリアが小さい（例えば０．５ｍｍ×
２ｍｍ）ので，描画長さがこれよりも大きい場合には基
板またはレーザを移動させる手段が必要である。

【００８０】本実施の形態では，照射量を８μｍ部分で
は５６Ｊ／ｃｍ^２，３．７μｍ部分では２００Ｊ／ｃｍ
^２とし，その間は徐々に変化するようにした。

【００８１】照射量を変化させるためには，大きく分け
て２つの手段がある。１つは，アッテネータを介してレ
ーザ光を照射させ，単位面積あたりの照射量を徐々に変
化させるように調整する方法である。他の一つは，レー
ザ照射量を一定にして，導波路基板もしくはレーザ光の
スキャンスピードを徐々に変化するようにする方法であ
る。

【００８２】このようにして作成したコア上に，コア層
と同じ組成の有機および無機ハイブリッド膜を１０μｍ
〜１５μｍ塗布し，乾燥することで上部クラッド層が形
成され，光導波路の曲げ部分を小さくすることができ
る，高集積化が可能な，連続的にコアの屈折率および幅
が変化した光導波路膜が完成する。

【００８３】以上のように，本実施の形態によれば，光
導波路の曲げ部分のクラッドとコアとの屈折率差を大き
くし，かつコアの幅を小さくすることができるので，曲
げ半径を通常のシングルモードファイバの１／１６にす
ることができる。よって，光導波路基板上に集積できる
光導波路の量を増やすことができ，低コスト化が図られ
る。

【００８４】以上，添付図面を参照しながら本発明にか
かる光導波路の好適な実施形態について説明したが，本
発明はかかる例に限定されない。当業者であれば，特許
請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各
種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであ
り，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属す
るものと了解される。

【００８５】例えば，有機および無機ハイブリッド膜に
用いられる有機材料はＴＥＯＳおよびＴＭＯＳ，および
それらの縮重合体の混合されたものでもよい。材料およ
びその混合比を変えることで，有機および無機ハイブリ
ッド膜の屈折率を変えることが可能である。

【００８６】

【発明の効果】以上説明したように，本発明によれば，
低コストかつ屈折率制御が容易な応用性の広い光導波路
を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる有機および無機ハイブリッド膜
の組成を示す図である。

【図２】本発明にかかる有機および無機ハイブリッド膜
の膜厚と屈折率のアクリルシリコン樹脂含有量依存性を
示したものである。

【図３】第１の実施の形態にかかる光導波路Ｓの作成方
法を示す図である。

【図４】第２の実施の形態にかかるグレーティングの作
成方法を示す図である。

【図５】第３の実施の形態にかかる光導波路Ｔを示す図
である。

【図６】第４の実施の形態にかかる光導波路Ｙを示す図
である。

【図７】無機系導波路グレーティングの作成方法を示す
図である。

【図８】従来の技術による曲線状のコア部９７を有する
光導波路を示す図である。

【符号の説明】

６１ＵＶレーザ６３マスク６５コア６７コア層６９下部クラッド７１上部クラッドＳ光導波路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導波路の組成を有機および無機ハイブリ
ッド膜とし，前記無機成分を，テトラエトキシシラン，
テトラエトキシシランの縮重合体，テトラメトキシシラ
ン，およびテトラメトキシシランの縮重合体より構成さ
れたグループから選択されたいずれか一つの物質，また
は，前記グループから選択された複数の物質の混合物と
し，前記有機成分を，アクリル樹脂とし，ＵＶ光を照射
することにより，前記有機および無機ハイブリッド膜の
屈折率を上昇させることを特徴とする光導波路。
【請求項２】前記屈折率が上昇した部分をコアとする
ことを特徴とする請求項１に記載の光導波路。
【請求項３】前記アクリル樹脂を，アクリルおよびシ
リコン変性樹脂とすることを特徴とする請求項１に記載
の光導波路。
【請求項４】前記アクリル樹脂を，アクリル樹脂に含
まれるカルボキシル基に，アルキル基，またはアルキル
基を介在して，トリアルコキシシラン基，またはアルコ
ール基，またはジシラン基を結合させた，アクリルおよ
びシリコン変性樹脂とすることを特徴とする請求項１に
記載の光導波路。
【請求項５】前記有機および無機ハイブリッド膜中の
有機成分の比率を６％〜６０％としたことを特徴とする
請求項１に記載の光導波路。
【請求項６】前記ＵＶレーザ光の波長を１９３ｎｍ〜
４００ｎｍとすることを特徴とする請求項１に記載の光
導波路。
【請求項７】前記コア上に，屈折率が周期的に変化し
た領域を設けることを特徴とする請求項２に記載の光導
波路。
【請求項８】前記コアの屈折率変化を連続的変化とす
ることを特徴とする請求項２に記載の光導波路。
【請求項９】前記コアの幅を連続的に変化させたこと
を特徴とする請求項２に記載の光導波路。
【請求項１０】前記コアの屈折率変化を連続的変化と
し，かつ，前記コアの幅を連続的に変化させたことを特
徴とする請求項２に記載の光導波路。