JP2001272562A - Method for manufacturing quartz-base optical waveguide - Google Patents

Method for manufacturing quartz-base optical waveguide

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JP2001272562A
JP2001272562A JP2000086616A JP2000086616A JP2001272562A JP 2001272562 A JP2001272562 A JP 2001272562A JP 2000086616 A JP2000086616 A JP 2000086616A JP 2000086616 A JP2000086616 A JP 2000086616A JP 2001272562 A JP2001272562 A JP 2001272562A
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glass
core
waveguide
sintering
porous glass
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JP2000086616A
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Shigeru Hirai
茂 平井
Takashi Sasaki
隆 佐々木
Nobuhiro Akasaka
伸宏 赤坂
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a quartz-base optical waveguide capable of manufacturing the quartz-base optical waveguide having a good upper clad film which prevents the remaining of air bubbles in the slight spacings between adjacent core waveguides of the optical waveguide in which the plural core waveguides are adjacent to each other with high productivity. SOLUTION: The method for manufacturing the quartz-base glass waveguide which forms a porous glass layer consisting of quartz glass containing a dopant on a quartz substrate formed with the core waveguides on the surface, then forms the upper clad layer vitrified to transparent glass by sintering the porous glass layer consists in forming the porous glass layer in such a manner that its bulk density attains a range of 0.05 to 0.15 g/cm3 and sintering the porous glass layer under conditions of 1,250 to 1,350 deg.C in sintering temperature and 30 to 120 minutes sintering time.

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、石英系光導波路の
製造方法に関し、特に光分岐、光合分波機能を有する光
回路のように複数のコア導波路が隣接する光導波路で、
隣接するコア導波路間の微小な隙間部に気泡が残留する
ことのない良好な上部クラッド膜を有する石英系光導波
路が生産性高く製造可能な石英系光導波路の製造方法に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a silica-based optical waveguide, and more particularly to an optical waveguide having a plurality of core waveguides adjacent to each other, such as an optical circuit having an optical branching and optical multiplexing / demultiplexing function.
The present invention relates to a method of manufacturing a silica-based optical waveguide having a good upper clad film with no bubbles remaining in a minute gap portion between adjacent core waveguides, with high productivity.

【0002】[0002]

【従来の技術】光ファイバを光伝送線路として使用する
光通信装置の技術分野において、石英ガラス基板上に光
導波路コアを形成し、この光導波路コアを覆って上部ク
ラッド層となるガラススートを層状に堆積した後、該ス
ート層を加熱溶融して透明な上部クラッド層を形成した
光導波路が使用されている。このような光導波路の製造
工程においては、上部クラッド層は通常25〜50μm
程度の厚さに形成されるが、この厚さの上部クラッド層
を形成するためには厚さ250〜600μmの多孔質ガ
ラス層を形成してこれを焼結する必要があり、焼結の際
に多孔質ガラスの収縮による基板の変形や気泡の発生、
残留などの問題があった。
2. Description of the Related Art In the technical field of an optical communication device using an optical fiber as an optical transmission line, an optical waveguide core is formed on a quartz glass substrate, and a glass soot serving as an upper cladding layer is formed over the optical waveguide core. Then, an optical waveguide is used in which the soot layer is heated and melted to form a transparent upper clad layer. In the manufacturing process of such an optical waveguide, the upper cladding layer usually has a thickness of 25 to 50 μm.
In order to form an upper clad layer of this thickness, it is necessary to form a porous glass layer having a thickness of 250 to 600 μm and sinter it. In addition, deformation of the substrate and generation of bubbles due to shrinkage of the porous glass,
There were problems such as residue.

【0003】このような問題に対処するため、種々の改
良方法が提案されている。例えば、特開平7−1206
32号公報には、基板上に多孔質ガラスを堆積させる際
に、多孔質ガラス形成用バーナの隣にガラス原料ガスを
供給しない別の酸水素バーナを配置し、多孔質ガラス形
成用バーナにより基板上に堆積させた多孔質ガラスを、
上記別の酸水素バーナで熱処理することにより、基板上
に堆積した多孔質ガラスの嵩密度(0.2g/cm3
を向上させ(実施例によれば熱処理用酸水素バーナを設
けない場合の嵩密度が0.2g/cm3 であるのに対
し、酸水素バーナで熱処理することにより0.7g/c
3 としている)、その後の焼結処理による透明ガラス
化の際の収縮を最小限に抑える方法が開示されている。
また、焼結の際の気泡の発生や残留を防止する方法とし
ては、上部クラッド層となるべきスート層において、光
導波路コアに近接する下層部分に上層の箇所よりも融点
を低くするドーパント材を多く添加し、光導波路コア近
傍が上層よりも加熱による溶融ガラス化が先行して行わ
れるようにし、内部に含まれるガス体が上層の未だ溶融
していないスート層内に脱出して、ガラス化したクラッ
ド層内に気泡が残留しないようにする方法(特開平5−
319842号公報)、多孔質ガラスを焼結する際に焼
結炉内の圧力を変化させることによりクラッドガラス中
の気泡をなくす方法、すなわち、減圧にすることにより
ガラス溶融時の泡抜きを行い、その後、加圧することに
よりクラッドガラス中に残留する泡を消滅させる方法
(特開平8−62444号公報)などが提案されてい
る。
[0003] In order to cope with such a problem, various improvement methods have been proposed. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-1206
Japanese Patent Publication No. 32 (1995) discloses that, when depositing porous glass on a substrate, another oxyhydrogen burner that does not supply a glass source gas is arranged next to the porous glass forming burner, and the substrate is formed by the porous glass forming burner. Porous glass deposited on top,
The bulk density (0.2 g / cm 3 ) of the porous glass deposited on the substrate by heat treatment with the above another oxyhydrogen burner
(According to the embodiment, the bulk density is 0.2 g / cm 3 when no oxyhydrogen burner for heat treatment is provided, but 0.7 g / c
is set to m 3), how to minimize shrinkage during vitrification is disclosed by the subsequent sintering process.
In addition, as a method for preventing the generation and remaining of bubbles at the time of sintering, in a soot layer to be an upper clad layer, a dopant material that lowers a melting point in a lower layer portion close to an optical waveguide core than a portion in an upper layer is used. Add more so that the vitrification by heating occurs near the upper part of the optical waveguide core before the upper layer, and the gas contained therein escapes into the upper unmelted soot layer and vitrifies. For preventing air bubbles from remaining in the formed cladding layer (Japanese Unexamined Patent Publication No.
No. 319842), a method of eliminating bubbles in the clad glass by changing the pressure in the sintering furnace when sintering the porous glass, that is, performing degassing when melting the glass by reducing the pressure, Thereafter, a method of eliminating bubbles remaining in the clad glass by applying pressure (Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-62444) has been proposed.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上記の焼結の際の気泡
の発生や残留を防止する方法のうち、融点を低くするド
ーパントを添加する方法の場合には、融点を低くするド
ーパントとしてP2 5及びB2 3 が用いられる。ガ
ラス中のP2 5 は屈折率を高め、B2 3 は屈折率を
下げる作用を有している。光導波路コアに近接する下層
のスート層ではP 2 5 及びB2 3 を多く添加し、上
層方向に行くに従い徐々に添加量を低減させていく場
合、クラッドの厚み方向に屈折率分布の変動が生じやす
くなってしまう。それによって、光導波路の光学特性に
おける制御性、安定性が損なわれやすくなるという問題
がある。また、焼結時に圧力を変化させる方法では、ヒ
ータを備えた気密性に優れたチャンバー設備が必要であ
り、更に高温加熱中でも気密度が変化しないような耐熱
性が要求される。そのため、従来使用されているパージ
ガス供給部やヒータのみが設置された焼結設備に比べて
設備費用が高くなるという問題があり、また、焼結時の
圧力調整という比較的煩雑な作業・操作が必要である。
SUMMARY OF THE INVENTION Bubbles during the above sintering
Of methods to prevent the generation and residue of
-In the case of adding punts, dope to lower the melting point
-P as a puntTwoOFiveAnd BTwoOThreeIs used. Moth
P in the lathTwoOFiveIncreases the refractive index and BTwoOThreeIs the refractive index
Has the effect of lowering. Lower layer close to optical waveguide core
In the soot layer of P TwoOFiveAnd BTwoOThreeAdd a lot of
When the amount of addition is gradually reduced in the layer direction
In the case, the refractive index distribution tends to fluctuate in the thickness direction of the clad.
It will get worse. As a result, the optical characteristics of the optical waveguide
Problem that controllability and stability are easily impaired
There is. In the method of changing the pressure during sintering,
Air-tight chamber equipment equipped with
Heat resistance so that the airtightness does not change even during high temperature heating
Is required. For this reason, the conventionally used purge
Compared to sintering equipment with only gas supply and heater
There is a problem that the equipment cost is high, and
Relatively complicated operations and operations of pressure adjustment are required.

【0005】本発明はこのような従来技術の実状に鑑
み、光分岐、光合分波機能を有する光回路のように複数
のコア導波路が隣接する光導波路で、隣接するコア導波
路間の微小な隙間部に気泡が残留することのない良好な
上部クラッド膜を有する石英系光導波路が生産性高く製
造可能な石英系光導波路の製造方法を提供しようとする
ものである。
The present invention has been made in view of the state of the prior art as described above, and is an optical waveguide in which a plurality of core waveguides are adjacent to each other, such as an optical circuit having an optical branching and optical multiplexing / demultiplexing function. It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a silica-based optical waveguide that can produce a silica-based optical waveguide having a good upper clad film without leaving air bubbles in a small gap portion with high productivity.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
する手段として次の(1)〜(5)の態様を含むもので
ある。 (1)表面にコア導波路を形成した石英基板上に、前記
コア導波路を覆うように火炎堆積法によりドーパントを
含んだ石英ガラスからなる多孔質ガラス層を形成した
後、該多孔質ガラス層を焼結して透明ガラス化した上部
クラッド層を形成する石英系ガラス導波路の製造方法に
おいて、前記多孔質ガラス層を嵩密度が0.05〜0.
15g/cm3 の範囲となるように形成し、かつ焼結温
度が1250〜1350℃、焼結時間が30〜120分
間の条件で焼結することを特徴とする石英系ガラス導波
路の製造方法。 (2)前記コア導波路が、基板上に屈折率増加用ドーパ
ントを添加した石英ガラスからなるコアガラス膜を形成
した後、該コアガラス膜をホトリソグラフィー及び反応
性イオンエッチングにより断面矩形状に形成したコア導
波路であることを特徴とする前記(1)の石英系ガラス
導波路の製造方法。 (3)火炎堆積法によって形成される前記多孔質ガラス
層が0.9〜2wt%のP2 5 及び0.9〜2wt%
のB2 3 をドーパントとして含むことを特徴とする前
記(1)又は(2)の石英系ガラス導波路の製造方法。 (4)火炎堆積法による前記多孔質ガラス層の形成が、
基板を100〜400℃に加熱するとともに、酸水素火
炎におけるH2 /O2 流量比率を0.25〜0.50に
制御して行われることを特徴とする前記(1)〜(3)
のいずれか1つの石英系ガラス導波路の製造方法。 (5)前記基板の加熱が、基板の下側に設置されたヒー
タで行われることを特徴とする前記(4)の石英系ガラ
ス導波路の製造方法。
The present invention includes the following aspects (1) to (5) as means for solving the above-mentioned problems. (1) On a quartz substrate having a core waveguide formed on a surface thereof, a porous glass layer made of quartz glass containing a dopant is formed by a flame deposition method so as to cover the core waveguide, and then the porous glass layer is formed. In the method for manufacturing a quartz glass waveguide in which an upper clad layer is formed by sintering a transparent glass to form a transparent glass, the porous glass layer has a bulk density of 0.05 to 0.1.
15 g / cm 3 of formed so as to range, and the sintering temperature is 1250 to 1350 ° C., the production method of silica-based glass waveguides sintering time is characterized by sintering under the conditions of 30 to 120 minutes . (2) After forming a core glass film made of quartz glass to which a refractive index increasing dopant is added on the substrate, the core waveguide is formed in a rectangular cross section by photolithography and reactive ion etching. (1) The method for manufacturing a silica-based glass waveguide according to (1) above, wherein (3) The porous glass layer formed by the flame deposition method has P 2 O 5 of 0.9 to 2 wt% and 0.9 to 2 wt%.
Method for producing a silica-based glass waveguide of said (1) or (2) to the B 2 O 3, characterized in that it comprises as a dopant. (4) The formation of the porous glass layer by the flame deposition method
The above (1) to (3), wherein the heating is performed by heating the substrate to 100 to 400 ° C. and controlling the H 2 / O 2 flow ratio in the oxyhydrogen flame to 0.25 to 0.50.
The manufacturing method of any one of the silica-based glass waveguides. (5) The method for manufacturing a quartz-based glass waveguide according to (4), wherein the heating of the substrate is performed by a heater provided below the substrate.

【0007】[0007]

【発明の実施の形態】表面にコア導波路を形成した石英
基板上に、該コア導波路を覆うように前記石英基板上に
火炎堆積法によりドーパントを含んだ石英ガラスからな
る多孔質ガラス層を形成した後、該多孔質ガラス層を焼
結して透明ガラス化した上部クラッド層を形成する石英
系ガラス導波路を製造する場合、通常では隣接するコア
導波路間の微小(1〜2μm)な間隙部に気泡が残留し
やすい。なお、コア導波路の形成方法としては、例え
ば、必要によりアンダークラッド層を形成させた基板上
に屈折率増加用ドーパントを添加した石英ガラスからな
るコアガラス膜を形成した後、該コアガラス膜をホトリ
ソグラフィー及びイオンエッチングにより加工して断面
矩形状のコア導波路を形成するなどの方法が一般的であ
る。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION On a quartz substrate having a core waveguide formed on its surface, a porous glass layer made of quartz glass containing a dopant is deposited on the quartz substrate by a flame deposition method so as to cover the core waveguide. After the formation, the porous glass layer is sintered to form a transparent vitrified upper cladding layer. In the case of manufacturing a silica glass waveguide, usually, a minute (1 to 2 μm) between adjacent core waveguides is small. Air bubbles are likely to remain in the gap. As a method of forming the core waveguide, for example, after forming a core glass film made of silica glass to which a refractive index increasing dopant is added on a substrate on which an under cladding layer is formed as necessary, the core glass film is formed. A general method is to form a core waveguide having a rectangular cross section by processing by photolithography and ion etching.

【0008】焼結前のコア導波路近傍に形成された多孔
質ガラス層の状態を図1に示す。通常、コア導波路2が
形成された石英基板1の表面に形成される多孔質ガラス
層3は、コア導波路2の根元の部分やコア導波路2の間
の狭い隙間4には充填されないで、隙間4を残したまま
コア導波路2の上部に堆積する。その後、焼結の際にコ
ア導波路2の上部の多孔質ガラスが軟化・流動して隙間
4を埋め込んでいき、上部クラッドガラス層が形成され
る。
FIG. 1 shows the state of the porous glass layer formed near the core waveguide before sintering. Usually, the porous glass layer 3 formed on the surface of the quartz substrate 1 on which the core waveguide 2 is formed is not filled in the root portion of the core waveguide 2 or the narrow gap 4 between the core waveguides 2. Is deposited on the upper part of the core waveguide 2 with the gap 4 left. Thereafter, at the time of sintering, the porous glass on the upper part of the core waveguide 2 softens and flows and fills the gap 4 to form an upper clad glass layer.

【0009】ここで、模式的に図2に示すように、多孔
質ガラス層3を構成するガラス微粒子5の凝集度が高す
ぎる場合、すなわち、ガラス微粒子5間の隙間が少なす
ぎる場合は、焼結過程においてガラス微粒子5が凝集・
一体化する際にコア導波路2の間に存在する気泡がガラ
ス微粒子5間を通過しづらくなり、結果としてコア導波
路2の間の微小(1〜2μm)な間隙部に気泡が残留し
やすい。一方、図3に示すように多孔質ガラス層3を構
成するガラス微粒子5の凝集度が低い場合、すなわち、
ガラス微粒子5間の隙間がある程度大きい場合は、焼結
過程においてガラス微粒子5が凝集・一体化する際にコ
ア導波路2の間に存在する気泡がガラス微粒子5間を通
過しやすく、気泡が残留しない。
Here, as schematically shown in FIG. 2, if the degree of aggregation of the glass particles 5 constituting the porous glass layer 3 is too high, that is, if the gap between the glass particles 5 is too small, firing is performed. During the sintering process, the glass particles 5
At the time of integration, bubbles existing between the core waveguides 2 become difficult to pass between the glass microparticles 5, and as a result, bubbles are likely to remain in minute (1 to 2 μm) gaps between the core waveguides 2. . On the other hand, as shown in FIG. 3, when the degree of aggregation of the glass particles 5 constituting the porous glass layer 3 is low,
When the gap between the glass particles 5 is large to some extent, bubbles existing between the core waveguides 2 easily pass through the glass particles 5 when the glass particles 5 are aggregated and integrated in the sintering process, and the bubbles remain. do not do.

【0010】ここで多孔質ガラス層を構成するガラス微
粒子の凝集度を反映する定量的パラメータとして、総重
量/(基板面積×多孔質体の厚み)で定義される嵩密度
が考えられる。嵩密度が小さいことは、多孔質ガラス層
を構成するガラス微粒子の凝集度が低いことを表し、逆
に、嵩密度が大きいことは、多孔質ガラス層を構成する
ガラス微粒子の凝集度が高いことを表す。コア導波路が
形成された石英基板の表面に形成された多孔質ガラス層
の嵩密度の、焼結の際にコア導波路間への残留気泡発生
率へ及ぼす影響を調べるため、幅7μm、高さ7μm、
長さ1mmのコア導波路を2μmの間隔で形成した石英
基板上に、ドーパントとしてP2 5 :1.3wt%及
びB2 3 0.9wt%を含む多孔質ガラス層を、嵩密
度を変えて形成した。この多孔質ガラス層を1300℃
の温度で60分間焼結し隣接するコア導波路間に残留す
る気泡状態を調べた。
Here, as a quantitative parameter that reflects the degree of aggregation of the glass fine particles constituting the porous glass layer, a bulk density defined by total weight / (substrate area × thickness of the porous body) can be considered. A low bulk density indicates that the degree of aggregation of the glass particles constituting the porous glass layer is low, and a high bulk density indicates that the degree of aggregation of the glass particles constituting the porous glass layer is high. Represents In order to examine the effect of the bulk density of the porous glass layer formed on the surface of the quartz substrate on which the core waveguide was formed on the rate of residual bubbles generated between the core waveguides during sintering, a width of 7 μm and a height of 7 μm were investigated. 7 μm,
A porous glass layer containing 1.3 wt% of P 2 O 5 and 0.9 wt% of B 2 O 3 as dopants was formed on a quartz substrate on which core waveguides having a length of 1 mm were formed at intervals of 2 μm. Changed and formed. This porous glass layer is heated at 1300 ° C.
At 60 ° C. for 60 minutes and the state of bubbles remaining between adjacent core waveguides was examined.

【0011】このようにして調べた多孔質ガラス層の嵩
密度とコア間隔部における残留気泡発生比率との関係を
図4に示す。ここで、コア間隔部における残留気泡発生
比率は4インチ石英基板内に配置された20個の隣接コ
ア導波路間に残留した気泡発生比率を示している。図4
から多孔質ガラス層の嵩密度が0.05〜0.15g/
cm3 の範囲ではほとんど残留気泡の発生はなく、ま
た、多孔質ガラスにひび割れが生じることもなく、良好
な品質の上部クラッド層を得ることができるが、多孔質
ガラス層の嵩密度が0.15g/cm3 を超えると、気
泡発生比率が上がることがわかった。また、嵩密度が
0.05g/cm3 未満では多孔質ガラス層にひび割れ
が起こり、石英基板から剥離する不具合が頻発した。し
たがって、隙間の狭い隣接するコア導波路間に気泡が残
留することがなく、良好な上部クラッドを作製するため
には、多孔質ガラス層の嵩密度は0.05〜0.15g
/cm 3 の範囲が適切である。
[0011] The bulk of the porous glass layer thus determined
The relationship between the density and the residual bubble generation ratio in the core space
As shown in FIG. Here, generation of residual air bubbles in the core space
The ratio is 20 adjacent cores arranged in a 4 inch quartz substrate.
A shows a bubble generation ratio remaining between the waveguides. FIG.
From the bulk density of the porous glass layer is 0.05 to 0.15 g /
cmThreeIn the range, almost no residual air bubbles are generated.
Also good, no cracks in the porous glass
Quality upper clad layer
The bulk density of the glass layer is 0.15 g / cmThreeBeyond
It was found that the bubble generation ratio increased. Also, the bulk density is
0.05g / cmThreeBelow, the porous glass layer is cracked
Occurred, and the defect of peeling off from the quartz substrate occurred frequently. I
Therefore, air bubbles remain between adjacent core waveguides with a narrow gap.
To make a good upper clad
, The bulk density of the porous glass layer is 0.05 to 0.15 g
/ Cm ThreeIs appropriate.

【0012】多孔質ガラス層に添加するドーパントとし
てはP2 5 及びB2 3 があげられる。P2 5 、B
2 3 の添加濃度が高すぎる場合、石英基板との熱膨張
率の差異が大きくなり偏波依存性が劣化してしまう。ま
た、P2 5 、B2 3 の添加濃度が低すぎる場合、石
英基板が変形しない範囲で焼結温度を高くしても多孔質
ガラス層が未焼結のままとなり、光散乱が大きくなって
しまう。また、同時にP2 5 、B2 3 の添加濃度が
低すぎる場合、コアとOC(オーバークラッド)との界
面に結晶が発生しやすくなってしまう。偏波依存性が良
好で光透過性が優れた光導波路を作製するためには、P
2 5 、B2 3 の添加濃度としてそれぞれ0.9〜2
wt%の範囲が適切である。
As dopants to be added to the porous glass layer, there are P 2 O 5 and B 2 O 3 . P 2 O 5 , B
If the added concentration of 2 O 3 is too high, the difference in the coefficient of thermal expansion from the quartz substrate becomes large, and the polarization dependence is deteriorated. If the addition concentration of P 2 O 5 or B 2 O 3 is too low, the porous glass layer remains unsintered even if the sintering temperature is increased within a range where the quartz substrate is not deformed, and light scattering is large. turn into. At the same time, if the addition concentration of P 2 O 5 or B 2 O 3 is too low, crystals tend to be generated at the interface between the core and OC (overcladding). In order to manufacture an optical waveguide having good polarization dependence and excellent light transmittance, P
The added concentration of 2 O 5 and B 2 O 3 is 0.9 to 2 respectively.
A range of wt% is appropriate.

【0013】多孔質ガラス層の嵩密度を決めるパラメー
タとしては、多孔質ガラス中のP25 、B2 3 の添
加濃度、多孔質ガラス堆積面の温度があげられる。ここ
で上記のP2 5 、B2 3 添加濃度領域内では濃度が
変わっても嵩密度の変化は大きくなく、主に多孔質ガラ
ス堆積面の温度によって嵩密度が決まることになる。ま
た、多孔質ガラス堆積面の温度は、酸水素火炎における
堆積面での温度、多孔質ガラスが堆積されるときの基板
表面温度によって左右される。酸水素火炎における堆積
面の温度はH2 /O2 流量、また、基板表面温度は基板
が置かれるテーブル下部に設置されるヒータによって調
整可能である。
The parameters for determining the bulk density of the porous glass layer include the addition concentration of P 2 O 5 and B 2 O 3 in the porous glass and the temperature of the porous glass deposition surface. Here, in the above-mentioned P 2 O 5 and B 2 O 3 addition concentration region, even if the concentration changes, the change in the bulk density is not large, and the bulk density is determined mainly by the temperature of the porous glass deposition surface. Further, the temperature of the porous glass deposition surface depends on the temperature of the deposition surface in the oxyhydrogen flame and the substrate surface temperature when the porous glass is deposited. The temperature of the deposition surface in the oxyhydrogen flame can be adjusted by the H 2 / O 2 flow rate, and the substrate surface temperature can be adjusted by a heater installed below the table on which the substrate is placed.

【0014】そこで、多孔質ガラス層の嵩密度が0.0
5〜0.15g/cm3 となる酸水素火炎におけるH2
/O2 流量、ヒータ加熱される基板表面温度を調べた。
その結果、図5に示したように、酸水素火炎におけるH
2 /O2 流量比率が0.25〜0.50で、かつ加熱さ
れた基板温度が100〜400℃であれば、多孔質ガラ
ス層の嵩密度が0.05〜0.15g/cm3 の領域に
入ることがわかった。基板温度が100℃未満の場合、
多孔質ガラス層にひび割れが発生しやすかった。また、
基板温度が400℃を超える場合ヒータ加熱による昇温
に時間を要してしまい(60分以上)、生産性の点で不
利と考えられた。
Therefore, the bulk density of the porous glass layer is 0.0
H 2 in an oxyhydrogen flame of 5 to 0.15 g / cm 3
The / O 2 flow rate and the substrate surface temperature heated by the heater were examined.
As a result, as shown in FIG.
When the 2 / O 2 flow ratio is 0.25 to 0.50 and the temperature of the heated substrate is 100 to 400 ° C., the bulk density of the porous glass layer is 0.05 to 0.15 g / cm 3 . Turned out to enter the area. If the substrate temperature is less than 100 ° C,
Cracks were easily generated in the porous glass layer. Also,
When the substrate temperature exceeds 400 ° C., it takes time (60 minutes or more) to raise the temperature by heating the heater, which is considered to be disadvantageous in terms of productivity.

【0015】次に、多孔質ガラス層の焼結条件(温度、
時間)によって、コア間隔部における残留気泡発生度が
どのように変化するのかに関しても調べた。図4に示し
た試験で使用したのと同じコア導波路を形成した石英基
板上に、ドーパントとしてP 2 5 :1.3wt%及び
2 3 0.9wt%を含み、嵩密度が0.08g/c
3 の多孔質ガラス層を形成させ、焼結温度及び時間を
変化させて焼結し、残留気泡の発生状況を調べた。結果
は、図6に示したように、1200℃以下の焼結温度で
120分以上の焼結時間で焼結を行うよりも、1250
℃以上の焼結温度で90分以下の焼結時間で焼結した方
が、残留気泡が低減することがわかった。低温・長時間
の焼結よりも高温・短時間の焼結の方が、多孔質ガラス
層の流動性が高まり、コア隙間に進入しやすいと推測さ
れた。焼結温度が1350℃を超える場合、石英基板の
変形も大きくなってしまい、光導波路の特性上不利とな
る。残留気泡低減のための焼結条件としては、焼結温度
1250〜1350℃、焼結時間30〜120分が適切
と考えられた。
Next, the sintering conditions (temperature,
Time), the degree of residual bubble generation in the core interval
We also looked at how it would change. As shown in FIG.
Quartz base forming the same core waveguide used in the test
P on the plate as a dopant TwoOFive1.3 wt% and
BTwoOThreeContains 0.9wt%, bulk density is 0.08g / c
mThreeTo form a porous glass layer of sintering temperature and time
The sintering was performed while changing, and the generation state of the residual air bubbles was examined. result
At a sintering temperature of 1200 ° C. or less, as shown in FIG.
Rather than performing sintering with a sintering time of 120 minutes or more, 1250
Sintering at a sintering temperature of at least 90 ° C for a sintering time of 90 minutes or less
However, it was found that the residual bubbles were reduced. Low temperature / long time
High-temperature, short-time sintering is better than porous glass
It is estimated that the fluidity of the layer increases and it is easy to enter the core gap.
Was. When the sintering temperature exceeds 1350 ° C, the quartz substrate
Deformation also increases, which is disadvantageous in the characteristics of the optical waveguide.
You. The sintering conditions for reducing the residual bubbles include the sintering temperature
1250-1350 ° C, sintering time 30-120 minutes is appropriate
It was considered.

【0016】[0016]

【実施例】以下、実施例により本発明をさらに具体的に
説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるもの
ではない。 (実施例1)外径4インチ(10.16cm)、厚さ
0.5mmの石英ガラス基板上に、プラズマCVD法に
よってGeO2 −SiO2 のコア膜を形成した。コア膜
の特性は石英基板との比屈折率差0.75%、膜厚6μ
mであった。次にフォトリソグラフィー、反応性イオン
エッチングによって、コア膜を最小コア間隔2μmの方
向性結合部から構成される合分波器(20個)の光回路
形状(図7参照)に加工した。図7の符号6の形状の光
回路コアが形成された石英ガラス基板1をターンテーブ
ル上で300℃に加熱し、火炎堆積法を用いてSiO 2
−B2 3 −P2 5 組成の上部クラッド層のスス付け
(多孔質ガラス層の形成)を行った。
The present invention will now be described in more detail with reference to the following examples.
Explain, but the invention is not limited to these examples
is not. (Example 1) Outer diameter 4 inches (10.16 cm), thickness
Plasma CVD on 0.5mm quartz glass substrate
So GeOTwo-SiOTwoWas formed. Core membrane
Are characterized by a relative refractive index difference of 0.75% from the quartz substrate and a film thickness of 6 μm
m. Next, photolithography, reactive ions
By etching, the core film should have a minimum core spacing of 2 μm
Optical circuit of multiplexer / demultiplexer (20 pieces) composed of directional coupling unit
It was processed into a shape (see FIG. 7). Light having a shape indicated by reference numeral 6 in FIG.
Turn the quartz glass substrate 1 on which the circuit core is formed
Heated to 300 ° C. on the Two
-BTwoOThree−PTwoOFiveSooting of upper clad layer of composition
(Formation of a porous glass layer) was performed.

【0017】このときの酸水素火炎におけるH2 /O2
流量は1.8(リットル/分)/6(リットル/分)
(流量比0.3)であり、スス付け後の多孔質ガラス層
(厚さ約850μm)の嵩密度を評価したところ、0.
08g/cm3 であった。この多孔質ガラス層を形成し
た石英基板を焼結温度1300℃で1時間加熱して透明
で均質なクラッドガラス膜(30.0μm厚)を有する
光導波路を作製した。最小コア間隔2μmの方向性結合
部における残留気泡発生度を顕微鏡で評価したところ、
全く気泡の発生は認められなかった。作製された光導波
路基板の一部を切断して、上部クラッド層の厚さ方向の
SiO2 −B2 3 −P2 5 濃度分析を行ったとこ
ろ、P2 5 濃度は1.3wt%で、B2 3 濃度は
0.9wt%であった。合分波光回路の光導波路チップ
の光学特性を評価したところ、過剰損失1dB以下、偏
波依存性損失0.1dB以下と良好な値が得られた。
H 2 / O 2 in the oxyhydrogen flame at this time
The flow rate is 1.8 (liter / minute) / 6 (liter / minute)
(Flow rate ratio: 0.3), and the bulk density of the porous glass layer (thickness: about 850 μm) after soaking was evaluated.
08 g / cm 3 . The quartz substrate on which the porous glass layer was formed was heated at a sintering temperature of 1300 ° C. for 1 hour to produce an optical waveguide having a transparent and uniform clad glass film (30.0 μm thick). When the degree of residual bubble generation in a directional joint having a minimum core spacing of 2 μm was evaluated by a microscope,
No air bubbles were generated. A part of the manufactured optical waveguide substrate was cut, and the SiO 2 -B 2 O 3 -P 2 O 5 concentration analysis in the thickness direction of the upper cladding layer was performed. As a result, the P 2 O 5 concentration was 1.3 wt. %, The B 2 O 3 concentration was 0.9 wt%. When the optical characteristics of the optical waveguide chip of the multiplexing / demultiplexing optical circuit were evaluated, good values were obtained with an excess loss of 1 dB or less and a polarization dependent loss of 0.1 dB or less.

【0018】(比較例1)実施例1と同様にして、合分
波光回路が形成された石英ガラス基板を準備した。該基
板をターンテーブル上で300℃に加熱し、実施例1と
同様に上部クラッド層のスス付けを行った。ただし、酸
水素火炎におけるH2 /O2 流量を3.6(リットル/
分)/6(リットル/分)(流量比0.6)とした。ス
ス付け後の多孔質ガラス層の嵩密度を評価したところ、
0.20g/cm3 であった。その後、焼結温度130
0℃で1時間加熱して透明なクラッドガラス膜(30.
0μm厚)を作製した。最小コア間隔2μmの方向性結
合部における残留気泡発生度を顕微鏡で評価したとこ
ろ、20個ある方向性結合部のうち、約15個で気泡の
残留が認められた。
Comparative Example 1 In the same manner as in Example 1, a quartz glass substrate having a multiplexing / demultiplexing optical circuit was prepared. The substrate was heated to 300 ° C. on a turntable, and the upper clad layer was sooted as in Example 1. However, the H 2 / O 2 flow rate in the oxyhydrogen flame was 3.6 (liter / liter).
Min) / 6 (liter / min) (flow rate ratio 0.6). When evaluating the bulk density of the porous glass layer after sooting,
It was 0.20 g / cm 3 . Then, sintering temperature 130
Heat at 0 ° C. for 1 hour to obtain a transparent clad glass film (30.
0 μm thick). Microscopic evaluation of the degree of residual air bubbles generated in the directional joints having a minimum core spacing of 2 μm revealed that bubbles remained in about 15 out of the 20 directional joints.

【0019】(比較例2)実施例1と同様にしてコア成
膜、光回路加工を行い、同じ条件でSiO2 −B 2 3
−P2 5 組成の上部クラッド層のスス付けを行った。
次に、焼結温度1200℃で5時間加熱して透明なクラ
ッドガラス膜(30.0μm厚)を作製した。最小コア
間隔2μmの方向性結合部における残留気泡発生度を顕
微鏡で評価したところ、20個ある方向性結合部のう
ち、ほぼ全数で気泡の残留が認められた。
Comparative Example 2 A core was formed in the same manner as in Example 1.
Film and optical circuit processing are performed, and SiOTwo-B TwoOThree
−PTwoOFiveAn upper clad layer having a composition was sooted.
Next, heating at 1200 ° C. for 5 hours,
A glass substrate (30.0 μm thick) was produced. Smallest core
The degree of residual air bubbles generated at the directional joint with a spacing of 2 μm
When evaluated with a microscope, there were 20 directional coupling sections.
In other words, almost all of the bubbles showed residual bubbles.

【0020】(比較例3)実施例1と同様にしてコア成
膜、光回路加工を行い、ターンテーブル温度300℃、
酸水素火炎におけるH2 /O2 流量が1.2(リットル
/分)/6(リットル/分)(流量比0.2)の条件で
SiO2 −B2 3 −P2 5 組成の上部クラッド層の
スス付けを行った。得られた多孔質ガラス層は、厚さ約
1600μmで、嵩密度は0.04g/cm3 であった
が、スス剥がれが生じ、焼結処理は不可能であった。
(Comparative Example 3) Core film formation and optical circuit processing were performed in the same manner as in Example 1, and a turntable temperature of 300 ° C.
The composition of SiO 2 —B 2 O 3 —P 2 O 5 was obtained under the condition that the H 2 / O 2 flow rate in the oxyhydrogen flame was 1.2 (liter / minute) / 6 (liter / minute) (flow rate ratio: 0.2). The upper clad layer was sooted. The resulting porous glass layer had a thickness of about 1600 μm and a bulk density of 0.04 g / cm 3 , however, soot peeling occurred and sintering was impossible.

【0021】(比較例4〜7)実施例1と同様にしてコ
ア成膜、光回路加工を行い、同じ条件でSiO2 −B 2
3 −P2 5 組成の上部クラッド層のスス付けを行っ
た。次に、表1に示すように本発明の範囲外で焼結温度
と焼結時間を変化させて焼結し、クラッドガラス膜(3
0.0μm厚)を作製した。その結果、いずれの試料に
おいても結晶発生、基板変形、気泡の発生などが観察さ
れ、品質の良好なクラッドガラス膜は得られなかった。
実施例1及び比較例1〜7について、焼結条件及び得ら
れたクラッドガラス膜の評価結果をまとめて表1に示
す。
(Comparative Examples 4 to 7)
A film formation and optical circuit processing are performed, and SiOTwo-B Two
OThree−PTwoOFiveSoot the upper cladding layer of the composition
Was. Next, as shown in Table 1, the sintering temperature was outside the range of the present invention.
And sintering by changing the sintering time, the clad glass film (3
0.0 μm thick). As a result, any sample
In this case, crystal formation, substrate deformation, bubble generation, etc. were observed.
As a result, a good quality clad glass film could not be obtained.
For Example 1 and Comparative Examples 1 to 7, sintering conditions and
Table 1 summarizes the evaluation results of the clad glass films
You.

【0022】[0022]

【表1】 [Table 1]

【0023】[0023]

【発明の効果】本発明の方法によれば次のような効果が
ある。 (1)上部クラッド層形成時に、隣接するコア導波路間
の微小な隙間部に気泡が残留しない。 (2)上記効果に加えて、火炎堆積法により良好な上部
クラッド膜質が得られる。膜質中に結晶等の不整がな
く、光散乱の極めて小さい光導波路を作製することがで
きる。 (3)火炎堆積法による多孔質ガラス層形成の際に、H
2 /O2 流量比及び又は基板温度を適正化することによ
り、隣接するコア導波路間の微小な隙間部に気泡が残留
しないと同時に、表面が極めて平滑な上部クラッド層が
得られる。これにより、光散乱の極めて小さい光導波路
を生産性高く作製することができる。
According to the method of the present invention, the following effects can be obtained. (1) When forming the upper cladding layer, no bubbles remain in the minute gap between the adjacent core waveguides. (2) In addition to the above effects, good upper clad film quality can be obtained by the flame deposition method. It is possible to manufacture an optical waveguide having no irregularities such as crystals in the film quality and extremely small light scattering. (3) When forming the porous glass layer by the flame deposition method,
By optimizing the 2 / O 2 flow ratio and / or the substrate temperature, no air bubbles remain in minute gaps between adjacent core waveguides, and at the same time, an upper clad layer having an extremely smooth surface can be obtained. Thus, an optical waveguide with extremely low light scattering can be manufactured with high productivity.

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

【図1】コア導波路近傍に形成された多孔質ガラス層の
状態を示す説明図。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a state of a porous glass layer formed near a core waveguide.

【図2】コア導波路近傍に形成された、凝集度が高いガ
ラス微粒子で構成された多孔質ガラス層の状態を模式的
に示す説明図。
FIG. 2 is an explanatory view schematically showing a state of a porous glass layer formed of glass particles having a high degree of aggregation formed near a core waveguide.

【図3】コア導波路近傍に形成された、凝集度が低いガ
ラス微粒子で構成された多孔質ガラス層の状態を模式的
に示す説明図。
FIG. 3 is an explanatory view schematically showing a state of a porous glass layer formed in the vicinity of a core waveguide and formed of glass particles having a low degree of aggregation.

【図4】多孔質ガラス層の嵩密度とコア間隔部における
残留気泡発生比率との関係を示す図1
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the bulk density of a porous glass layer and the rate of occurrence of residual bubbles in a core space.

【図5】スス付け時の酸水素火炎におけるH2 /O2
量及びヒータ加熱される基板表面温度と多孔質ガラス層
の嵩密度との関係を示す図。
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the H 2 / O 2 flow rate, the substrate surface temperature heated by a heater, and the bulk density of a porous glass layer in an oxyhydrogen flame during soaking.

【図6】焼結温度及び焼結時間と気泡残留状況との関係
を示す図。
FIG. 6 is a diagram showing a relationship between a sintering temperature and a sintering time and a bubble remaining state.

【図7】実施例、比較例において石英ガラス基板上に形
成した光回路の形状を示す説明図。
FIG. 7 is an explanatory view showing the shape of an optical circuit formed on a quartz glass substrate in Examples and Comparative Examples.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 石英基板 2 コア導波路 3 多孔質ガラス
層 4 隙間 5 ガラス微粒子 6 光回路コア
Reference Signs List 1 quartz substrate 2 core waveguide 3 porous glass layer 4 gap 5 glass fine particles 6 optical circuit core

フロントページの続き (72)発明者 赤坂 伸宏 神奈川県横浜市栄区田谷町1番地 住友電 気工業株式会社横浜製作所内 Fターム(参考) 2H047 KA04 KB04 LA11 PA05 PA14 PA24 QA04 RA08 TA05 TA31 TA42 Continued on the front page (72) Inventor Nobuhiro Akasaka 1 Tayacho, Sakae-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Sumitomo Electric Industries, Ltd. Yokohama Works F-term (reference) 2H047 KA04 KB04 LA11 PA05 PA14 PA24 QA04 RA08 TA05 TA31 TA42

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 表面にコア導波路を形成した石英基板上
に、前記コア導波路を覆うように火炎堆積法によりドー
パントを含んだ石英ガラスからなる多孔質ガラス層を形
成した後、該多孔質ガラス層を焼結して透明ガラス化し
た上部クラッド層を形成する石英系ガラス導波路の製造
方法において、前記多孔質ガラス層を嵩密度が0.05
〜0.15g/cm3 の範囲となるように形成し、かつ
焼結温度が1250〜1350℃、焼結時間が30〜1
20分間の条件で焼結することを特徴とする石英系ガラ
ス導波路の製造方法。
1. A porous glass layer made of quartz glass containing a dopant is formed on a quartz substrate having a core waveguide formed on a surface thereof by a flame deposition method so as to cover the core waveguide. In the method for manufacturing a quartz glass waveguide in which an upper clad layer formed by sintering a glass layer to form a transparent glass, the porous glass layer has a bulk density of 0.05.
0.10.15 g / cm 3, a sintering temperature of 1250 to 1350 ° C., and a sintering time of 30 to 1
A method for producing a silica glass waveguide, comprising sintering for 20 minutes.
【請求項2】 前記コア導波路が、基板上に屈折率増加
用ドーパントを添加した石英ガラスからなるコアガラス
膜を形成した後、該コアガラス膜をホトリソグラフィー
及び反応性イオンエッチングにより断面矩形状に形成し
たコア導波路であることを特徴とする請求項1に記載の
石英系ガラス導波路の製造方法。
2. After forming a core glass film made of silica glass doped with a refractive index increasing dopant on the substrate, the core glass film is formed into a rectangular cross section by photolithography and reactive ion etching. The method for manufacturing a silica-based glass waveguide according to claim 1, wherein the core-shaped waveguide is formed as described above.
【請求項3】 火炎堆積法によって形成される前記多孔
質ガラス層が0.9〜2wt%のP2 5 及び0.9〜
2wt%のB2 3 をドーパントとして含むことを特徴
とする請求項1又は2に記載の石英系ガラス導波路の製
造方法。
3. The method according to claim 2, wherein the porous glass layer formed by the flame deposition method has a P 2 O 5 content of 0.9 to 2 wt% and a P 2 O 5 content of 0.9 to 2 wt%.
3. The method for manufacturing a silica-based glass waveguide according to claim 1, comprising 2 wt% of B2O3 as a dopant.
【請求項4】 火炎堆積法による前記多孔質ガラス層の
形成が、基板を100〜400℃に加熱するとともに、
酸水素火炎におけるH2 /O2 流量比率を0.25〜
0.50に制御して行われることを特徴とする請求項1
〜3のいずれか1項に記載の石英系ガラス導波路の製造
方法。
4. The method of claim 1, wherein forming the porous glass layer by flame deposition comprises heating the substrate to 100 to 400 ° C.
The H 2 / O 2 flow rate ratio in the oxyhydrogen flame is
2. The method according to claim 1, wherein the control is performed at 0.50.
4. The method for manufacturing a silica-based glass waveguide according to any one of the above-described items.
【請求項5】 前記基板の加熱が、基板の下側に設置さ
れたヒータで行われることを特徴とする請求項4に記載
の石英系ガラス導波路の製造方法。
5. The method according to claim 4, wherein the heating of the substrate is performed by a heater installed below the substrate.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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