JP2002022980A - Optical waveguide element and method for manufacturing the same - Google Patents

Optical waveguide element and method for manufacturing the same

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JP2002022980A
JP2002022980A JP2000200427A JP2000200427A JP2002022980A JP 2002022980 A JP2002022980 A JP 2002022980A JP 2000200427 A JP2000200427 A JP 2000200427A JP 2000200427 A JP2000200427 A JP 2000200427A JP 2002022980 A JP2002022980 A JP 2002022980A
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Japan
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optical waveguide
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glass
mol
waveguide
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Tadashi Koyama
正 小山
Atsushi Yamaguchi
山口  淳
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Nippon Sheet Glass Co Ltd
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Nippon Sheet Glass Co Ltd
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    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C17/00Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating
    • C03C17/02Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with glass

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve such problems when an optical waveguide element is manufac tured by utilizing a photoinduced refractive index change by irradiation with a laser beam, that, if a plane such as a glass substrate or the like is perpendicu larly irradiated with the laser beam and the laser beam is focused to its inside, a condense spot is made elliptic and the section of the waveguide is made elliptic, and such section of the waveguide can be the cause for the significant loss in the propagation of the light and is also undesirable in coupling to an optical fiber. SOLUTION: A layer for forming the core of the glass optical waveguide is formed as a silicate glass layer containing Al2O3. The content of the Al2O3 is specified to be from 3 to 35 mol%. A layer which forms a clad is formed as a silicate glass layer containing B2O3 and the content of the B2O3 is specified to be from 3 to 35 mol%.

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、光を媒質中を導波
させる素子に関し、特に、前記導波路が基板上の成膜さ
れた薄膜中に形成されているものであり、レーザー照射
によって、薄膜内部に屈折率変化領域を連続して形成す
ることによって作製された光導波路に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an element for guiding light in a medium, and more particularly to an element for guiding light in a medium, wherein the waveguide is formed in a thin film formed on a substrate. The present invention relates to an optical waveguide manufactured by continuously forming a refractive index change region inside a thin film.

【0002】[0002]

【従来の技術】光通信等において使用される光導波路
は、大きく分けてプラスチックを使ったものと、ガラス
を用いたもの、半導体材料を用いたもの、ニオブ酸リチ
ウムなどの強誘電体材料を用いたものに分類することが
できる。中でも、ガラスを用いた光導波路は、耐候性、
透明性の面で優れており、光通信の領域では主として用
いられているものである。このような光導波路は、光を
分岐したり合波するばかりでなく、スイッチ素子、フィ
ルタなどとして用いることができる。
2. Description of the Related Art Optical waveguides used in optical communication and the like are roughly divided into those using plastic, those using glass, those using semiconductor materials, and those using ferroelectric materials such as lithium niobate. Can be classified. Above all, optical waveguides using glass are weather resistant,
It is excellent in transparency, and is mainly used in the field of optical communication. Such an optical waveguide can be used not only for splitting or combining light but also as a switch element, a filter, or the like.

【0003】光導波路は、媒質中に屈折率の高い領域を
作製し、選択的に光が伝搬していく構造を備えているこ
とが必要がある。このような、光が選択的に伝搬する屈
折率の高い領域を、ガラスを用いて作製する代表的な方
法として、イオン交換法と火炎加水分解法とが知られて
いる。
An optical waveguide must have a structure in which a region having a high refractive index is formed in a medium and light is selectively propagated. The ion exchange method and the flame hydrolysis method are known as typical methods for producing such a region having a high refractive index through which light selectively propagates using glass.

【0004】イオン交換法に関しては、一例としてB.J.
Luhらによる論文がジャーナル・オブ・ライトウェーブ
・テクノロジー(J.Lightwave Technology)、16巻、4
号、(1998)、583頁に示されているが、金属膜等のス
リット状開口部からAg+、Tl+、K+またはLi+イオ
ンを含む溶融塩をガラス基板表面層に接触させガラス基
板中のNa+イオンを交換して、ガラス基板表面層に屈折
率変化領域を形成し光導波路とする。
Regarding the ion exchange method, for example, BJ
Luh et al., Journal of Lightwave Technology, 16 volumes, 4
No., (1998), p. 583, a molten salt containing Ag + , Tl + , K + or Li + ions is brought into contact with a glass substrate surface layer through a slit-shaped opening of a metal film or the like to form a glass substrate. By exchanging the Na + ions therein, a refractive index change region is formed on the surface layer of the glass substrate to form an optical waveguide.

【0005】この光導波路をガラス中に埋め込むために
は、光導波路を作製したガラス基板を加熱してイオン交
換したAg+、Tl+、K+またはLi+イオンをガラス内
部に拡散させるか、または再度Na+イオンを含む溶融
塩中に浸漬してガラス表面のAg+、Tl+、K+または
Li+イオンとNa+イオンを再交換する。イオン交換の
際に電界を印加する方法もある。Na+イオンは、A
+、Tl+、K+またはLi+イオンが形成した最表面の
高屈折率領域を表面下に移動させる。その結果、導波路
がガラス表面下に埋め込まれ、低伝搬損失が確保され
る。この方法で作製した光導波路のコアは、径10μm
前後の半円形またはほぼ円形の断面をもつものが作成で
きる。
In order to embed the optical waveguide in the glass, the glass substrate on which the optical waveguide is formed is heated to diffuse the ion-exchanged Ag + , Tl + , K + or Li + ions into the glass, or Ag + in the glass surface was immersed in molten salt containing again Na + ions, Tl +, re exchange K + or Li + ions and Na + ions. There is also a method of applying an electric field during ion exchange. Na + ion is A
The outermost high refractive index region formed by g + , Tl + , K + or Li + ions is moved below the surface. As a result, the waveguide is embedded under the glass surface, and low propagation loss is ensured. The core of the optical waveguide manufactured by this method has a diameter of 10 μm.
One having a semicircular or nearly circular cross section before and after can be created.

【0006】火炎加水分解法では、四塩化シリコンと四
塩化ゲルマニウムの火炎加水分解によりシリコン基板の
表面に下クラッド用及びコア用の2層のガラス微粒子層
を堆積させ、高温加熱により微粒子層を透明ガラス層に
改質する。次いで、フォトリソグラフィ及び反応性エッ
チングにより光回路パターンをもつコア部を形成する。
この方法を用いてデバイス作製した例が、T.Mizuochiら
の論文(同上誌、16巻、2号、(1998)、265頁)に報
告されている。この方法により、石英系の光導波路が作
製できるが、作製手順はかなり複雑である。また基本的
に堆積した薄膜を導波路とするため導波路断面形状が扁
平になりやすく、光ファイバとの結合特性があまりよく
ない。
In the flame hydrolysis method, two glass fine particle layers for lower cladding and a core are deposited on the surface of a silicon substrate by flame hydrolysis of silicon tetrachloride and germanium tetrachloride, and the fine particle layer is made transparent by high-temperature heating. Modifies into a glass layer. Next, a core having an optical circuit pattern is formed by photolithography and reactive etching.
An example of device fabrication using this method is reported in a paper by T. Mizuochi et al. (Ibid., Vol. 16, No. 2, (1998), p. 265). Although a quartz optical waveguide can be manufactured by this method, the manufacturing procedure is considerably complicated. Further, since the deposited thin film is basically used as the waveguide, the cross-sectional shape of the waveguide tends to be flat, and the coupling characteristics with the optical fiber are not so good.

【0007】以上の方法は導波路のパターンを作製した
フォトマスクを用いてフォトリソグラフィーの技術を用
いるものであるが、レーザで直接描画することにより屈
折率の高い領域を作成する方法が、特開平9−3112
37号公報に開示されている。ピーク出力値が高いレー
ザーをガラス内部に照射することによって光導波路を形
成する方法である。この方法では、105W/cm2以上
のピークパワー強度を持つレーザー光をガラス内部に集
光して屈折率変化をもたらす構造変化をガラス材料内部
に起こさせ、その集光点をガラス材料に対して相対的に
移動させることによって、光導波路を形成する。この方
法ではマスク等を用いないため、プロセスが簡単であ
り、設計変更などにも容易に対応できる方法と言える。
The above method uses a photolithography technique using a photomask on which a waveguide pattern is formed. A method of directly writing with a laser to form a region having a high refractive index is disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. H11-260,197. 9-3112
No. 37 is disclosed. This is a method of forming an optical waveguide by irradiating a laser having a high peak output value into the inside of glass. In this method, a laser beam having a peak power intensity of 10 5 W / cm 2 or more is focused inside the glass to cause a structural change that causes a change in the refractive index inside the glass material. The optical waveguide is formed by relatively moving the optical waveguide. Since this method does not use a mask or the like, the process is simple and can be said to be a method that can easily cope with design changes and the like.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかし、ガラス基板な
どの平面に垂直にレーザ光を照射し、内部に焦点を結ば
せると、集光スポットが楕円になるという問題がある。
この点に関しては、科学技術振興財団創造科学技術推進
事業平尾誘起プロジェクト中間報告(2号(1997年7
月)、36頁)に記載されている。このようなスポット形
状のまま、ビームに対して直角方向に基板を移動させた
場合、導波路断面は楕円状となる。このような導波路断
面は、光の伝搬において重要な損失の原因となり、また
光ファイバとの結合に際しても好ましくない。本発明は
このような問題点を解決するためになされたもので、伝
搬損失および光ファイバとの結合損失の小さい光導波路
をレーザ描画により簡単に提供することを目的とする。
However, when a laser beam is irradiated perpendicularly to a plane such as a glass substrate to focus on the inside, there is a problem that the condensed spot becomes elliptical.
Regarding this point, the Science and Technology Promotion Foundation Creative Science and Technology Promotion Project Hirao Induction Project Interim Report (No. 2 (July 1997
Mon.), p. 36). When the substrate is moved in a direction perpendicular to the beam while keeping such a spot shape, the waveguide section becomes elliptical. Such a waveguide section causes a significant loss in light propagation, and is not preferable for coupling with an optical fiber. The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide an optical waveguide having a small propagation loss and a small coupling loss with an optical fiber by laser drawing.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】発明者らはガラス成分の
違いにより、レーザ光による光誘起屈折率変化が起こる
程度が違うことを見出しており、この効果を利用すれ
ば、この材料種を組み合わせることにより、前記問題点
を解決することができる。すなわち、Al23を含むガ
ラスは光誘起屈折率変化を起こしやすく、B23を含む
ガラスは該効果をほとんど起こさない。Al23を含む
層をB23を含むガラス基板上に形成し、保護層として
もB23を含むガラス層を用いることにより、ある所望
の厚さのみ光誘起屈折率変化を起こすようにした。
Means for Solving the Problems The present inventors have found that the degree to which the light-induced refractive index change due to the laser beam occurs differs depending on the difference in the glass components. Thereby, the above problem can be solved. That is, the glass containing Al 2 O 3 easily causes a change in the refractive index induced by light, and the glass containing B 2 O 3 hardly exhibits the effect. Al 2 O 3 a layer containing a formed on a glass substrate containing B 2 O 3, by using a glass layer containing B 2 O 3 as a protective layer, certain desired only photoinduced refractive index change in thickness I wake up.

【0010】このために、ガラス製光導波路のコアを形
成する層をAl23を含むケイ酸ガラス層とし、Al2
3の含有量を3モル%以上35モル%以下とする。ま
た、クラッドとなる層をB23を含むケイ酸ガラス層と
し、B23の含有量を3モル%以上35モル%以下とす
る。このような組成をもつガラスに対し、レーザー光を
集光することによりガラス材料内部に構造変化を起こさ
せて屈折率を誘起し、その集光点をガラス材料に対して
相対的に移動させることにより、屈折率変化領域を生成
させて光導波路を形成する。
[0010] For this, the layer forming the core of the glass optical waveguide and silicate glass layer containing Al 2 O 3, Al 2
The content of O 3 is from 3 mol% to 35 mol%. Further, a layer of the cladding as a silicate glass layer containing B 2 O 3, to content of B 2 O 3 and 3 mol% or more than 35 mol%. Focusing laser light on glass having such a composition causes a structural change inside the glass material, inducing a refractive index, and moving the focus point relative to the glass material. Thereby, an optical waveguide is formed by generating a refractive index change region.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を説明
する。本発明の光導波路は、光誘起屈折率変化を起こす
のに十分なエネルギー量をもつレーザー光をガラス材料
に集光し、構造変化をガラス材料内部に起こさせて屈折
率を変化させ、その集光点をガラス材料に対して相対的
に移動させることにより作製する。材料の構成として
は、B23を含むガラスを基板とするか下地層とし、A
23を含むガラス層をその上に配置する。このままで
も良いが、レーザによるアブレーションを防ぎ、光導波
層となる部分を保護するために、このガラス層表面をさ
らにB23を含むガラス層で覆う。この構成を図1に示
した。
Embodiments of the present invention will be described below. The optical waveguide of the present invention focuses a laser beam having an energy amount sufficient to cause a photoinduced refractive index change on a glass material, causes a structural change inside the glass material, changes the refractive index, and collects the light. It is produced by moving a light spot relatively to a glass material. As a material composition, glass containing B 2 O 3 is used as a substrate or an underlayer,
The glass layer containing l 2 O 3 arranged thereon. The surface of the glass layer may be further covered with a glass layer containing B 2 O 3 in order to prevent ablation by laser and to protect a portion to be an optical waveguide layer. This configuration is shown in FIG.

【0012】発明者らは、ガラス成分の違いにより、レ
ーザ光による光誘起屈折率変化を起こす程度が違うこと
を見いだしている。そこでこの異なるガラス成分をもつ
材料を組み合わせることにより、前記問題点を解決した
のが本発明の趣旨である。
The inventors have found that the degree of change in the photo-induced refractive index caused by laser light differs depending on the difference in glass components. It is the gist of the present invention to solve the above problem by combining materials having different glass components.

【0013】上記のような構成の薄膜及び基板では、レ
ーザのエネルギーを適切に設定することにより、Al2
3を含む層がレーザ誘起屈折率変化を起こし、B23
を含む層が屈折率変化を起こさないようにできる。した
がって、所望の厚さと幅に制御された光導波路を2次元
的に作製することができる。
In the thin film and the substrate having the above-described structures, by appropriately setting the laser energy, Al 2
The layer containing O 3 causes a laser-induced refractive index change, and B 2 O 3
Can be prevented from causing a change in the refractive index. Therefore, an optical waveguide controlled to a desired thickness and width can be manufactured two-dimensionally.

【0014】前記した薄膜層を作製するには、種々の薄
膜形成方法を用いることができるが、光導波路の厚さ
が、光ファイバーとの相性を考え、10μm前後必要で
あるため、比較的成膜速度の速いプラズマCVD法など
が好ましい。また、上述した火炎加水分解法、あるいは
一般的なスパッタリング法、蒸着法などでも可能であ
る。
Various methods for forming a thin film can be used to produce the above-mentioned thin film layer. However, the thickness of the optical waveguide is required to be about 10 μm in consideration of compatibility with the optical fiber. A high-speed plasma CVD method or the like is preferable. Further, the above-described flame hydrolysis method, a general sputtering method, a vapor deposition method, or the like is also possible.

【0015】レーザー光としては、光誘起屈折率変化を
起こすために、集光点において10 5W/cm2以上のピ
ークパワー密度を有することが望ましい。ピークパワー
密度は、1パルス当りの出力エネルギー(J)/パルス
幅(秒)の比で表されるピーク出力(W)を照射単位面
積当りで表した値である。ピークパワー強度が105
/cm2に満たないと光誘起屈折率変化が起こらず、光
導波路が形成されない。ピークパワー強度が高いほど光
誘起屈折率変化が促進され、光導波路が容易に形成され
る。しかし、過度に大きなエネルギー量のレーザー光を
実用的に得ることは困難である。そこで、パルス幅を狭
くすることによりピーク出力を高くしたパルスレーザー
の使用が好ましい。
As the laser beam, the light-induced refractive index change
10 seconds at the focal point to FiveW / cmTwoMore than
It is desirable to have a peak power density. Peak power
Density is output energy per pulse (J) / pulse
The peak output (W) expressed by the ratio of the width (seconds) is the irradiation unit surface
It is a value expressed as a product. 10 peak power intensityFiveW
/ CmTwoIf it is less than the specified value, the photo-induced refractive index change does not occur,
No waveguide is formed. The higher the peak power intensity, the lighter
The induced refractive index change is promoted, and the optical waveguide is easily formed.
You. However, laser light with an excessively large amount of energy
It is difficult to obtain practically. Therefore, narrow the pulse width
Pulse laser with high peak output
The use of is preferred.

【0016】レーザー光は、レンズ等の集光装置により
集光される。このとき、ガラス材料の内部に位置するよ
うに集光点を調整する。この集光点をガラス材料の内部
で相対移動させることにより、光導波路としてはたらく
連続した屈折率変化領域がガラス材料の内部に形成され
る。具体的には、レーザー光の集光点に対しガラス材料
を連続的に移動させることにより、集光点を相対移動さ
せる。
The laser beam is focused by a focusing device such as a lens. At this time, the focal point is adjusted so as to be located inside the glass material. By moving the converging point relatively inside the glass material, a continuous refractive index change region serving as an optical waveguide is formed inside the glass material. More specifically, the glass material is continuously moved with respect to the laser light focal point, so that the focal point is relatively moved.

【0017】以下に実施例をあげて本発明をより具体的
に説明するが、本発明はその主旨を超えない限り、以下
の実施例に限定されるものではない。
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples, but the present invention is not limited to the following examples unless it exceeds the gist of the present invention.

【0018】[0018]

【実施例】図1に示すような積層構造10を、プラズマ
CVD法を用いて作製した。基本的な膜構成としては、
ガラス基板20/B23を含むバッファ層22/Al2
3を含む中間層24/B23を含む保護層26とな
る。原料としては、TEOS(テトラエトキシシラ
ン)、B(OC253(トリエトキシボロン、TE
B)、Al(CH33(トリメチルアルミニウム、TM
A)を用いた。基板20には石英ガラスを用い、その上
に成膜を行った。
EXAMPLE A laminated structure 10 as shown in FIG. 1 was manufactured by using a plasma CVD method. As a basic membrane configuration,
Glass substrate 20 / buffer layer 22 containing B 2 O 3 / Al 2
The intermediate layer 24 containing O 3 / the protective layer 26 containing B 2 O 3 are formed. As raw materials, TEOS (tetraethoxysilane), B (OC 2 H 5 ) 3 (triethoxyboron, TE
B), Al (CH 3 ) 3 (trimethylaluminum, TM
A) was used. A quartz glass was used for the substrate 20, and a film was formed thereon.

【0019】基本的にはこの原料で良いが、屈折率の調
整のために、Ge(OCH3)とHFを混合した。Ge
(OCH3)は酸化してGeO2となり、屈折率を上昇さ
せるはたらきをもつ。またHFは分解してFイオンとし
てガラス中に取り込まれ、屈折率を減少させる。これに
よりAl23を含む層の屈折率が高くなるように調整を
加えた。各層を形成する当たっては、酸素を混合し、原
料と酸素の流量比を原料:酸素=7:233とし、十分
な酸化を進めた。
Basically, this raw material may be used, but Ge (OCH 3 ) and HF are mixed for adjusting the refractive index. Ge
(OCH 3 ) is oxidized to GeO 2 and has a function of increasing the refractive index. Further, HF is decomposed and taken into glass as F ions, thereby reducing the refractive index. This was adjusted so that the refractive index of the layer containing Al 2 O 3 was increased. In forming each layer, oxygen was mixed, and the flow rate ratio between the raw material and oxygen was set to raw material: oxygen = 7: 233, and sufficient oxidation was advanced.

【0020】プラズマCVD装置30の模式図を図2に
示す。反応室32中に対向した平板電極34,36を設
け、一方の電極34上にガラス基板20を設置する。反
応室32を真空ポンプで排気し、一旦、真空にした後、
他方の電極36に設けたガス導入口38より原料ガス4
6を導入する。両電極34,36内に設けたヒータ40
により電極を加熱し、基板20を加熱する。基板温度は
400℃とした。次いで高周波電源42より両電極3
4,36間に高周波電力を供給する。プラズマ44を発
生させるためのRF(高周波)パワーは250Wとし
た。
FIG. 2 is a schematic view of the plasma CVD apparatus 30. Opposite plate electrodes 34 and 36 are provided in the reaction chamber 32, and the glass substrate 20 is placed on one of the electrodes 34. The reaction chamber 32 is evacuated with a vacuum pump and once evacuated,
The source gas 4 is supplied through a gas inlet 38 provided in the other electrode 36.
6 is introduced. Heater 40 provided in both electrodes 34 and 36
The electrode is heated by heating, and the substrate 20 is heated. The substrate temperature was 400 ° C. Next, both electrodes 3
A high frequency power is supplied between 4, 36. RF (high frequency) power for generating the plasma 44 was 250 W.

【0021】バッファ層22はB23を5モル%含むS
iO2/GeO2とし、屈折率が1.46になるように調
整した。膜厚は約10μmとした。中間層24にはAl
23を5モル%含有させ、B23は混合しなかった。中
間層24の屈折率は1.49に調整し、膜厚は10μm
積層した。最後の保護層26は、バッファ層22と同じ
組成で約25μm積層した。保護層26の屈折率も1.
46とした。
The buffer layer 22 is made of S containing 5 mol% of B 2 O 3.
iO 2 / GeO 2 was adjusted so that the refractive index became 1.46. The film thickness was about 10 μm. The intermediate layer 24 has Al
5 mol% of 2 O 3 was contained, and B 2 O 3 was not mixed. The refractive index of the intermediate layer 24 was adjusted to 1.49, and the film thickness was 10 μm.
Laminated. The last protective layer 26 was laminated with the same composition as that of the buffer layer 22 to a thickness of about 25 μm. The refractive index of the protective layer 26 is also 1.
46.

【0022】Al23の含有量は35モル%を越えると
クラッド材料との間で熱膨張係数のマッチングが取れな
くなり信頼性上問題が生じるため、35モル%以下であ
ることが望ましい。B23については含有量が大きくな
ると耐候性に問題を生じる。この場合も35モル%を上
限とすることが望ましい。一方、Al23とB23の含
有量が3モル%未満では、レーザ照射による光誘起屈折
率変化に及ぼす効果が充分発揮されない。
If the content of Al 2 O 3 exceeds 35 mol%, the thermal expansion coefficient cannot be matched with the clad material, which causes a problem in reliability. Therefore, it is preferable that the content is 35 mol% or less. When the content of B 2 O 3 is increased, a problem occurs in the weather resistance. Also in this case, it is desirable that the upper limit is 35 mol%. On the other hand, when the content of Al 2 O 3 and B 2 O 3 is less than 3 mol%, the effect on the photo-induced refractive index change by laser irradiation is not sufficiently exhibited.

【0023】この状態でも、導波構造が形成されてお
り、波長1.3μmの光を導入すると、中間層24部分
に導波する光が観測された。ただし、膜の積層方向には
屈折率が異なり光の閉じこめ作用があるが、膜面方向は
一様であり、光の閉じこめ作用が無いため、平面方向に
は広がった光として観測された。
Even in this state, a waveguide structure was formed. When light having a wavelength of 1.3 μm was introduced, light guided to the intermediate layer 24 was observed. However, although the refractive indices are different in the laminating direction of the films and the light has a confinement effect, the film surface direction is uniform and there is no light confinement effect.

【0024】以上のように得られた試料に対してレーザ
照射を行った。図3に示すようにパルスレーザー光50
をレンズ52で集光して照射した。パルスレーザー光5
0としては、アルゴンレーザー励起のTi:Al23
ーザー(図示していない)から発振されたパルス幅15
0フェムト秒、繰り返し周波数200kHz、波長80
0nm、平均出力600mWのレーザー光を使用した。
NDフィルター(図示していない)を透過させて強度を
400mWに調整したレーザー光を、NA(開口数)
0.3の10倍対物レンズ52で集光し、積層構造を形
成した基板20の内部に集光点54を生じるように照射
した。
The sample thus obtained was irradiated with a laser. As shown in FIG.
Was condensed by a lens 52 and irradiated. Pulse laser beam 5
A pulse width of 15 oscillated from a Ti: Al 2 O 3 laser (not shown) excited by an argon laser is set to 0.
0 femtoseconds, repetition frequency 200 kHz, wavelength 80
Laser light of 0 nm and an average output of 600 mW was used.
A laser beam whose intensity has been adjusted to 400 mW by passing through an ND filter (not shown) is applied to an NA (numerical aperture).
The light was condensed by a 0.3 × 10 × objective lens 52 and irradiated so as to form a converging point 54 inside the substrate 20 having the laminated structure.

【0025】同図(A)に示すように基板20を50μ
m/sの速度でビームに対して直行する方向に移動させ
ながら屈折率変化領域58を生成させる。最終的には中
間層24の全長にわたって屈折率を変化させ、光導波路
60を作製した。ただし、屈折率変化領域58は面内で
は集光されたレーザ光が照射される範囲だけに形成され
るため、基板の移動と垂直方向からみた同図(B)に示
すように、導波路の断面を正方形に近い形状とすること
ができる。
As shown in FIG.
The refractive index changing region 58 is generated while moving in a direction perpendicular to the beam at a speed of m / s. Finally, the refractive index was changed over the entire length of the intermediate layer 24, and the optical waveguide 60 was manufactured. However, since the refractive index changing region 58 is formed only in the area irradiated with the condensed laser light in the plane, as shown in FIG. The cross section can be shaped like a square.

【0026】作製した光導波路は以下の方法で評価し
た。1.3μmに中心波長を有する発光ダイオード(L
ED)の光を1.3μm用単一モード光ファイバによっ
て作製した光導波路の端面まで導き、光導波路他端から
の出射光強度が最大になるように調芯する。この出射光
を端面において、赤外線CCDカメラを用いて観察し
た。レーザ照射操作を行っていない場合は、横方向に広
がっていた光が、レーザ照射部分にのみ閉じこめられて
いることが観測された。このことより、中間層の部分の
みが、上下、左右の領域よりも屈折率が若干高くなって
いることがわかった。すなわち、Al23層はさらに屈
折率が高くなったが、B23を含む層の屈折率は変わら
なかった。
The produced optical waveguide was evaluated by the following method. A light emitting diode (L) having a center wavelength at 1.3 μm
The light of ED) is guided to the end face of the optical waveguide produced by the single mode optical fiber for 1.3 μm, and the center is adjusted so that the intensity of the light emitted from the other end of the optical waveguide becomes maximum. The emitted light was observed at the end face using an infrared CCD camera. When the laser irradiation operation was not performed, it was observed that the light that had spread in the lateral direction was confined only to the laser irradiation portion. From this, it was found that only the intermediate layer had a slightly higher refractive index than the upper, lower, left and right regions. That is, the refractive index of the Al 2 O 3 layer was further increased, but the refractive index of the layer containing B 2 O 3 was not changed.

【0027】さらに、得られた導波路の損失を導波モー
ドの評価と同じように、1.3μmの波長で見積もっ
た。光ファイバを通過したLEDの光を光導波路の入射
端に近接して結合し、出射端で再び光ファイバに結合
し、最終的には光スペクトルアナライザにより光導波路
からの出力を測定した。なお、光ファイバと光導波路の
間は屈折率が1.48程度の紫外線硬化樹脂で固定し
た。切断法によって測定した光導波路の伝搬損失は、
0.1dB/cmと充分小さかった。これに対して光フ
ァイバとの結合損失は0.5dBと見積もられた。この
結合損失は、ジャーナル・オブ・ライトウェーブ・テク
ノロジー(J. Lightwave Technology)17巻、5号 (199
9) 771頁に示されている石英系の光導波路の0.8dB
よりも小さい。
Further, the loss of the obtained waveguide was estimated at a wavelength of 1.3 μm as in the evaluation of the waveguide mode. The light from the LED that passed through the optical fiber was coupled close to the incident end of the optical waveguide, coupled again to the optical fiber at the exit end, and finally the output from the optical waveguide was measured by an optical spectrum analyzer. The space between the optical fiber and the optical waveguide was fixed with an ultraviolet curable resin having a refractive index of about 1.48. The propagation loss of the optical waveguide measured by the cutting method is
It was sufficiently small at 0.1 dB / cm. On the other hand, the coupling loss with the optical fiber was estimated to be 0.5 dB. This coupling loss is described in Journal of Lightwave Technology, Vol. 17, No. 5, (199
9) 0.8 dB of the silica-based optical waveguide shown on page 771
Less than.

【0028】[0028]

【発明の効果】本発明によれば、レーザ光照射によって
材料の屈折率を変化させる効果を利用し、レーザ光に対
して垂直に材料を移動させて光導波路を描画する光導波
路作製方法において、導波路の断面を矩形もしくは円形
に近いものにすることができ、導波路特性を向上させる
ことができる。
According to the present invention, there is provided an optical waveguide manufacturing method for drawing an optical waveguide by moving a material vertically with respect to laser light by utilizing the effect of changing the refractive index of a material by laser light irradiation. The cross section of the waveguide can be made to be rectangular or nearly circular, and the waveguide characteristics can be improved.

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

【図1】本発明の光導波路作成用積層構造の断面図であ
る。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a laminated structure for producing an optical waveguide according to the present invention.

【図2】積層構造作製に用いる成膜装置の模式図であ
る。
FIG. 2 is a schematic view of a film forming apparatus used for manufacturing a laminated structure.

【図3】本発明のレーザ描画による光導波路作製の模式
図である。
FIG. 3 is a schematic view of manufacturing an optical waveguide by laser writing according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 積層構造 20 ガラス基板 22 バッファ層 24 中間層 26 保護層 30 プラズマCVD装置 32 反応室 34,36 電極 38 原料ガス導入口 40 ヒータ 42 高周波電源 44 プラズマ 46 原料ガス 50 レーザ光 52 レンズ 54 集光点 58 屈折率変化領域 60 光導波路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Laminated structure 20 Glass substrate 22 Buffer layer 24 Intermediate layer 26 Protective layer 30 Plasma CVD device 32 Reaction chamber 34, 36 Electrode 38 Source gas inlet 40 Heater 42 High frequency power supply 44 Plasma 46 Source gas 50 Laser beam 52 Lens 54 Focus point 58 Refractive index change region 60 Optical waveguide

フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G02B 6/13 G02B 6/12 M Fターム(参考) 2H047 PA11 PA22 QA04 QA07 TA31 4G059 AA20 AB05 AC30 4G062 AA06 BB01 BB02 BB05 BB06 CC10 DA05 DA06 DA07 DA08 DB03 DB04 DB05 DC03 DC04 DC05 DD01 DE01 DF01 EA01 EA10 EB01 EC01 ED01 EE01 EF01 EG01 FA01 FA10 FB01 FC01 FD01 FE01 FF01 FG01 FH01 FJ01 FK01 FL01 GA01 GA10 GB01 GC01 GD01 GE01 HH01 HH11 HH20 JJ01 JJ10 KK01 KK10 MM04 NN01 Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat II (reference) G02B 6/13 G02B 6/12 MF term (reference) 2H047 PA11 PA22 QA04 QA07 TA31 4G059 AA20 AB05 AC30 4G062 AA06 BB01 BB02 BB05 BB06 CC10 DA05 DA06 DA07 DA08 DB03 DB04 DB05 DC03 DC04 DC05 DD01 DE01 DF01 EA01 EA10 EB01 EC01 ED01 EE01 EF01 EG01 FA01 FA10 FB01 FC01 FD01 FE01 FF01 FG01 FH01 FJ01 FK01 FL01 GA01 GA10 GB01 GG01 GM01 GG01 GM01

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】光照射により構造変化を起こし屈折率が変
化するガラス材料でコアを構成し、前記光照射によって
屈折率が実質的に変化しないガラス材料でクラッドを構
成したことを特徴とする光導波素子。
1. A light guide comprising: a core made of a glass material whose refractive index changes due to a structural change caused by light irradiation; and a clad made of a glass material whose refractive index does not substantially change by said light irradiation. Wave element.
【請求項2】コアを形成する層がAl23を含むケイ酸
ガラスであり、クラッドとなる層がB23を含むケイ酸
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
路素子。
2. The method according to claim 1, wherein the layer forming the core is silicate glass containing Al 2 O 3 and the layer forming the cladding is silicate glass containing B 2 O 3 . Optical waveguide device.
【請求項3】前記Al23の含有量が3モル%以上35
モル%以下であることを特徴とする請求項2に記載の光
導波路素子。
3. A method according to claim 1, wherein the content of Al 2 O 3 is 3 mol% or more.
The optical waveguide device according to claim 2, wherein the content is at most mol%.
【請求項4】前記B23の含有量が3モル%以上35モ
ル%以下であることを特徴とする請求項2に記載の光導
波路素子。
4. The optical waveguide device according to claim 2, wherein the content of B 2 O 3 is 3 mol% or more and 35 mol% or less.
【請求項5】レーザー光を集光することにより構造変化
をガラス材料内部に起こさせて屈折率を変化させ、その
集光点をガラス材料に対して相対的に移動させることに
より、屈折率変化領域を形成することを特徴とする請求
項1ないし4に記載の光導波路素子の製造方法。
5. A laser beam condensed to cause a structural change inside the glass material to change the refractive index, and the converging point is moved relative to the glass material to change the refractive index. 5. The method for manufacturing an optical waveguide device according to claim 1, wherein a region is formed.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004238280A (en) * 2003-02-03 2004-08-26 Carl-Zeiss-Stiftung Photostructurable body and method for processing glass and/or glass-ceramic
JP2016531062A (en) * 2013-05-24 2016-10-06 サン−ゴバン グラス フランス Method for producing a substrate with a coating

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