JP2003510656A - 石英ガラスの深紫外レーザによる内部誘起緻密化 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 軟質石英ベース材料でつくられるバルクガラス基板(４)の選択を含む、バルクガラス基板(４)に光導波構造(２６)を書き込む方法。基板内の焦点(３)にエキシマーレーザビーム(５)を集束させ、同時に焦点を走査経路に沿って基板に対して平行移動させる。走査経路に沿う材料の屈折率の非露光材料の屈折率に対する増大を誘起し、同時に走査経路に沿う材料のレーザ誘起破壊がほとんど全く生じないような走査速度で、レーザビーム(５)を移動させる。導波路を含む様々な光デバイスをこの方法で作成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本出願は、本明細書に参照として含まれる、１９９９年９月３０日に出願され
た米国仮特許出願第６０／１５６，７３７号による優先権を主張する。

【０００２】発明の分野 本発明は、深ＵＶ(紫外)光(＜３００ｎｍ)を利用する、ガラスに光デバイスを
効率よく形成するための方法に関する。特に、本発明は光誘起屈折率変化により
ガラス組成物に光導波構造を形成する直接書込方法に関する。本発明は前記直接
書込法により作成された光デバイスにも関する。本発明は緻密化された導波路を
直接かつ効率よく書き込むことができるバルクガラス基板体にも関する。

【０００３】発明の背景 光導波路及びブラッグ回折格子のような光デバイスは、遠距離通信分野で広く
知られている。光導波路では、低屈折率のクラッド層で囲まれた高屈折率のコア
が光を導波し、信号をほとんど減衰させずに大量の光情報を遠距離にわたり送信
できる。光導波路ファイバはこのタイプの原型のデバイスである。ファイバは、
屈折率が高い様々な材料のコアガラス及び屈折率が低い様々な材料のクラッドガ
ラスからつくられる適当な導波構造を与える方法により作成される。ブラッグ格
子は、広波長帯域信号をフィルタリングし、挟波長帯域を分離するために用い得
る、別のタイプの光デバイスである。光導波デバイスの遠距離通信用途で商業上
用いられる最も普通の材料は、酸化ゲルマニウムドープ石英コアのようなドープ
された石英ベース組成物及び水酸基を含まない純無水石英クラッドである。

【０００４】 ガラスに屈折率変化をおこさせるため及び物理的損傷を生じさせるためのいず
れにも、レーザ源を用い得ることが知られている。前者に関しては、酸化ゲルマ
ニウムドープ石英コアファイバにブラッグ格子を書き込むためのパルスＵＶ光レ
ーザ源の使用が知られている。最近、フェムト秒レーザ波長で透明なガラス体内
に光導波路を形成する“直接書込”レーザ法が開示された。この方法では、１２
０フェムト秒以下の８１０ｎｍパルスレーザを研摩済石英片内に集束させながら
、入射ビームに垂直に、焦点を通してガラスを平行移動させる。露光領域にかけ
て焦点を１０回走査させた特定の条件に対して、１０^-2オーダーの屈折率増大が
報告された。

【０００５】 短パルス集束レーザ光を用いてバルクガラスに導波路を形成する直接書込プロ
セスでおこり得る問題の１つは、過剰露光である。照射エネルギーが大きすぎる
と、ガラスに物理的損傷が生じ得る。ガラスの物理的損傷及び破壊は、ガラスを
通して送信される光信号の望ましくない減衰を生じさせる。

【０００６】 光学的構造を作成する直接書込法の別の問題は、書込装置、例えばレーザの寸
法安定性と基板材料に所望の屈折率変化を誘起するに必要なエネルギーとの間の
バランスをとることに関係する。

【０００７】 直接書込法を工業的に実用化するためには、材料の屈折率変化が妥当な書込時
間で達成されなければならない。許容できる高書込速度で十分に増大した屈折率
を有する石英ベースの光デバイスを作成する、実用的な直接書込法が必要とされ
続けている。そのような方法は、適当な材料の連続ブロック内の任意の２点を結
ぶ連続光導波路パターンを書き込むため、あるいはブラッグ格子のようなその他
の光デバイスを作成するために用いることができよう。

【０００８】 石英−酸化ゲルマニウムは、光で屈折率を変えることができる材料としてよく
用いられる。酸化ゲルマニウムドープ石英の感光性反応においては、ガラスの反
応を高めるための方法としてＨ_２添加が一般に用いられる。そのような状況にお
いては、屈折率増大機構は色中心形成機構によるものであり、クラマース−クロ
ーニッヒの関係式にしたがう。Ｈ_２添加の利用では、Ｈ_２の添加に必要な時間を
含む、ロジスティック問題が加わる。バルク材料では特に、Ｈ_２が材料と反応し
ない十分に低い温度で、Ｈ_２を浸み込ませるための時間が使用を思いとどまらせ
るほどの長さになる。例えば、３ｍｍ厚のケイ酸ガラス片では１５０℃での添加
に３６日かかる。Ｈ_２を材料に入れてしまうと、Ｈ_２を含有する材料片の保管が
問題となるが、バルク材料ではこれはほとんど全く問題ではない。

【０００９】 緻密化による屈折率の増大は、Ｈ_２添加が必要ではないという点で材料管理上
の利点を提供する。水素添加は、水素が容易に拡散できる、光ファイバ及び薄い
平面層のような小寸法のガラス構造に対しては実用的であり得るが、ガラス体内
部深くまで水素を拡散させる上での問題及び困難並びにガラスの吸収特性のため
、より大きなガラス体内部に３次元で位置を指定して、書込を行うには実用的で
はない。本発明の別の潜在的利点は、Ｈ_２添加石英−酸化ゲルマニウムを用いて
書き込んだ構造は一般に、低温での熱アニールを受け、熱アニール中に回折格子
が“固定”されることにより熱的に安定化されることである。熱アニールは回折
格子の効率を約３０％低めるが、以降の効率変化は最小限に抑えられることを保
証するに役立つ。本発明の緻密化機構の利用により、“固定”するための熱処理
を必要とせず、ガラス片内にとどまっている構造が一般に数１００℃においてさ
え熱的影響をほとんど全く受けない上に、表面からの深さを２ｃｍより大きくす
ることができるガラス体内部深くへの書込を提供するという特徴が得られる。

【００１０】 レーザビーム露光が石英ガラス光学素子に測定可能な緻密化効果を生じさせ得
る、エキシマーレーザ微細リソグラフィーシステムによるような、持続高エネル
ギー光及び高純度石英ガラスのレーザ露光が知られている。

【００１１】発明の概要 本発明の目的は、石英ベース材料基板内部に光導波構造を形成する、改善され
た直接書込法を提供することにある。特に、ガラス内部に導波路及び回折格子の
ような３次元光導波構造を効率よく書き込むことが望まれている。集束深ＵＶ(
＜３００ｎｍ)レーザビームが大寸法ガラス体の内部を通って平行移動されて、
ガラス内部を通る緻密化ガラス導波路コア構造を形成し、緻密化ガラス導波路コ
ア構造はガラス体を、ガラス体の複数の平面に沿って、複数の方向に３次元で、
複数の外表面まで通ることができる。

【００１２】 本発明の方法は、ガラス表面からガラス体内部への深さが少なくとも１ｃｍ，
好ましくは少なくとも２ｃｍ，より好ましくは少なくとも３ｃｍ，最も好ましく
は少なくとも４ｃｍの大きなガラス体内部への導波路コアの内部直接書込緻密化
形成を含む。本発明は３次元ガラス体への、ガラス体の外表面から少なくとも１
ｃｍ，好ましくは少なくとも２ｃｍ，より好ましくは少なくとも３ｃｍ，最も好
ましくは少なくとも４ｃｍ離れた、表面にはない内部コア路部分を有する、直接
書込緻密化導波路コアをもつ光導波路デバイスの作成を含む。

【００１３】 本発明の別の目的は、石英ベース材料に光学構造を書き込む方法を提供するこ
とにある。

【００１４】 本発明の一態様にしたがえば、軟質石英ベース材料がバルクへの光学構造のレ
ーザ書込に対して高められた感度を示すことが見いだされた。

【００１５】 本発明の別の態様にしたがえば、ガラスに物理的損傷を実質的に与えずにレー
ザを用いてガラスに光導波構造を直接に書き込むための方法が提供される。

【００１６】 本発明のまた別の態様にしたがえば、石英ベースバルクガラスに３次元光学構
造を書き込むための方法が提供される。詳しくは、本発明は石英ベース基板を通
るｘ，ｙ及びｚ方向への、レーザの屈折率増大焦点の平行移動を提供する。

【００１７】 本発明のなおまた別の態様にしたがえば、本明細書に説明される方法で作成さ
れた光学構造を組み込んだ、様々な光デバイスが開示される。本発明は、緻密化
光導波路コアトンネルを形成するための、＜３００ｎｍ深ＵＶレーザビームの焦
点による、軟質(アニール点＜１３５０Ｋ)石英ガラスの体積の大きなバルク体内
部の、焦点でトレースされる体積領域の選択的緻密化を含む。

【００１８】 本発明の上記及びその他の態様は、当業者には本開示に照らしてみれば明らか
になるであろう。

【００１９】発明の詳細な説明 本発明にしたがう軟質石英ガラスバルク基板に光導波構造を形成する直接書込
法は：光導波構造が書き込まれるべき、石英ベース材料でつくられた基板を選択
する工程；基板内部の位置にある焦点に、焦点が合わせられた材料の緻密化に有
効な、≦３００ｎｍＵＶレーザビームを集束させる工程；及び基板内部に走査経
路に沿う光導波構造を形成するために、定められたガラス走査経路に沿って基板
及び焦点を互いに対して平行移動させる工程を含む。λ＜３００ｎｍレーザビー
ムで選択的に緻密化された、ガラス体内部の走査経路は高められた屈折率を有し
、本来の低屈折率をもつ、焦点が合わせられずよって緻密化されていないガラス
で囲まれることによりクラッドされる。ガラスの緻密化は２光子吸収により非可
逆的に生じ、集束レーザビームの強度の二乗に依存する。

【００２０】 レーザビームの集束は、非集束ビームに比較してビームのピーク強度を相当に
高める。高強度の集束ビームがガラスを緻密化し、ビームの焦点が石英ガラス試
料を通して平行移動されるにつれてビーム焦点でトレースされる緻密化ガラス経
路に沿うガラスの屈折率の増大を誘起する。得られた屈折率増大緻密化ガラスの
経路領域は光を導波することができ、よって緻密化されていない隣接ガラスに囲
まれることによりクラッドされた光導波経路として機能することができる。

【００２１】 “上面緻密化書込”法は、図１Ａに示されるように、緻密化入射ビームに実質
的に垂直な方向１３に試料を平行移動させることにより得られる。“軸上書込”
法は、図１Ｂに示されるように、入射ビームに実質的に平行な走査方向１３に試
料を平行移動させることにより得られる。当業者には容易に理解されるように、
上面書込は、試料をｘ方向だけまたはｙ方向だけに平行移動させるか、あるいは
ｘ方向とｙ方向とに同時に平行移動させることによっても、達成できる。

【００２２】 上面書込焦点が試料を通して走査方向に平行移動される場合には、一般に断面
が楕円形の導波路が形成され得る。軸上書込焦点が試料を通して走査方向に平行
移動される場合には、一般に断面が円形の導波路が得られることが多い。したが
って、実質的に円形の断面を有する導波路を作成するためには、軸上書込型導波
路が一般に好ましい。集束レンズの焦点距離より長い連続線状導波路を書き込む
ためには、上面書込が望まれることになろう。

【００２３】 本発明の直接書込法を用いる試料への３次元導波路の書込能力を、図３Ａ及び
３Ｂを参照してさらに説明する。レーザビーム２は、レンズ５により、ガラス試
料４内部に位置する焦点３に集束させることができる。Ｄ_１の深さにある第１の
位置(ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１)からＤ_２の深さにある第２の位置(ｘ_２，ｙ_２，ｚ_２)へ
の、ｘ方向、ｙ方向及びｚ方向の試料の平行移動により、走査経路９に沿うガラ
スの屈折率の増大が生じ、試料内部に第１の位置と第２の位置との間で３次元に
延びる光導波経路が形成される。プレーナ型、すなわち２次元の導波路が望まし
ければ、ｘ_１をｘ_２と同じにするか、ｙ_１をｙ_２と同じにするかあるいはｚ_１を
ｚ_２と同じにすることができる。直線導波路が望ましければ、ｘ_１及びｙ_１をそ
れぞれｘ_２及びｙ_２と同じにするか、ｙ_１及びｚ_１をそれぞれｙ_２及びｚ_２と同
じにするかあるいはｘ_１及びｚ_１をそれぞれｘ_２及びｚ_２と同じにすることがで
きる。

【００２４】 レーザは、λ＜３００ｎｍの適当な強力ＵＶレーザビームを発生できれるいず
れかのデバイスとすることができる。有用なレーザの例は以下の実施例で説明さ
れる。λ＜３００ｎｍのＵＶレーザビームの特性はいくつかのビームパラメータ
で表わされる。好ましい実施形態ではエキシマーレーザが用いられる。用いられ
るレーザのパルス持続時間は５ナノ秒より長いことが好ましい。エキシマーレー
ザは、パルス持続時間が１５から６０ナノ秒の間のパルス源である。本用途のた
めのエキシマーレーザの１パルスフルーエンス当りの非集束パルスエネルギーは
２から１００ｍＪ／ｃｍ^２までの範囲にあり、このパルスフルーエンスがレーザ
ビームの集束により高められる。ＫｒＦまたはＡｒＦのような波長が３００ｎｍ
より短いエキシマーレーザを利用することが好ましい。エキシマーレーザ源の他
に、緻密化レーザは３００ｎｍより短い波長及び適切な強度を発生する非エキシ
マーレーザとすることができる。エキシマーレーザ源の代替には、Ｎｄ:ＹＡＧ
及びＹＬＦ、Ｔｉ−サファイアベース固体レーザのような固体レーザがある。λ
＜３００ｎｍのＵＶレーザビームは、直径１０μｍのビームで測定して、集束強
度が１０ｍＪ／ｃｍ^２以上のガラス緻密化焦点の(好ましくはレンズを用いる)集
束による強度及びプロファイルを備えることが好ましい。ガラス緻密化焦点での
強度は、直径１０μｍのビームで測定して、５０ｍＪ／ｃｍ^２以上であることが
好ましく、１００ｍＪ／ｃｍ^２以上であることが最も好ましい。軟質石英ガラス
材料の内部を緻密化するために用いられる適切なλ＜３００ｎｍのＵＶレーザは
、約１０μｍ(１０±５μｍ)の大寸ガラス緻密化焦点に、１０ｍＪ／ｃｍ^２から
１５０ｍＪ／ｃｍ^２の範囲の強度で集束可能である緻密化フルーエンスをもつ、
集束可能なレーザビーム出力を有する。そのようなλ＜３００ｎｍのガラス緻密
化焦点は、λ＜３００ｎｍでの内部透過率が、＞７０％／ｃｍ、好ましくは＞９
０％／ｃｍ、さらに好ましくは＞９５％／ｃｍ、最も好ましくは≧９８％／ｃｍ
であるバルクガラスの、ガラス内部の書込領域を緻密化するために利用される。
本発明によれば、酸化ゲルマニウムドープ石英が前記焦点で書き込まれる軟質石
英バルクガラス基板である場合には、集束深ＵＶレーザビーム波長は約２２０ｎ
ｍより長いことが好ましく、約２２０ｎｍから２５０ｎｍの範囲にあることが好
ましい。本発明によれば、酸化ゲルマニウムを含まない石英が前記焦点で書き込
まれる軟質石英バルクガラス基板(ドープされていない高純度石英ガラスまたは
酸化ゲルマニウム以外の軟質化ドーパントがドープされた石英ガラス)である場
合には、集束深ＵＶレーザビーム波長は１８０ｎｍより長いことが好ましく、約
１８０ｎｍから２２０ｎｍの範囲にあることが好ましい。ガラス緻密化焦点の強
度は、ガラスを効率よく緻密化するが、焦点で露光されたガラスに空孔が形成さ
れるほど強くはないことが好ましい。微細空隙を形成するほど強度が高くない、
そのような緻密化焦点により、ガラスへの物理的損傷が回避され、空孔形成で証
拠だてられるようなガラスのレーザ誘起破壊が阻止される。

【００２５】 以下の実施例は固定されたガラス緻密化焦点に対するガラス試料の移動に関す
るが、当業者には、代わりに、試料とパターン形成焦点との間の所望の相対平行
移動速度を得るために、固定された試料に対してガラス緻密化レーザ焦点を移動
させ得ること、あるいは緻密化レーザ焦点及び試料をともに固定基準点に対して
同時に移動させ得ることが容易に理解されるであろう。非露光材料の密度に対し
て走査経路に沿う材料の密度の増大を誘起するに有効であるが、走査経路に沿う
材料のレーザ誘起破壊を実質的に生じさせることのない走査速度での走査経路に
沿う、焦点の試料に対する平行移動は、約１μｍ／秒から１ｍｍ／秒の範囲の走
査速度の使用を含む。

【００２６】 図面では本発明での使用に適する書込可能なガラス基板石英材料試料が互いに
直角方向に向けられた実質的に平面の表面を有するとして描かれているが、当業
者であれば、本発明がそのような正形の中実基板に限定されないことを認めるで
あろう。逆に、本発明は、事実上いかなる正形または非正形の３次元試料への光
導波路の直接書込にも用いることができる。しかし、入射レーザビームが通過す
る試料面にビームが実質的に垂直になるように、入射レーザビームに対して試料
が配置されることが好ましい。基板は薄膜層に比較して３次元形状であることが
好ましい。基板厚は経路厚の数倍であることが好ましく、少なくとも１００倍で
あることがより好ましく、少なくとも５００倍であることがさらに好ましく、少
なくとも１，０００倍であることが最も好ましい。

【００２７】 本発明により光導波構造を書き込むことができる基板の組成は、ドープされて
いない石英ガラス並びに２元系及び３元系のドープされた石英を含む石英ベース
材料である。石英ベース材料は、所望の様々な光学特性及び遠距離通信デバイス
用途における広汎な使用のいずれから見ても好ましい。２元系及び３元系石英ベ
ース材料は本発明における使用に好ましいことが多い。２元系及び３元系石英ベ
ース材料は強められた緻密化感度をもつことから好ましい。

【００２８】 “石英ベース材料”とは、石英を含み、アルカリ金属元素、アルカリ土類元素
及び遷移金属元素も、１３００〜１６００ｎｍ範囲で吸収を生じさせるその他の
不純物も本質的に含まれない、ガラス組成物を意味する。たとえ存在するとして
も、本発明に用いられる石英ベース材料では一般に、そのような不純物が１０ｐ
ｐｂ(１０億分の１)をこえるレベルで見いだされることはないであろう。

【００２９】 本発明の発明者等は、一般に、軟質石英ベース組成物で作成されたバルク基板
に、誘起屈折率変化の大きさを犠牲にすることなく、硬質石英ベース材料より容
易に導波路を書き込み得ることを見いだした。軟質石英ベース組成物は、エキシ
マーレーザを用いる光導波構造の直接書込に対して、硬質石英ベース組成物ガラ
スより感度が高いと思われる。

【００３０】 本開示の目的のため、“軟質”石英ベース材料は、ＧｅＯ_２５モル％−ＳｉＯ _２ ９５モル％の酸化ゲルマニウムドープガラス組成物のアニール点より低いアニ
ール点を有するドープされていないまたはドープされた石英ベース材料として定
義される。すなわち、石英ベース材料は約１３８０Ｋより低いアニール点を有す
ることが好ましい。石英ベースガラスは、１３８０Ｋより低いことが好ましく、
約１３５０Ｋより低いことがより好ましく、約９００Ｋから約１３２５Ｋの範囲
にあることが最も好ましいアニール点を有する２元系または３元系のドープされ
ていない及びドープされた石英ベース材料であることが好ましい。アニール点は
材料の粘度が１０^１３.６ポアズである温度として定義される。

【００３１】 ドープされていない石英ベースガラスには、例えば、約１２６１Ｋから約１３
２３Ｋの範囲のアニール点を有し得る、コーニング社(Corning Incorporated)の
ＨＰＦＳ(登録商標)タイプの高純度石英ガラス７９８０のような、市販級の石英
ガラスがある。本発明に利用される軟質高純度石英ガラスは、ＯＨ含有量が重量
で、好ましくは＞５０ｐｐｍ，より好ましくは＞１００ｐｐｍ，さらに好ましく
は＞２００ｐｐｍ，最も好ましくは＞５００ｐｐｍの含水高純度石英ガラスであ
る。ドープされた系に関して、石英を軟質化するために用い得る好ましいドーパ
ントには、元素である、ホウ素、リン、アルミニウム、及びゲルマニウムの、そ
れぞれ酸化ホウ素(Ｂ_２Ｏ_３)，酸化リン(Ｐ_２Ｏ_５)，アルミナ(Ａｌ_２Ｏ_３)，及
び酸化ゲルマニウム(ＧｅＯ_２)のような、酸化物がある。所望のいかなるドーパ
ント濃度も用いることができる ２成分系ホウ素ドープ石英ベースガラスでは、酸化ホウ素含有量は、２０重量
％までないしそれ以上の酸化ホウ素からなる。この２成分系ガラスは、Ｂ_２Ｏ_３ ９重量％−ＳｉＯ_２９１重量％からＢ_２Ｏ_３２０重量％−ＳｉＯ_２８０重量％の
組成範囲にあることが好ましい。Ｂ_２Ｏ_３９重量％−ＳｉＯ_２９１重量％組成の
アニール点は約１０７３Ｋである。Ｂ_２Ｏ_３２０重量％−ＳｉＯ_２８０重量％組
成のアニール点は約９９９Ｋである。

【００３２】 ２成分系リンドープ石英ベースガラスでは、酸化リン含有量は、やはり２０重
量％までないしそれ以上の酸化リンからなり、好ましい範囲は約７から２０重量
％である。この２成分系ガラスは、Ｐ_２Ｏ_５１０重量％−ＳｉＯ_２９０重量％か
らＰ_２Ｏ_５７重量％−ＳｉＯ_２９３重量％の組成範囲にあることが好ましい。Ｐ _２ Ｏ_５７重量％−ＳｉＯ_２９３重量％組成のアニール点は約１２３１Ｋである。

【００３３】 ２成分系アルミニウムドープ石英ベースガラスでは、アルミナ含有量は、２０
重量％までないしそれ以上のアルミナからなり、好ましい範囲は約１０から２０
重量％である。例えば、Ａｌ_２Ｏ_３１０重量％−ＳｉＯ_２９０重量％の２成分系
ガラスを用いることができる。

【００３４】 ２成分系ゲルマニウムドープ石英ベースガラスでは、酸化ゲルマニウム含有量
は、約２２重量％までないしそれ以上の酸化ゲルマニウムからなり、好ましい範
囲は約１５から２５重量％である。Ｇｅ_２Ｏ_３２０重量％−ＳｉＯ_２８０重量％
からＧｅ_２Ｏ_３２２重量％−ＳｉＯ_２７８重量％の組成範囲にある２成分系ガラ
スを用いることができる。Ｇｅ_２Ｏ_３２０重量％−ＳｉＯ_２８０重量％組成のア
ニール点は約１３２３Ｋであり、一方Ｇｅ_２Ｏ_３２２重量％−ＳｉＯ_２７８重量
％組成のアニール点は約１３１１Ｋである。別の酸化ゲルマニウム含有範囲は、
１４％から９％である。２成分組成では酸化ゲルマニウムが９％から２２％の範
囲にある。

【００３５】 本発明においては、ゲルマニウムドープガラスを用いることができるが、ゲル
マニウムの使用は必須ではない。すなわち、ゲルマニウムを含有しない石英を本
発明に用いることができる。好ましい実施形態において軟質石英ガラスはＧｅを
実質的に含有しない。

【００３６】 “硬質”石英ベース材料は、ＧｅＯ_２５モル％−ＳｉＯ_２９５モル％のＳｉＯ _２ ガラス系のアニール点より高い、すなわち約１３８０Ｋより高いアニール点を
有する、ドープされていないまたはドープされた石英ベース材料と定義される。
硬質石英ベース材料の例には、アニール点が約１４２５Ｋの無水石英ガラスがあ
る。技術上一般的に知られているように、“無水”石英ガラスは残留水酸基を事
実上含有しないが、コーニングＨＰＦＳ(登録商標)のような市販級石英ガラスは
、水酸基を、例えば重量で＞２００ｐｐｍであり、＞８００ｐｐｍにもなる高レ
ベルで有する。

【００３７】 本発明に用いられる石英ベース材料は、火炎加水分解プロセスによりつくられ
ることが好ましい。そのようなプロセスでは、ケイ素含有ガス分子が火炎内で反
応してＳｉＯ_２スート粒子を形成する。これらの粒子は回転体の高温面上に堆積
され、固結して、後に冷却されてガラス態(固体)にされる非常に粘度の高い流体
になる。技術上、このタイプのガラス作成手順は気相加水分解／酸化プロセス、
あるいは単に火炎加水分解プロセスとして知られる。しかし、その他の既知のプ
ロセスも使用できる。好ましい実施において、石英ベース材料は単一工程の直接
堆積及び固結プロセスでつくられる。別の実施において、ガラスは堆積及びその
後の固結によりつくられる。

【００３８】 出願人等は、石英ガラスをエキシマーレーザ光で露光することにより、ガラス
に緻密化と称される密度変化を誘起できることを見いだした。レーザで処理する
と、ガラスの密度が高くなり、付随して屈折率が高くなる。密度変化は、例えば
２４８ｎｍ及び１９３ｎｍのエキシマーレーザパルス露光により誘起することが
できる。パルス持続時間は５から３０ナノ秒、好ましくは２０〜３０ナノ秒とす
ることができ、一方非集束パルスエネルギーは少なくとも１０〜１００ｍＪ／ｃ
ｍ^２である。集束レーザビームによるガラス基板体内部の緻密化は、ガラスにパ
ターンを書き込み、導波経路を形成するために利用される。

【００３９】 特に有用な露光用石英ガラスは、高い透過率を、特に深ＵＶで維持する上述し
たガラスである。これは、エキシマーレーザ露光の場合、試料はエキシマーレー
ザ波長に対し、少なくとも７０％／ｃｍから９０％／ｃｍで実質的に透明である
べきことによる。そうでなければ、ガラス内部深くに緻密化を生じさせることは
できない。好ましい緻密化機構は波長が短くなるにつれて大きくなる２光子吸収
率をもつ２光子過程であり、最良の軟質石英ガラスは最短波長を透過させるガラ
スである。

【００４０】 低Ｔｇ(ガラス転移温度)あるいは、アニール点または軟質化点のようなその他
のいずれかの粘度対温度の挙動の測度により決定されるようなガラスの軟度が高
くなるほど、屈折率で表わされるような誘起変化に対するガラスの感度が高くな
ることが、ここでも見いだされた。

【００４１】 ディー・シー・アラン(D. C. Allan)，シー・スミス(C. Smith)，エヌ・エフ
・ボレッリ(N. F. Borrelli)及びティー・ピー・スォード３世(T. P. Seward II
I)：“Ｏｐｔ. Ｌｅｔｔ.”誌，第２１巻(第２４号)，１９６０ページ(１９９６
年)及びエヌ・エフ・ボレッリ，シー・スミス，ディー・シー・アラン及びティ
ー・ピー・スォード３世：“Ｊ. Ｏｐｔ. Ｓｏｃ. Ａｍ., Ｂ”誌，第１４巻，
１６０６ページ(１９９７年)に述べられている構成の実験装置により、研摩済石
英ガラス基板バルク試料をアパーチャを通してエキシマーレーザ光で露光した。
上記文献は本明細書に参照として含まれる。

【００４２】 １９３ｎｍ及び２４８ｎｍ露光に用いたレーザは、ルモニックス(Lumonocs)６
００である。アパーチャを通るエネルギーは、モレクトロン(Molectron)熱検出
器でモニターした。露光で誘起された光位相はザイゴ(ZYGO)マークIV計測器を用
いて干渉法で測定した。測定された光位相シフトから、有限要素モデルを用いて
“非拘束”緻密化Δｐ／ｐを得た。緻密化プロセスの計量としての非拘束緻密化
の使用には試料の形状寸法及び露光ビームの空間的態様を考慮に入れてある。モ
デルの性質及びその利用は、アラン等：“ＳＰＩＥ”誌，第３５７８巻、１６ペ
ージ(１９９８年)に十分に説明されている。この文献は本明細書に参照として含
まれる。簡単に述べれば、有限要素モデルは、露光領域が緻密化の下で収縮する
ときのガラスの弾性応答を考慮し、露光及び非露光領域の光弾性応答の統合を可
能にする。

【００４３】 表１のガラスを１９３ｎｍエキシマーレーザで露光して緻密化を誘起した。表
１には、パルス持続時間３０ナノ秒で１０^６パルスの１０ｍＪ／ｃｍ^２の露光に
対する非拘束緻密化が示される。誘起屈折率値は、緻密化に概ね０．４を乗じて
得られる。

【００４４】

【表１】 露光の関数としての緻密化の実際の発現が、３つの試料について図４に示され
る。図４において、ｘ軸は線量であり、ｙ軸は緻密化である。エキシマーレーザ
誘起屈折率変化に関するドープされていない石英から石英−酸化ゲルマニウムに
向かい、さらに石英−ホウ素に向かう屈折率増大の増進は、ガラスの軟度を、得
ることのできる屈折率変化量の基幹パラメータとして強く示唆している。酸化ゲ
ルマニウムガラスはドープされていない石英よりかなり軟質であり、さらに、ホ
ウ素ガラスは酸化ゲルマニウムガラスよりかなり軟質である。

【００４５】 任意の温度における石英と酸化ゲルマニウムガラスとの間の粘度の差は式：

【数１】 で評価することができる。

【００４６】 ここでζは粘度、Δは％で表わしたΔｎ／ｎである。２０％ＧｅＯ_２に対して
Δは１％であり、よって石英−酸化ゲルマニウムガラスは石英よりかなり軟質で
ある。ホウ素に対しては、効果はなお一層劇的である。１０モル％Ｂ_２Ｏ_３／Ｓ
ｉＯ_２の組成は石英より約３００℃低い軟化点を有する。より軟質のガラスが得
られるであろうその他の２成分系には、リン及びアルミニウムの酸化物がある。
例えば、Ｐ_２Ｏ_５がやはり１０モル％のＰ_２Ｏ_５／ＳｉＯ_２の軟化点は５００℃
低くなるであろう。

【００４７】 λ＜３００ｎｍの深ＵＶレーザで好ましい緻密化及び最大屈折率変化を生じさ
せるためには、好ましくはガラスがホウ素のような軟質化成分を含むべきである
。変化の大きさは、軟化点へのドープ成分の効果に比例する。本発明は軟質化ド
ーパントによる石英ガラスの軟質化を含むことが好ましい。

【００４８】 露光波長、ガラス及び導波路製造方法を適切に選択することにより、誘起屈折
率への緻密化の寄与を最大化することができ、熱的に安定な導波路構造を得るこ
とができる。

【００４９】 ２４８ｎｍエキシマーレーザの代わりに１９３ｎｍエキシマーレーザを用いて
得られる石英ガラスの緻密化速度は相当速くなり、おそらく５〜１０倍であるこ
とがわかった。例えば、１９３ｎｍでは、３３０ｍＪ／ｃｍ^２で１００Ｈｚのパ
ルスにより、わずか１６分で１０^−４の屈折率変化を達成できた。

【００５０】 石英並びに、ＧｅＯ_２，Ｂ_２Ｏ_３及びＰ_２Ｏ_５をドープした２成分系石英に関
して緻密化速度の直接測定を行った。測定方法には、２４８ｎｍ及び１９３ｎｍ
のエキシマー光のそれぞれによる制御された露光で生じた光位相シフトの干渉法
による決定を含めた。測定は、表２の組成をもつバルクガラス基板試料について
行った。試料は、スートの火炎堆積によりスートプリフォーム体を形成し、次い
でこれをバルクガラス体に固結させて形成した。本分析の決定的な特徴は、物理
的に有意な“非拘束”緻密化項Δｐ／ｐの抽出を可能にする有限要素モデルの使
用にある。λ＜３００ｎｍＵＶレーザ光誘起緻密化の物理的過程はこの項に属し
ている。ガラス緻密化有限要素モデルにより、緻密化でガラスに誘起された実屈
折率変化を計算できる。

【００５１】 非拘束緻密化の挙動をレーザ露光の関数として以下の羃乗則形式：

【数２】 で表わすと便宜がよいことがわかった。

【００５２】 括弧内の項、すなわち実効パルス持続時間で除されたピークフルーエンスの２
乗とパルス数との積は、観測された緻密化のこの積への相反性から導かれる。本
明細書にその全体が参照として含まれる、アラン等：“ＳＰＩＥ”誌，第３５７
８巻、１６ページ(１９９８年)を参照されたい。それぞれの試料に関するデータ
を上記の形式に適合させた結果を下の表２に挙げてある。総体的な適合の良否が
この特定の選択により大きく影響されることはない。データから明らかなことは
、緻密化が組成に依存して極めて異なることである。ここでも、例えばアニール
点で測定されるような、ガラスの相対“軟度”との強い相関が見られる。

【００５３】 ドープされていない石英の場合、２４８ｎｍ誘起緻密化は１９３ｎｍで誘起さ
れた緻密化の１／１０であった。ＧｅＯ_２試料では、１／４０であった。したが
って、緻密化の組成依存性の他に、強いレーザ波長依存性もある。

【００５４】 この実験のため、１５０ｍＪ／ｃｍ^２の３０ナノ秒パルスで１０^５回の露光を
用いた。これは７５(ｍＪ／ｃｍ^２)^２(パルス／１０^６)／ナノ秒の線量である。
ガラスに対する１９３ｎｍ露光の結果として得られた屈折率変化を表２に与えて
ある。

【００５５】

【表２】 表２から、λ＜３００ｎｍＵＶレーザ誘起緻密化速度が２元系金属酸化物−石
英の組成に強く依存することがわかる。パルスエキシマーレーザ誘起緻密化速度
は金属酸化物含有量にともなって大きくなることが示されている。緻密化速度と
アニール点で示されるようなガラスの相対“軟度”との間にはよい相関が見られ
る。全てのガラスに対して緻密化速度はエキシマーレーザ波長に強く依存し、緻
密化速度_{１９３ｎｍ}＞緻密化速度_{２４８ｎｍ}であることもわかる。

【００５６】 以下のガラスは火炎加水分解で得た。コーニングＨＰＦＳ(登録商標)石英ガラ
スは単工程ＳｉＯ_２スート直接堆積／固結により、火炎から直接堆積され、同時
に固結される。図４〜６において、ＨＰＦＳ(登録商標)高純度石英ガラスはＨＰ
ＦＳで表わされる。その他のガラスは、スート堆積とこれに続くガラス体への固
結により作成した。このプロセスでは、金属前駆体の火炎加水分解により多孔質
スートブランクが形成される。多孔質スートブランクは次いで、脱水雰囲気内で
固結される。この２工程プロセスによるドープされていない石英ガラスの形成で
は、残留ＯＨ含有量がＨＰＦＳ(登録商標)石英ガラスよりかなり少なくなる。Ｏ
Ｈ含有量の低下は、＜１７０ｎｍ光透過率にもドープされていない石英ガラスの
アニール点にも影響する。

【００５７】 ２成分系ガラスも、数種の金属(Ｂ，Ｐ，Ｇｅ)のための前駆体を石英前駆体と
ともに加水分解してドープされた多孔質スートブランクを形成し、次いでブラン
クを固結させる、２工程プロセスで作成した。様々な石英ベースガラスの真空Ｕ
Ｖ透過率スペクトルを図５に示す。

【００５８】 図６に、１９３ｎｍで露光されたガラスの非拘束緻密化を線量(Ｆ^２Ｎ／τ)に
対してプロットしてある。ＦはｍＪ／ｃｍ^２を単位とするパルス当りのフルーエ
ンス、Ｎは１００万を単位とするパルス数、τはナノ秒を単位とするレーザの方
形パルス持続時間の総和である。線量のこの定義は緻密化プロセスの観測された
相反性から得られる。

【００５９】 用いた羃乗則適合を、１９３ｎｍレーザ誘起緻密化に対して図６に示す。前因
子ａの値を表３に挙げてある。ゲルマニウムドープガラスを除いて、緻密化速度
がガラスの“軟度”に相関していることがわかる。すなわち、ある指定された温
度でのガラスの粘度が低いほど、λ＜３００ｎｍレーザ誘起緻密化の速度が大き
くなる。アニール点に相当する温度を、この物理特性を表わすために用いた。ガ
ラスの測定されたアニール点を表３に示す。レーザ誘起緻密化とガラスの“軟度
”との間の関係を、ln(ａ)対アニール点の逆数である、図７に示す。緻密化は、
ｂを０．５３に固定した前式の前因子ａの値で表わされる。直線適合は、緻密化
が、構造再配列に対する障壁が１．７ｅＶの活性化過程であることを示唆してい
る。より密な構造を与えるための構造再配列の実際の機構は明らかではないが、
上記の結果は緻密化機構に動力学的要因があることを確証している。

【００６０】 ゲルマニウムドープ石英の緻密化挙動は、上で論じた他の２成分系ガラスとは
かなり異なると考えられる。２４８ｎｍ及び１９３ｎｍエキシマーレーザ露光に
対して、石英並びにホウ素ドープ及びリンドープ材料がこれらの波長で低い吸収
を示すことから、緻密化過程は２光子開始機構であると考えられる。ゲルマニウ
ムドープガラスは、アニール点だけに基づく予測より速く緻密化する。図５のＶ
(真空)ＵＶスペクトルから、１９３ｎｍにおけるガラスＣ(２０％ＧｅＯ_２−石
英)材料の吸収が調べた他の２成分系ガラスより大きいことも明らかであり、１
９３ｎｍ光照射の下で吸収過程が線形であることを示唆している。したがって、
観察された異常な高緻密化は、最終的には緻密化へと導く、高められた励起事象
の結果によるガラスへのより効率の高い光の結合で説明できるであろう。

【００６１】 １９３ｎｍエキシマーレーザ誘起緻密化速度が組成に強く依存することが示さ
れた。１９３ｎｍで高い透過率(＞７０％／ｃｍ)をもつ材料に対して、アニール
点で表わされるようなガラスの軟度とのよい相関が見られる。この相関は指定さ
れた組成族内であっても成立することがわかった。

【００６２】

【表３】

【表４】 上で論じたように、石英ガラスの長時間深ＵＶ光照射の主要な効果の１つは緻
密化である。この緻密化により、対応する屈折率変化が生じる。誘起された屈折
率変化は例えば０．０００１となり得るし、０．００１もの大きな変化も見られ
ている。緻密化誘起屈折率はパターンの書込に用いることができ、例えばブラッ
グ格子及び導波路走査経路の作成に用いることができる。誘起吸収に基づく屈折
率変化に関する緻密化の寄与を利用するためには、１９３ｎｍのようなλ＜３０
０ｎｍＵＶ光の使用が出願人等には好ましい。

【００６３】 光導波構造及び内部パターンを作成するためには、深ＵＶ光(レーザλ＜３０
０ｎｍ)照射による、軟質で透明な(アニール点＜１３５０Ｋ，透過率＞７０％／
ｃｍ)石英ガラス材料の感光性緻密化の使用が出願人等には好ましい。ガラス基
板バルク体内部深くで３次元的に屈折率変化領域の位置を指定できると、確実に
見なし得るためには、励起波長において石英ガラス材料が本質的に透明であるこ
とが必要条件である。露光方法の概略図が図１〜３及び８に示され、作成された
光導波緻密化トンネルデバイスが図９に示される。導波屈折率変化は緻密化の結
果である。石英−酸化ゲルマニウム系の場合には、励起波長で吸収を生じさせる
であろう酸素欠陥を入れないように試料を作成することが重要である。

【００６４】 本発明の露光システムは、緻密化を十分に小さい直径ｄに局所化しておくため
に、図８では概ね(Ｄ／２)ｆの、十分大きな開口数を有することが好ましい。直
径ｄは、約１０μｍ(±５μｍ)のオーダーとするべきである。さらに、露光レベ
ルは、１０^６のオーダーのパルス数に対して＞１００ｍＪ／ｃｍ^２の範囲にある
べきである。これにより、有益な緻密化が得られ、測定可能な屈折率変化が誘起
される。

【００６５】 本発明の一実施形態において、単一モード導波路をバルク石英ガラス基板内部
に書き込むことができる。波長６３３ｎｍにおいて半径が５μｍの単一モード導
波路を０．００１の屈折率差で書き込むことができる。７５００[ｍＪ／ｃｍ^２(
Ｍパルス／秒)]の線量で、表３のホウ素ドープ軟質石英ガラス試料Ｄの適切な緻
密化及び誘起屈折率変化を誘起することができる。５ｍｍの円形アパーチャを通
した１９３ｎｍエキシマーレーザの１ｍＪ出力を２００ｍｍのレンズで１０μｍ
の大寸直径まで集束し、２２０，０００パルスで、上記の線量を得ることができ
る。２２０Ｈｚの繰返しレートで、露光には約１０００秒かかるであろう。レン
ズの共焦点距離(約１０００μｍ)に相当する距離に送達される上記の線量を用い
れば、ガラス基板試料を１μｍ／秒のオーダーで平行移動させることで走査経路
が形成される。

【００６６】 本発明の光デバイスが図９に示される。本明細書に説明した材料及び方法を用
いて、バルクガラスに広範な光デバイス、例えば図９Ｄに示されるＹカップラデ
バイスを作成することができる。本発明は、図９Ａに示されるような、複数の周
辺導波路２３で囲まれた中央導波路２２を有するスターカップラを作成するため
に用いることもできる。本発明は、図９Ｂに示されるような一対のマッハ−ツェ
ンダー導波路２６を含む受動マッハ−ツェンダーカップラを作成するために用い
ることもできる。図９Ｃに示されるような、マッハ−ツェンダー導波路２６及び
熱(電気加熱)またはその他のタイプの賦活器２４を含む能動マッハ−ツェンダー
カップラは、本発明を用いて作成することが好ましい。本発明はバルクガラスに
、図９Ｄに示されるような、ブラッグまたはその他のタイプの回折格子を作成す
るために用いることもできる。導波路１６は格子線２５に通じる。図９Ｅは、第
１の外面及び第２の外面を有し、第１の外面は第１の平面にあり、第２の外面は
第２の平面にあって、第２の平面は第１の平面に平行ではない、ガラス体に本発
明の方法で作成された、導波路コアが第１の外面にある入力から第２の外面にあ
る出力にトンネルする光デバイスを示す。図９のデバイスは、本発明の緻密化法
により平底外面を有するガラス体に作成され、導波路コアが平底面に平行ではな
い平面内をトンネルする。図９のデバイスは、本発明の緻密化法により第１の高
屈折率導波路コアトンネル路、第２の高屈折率導波路コアトンネル路及び第３の
高導波路コアトンネル路を形成することで作成され、第３のトンネル路は第１の
トンネル路及び第２のトンネル路とは別の平面にある。図９のデバイスの作成は
、隣り合う第１の高屈折率導波路コアトンネル路及び第２の高屈折率導波路コア
トンネル路の形成を含み、導波光が第１のトンネル路から第２のトンネル路に結
合される。図９のデバイスの作成は、複数の光波長チャネルを個別に入力するた
めの複数の入力導波路コアトンネルの形成、入力されたチャネルを多重化するた
めの多重化結合領域の形成、及び多重化された入力チャネルを出力するための出
力導波路コアトンネルの形成するによる、複数の光波長チャネルを多重化するた
めの波長分割マルチプレクサの形成を含む。０．５μｍの線間隔が本発明を用い
て可能である。

【００６７】 本発明の上述した好ましい実施形態が様々な改変、変更及び適合化を受け得る
こと並びに、これらの改変、変更及び適合化が等価物の意味及び範囲内に包含さ
れと考えられることは当然である。

【００６８】 さらに、好ましい実施形態形態に関して図示され、説明された成分の代わりに
用い得る、多くの等価な成分が本明細書で言及されていたかもしれないが、これ
は、全ての可能な等価物を網羅的に取り上げたことを意味せず、特許請求項で定
められる本発明をいずれか特定の等価物あるいはその組み合わせに限定するもの
でもない。当業者であれば、本発明の精神及び範囲内で用いることができる、現
在知られているか、開発される、その他の等価な成分があり得ることを認めるで
あろう。

【図面の簡単な説明】

【図１Ａ】 上面書込配置における走査方向に対する入射レーザビームの位置決めを示す

【図１Ｂ】 軸上書込配置における走査方向に対する入射レーザビームの位置決めを示す

【図２Ａ】 上面書込配置における走査ビームプロファイル及び導波路断面形状を示す

【図２Ｂ】 軸上書込配置における走査ビームプロファイル及び導波路断面形状を示す

【図３Ａ】 バルクガラスに３次元光デバイスを直接書き込む上面書込配置の斜視図

【図３Ｂ】 バルクガラスに３次元光デバイスを直接書き込む上面書込配置の斜視図

【図４】 レーザ光で露光されたガラスに対する露光量の関数として緻密化を示す(ｙ軸
：緻密化)(ｘ軸：線量)

【図５】 本発明に用いられるガラスに関する真空ＵＶ透過率対波長を示す

【図６】 本発明にしたがう石英ガラスに関する１９３ｎｍエキシマーレーザ誘起Δｐ／
ｐ対線量のグラフ

【図６Ａ】 図６の部分拡大図

【図７】 緻密化(前因子ａの自然対数)対ガラスの軟性度(アニール点の逆数)のグラフ

【図８】 ＜３００ｎｍレーザ露光の略図

【図９Ａ】 本発明にしたがって作成された光デバイスを示す

【図９Ｂ】 本発明にしたがって作成された光デバイスを示す

【図９Ｃ】 本発明にしたがって作成された光デバイスを示す

【図９Ｄ】 本発明にしたがって作成された光デバイスを示す

【図９Ｅ】 本発明にしたがって作成された光デバイスを示す

【符号の説明】

２ レーザビーム ３ 焦点 ４ ガラス試料 ５ レンズ ９ 走査経路 １３ 走査方向 １６ 導波路 ２２ 中央導波路 ２３ 周辺導波路 ２４ 賦活器 ２５ 格子線 ２６ マッハ−ツェンダー導波路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＡＥ，ＡＧ，Ａ Ｌ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ ，ＢＹ，ＢＺ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ， ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，Ｇ Ｄ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ， ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，Ｍ Ｇ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ， ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，Ｕ Ｓ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 スミス，チャーリーン エム アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14830 コーニング ワトーガ アヴェニュー 222 Ｆターム(参考） 2H047 KA02 PA00 PA22 QA04

Claims (39)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 バルクガラス基板内部に光導波構造を書き込む方法において
   ： ａ) 軟質石英ベース材料からつくられるバルクガラス基板を選択する工程と； ｂ) 深ＵＶ(紫外)レーザビームを前記材料内部の焦点に集束させるとともに、
   前記焦点を、前記基板に対し走査経路に沿って、露光されない前記材料の密度に
   対する前記走査経路に沿う前記材料の密度の増大を誘起するに有効であるが前記
   走査経路に沿う前記材料のレーザ誘起破壊は実質的に生じさせない走査速度で、
   平行移動させる工程とを； 含むことを特徴とする方法。
2. 【請求項２】 前記バルクガラス基板を選択する工程が実質的に均一な組成
   及び実質的に一様な屈折率をもつバルクガラス基板を選択する工程を含むことを
   特徴とする請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 前記軟質石英ガラス材料が約１３５０Ｋより低いアニール点
   を有することを特徴とする請求項１記載の方法。
4. 【請求項４】 前記軟質石英ガラス材料が約１３２５Ｋより低いアニール点
   を有することを特徴とする請求項１記載の方法。
5. 【請求項５】 前記材料が前記レーザの波長において実質的に透明であるこ
   とを特徴とする請求項１記載の方法。
6. 【請求項６】 前記軟質石英ガラス材料が石英ガラス軟質化ドーパントを含
   むことを特徴とする請求項１記載の方法。
7. 【請求項７】 前記材料がＧｅＯ_２，Ｂ_２Ｏ_３，Ａｌ_２Ｏ_３及びＰ_２Ｏ_５か
   らなる群から選ばれる第１の軟質化ドーパントを含むことを特徴とする請求項１
   記載の方法。
8. 【請求項８】 前記材料に前記第１のドーパントが均一にドープされている
   ことを特徴とする請求項７記載の方法。
9. 【請求項９】 前記レーザビームの波長が２５０ｎｍより短いことを特徴と
   する請求項１記載の方法。
10. 【請求項１０】 前記レーザビームの波長が２００ｎｍより短いことを特徴
    とする請求項１記載の方法。
11. 【請求項１１】 前記材料が前記第１の軟質化ドーパントとは組成の異なる
    第２の軟質化ドーパントをさらに含み、前記第２のドーパントがＧｅＯ_２，Ｂ_２ Ｏ_３，Ａｌ_２Ｏ_３及びＰ_２Ｏ_５からなる群から選ばれることを特徴とする請求項
    ７記載の方法。
12. 【請求項１２】 前記誘起密度増大が少なくとも１×１０^−５の屈折率変化
    を与えることを特徴とする請求項１記載の方法。
13. 【請求項１３】 前記誘起密度増大が少なくとも１×１０^−４の屈折率変化
    を与えることを特徴とする請求項１記載の方法。
14. 【請求項１４】 前記ガラス基板がゲルマニウムを含有していないことを特
    徴とする請求項１記載の方法。
15. 【請求項１５】 請求項１記載の方法にしたがって形成されていることを特
    徴とする光デバイス。
16. 【請求項１６】 光導波構造を書き込む方法において： ａ) 石英ベースバルクガラス基板材料を選択する工程；及び ｂ) λ＜３００ｎｍレーザを前記基板内部の焦点に集束させるとともに、前記
    焦点を、走査経路に沿って前記基板に対し、前記走査経路に沿う前記材料を緻密
    化し、露光されない前記材料の屈折率に対する屈折率の増大を誘起するに有効で
    あるが、前記走査経路に沿う前記材料のレーザ誘起破壊は実質的に生じさせない
    走査速度で、平行移動させる工程；前記誘起屈折率増大走査経路は前記バルクガ
    ラス基板材料内部に形成された光導波路コアを含み、前記焦点走査経路の外側の
    露光されない前記材料が前記形成されたコアを囲む光導波路クラッド層を与える
    ； を含むことを特徴とする方法。
17. 【請求項１７】 前記石英ベースバルクガラス基板材料を選択する工程が、
    実質的に均一な組成をもつガラスを選択する工程を含むことを特徴とする請求項
    １６記載の方法。
18. 【請求項１８】 前記石英ベースバルクガラス基板材料を選択する工程が、
    実質的に一様な屈折率をもつガラスを選択する工程を含むことを特徴とする請求
    項１６記載の方法。
19. 【請求項１９】 前記選択されたガラス基板がΔｎ≦５ｐｐｍの光屈折率一
    様性を有することを特徴とする請求項１８記載の方法。
20. 【請求項２０】 バルクガラス基板に光導波構造を書き込む方法において： Ｂ_２Ｏ_３，Ａｌ_２Ｏ_３及びＰ_２Ｏ_５からなる群から選ばれるドーパントがドー
    プされた石英ベース材料からつくられるバルクガラス基板を選択する工程と； 深ＵＶレーザビームを前記基板内部の焦点に集束させるとともに、前記焦点を
    、走査経路に沿って前記基板に対し、露光されない前記材料の屈折率に対する前
    記走査経路に沿う前記材料の屈折率の増大を誘起するに有効であるが、前記走査
    経路に沿う前記材料のレーザ誘起破壊は実質的に生じさせない走査速度で、平行
    移動させる工程とを； 含むことを特徴とする方法。
21. 【請求項２１】 前記ドープされた石英ベース材料バルクガラス基板を選択
    する工程が軟質化ドーパントによる前記石英ベース材料の軟質化工程を含むこと
    を特徴とする請求項２０記載の方法。
22. 【請求項２２】 前記選択されたドープされた石英ベース材料のアニール点
    が約１３５０Ｋより低いことを特徴とする請求項２０記載の方法。
23. 【請求項２３】 前記石英ベース材料に、前記選択されたドーパントが均一
    にドープされていることを特徴とする請求項２０記載の方法。
24. 【請求項２４】 前記石英ベース材料がΔｎ≦５０ｐｐｍの光学的一様性を
    有することを特徴とする請求項２０記載の方法。
25. 【請求項２５】 ガラス体内部に３次元構造を作成する方法において、前記
    方法が： ガラス体を提供する工程；前記ガラス体は内部を有し、前記内部は均一な組成
    及び一様な屈折率を有する； レーザビーム及びレンズを提供する工程； 前記レーザビームを前記レンズに通して、屈折率増大焦点を有する収斂集束レ
    ーザビームを形成する工程；及び 前記焦点を前記ガラス体内部の位置に配し、前記焦点と前記ガラス体との間の
    相対運動を制御する工程； を含み： 前記焦点が前記ガラス体内部に高屈折率導波路コアを形成し、前記高屈折率導
    波路コアは光を導波し、前記ガラス体でクラッドが形成される； ことを特徴とする方法。
26. 【請求項２６】 前記ガラス体が第１の外面及び第２の外面を有し、前記第
    １の外面は第１の平面にあり、前記第２の外面は第２の平面にあって、前記第２
    の平面は前記第１の平面と平行ではなく、前記導波路コアが前記第１の外面にあ
    る入力から前記第２の外面にある出力まで通っていることを特徴とする請求項２
    ５記載の方法。
27. 【請求項２７】 前記ガラス体が外部平底面を有し、前記導波路コアが前記
    平底面に平行ではない平面をトンネルすることを特徴とする請求項２５記載の方
    法。
28. 【請求項２８】 前記方法が第１の緻密化された高屈折率導波コア路、第２
    の緻密化された高屈折率導波コア路及び第３の緻密化された高屈折率導波コア路
    を形成する工程を含み、前記第３のコアが前記第１のコア及び前記第２のコアと
    は別の平面にあることを特徴とする請求項２５記載の方法。
29. 【請求項２９】 前記ガラス体を提供する工程が、ガラス軟質化ドーパント
    が均一にドープされたガラスを提供する工程を含むことを特徴とする請求項２５
    記載の方法。
30. 【請求項３０】 前記ガラス体を提供する工程が、Δｎ≦５ｐｐｍの屈折率
    一様性を有するガラスを提供する工程を含むことを特徴とする請求項２５記載の
    方法。
31. 【請求項３１】 前記レーザビームが波長λ_レーザを有し、前記ガラス体が
    λ_レーザにおいて少なくとも５０％／ｃｍの内部透過率を有することを特徴とす
    る請求項２５記載の方法。
32. 【請求項３２】 前記焦点が６３３ｎｍにおいて少なくとも１×１０^−５の
    屈折率増大を生じさせることを特徴とする請求項２５記載の方法。
33. 【請求項３３】 前記焦点が６３３ｎｍにおいて少なくとも１×１０^−４の
    屈折率増大を生じさせることを特徴とする請求項２５記載の方法。
34. 【請求項３４】 前記レーザビームを提供する工程がエキシマーレーザを提
    供する工程を含むことを特徴とする請求項２５記載の方法。
35. 【請求項３５】 前記レーザビームを提供する工程が固体レーザを提供する
    工程を含むことを特徴とする請求項２５記載の方法。
36. 【請求項３６】 前記レーザビームを提供する工程が１９３ｎｍエキシマー
    レーザを提供する工程を含むことを特徴とする請求項２５記載の方法。
37. 【請求項３７】 前記レーザビームを提供する工程が２４８ｎｍエキシマー
    レーザを提供する工程を含むことを特徴とする請求項２５記載の方法。
38. 【請求項３８】 前記方法が、第１の緻密化された高屈折率導波路コア及び
    第２の緻密化された高屈折率導波路コアを形成する工程を含み、導波光が前記第
    １のコアから前記第２のコアに結合されることを特徴とする請求項２５記載の方
    法。
39. 【請求項３９】 前記方法が複数の光波長チャネルを多重化するための波長
    分割マルチプレクサを形成する工程を含み、前記形成する工程が前記複数の光波
    長チャネルを個別に入力するための複数の入力導波路コアを形成する工程、前記
    入力されたチャネルを多重化するための多重化領域を形成する工程、及び前記多
    重化された入力チャネルを出力するための出力導波路コアを形成する工程を含む
    ことを特徴とする請求項２５記載の方法。