JP2004029600A - Optical waveguide and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信ネットワークなどにおいて使用される光導波路およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光通信技術の急速な発展と平行して、光ファイバを用いるネットワークの整備が急速に進行している。この光ファイバ系ネットワークにおいては、１本の光ファイバに波長の異なる複数種の光を通して、チャンネルを多重化することにより、大容量のデータを双方向で伝送することが可能となりつつある（ＷＤＭ通信）。このため、波長の異なる複数種の光を選択的に処理するフィルター型デバイスの重要性が増大している。現在のＷＤＭ通信においては、基板上に導波層を設けた光導波路が、信号処理能力に優れているので、広く使用されている。
【０００３】
通常、光導波路は、基板上に火炎堆積法により成膜したガラス薄膜をフォトリソグラフィーにより微細加工してコア部を形成した後、さらに火炎堆積法によりクラッド層をオーバーコートすることにより、作製されている。この様な従来技術においては、フォトリソグラフィー工程におけるコア部の形成に際し、精密でかつ手間のかかるドライエッチングを行う必要があり、光導波路の製造コストを高める主な要因となっている。
【０００４】
また、金属マスクを介して、溶融塩中でイオン交換を行ってコア層を形成した後、熱処理を行うことにより、コア部を内部に埋め込む技術も知られている。しかしながら、この方法では、イオン交換操作自体に長時間を要するのみならず、コア部の形状制御が困難であり、さらに、コア部とクラッド層との屈折率差も制御困難である。
【０００５】
今後の急速な需要増大が見込まれている都市内部での光通信を考慮すると、光導波路を低コストで製造するための新たな技術の開発が是非とも必要である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明は、光導波路を低コストで製造するための新たな技術を提供することを主な目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記の課題を解決するために、光導波路について研究を重ねた結果、基板上に設けるコア層およびクラッド層をそれぞれ特定の物性を有するガラス材料の組合せにより形成する場合には、従来技術におけるドライエッチング或いはイオン交換などを必要とすることなく、簡素化された工程からなる方法により、その目的を達成しうることを見出した。
【０００８】
すなわち、本発明は、下記の光導波路およびその製造方法を提供する。
１．基板上にコア層とクラッド層とを積層してなる光導波路であって、
（１）光照射により屈折率が変化しない透明材料からなり、基板上に積層されたクラッド層、
（２）屈折率がクラッド層材料よりも高くかつ光照射により屈折率が変化する透明材料からなり、前記クラッド層上に積層されたコア層、および
（３）前記コア層中の所定のコアパターン部以外を遮光するための金属マスク
を備えており、かつ上記金属マスク上方から前記コアパターン部に予め光が照射されていて当該コアパターン部の屈折率が増大している光導波路。
２．コア層形成材料およびクラッド層形成材料が、ＳｉＯ２系ガラス材料であり、コア層形成材料がさらにＧｅＯ２、Ｐ２Ｏ５、ＳｎＯ２およびＳｂ２Ｏ３の少なくとも１種からなる添加成分を含む上記項１に記載の光導波路。
３．コア層形成材料中の添加成分含有量が、１モル％≦ＧｅＯ２≦５０モル％、１モル％≦Ｐ２Ｏ５≦１５モル％、０．０５モル％≦ＳｎＯ２≦１０モル％、０．０５モル％≦Ｓｂ２Ｏ３≦１０モル％の範囲内にあり、全添加成分の合計量が５０モル％以下である上記項１または２に記載の光導波路。
４．コア層形成材料中の添加成分が、１８モル％を超えない量のＢ２Ｏ３により置換されている上記項２〜３のいずれかに記載の光導波路。
５．金属マスクが、クロム、チタン、タングステンおよび銅の少なくとも１種からなる上記項１に記載の光導波路。
６．コアパターン部の屈折率を増大させるために、金属マスク上方からコア層に照射する光が、波長１５０〜３６０ｎｍの紫外レーザーである上記項１〜５に記載の光導波路。
７．コア層と金属マスクとの間に、さらにクラッド層材料と同一の透明材料からなる中間層を備えた上記項１に記載の光導波路。
８．透明材料からなる中間層の厚みが、得られる光導波路に導波する光の波長以下である上記項７に記載の光導波路。
９．光照射によるコアの屈折率変化量が、得られる光導波路に導波する光の波長帯において０．００１〜０．０６の範囲にある上記項１〜８のいずれかに記載の光導波路。
１０．コアパターン内にさらに紫外レーザー照射により形成されたブラッグ回折格子を備えた上記項１〜９のいずれかに記載の光導波路。
１１．基板上にコア層とクラッド層とを積層してなる光導波路の製造方法において、
（１）基板上に、光照射により屈折率が変化しない透明材料からなるクラッド層を設ける工程、
（２）前記クラッド層上に、屈折率がクラッド層材料よりも高くかつ光照射により屈折率が変化する透明材料からなるコア層を形成する工程、
（３）前記コア層中に所定のコアパターンを形成するための金属マスクを設ける工程、および
（４）金属マスク上方から前記コア層に光を照射することにより、所定のコアパターンを形成する工程
を備えたことを特徴とする光導波路の製造方法。
１２．コア層形成材料およびクラッド層形成材料が、ＳｉＯ２系ガラス材料であり、コア層形成材料がさらにＧｅＯ２、Ｐ２Ｏ５、ＳｎＯ２およびＳｂ２Ｏ３の少なくとも１種からなる添加成分を含む上記項１１に記載の光導波路の製造方法。
１３．コア層形成材料中の添加成分含有量が、１モル％≦ＧｅＯ２≦５０モル％、１モル％≦Ｐ２Ｏ５≦１５モル％、０．０５モル％≦ＳｎＯ２≦１０モル％、０．０５モル％≦Ｓｂ２Ｏ３≦１０モル％の範囲内にあり、全添加成分の合計量が５０モル％以下である上記項１１または１２に記載の光導波路の製造方法。
１４．コア層形成材料が、さらに１８モル％を超えない量のＢ２Ｏ３により置換されている上記項１２〜１３のいずれかに記載の光導波路の製造方法。
１５．金属マスクが、クロム、チタン、タングステンおよび銅の少なくとも１種からなる上記項１１に記載の光導波路の製造方法。
１６．金属マスク上方からコア層に照射する光が、波長１５０〜３６０ｎｍの紫外レーザーである上記項１１〜１５に記載の光導波路の製造方法。
１７．コア層と金属マスクとの間に、さらにクラッド層材料と同一の透明材料からなる中間層を形成する上記項１１に記載の光導波路の製造方法。
１８．透明材料からなる中間層の厚みが、得られる光導波路に導波する光の波長以下である上記項１７に記載の光導波路の製造方法。
１９．光照射によるコアの屈折率変化量が、得られる光導波路に導波する光の波長帯において０．００１〜０．０６の範囲にある上記項１１〜１８のいずれかに記載の光導波路の製造方法。
２０．光照射により形成されたコアパターンにさらに紫外線を照射することにより、ブラッグ回折格子を形成させる上記項１１〜１９のいずれかに記載の光導波路の製造方法。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態の概要を示す図面を参照しつつ、本発明をより詳細に説明する。
【００１０】
図１は、本発明による光導波路とその製造工程を概念的に示す模式的な斜面図である。
【００１１】
本発明による光導波路を製造するに際しては、先ず、基板上に、光照射により屈折率が変化しない透明材料からなるクラッド層を形成する。基板材料としては、特に限定されず、公知の基板用ガラスが使用でき、代表的な組成としてＳｉＯ２系ガラス、シリコンなどが例示される。基板の厚さは、通常の光導波路と同様であり、通常０．５〜１ｍｍ程度である。
【００１２】
クラッド層は、公知のＣＶＤ法、ＶＡＤ法、ＦＨＤ法、スパッタ法などにより、形成することができる。クラッド層材料は、後述のコア層に対する光照射に際して屈折率が変化しない限り、特に限定されず、ＳｉＯ２系ガラスなどが挙げられる。シリカ系ガラスとしては、１８〜０モル％Ｂ２Ｏ３−８２〜１００モル％ＳｉＯ２、１０〜０モル％Ｆ２−９０〜１００モル％ＳｉＯ２などが例示される。クラッド層の厚さも、通常の光導波路と同様であり、通常１０〜３０μｍ程度である。
【００１３】
次いで、上記の様にして形成されたクラッド層上に、クラッド層材料よりも屈折率が高く、かつ光照射により屈折率が変化する透明材料（光感応性材料）からなるコア層を形成する。コア層は、公知のＣＶＤ法、ＶＡＤ法、ＦＨＤ法、スパッタ法などにより、形成することができる。コア層材料としては、ＳｉＯ２の含有量が５０モル％以上であり、かつＧｅＯ２、Ｐ２Ｏ５、ＳｎＯ２およびＳｂ２Ｏ３の少なくとも１種を含有するＳｉＯ２系ガラスを使用する。これらの添加成分は、このガラス材料からなるコア層に紫外線を照射した場合に、ガラス材料の屈折率変化を誘起する。これら添加成分の含有量（以下“％”とあるのは、“モル％”を意味する）は、１％≦ＧｅＯ２≦５０％、１％≦Ｐ２Ｏ５≦１５％、０．０５％≦ＳｎＯ２≦１０％、０．０５％≦Ｓｂ２Ｏ３≦１０％の範囲内にあることが好ましく、２％≦ＧｅＯ２≦３５％、２％≦Ｐ２Ｏ５≦７％、１％≦ＳｎＯ２≦５％、０．１≦％≦Ｓｂ２Ｏ３≦５％の範囲内にあることがより好ましい。
【００１４】
コア層の厚さは、通常の光導波路と同様であり、通常３〜１０μｍ程度である。
【００１５】
次いで、上記の様にして形成されたコア層上に、クロム、チタン、タングステン、銅などからなる金属層を積層する。金属層は、これらの金属の単独で構成されていても良く、或いは２種以上の合金により構成されていても良い。金属層は、公知の蒸着法、スパッタ法などにより、形成することができる。金属層の厚さは特に限定されるものではないが、通常１０〜５００ｎｍ程度であり、より好ましくは５０〜３００ｎｍ程度である。次いで、金属層を公知のエッチング処理に供し、コアを形成すべき部分のみを除去して、金属マスクを形成する（但し、このエッチング工程は図示していない）。エッチングは、ウェット法（例えば、クロムマスクを形成する場合には、硝酸第２セリウム＋過塩素酸を使用する）およびドライ法（例えば、Ａｒプラズマ中で金属層をスパッタリングして削る）のいずれの方法で行っても良い。
【００１６】
次いで、上記の手法で形成された金属マスクの上方から、光感応性コア材料の非被覆部分に対し、光を照射する。照射光は、波長３６０〜１５０ｎｍ程度の紫外レーザーであることが好ましく、波長１９３ｎｍ（ＡｒＦ）および２４８ｎｍ（ＫｒＦ）のエキシマレーザーが実用的に好適である。この光照射により、光感応性コア材料の非被覆部分の屈折率変化が誘起されて、コア部が形成され、所望の光導波路が得られる。このコア部における屈折率変化量は、光導波路を導波する波長帯において、０．００１〜０．０６の範囲内であることが必要であり、０．０１〜０．０５の範囲内にあることがより好ましい。屈折率変化量が小さすぎる場合には、伝搬光を効率よくコア内に閉じこめて、低損失で伝送することが困難となる。
【００１７】
なお、金属マスクの設置により、得られる光導波路の透過損失が高くなる場合がある。従って、図示はしていないが、コア層と金属マスクとの間に、クラッド層材料と同じ透明材料からなる中間層を設けることが好ましい。緩衝層の厚さは、光導波路に導波される光の波長以下であることが望ましい。
【００１８】
本発明においては、上記の様にして作製した光導波路のコア部に対して、さらに位相マスクを介して紫外レーザーの干渉光を照射することにより、光通信の主要デバイスである回折格子フィルターを形成することができる。
【００１９】
【発明の効果】
本発明方法によれば、従来技術による光導波路の作製時に不可欠であったドライエッチング工程或いはイオン交換工程が不要となるので、新規な構成の光導波路を安価に作製することができる。
【００２０】
【実施例】
以下に、実施例を示し、本発明の特徴とするところをさらに明確にする。各実施例の材料組成において、“％”とあるのは、“モル％”を示す。
実施例１
ＳｉＯ２からなる基板（厚さ１ｍｍ）上に、ＣＶＤ法により、厚さ２０μｍのクラッド層（ＳｉＯ２）および厚さ５μｍのコア層（９０％ＳｉＯ２−１０％ＧｅＯ２）を順次形成した。ＣＶＤ原料としては、Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４および Ｇｅ（ＯＣＨ３）４を使用した。
【００２１】
次いで、上記で得られた２層構造の上に、スパッタ法により、厚さ３００ｎｍのクロム被覆層を成膜した後、その上にポジ型フォトレジストをスピンコーティングし、Ｈｇランプを用いるマスク露光法でレジストに５μｍ巾のラインを形成した。次いで、ウェットエッチング処理により、コアを形成すべき部分を被覆するクロム被覆層部分のみを除去して、金属マスクを形成した。
【００２２】
次いで、上記で得られたクロムマスク付積層体の上面から、エネルギー密度１００ｍＪ／ｃｍ２のＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ）を１００００ショット照射した。その結果、光照射されたコア層部分の屈折率が０．００８上昇した。
【００２３】
得られた光導波路に１．５５μｍ帯レーザーを導波したところ、損失は、１ｄＢ／ｃｍ以下であった。
実施例２
コア層の組成を８０％ＳｉＯ２−１０％ＧｅＯ２−１０％Ｂ２Ｏ３とするとともに、マスク形成用金属としてチタンを使用して、実施例１の手法に準じて、チタンマスク付積層体を得た。なお、ＳｉＯ２およびＧｅＯ２源は、実施例１と同じであり、Ｂ２Ｏ３源としては、Ｂ（ＯＣ２Ｈ５）３を使用した。
【００２４】
次いで、上記で得られたチタンマスク付積層体の上面から、エネルギー密度８０ｍＪ／ｃｍ２のＡｒＦエキシマレーザー（波長１９３ｎｍ）を１００００ショット照射した。その結果、光照射されたコア層部分の屈折率が０．００７上昇した。
得られた光導波路に１．５５μｍ帯レーザーを導波したところ、損失は、、１ｄＢ／ｃｍ以下であった。
実施例３
コア層の組成を８０％ＳｉＯ２−１０％ＧｅＯ２−１０％Ｂ２Ｏ３とする以外は実施例１の手法に準じて、クロムマスク付積層体を得た。
【００２５】
次いで、上記で得られたクロムマスク付積層体の上面から、エネルギー密度１００ｍＪ／ｃｍ２のＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ）を１００００ショット照射した後、形成されたコアの長手方向中央部分に位相マスクを介してピッチ０．５μｍ、長さ１００ｍｍの回折格子を形成した。
【００２６】
得られた回折格子の回折ピークは、波長１．５５μｍにおいて、３０ｄＢであり、情報通信に十分な特性を示した。
実施例４〜９
コア層の組成を変えるとともに、クロムマスク付積層体上面から照射するレーザーの波長を適宜選択する以外は、実施例１と同様にして光導波路を作製した。下記の表１にコア層の組成と照射レーザーの波長を示す。
【００２７】
それぞれの光導波路に１．５５μｍ帯レーザーを照射したところ、いずれの光導波路においても、損失は１ｄＢ／ｃｍ以下であった。
実施例１０
実施例１の手法に準じて基板上にクラッド層およびコア層を形成した後、さらにコア層上に厚さ０．１μｍのＳｉＯ２からなる中間層を形成し、次いで実施例１の手法に準じてクロムマスクを形成した。下記の表１に本実施例による光導波路のコア層の組成と照射レーザーの波長を示す。
【００２８】
本実施例による光導波路においても、１．５５μｍ帯レーザーを照射した場合の損失は０．９ｄＢ／ｃｍ以下であった。
【００２９】
【表１】
比較例１
コア層の組成を９０％ＳｉＯ２−１０％Ｂ２Ｏ３とする以外は実施例１の手法に準じて、クロムマスク付積層体を得た。得られたクロムマスク付積層体の上面から、エネルギー密度１００ｍＪ／ｃｍ２のＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ）を１００００ショット照射したが、コア層の屈折率が上昇しなかったので、コア層に光が導波しなかった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による光導波路の製造過程の一例を示す模式的な斜面図である。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical waveguide used in an optical communication network or the like and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
In recent years, in parallel with the rapid development of optical communication technology, maintenance of networks using optical fibers has been rapidly progressing. In this optical fiber network, a large amount of data can be transmitted bidirectionally by multiplexing channels through a plurality of types of light having different wavelengths through one optical fiber (WDM communication). ). For this reason, the importance of a filter type device for selectively processing a plurality of types of light having different wavelengths is increasing. In the current WDM communication, an optical waveguide having a waveguide layer provided on a substrate is widely used because of its excellent signal processing ability.
[0003]
Usually, an optical waveguide is manufactured by finely processing a glass thin film formed on a substrate by a flame deposition method by photolithography to form a core portion, and then overcoating a clad layer by a flame deposition method. I have. In such a conventional technique, it is necessary to perform precise and troublesome dry etching when forming a core portion in a photolithography process, which is a major factor in increasing the manufacturing cost of an optical waveguide.
[0004]
Also, a technique is known in which a core layer is formed by performing ion exchange in a molten salt through a metal mask to form a core layer and then performing heat treatment. However, in this method, not only the ion exchange operation itself takes a long time, but also it is difficult to control the shape of the core, and it is also difficult to control the refractive index difference between the core and the cladding layer.
[0005]
Considering optical communications within cities, where rapid demand growth is expected in the future, it is absolutely necessary to develop new technologies for manufacturing optical waveguides at low cost.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, an object of the present invention is to provide a new technique for manufacturing an optical waveguide at low cost.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present inventor, in order to solve the above problems, as a result of repeated research on the optical waveguide, when forming a core layer and a cladding layer provided on the substrate by a combination of glass materials having specific physical properties, respectively, It has been found that the object can be achieved by a method comprising simplified steps without requiring dry etching or ion exchange in the prior art.
[0008]
That is, the present invention provides the following optical waveguide and a method for manufacturing the same.
1. An optical waveguide formed by laminating a core layer and a clad layer on a substrate,
(1) a clad layer made of a transparent material whose refractive index does not change by light irradiation and laminated on a substrate;
(2) a core layer made of a transparent material whose refractive index is higher than that of the cladding layer material and whose refractive index changes by light irradiation, and laminated on the cladding layer; and (3) a predetermined core pattern in the core layer. An optical waveguide comprising a metal mask for shielding light from portions other than the portion, and wherein the core pattern portion is irradiated with light from above the metal mask in advance, and the refractive index of the core pattern portion is increased.
2. The material for forming the core layer and the material for forming the clad layer are SiO 2 -based glass materials, and the material for forming the core layer further includes an additional component comprising at least one of GeO 2 , P 2 O 5 , SnO 2 and Sb 2 O 3. Item 2. The optical waveguide according to the above item 1.
3. The content of the additional component in the core layer forming material is 1 mol% ≦ GeO 2 ≦ 50 mol%, 1 mol% ≦ P 2 O 5 ≦ 15 mol%, 0.05 mol% ≦ SnO 2 ≦ 10 mol%, 0 mol% 3. The optical waveguide according to the above item 1 or 2, wherein the content is in the range of 0.05 mol% ≦ Sb 2 O 3 ≦ 10 mol%, and the total amount of all the added components is 50 mol% or less.
4. Item 4. The optical waveguide according to any one of Items 2 to 3, wherein the additive component in the core layer forming material is replaced by B 2 O 3 in an amount not exceeding 18 mol%.
5. Item 2. The optical waveguide according to item 1, wherein the metal mask is made of at least one of chromium, titanium, tungsten and copper.
6. 6. The optical waveguide according to any one of Items 1 to 5, wherein the light irradiated to the core layer from above the metal mask to increase the refractive index of the core pattern portion is an ultraviolet laser having a wavelength of 150 to 360 nm.
7. Item 2. The optical waveguide according to item 1, further comprising an intermediate layer between the core layer and the metal mask, the intermediate layer being made of the same transparent material as the cladding layer material.
8. Item 8. The optical waveguide according to item 7, wherein the thickness of the intermediate layer made of a transparent material is equal to or less than the wavelength of light guided into the obtained optical waveguide.
9. 9. The optical waveguide according to any one of the above items 1 to 8, wherein the amount of change in the refractive index of the core due to light irradiation is in the range of 0.001 to 0.06 in the wavelength band of light guided to the obtained optical waveguide.
10. Item 10. The optical waveguide according to any one of Items 1 to 9, further comprising a Bragg diffraction grating formed in the core pattern by irradiation with an ultraviolet laser.
11. In a method for manufacturing an optical waveguide obtained by laminating a core layer and a clad layer on a substrate,
(1) providing a clad layer made of a transparent material whose refractive index does not change by light irradiation on a substrate;
(2) forming, on the cladding layer, a core layer made of a transparent material having a higher refractive index than that of the cladding layer material and changing the refractive index by light irradiation;
(3) providing a metal mask for forming a predetermined core pattern in the core layer; and (4) forming a predetermined core pattern by irradiating the core layer with light from above the metal mask. A method for manufacturing an optical waveguide, comprising:
12. The material for forming the core layer and the material for forming the clad layer are SiO 2 -based glass materials, and the material for forming the core layer further includes an additional component comprising at least one of GeO 2 , P 2 O 5 , SnO 2 and Sb 2 O 3. Item 12. The method for manufacturing an optical waveguide according to item 11 above.
13. The content of the additional component in the core layer forming material is 1 mol% ≦ GeO 2 ≦ 50 mol%, 1 mol% ≦ P 2 O 5 ≦ 15 mol%, 0.05 mol% ≦ SnO 2 ≦ 10 mol%, 0 mol% Item 13. The method of manufacturing an optical waveguide according to item 11 or 12, wherein the content is in the range of 0.05 mol% ≦ Sb 2 O 3 ≦ 10 mol%, and the total amount of all the added components is 50 mol% or less.
14． Item 14. The method for producing an optical waveguide according to any one of Items 12 to 13, wherein the core layer forming material is further substituted with B 2 O 3 in an amount not exceeding 18 mol%.
15. Item 12. The method for manufacturing an optical waveguide according to Item 11, wherein the metal mask is made of at least one of chromium, titanium, tungsten, and copper.
16. Item 15. The method of manufacturing an optical waveguide according to any one of Items 11 to 15, wherein the light irradiated to the core layer from above the metal mask is an ultraviolet laser having a wavelength of 150 to 360 nm.
17. Item 12. The method of manufacturing an optical waveguide according to Item 11, wherein an intermediate layer made of the same transparent material as the clad layer material is further formed between the core layer and the metal mask.
18. Item 18. The method for manufacturing an optical waveguide according to Item 17, wherein the thickness of the intermediate layer made of a transparent material is equal to or less than the wavelength of light guided to the obtained optical waveguide.
19. 19. The production of an optical waveguide according to any one of the above items 11 to 18, wherein the amount of change in the refractive index of the core due to light irradiation is in the range of 0.001 to 0.06 in the wavelength band of light guided to the obtained optical waveguide. Method.
20. Item 20. The method of manufacturing an optical waveguide according to any one of Items 11 to 19, wherein a Bragg diffraction grating is formed by further irradiating the core pattern formed by light irradiation with ultraviolet light.
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings showing an outline of an embodiment of the present invention.
[0010]
FIG. 1 is a schematic perspective view conceptually showing an optical waveguide according to the present invention and a manufacturing process thereof.
[0011]
In manufacturing the optical waveguide according to the present invention, first, a clad layer made of a transparent material whose refractive index does not change by light irradiation is formed on a substrate. The substrate material is not particularly limited, and known substrate glass can be used, and typical compositions include SiO 2 -based glass and silicon. The thickness of the substrate is the same as that of a normal optical waveguide, and is usually about 0.5 to 1 mm.
[0012]
The clad layer can be formed by a known CVD method, VAD method, FHD method, sputtering method, or the like. The material of the cladding layer is not particularly limited as long as the refractive index does not change when the core layer described below is irradiated with light, and examples thereof include SiO 2 glass. Examples of the silica-based glass include 18 to 0 mol% B 2 O 3 -82 to 100 mol% SiO 2 , and 10 to 0 mol% F 2 -90 to 100 mol% SiO 2 . The thickness of the cladding layer is the same as that of a normal optical waveguide, and is usually about 10 to 30 μm.
[0013]
Next, on the clad layer formed as described above, a core layer made of a transparent material (photosensitive material) having a higher refractive index than that of the clad layer material and having a refractive index changed by light irradiation is formed. The core layer can be formed by a known CVD method, VAD method, FHD method, sputtering method, or the like. As the material for the core layer, an SiO 2 glass having a content of SiO 2 of 50 mol% or more and containing at least one of GeO 2 , P 2 O 5 , SnO 2 and Sb 2 O 3 is used. These additional components induce a change in the refractive index of the glass material when the core layer made of the glass material is irradiated with ultraviolet rays. The content of these additional components (hereinafter, “%” means “mol%”) is 1% ≦ GeO 2 ≦ 50%, 1% ≦ P 2 O 5 ≦ 15%, 0.05% ≦ SnO 2 ≦ 10%, 0.05% ≦ Sb 2 O 3 ≦ 10%, preferably 2% ≦ GeO 2 ≦ 35%, 2% ≦ P 2 O 5 ≦ 7%, 1% More preferably, it is within the range of ≦ SnO 2 ≦ 5%, 0.1 ≦% ≦ Sb 2 O 3 ≦ 5%.
[0014]
The thickness of the core layer is the same as that of a normal optical waveguide, and is usually about 3 to 10 μm.
[0015]
Next, a metal layer made of chromium, titanium, tungsten, copper or the like is laminated on the core layer formed as described above. The metal layer may be composed solely of these metals, or may be composed of two or more alloys. The metal layer can be formed by a known evaporation method, a sputtering method, or the like. The thickness of the metal layer is not particularly limited, but is usually about 10 to 500 nm, and more preferably about 50 to 300 nm. Next, the metal layer is subjected to a known etching process, and only a portion where a core is to be formed is removed to form a metal mask (however, this etching step is not shown). The etching may be performed by any of a wet method (for example, in the case of forming a chromium mask, using ceric nitrate + perchloric acid) and a dry method (for example, sputtering and cutting a metal layer in Ar plasma). It may be done by a method.
[0016]
Next, light is irradiated to the uncoated portion of the photosensitive core material from above the metal mask formed by the above method. The irradiation light is preferably an ultraviolet laser having a wavelength of about 360 to 150 nm, and excimer lasers having wavelengths of 193 nm (ArF) and 248 nm (KrF) are practically suitable. This light irradiation induces a change in the refractive index of the non-coated portion of the photosensitive core material, thereby forming a core portion and obtaining a desired optical waveguide. The amount of change in the refractive index of the core portion needs to be in the range of 0.001 to 0.06, and is in the range of 0.01 to 0.05, in the wavelength band in which the optical waveguide is guided. Is more preferable. If the change in the refractive index is too small, it becomes difficult to efficiently confine the propagating light in the core and transmit the light with low loss.
[0017]
Note that the transmission loss of the obtained optical waveguide may increase due to the installation of the metal mask. Therefore, although not shown, it is preferable to provide an intermediate layer made of the same transparent material as the clad layer material between the core layer and the metal mask. It is desirable that the thickness of the buffer layer be equal to or less than the wavelength of light guided through the optical waveguide.
[0018]
In the present invention, a diffraction grating filter, which is a main device of optical communication, is formed by irradiating an interference light of an ultraviolet laser through a phase mask to a core portion of the optical waveguide manufactured as described above. can do.
[0019]
【The invention's effect】
According to the method of the present invention, a dry etching step or an ion exchange step, which is indispensable at the time of manufacturing an optical waveguide according to the prior art, becomes unnecessary, so that an optical waveguide having a novel configuration can be manufactured at low cost.
[0020]
【Example】
Hereinafter, examples will be shown to further clarify features of the present invention. In the material compositions of the respective examples, “%” indicates “mol%”.
Example 1
A 20 μm-thick cladding layer (SiO 2 ) and a 5 μm-thick core layer (90% SiO 2 -10% GeO 2 ) were sequentially formed on a SiO 2 substrate (1 mm thick) by CVD. Si (OC 2 H 5 ) 4 and Ge (OCH 3 ) 4 were used as CVD raw materials.
[0021]
Next, a chromium coating layer having a thickness of 300 nm is formed on the two-layer structure obtained above by sputtering, and then a positive photoresist is spin-coated thereon, and a mask exposure method using an Hg lamp is performed. As a result, a line having a width of 5 μm was formed on the resist. Next, a metal mask was formed by removing only the chromium coating layer portion covering the portion where the core was to be formed by wet etching.
[0022]
Next, 10,000 shots of a KrF excimer laser (wavelength: 248 nm) having an energy density of 100 mJ / cm 2 were irradiated from the upper surface of the laminate with a chromium mask obtained above. As a result, the refractive index of the core layer irradiated with light increased by 0.008.
[0023]
When a 1.55 μm band laser was guided to the obtained optical waveguide, the loss was 1 dB / cm or less.
Example 2
A laminate with a titanium mask according to the method of Example 1 using a core layer having a composition of 80% SiO 2 -10% GeO 2 -10% B 2 O 3 and using titanium as a metal for forming a mask according to the method of Example 1. Got. The SiO 2 and GeO 2 sources were the same as in Example 1, and B (OC 2 H 5 ) 3 was used as the B 2 O 3 source.
[0024]
Next, 10,000 shots of an ArF excimer laser (wavelength: 193 nm) having an energy density of 80 mJ / cm 2 were irradiated from the upper surface of the laminate with a titanium mask obtained above. As a result, the refractive index of the core layer irradiated with light increased by 0.007.
When a 1.55 μm band laser was guided to the obtained optical waveguide, the loss was 1 dB / cm or less.
Example 3
A laminate with a chromium mask was obtained according to the method of Example 1 except that the composition of the core layer was changed to 80% SiO 2 -10% GeO 2 -10% B 2 O 3 .
[0025]
Next, a KrF excimer laser (wavelength: 248 nm) having an energy density of 100 mJ / cm 2 was irradiated from the upper surface of the laminate with a chromium mask obtained above for 10,000 shots. A diffraction grating having a pitch of 0.5 μm and a length of 100 mm was formed.
[0026]
The diffraction peak of the obtained diffraction grating was 30 dB at a wavelength of 1.55 μm, showing sufficient characteristics for information communication.
Examples 4 to 9
An optical waveguide was produced in the same manner as in Example 1, except that the composition of the core layer was changed and the wavelength of the laser irradiated from the upper surface of the laminate with the chromium mask was appropriately selected. Table 1 below shows the composition of the core layer and the wavelength of the irradiation laser.
[0027]
When a 1.55 μm band laser was irradiated to each optical waveguide, the loss was 1 dB / cm or less in any of the optical waveguides.
Example 10
After forming a clad layer and a core layer on a substrate according to the method of Example 1, an intermediate layer made of SiO 2 having a thickness of 0.1 μm is further formed on the core layer, and then according to the method of Example 1. To form a chrome mask. Table 1 below shows the composition of the core layer of the optical waveguide according to the present embodiment and the wavelength of the irradiation laser.
[0028]
Also in the optical waveguide according to the present example, the loss when irradiating a 1.55 μm band laser was 0.9 dB / cm or less.
[0029]
[Table 1]
Comparative Example 1
A laminate with a chromium mask was obtained according to the method of Example 1, except that the composition of the core layer was 90% SiO 2 -10% B 2 O 3 . A KrF excimer laser (wavelength: 248 nm) having an energy density of 100 mJ / cm 2 was irradiated from the upper surface of the obtained laminate with a chromium mask for 10,000 shots. Did not guide.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic perspective view showing an example of a manufacturing process of an optical waveguide according to the present invention.
Claims (20)
（１）光照射により屈折率が変化しない透明材料からなり、基板上に積層されたクラッド層、
（２）屈折率がクラッド層材料よりも高くかつ光照射により屈折率が変化する透明材料からなり、前記クラッド層上に積層されたコア層、および
（３）前記コア層中の所定のコアパターン部以外を遮光するための金属マスク
を備えており、かつ上記金属マスク上方から前記コアパターン部に予め光が照射されていて当該コアパターン部の屈折率が増大している光導波路。An optical waveguide formed by laminating a core layer and a clad layer on a substrate,
(1) a clad layer made of a transparent material whose refractive index does not change by light irradiation and laminated on a substrate;
(2) a core layer made of a transparent material whose refractive index is higher than that of the cladding layer material and whose refractive index changes by light irradiation, and laminated on the cladding layer; and (3) a predetermined core pattern in the core layer. An optical waveguide comprising a metal mask for shielding light from portions other than the portion, and wherein the core pattern portion is irradiated with light from above the metal mask in advance, and the refractive index of the core pattern portion is increased.
（１）基板上に、光照射により屈折率が変化しない透明材料からなるクラッド層を設ける工程、
（２）前記クラッド層上に、屈折率がクラッド層材料よりも高くかつ光照射により屈折率が変化する透明材料からなるコア層を形成する工程、
（３）前記コア層中に所定のコアパターンを形成するための金属マスクを設ける工程、および
（４）金属マスク上方から前記コア層に光を照射することにより、所定のコアパターンを形成する工程
を備えたことを特徴とする光導波路の製造方法。In a method for manufacturing an optical waveguide obtained by laminating a core layer and a clad layer on a substrate,
(1) providing a clad layer made of a transparent material whose refractive index does not change by light irradiation on a substrate;
(2) forming, on the cladding layer, a core layer made of a transparent material having a higher refractive index than that of the cladding layer material and changing the refractive index by light irradiation;
(3) providing a metal mask for forming a predetermined core pattern in the core layer; and (4) forming a predetermined core pattern by irradiating the core layer with light from above the metal mask. A method for manufacturing an optical waveguide, comprising:
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| CN100343708C (en) * | 2005-10-11 | 2007-10-17 | 浙江南方通信集团股份有限公司 | Production of buried glass light waveguide device |
| CN100343709C (en) * | 2005-10-12 | 2007-10-17 | 浙江南方通信集团股份有限公司 | Productoion of glass buried light waveguide device by ionic mask method |
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