JP2004101585A - 光導波路の作製方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】フェムト秒レーザ光により透明体中に形成される微細空洞を利用して立体的な光導波路を透明体中に作製する新規な方法。
【解決手段】１ピコ秒より短いパルスレーザ光２を多光子吸収によりマイクロエックスプロージョンを起こして微細空洞を形成可能な透明基板１中に集光照射して微細空洞５を形成し、その微細空洞５を相互に連通するように連続的に形成して所定形状の連通孔６を形成し、形成された連通孔６中に透明基板より屈折率の大きい透明媒質を充填することにより透明基板１中に光導波路を形成する。この場合に、隣接する微細空洞５をその半径ｄ／２以下の間隔Ｌで連続的に形成することにより連通孔６を形成する。
【選択図】 図１
【解決手段】１ピコ秒より短いパルスレーザ光２を多光子吸収によりマイクロエックスプロージョンを起こして微細空洞を形成可能な透明基板１中に集光照射して微細空洞５を形成し、その微細空洞５を相互に連通するように連続的に形成して所定形状の連通孔６を形成し、形成された連通孔６中に透明基板より屈折率の大きい透明媒質を充填することにより透明基板１中に光導波路を形成する。この場合に、隣接する微細空洞５をその半径ｄ／２以下の間隔Ｌで連続的に形成することにより連通孔６を形成する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光導波路の作製方法に関し、特に、フェムト秒レーザを用いた光導波路の作製方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
１パルスの長さが１ピコ秒より短いフェムト秒単位のパルスレーザはフェムト秒レーザと呼ばれる。このような極めて短いレーザパルスをシリカガラス（ＳｉＯ２ ）等の透明体中で集光させると、その集光点ではエネルギー密度が急激に極めて高くなるため多光子吸収が起き、その多光子吸収に続いてマイクロエックスプロージョンと呼ばれる爆発が発生して、その集光点に微細な空洞が形成されることが知られている（特開２００１−２３６００２公報、２００１．９．２１徳島大学，（株）技術情報協会セミナー，三澤弘明「フェムト秒超加工技術とそのフォトニック結晶作製への応用」）。
【０００３】
図５はこのマイクロエックスプロージョンによる微細な空洞の形成工程を簡単に示す図であり、図（ａ）に示すように、シリカガラス等の透明体１中に、例えばチタンサファイアレーザのような５０〜５００ｆｓ程度のフェムト秒レーザからのパルスレーザ光２を不図示の対物レンズで集光すると、その集光領域３ではエネルギー密度が極めて高くなるため多光子吸収が起き、その多光子吸収に続いて、図（ｂ）に示すように、クーロン爆発によるマイクロエックスプロージョン４が起き、そのマイクロエックスプロージョンにより、図（ｃ）に示すように、透明体１中に微細な空洞５が形成される。この空洞５はその後のアニーリングによっても消滅しない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は従来技術のこのような状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、フェムト秒レーザ光により透明体中に形成される微細空洞を利用して立体的な光導波路を透明体中に作製する新規な方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の光導波路の作製方法は、１ピコ秒より短いパルスレーザ光を多光子吸収によりマイクロエックスプロージョンを起こして微細空洞を形成可能な透明基板中に集光照射して微細空洞を形成し、その微細空洞を相互に連通するように連続的に形成して所定形状の連通孔を形成し、形成された連通孔中に透明基板より屈折率の大きい透明媒質を充填することにより透明基板中に光導波路を形成することを特徴とする方法である。
【０００６】
この場合に、隣接する微細空洞をその半径以下の間隔で連続的に形成することによりその連通孔を形成するようにすることが望ましい。
【０００７】
また、形成された連通孔をエッチングしてその径を広げると共にその軸方向での径の変化を取り除き、その後に透明媒質をその中に充填することにより透明基板中に光導波路を形成するようにすることが望ましい。
【０００８】
また、その透明媒質として紫外線硬化型樹脂を用い、その充填後に紫外線照射により硬化させることが望ましい。
【０００９】
また、透明基板は例えばシリカガラスから構成することができる。
【００１０】
本発明は、透明基板中に形成された連通孔中にその透明基板より屈折率の大きい透明樹脂が充填されてなる光導波路を含むものである。
【００１１】
この場合、その連通孔の断面は円形であることが望ましい。
【００１２】
また、その透明基板は例えばシリカガラスから構成することができる。
【００１３】
本発明においては、１ピコ秒より短いパルスレーザ光を多光子吸収によりマイクロエックスプロージョンを起こして微細空洞を形成可能な透明基板中に集光照射して微細空洞を形成し、その微細空洞を相互に連通するように連続的に形成して所定形状の連通孔を形成し、形成された連通孔中に透明基板より屈折率の大きい透明媒質を充填することにより透明基板中に光導波路を形成するので、光導波路形状を３次元的に任意に自由な形状に形成できる。また、光導波路の断面が円形の円形光導波路であるので、導波効率が断面矩形光導波路より良いものを作製することができる。また、コア径、コアとクラッドの屈折率差は自由に選べるので、マルチモード光導波路、シングルモード光導波路何れも容易に作製することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の光導波路の作製方法を実施例に基づいて説明する。
【００１５】
まず、図１（ａ）に示すように、光導波路の透明基板１を用意する。透明基板１としては、光導波路のクラッドとして機能するために比較的低屈折率で、しかも、フェムト秒レーザからのパルスレーザ光を集光照射したとき多光子吸収をしてマイクロエックスプロージョンにより微細空洞を形成する例えばシリカガラスからなる。そして、この透明基板１中に、チタンサファイアレーザ等のフェムト秒レーザ１０からのパルスレーザ光２を対物レンズ１１で集光させてマイクロエックスプロージョンにより微細空洞５を連続的に形成していって連通する連通孔６を形成する。
【００１６】
ここで、図１（ｂ）に示すように、１個のフェムト秒レーザパルスを集光照射したときに透明基板１内に形成される１個の微細空洞５の直径をｄとしたとき、隣接して連通した連通孔６を形成する微細空洞５間の距離Ｌは、Ｌ≦ｄ／２の関係を満たすように、一連の微細空洞５をつないで連通孔６を形成するようにする。ここで、隣接する微細空洞５間の距離ＬがＬ＞ｄ／２の関係で形成されたときには、微細空洞５間がつながらないか、あるいは、つながっても、連通孔６の軸方向での径の変化が大きくなってしまい、後記するエッチング処置によってもその径の変化が最終的に形成されるコアの径の変化として残ってしまい、高性能の光導波路を作製することができない。
【００１７】
透明基板１中にこのような連通孔６の形成後、図２に示すように、連通孔６の一端からエッチング液７、透明基板１がシリカガラスの場合はフッ酸を流し込んで、連通孔６の径を広げると共に、微細空洞５をつないで連通孔６を形成することにより残るその軸方向での径の変化を取り除く。図２中、径が広げられ径の変化が取り除かれて一様な断面円形のエッチング後の連通孔を符号１６で示す。例えば、マイクロエックスプロージョンにより形成される微細空洞５の直径ｄが２５０ｎｍのとき、このエッチング後の連通孔１６の直径が５００ｎｍになるようにエッチングする。
【００１８】
次に、このようにして形成された透明基板１中の断面円形で径が一様なエッチング後の連通孔１６中に、図３に示すように、その一端から透明基板１より屈折率が若干大きな紫外線硬化型樹脂１７を流し込んで連通孔１６を満たし、その状態で透明基板１の外側から紫外線１２を照射してエッチング後の連通孔１６中の紫外線硬化型樹脂１７を硬化させる。
【００１９】
このようにして、図４に示すような本発明による光導波路２０が完成する。図中、断面円形で径が一様なエッチング後の連通孔１６が光導波路を構成し、その中の硬化した紫外線硬化型樹脂がこの光導波路のコア１７’となる。そして、そのコア１７’を取り囲む透明基板１がクラッドとなる。
【００２０】
以上のように、フェムト秒レーザ１０からの１ピコ秒より短いパルスレーザ光２を多光子吸収によりマイクロエックスプロージョンを起こして微細空洞５を形成可能な透明基板１中に集光照射して微細空洞５を形成し、微細空洞５をその半径以下の間隔で連続的に形成して連通孔６を形成し、その連通孔６をエッチングして連通孔６の径を広げると共にその軸方向での径の変化を取り除き、その径が広げられ径の変化が取り除かれた一様な断面円形のエッチング後の連通孔１６中に紫外線硬化型樹脂１７を充填して硬化させることにより作製された本発明の光導波路２０は、光導波路形状を３次元的に任意に自由な形状に形成できる。また、コアの径と界面は一様で滑らかになっているので、損失がなく高品質な光導波路が得られる。さらには、光導波路の断面が円形の円形光導波路であるので、導波効率が断面矩形光導波路より良いものとなる。また、コア径、コアとクラッドの屈折率差は自由に選べるので、マルチモード光導波路、シングルモード光導波路何れも容易に作製することができる。
【００２１】
以上、本発明の光導波路の作製方法を実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれらの実施例に限定されず種々の変形が可能である。
【００２２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の光導波路の作製方法によると、１ピコ秒より短いパルスレーザ光を多光子吸収によりマイクロエックスプロージョンを起こして微細空洞を形成可能な透明基板中に集光照射して微細空洞を形成し、その微細空洞を相互に連通するように連続的に形成して所定形状の連通孔を形成し、形成された連通孔中に透明基板より屈折率の大きい透明媒質を充填することにより透明基板中に光導波路を形成するので、光導波路形状を３次元的に任意に自由な形状に形成できる。また、光導波路の断面が円形の円形光導波路であるので、導波効率が断面矩形光導波路より良いものを作製することができる。また、コア径、コアとクラッドの屈折率差は自由に選べるので、マルチモード光導波路、シングルモード光導波路何れも容易に作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光導波路の作製方法の１実施例の最初の工程を説明するための図である。
【図２】本発明の光導波路の作製方法の１実施例の図１の次の工程を説明するための図である。
【図３】本発明の光導波路の作製方法の１実施例の図２の次の工程を説明するための図である。
【図４】図１から図３の工程を経て完成した本発明による光導波路を示す斜視図である。
【図５】マイクロエックスプロージョンによる微細な空洞の形成工程を簡単に示す図である。
【符号の説明】
１…透明基板
２…パルスレーザ光
３…集光領域
４…マイクロエックスプロージョン
５…微細空洞
６…連通孔
７…エッチング液
１０…フェムト秒レーザ
１１…対物レンズ
１２…紫外線
１６…エッチング後の連通孔
１７…紫外線硬化型樹脂
１７’…コア
２０…光導波路
【発明の属する技術分野】
本発明は、光導波路の作製方法に関し、特に、フェムト秒レーザを用いた光導波路の作製方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
１パルスの長さが１ピコ秒より短いフェムト秒単位のパルスレーザはフェムト秒レーザと呼ばれる。このような極めて短いレーザパルスをシリカガラス（ＳｉＯ２ ）等の透明体中で集光させると、その集光点ではエネルギー密度が急激に極めて高くなるため多光子吸収が起き、その多光子吸収に続いてマイクロエックスプロージョンと呼ばれる爆発が発生して、その集光点に微細な空洞が形成されることが知られている（特開２００１−２３６００２公報、２００１．９．２１徳島大学，（株）技術情報協会セミナー，三澤弘明「フェムト秒超加工技術とそのフォトニック結晶作製への応用」）。
【０００３】
図５はこのマイクロエックスプロージョンによる微細な空洞の形成工程を簡単に示す図であり、図（ａ）に示すように、シリカガラス等の透明体１中に、例えばチタンサファイアレーザのような５０〜５００ｆｓ程度のフェムト秒レーザからのパルスレーザ光２を不図示の対物レンズで集光すると、その集光領域３ではエネルギー密度が極めて高くなるため多光子吸収が起き、その多光子吸収に続いて、図（ｂ）に示すように、クーロン爆発によるマイクロエックスプロージョン４が起き、そのマイクロエックスプロージョンにより、図（ｃ）に示すように、透明体１中に微細な空洞５が形成される。この空洞５はその後のアニーリングによっても消滅しない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は従来技術のこのような状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、フェムト秒レーザ光により透明体中に形成される微細空洞を利用して立体的な光導波路を透明体中に作製する新規な方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の光導波路の作製方法は、１ピコ秒より短いパルスレーザ光を多光子吸収によりマイクロエックスプロージョンを起こして微細空洞を形成可能な透明基板中に集光照射して微細空洞を形成し、その微細空洞を相互に連通するように連続的に形成して所定形状の連通孔を形成し、形成された連通孔中に透明基板より屈折率の大きい透明媒質を充填することにより透明基板中に光導波路を形成することを特徴とする方法である。
【０００６】
この場合に、隣接する微細空洞をその半径以下の間隔で連続的に形成することによりその連通孔を形成するようにすることが望ましい。
【０００７】
また、形成された連通孔をエッチングしてその径を広げると共にその軸方向での径の変化を取り除き、その後に透明媒質をその中に充填することにより透明基板中に光導波路を形成するようにすることが望ましい。
【０００８】
また、その透明媒質として紫外線硬化型樹脂を用い、その充填後に紫外線照射により硬化させることが望ましい。
【０００９】
また、透明基板は例えばシリカガラスから構成することができる。
【００１０】
本発明は、透明基板中に形成された連通孔中にその透明基板より屈折率の大きい透明樹脂が充填されてなる光導波路を含むものである。
【００１１】
この場合、その連通孔の断面は円形であることが望ましい。
【００１２】
また、その透明基板は例えばシリカガラスから構成することができる。
【００１３】
本発明においては、１ピコ秒より短いパルスレーザ光を多光子吸収によりマイクロエックスプロージョンを起こして微細空洞を形成可能な透明基板中に集光照射して微細空洞を形成し、その微細空洞を相互に連通するように連続的に形成して所定形状の連通孔を形成し、形成された連通孔中に透明基板より屈折率の大きい透明媒質を充填することにより透明基板中に光導波路を形成するので、光導波路形状を３次元的に任意に自由な形状に形成できる。また、光導波路の断面が円形の円形光導波路であるので、導波効率が断面矩形光導波路より良いものを作製することができる。また、コア径、コアとクラッドの屈折率差は自由に選べるので、マルチモード光導波路、シングルモード光導波路何れも容易に作製することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の光導波路の作製方法を実施例に基づいて説明する。
【００１５】
まず、図１（ａ）に示すように、光導波路の透明基板１を用意する。透明基板１としては、光導波路のクラッドとして機能するために比較的低屈折率で、しかも、フェムト秒レーザからのパルスレーザ光を集光照射したとき多光子吸収をしてマイクロエックスプロージョンにより微細空洞を形成する例えばシリカガラスからなる。そして、この透明基板１中に、チタンサファイアレーザ等のフェムト秒レーザ１０からのパルスレーザ光２を対物レンズ１１で集光させてマイクロエックスプロージョンにより微細空洞５を連続的に形成していって連通する連通孔６を形成する。
【００１６】
ここで、図１（ｂ）に示すように、１個のフェムト秒レーザパルスを集光照射したときに透明基板１内に形成される１個の微細空洞５の直径をｄとしたとき、隣接して連通した連通孔６を形成する微細空洞５間の距離Ｌは、Ｌ≦ｄ／２の関係を満たすように、一連の微細空洞５をつないで連通孔６を形成するようにする。ここで、隣接する微細空洞５間の距離ＬがＬ＞ｄ／２の関係で形成されたときには、微細空洞５間がつながらないか、あるいは、つながっても、連通孔６の軸方向での径の変化が大きくなってしまい、後記するエッチング処置によってもその径の変化が最終的に形成されるコアの径の変化として残ってしまい、高性能の光導波路を作製することができない。
【００１７】
透明基板１中にこのような連通孔６の形成後、図２に示すように、連通孔６の一端からエッチング液７、透明基板１がシリカガラスの場合はフッ酸を流し込んで、連通孔６の径を広げると共に、微細空洞５をつないで連通孔６を形成することにより残るその軸方向での径の変化を取り除く。図２中、径が広げられ径の変化が取り除かれて一様な断面円形のエッチング後の連通孔を符号１６で示す。例えば、マイクロエックスプロージョンにより形成される微細空洞５の直径ｄが２５０ｎｍのとき、このエッチング後の連通孔１６の直径が５００ｎｍになるようにエッチングする。
【００１８】
次に、このようにして形成された透明基板１中の断面円形で径が一様なエッチング後の連通孔１６中に、図３に示すように、その一端から透明基板１より屈折率が若干大きな紫外線硬化型樹脂１７を流し込んで連通孔１６を満たし、その状態で透明基板１の外側から紫外線１２を照射してエッチング後の連通孔１６中の紫外線硬化型樹脂１７を硬化させる。
【００１９】
このようにして、図４に示すような本発明による光導波路２０が完成する。図中、断面円形で径が一様なエッチング後の連通孔１６が光導波路を構成し、その中の硬化した紫外線硬化型樹脂がこの光導波路のコア１７’となる。そして、そのコア１７’を取り囲む透明基板１がクラッドとなる。
【００２０】
以上のように、フェムト秒レーザ１０からの１ピコ秒より短いパルスレーザ光２を多光子吸収によりマイクロエックスプロージョンを起こして微細空洞５を形成可能な透明基板１中に集光照射して微細空洞５を形成し、微細空洞５をその半径以下の間隔で連続的に形成して連通孔６を形成し、その連通孔６をエッチングして連通孔６の径を広げると共にその軸方向での径の変化を取り除き、その径が広げられ径の変化が取り除かれた一様な断面円形のエッチング後の連通孔１６中に紫外線硬化型樹脂１７を充填して硬化させることにより作製された本発明の光導波路２０は、光導波路形状を３次元的に任意に自由な形状に形成できる。また、コアの径と界面は一様で滑らかになっているので、損失がなく高品質な光導波路が得られる。さらには、光導波路の断面が円形の円形光導波路であるので、導波効率が断面矩形光導波路より良いものとなる。また、コア径、コアとクラッドの屈折率差は自由に選べるので、マルチモード光導波路、シングルモード光導波路何れも容易に作製することができる。
【００２１】
以上、本発明の光導波路の作製方法を実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれらの実施例に限定されず種々の変形が可能である。
【００２２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の光導波路の作製方法によると、１ピコ秒より短いパルスレーザ光を多光子吸収によりマイクロエックスプロージョンを起こして微細空洞を形成可能な透明基板中に集光照射して微細空洞を形成し、その微細空洞を相互に連通するように連続的に形成して所定形状の連通孔を形成し、形成された連通孔中に透明基板より屈折率の大きい透明媒質を充填することにより透明基板中に光導波路を形成するので、光導波路形状を３次元的に任意に自由な形状に形成できる。また、光導波路の断面が円形の円形光導波路であるので、導波効率が断面矩形光導波路より良いものを作製することができる。また、コア径、コアとクラッドの屈折率差は自由に選べるので、マルチモード光導波路、シングルモード光導波路何れも容易に作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光導波路の作製方法の１実施例の最初の工程を説明するための図である。
【図２】本発明の光導波路の作製方法の１実施例の図１の次の工程を説明するための図である。
【図３】本発明の光導波路の作製方法の１実施例の図２の次の工程を説明するための図である。
【図４】図１から図３の工程を経て完成した本発明による光導波路を示す斜視図である。
【図５】マイクロエックスプロージョンによる微細な空洞の形成工程を簡単に示す図である。
【符号の説明】
１…透明基板
２…パルスレーザ光
３…集光領域
４…マイクロエックスプロージョン
５…微細空洞
６…連通孔
７…エッチング液
１０…フェムト秒レーザ
１１…対物レンズ
１２…紫外線
１６…エッチング後の連通孔
１７…紫外線硬化型樹脂
１７’…コア
２０…光導波路
Claims (8)
- １ピコ秒より短いパルスレーザ光を多光子吸収によりマイクロエックスプロージョンを起こして微細空洞を形成可能な透明基板中に集光照射して微細空洞を形成し、その微細空洞を相互に連通するように連続的に形成して所定形状の連通孔を形成し、形成された連通孔中に透明基板より屈折率の大きい透明媒質を充填することにより透明基板中に光導波路を形成することを特徴とする光導波路の作製方法。
- 隣接する微細空洞をその半径以下の間隔で連続的に形成することにより前記連通孔を形成することを特徴とする請求項１記載の光導波路の作製方法。
- 形成された連通孔をエッチングしてその径を広げると共にその軸方向での径の変化を取り除き、その後に前記透明媒質をその中に充填することにより透明基板中に光導波路を形成することを特徴とする請求項１又は２記載の記載の光導波路の作製方法。
- 前記透明媒質が紫外線硬化型樹脂からなり、その充填後に紫外線照射により硬化させることを特徴とする請求項１から３の何れか１項記載の記載の光導波路の作製方法。
- 前記透明基板がシリカガラスからなることを特徴とする請求項１から４の何れか１項記載の記載の光導波路の作製方法。
- 透明基板中に形成された連通孔中に前記透明基板より屈折率の大きい透明樹脂が充填されてなることを特徴とする光導波路。
- 前記連通孔の断面が円形であることを特徴とする請求項６記載の光導波路。
- 前記透明基板がシリカガラスからなることを特徴とする請求項６又は７記載の光導波路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002259566A JP2004101585A (ja) | 2002-09-05 | 2002-09-05 | 光導波路の作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002259566A JP2004101585A (ja) | 2002-09-05 | 2002-09-05 | 光導波路の作製方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004101585A true JP2004101585A (ja) | 2004-04-02 |
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ID=32260530
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|---|---|---|---|
| JP2002259566A Pending JP2004101585A (ja) | 2002-09-05 | 2002-09-05 | 光導波路の作製方法 |
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|---|---|
| JP (1) | JP2004101585A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007144990A (ja) * | 2005-10-25 | 2007-06-14 | Seiko Instruments Inc | 発熱抵抗素子、サーマルヘッド、プリンタ、及び発熱抵抗素子の製造方法 |
-
2002
- 2002-09-05 JP JP2002259566A patent/JP2004101585A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007144990A (ja) * | 2005-10-25 | 2007-06-14 | Seiko Instruments Inc | 発熱抵抗素子、サーマルヘッド、プリンタ、及び発熱抵抗素子の製造方法 |
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