JP2004101697A

JP2004101697A - Method for manufacturing optical waveguide component

Info

Publication number: JP2004101697A
Application number: JP2002261284A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Fukuda; 福田　武司; Shibun Ishikawa; 石川　紫文; Tomoko Yomo; 四方　朋子; Takeshi Sakuma; 佐久間　健; Hideyuki Hosoya; 細谷　英行
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2002-09-06
Filing date: 2002-09-06
Publication date: 2004-04-02

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing an optical waveguide component with a small propagation loss, and small polarization relativity and wavelength relativity of the propagation loss. <P>SOLUTION: In the method for manufacturing the optical waveguide component, the optical waveguide component forms a refractive index increasing area by collecting and irradiating a femto-second pulsed laser 3 to an inside of transparent material 9. The method is constituted that an average output of the femto-second pulsed laser 3 is adjusted so that peak power at a collecting point 7 of the femto-second pulsed laser 3 is a desired value, and is collected and irradiated to the inside of the transparent material 9. The peak power at the collecting point 7 of the femto-second pulsed laser 3 is, preferably, 6.9x10<SP>12</SP>W/cm<SP>2</SP>or less, more preferably, 8.7×10<SP>11</SP>W/cm<SP>2</SP>or less, and most preferably, 8.7×10<SP>8</SP>to 8.7×10<SP>11</SP>W/cm<SP>2</SP>. Moreover, the transparent material 9 is, preferably, a glass material which contains SiO<SB>2</SB>in major proportions, and is, more preferably, quartz glass. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信分野で用いられる光導波路部品の製造方法に関し、特にフェムト秒パルスレーザによるガラスの光誘起屈折率変化を利用した光導波路部品の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信などで用いられている光導波路部品の製造方法として、フェムト秒パルスレーザ光を用いた方法が提案されている（特許文献１参照。）。フェムト秒パルスレーザ光は、パルス幅が狭く、高いピーク出力を有し、対物レンズなどで集光することで高いピークパワーを実現できる。
このフェムト秒パルスレーザ光を石英ガラスなどのガラス材料に集光照射すると、レーザ光の集光点にて、選択的にガラス材料の屈折率を増加させることができる。このためガラス材料の内部にフェムト秒パルスレーザ光を集光させ、この集光点を相対的に移動させることで、ライン状の屈折率増加領域（コア）を形成することができ、光導波路部品とすることができる。
【０００３】
このフェムト秒パルスレーザ光を用いて製造された光導波路部品は、１．５５μｍ帯において、伝搬損失が０．３〜０．７ｄＢ／ｃｍ程度であることが報告されている（非特許文献１参照。）。この伝搬損失は、光通信分野で要求される値よりも大きいものであり、この光導波路部品を光通信デバイスとして使用するためには、伝搬損失を低減する必要がある。
【０００４】
そこで、フェムト秒パルスレーザ光を用いて製造された光導波路部品を熱処理し、伝搬損失やこの伝搬損失の偏光依存性を低減する方法が提案されている（特願２００２−０３７１０８号）。
しかし、熱処理では屈折率増加領域の断面形状を調整することができないため、熱処理によって低減できる伝搬損失量には限界がある。このため、実用レベルの伝搬損失や伝搬損失の偏光依存性の小さい光導波路部品を実現するためには、熱処理前に、あらかじめフェムト秒パルスレーザ光を用いて伝搬損失や伝搬損失の偏光依存性の小さい屈折率増加領域を形成する必要がある。
【０００５】
また、フェムト秒パルスレーザ光を用いて光導波路部品を製造する方法としては、フェムト秒パルスレーザ光の照射条件を変化させながら集光点を走査し、これによりモードフィールド径などの形状が、光の伝搬方向になだらかに変化した屈折率増加領域を形成する方法も開示されている（特許文献２参照。）。
この方法で製造された光導波路部品は、モードフィールド径が異なる光部品を接続する際に、その接続部となるコアの端面部でモードフィールド径を整合することができ、接続損失を低減することができる。しかし、フェムト秒パルスレーザ光を用いて、伝搬損失や伝搬損失の偏光依存性の小さい屈折率増加領域を形成し、光導波路部品とする方法については、報告されていないのが現状である。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−３１１２３７号公報
【特許文献２】
特開２００１−３５００４９号公報
【非特許文献１】
藤原誠司，外３名，「第６２回応用物理学会学術講演会　講演予稿集」２００１年９月，ｐ．８５５，講演番号１４ａ−ＺＭ−５
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従って本発明の目的は、上記した事情に鑑みなされたものである。すなわちフェムト秒パルスレーザの照射条件を最適化して石英ガラスに集光照射し、これにより伝搬損失が小さく、かつ伝搬損失の偏光依存性や波長依存性の小さい光導波路部品を製造する方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため、請求項１にかかる発明は、透明材料の内部にフェムト秒パルスレーザを集光照射し、屈折率増加領域を形成する光導波路部品の製造方法であって、
フェムト秒パルスレーザの集光点でのピークパワーが所望の値となるように、前記フェムト秒パルスレーザの平均出力を調整し、前記透明材料の内部に集光照射することを特徴とする光導波路部品の製造方法である。
【０００９】
請求項２にかかる発明は、前記フェムト秒パルスレーザの集光点でのピークパワーが、６．９×１０^１２Ｗ／ｃｍ^２以下であることを特徴とする請求項１に記載の光導波路部品の製造方法である。
【００１０】
請求項３にかかる発明は、前記フェムト秒パルスレーザの集光点でのピークパワーが、８．７×１０^１１Ｗ／ｃｍ^２以下であることを特徴とする請求項１に記載の光導波路部品の製造方法である。
【００１１】
請求項４にかかる発明は、前記フェムト秒パルスレーザの集光点でのピークパワーが、８．７×１０^８〜８．７×１０^１１Ｗ／ｃｍ^２であることを特徴とする請求項１に記載の光導波路部品の製造方法である。
【００１２】
請求項５にかかる発明は、前記透明材料が、ＳｉＯ_２を主成分とするガラス材料であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の光導波路部品の製造方法である。
【００１３】
請求項６にかかる発明は、前記ガラス材料が、石英ガラスであることを特徴とする請求項５に記載の光導波路部品の製造方法である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
図１は、本実施形態の光導波路部品の製造方法において使用される製造装置の一例を示す概略構成図である。符号１は、チタンサファイアレーザなどを用いたレーザ装置を示す。このレーザ装置１のレーザ出射口と対向するように、ＮＤフィルタ２が設置されており、レーザ装置１から出射されたフェムト秒パルスレーザ光３の平均出力を調整できるようになっている。
【００１５】
ＮＤフィルタ２を透過したフェムト秒パルスレーザ光３の経路上には、ミラー４が設置されており、フェムト秒パルスレーザ光３の進行経路を調整できるようになっている。また、対物レンズ５は、ミラー４にて進行経路が調整されたフェムト秒パルスレーザ光３を集光するものである。
【００１６】
このミラー４の後方には、ＣＣＤカメラ６などが設置され、位置合わせ用のマーキング（図示省略）を観察したり、フェムト秒パルスレーザ光３の集光点７付近で発生する発光中に含まれる可視光をモニタできるようになっている。
符号８は、ＸＹＺステージを示し、このＸＹＺステージ８は、石英ガラス基板９などの基材となる透明材料を積載し、これを精密にｘ、ｙ、ｚ軸方向に移動できるようにするものである。
【００１７】
この光導波路部品の製造装置では、レーザ装置１にて、フェムト秒パルスレーザ光３の波長、パルス幅、繰り返し周波数などの照射条件を調整することによって、所望のフェムト秒パルスレーザ光３が出射される。
【００１８】
フェムト秒パルスレーザ光３は、まずＮＤフィルタ２を透過する。このＮＤフィルタ２の透過率を調整することで、フェムト秒パルスレーザ光３の平均出力が制御される。
次に、フェムト秒パルスレーザ光３は、ミラー４にて反射される。このミラー４の反射面の角度を調整することで、フェムト秒パルスレーザ光３の進行経路は、所望の方向となる。更にフェムト秒パルスレーザ光３は、対物レンズ５にて集光され、ＸＹＺステージ８上の石英ガラス基板９に照射される。
【００１９】
このような製造装置を用いて、本実施形態では、光導波路部品を以下のようにして製造する。
基材となる透明材料には、ＳｉＯ_２を主成分とするケイ酸塩系ガラスからなる石英ガラス基板９を使用する。この石英ガラス基板９をＸＹＺステージ８に固定する。石英ガラス基板９の上表面のうち、形成されるべき屈折率増加領域の始点に、位置決め用のマーキング（図示省略）が設けられ、このマーキングにピントが合うように、ＣＣＤカメラ６で観察しながら、ＸＹＺステージ８のｚ軸方向の位置を調整する。このようにして、位置決め用のマーキングを石英ガラス基板９の表面の基準として認識する。
【００２０】
そして、ｚ軸方向の位置を調整し、集光点７が所望の深さの位置となるようにする。ここで、石英ガラス基板９の屈折率をｎとし、石英ガラス基板９がないときの集光点７の深さをＨ１とすると、石英ガラス基板９内部におけるフェムト秒パルスレーザ光３の屈折の影響により、実際の集光点７の深さＨ２は、Ｈ１×ｎとなる。この石英ガラス基板９の屈折率の影響を考慮し、ｚ軸方向の位置を調整する。
【００２１】
次に、石英ガラス基板９の位置を走査して、集光点７を相対移動させることにより、コアとして機能する連続した屈折率増加領域を石英ガラス基板９の内部に形成する。これにより光導波路部品が製造される。
この集光点７の相対移動は、ＸＹＺステージ８のｘ軸方向又はｙ軸方向に走査することで行う。また同時にｚ軸方向にも走査することにより、三次元に集光点７を相対移動させることもできる。
【００２２】
本実施形態では、集光点７でのピークパワーは６．９×１０^１２Ｗ／ｃｍ^２以下であり、好ましくは８．７×１０^１１Ｗ／ｃｍ^２以下であり、更に好ましくは８．７×１０^８〜８．７×１０^１１Ｗ／ｃｍ^２である。このとき、伝搬損失が小さく、かつ伝搬損失の偏光依存性や波長依存性の小さい光導波路部品が実現できる。
【００２３】
この集光点７でのピークパワーが６．９×１０^１２Ｗ／ｃｍ^２よりも大きい場合、伝搬損失と、伝搬損失の偏光依存性や波長依存性が大きくなるため好ましくない。また集光点７でのピークパワーが８．７×１０^８Ｗ／ｃｍ^２未満の場合、屈折率増加領域を形成できず、好ましくない。
【００２４】
この集光点７でのピークパワーは、対物レンズ５を通過する前のフェムト秒パルスレーザ光３のピークパワーと、そのビーム径、集光点７のスポット径から以下の式（１）より算出される。またこの集光点７のスポット径は、以下の式（２）で算出される。
【００２５】
（集光点でのピークパワー）＝（フェムト秒パルスレーザ光のピークパワー）×（スポット径）／（フェムト秒パルスレーザ光のビーム径）　（１）
【００２６】
（スポット径）＝｛（フェムト秒パルスレーザ光のビームプロファイルのガウシアン分布からのずれ）×（フェムト秒パルスレーザ光の波長）｝／｛（対物レンズの開口数）×π｝　（２）
【００２７】
このため、集光点７でのピークパワーを所望の値とするためには、フェムト秒パルスレーザ光３の照射条件、平均出力を調整し、フェムト秒パルスレーザ光３のピークパワーを所望の値とすることと、フェムト秒パルスレーザ光３の波長と対物レンズ５の開口数（Ｎ．Ａ．）を調整し、集光点７のスポット径を所望の値とすることが必要である。
本実施形態では、まず、フェムト秒パルスレーザ光３の中心波長、繰り返し周波数、パルス幅などの照射条件と、対物レンズ５の開口数とを適宜決定する。
【００２８】
フェムト秒パルスレーザ光３の中心波長は、使用する透明材料の反応性などに応じて適宜決定できる。
石英ガラスを使用した場合、通常８００ｎｍである。このときフェムト秒パルスレーザ光３を基材となる石英ガラス基板９に照射することで、効率良く屈折率を増加させることができる。
フェムト秒パルスレーザ光３の繰り返し周波数、パルス幅などの照射条件は、特に限定されず適宜決定される。
【００２９】
また、対物レンズ５の開口数は、解像度や焦点深度などを決定するパラメータであり、集光点７のスポット径が所望の値となるように、光導波路部品の製造装置の装置構成などを考慮し、適宜決定できる。
【００３０】
次に、フェムト秒パルスレーザ光３の平均出力を調整して、集光点７でのピークパワーを制御する。
このフェムト秒パルスレーザ光３の平均出力は、ＮＤフィルタを用いることにより集光点７のピークパワーを精度良く所望の値とすることができ、伝搬損失が小さく、かつ伝搬損失の偏光依存性や波長依存性の小さい光導波路部品が実現できる。
【００３１】
以上のように、本実施形態では、ピークパワーを所望の範囲とすることによって、伝搬損失が小さく、かつ伝搬損失の偏光依存性や波長依存性の小さい光導波路部品が実現できる。
また、基材となる透明材料は、ＳｉＯ_２を主成分とするケイ酸塩系ガラスからなる石英ガラス基板９であり、耐薬品性、耐環境性に優れ、比較的安価で入手しやすく、かつパルスレーザ光３による屈折率の増加量が大きい。これにより光導波路部品を安価で、容易に製造できる。更に石英ガラスを用いることによって、光学特性に優れた光導波路部品を製造できる。
【００３２】
なお、光導波路部品の基材となる透明材料としては、フェムト秒パルスレーザ光３を照射して誘起され、屈折率が増加するものが使用でき、例えば光学用高分子材料、ガラス材料などが挙げられる。
ガラス材料としては、ケイ酸塩系ガラス、硼酸塩系ガラス、燐酸塩系ガラス、弗燐酸塩系ガラス、ビスマス系ガラス、ハロゲン化物ガラス、硫化物ガラス、カルコゲナイドガラスなどが使用できる。
【００３３】
ケイ酸塩系ガラスとしては、ＳｉＯ_２で表される石英ガラスなどが使用できる。ハロゲン化物ガラスとしては、ＢｅＦ_２、ＺｒＦ_４、ＩｎＦ_３、Ｃｄ−Ｚｎ−Ｃｌ系ガラスなどが使用できる。硫化物ガラスとしては、Ｇａ−Ｌａ−Ｓ系ガラスなどが使用でき、またカルコゲナイドガラスとしては、Ｓｅ−Ａｓ系ガラスなどが使用できる。
【００３４】
また上記したガラス材料は、ゲルマニウム、アルミニウム、リン、フッ素からなるドーパント群のうち少なくとも１種、又は２種以上をドーパントとして添加され、所望の屈折率となるように調整されていても構わない。
【００３５】
またフェムト秒パルスレーザ光３の平均出力を調整する方法として、ＮＤフィルタ２以外に、ミラー４に所望量の光を透過又は反射する機能を付与し、このミラー４を用いて平均出力を調整する方法でも構わない。
【００３６】
更に、本実施形態では、上述したフェムト秒パルスレーザ光３の中心波長などの照射条件や平均出力、対物レンズ７の集光条件などを所望の値に調整した後、フェムト秒パルスレーザ光３を石英ガラス基板９の内部に集光照射してもよいが、フェムト秒パルスレーザ光３を石英ガラス基板９の内部に集光照射後、上記した照射条件、集光条件を調整しても構わない。
【００３７】
このとき条件を調整する前に形成した光導波路部品を切り取ることで、一定の光学特性の光導波路部品とすることができる。またフェムト秒パルスレーザ光３を集光照射しながら、照射条件、集光条件を長手方向の各位置にて所望の値に調整することによって、モードフィールド径などの光学特性が長手方向に変化する光導波路部品を製造できる。
【００３８】
また本実施形態では、集光点７を複数回走査しても構わない。形成した屈折率増加領域に、再度フェムト秒パルスレーザ光３を集光照射することによって、石英ガラス基板９を再び誘起させ、更に屈折率を増加させることができる。このため所望の回数走査することで、屈折率増加領域の屈折率を所望の値として、光導波路部品を製造できる。
【００３９】
次に本発明の具体例を以下に述べる。
図１に示された光導波路部品の製造装置を使用した。照射条件を調整し、中心波長８００ｎｍ、繰り返し周波数２００ｋＨｚ、パルス幅１５０ｆｓのフェムト秒パルスレーザ光３をレーザ装置１から出射した。ＮＤフィルタ２にて、このフェムト秒パルスレーザ光３の平均出力を８０〜８００ｍＷに減衰させ、次に開口数０．５の対物レンズ５にて、石英ガラス基板９に集光照射した。
表１は、フェムト秒パルスレーザ光３の平均出力と、集光点７でのピークパワーを示す。
【００４０】
【表１】

【００４１】
ＸＹＺステージ８を用いて石英ガラス基板９を移動させ、３０μｍ／ｓの速度で集光点７を走査し、長さが２５ｍｍの光導波路部品を製造した。
図２は、製造された光導波路部品の伝搬損失を示し、また図３は、その伝搬損失の偏光依存性を示す。ここで、図２，３では、１．５２〜１．６３μｍの波長帯での伝搬損失とその偏光依存性の測定値のうち、最大値と最小値を示している。
【００４２】
集光点７でのピークパワーが６．９×１０^１２Ｗ／ｃｍ^２以下のとき、図２において伝搬損失が０．３ｄＢ／ｃｍ以下と小さく、また伝搬損失の最大値と最小値の差が０．１５ｄＢ／ｃｍ以下であり、伝搬損失の波長依存性が小さいことがわかる。また、このとき図３において伝搬損失の偏光依存性が０．１８ｄＢ／ｃｍ以下と小さいことがわかる。
【００４３】
更に、集光点７でのピークパワーが８．７×１０^１１Ｗ／ｃｍ^２以下のとき、伝搬損失が０．１８ｄＢ／ｃｍ以下と更に小さく、かつ伝搬損失の最大値と最小値の差が０．１５ｄＢ／ｃｍ以下であり、伝搬損失の波長依存性が更に小さいことがわかる。またこのとき伝搬損失の偏光依存性が０．１ｄＢ／ｃｍ以下と更に小さいことがわかる。
【００４４】
この製造された光導波路部品は、伝搬損失やその偏光依存性が、従来のフェムト秒パルスレーザを用いた方法で製造された光導波路よりも充分小さいものであり、光通信デバイスとしての応用も期待できる。更に伝搬損失の波長依存性が小さいため、波長多重伝送を用いた高速伝送システムにも適用も可能である。
【００４５】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、請求項１乃至５に係る発明によれば、フェムト秒パルスレーザの集光点でのピークパワーが所望の値となるように、フェムト秒パルスレーザの平均出力を調整し、透明材料の内部に集光照射することによって、伝搬損失が小さく、かつ伝搬損失の偏光依存性や波長依存性の小さい光導波路部品が製造できる。
製造された光導波路部品は、光通信デバイスとして応用が期待でき、更に伝搬損失の波長依存性が小さいため、波長多重伝送を用いた高速伝送システムにも適用も可能である。
【００４６】
また請求項４及び５に係る発明によれば、ＳｉＯ_２を主成分とするケイ酸塩系ガラスは、耐薬品性、耐環境性に優れ、比較的安価で入手しやすく、かつパルスレーザによる屈折率の増加量が大きいため、光導波路部品を安価で、容易に製造できる。更に石英ガラスを用いることによって、光学特性に優れた光導波路部品を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の光導波路部品の製造方法において使用される製造装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】本実施形態で製造された光導波路部品の伝搬損失と、製造時のフェムト秒パルスレーザのピークパワーとの関係の一例を示す図である。
【図３】本実施形態で製造された光導波路部品の伝搬損失の偏光依存性と、製造時のフェムト秒パルスレーザのピークパワーとの関係の一例を示す図である。
【符号の説明】
３・・・フェムト秒パルスレーザ光，７・・・集光点，９・・・石英ガラス基板[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing an optical waveguide component used in the field of optical communications, and more particularly to a method for manufacturing an optical waveguide component using a light-induced refractive index change of glass by a femtosecond pulse laser.
[0002]
[Prior art]
As a method for manufacturing an optical waveguide component used in optical communication or the like, a method using femtosecond pulsed laser light has been proposed (see Patent Document 1). The femtosecond pulse laser beam has a narrow pulse width and a high peak output, and a high peak power can be realized by focusing with an objective lens or the like.
When the femtosecond pulse laser beam is condensed and irradiated onto a glass material such as quartz glass, the refractive index of the glass material can be selectively increased at the condensing point of the laser beam. For this reason, it is possible to form a line-shaped refractive index increasing region (core) by condensing femtosecond pulsed laser light inside the glass material and relatively moving the condensing point. It can be.
[0003]
It has been reported that the optical waveguide component manufactured using this femtosecond pulse laser beam has a propagation loss of about 0.3 to 0.7 dB / cm in the 1.55 μm band (see Non-Patent Document 1). .) This propagation loss is larger than a value required in the field of optical communication. In order to use this optical waveguide component as an optical communication device, it is necessary to reduce the propagation loss.
[0004]
Therefore, a method has been proposed in which an optical waveguide component manufactured using femtosecond pulsed laser light is heat-treated to reduce propagation loss and polarization dependency of the propagation loss (Japanese Patent Application No. 2002-037108).
However, since the cross-sectional shape of the refractive index increasing region cannot be adjusted by heat treatment, there is a limit to the amount of propagation loss that can be reduced by heat treatment. For this reason, in order to realize optical waveguide components with low propagation dependency of propagation loss and propagation loss at a practical level, femtosecond pulse laser light is used in advance of the polarization dependency of propagation loss and propagation loss before heat treatment. It is necessary to form a small refractive index increasing region.
[0005]
As a method of manufacturing optical waveguide components using femtosecond pulsed laser light, the focal point is scanned while changing the irradiation conditions of femtosecond pulsed laser light. There is also disclosed a method of forming a refractive index increasing region that gently changes in the propagation direction (see Patent Document 2).
The optical waveguide component manufactured by this method can match the mode field diameter at the end face of the core, which is the connection part, when connecting optical parts with different mode field diameters, thereby reducing the connection loss. Can do. However, there is currently no report on a method for forming an optical waveguide component by forming a propagation loss or a refractive index increase region having a small polarization dependence of propagation loss using femtosecond pulsed laser light.
[0006]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 9-311237 [Patent Document 2]
JP 2001-350049 A [Non-Patent Document 1]
Seiji Fujiwara and three others, “The 62nd JSAP Scientific Lecture Proceedings” September 2001, p. 855, lecture number 14a-ZM-5
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, the object of the present invention has been made in view of the above circumstances. In other words, a method for producing an optical waveguide component that optimizes the irradiation conditions of the femtosecond pulse laser and focuses and irradiates the quartz glass, thereby reducing the propagation loss and the polarization dependence and wavelength dependence of the propagation loss. For the purpose.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve this problem, the invention according to claim 1 is a method of manufacturing an optical waveguide component in which a femtosecond pulse laser is focused and irradiated inside a transparent material to form a refractive index increasing region,
An optical waveguide characterized by adjusting the average output of the femtosecond pulse laser so that the peak power at the condensing point of the femtosecond pulse laser becomes a desired value, and condensing and irradiating the inside of the transparent material It is a manufacturing method of components.
[0009]
The invention according to claim 2 is characterized in that the peak power at the condensing point of the femtosecond pulse laser is 6.9 × 10 ¹² W / cm ² or less. It is a manufacturing method.
[0010]
The invention according to claim 3 is the optical waveguide component according to claim 1, wherein a peak power at a condensing point of the femtosecond pulse laser is 8.7 × 10 ¹¹ W / cm ² or less. It is a manufacturing method.
[0011]
The invention according to claim 4 is characterized in that the peak power at the condensing point of the femtosecond pulse laser is 8.7 × 10 ^{8 to} 8.7 × 10 ¹¹ W / cm ^2. The manufacturing method of the optical waveguide component as described in 1 above.
[0012]
The invention according to claim 5 is the method for manufacturing an optical waveguide component according to any one of claims 1 to 4, wherein the transparent material is a glass material containing SiO ₂ as a main component.
[0013]
The invention according to claim 6 is the method of manufacturing an optical waveguide component according to claim 5, wherein the glass material is quartz glass.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating an example of a manufacturing apparatus used in the method of manufacturing an optical waveguide component according to this embodiment. Reference numeral 1 denotes a laser device using a titanium sapphire laser or the like. An ND filter 2 is installed so as to face the laser emission port of the laser device 1, and the average output of the femtosecond pulsed laser light 3 emitted from the laser device 1 can be adjusted.
[0015]
A mirror 4 is provided on the path of the femtosecond pulsed laser beam 3 that has passed through the ND filter 2, so that the traveling path of the femtosecond pulsed laser beam 3 can be adjusted. The objective lens 5 collects the femtosecond pulsed laser light 3 whose traveling path is adjusted by the mirror 4.
[0016]
Behind this mirror 4 is a CCD camera 6 or the like, which is included in observations of alignment markings (not shown) and light emission generated near the condensing point 7 of the femtosecond pulsed laser light 3. Visible light can be monitored.
Reference numeral 8 denotes an XYZ stage. The XYZ stage 8 is loaded with a transparent material as a base material such as a quartz glass substrate 9 and can be moved precisely in the x, y, and z axis directions. is there.
[0017]
In this optical waveguide component manufacturing apparatus, the laser device 1 emits desired femtosecond pulsed laser light 3 by adjusting the irradiation conditions such as the wavelength, pulse width, and repetition frequency of the femtosecond pulsed laser light 3. The
[0018]
The femtosecond pulse laser beam 3 first passes through the ND filter 2. By adjusting the transmittance of the ND filter 2, the average output of the femtosecond pulse laser beam 3 is controlled.
Next, the femtosecond pulse laser beam 3 is reflected by the mirror 4. By adjusting the angle of the reflecting surface of the mirror 4, the traveling path of the femtosecond pulsed laser light 3 becomes a desired direction. Further, the femtosecond pulsed laser light 3 is collected by the objective lens 5 and irradiated onto the quartz glass substrate 9 on the XYZ stage 8.
[0019]
In this embodiment, an optical waveguide component is manufactured as follows using such a manufacturing apparatus.
A quartz glass substrate 9 made of silicate glass mainly composed of SiO ₂ is used as a transparent material as a base material. This quartz glass substrate 9 is fixed to the XYZ stage 8. Positioning markings (not shown) are provided at the starting point of the refractive index increasing region to be formed on the upper surface of the quartz glass substrate 9, while observing with the CCD camera 6 so that the markings are in focus. The position of the XYZ stage 8 in the z-axis direction is adjusted. In this way, the positioning marking is recognized as a reference for the surface of the quartz glass substrate 9.
[0020]
Then, the position in the z-axis direction is adjusted so that the condensing point 7 is at a desired depth. Here, if the refractive index of the quartz glass substrate 9 is n, and the depth of the condensing point 7 when there is no quartz glass substrate 9 is H1, the influence of the refraction of the femtosecond pulsed laser light 3 inside the quartz glass substrate 9 will be described. Thus, the actual depth H2 of the condensing point 7 is H1 × n. In consideration of the influence of the refractive index of the quartz glass substrate 9, the position in the z-axis direction is adjusted.
[0021]
Next, the position of the quartz glass substrate 9 is scanned and the condensing point 7 is relatively moved, thereby forming a continuous refractive index increasing region functioning as a core inside the quartz glass substrate 9. Thereby, an optical waveguide component is manufactured.
The relative movement of the condensing point 7 is performed by scanning in the x-axis direction or the y-axis direction of the XYZ stage 8. At the same time, the condensing point 7 can be relatively moved in three dimensions by scanning in the z-axis direction.
[0022]
In the present embodiment, the peak power at the focal point 7 is 6.9 × 10 ¹² W / cm ² or less, preferably 8.7 × 10 ¹¹ W / cm ² or less, and more preferably 8.7. It is * 10 < ⁸ > -8.7 * 10 < ¹¹ > W / cm < ² >. At this time, it is possible to realize an optical waveguide component having a small propagation loss and a small polarization dependency and wavelength dependency of the propagation loss.
[0023]
When the peak power at the condensing point 7 is larger than 6.9 × 10 ¹² W / cm ² , the propagation loss and the polarization dependency and wavelength dependency of the propagation loss are not preferable. Moreover, when the peak power at the condensing point 7 is less than 8.7 × 10 ⁸ W / cm ² , the refractive index increasing region cannot be formed, which is not preferable.
[0024]
The peak power at the focal point 7 is calculated from the following formula (1) from the peak power of the femtosecond pulse laser beam 3 before passing through the objective lens 5, its beam diameter, and the spot diameter at the focal point 7. Is done. Moreover, the spot diameter of this condensing point 7 is calculated by the following formula (2).
[0025]
(Peak power at condensing point) = (Peak power of femtosecond pulsed laser beam) × (Spot diameter) / (Beam diameter of femtosecond pulsed laser beam) (1)
[0026]
(Spot diameter) = {(deviation from Gaussian distribution of beam profile of femtosecond pulsed laser beam) × (wavelength of femtosecond pulsed laser beam)} / {(numerical aperture of objective lens) × π} (2)
[0027]
For this reason, in order to set the peak power at the condensing point 7 to a desired value, the irradiation condition and average output of the femtosecond pulse laser beam 3 are adjusted, and the peak power of the femtosecond pulse laser beam 3 is set to a desired value. And adjusting the wavelength of the femtosecond pulsed laser light 3 and the numerical aperture (NA) of the objective lens 5 so that the spot diameter of the condensing point 7 is set to a desired value.
In the present embodiment, first, irradiation conditions such as the center wavelength, the repetition frequency, and the pulse width of the femtosecond pulsed laser light 3 and the numerical aperture of the objective lens 5 are appropriately determined.
[0028]
The center wavelength of the femtosecond pulsed laser beam 3 can be appropriately determined according to the reactivity of the transparent material used.
When quartz glass is used, it is usually 800 nm. At this time, the refractive index can be increased efficiently by irradiating the quartz glass substrate 9 as the base material with the femtosecond pulsed laser light 3.
Irradiation conditions such as the repetition frequency and pulse width of the femtosecond pulsed laser beam 3 are not particularly limited and are appropriately determined.
[0029]
The numerical aperture of the objective lens 5 is a parameter for determining the resolution, the depth of focus, and the like, and considers the apparatus configuration of the optical waveguide component manufacturing apparatus so that the spot diameter of the condensing point 7 becomes a desired value. And can be determined as appropriate.
[0030]
Next, the average output of the femtosecond pulse laser beam 3 is adjusted to control the peak power at the focal point 7.
The average output of the femtosecond pulsed laser beam 3 can accurately set the peak power at the condensing point 7 to a desired value by using an ND filter, the propagation loss is small, the polarization dependence of the propagation loss, An optical waveguide component with small wavelength dependence can be realized.
[0031]
As described above, in the present embodiment, by setting the peak power within a desired range, an optical waveguide component having a small propagation loss and a small polarization dependency and wavelength dependency of the propagation loss can be realized.
Further, the transparent material as the base material is a quartz glass substrate 9 made of silicate glass mainly composed of SiO ₂ , excellent in chemical resistance and environmental resistance, relatively inexpensive and easily available, and The amount of increase in the refractive index by the pulse laser beam 3 is large. Thereby, the optical waveguide component can be easily manufactured at low cost. Further, by using quartz glass, an optical waveguide component having excellent optical characteristics can be manufactured.
[0032]
In addition, as a transparent material used as the base material of the optical waveguide component, a material that is induced by irradiation with the femtosecond pulsed laser light 3 to increase the refractive index can be used, and examples thereof include an optical polymer material and a glass material. It is done.
As the glass material, silicate glass, borate glass, phosphate glass, fluorophosphate glass, bismuth glass, halide glass, sulfide glass, chalcogenide glass, and the like can be used.
[0033]
As the silicate glass, quartz glass represented by SiO ₂ can be used. As the halide glass, BeF ₂ , ZrF ₄ , InF ₃ , Cd—Zn—Cl-based glass, or the like can be used. As the sulfide glass, Ga—La—S glass or the like can be used, and as the chalcogenide glass, Se—As glass or the like can be used.
[0034]
Further, the glass material described above may be adjusted so as to have a desired refractive index by adding at least one or two or more of dopant groups composed of germanium, aluminum, phosphorus, and fluorine as a dopant.
[0035]
Further, as a method for adjusting the average output of the femtosecond pulsed laser light 3, in addition to the ND filter 2, the mirror 4 is provided with a function of transmitting or reflecting a desired amount of light, and this mirror 4 is used to adjust the average output. It doesn't matter how.
[0036]
Furthermore, in this embodiment, after adjusting the irradiation conditions such as the center wavelength of the femtosecond pulsed laser light 3 and the average output, the focusing condition of the objective lens 7 and the like to desired values, the femtosecond pulsed laser light 3 is changed to the desired value. The inside of the quartz glass substrate 9 may be condensed and irradiated. However, after the femtosecond pulsed laser light 3 is condensed and irradiated inside the quartz glass substrate 9, the above-described irradiation conditions and conditions may be adjusted. .
[0037]
At this time, by cutting off the optical waveguide component formed before adjusting the conditions, it is possible to obtain an optical waveguide component having a certain optical characteristic. Further, the optical characteristics such as the mode field diameter change in the longitudinal direction by adjusting the irradiation condition and the focusing condition to desired values at each position in the longitudinal direction while condensing and irradiating the femtosecond pulse laser beam 3. Optical waveguide parts can be manufactured.
[0038]
In the present embodiment, the condensing point 7 may be scanned a plurality of times. By irradiating the formed refractive index increasing region with the femtosecond pulse laser beam 3 again, the quartz glass substrate 9 can be induced again and the refractive index can be further increased. Therefore, by scanning the desired number of times, the optical waveguide component can be manufactured with the refractive index of the refractive index increasing region as a desired value.
[0039]
Next, specific examples of the present invention will be described below.
The optical waveguide component manufacturing apparatus shown in FIG. 1 was used. The irradiation conditions were adjusted, and femtosecond pulsed laser light 3 having a center wavelength of 800 nm, a repetition frequency of 200 kHz, and a pulse width of 150 fs was emitted from the laser device 1. The average output of the femtosecond pulsed laser beam 3 was attenuated to 80 to 800 mW by the ND filter 2, and then the quartz glass substrate 9 was condensed and irradiated by the objective lens 5 having a numerical aperture of 0.5.
Table 1 shows the average output of the femtosecond pulse laser beam 3 and the peak power at the focal point 7.
[0040]
[Table 1]

[0041]
The quartz glass substrate 9 was moved using the XYZ stage 8 and the condensing point 7 was scanned at a speed of 30 μm / s to produce an optical waveguide component having a length of 25 mm.
FIG. 2 shows the propagation loss of the manufactured optical waveguide component, and FIG. 3 shows the polarization dependence of the propagation loss. Here, FIGS. 2 and 3 show the maximum value and the minimum value among the measured values of the propagation loss and its polarization dependence in the wavelength band of 1.52 to 1.63 μm.
[0042]
When the peak power at the condensing point 7 is 6.9 × 10 ¹² W / cm ² or less, the propagation loss in FIG. 2 is as small as 0.3 dB / cm or less, and the difference between the maximum value and the minimum value of the propagation loss is It is 0.15 dB / cm or less, and it can be seen that the wavelength dependence of the propagation loss is small. Further, at this time, it can be seen in FIG. 3 that the polarization dependence of propagation loss is as small as 0.18 dB / cm or less.
[0043]
Further, when the peak power at the condensing point 7 is 8.7 × 10 ¹¹ W / cm ² or less, the propagation loss is further smaller than 0.18 dB / cm, and the difference between the maximum value and the minimum value of the propagation loss is It is 0.15 dB / cm or less, and it can be seen that the wavelength dependence of propagation loss is even smaller. At this time, it can be seen that the polarization dependence of the propagation loss is as small as 0.1 dB / cm or less.
[0044]
This manufactured optical waveguide component is sufficiently smaller in propagation loss and polarization dependence than an optical waveguide manufactured by a conventional method using a femtosecond pulse laser, and is expected to be applied as an optical communication device. it can. Furthermore, since the wavelength dependence of propagation loss is small, it can be applied to a high-speed transmission system using wavelength division multiplexing.
[0045]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the inventions according to claims 1 to 5, the average output of the femtosecond pulse laser is set so that the peak power at the focal point of the femtosecond pulse laser becomes a desired value. By adjusting and irradiating and condensing the inside of the transparent material, it is possible to manufacture an optical waveguide component having a small propagation loss and a small polarization dependency and wavelength dependency of the propagation loss.
The manufactured optical waveguide component can be expected to be applied as an optical communication device. Further, since the wavelength dependence of propagation loss is small, it can also be applied to a high-speed transmission system using wavelength division multiplexing.
[0046]
Further, according to the inventions according to claims 4 and 5, the silicate glass mainly composed of SiO ₂ has excellent chemical resistance and environmental resistance, is relatively inexpensive and easily available, and is refracted by a pulse laser. Since the rate increase is large, the optical waveguide component can be easily manufactured at low cost. Further, by using quartz glass, an optical waveguide component having excellent optical characteristics can be manufactured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of a manufacturing apparatus used in a method for manufacturing an optical waveguide component according to the present embodiment.
FIG. 2 is a diagram showing an example of the relationship between the propagation loss of the optical waveguide component manufactured in the present embodiment and the peak power of the femtosecond pulse laser at the time of manufacture.
FIG. 3 is a diagram showing an example of the relationship between the polarization dependence of propagation loss of the optical waveguide component manufactured in the present embodiment and the peak power of the femtosecond pulse laser at the time of manufacture.
[Explanation of symbols]
3 ... femtosecond pulse laser beam, 7 ... condensing point, 9 ... quartz glass substrate

Claims

A method of manufacturing an optical waveguide component in which a femtosecond pulse laser is focused and irradiated inside a transparent material to form a refractive index increase region,
An optical waveguide characterized by adjusting the average output of the femtosecond pulse laser so that the peak power at the condensing point of the femtosecond pulse laser becomes a desired value, and condensing and irradiating the inside of the transparent material A manufacturing method for parts.

^{2. The} method of manufacturing an optical waveguide component according to claim 1, wherein a peak power at a condensing point of the femtosecond pulse laser is 6.9 × 10 ¹² W / cm ² or less.

^{2. The} method of manufacturing an optical waveguide component according to claim 1, wherein a peak power at a condensing point of the femtosecond pulse laser is 8.7 × 10 ¹¹ W / cm ² or less.

The peak power at the condensing point of the femtosecond pulse laser is 8.7 × 10 ^{8 to} 8.7 × 10 ¹¹ W / cm ^2. Method.

The method for manufacturing an optical waveguide component according to claim 1, wherein the transparent material is a glass material containing SiO ₂ as a main component.

6. The method of manufacturing an optical waveguide component according to claim 5, wherein the glass material is quartz glass.