JP2006256933A - ガラス表面への溝形成方法及び光導波路の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 マスキングを行うことなくガラス表面をエッチングし、ガラス表面に溝を形成する方法及びこの方法を使用した光導波路の製造方法の提供。
【解決手段】 ガラス表面下にレーザーを集光して、ガラス変質部分を形成する。その後、ガラスの表面をエッチングしてすることによって、ガラス表面下の変質部分が溝となる。この溝に光伝搬路となるコアを充填し、コア露出面をクラッドで積層することで光導波路が製造される。
【選択図】 図３

Description

本発明は、ガラス表面上に任意の溝を形成することが可能なガラス表面への溝形成方法及び光導波路の製造方法に関するものである。

近年の情報化社会においては、大容量の情報を伝達することが可能な光通信ネットワークの構築が進められている。この光通信ネットワークの構築が進められている背景のもと、光導波路は、光通信のためのキーデバイスとなっている。

図４は、光導波路の一例の斜視図であり、図５は、図４のＢ−Ｂ断面図である。光導波路は、クラッド１０内に光の伝搬路となるコア９が内蔵された構造がとられている。コア９をクラッド１０よりも光屈折率を高いものとすることで、光をコア９内から漏出させることなく光を伝送することが可能となる。このような光導波路を製造する方法は、種々の製造方法が開示されており、例えば特許文献１に次述する方法が開示されている。
特開２００３−１３１０５７号公報 特許文献１に記載されている光導波路の製造方法は、下部クラッドとなるガラス表面全体がエッチングされることを回避するためのマスキングをガラス表面に施すマスキング工程、コアパターンに対応したマスキングの除去を行うマスキング除去工程、マスキングが除去されたガラスの表面に溝を形成する工程、この形成された溝にコアを形成する工程、及び露出しているコアをクラッドで覆う上部クラッド形成工程を備えており、これら全ての工程を経ることによって行われるものである。

この特許文献１に記載されている光導波路の製造方法によれば、コアを充填するための溝をガラス表面上に形成するには、ガラス表面へのマスキング、マスキングの除去及びエッチングを行う３段階の工程を経なければならず、煩雑な製造工程となっている。

このような事情に鑑み、本発明は、簡略化した方法によってガラス表面に溝を形成することが可能な溝形成方法を提供することを目的とするものである。

本発明は、ガラス表面下にレーザーを集光照射して、前記ガラス表面下にガラスの変質部分を形成するガラス表面下変質部分形成工程と、前記ガラスの表面を液相エッチングして前記ガラス表面に溝を形成する溝形成工程を備えることを特徴とするガラス表面への溝形成方法である。

本発明は、下部クラッド層及び上部クラッド層からなるクラッド内に光を伝搬するコアを有する光導波路の製造方法において、前記下部クラッドの表面下にレーザーを集光照射して、前記下部クラッド表面下にクラッド変質部分を形成する下部クラッド表面下変質部分形成工程と、前記下部クラッド表面をエッチングして前記下部クラッド表面に溝を形成する溝形成工程と、前記溝にコアを充填するコア充填工程と、前記コアの露出面に上部クラッド層を形成する上部クラッド層形成工程を備えることを特徴とする光導波路の製造方法である。

本発明に係るガラス表面への溝形成方法によれば、煩わしいガラス表面へのマスキング工程及びマスキングの除去工程を行うことなく、単にガラス表面下に変質部分を形成した後にエッチングを行うことによってガラス表面に溝を形成するものであるので、簡素な方法でガラス表面に溝を形成することが可能となる。また、前記溝形成方法は、光導波路の製造に利用することが可能な方法である。

以下、本発明を実施形態に基づき説明する。本実施形態における光導波路の製造方法は、下部クラッド層となるガラスの表面下にレーザーを集光照射して、ガラス表面下にガラス変質部分を形成するガラス表面下変質部分形成工程、このガラス表面下に変質部分を形成したガラス表面をエッチングしてガラス表面に溝を形成する溝形成工程、この形成した溝に光の伝搬路となるコアを充填するコア充填工程、この充填したコアの露出面に上部クラッド層を形成する上部クラッド層形成工程を順次経ることによって行われる。

ガラス表面下変質部分形成工程において、ガラス表面下にレーザー光を集光照射するには、図１に示すように行われる。図１は、ガラス１表面下にガラス変質部分を形成する状態を表した模式図である。ガラス１の表面下にレーザー発振器２から発振されたレーザー３を集光レンズ4で集光させて、ガラス1表面下に変質部分を形成する。この変質部分は、ガラス表面下にマイクロクラックが形成されたものである。

前記レーザー３には、ガラス内部にマイクロクラックを生じさせるレーザーが使用され、ＣＯ_２レーザーやＮｄ：ＹＡＧレーザーを使用すると良く、半導体レーザー励起型ＹＡＧレーザーが、集光性が良く好適である。このレーザーをガラス内部で三次元的に集光させることによって、ガラス１表面下への変質部分形成が自在となる。なお、レーザーを集光させるときには、フェムト秒レーザーによって行うことが、レーザー集光部分周辺のガラスが熱的・化学的損傷をほとんど受けないので、好適である。

図２は、ガラス１表面下に変質部分５が形成されたガラスの平面図である。また、図３は、本実施形態に係る光導波路の製造工程を模式的に表した断面図である。以下、図３を参照しつつ本実施形態に係る光導波路の製造方法について説明する。

図３（ａ）は、図２のガラス１のＡ−Ａ間断面図であり、前記ガラス１表面下に集光照射されたレーザー３によって、変質部分５が形成されている。図３（ｂ）は、溝形成工程を経たガラス１を表した図であり、ガラス１をエッチングすることによって溝６が形成された状態を表す図である。このエッチングは、ガラス1をエッチング液に浸漬する液相エッチングによって行われる。

エッチングに使用するエッチング液には、フッ化物を含有する水溶液を使用すると良く、フッ化物としては、フッ化水素、フッ化アンモニウム、フッ化カリウム、フッ化ナトリウム等が例示される。またエッチング液に無機酸及び／又は有機酸を含有させても良い。無機酸としては、塩酸、硫酸、リン酸、硝酸等から一種又は二種以上を選択すると良く、有機酸としては、酢酸、コハク酸等から一種又は二種以上を選択すると良い。さらにエッチング液には、陰イオン系界面活性剤及び両性界面活性剤のうち一種以上添加しても良い。陰イオン系界面活性剤としては、スルホン酸塩系界面活性剤等がある。両性界面活性剤としては、例えば、アミン系界面活性剤がある。

エッチング液にガラス１を浸漬すると、ガラス１表面が溶解する。ガラス１の溶解が進行すると、エッチングが変質部分５に達することになる。その後のエッチングは、変質部分５にはマイクロクラックが生じており、エッチング液がマイクロクラックに浸透することになるので、変質部分５が非変質部分よりもエッチングの進行が促進される。その結果、ガラス１表面に溝６が形成されることになる。

図３（ｃ）は、コア充填工程を経たガラス１を表した図であり、溝６に光の伝搬路となるコア７を充填した状態を表した図である。コア７の充填は、下部クラッドとなるガラス１よりも屈折率の高い充填剤を充填することによって行われる。充填した後、溝６から充填剤が溢れ出ている場合には、これを除去することによって、溝６へのコア７の充填が終了する。

充填剤の充填は、火炎堆積法、化学気相蒸着法（ＣＶＤ法）、物理気相蒸着法（ＰＶＤ法）及び電子ビーム蒸着法等の公知の方法を使用することによって充填することが可能である。溝６から溢れ出ている充填剤の除去は、機械的な研磨や化学的な研磨によって除去することによって行われる。

図３（ｅ）は、上部クラッド層形成工程を経たガラス１を表した図であり、コア７の露出面に上部クラッド層８を積層した図である。上部クラッド８層となる上部クラッド８には、コア７よりも屈折率が低い材料が選択され、本実施形態では、下部クラッドとなっているガラス１と同じガラスが積層されている。この上部クラッド層形成工程を経ることで、光導波路が製造される。

ガラス表面下にガラス変質部分を形成する状態を表した模式図である。 ガラス表面下に変質部分が形成されたガラスの平面図である。 本実施形態に係る光導波路の製造工程を模式的に表した断面図である。 光導波路の一例の斜視図である。 図４のＢ−Ｂ断面図である。

符号の説明

１ ガラス
２ レーザー発振器
３ レーザー
４ 集光レンズ
５ 変質部分
６ 溝
７ コア
８ 上部クラッド

Claims (2)

1. ガラス表面下にレーザーを集光照射して、前記ガラス表面下にガラスの変質部分を形成するガラス表面下変質部分形成工程と、
   前記ガラスの表面を液相エッチングして前記ガラス表面に溝を形成する溝形成工程
   を備えることを特徴とするガラス表面への溝形成方法。
2. 下部クラッド層及び上部クラッド層からなるクラッド内に光を伝搬するコアを有する光導波路の製造方法において、
   前記下部クラッドの表面下にレーザーを集光照射して、前記下部クラッド表面下にクラッド変質部分を形成する下部クラッド表面下変質部分形成工程と、
   前記下部クラッド表面をエッチングして前記下部クラッド表面に溝を形成する溝形成工程と、
   前記溝にコアを充填するコア充填工程と、
   前記コアの露出面に上部クラッド層を形成する上部クラッド層形成工程
   を備えることを特徴とする光導波路の製造方法。

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