JP2008250352A - 光学素子およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 導波基板21とベース基板22とを備え、導波基板21とベース基板22とが接合されていて、導波基板21とベース基板22との接合面において、一部に、接合していない非接合領域24を備えている。
【選択図】 図8
Description
直接接合技術は接着剤等を用いずに基板を強固に接合する技術として知られ、ガラス、半導体、強誘電体、圧電セラミックスなど様々な材料を高精度に接合することができる。直接接合基板は、例えば接合基板(接合された二枚一組の基板)の一方を薄板化した後リッジ加工して光導波路として利用することができるため、光学素子作製の有効な手段の一つとして注目されている。これまでに、LN結晶、LiTaO3結晶(以下LT結晶と略す)、MgO:LN結晶、サファイアなどの各種酸化物基板において同種基板間および異種基板間での直接接合が行われている。また、これらの基板の間に薄膜を介して直接接合した例も示されており、薄膜材料としてSiO2やSiN、低融点ガラス、金属酸化物などを用いている。
実施の形態2の光学素子は、薄膜を介して接合された基板の一方の薄板化を行う際の基板厚みの高精度な均一性評価が可能である光学素子である。以下に、厚み均一性の高い薄板化が可能になった点について詳しく述べる。なお、実施の形態2では、薄板化基板による光学素子作製の一例としてLN結晶とMgO:LN結晶の直接接合基板においてMgO:LN結晶を薄板化して光導波路を形成する場合について述べるが、本発明は本構成および光導波路型の光学素子に限定されるものではなく、接合方法においても、直接接合に限定されるわけではない。
R=|(na−nb)/(na+nb)|2×100(%)
で表される。
T≠(k×λ)/(2×n3)
の条件を満たすことで、反射光8と反射光9との干渉により、結果として薄膜層4からの反射光を増大させることができる。
T=(2k−1)×λ/(4×n3)
となる場合が理想的で、反射光8と反射光9とが最も強め合う干渉条件となり、薄膜層4からの反射光量がフレネル反射の10倍以上にまで強くなる。これにより薄膜層4からの反射光と導波基板1の表面の反射光により形成される干渉縞が観測可能となり、この干渉縞を利用して研磨途中の導波基板1の厚み均一性を評価することが可能となった。観測した干渉縞に基づき、不均一を緩和するように例えば研磨時の加重分布を変化させて任意に研磨し、導波基板1の均一な薄板化が可能になった。
T=(k×λ)/(2×n3)
の場合に、反射光8と反射光9との間に弱め合う干渉が生じ、結果として薄膜層4からの反射光がごく小さくなるのは、薄膜層4の一方の界面での反射光と、もう一方の界面での反射光の位相がπ/2ずれるからである。なお、これは、n1>n3,n2>n3の場合である。
T=((2k−1)×λ)/(4×n3)の場合に、反射光がごく小さくなる。
T≠(k×λ)/(2×n3)とし、n1>n3>n2の場合は、
T≠((2k−1)×λ)/(4×n3)とするとよい。
T=(2k−1)×λ/(4×n3)から±30nm以内の範囲にある場合には、薄膜層4からの反射光強度が最大値から5%以下の減衰にとどめることができる。したがって、薄膜層4の膜厚Tをこの範囲とすることで、干渉縞の観測が容易になるので、この範囲で膜厚制御を行うことが望ましい。なお、反射光8または反射光9の強度が非常に小さい場合には、反射光8と反射光9が干渉により強め合っても、薄膜層4からの反射光強度が小さい。しかし、実験により、n1とn3の屈折率差またはn2とn3の屈折率差のうち、少なくとも一方が0.05以上であれば、干渉縞を観測できることがわかっている。
以下、本発明の実施の形態3にかかる光学素子について、図を用いて説明する。ここでは、光学素子として直接接合により作製される光導波路型素子を例に採り、直接接合する2つの基板として強誘電体結晶であるLiNbO3結晶(以下LN結晶と略す)基板およびMgOドープLiNbO3結晶(以下MgO:LN結晶と略す)基板を用いた場合を例に説明するが、本発明は本構成に限定されるものではない。
本発明の実施の形態4に係る光学素子について図面を用いて説明する。図11は実施の形態4の光学素子を示す斜視図である。実施の形態4の光学素子は、実施の形態3の光学素子の非接合領域に接合基板の材料と異なる材料、例えば、紫外線硬化樹脂を充填することにより、直接接合する基板間の接合強度に加えて、紫外線硬化樹脂の接着力を得て、接合を強化している。それにより、接合後のプロセス(研磨による直接接合基板の薄板化など)における耐機械加工強度をより向上させることができる。
このとき紫外線硬化樹脂47は毛細管現象により直接接合基板内部に形成された非接合領域44に流れ込んでいく。特に紫外線硬化樹脂47として、粘度の低いもの(60cp程度以下)を用いることにより毛細管現象の進む早さは顕著となり、より簡便に短時間で充填が可能である。その後、直接接合基板表面から紫外線照射する。それにより、充填された紫外線硬化樹脂47は硬化し、導波基板41およびベース基板42との間で強い接着力を得ることができる。その後、この光学素子を、例えば、リッジ加工して光導波路型としてもよい。また、その他、用途に合わせて加工もしくはそのまま使用する。
本発明の実施の形態5に係る光学素子について、図を用いて説明する。図14(a)〜図14(d)は、実施の形態5の光学素子を製造工程順に示した正面図である。実施の形態5の光学素子は、実施の形態3の光学素子の非接合領域に誘電体層が形成された構成である。
本発明の実施の形態6の光学素子について、図面を用いて説明する。実施の形態6の光学素子は、光学研磨された複数の基板を積層し、例えば各基板どうしは、直接接合によりそれぞれ接合されている。さらに、各基板に周期的に非接合領域が形成されている光学素子である。
2、22、32、42、52、62a ベース基板
3、23、33、53 光導波路
3a 入射端
4、45 薄膜層
5 金属層
5a、5b 金属除去箇所
6、55 誘電体層
8、9 反射光
24、34、44、54、64a、64b、64c、64d、64e 非接合領域
25 接合面
47 紫外線硬化樹脂
54a 空間
62b、62c、62d、62e 基板
d 奥行
T 膜厚
Claims (23)
- 導波基板とベース基板とを備え、
前記導波基板と前記ベース基板とが接合されていて、
前記導波基板と前記ベース基板との接合面において、一部に、接合していない非接合領域を備えている光学素子。 - 前記導波基板と前記ベース基板とは、直接接合によって接合されている、請求項1に記載の光学素子。
- 前記導波基板と前記ベース基板との屈折率は略等しい、請求項1に記載の光学素子。
- 前記導波基板と前記ベース基板とは、間に薄膜層を介して接合されている、請求項1に記載の光学素子。
- 前記導波基板と前記薄膜層との間、および前記ベース基板と前記薄膜層との間の少なくとも一方は、直接接合により接合されている、請求項4に記載の光学素子。
- 前記導波基板には、光導波路が形成され、
前記非接合領域の幅は、前記光導波路の鉛直方向への投影面の幅以上であり、
前記投影面は、前記非接合領域内にある、請求項1に記載の光学素子。 - 前記光導波路はリッジ光導波路である、請求項6に記載の光学素子。
- 前記非接合領域は、前記導波基板および前記ベース基板の少なくとも一つを、厚み方向に、凹状に加工することにより形成されている、請求項1に記載の光学素子。
- 前記非接合領域の厚みは、0.01μm以上である、請求項1に記載の光学素子。
- 前記非接合領域に、前記導波基板よりも屈折率の小さい充填材料が形成されている、請求項1に記載の光学素子。
- 前記充填材料は、紫外線硬化樹脂である、請求項10に記載の光学素子。
- 前記充填材料が、誘電体材料である、請求項10に記載の光学素子。
- 前記充填材料は、前記導波基板に接して、前記光導波路の鉛直方向への投影面には少なくとも形成されている、請求項12に記載の光学素子。
- 前記非接合領域は複数設けられていて、前記非接合領域は、等間隔に形成されている、請求項1に記載の光学素子。
- 前記非接合領域の前記導波基板面に接するように、前記導波基板よりも屈折率の小さい材料からなる薄膜が形成されている、請求項1に記載の光学素子。
- 導波基板およびベース基板の少なくとも一方の主面に非接合領域となる凹部を形成し、
前記非接合領域を、前記導波基板と前記ベース基板とに挟まれるように、前記前記導波基板と前記ベース基板どうしを接合する光学素子の製造方法。 - 前記導波基板と前記ベース基板のいずれか一方の主面を基板厚み方向に凹状加工することで、前記凹部を形成する、請求項16に記載の光学素子の製造方法。
- 前記導波基板と前記ベース基板のいずれか一方の主面に、薄膜を形成し、当該薄膜を厚み方向に凹状加工することで、前記凹部を形成する、請求項16に記載の光学素子の製造方法。
- 前記凹状加工を施した面に薄膜を形成し、
前記薄膜を形成した面をCMP加工して平坦化し、
前記非接合領域が、前記導波基板と前記ベース基板とに挟まれるように、前記前記導波基板と前記ベース基板の主面どうしを直接接合する、請求項16に記載の光学素子の製造方法。 - 前記ベース基板に前記凹部を形成し、
前記導波基板の主面に薄膜を形成し、
前記薄膜が、前記非接合領域内に形成されるように、前記前記導波基板と前記ベース基板どうしを接合する、請求項16に記載の光学素子の製造方法。 - 前記導波基板と前記ベース基板どうしを接合後に、前記導波基板と前記ベース基板との間に、前記凹部により形成されている間隙に、前記導波基板よりも屈折率の小さい充填材料を充填する、請求項16に記載の光学素子の製造方法。
- 前記導波基板と前記ベース基板どうしの接合は、直接接合である、請求項16に記載の光学素子の製造方法。
- ベース基板を厚さ方向に凹状加工することにより、等間隔で配置された複数の溝を形成し、
前記ベース基板に、他の前記ベース基板を、それぞれの前記溝が向き合い、かつそれぞれの前記溝が直交するようにして接合し、前記基板を、前記溝が露出するまで研磨することにより、積層ベース基板を形成する積層工程を行い、
前記積層ベース基板に対し、前記積層工程を繰り返す光学素子の製造方法。
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