JP3531232B2 - Micro lens and method of forming the same - Google Patents
Micro lens and method of forming the sameInfo
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- Y02P40/50—Glass production, e.g. reusing waste heat during processing or shaping
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、光通信やそのデバイス
に用いるのに好適なマイクロレンズおよびその形成方法
に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a microlens suitable for use in optical communication and its device and a method for forming the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】光ファイバを伝達媒体とする光通信シス
テムでは、例えば、半導体レーザ、光ファイバのような
光学部品を相互に効率的に結合するために、光学レンズ
が用いられている。このような光通信システムに用いら
れる光学レンズは、例えば数十μｍというような小さな
口径のマイクロレンズである。このような小口径の、し
かも所望の屈折率のマイクロレンズを得る技術が特開昭
６２−１０６４０１号公報に開示されている。この公報
に示された方法では、カルコゲナイド基板に金属薄膜が
形成され、この金属薄膜に電子ビームが数十ｋＶの加速
電圧で照射される。照射を受けた金属薄膜はカルコゲナ
イド基板へ拡散することによって、このカルコゲナイド
基板に屈折率分布型レンズが形成される。2. Description of the Related Art In an optical communication system using an optical fiber as a transmission medium, an optical lens is used to efficiently couple optical components such as a semiconductor laser and an optical fiber to each other. The optical lens used in such an optical communication system is a microlens having a small diameter such as several tens of μm. A technique for obtaining a microlens having such a small diameter and a desired refractive index is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-106401. In the method disclosed in this publication, a metal thin film is formed on a chalcogenide substrate, and the metal thin film is irradiated with an electron beam at an acceleration voltage of several tens kV. The irradiated metal thin film diffuses into the chalcogenide substrate to form a gradient index lens on the chalcogenide substrate.
【０００３】また、特願平２−１４０７０１号公報に
は、カルコゲナイドガラスに電子ビームを照射し、この
カルコゲナイドガラスに屈折率分布型レンズを形成する
技術が開示されている。Japanese Patent Application No. 2-140701 discloses a technique of irradiating a chalcogenide glass with an electron beam to form a gradient index lens on the chalcogenide glass.
【０００４】このように、電子ビーム照射を用いる両方
法では、何れも照射を受けるカルコゲナイドガラスの体
積変化は、形状レンズとしての機能が無視されるような
僅かな値であり、形状レンズではなく、平板状の屈折率
分布型レンズが形成される。As described above, in both methods using electron beam irradiation, the volume change of the chalcogenide glass that is irradiated is such a small value that the function as a shaped lens is neglected. A flat-plate type gradient index lens is formed.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】ところで、電子ビーム
照射を用いる両方法では、ビーム照射を真空中で行なう
必要があり、しかも電子ビームを高圧で加速するための
高圧電源が必要と成ることから、設備が大型化し、また
設備費が高価になる。さらに、電子ビーム照射を用いる
両方法では、電子ビーム照射によるチャージアップを防
止するための導電膜形成工程が不可欠となり、製作工程
が複雑となる。 しかも、電子ビーム照射ではビームの
走査によって個々のレンズが形成されることから、量産
性に欠ける。このようなことから、安価なマイクロレン
ズおよびその形成方法の出現が望まれていた。By the way, in both methods using electron beam irradiation, it is necessary to perform the beam irradiation in a vacuum, and further, a high voltage power source for accelerating the electron beam at a high voltage is required. The equipment becomes large and the equipment cost becomes high. Further, in both methods using electron beam irradiation, a conductive film forming step for preventing charge-up due to electron beam irradiation is indispensable, and the manufacturing process becomes complicated. Moreover, in electron beam irradiation, since individual lenses are formed by scanning the beam, mass productivity is poor. For these reasons, the advent of an inexpensive microlens and its forming method has been desired.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明は、カルコゲナイ
ドガラスにその光学的バンドギャップエネルギーＥｇに
ほぼ等しいかまたはこれよりも小さなエネルギーｈνを
有する光を部分的に照射することにより、当該照射部分
に大きな体積膨張をもたらすことができるという現象の
発見に基づく。本発明は、前述の課題を解決するため
に、カルコゲナイドガラスの光学的バンドギャップエネ
ルギーＥｇにほぼ等しいかまたはこれよりも小さなエネ
ルギーｈνを有する光をカルコゲナイドガラスに部分的
に照射することにより、当該照射部分に凸部を形成する
ことを特徴とする。According to the present invention, a chalcogenide glass is partially irradiated with light having an energy hν which is substantially equal to or smaller than its optical bandgap energy Eg. It is based on the discovery of the phenomenon that a large volume expansion can be brought about. In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides the chalcogenide glass by partially irradiating the chalcogenide glass with light having an energy hν which is substantially equal to or smaller than the optical bandgap energy Eg of the chalcogenide glass. A feature is that a convex portion is formed in the portion.
【０００７】カルコゲナイドガラスに該カルコゲナイド
ガラスの光学的バンドギャップエネルギーＥｇよりも遥
かに小さなエネルギーの、光通信に用いられる例えば
０．９８μｍの波長帯域の光信号が入射しても、そのほ
どんど全ての光信号が透過し、カルコゲナイドガラス自
体に変化を与えることはない。それとは逆に、カルコゲ
ナイドガラスの光学的バンドギャップエネルギーＥｇを
越える大きなエネルギーの光はそのほどんど全てがカル
コゲナイドガラスの表面で吸収されてしまうことから、
照射部分に大きな体積膨張をもたらす程にカルコゲナイ
ドガラスの内部深くにまで侵入することはない。従っ
て、カルコゲナイドガラスの光学的バンドギャップエネ
ルギーＥｇにほぼ等しいかまたはこれよりも小さなエネ
ルギーｈνを有する光とは、換言すれば、大部分がカル
コゲナイドガラスに大きな体積膨張をもたらす程に内部
深くまで侵入して吸収される光と表現することができ
る。このような光の例、即ち、カルコゲナイドガラスの
光学的バンドギャップエネルギーＥｇにほぼ等しいかま
たはこれよりも小さなエネルギーｈνを有する光源の例
として、カルコゲナイドガラスの光学的バンドギャップ
エネルギーＥｇに応じて選択されるレーザ光が挙げられ
る。Even if an optical signal with a much smaller energy than the optical bandgap energy Eg of the chalcogenide glass, for example, in the wavelength band of 0.98 μm used for optical communication is incident on the chalcogenide glass, almost all of it is incident. The optical signal is transmitted and does not change the chalcogenide glass itself. On the contrary, almost all the light with large energy exceeding the optical bandgap energy Eg of chalcogenide glass is absorbed on the surface of chalcogenide glass,
It does not penetrate deep into the chalcogenide glass to the extent that it causes a large volume expansion in the irradiated area. Therefore, light having an energy hν that is approximately equal to or smaller than the optical bandgap energy Eg of the chalcogenide glass means that, in other words, most of the light penetrates deep enough inside the chalcogenide glass to cause a large volume expansion. It can be expressed as light that is absorbed and absorbed. As an example of such light, that is, a light source having an energy hν that is substantially equal to or smaller than the optical bandgap energy Eg of the chalcogenide glass, it is selected according to the optical bandgap energy Eg of the chalcogenide glass. Laser light.
【０００８】さらに、本発明は、光通信のための光部品
に結合されるマイクロレンズをカルコゲナイドガラスで
形成する方法であって、信号光に重畳してカルコゲナイ
ドガラスに、該カルコゲナイドガラスの光学的バンドギ
ャップエネルギーＥｇにほぼ等しいかまたはこれよりも
小さなエネルギーｈνを有する光を照射することによ
り、当該照射部分に、信号光の光部品への結合効率を観
察しながら凸部を形成することを特徴とする。Furthermore, the present invention is a method of forming a microlens made of chalcogenide glass, which is coupled to an optical component for optical communication, in which the chalcogenide glass is superposed on the signal light and an optical band of the chalcogenide glass is formed. By irradiating light having an energy hν that is substantially equal to or smaller than the gap energy Eg, a convex portion is formed in the irradiated portion while observing the coupling efficiency of the signal light to the optical component. To do.
【０００９】[0009]
【作用】本発明のマイクロレンズ形成方法では、カルコ
ゲナイドガラスの光学的バンドギャップエネルギーＥｇ
にほぼ等しいかまたはこれよりも小さなエネルギーｈν
を有する光の照射を受けた部分は、光誘起膨張効果によ
って体積を膨張させようとするが、この照射部分を取り
巻く非照射部分によってその体積膨張を拘束される。そ
のため、この照射部分は、体積を拘束されない照射面あ
るいはこれと反対の面へ膨張しようとする。その結果、
少なくとも照射面が大きく盛り上がり、これにより凸状
形状レンズが形成される。In the method for forming a microlens of the present invention, the optical bandgap energy Eg of chalcogenide glass is
Energy hν approximately equal to or smaller than
The portion that has been irradiated with light tends to expand its volume by the light-induced expansion effect, but its volume expansion is restricted by the non-irradiated portion surrounding this irradiated portion. Therefore, this irradiated portion tends to expand toward the irradiated surface whose volume is not restricted or the surface opposite thereto. as a result,
At least the irradiation surface is greatly raised, whereby a convex lens is formed.
【００１０】また、信号光に重畳してカルコゲナイドガ
ラスに、このカルコゲナイドガラスの光学的バンドギャ
ップエネルギーＥｇにほぼ等しいかまたはこれよりも小
さなエネルギーを有する光を照射することにより、当該
照射部分に凸状形状レンズが形成される際、信号光の実
際の屈折状態を観察しながら凸部を形成することができ
ることから、所望の屈折率の形状レンズを容易に形成す
ることができる。Further, by irradiating the chalcogenide glass with light having an energy substantially equal to or smaller than the optical band gap energy Eg of the chalcogenide glass by superimposing it on the signal light, the irradiated portion has a convex shape. When the shaped lens is formed, since the convex portion can be formed while observing the actual refraction state of the signal light, the shaped lens having a desired refractive index can be easily formed.
【００１１】[0011]
【実施例】以下、本発明を図示の実施例に沿って詳細に
説明する。図１は本発明に係るマイクロレンズ形成方法
を示す概略図である。図１に示す例では、石英基板１０
上に、カルコゲナイドガラス１２が形成されている。こ
のカルコゲナイドガラス１２に凸状のレンズ部１４を形
成するために、レーザ光源１６からのレーザ光１８が集
光レンズ２０を経てカルコゲナイドガラス１２上に照射
される。ここで、カルコゲン元素とはＳ、ＳｅおよびＴ
ｅの総称であり、これらの少なくとも一種の元素を含む
ガラスをカルコゲナイドガラスと称す。The present invention will be described in detail below with reference to the illustrated embodiments. FIG. 1 is a schematic view showing a microlens forming method according to the present invention. In the example shown in FIG. 1, the quartz substrate 10
A chalcogenide glass 12 is formed on the top. In order to form the convex lens portion 14 on the chalcogenide glass 12, the laser light 18 from the laser light source 16 is irradiated onto the chalcogenide glass 12 via the condenser lens 20. Here, the chalcogen element means S, Se and T.
It is a general term for e, and glass containing at least one of these elements is called chalcogenide glass.
【００１２】図１に示す例では、カルコゲナイドガラス
１２として、Ａｓ2 Ｓ3 が用いられた。このＡｓ2 Ｓ3
のバンドギャップエネルギーＥｇは２．４ｅＶである。
従って、レーザ光源１６として、そのエネルギーよりも
僅かに小さな値のエネルギー２．０ｅＶを有するＨｅ−
Ｎｅレーザ（ｈν＝２．０ｅＶ、ｈ：プランク常数、
ν：振動数）の光源が用いられた。In the example shown in FIG. 1, As 2 S 3 was used as the chalcogenide glass 12. This As 2 S 3
Has a bandgap energy Eg of 2.4 eV.
Therefore, as the laser light source 16, He- having an energy of 2.0 eV, which is a value slightly smaller than the energy,
Ne laser (hν = 2.0 eV, h: Planck constant,
A light source of ν: frequency was used.
【００１３】石英基板１０上には、Ａｓ2 Ｓ3 から成る
カルコゲナイドガラス１２が例えば真空蒸着法により、
５２μｍの厚さＬで形成されており、このカルコゲナイ
ドガラス１２は、レーザ光１８の照射を受けるに先立
ち、形成時に生じた歪を除去する等のために、Ａｓ2 Ｓ
3 の相転移温度（４７０゜Ｋ）で約１時間、アルゴンガ
ス雰囲気中で熱処理を受ける。この熱処理は、カルコゲ
ナイドガラス１２に大きな歪がない場合、不要とするこ
とができる。この前処理後、カルコゲナイドガラス１２
には、レーザ光源１６からのレーザ光１８がカルコゲナ
イドガラス１２の表面で、半径ｒを約５μｍとする範囲
に集光するように、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光の照射を受け
た。A chalcogenide glass 12 made of As 2 S 3 is formed on the quartz substrate 10 by, for example, a vacuum deposition method.
The chalcogenide glass 12 is formed to have a thickness L of 52 μm, and the chalcogenide glass 12 is made of As 2 S in order to remove strain generated at the time of formation before being irradiated with the laser beam 18.
Heat treatment is performed in an argon gas atmosphere at a phase transition temperature of 3 (470 ° K) for about 1 hour. This heat treatment can be omitted if the chalcogenide glass 12 has no large strain. After this pretreatment, chalcogenide glass 12
Was irradiated with He—Ne laser light so that the laser light 18 from the laser light source 16 was focused on the surface of the chalcogenide glass 12 in a range where the radius r was about 5 μm.
【００１４】図２は、レーザ光の照射によって形成され
たマイクロレンズを示す縦断面図である。図２に示され
ているように、カルコゲナイドガラス１２のレーザ照射
を受けた部分は大きく盛り上がり、最大変形高さ寸法Δ
Ｌを有する凸状のレンズ部１４が形成された。この高さ
寸法ΔＬは、レーザの照射強度および照射時間の積であ
るレーザ照射量に応じて変化したが、最大４μｍの高さ
にまで変形した。この高さ寸法ΔＬの変形量は、通常の
光膨張効果から予想できる値の１０倍に達し、形状レン
ズとしての機能を充分に発揮できる値である。FIG. 2 is a vertical sectional view showing a microlens formed by irradiation with laser light. As shown in FIG. 2, the laser-irradiated portion of the chalcogenide glass 12 is greatly raised, and the maximum deformation height dimension Δ
The convex lens portion 14 having L was formed. The height dimension ΔL changed depending on the laser irradiation amount, which is the product of the laser irradiation intensity and the irradiation time, but was deformed to a maximum height of 4 μm. The amount of deformation of the height dimension ΔL reaches 10 times the value that can be expected from the ordinary optical expansion effect, and is a value that can sufficiently exhibit the function as a shaped lens.
【００１５】図３は、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光源１６のレー
ザ照射強度Ｉ（Ｗ）をパラメータとして、照射量（Ｉ・
ｔ）と、レンズ部１４の変形率（ΔＬ／Ｌ）および最大
高さ寸法（ΔＬ）との関係を示すグラフである。FIG. 3 shows the irradiation dose (I.multidot.I) using the laser irradiation intensity I (W) of the He--Ne laser light source 16 as a parameter.
6 is a graph showing the relationship between t), the deformation rate (ΔL / L) of the lens unit 14 and the maximum height dimension (ΔL).
【００１６】パラメータとなるレーザ照射強度Ｉは、そ
れぞれ０．１ｍＷ、１ｍＷおよび１０ｍＷの３種類の出
力値について、それぞれの計測値が×印、黒丸および白
丸でプロットされている。０．１ｍＷの出力での計測値
を結ぶ曲線がグラフの線Ａで示され、同様に、１ｍＷお
よび１０ｍＷの出力での計測値を結ぶ線がそれぞれ線Ｂ
および線Ｃで示されている。これら線Ａ、ＢおよびＣか
ら明らかなように、照射量１０（Ｗ・ｓ）を越える値
で、何れもほぼ飽和傾向を示す。これは、大きな出力程
より短い時間で飽和値に達することを意味する。しか
も、大きな出力程、大きな変形率（ΔＬ／Ｌ）および大
きな変形高さ寸法（ΔＬ）を得ることができる。The laser irradiation intensity I, which is a parameter, has three measured output values of 0.1 mW, 1 mW and 10 mW, respectively, and the measured values are plotted as x, black circles and white circles. A curve connecting the measured values at the output of 0.1 mW is shown by a line A of the graph, and similarly, a line connecting the measured values at the outputs of 1 mW and 10 mW is a line B, respectively.
And line C. As is clear from these lines A, B, and C, at a value exceeding the irradiation dose of 10 (W · s), all of them show a saturation tendency. This means that a higher output will reach the saturation value in a shorter time. Moreover, the larger the output, the larger the deformation rate (ΔL / L) and the larger deformation height dimension (ΔL) can be obtained.
【００１７】具体的には、１０ｍＷの出力で、４μｍを
越える変形高さ寸法ΔＬを得ることができ、１ｍＷの出
力で、２μｍの変形高さ寸法ΔＬを得ることができた。
また、変形率（ΔＬ／Ｌ）は、１０ｍＷおよび１ｍＷの
出力で、それぞれ０．０５および０．０４という値を得
ることができた。従来知られていたカルコゲナイドにつ
いての光誘起膨張効果によれば、高さ変形量（ΔＬ）は
０．３μｍ程度であり、また変形率（ΔＬ／Ｌ）は０．
００５程度であり、形状レンズとして機能を期待できる
値ではない。これに対し、本願方法によれば、変形量
（ΔＬ）および変形率（ΔＬ／Ｌ）の何れも、それらの
値の１０倍を越える値を示し、凸状形状レンズとして充
分な機能を発揮する値である。Specifically, a deformation height dimension ΔL exceeding 4 μm can be obtained with an output of 10 mW, and a deformation height dimension ΔL of 2 μm can be obtained with an output of 1 mW.
Further, the deformation rate (ΔL / L) was able to obtain the values of 0.05 and 0.04 at the outputs of 10 mW and 1 mW, respectively. According to the conventionally known photo-induced expansion effect of chalcogenide, the height deformation amount (ΔL) is about 0.3 μm, and the deformation ratio (ΔL / L) is 0.
It is about 005, which is not a value that can be expected to function as a shaped lens. On the other hand, according to the method of the present application, both the deformation amount (ΔL) and the deformation rate (ΔL / L) show values that are more than 10 times those values, and exhibit a sufficient function as a convex lens. It is a value.
【００１８】このような大きな変形が生じる理由とし
て、カルコゲナイドガラスの光学的バンドギャップエネ
ルギーＥｇにほぼ等しいかまたはこれよりも小さなエネ
ルギーｈνを有する光がカルコゲナイドガラスに部分的
に照射されることにより、大部分がカルコゲナイドガラ
スに大きな体積膨張をもたらす程に内部深くまで侵入し
て吸収される。この照射により、カルコゲナイドガラス
１２のレーザ光の照射を受ける照射面積２πｒ、高さＬ
の円柱部分が全体的に光誘起膨張効果によって膨張しよ
うとするが、光膨張効果が及ばない外周部分によって膨
張変形が拘束される。そのため、膨張しようとする円柱
部分が応力を受け、この円柱部分は応力を緩和するため
に、自由面である照射を受けた表面部分に盛り上がり部
を形成する。この盛り上がり部がレンズ部１４になる、
と考えられる。The reason why such a large deformation occurs is that the chalcogenide glass is partially irradiated with light having an energy hν which is substantially equal to or smaller than the optical bandgap energy Eg of the chalcogenide glass. The part penetrates deeply inside and is absorbed so that the chalcogenide glass causes a large volume expansion. By this irradiation, the irradiation area of the chalcogenide glass 12 to be irradiated with the laser beam is 2πr, and the height L is
The columnar part of the column tries to expand due to the light-induced expansion effect as a whole, but the expansion deformation is restrained by the outer peripheral part where the light expansion effect does not reach. Therefore, the column portion that is going to expand receives stress, and in order to relieve the stress, this column portion forms a raised portion on the irradiated surface portion which is a free surface. This raised portion becomes the lens portion 14,
it is conceivable that.
【００１９】この仮定に沿えば、光誘起膨張効果はカル
コゲナイドガラス１２の厚さＬ及び照射半径ｒに依存
し、近似的に次式が成り立つ。
ΔＬ／Ｌ＝（ΔＬｏ／Ｌ）・（１＋Ｌ／ｒ） ……（１）
（１）式で、（ΔＬｏ／Ｌ）の項は、従来知られていた
光誘起膨張効果を表わし、約０．００５の値である。こ
の式によれば、Ｌ》ｒであれば、即ちカルコゲナイドガ
ラス１２の厚さＬがレーザ照射面積の半径ｒよりも充分
に大きければ、変形率（ΔＬ／Ｌ）は、（ΔＬｏ／Ｌ）
の項の値である０．００５よりも充分に大きくなり得
る。According to this assumption, the light-induced expansion effect depends on the thickness L of the chalcogenide glass 12 and the irradiation radius r, and the following equation approximately holds. ΔL / L = (ΔLo / L) · (1 + L / r) (1) In the equation (1), the term of (ΔLo / L) represents the conventionally known photo-induced expansion effect, which is about 0. The value is 005. According to this equation, if L >> r, that is, if the thickness L of the chalcogenide glass 12 is sufficiently larger than the radius r of the laser irradiation area, the deformation rate (ΔL / L) is (ΔLo / L).
Can be sufficiently larger than the value of the term of 0.005.
【００２０】これを検証するために、カルコゲナイドガ
ラス１２の厚さＬが７．５μｍ、５２μｍ、８４μｍ、
９５μｍ、２００μｍおよび６４０μｍの各試料につい
て、それぞれ照射半径ｒが１０μｍ、２０μｍおよび４
０μｍのときの変形率（ΔＬ／Ｌ）とＬ／ｒとを求める
実験を行った。光源として、図１および図２について説
明したと同様なＨｅ−Ｎｅレーザ光源が用いられ、出力
は１０ｍＷの一定値に設定された。In order to verify this, the thickness L of the chalcogenide glass 12 is 7.5 μm, 52 μm, 84 μm,
Irradiation radii r are 10 μm, 20 μm and 4 for the samples of 95 μm, 200 μm and 640 μm, respectively.
An experiment for obtaining the deformation rate (ΔL / L) and L / r at 0 μm was performed. A He-Ne laser light source similar to that described with reference to FIGS. 1 and 2 was used as the light source, and the output was set to a constant value of 10 mW.
【００２１】図４は、その実験の測定結果をプロットし
たグラフである。図４に示すグラフの縦軸は、カルコゲ
ナイドガラスの厚さ寸法Ｌに対するレンズ部の変形高さ
寸法ΔＬを示し、また横軸はレーザ照射半径ｒに対する
カルコゲナイドガラスの厚さ寸法Ｌの比（Ｌ／ｒ）を示
す。各板厚を示す数字（μｍの単位は省略されている）
が付された折れ線で結ばれた白丸、黒丸および×印は、
それぞれの厚さＬでの照射半径ｒが１０μｍ、２０μｍ
および４０μｍの場合の各測定結果を示す。また、特性
曲線Ｄは、（１）式において、（ΔＬｏ／Ｌ）の項を
０．００５とした理論値曲線であり、Ｌ≦１００μｍ、
Ｌ／ｒ≦１０の範囲で、実測値と理論値とがほぼ一致す
ることが認められ、（１）式が成り立つことが確認でき
た。FIG. 4 is a graph plotting the measurement results of the experiment. The vertical axis of the graph shown in FIG. 4 represents the deformation height dimension ΔL of the lens portion with respect to the thickness dimension L of the chalcogenide glass, and the horizontal axis represents the ratio of the thickness dimension L of the chalcogenide glass to the laser irradiation radius r (L / r) is shown. Number indicating each plate thickness (unit of μm is omitted)
The white circles, black circles and crosses connected by a polygonal line with are
Irradiation radius r at each thickness L is 10 μm, 20 μm
And the respective measurement results in the case of 40 μm are shown. The characteristic curve D is a theoretical value curve in which the term of (ΔLo / L) is 0.005 in the equation (1), and L ≦ 100 μm,
In the range of L / r ≦ 10, it was confirmed that the actually measured value and the theoretical value were substantially the same, and it was confirmed that the formula (1) was established.
【００２２】図４のグラフにおいて、Ｌ＞１００μｍの
範囲で実測値と理論値との間に大きな差が生じた理由
は、ガウス型強度分布を持つレーザ光の入射により、電
子ビームにおけると同様な光誘起効果による屈折率分布
型レンズが部分的に形成され、その結果、カルコゲナイ
ドガラス内の屈折率に分布が生じ、このカルコゲナイド
ガラス内で光が自己集束し、そのために、膨張に寄与す
る体積が円柱状から円錐状に変化したためと考えられ
る。また、実測値と理論値との間に大きな差が生じた他
の理由は、ｒが小さくかつＬ／ｒが大きな領域では、照
射光がカルコゲナイドガラス内で回折を生じ、そのため
に実質的なＬが減少するためと考えられる。In the graph of FIG. 4, the reason why there is a large difference between the measured value and the theoretical value in the range of L> 100 μm is the same as in the electron beam due to the incidence of the laser beam having the Gaussian intensity distribution. The gradient index lens is partially formed by the photo-induced effect, and as a result, the refractive index in the chalcogenide glass is distributed, and the light is self-focused in the chalcogenide glass, so that the volume contributing to the expansion is increased. This is probably because the shape changed from a cylindrical shape to a conical shape. Another reason for the large difference between the measured value and the theoretical value is that in the region where r is small and L / r is large, the irradiation light causes diffraction within the chalcogenide glass, which results in substantial L It is thought that this is due to the decrease in
【００２３】図４のグラフに示された理論曲線Ｄは、単
なる理論値を示すものであり、この曲線Ｄから外れた、
例えば、板厚Ｌが６４０μｍのカルコゲナイドガラス試
料に×印で示された照射半径４０μｍの実験例において
も、約２μｍの変形高さ寸法が生じており、凸状形状レ
ンズとして、充分に使用できる。The theoretical curve D shown in the graph of FIG. 4 is merely a theoretical value and deviates from the curve D.
For example, in a chalcogenide glass sample having a plate thickness L of 640 μm, the deformation height dimension of about 2 μm is generated even in the experimental example with the irradiation radius of 40 μm indicated by X, and it can be sufficiently used as a convex lens.
【００２４】図５および図６は、それぞれ本発明の他の
実施例を示す概略図である。本発明に係る方法では、図
１ないし図４で説明したように、光源として、レーザ光
を用いることができることから、電子ビームでは得られ
難い広い照射面積を得ることができる。従って、図５に
示すように、多数の孔２２が形成された遮光マスク２４
を用いることにより、単一の高出力レーザ光源１６によ
って、ビームを走査させることなく、一度に多数のレン
ズ部１４を一枚のカルコゲナイドガラス１２上に形成す
ることができる。5 and 6 are schematic views showing other embodiments of the present invention. In the method according to the present invention, as described with reference to FIGS. 1 to 4, since laser light can be used as a light source, it is possible to obtain a wide irradiation area that is difficult to obtain with an electron beam. Therefore, as shown in FIG. 5, a light-shielding mask 24 having a large number of holes 22 formed therein.
By using a single high-power laser light source 16, a large number of lens portions 14 can be formed on one chalcogenide glass 12 at a time without scanning the beam.
【００２５】また、図６に示すように、２つの光部品２
６および２８の結合に際し、光の結合効率を観察しなが
ら、比較的容易にマイクロレンズを形成することができ
る。図６に示す例では、一方の光部品は、信号光３０を
放射するレーザ装置２６であり、他方の光部品は、信号
光３０の伝達路となる光ファイバ２８である。この光フ
ァイバ２８の信号光３０を受ける端面には、マイクロレ
ンズ形成用のカルコゲナイドガラス１２が形成されてい
る。このカルコゲナイドガラス１２によってレンズ部１
４を形成するために、レーザ光源１６からのレーザ光１
８が、集光レンズ２０を経てカルコゲナイドガラス１２
上に照射される。このレーザ光１８のエネルギーは、先
に述べた例におけると同様、カルコゲナイドガラス１２
のバンドギャップエネルギーＥｇよりも僅かに小さいエ
ネルギーｈνのレーザ光源が選択される。Further, as shown in FIG. 6, two optical components 2 are provided.
Upon coupling 6 and 28, the microlens can be formed relatively easily while observing the coupling efficiency of light. In the example shown in FIG. 6, one optical component is a laser device 26 that emits the signal light 30, and the other optical component is an optical fiber 28 that serves as a transmission path of the signal light 30. A chalcogenide glass 12 for forming a microlens is formed on an end surface of the optical fiber 28 that receives the signal light 30. With this chalcogenide glass 12, the lens part 1
Laser light 1 from laser light source 16 to form 4
8 is a chalcogenide glass 12 through a condenser lens 20.
Irradiated on. The energy of the laser light 18 is the same as in the above-described example, that is, the chalcogenide glass 12
A laser light source having an energy hν slightly smaller than the band gap energy Eg of is selected.
【００２６】従って、光ファイバ２８の端面に形成され
たカルコゲナイドガラス１２のレーザ照射を受けた部分
は、大きく盛り上がり、凸状レンズ部１４が形成され
る。この凸部１４の形成に際し、レーザ装置２６からの
信号光３０をレーザ光１８に重畳させるように併行的に
照射させておけば、この信号光３０が最も結合効率が高
くなるように、観察しながらレンズ部１４を形成するこ
とができる。このことから、比較的容易に高い光結合効
率で、両光部品２６および２８を結合することができ
る。このような方法は、ＬＥＤあるいはＬＤ等の出射角
補正用集光レンズあるいはその他の種々のレンズにも適
用できる。また、光ファイバ２８の端面に形成されたカ
ルコゲナイドガラス１２の表面から直接凸部形成用のレ
ーザ光１８を照射することに代えて、このカルコゲナイ
ドガラス１２が形成されているのと反対側の端部からレ
ーザ光１８を光ファイバ２８に入射し、その入射レーザ
光１８によって、同様な凸状レンズ部１４を形成するこ
とができる。Therefore, the laser-irradiated portion of the chalcogenide glass 12 formed on the end face of the optical fiber 28 is greatly raised, and the convex lens portion 14 is formed. When forming the convex portion 14, if the signal light 30 from the laser device 26 is irradiated in parallel so as to be superimposed on the laser light 18, the signal light 30 is observed so as to have the highest coupling efficiency. Meanwhile, the lens portion 14 can be formed. From this, it is possible to couple the optical components 26 and 28 relatively easily with high optical coupling efficiency. Such a method can be applied to an exit angle correcting condenser lens such as an LED or an LD, or various other lenses. Further, instead of directly irradiating the laser light 18 for forming the convex portion from the surface of the chalcogenide glass 12 formed on the end surface of the optical fiber 28, the end portion on the opposite side to the chalcogenide glass 12 is formed. The laser light 18 is incident on the optical fiber 28 and the incident laser light 18 can form a similar convex lens portion 14.
【００２７】カルコゲナイドガラス１２として、Ａｓ2
Ｓ3 以外の種々のカルコゲナイドガラスを用いることも
でき、またそれに応じて種々の光源を選択できる。例え
ば、カルコゲナイドガラス１２として、ＧｅＳ2 （光学
的バンドギャップエネルギーＥｇ＝３．２ｅＶ）を用い
た場合、光源としてＡｒレーザ光源（ｈν＝２．５ｅ
Ｖ）が用いられ、先に示した例におけると同様な、優れ
た凸状形状レンズを得ることができることが実験により
確認できた。また、本発明は、回折格子、リッジ型を含
む光導波路およびこれらの集積体もしくはこれらの形成
にも適用できる。なお、本発明によって得られた凸状形
状レンズは、その内部で屈折率分布型としての機能をも
有していることが充分に考えられる。As 2 is used as the chalcogenide glass 12.
Various chalcogenide glasses other than S 3 can also be used, and various light sources can be selected accordingly. For example, when GeS 2 (optical bandgap energy Eg = 3.2 eV) is used as the chalcogenide glass 12, an Ar laser light source (hν = 2.5e) is used as a light source.
It has been confirmed by experiments that V) is used and an excellent convex lens similar to that in the example shown above can be obtained. Further, the present invention can be applied to a diffraction grating, an optical waveguide including a ridge type, and an integrated body of these or formation thereof. It is fully conceivable that the convex lens obtained according to the present invention also has a function of gradient index type inside.
【００２８】[0028]
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るマイ
クロレンズ形成方法では、高圧電源および真空装置のよ
うな大型設備を必要とする電子ビームを用いることな
く、レーザ光のような大気中で取扱うことができる小型
で安価な光源装置を用いて、マイクロレンズを形成する
ことができる。従って、設備費の削減を図ることができ
ると共に、電子ビーム照射によるチャージアップを防止
するための導電膜形成工程が不要となり、製作工程の簡
素化をはかることができる。しかも、遮光マスク等を用
いて単一光源により一度に多数のマイクロレンズを形成
することができることから、量産性を高めることがで
き、これにより、カルコゲナイドガラスを用いて、初め
て安価で実用的なマイクロレンズを得ることができた。As described above, in the method for forming a microlens according to the present invention, in the atmosphere such as laser light without using an electron beam which requires large equipment such as a high voltage power supply and a vacuum device. A microlens can be formed using a small and inexpensive light source device that can be handled. Therefore, the facility cost can be reduced, and the conductive film forming step for preventing the charge-up due to the electron beam irradiation becomes unnecessary, and the manufacturing process can be simplified. Moreover, since it is possible to form a large number of microlenses at one time with a single light source using a light-shielding mask, mass productivity can be improved. I got a lens.
【図１】本発明に係るマイクロレンズ形成方法を示す概
略図である。FIG. 1 is a schematic view showing a microlens forming method according to the present invention.
【図２】本発明に係るマイクロレンズ形成方法によって
形成されたマイクロレンズを示す縦断面図である。FIG. 2 is a vertical cross-sectional view showing a microlens formed by a microlens forming method according to the present invention.
【図３】本発明に係るマイクロレンズ形成方法における
照射光の照射強度をパラメータとして、この照射量と、
レンズ部の変形率との関係を示すグラフである。FIG. 3 shows the irradiation amount with the irradiation intensity of irradiation light in the microlens forming method according to the present invention as a parameter,
It is a graph which shows the relationship with the deformation rate of a lens part.
【図４】本発明に係るマイクロレンズ形成方法における
カルコゲナイドガラスの厚さおよび照射光の照射半径を
パラメータとして、照射半径に対するカルコゲナイドガ
ラスの厚さと、レンズ部の変形率との関係を示すグラフ
である。FIG. 4 is a graph showing the relationship between the chalcogenide glass thickness and the deformation rate of the lens portion with respect to the irradiation radius, with the thickness of the chalcogenide glass and the irradiation radius of the irradiation light as parameters in the microlens forming method according to the present invention. .
【図５】本発明に係る他のマイクロレンズ形成方法を示
す概略図である。FIG. 5 is a schematic view showing another microlens forming method according to the present invention.
【図６】本発明に係るさらに他のマイクロレンズ形成方
法を示す概略図である。FIG. 6 is a schematic view showing still another microlens forming method according to the present invention.
１２ カルコゲナイドガラス １４ 凸部 １８ 光 Ｅｇ 光学的バンドギャップエネルギー ｈν 光エネルギー 12 chalcogenide glass 14 convex 18 light Eg Optical bandgap energy hν light energy
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坂本 直志 神奈川県川崎市川崎区小田栄２丁目１番 １号 昭和電線電纜株式会社内 (56)参考文献 特開 平５−119203（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−304414（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−190911（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−104608（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−159750（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−295005（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−240908（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−5035（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−130647（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 3/00 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Naoshi Sakamoto 2-1-1 Oda Sakae, Kawasaki-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa, Showa Electric Wire & Cable Co., Ltd. (56) Reference JP-A-5-119203 (JP, A) JP-A-4-304414 (JP, A) JP-A-57-190911 (JP, A) JP-A-59-104608 (JP, A) JP-A-50-159750 (JP, A) JP-A-62-295005 (JP, A) JP 62-240908 (JP, A) JP 51-5035 (JP, A) JP 52-130647 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7) , DB name) G02B 3/00
Claims (7)
ャップエネルギーにほぼ等しいかまたはこれよりも小さ
なエネルギーを有する光を、前記カルコゲナイドガラス
の所定位置に照射して形成した凸部を有することを特徴
とするマイクロレンズ。 1. A microstructure having a convex portion formed by irradiating a predetermined position of the chalcogenide glass with light having an energy substantially equal to or smaller than the optical bandgap energy of the chalcogenide glass. lens.
ドガラスの光学的バンドギャップエネルギーにほぼ等し
いかまたはこれよりも小さなエネルギーを有する光を部
分的に照射することにより、当該照射部分に凸部を形成
することを特徴とするマイクロレンズ形成方法。2. Forming a convex portion on the irradiated portion by partially irradiating the chalcogenide glass with light having an energy substantially equal to or smaller than the optical bandgap energy of the chalcogenide glass. A method for forming a microlens, which is characterized.
入して吸収される光をカルコゲナイドガラスに部分的に
照射することにより、当該照射部分に凸部を形成するこ
とを特徴とするマイクロレンズ形成方法。3. A method for forming a microlens, characterized in that a convex portion is formed in the irradiated portion by partially irradiating the chalcogenide glass with light that has penetrated deeply into the chalcogenide glass and is absorbed therein.
たは３に記載のマイクロレンズ形成方法。4. The method of forming a microlens according to claim 2, wherein the convex portion is a shaped lens.
光学的バンドギャップエネルギーよりも僅かに小さなエ
ネルギーを有するレーザ光である請求項２または３に記
載のマイクロレンズ形成方法。5. The method for forming a microlens according to claim 2, wherein the light is laser light having energy slightly smaller than the optical bandgap energy of the chalcogenide glass.
クロレンズをカルコゲナイドガラスで形成する方法であ
って、信号光に重畳して前記カルコゲナイドガラスに、
該カルコゲナイドガラスの光学的バンドギャップエネル
ギーにほぼ等しいかまたはこれよりも小さなエネルギー
を有する光を照射することにより、当該照射部分に、前
記信号光の前記光部品への結合効率を観察しながら凸部
を形成することを特徴とするマイクロレンズ形成方法。6. A method of forming a microlens made of chalcogenide glass, which is coupled to an optical component for optical communication, wherein the chalcogenide glass is superposed on signal light,
By irradiating with light having an energy substantially equal to or smaller than the optical bandgap energy of the chalcogenide glass, the convex portion is observed while observing the coupling efficiency of the signal light to the optical component at the irradiated portion. Forming a microlens.
前記照射部分の円形照射面積の半径をｒとすると、前記
Ｌは１００μｍ以下であり、Ｌ／ｒの値は１０以下であ
る請求項２、３または６に記載のマイクロレンズ形成方
法。7. The thickness of the chalcogenide glass is L,
7. The microlens forming method according to claim 2, 3 or 6, wherein L is 100 μm or less, and L / r is 10 or less, where r is a radius of a circular irradiation area of the irradiation portion.
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|---|---|---|---|
| JP24866794A JP3531232B2 (en) | 1994-09-16 | 1994-09-16 | Micro lens and method of forming the same |
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|---|---|
| JPH0886903A JPH0886903A (en) | 1996-04-02 |
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| US7116888B1 (en) * | 2005-04-13 | 2006-10-03 | Corning, Incorporated | Chalcogenide glass for low viscosity extrusion and injection molding |
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