JP3834590B2 - 光導波路の形成方法 - Google Patents
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Description
技 術 分 野
本発明は、光導波路の形成方法、及び該方法によって得られる光導波路に関する。
背 景 技 術
光導波路の作製法には、大別して、薄膜堆積法とイオン交換法がある。
このうちで、薄膜堆積法は、シリコンなどの基板上にシリカを主成分とする光導波層を堆積させる方法であり、具体的には、スパッタ法、ＣＶＤ法、火炎堆積法などの方法が知られている。これらの方法は、いずれも導波路作製のために高真空装置を必要とし、製造工程も複雑なためにコストが高くなるという欠点がある。また、ＣＶＤ法や火炎堆積法では、ＳｉＨ４、ＳｉＣｌ４などの危険なガスを使用することがあり、これがコスト高の一因となっている。更に火炎堆積法では、製造プロセスにおいて基板が１２００〜１３００℃程度の高温にさらされるため、基板が劣化し易く、更には、基板中に内部応力が発生し、導波光の偏波依存性が大きくなるなどの問題点も有る。
一方、イオン交換法は、基板としてＮａ＋イオンを含む多成分ガラスを用い、これを、Ｋ＋イオン、Ｔｌ＋イオン、Ａｇ＋イオン等が含まれる溶融塩に浸漬することにより、ガラス中のＮａ＋イオンと、溶融塩中のＫ＋、Ｔｌ＋、Ａｇ＋等とを交換させる方法であり、更に、イオン交換の際、電界を印加してイオン交換速度、イオンの拡散速度等を加速することもある。この方法によれば、イオン交換された部分の屈折率が高くなって、光導波層を形成することができる。イオン交換法は、薄膜堆積法のような高真空を必要とせず、溶融塩の温度も通常２５０〜４００℃程度であり、製造設備は安価である。しかしながら、イオン交換の速度やガラス基板中でのイオンの拡散速度等は、溶融塩の組成、温度等により影響されるので、溶融塩の組成、温度等について厳密な管理が必要となる。しかも、イオン交換の温度は、溶融塩の溶融温度により左右されるために、溶融塩によるイオン交換法を用いて所望の屈折率プロファイルを持つ光導波路を作製する場合には、溶融塩の組成、温度、時間などイオン交換条件決定において高度のノウハウが必要となる。
更に、イオン交換法で導入されるイオンは、１価の陽イオンであるため、現在のところ用いられるイオンは、ほとんどの場合、Ｋ＋、Ｔｌ＋、Ａｇ＋等に限定されている。しかしながら、これらのイオンは、単に導波路部分の屈折率を高くする働きをするだけである。このため、これらのイオンを導入することにより作製された光導波路は、単に光を導波層に閉じ込めて導波路の一方から他方へ伝播する働きを持つに過ぎず、光の増幅、スイッチングといったアクティブな光機能をもつ導波路とすることは困難である。
光に対してアクティブな機能を持った導波路を作製するためには、高効率で発光したり、光強度により屈折率が変化し得る性質、即ち高い光学非線形性を持ったイオン、化学種等を分散させ、それにより光導波路を作製すればよい。これにより、発光を利用すれば誘導輻射による光増幅が可能になり、また、光学非線形性を利用すれば、光によるスイッチングが可能になる。このような特性を持つイオンとしては銅（Ｉ）イオンがあり、また化学種としてはハロゲン化銅（Ｉ）微粒子、酸化銅（Ｉ）微粒子、金属銅微粒子等ある。これらはいずれも１価の銅イオンからなる化学種もしくは銅イオンが還元されて生じた金属銅であり、ガラス中に１価の銅イオンを導入し、それにより導波路を作製すれば、上述のような光に対してアクティブな導波路を作製できる可能性が有る。
ところで、最近、Ｃｕ＋イオンを導入することにより光導波路を作製しようという試みがなされている（Ｆ．Ｇｏｎｅｌｌａ，Ｆ．Ｃａｃｃａｖａｌｅ，Ｌ．Ｄ．Ｂｏｇｏｍｏｌｏｖａ，Ｆ．Ｄ’Ａｃａｐｉｔｏ ａｎｄ Ａ．Ｑｕａｒａｎｔａ，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．８３，１２００（１９９８），Ｊａｒｍｉｌａ Ｓｐｉｒｋｏｖａ，Ｐａｖｌｉｎａ Ｎｅｂｏｌｏｖａ，Ｉｖａｎ Ｊｉｒｋａ，Ｋａｒｅｌ Ｍａｃｈ，Ｖｒａｔｉｓｌａｖ Ｐｅｒｉｎａ，Ａｎｎａ Ｍａｃｋｏｖａ ａｎｄ Ｇａｂｒｉｌａ Ｋｕｎｃｏｖａ，ＳＰＩＥ，Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｗｅｓｔ ２００１，Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ４２７７−４７（Ｊａｎｕａｒｙ ２００１））。これらの文献によれば、イオン交換により銅イオンを導入する場合、ハロゲン化銅（Ｉ）の溶融塩やＣｕＳＯ４−Ｎａ２ＳＯ４混合溶融塩が用いられている。しかしながら、ハロゲン化銅（Ｉ）の溶融塩を用いる場合には、Ｃｕ＋イオンは、空気中で酸化されやすいために、イオン交換を還元雰囲気中で行う必要がある。また、ＣｕＳＯ４−Ｎａ２ＳＯ４混合溶融塩を用いる場合には、Ｃｕ２＋が還元されてＣｕ＋となり、その後イオン交換されるため、交換速度が遅く、その制御も難しいという問題がある。更に作製された導波路中では、１価の銅イオンと２価の銅イオンが混在しており、導波路の屈折率を制御することを困難にしている。また、１価と２価の銅イオンが混在していると、両者の拡散速度の著しい違いのために、導波路の断面プロファイルの制御も非常に困難となる。更に、Ｃｕ＋の存在形態を制御して、所望の光学的特性を得ることが困難になるなどの問題もある。
発 明 の 開 示
本発明の主な目的は、薄膜堆積法のような高真空を必要とせず、また、溶融塩を用いることなく光導波路を作製できる方法であって、Ｃｕ＋イオンのみを制御性よくガラス基板中に分散させることが可能な新規な光導波路の製造方法を提供することである。
本発明者は、上記した如き目的を達成すべく鋭意研究を重ねてきた。その結果、アルカリ金属を含有するガラスを基板材料として用い、これに銅化合物と有機樹脂を有機溶剤に懸濁させたペーストを塗布した後、熱処理を行う方法によれば、還元性雰囲気を必要とすることなく、５００℃程度という比較的低い温度で加熱するだけで、ペーストに含まれる銅イオンがＣｕ＋イオンとしてガラス基板に拡散して、光の増幅、スイッチング等のアクティブな光機能をもつ導波路を作製することが可能となることを見出し、ここに本発明を完成するに至った。
即ち、本発明は、下記の光導波路の形成方法、及び該方法によって形成される光導波路に関する。
１． アルカリ金属をガラス構成成分として含むガラス基板に、銅化合物、有機樹脂及び有機溶剤を含有するペーストを全面又はパターン状に塗布し、ガラス基板の軟化温度より低い温度で熱処理することを特徴とする光導波路の形成方法。
２． ガラス基板が、アルカリ金属を酸化物換算で２重量％以上含むケイ酸塩ガラス、ホウケイ酸塩ガラス又はリン酸塩ガラスである上記項１に記載の光導波路の形成方法。
３． ガラス基板が、ＳｉＯ２ ４０〜８２重量％、Ｂ２Ｏ３ １２〜５０重量％、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｌｉ２Ｏ、Ｒｂ２ＯおよびＣｓ２Ｏからなる群から選ばれた少なくとも１種の成分２〜２５重量％、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＢａＯ、ＺｎＯ、ＳｒＯおよびＰｂＯからなる群から選ばれた少なくとも１種の成分２５重量％以下、Ａｌ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ３およびＧｄ２Ｏ３からなる群から選ばれた少なくとも１種の成分２０重量％以下、Ｎｂ２Ｏ５およびＺｒＯ２からなる群から選ばれた少なくとも１種の成分１０重量％以下、Ａｓ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ３、およびＳｎＯからなる群から選ばれた少なくとも１種の成分５重量％以下、並びにＣｌ、Ｂｒ及びＩからなる群から選ばれた少なくとも１種０．０５〜１０重量％を含むホウケイ酸塩ガラス基板である上記項２に記載の光導波路の形成方法。
４． 上記項１〜３のいずれかの方法で得られるスラブ型又はチャネル型光導波路。
本発明方法は、ガラス基板に光導波路を形成する方法である。この方法では、アルカリ金属をガラス構成成分として含むガラスからなるガラス基板を用いることが必要である。
該ガラス基板におけるアルカリ金属としては、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ等を例示でき、これらの内で、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ等が好ましい。アルカリ金属は、イオンの状態で存在しても良く、或いは、酸化物として存在しても良い。アルカリ金属は、一種のみ存在しても良く、或いは、二種以上が同時に存在しても良い。
該ガラス基板におけるアルカリ金属の含有量は、酸化物換算で２重量％程度以上とすることが適当であり、５重量％程度以上とすることが好ましく、１０重量％程度以上とすることがより好ましい。アルカリ金属の上限については特に限定的ではないが、酸化物換算で４０重量％程度とすることが適当であり、３０重量％程度とすることが好ましく、２０重量％程度とすることがより好ましい。
本発明では、アルカリ金属を含有するガラスであれば特に限定なく使用できる。例えば、ケイ酸塩ガラス、ホウケイ酸塩ガラス、リン酸塩ガラスなどを用いることができる。
これらのガラスの具体的な組成については、特に限定はなく、ケイ酸塩ガラス、ホウケイ酸塩ガラス、リン酸塩ガラスなどとして公知の組成のガラスであって、上記したアルカリ金属を含有するものであれば良い。この様なガラスの組成の具体例としては、例えば、酸化物換算量として、ＳｉＯ２ ７０〜７４重量％程度、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏからなる群から選ばれた少なくとも一種の成分１３〜１６重量％程度、ＣａＯ、ＭｇＯ及びＢａＯからなる群から選ばれた少なくとも一種の成分１０〜１３重量％程度、並びにＡｌ２Ｏ３ １．５〜２．５重量％程度を含むケイ酸塩ガラス；ＳｉＯ２ ６０〜８０重量％程度、Ｂ２Ｏ３ １０〜２８重量％程度、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏからなる群から選ばれた少なくとも一種の成分５〜１０重量％程度、並びにＡｌ２Ｏ３ ５重量％程度以下を含むホウ珪酸塩ガラス；Ｐ２Ｏ５ ２０〜５０重量％程度、ＳｉＯ２ ３〜３５重量％程度、Ａｌ２Ｏ３ １０〜３５重量％程度、並びにＬｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏからなる群から選ばれた少なくとも一種の成分５〜１０重量％程度を含むリン酸塩ガラス等を例示できる。
本発明では、この様なアルカリ金属を含有するガラス基板を用い、これに銅化合物を含有するペーストを塗布し、ガラス基板の軟化点より低い温度で熱処理を行う。
ペーストとしては、銅化合物と有機樹脂を有機溶媒に分散させてペースト状としたものを用いる。この様なペーストとしては、ガラス基板に塗布し得る適度な粘度を有し、熱処理により銅イオンを拡散させることのできる銅化合物を含有するペースト状物であれば、いずれも用いることができる。
この様なペーストをガラス基板に塗布し、熱処理を行うことによって、該ペーストに含まれる銅化合物が、ガラス基板中のアルカリ金属と交換してＣｕ＋イオンとしてガラス基板に拡散する。この様にペースト中の銅が１価のイオンとして拡散する理由は、ペーストに含まれる有機樹脂が炭化されて還元性雰囲気となり、１価の銅イオンが形成されることによるものと思われる。
該ペーストに含まれる銅化合物としては、１価の銅化合物及び２価の銅化合物の何れでも良く、具体例としてはＣｕＳＯ４、ＣｕＦ２、ＣｕＣｌ、ＣｕＣｌ２、ＣｕＢｒ、ＣｕＢｒ２、Ｃｕ２Ｏ、ＣｕＯ、Ｃｕ（ＮＯ３）２、ＣｕＳ等を挙げることができる。銅化合物は、一種単独又は二種以上混合して用いることができる。
該ペーストに含まれる有機樹脂としては、熱処理温度において分解する樹脂を用いればよい。この様な樹脂は、水洗により容易に除去されるものであることが好ましく、具体例としては、セルロース樹脂、アクリル樹脂、石油樹脂等を挙げることができる。有機樹脂は、一種単独又は二種以上混合して用いることができる。
該ペーストにおいて用いる有機溶剤は、乾燥時に容易に揮発する溶剤であることが好ましく、具体的には、室温では液体であって、５０〜２００℃程度で揮発する溶剤であることが好ましい。この様な溶剤の具体例としては、メタノール、エタノール等のアルコール類；ジメチルエーテル、アセトン等のケトン類等を挙げることができる。有機溶剤は、一種単独又は二種以上混合して用いることができる。
該ペーストにおける各成分の含有量については、特に限定的ではないが、通常、ペースト全体を基準として、銅化合物を２０〜７０重量％程度、好ましくは３０〜５５重量％程度、有機樹脂を１０〜３０重量％程度、好ましくは１５〜２５重量％程度、及び有機溶剤を３〜２０重量％程度、好ましくは５〜１０重量％程度とすればよい。
該ペーストには、更に、必要に応じて、その他の添加剤を加えても良い。この様な添加剤としては、例えば、ペーストの融点を低下させる目的等で、Ｎａ２ＳＯ４、Ｋ２ＳＯ４、ＮａＮＯ３、ＫＮＯ３、ＮａＣｌ，ＮａＢｒ，ＫＣｌ、ＫＢｒ等を用いることができる。これらの添加剤の配合量については、ペースト中の含有量として、２０重量％程度以下とすることが好ましく、１５重量％程度以下とすることがより好ましい。
該ペーストをガラス基板に塗布する方法については特に限定はなく、公知の塗布方法を適宜採用すれば良く、例えば、スピーンコート、スプレーコート、ディップコート等の方法を適用できる。
ペーストの塗布厚については特に限定的ではなく、ペースト中に含まれる銅化合物の種類や含有量などによって異なるが、通常、０．５ｍｍ〜１．５ｍｍ程度とすればよい。
ペーストを塗布した後、通常、熱処理に先だって塗膜を乾燥する。乾燥条件については特に限定はなく、溶剤成分が十分に除去されるように乾燥すればよく、通常、１５０〜３００℃程度で３０分〜１時間程度加熱すれば効率よく乾燥することができる。
次いで、乾燥した塗膜を熱処理する。熱処理温度は、４５０〜７００℃程度、好ましくは５００〜６００℃程度の温度範囲であって、ガラス基板の軟化点を下回る温度とすればよい。熱処理時間については、通常、６〜４８時間程度とすれば良く、好ましくは１２〜２４時間程度とすればよい。熱処理の雰囲気については、特に限定はなく、酸素含有雰囲気、不活性雰囲気、還元性雰囲気等のいずれでも良い。通常は、空気中などの酸素含有雰囲気中とすればよく、還元性雰囲気とする必要はない点で有利である。
上記した方法によって熱処理を行うことによって、銅イオンがＣｕ＋イオンとしてガラス基板に拡散する。拡散した銅イオンは、処理条件によって異なるが、Ｃｕ＋イオン、Ｃｕ２Ｏ、金属銅微粒子等として存在し、その部分については、ガラス基板部分とは、屈折率が異なるものとなって光導波路が形成される。
熱処理後は、通常、室温まで放冷し、基板上に残っているペースト残留物を水洗すればよい。
また、上記方法で光導波路を作製する際に、特に、ガラス基板が、酸化物換算量として、ＳｉＯ２ ４０〜８２重量％、Ｂ２Ｏ３ １２〜５０重量％、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｌｉ２Ｏ、Ｒｂ２ＯおよびＣｓ２Ｏからなる群から選ばれた少なくとも１種の成分２〜２５重量％、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＢａＯ、ＺｎＯ、ＳｒＯおよびＰｂＯからなる群から選ばれた少なくとも１種の成分２５重量％以下、Ａｌ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ３およびＧｄ２Ｏ３からなる群から選ばれた少なくとも１種の成分２０重量％以下、Ｎｂ２Ｏ５およびＺｒＯ２からなる群から選ばれた少なくとも１種の成分１０重量％以下、Ａｓ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ３およびＳｎＯからなる群から選ばれた少なくとも１種の成分５重量％以下、並びにＣｌ、Ｂｒ及びＩからなる群から選ばれた少なくとも１種０．０５〜１０重量％を含むホウケイ酸塩ガラス基板である場合には、ガラス基板中に拡散した銅イオンが、ガラス基板に含まれるＣｌ、Ｂｒ、Ｉ等のハロゲン原子と反応してハロゲン化銅となり、この場合にも、良好な特性を有する光導波路が形成される。
本発明方法によれば、上記した方法でガラス基板の全面に銅化合物を含むペーストを塗布し、熱処理を行うことによって、スラブ型の光導波路を形成することができる。
更に、銅化合物を含むペーストを用いてガラス基板表面に所定のパターンを形成した後、熱処理を行うことによって、パターンの形状に応じた、いわゆるチャネル型の光導波路を形成することも可能である。銅化合物を含むペーストを用いてパターンを形成する方法については、特に限定はなく、公知の方法を適宜適用すればよい。例えば、目的とするパターンを形成した金属板等の型板をガラス基板に密着させて銅化合物を含むペーストを塗布することにより、所定のパターンを形成することができる。また、より精密なパターンを形成する場合には、フォトリソグラフィー法によって、ガラス基板表面に無機膜によるパターンニングを行い、ガラス基板の露出部分に銅化合物を含むペーストを塗布し、熱処理することによって、チャネル型の光導波路を形成することができる。この方法の一例について、以下に簡単に説明する。
まず、ガラス基板上にＡｌ、Ｔｉ、Ａｇ、Ｃｒ等の金属やＳｉＯ２等の酸化物を蒸着して、無機膜を形成する。蒸着される無機膜の厚さについては、特に限定的ではないが、０．２５〜１μｍ程度とすることが好ましく、０．２５〜０．５μｍ程度とすることがより好ましい。無機膜を蒸着した後、その上にフォトレジスト剤を塗布する。フォトレジスト剤としては、通常の市販されている有機系のフォトレジスト剤を使用すればよい。塗布方法についても特に制限はないが、例えば、スピーンコート、スプレーコート、ディップコート等の方法を採用できる。次にこのフォトレジスト剤の上にパターニングを施した金属板を置き、紫外線で露光し、現像してフォトレジスト剤によるパターンを形成する。その後、このパターンに従って露出部分の無機膜をエッチング等で剥離し、フォトレジスト剤を除去することによってガラス基板表面に無機膜によるパターン皮膜が形成される。次いで、ガラス基板の露出部分に該無機膜上から銅化合物を含むペーストを塗布し、上記した条件に従って熱処理を行うことによって、チャネル型の光導波路を形成することができる。
本発明方法によって形成される光導波路は、ガラス基板中に１価の銅イオンが拡散して形成されるものであり、ガラス基板中では、拡散した銅イオンは、酸化銅（Ｉ）微粒子、Ｃｕ＋、ハロゲン化銅（Ｉ）微粒子、金属銅微粒子などの形態で存在する。これらの成分は、高効率で発光する性質や、光強度により屈折率が変化し得る性質、即ち高い光学非線形性を有するものである。例えば、ハロゲン化銅（Ｉ）微粒子、酸化銅（Ｉ）微粒子、金属銅微粒子等として存在する場合には、優れた非線形光学効果を発揮することが可能であり、ハロゲン化銅（Ｉ）微粒子、Ｃｕ＋イオン等として存在する場合には、高効率発光が可能である。
従って、本発明方法によって形成される光導波路は、発光を利用することによって誘導輻射により光増幅が可能となり、また、光学非線形性を利用すれば光によるスイッチングが可能となる等、アクティブな光機能をもつ導波路として非常に有用性が高いものとなる。
以上の通り、本発明方法によれば、銅化合物を含有するペーストを塗布し、空気中等で加熱するという簡単な操作によって、光導波路を形成することができる。この方法によれば、薄膜堆積法のような高真空を必要としないために、煩雑な製造工程を要することなく、低コストで光導波路を形成できる。また、溶融塩を用いないので、溶融塩の厳密な管理が必要なく、しかも溶融塩による基板劣化が生じことがない。
この様な本発明方法によれば、還元性雰囲気を要することなく、Ｃｕ＋イオンのみを制御性よくガラス基板中に分散させることができ、光の増幅、スイッチング等のアクティブな光機能をもつ導波路を容易に形成できる。
発明を実施するための最良の形態
以下、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明する。
実施例１
下記表１に示すＮｏ．１〜Ｎｏ．６の各組成（重量％）のホウケイ酸ガラス（溶融法により作製、大きさ１５×１５×３ｍｍ）をガラス基板として用いて、下記の方法で光導波路を形成した。
まず、各ガラス基板の片面全面に、ＣｕＳＯ４ ５５重量％、Ｎａ２ＳＯ４ １０重量％、アクリル樹脂１５重量％、セルロース樹脂１０重量％及びアルコール類１０重量％からなるペーストを厚さ１ｍｍとなるように塗布した。
次いで、ペーストを塗布したガラス基板を２００℃で３０分乾燥後、空気中で５１０℃で４８時間熱処理を行った。
熱処理後の各試料について、何れも、ガラス基板の表面から１０μｍ〜５０μｍの範囲にハロゲン化銅が均一に存在することが確認できた。また、ハロゲン化銅が存在する部分については、ガラス基板部分と比べて屈折率が変化していることが確認できた。
図１に、Ｎｏ．１のガラス基板について、ガラス基板部分（１）とハロゲン化銅部分（２）の屈折率を示す。
実施例２
表１に記載したＮｏ．１のガラスからＢｒを除き、その他は、同様の組成のホウケイ酸ガラス（溶融法により作製、大きさ１５×１５×３ｍｍ）をガラス基板として用い、下記の方法で光導波路を形成した。
まず、ガラス基板の片面上に、幅３００μｍの溝を形成した金属板を置き、その上から、ＣｕＳＯ４ ５５重量％、Ｎａ２ＳＯ４ １０重量％、アクリル樹脂１５重量％、セルロース樹脂１０重量％及びアルコール類１０重量％からなるペーストを厚さ１ｍｍとなるように塗布した。
次いで、金属板を除き、ペーストを塗布したガラス基板を２００℃で３０分乾燥後、空気中で５１０℃で４８時間熱処理を行った。
熱処理後の試料では、ペーストを塗布した細線部分にのみガラス基板中にＣｕ２Ｏが拡散していることが確認できた。
図２に、Ｃｕ２Ｏが拡散した細線部分についての吸光度を示す。
実施例３
実施例１の表１に記載のＮｏ．１〜Ｎｏ．６の各組成のホウケイ酸ガラス（大きさ１５×１５×３ｍｍ）をガラス基板として用い、下記の方法で光導波路を形成した。
まず、該ガラス基板の片面に幅３００μｍの溝を形成した金属板を設き、その上から、ＣｕＳＯ４ ５５重量％、Ｎａ２ＳＯ４ １０重量％、アクリル樹脂１５重量％、セルロース樹脂１０重量％及びアルコール類１０重量％からなるペーストを厚さ１ｍｍとなるように塗布した。
次いで、金属板を除き、ペーストを塗布したガラス基板を２００℃で３０分乾燥後、空気中で５１０℃で４８時間熱処理を行った。
熱処理後の試料では、ペーストを塗布した細線部分にのみガラス基板中にハロゲン化銅（Ｉ）が拡散していることが確認できた。
図３に、Ｎｏ．２のホウケイ酸ガラスを用いた場合について、ハロゲン化銅（Ｉ）が拡散した細線部分の吸光度を示す。
実施例４
実施例１の表１に記載のＮｏ．１〜Ｎｏ．６の各組成のホウケイ酸ガラス（大きさ１５×１５×３ｍｍ）をガラス基板として用いて、下記の方法で光導波路を形成した。
まず、ガラス基板表面にスパッタリング法によって、ＳｉＯ２を約０．５μｍ蒸着し、その上に、スピンコーターを用いて市販のポジ型フォトレジスト剤（東京応化株式会社製、ＯＦＰＲ−８６００）を約１．１μｍ塗布した。
このガラス基板に幅３００μｍの溝を形成した金属板を置き、紫外線レーザー（出力波長３５５ｎｍ）を用いて紫外線を照射して露光した。露光後、金属板を除き、現像液により露光部分のレジスト剤を除去し、更に、現像された部分のＳｉＯ２膜を取り除くためにフッ化水素酸でエッチングを行ない、ガラス基板表面を露出させた。
次いで、フォトレジスト皮膜を除去し、無機膜の上から、ガラス基板の露出部分にＣｕＳＯ４ ５５重量％、Ｎａ２ＳＯ４ １０重量％、アクリル樹脂１５重量％、セルロース樹脂１０重量％及びアルコール類１０重量％からなるペーストを厚さ１ｍｍとなるように塗布した。
次いで、ペーストを塗布したガラス基板を２００℃で３０分乾燥後、空気中で５１０℃で４８時間熱処理を行った。
その結果、エッチングを行ってガラス基板表面を露出させた細線部分にのみ、ガラス基板中にハロゲン化銅（Ｉ）が拡散していることが確認できた。
図４に、Ｎｏ．１のホウケイ酸ガラスを用いた場合について、ハロゲン化銅（Ｉ）が拡散した細線部分の吸光度を示す。
【図面の簡単な説明】
図１は、実施例１において、Ｎｏ．１のガラス基板を用いた場合に形成されたスラブ型光導波路のガラス基板部分（１）と導波層部分（２）の屈折率を示すグラフである。図２は、実施例２において形成された光導波路の吸光度を示すグラフである。図３は、実施例３において、Ｎｏ．２のガラス基板を用いた場合に形成された光導波路の吸光度を示すグラフである。図４は、実施例４において、Ｎｏ．１のガラス基板を用いた場合に形成された光導波路の吸光度を示すグラフである。
本発明は、光導波路の形成方法、及び該方法によって得られる光導波路に関する。
背 景 技 術
光導波路の作製法には、大別して、薄膜堆積法とイオン交換法がある。
このうちで、薄膜堆積法は、シリコンなどの基板上にシリカを主成分とする光導波層を堆積させる方法であり、具体的には、スパッタ法、ＣＶＤ法、火炎堆積法などの方法が知られている。これらの方法は、いずれも導波路作製のために高真空装置を必要とし、製造工程も複雑なためにコストが高くなるという欠点がある。また、ＣＶＤ法や火炎堆積法では、ＳｉＨ４、ＳｉＣｌ４などの危険なガスを使用することがあり、これがコスト高の一因となっている。更に火炎堆積法では、製造プロセスにおいて基板が１２００〜１３００℃程度の高温にさらされるため、基板が劣化し易く、更には、基板中に内部応力が発生し、導波光の偏波依存性が大きくなるなどの問題点も有る。
一方、イオン交換法は、基板としてＮａ＋イオンを含む多成分ガラスを用い、これを、Ｋ＋イオン、Ｔｌ＋イオン、Ａｇ＋イオン等が含まれる溶融塩に浸漬することにより、ガラス中のＮａ＋イオンと、溶融塩中のＫ＋、Ｔｌ＋、Ａｇ＋等とを交換させる方法であり、更に、イオン交換の際、電界を印加してイオン交換速度、イオンの拡散速度等を加速することもある。この方法によれば、イオン交換された部分の屈折率が高くなって、光導波層を形成することができる。イオン交換法は、薄膜堆積法のような高真空を必要とせず、溶融塩の温度も通常２５０〜４００℃程度であり、製造設備は安価である。しかしながら、イオン交換の速度やガラス基板中でのイオンの拡散速度等は、溶融塩の組成、温度等により影響されるので、溶融塩の組成、温度等について厳密な管理が必要となる。しかも、イオン交換の温度は、溶融塩の溶融温度により左右されるために、溶融塩によるイオン交換法を用いて所望の屈折率プロファイルを持つ光導波路を作製する場合には、溶融塩の組成、温度、時間などイオン交換条件決定において高度のノウハウが必要となる。
更に、イオン交換法で導入されるイオンは、１価の陽イオンであるため、現在のところ用いられるイオンは、ほとんどの場合、Ｋ＋、Ｔｌ＋、Ａｇ＋等に限定されている。しかしながら、これらのイオンは、単に導波路部分の屈折率を高くする働きをするだけである。このため、これらのイオンを導入することにより作製された光導波路は、単に光を導波層に閉じ込めて導波路の一方から他方へ伝播する働きを持つに過ぎず、光の増幅、スイッチングといったアクティブな光機能をもつ導波路とすることは困難である。
光に対してアクティブな機能を持った導波路を作製するためには、高効率で発光したり、光強度により屈折率が変化し得る性質、即ち高い光学非線形性を持ったイオン、化学種等を分散させ、それにより光導波路を作製すればよい。これにより、発光を利用すれば誘導輻射による光増幅が可能になり、また、光学非線形性を利用すれば、光によるスイッチングが可能になる。このような特性を持つイオンとしては銅（Ｉ）イオンがあり、また化学種としてはハロゲン化銅（Ｉ）微粒子、酸化銅（Ｉ）微粒子、金属銅微粒子等ある。これらはいずれも１価の銅イオンからなる化学種もしくは銅イオンが還元されて生じた金属銅であり、ガラス中に１価の銅イオンを導入し、それにより導波路を作製すれば、上述のような光に対してアクティブな導波路を作製できる可能性が有る。
ところで、最近、Ｃｕ＋イオンを導入することにより光導波路を作製しようという試みがなされている（Ｆ．Ｇｏｎｅｌｌａ，Ｆ．Ｃａｃｃａｖａｌｅ，Ｌ．Ｄ．Ｂｏｇｏｍｏｌｏｖａ，Ｆ．Ｄ’Ａｃａｐｉｔｏ ａｎｄ Ａ．Ｑｕａｒａｎｔａ，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．８３，１２００（１９９８），Ｊａｒｍｉｌａ Ｓｐｉｒｋｏｖａ，Ｐａｖｌｉｎａ Ｎｅｂｏｌｏｖａ，Ｉｖａｎ Ｊｉｒｋａ，Ｋａｒｅｌ Ｍａｃｈ，Ｖｒａｔｉｓｌａｖ Ｐｅｒｉｎａ，Ａｎｎａ Ｍａｃｋｏｖａ ａｎｄ Ｇａｂｒｉｌａ Ｋｕｎｃｏｖａ，ＳＰＩＥ，Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｗｅｓｔ ２００１，Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ４２７７−４７（Ｊａｎｕａｒｙ ２００１））。これらの文献によれば、イオン交換により銅イオンを導入する場合、ハロゲン化銅（Ｉ）の溶融塩やＣｕＳＯ４−Ｎａ２ＳＯ４混合溶融塩が用いられている。しかしながら、ハロゲン化銅（Ｉ）の溶融塩を用いる場合には、Ｃｕ＋イオンは、空気中で酸化されやすいために、イオン交換を還元雰囲気中で行う必要がある。また、ＣｕＳＯ４−Ｎａ２ＳＯ４混合溶融塩を用いる場合には、Ｃｕ２＋が還元されてＣｕ＋となり、その後イオン交換されるため、交換速度が遅く、その制御も難しいという問題がある。更に作製された導波路中では、１価の銅イオンと２価の銅イオンが混在しており、導波路の屈折率を制御することを困難にしている。また、１価と２価の銅イオンが混在していると、両者の拡散速度の著しい違いのために、導波路の断面プロファイルの制御も非常に困難となる。更に、Ｃｕ＋の存在形態を制御して、所望の光学的特性を得ることが困難になるなどの問題もある。
発 明 の 開 示
本発明の主な目的は、薄膜堆積法のような高真空を必要とせず、また、溶融塩を用いることなく光導波路を作製できる方法であって、Ｃｕ＋イオンのみを制御性よくガラス基板中に分散させることが可能な新規な光導波路の製造方法を提供することである。
本発明者は、上記した如き目的を達成すべく鋭意研究を重ねてきた。その結果、アルカリ金属を含有するガラスを基板材料として用い、これに銅化合物と有機樹脂を有機溶剤に懸濁させたペーストを塗布した後、熱処理を行う方法によれば、還元性雰囲気を必要とすることなく、５００℃程度という比較的低い温度で加熱するだけで、ペーストに含まれる銅イオンがＣｕ＋イオンとしてガラス基板に拡散して、光の増幅、スイッチング等のアクティブな光機能をもつ導波路を作製することが可能となることを見出し、ここに本発明を完成するに至った。
即ち、本発明は、下記の光導波路の形成方法、及び該方法によって形成される光導波路に関する。
１． アルカリ金属をガラス構成成分として含むガラス基板に、銅化合物、有機樹脂及び有機溶剤を含有するペーストを全面又はパターン状に塗布し、ガラス基板の軟化温度より低い温度で熱処理することを特徴とする光導波路の形成方法。
２． ガラス基板が、アルカリ金属を酸化物換算で２重量％以上含むケイ酸塩ガラス、ホウケイ酸塩ガラス又はリン酸塩ガラスである上記項１に記載の光導波路の形成方法。
３． ガラス基板が、ＳｉＯ２ ４０〜８２重量％、Ｂ２Ｏ３ １２〜５０重量％、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｌｉ２Ｏ、Ｒｂ２ＯおよびＣｓ２Ｏからなる群から選ばれた少なくとも１種の成分２〜２５重量％、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＢａＯ、ＺｎＯ、ＳｒＯおよびＰｂＯからなる群から選ばれた少なくとも１種の成分２５重量％以下、Ａｌ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ３およびＧｄ２Ｏ３からなる群から選ばれた少なくとも１種の成分２０重量％以下、Ｎｂ２Ｏ５およびＺｒＯ２からなる群から選ばれた少なくとも１種の成分１０重量％以下、Ａｓ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ３、およびＳｎＯからなる群から選ばれた少なくとも１種の成分５重量％以下、並びにＣｌ、Ｂｒ及びＩからなる群から選ばれた少なくとも１種０．０５〜１０重量％を含むホウケイ酸塩ガラス基板である上記項２に記載の光導波路の形成方法。
４． 上記項１〜３のいずれかの方法で得られるスラブ型又はチャネル型光導波路。
本発明方法は、ガラス基板に光導波路を形成する方法である。この方法では、アルカリ金属をガラス構成成分として含むガラスからなるガラス基板を用いることが必要である。
該ガラス基板におけるアルカリ金属としては、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ等を例示でき、これらの内で、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ等が好ましい。アルカリ金属は、イオンの状態で存在しても良く、或いは、酸化物として存在しても良い。アルカリ金属は、一種のみ存在しても良く、或いは、二種以上が同時に存在しても良い。
該ガラス基板におけるアルカリ金属の含有量は、酸化物換算で２重量％程度以上とすることが適当であり、５重量％程度以上とすることが好ましく、１０重量％程度以上とすることがより好ましい。アルカリ金属の上限については特に限定的ではないが、酸化物換算で４０重量％程度とすることが適当であり、３０重量％程度とすることが好ましく、２０重量％程度とすることがより好ましい。
本発明では、アルカリ金属を含有するガラスであれば特に限定なく使用できる。例えば、ケイ酸塩ガラス、ホウケイ酸塩ガラス、リン酸塩ガラスなどを用いることができる。
これらのガラスの具体的な組成については、特に限定はなく、ケイ酸塩ガラス、ホウケイ酸塩ガラス、リン酸塩ガラスなどとして公知の組成のガラスであって、上記したアルカリ金属を含有するものであれば良い。この様なガラスの組成の具体例としては、例えば、酸化物換算量として、ＳｉＯ２ ７０〜７４重量％程度、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏからなる群から選ばれた少なくとも一種の成分１３〜１６重量％程度、ＣａＯ、ＭｇＯ及びＢａＯからなる群から選ばれた少なくとも一種の成分１０〜１３重量％程度、並びにＡｌ２Ｏ３ １．５〜２．５重量％程度を含むケイ酸塩ガラス；ＳｉＯ２ ６０〜８０重量％程度、Ｂ２Ｏ３ １０〜２８重量％程度、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏからなる群から選ばれた少なくとも一種の成分５〜１０重量％程度、並びにＡｌ２Ｏ３ ５重量％程度以下を含むホウ珪酸塩ガラス；Ｐ２Ｏ５ ２０〜５０重量％程度、ＳｉＯ２ ３〜３５重量％程度、Ａｌ２Ｏ３ １０〜３５重量％程度、並びにＬｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏからなる群から選ばれた少なくとも一種の成分５〜１０重量％程度を含むリン酸塩ガラス等を例示できる。
本発明では、この様なアルカリ金属を含有するガラス基板を用い、これに銅化合物を含有するペーストを塗布し、ガラス基板の軟化点より低い温度で熱処理を行う。
ペーストとしては、銅化合物と有機樹脂を有機溶媒に分散させてペースト状としたものを用いる。この様なペーストとしては、ガラス基板に塗布し得る適度な粘度を有し、熱処理により銅イオンを拡散させることのできる銅化合物を含有するペースト状物であれば、いずれも用いることができる。
この様なペーストをガラス基板に塗布し、熱処理を行うことによって、該ペーストに含まれる銅化合物が、ガラス基板中のアルカリ金属と交換してＣｕ＋イオンとしてガラス基板に拡散する。この様にペースト中の銅が１価のイオンとして拡散する理由は、ペーストに含まれる有機樹脂が炭化されて還元性雰囲気となり、１価の銅イオンが形成されることによるものと思われる。
該ペーストに含まれる銅化合物としては、１価の銅化合物及び２価の銅化合物の何れでも良く、具体例としてはＣｕＳＯ４、ＣｕＦ２、ＣｕＣｌ、ＣｕＣｌ２、ＣｕＢｒ、ＣｕＢｒ２、Ｃｕ２Ｏ、ＣｕＯ、Ｃｕ（ＮＯ３）２、ＣｕＳ等を挙げることができる。銅化合物は、一種単独又は二種以上混合して用いることができる。
該ペーストに含まれる有機樹脂としては、熱処理温度において分解する樹脂を用いればよい。この様な樹脂は、水洗により容易に除去されるものであることが好ましく、具体例としては、セルロース樹脂、アクリル樹脂、石油樹脂等を挙げることができる。有機樹脂は、一種単独又は二種以上混合して用いることができる。
該ペーストにおいて用いる有機溶剤は、乾燥時に容易に揮発する溶剤であることが好ましく、具体的には、室温では液体であって、５０〜２００℃程度で揮発する溶剤であることが好ましい。この様な溶剤の具体例としては、メタノール、エタノール等のアルコール類；ジメチルエーテル、アセトン等のケトン類等を挙げることができる。有機溶剤は、一種単独又は二種以上混合して用いることができる。
該ペーストにおける各成分の含有量については、特に限定的ではないが、通常、ペースト全体を基準として、銅化合物を２０〜７０重量％程度、好ましくは３０〜５５重量％程度、有機樹脂を１０〜３０重量％程度、好ましくは１５〜２５重量％程度、及び有機溶剤を３〜２０重量％程度、好ましくは５〜１０重量％程度とすればよい。
該ペーストには、更に、必要に応じて、その他の添加剤を加えても良い。この様な添加剤としては、例えば、ペーストの融点を低下させる目的等で、Ｎａ２ＳＯ４、Ｋ２ＳＯ４、ＮａＮＯ３、ＫＮＯ３、ＮａＣｌ，ＮａＢｒ，ＫＣｌ、ＫＢｒ等を用いることができる。これらの添加剤の配合量については、ペースト中の含有量として、２０重量％程度以下とすることが好ましく、１５重量％程度以下とすることがより好ましい。
該ペーストをガラス基板に塗布する方法については特に限定はなく、公知の塗布方法を適宜採用すれば良く、例えば、スピーンコート、スプレーコート、ディップコート等の方法を適用できる。
ペーストの塗布厚については特に限定的ではなく、ペースト中に含まれる銅化合物の種類や含有量などによって異なるが、通常、０．５ｍｍ〜１．５ｍｍ程度とすればよい。
ペーストを塗布した後、通常、熱処理に先だって塗膜を乾燥する。乾燥条件については特に限定はなく、溶剤成分が十分に除去されるように乾燥すればよく、通常、１５０〜３００℃程度で３０分〜１時間程度加熱すれば効率よく乾燥することができる。
次いで、乾燥した塗膜を熱処理する。熱処理温度は、４５０〜７００℃程度、好ましくは５００〜６００℃程度の温度範囲であって、ガラス基板の軟化点を下回る温度とすればよい。熱処理時間については、通常、６〜４８時間程度とすれば良く、好ましくは１２〜２４時間程度とすればよい。熱処理の雰囲気については、特に限定はなく、酸素含有雰囲気、不活性雰囲気、還元性雰囲気等のいずれでも良い。通常は、空気中などの酸素含有雰囲気中とすればよく、還元性雰囲気とする必要はない点で有利である。
上記した方法によって熱処理を行うことによって、銅イオンがＣｕ＋イオンとしてガラス基板に拡散する。拡散した銅イオンは、処理条件によって異なるが、Ｃｕ＋イオン、Ｃｕ２Ｏ、金属銅微粒子等として存在し、その部分については、ガラス基板部分とは、屈折率が異なるものとなって光導波路が形成される。
熱処理後は、通常、室温まで放冷し、基板上に残っているペースト残留物を水洗すればよい。
また、上記方法で光導波路を作製する際に、特に、ガラス基板が、酸化物換算量として、ＳｉＯ２ ４０〜８２重量％、Ｂ２Ｏ３ １２〜５０重量％、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｌｉ２Ｏ、Ｒｂ２ＯおよびＣｓ２Ｏからなる群から選ばれた少なくとも１種の成分２〜２５重量％、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＢａＯ、ＺｎＯ、ＳｒＯおよびＰｂＯからなる群から選ばれた少なくとも１種の成分２５重量％以下、Ａｌ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ３およびＧｄ２Ｏ３からなる群から選ばれた少なくとも１種の成分２０重量％以下、Ｎｂ２Ｏ５およびＺｒＯ２からなる群から選ばれた少なくとも１種の成分１０重量％以下、Ａｓ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ３およびＳｎＯからなる群から選ばれた少なくとも１種の成分５重量％以下、並びにＣｌ、Ｂｒ及びＩからなる群から選ばれた少なくとも１種０．０５〜１０重量％を含むホウケイ酸塩ガラス基板である場合には、ガラス基板中に拡散した銅イオンが、ガラス基板に含まれるＣｌ、Ｂｒ、Ｉ等のハロゲン原子と反応してハロゲン化銅となり、この場合にも、良好な特性を有する光導波路が形成される。
本発明方法によれば、上記した方法でガラス基板の全面に銅化合物を含むペーストを塗布し、熱処理を行うことによって、スラブ型の光導波路を形成することができる。
更に、銅化合物を含むペーストを用いてガラス基板表面に所定のパターンを形成した後、熱処理を行うことによって、パターンの形状に応じた、いわゆるチャネル型の光導波路を形成することも可能である。銅化合物を含むペーストを用いてパターンを形成する方法については、特に限定はなく、公知の方法を適宜適用すればよい。例えば、目的とするパターンを形成した金属板等の型板をガラス基板に密着させて銅化合物を含むペーストを塗布することにより、所定のパターンを形成することができる。また、より精密なパターンを形成する場合には、フォトリソグラフィー法によって、ガラス基板表面に無機膜によるパターンニングを行い、ガラス基板の露出部分に銅化合物を含むペーストを塗布し、熱処理することによって、チャネル型の光導波路を形成することができる。この方法の一例について、以下に簡単に説明する。
まず、ガラス基板上にＡｌ、Ｔｉ、Ａｇ、Ｃｒ等の金属やＳｉＯ２等の酸化物を蒸着して、無機膜を形成する。蒸着される無機膜の厚さについては、特に限定的ではないが、０．２５〜１μｍ程度とすることが好ましく、０．２５〜０．５μｍ程度とすることがより好ましい。無機膜を蒸着した後、その上にフォトレジスト剤を塗布する。フォトレジスト剤としては、通常の市販されている有機系のフォトレジスト剤を使用すればよい。塗布方法についても特に制限はないが、例えば、スピーンコート、スプレーコート、ディップコート等の方法を採用できる。次にこのフォトレジスト剤の上にパターニングを施した金属板を置き、紫外線で露光し、現像してフォトレジスト剤によるパターンを形成する。その後、このパターンに従って露出部分の無機膜をエッチング等で剥離し、フォトレジスト剤を除去することによってガラス基板表面に無機膜によるパターン皮膜が形成される。次いで、ガラス基板の露出部分に該無機膜上から銅化合物を含むペーストを塗布し、上記した条件に従って熱処理を行うことによって、チャネル型の光導波路を形成することができる。
本発明方法によって形成される光導波路は、ガラス基板中に１価の銅イオンが拡散して形成されるものであり、ガラス基板中では、拡散した銅イオンは、酸化銅（Ｉ）微粒子、Ｃｕ＋、ハロゲン化銅（Ｉ）微粒子、金属銅微粒子などの形態で存在する。これらの成分は、高効率で発光する性質や、光強度により屈折率が変化し得る性質、即ち高い光学非線形性を有するものである。例えば、ハロゲン化銅（Ｉ）微粒子、酸化銅（Ｉ）微粒子、金属銅微粒子等として存在する場合には、優れた非線形光学効果を発揮することが可能であり、ハロゲン化銅（Ｉ）微粒子、Ｃｕ＋イオン等として存在する場合には、高効率発光が可能である。
従って、本発明方法によって形成される光導波路は、発光を利用することによって誘導輻射により光増幅が可能となり、また、光学非線形性を利用すれば光によるスイッチングが可能となる等、アクティブな光機能をもつ導波路として非常に有用性が高いものとなる。
以上の通り、本発明方法によれば、銅化合物を含有するペーストを塗布し、空気中等で加熱するという簡単な操作によって、光導波路を形成することができる。この方法によれば、薄膜堆積法のような高真空を必要としないために、煩雑な製造工程を要することなく、低コストで光導波路を形成できる。また、溶融塩を用いないので、溶融塩の厳密な管理が必要なく、しかも溶融塩による基板劣化が生じことがない。
この様な本発明方法によれば、還元性雰囲気を要することなく、Ｃｕ＋イオンのみを制御性よくガラス基板中に分散させることができ、光の増幅、スイッチング等のアクティブな光機能をもつ導波路を容易に形成できる。
発明を実施するための最良の形態
以下、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明する。
実施例１
下記表１に示すＮｏ．１〜Ｎｏ．６の各組成（重量％）のホウケイ酸ガラス（溶融法により作製、大きさ１５×１５×３ｍｍ）をガラス基板として用いて、下記の方法で光導波路を形成した。
次いで、ペーストを塗布したガラス基板を２００℃で３０分乾燥後、空気中で５１０℃で４８時間熱処理を行った。
熱処理後の各試料について、何れも、ガラス基板の表面から１０μｍ〜５０μｍの範囲にハロゲン化銅が均一に存在することが確認できた。また、ハロゲン化銅が存在する部分については、ガラス基板部分と比べて屈折率が変化していることが確認できた。
図１に、Ｎｏ．１のガラス基板について、ガラス基板部分（１）とハロゲン化銅部分（２）の屈折率を示す。
実施例２
表１に記載したＮｏ．１のガラスからＢｒを除き、その他は、同様の組成のホウケイ酸ガラス（溶融法により作製、大きさ１５×１５×３ｍｍ）をガラス基板として用い、下記の方法で光導波路を形成した。
まず、ガラス基板の片面上に、幅３００μｍの溝を形成した金属板を置き、その上から、ＣｕＳＯ４ ５５重量％、Ｎａ２ＳＯ４ １０重量％、アクリル樹脂１５重量％、セルロース樹脂１０重量％及びアルコール類１０重量％からなるペーストを厚さ１ｍｍとなるように塗布した。
次いで、金属板を除き、ペーストを塗布したガラス基板を２００℃で３０分乾燥後、空気中で５１０℃で４８時間熱処理を行った。
熱処理後の試料では、ペーストを塗布した細線部分にのみガラス基板中にＣｕ２Ｏが拡散していることが確認できた。
図２に、Ｃｕ２Ｏが拡散した細線部分についての吸光度を示す。
実施例３
実施例１の表１に記載のＮｏ．１〜Ｎｏ．６の各組成のホウケイ酸ガラス（大きさ１５×１５×３ｍｍ）をガラス基板として用い、下記の方法で光導波路を形成した。
まず、該ガラス基板の片面に幅３００μｍの溝を形成した金属板を設き、その上から、ＣｕＳＯ４ ５５重量％、Ｎａ２ＳＯ４ １０重量％、アクリル樹脂１５重量％、セルロース樹脂１０重量％及びアルコール類１０重量％からなるペーストを厚さ１ｍｍとなるように塗布した。
次いで、金属板を除き、ペーストを塗布したガラス基板を２００℃で３０分乾燥後、空気中で５１０℃で４８時間熱処理を行った。
熱処理後の試料では、ペーストを塗布した細線部分にのみガラス基板中にハロゲン化銅（Ｉ）が拡散していることが確認できた。
図３に、Ｎｏ．２のホウケイ酸ガラスを用いた場合について、ハロゲン化銅（Ｉ）が拡散した細線部分の吸光度を示す。
実施例４
実施例１の表１に記載のＮｏ．１〜Ｎｏ．６の各組成のホウケイ酸ガラス（大きさ１５×１５×３ｍｍ）をガラス基板として用いて、下記の方法で光導波路を形成した。
まず、ガラス基板表面にスパッタリング法によって、ＳｉＯ２を約０．５μｍ蒸着し、その上に、スピンコーターを用いて市販のポジ型フォトレジスト剤（東京応化株式会社製、ＯＦＰＲ−８６００）を約１．１μｍ塗布した。
このガラス基板に幅３００μｍの溝を形成した金属板を置き、紫外線レーザー（出力波長３５５ｎｍ）を用いて紫外線を照射して露光した。露光後、金属板を除き、現像液により露光部分のレジスト剤を除去し、更に、現像された部分のＳｉＯ２膜を取り除くためにフッ化水素酸でエッチングを行ない、ガラス基板表面を露出させた。
次いで、フォトレジスト皮膜を除去し、無機膜の上から、ガラス基板の露出部分にＣｕＳＯ４ ５５重量％、Ｎａ２ＳＯ４ １０重量％、アクリル樹脂１５重量％、セルロース樹脂１０重量％及びアルコール類１０重量％からなるペーストを厚さ１ｍｍとなるように塗布した。
次いで、ペーストを塗布したガラス基板を２００℃で３０分乾燥後、空気中で５１０℃で４８時間熱処理を行った。
その結果、エッチングを行ってガラス基板表面を露出させた細線部分にのみ、ガラス基板中にハロゲン化銅（Ｉ）が拡散していることが確認できた。
図４に、Ｎｏ．１のホウケイ酸ガラスを用いた場合について、ハロゲン化銅（Ｉ）が拡散した細線部分の吸光度を示す。
【図面の簡単な説明】
図１は、実施例１において、Ｎｏ．１のガラス基板を用いた場合に形成されたスラブ型光導波路のガラス基板部分（１）と導波層部分（２）の屈折率を示すグラフである。図２は、実施例２において形成された光導波路の吸光度を示すグラフである。図３は、実施例３において、Ｎｏ．２のガラス基板を用いた場合に形成された光導波路の吸光度を示すグラフである。図４は、実施例４において、Ｎｏ．１のガラス基板を用いた場合に形成された光導波路の吸光度を示すグラフである。
Claims (3)
- アルカリ金属をガラス構成成分として含むガラス基板に、銅化合物、有機樹脂及び有機溶剤を含有するペーストを全面又はパターン状に塗布し、ガラス基板の軟化温度より低い温度で熱処理し、Ｃｕ＋イオンをガラス基板中に拡散することを特徴とする光導波路の形成方法。
- ガラス基板が、アルカリ金属を酸化物換算で２重量％以上含むケイ酸塩ガラス、ホウケイ酸塩ガラス又はリン酸塩ガラスである請求項１に記載の光導波路の形成方法。
- ガラス基板が、ＳｉＯ２ ４０〜８２重量％、Ｂ２Ｏ３ １２〜５０重量％、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｌｉ２Ｏ、Ｒｂ２ＯおよびＣｓ２Ｏからなる群から選ばれた少なくとも１種の成分２〜２５重量％、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＢａＯ、ＺｎＯ、ＳｒＯおよびＰｂＯからなる群から選ばれた少なくとも１種の成分２５重量％以下、Ａｌ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ３およびＧｄ２Ｏ３からなる群から選ばれた少なくとも１種の成分２０重量％以下、Ｎｂ２Ｏ５およびＺｒＯ２からなる群から選ばれた少なくとも１種の成分１０重量％以下、Ａｓ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ３、およびＳｎＯからなる群から選ばれた少なくとも１種の成分５重量％以下、並びにＣｌ、Ｂｒ及びＩからなる群から選ばれた少なくとも１種０．０５〜１０重量％を含むホウケイ酸塩ガラス基板である請求項２に記載の光導波路の形成方法。
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