JP4333030B2

JP4333030B2 - 光導波路およびその製造方法

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Publication number: JP4333030B2
Application number: JP2000395545A
Authority: JP
Inventors: 満須部; 伸彦田中
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2000-12-26
Filing date: 2000-12-26
Publication date: 2009-09-16
Anticipated expiration: 2020-12-26
Also published as: JP2002196167A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高屈折率、高光透過率を備えて有用な光導波路およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光集積回路については、電子集積回路に対して、電磁波障害に強く、また、光の波として機能も利用できるといった利点を備えていることから、種々考案されてきた。光集積化は、透明絶縁基板の表面に屈折率のわずかに高い部分を形成して光導波路とし、これを基礎とした各種の機能的光回路を集積された形態で実現しようとするものである。
【０００３】
このような光導波路としては、図１１に示すように、１．ニオブ酸リチウムからなる基板２１の表面に対し、チタン等の金属２２を光導波路の位置に付着させ、上記金属２２を基板２１内に熱拡散させて形成された埋め込み型の光導波路部２３を備えた光導波路が知られている。
【０００４】
また、図１２に示すように、２．特公平７−２３９２７号公報には、石英基板３１上に、二酸化シリコン薄膜３２と、酸化チタン薄膜３３とをマグネトロンスパッタリング法により交互に形成し、温度４００℃ないし１５００℃程度において、数時間ないし十数時間程度の加熱処理を行い、上記両薄膜３の相互拡散を行わせて均一な組成となった光導波路部３４を上記石英基板３１上に形成したリッジ型の光導波路が開示されている。
【０００５】
さらに、図１３に示すように、３．イオン交換法により得られる、埋め込み型のガラス製の光導波路が知られている。上記光導波路は、第一段階で電界を加えて屈折率を高くするイオンをガラス基板４１中に導入し、続いて、第二段階でガラス基板４１の屈折率を低下させるイオンを導入することによって、断面がほぼ円形の屈折率分布型の光導波路部４２を備えたものとなっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の１．や２．のように、基板２１、３１の表面に光導波路部２３、３４を、その一部を露出させて形成したものは、基板２１、３１や露出した光導波路部２３、３４の表面精度が悪いと、その光導波路部２３、３４を通過する光が上記表面から散乱損失する程度が増大して、光の伝送効率が低下するという問題を有している。また、上記従来では、上記散乱損失を低減しようとマイクロレンズを形成したものを作製しても、それらを組み合わせるときに光軸を合わせるのが複雑で手間取るという問題を生じている。また、上記従来の３．では、イオンを導入する工程が複雑で手間取るという問題を招来している。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の光導波路は、以上の課題を解決するために、透光性セラミックスからなる基板と、該基板の屈折率より高い屈折率を有する光導波路部とを備え、該光導波路部の光の進行方向に対する側面が前記基板により覆われている。上記透光性セラミックスは、焼成により形成され、透光性を有する単結晶体または多結晶体である、セラミックスであればよく、多結晶体で常誘電体（つまり複屈折を示さないもの）であることを特徴としている。
【０００８】
上記構成によれば、基板が透光性セラミックスからなることから、例えば、透光性セラミックスの原料粉末から得られる、シート状の焼成前生シートを用いる後述する製造方法によって、透光性セラミックスからなる基板の内部に、基板より屈折率が高い光導波路部を基板により光導波路部の側面が覆われているように形成することが容易にできる。
【０００９】
これにより、上記構成では、光導波路部が基板内に内蔵されて露出することを回避できるので、基板の表面精度の劣化による光導波路部内を通過する光の散乱損失を抑制できて、光の伝送効率の低下を軽減できる。
【００１０】
上記光導波路においては、光導波路部は、光導波路部内を進行する光の進行方向を変更するように形成されていてもよい。上記構成によれば、光の進行方向を変更する場合、そのための各光導波路部が一体的に形成されているので、上記各光導波路部の位置合わせといった、従来手間取っていた調整を省くことができて、光の進行方向の変更を簡便化できる。
【００１１】
本発明の光導波路では、透光性セラミックスは、ＡサイトにＢａ、Ｓｒ、Ｃａの中から１種以上を含み、ＢサイトにＺｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｚｎ、Ｎｂ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ａｌ、希土類の中から１種以上を含む一般式ＡＢＯ3 で表されるペロブスカイト型結晶構造を備え、屈折率が１．９以上、かつ常誘電体であり、光導波路部は、前記基板に対し屈折率を高くするためのドーパントとして、チタン族、バナジウム族、鉄族、白金族、希土類から選ばれる少なくとも１種の元素を有していることを特徴としている。上記チタン族は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｓｎ、Ｐｂからなるグループを称す。上記バナジウム族は、Ｖ、Ａｓ、Ｎｂ、Ｓｂ、Ｔａ、Ｂｉからなるグループを称す。上記鉄族は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉからなるグループを称す。上記白金族は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔからなるグループを称す。上記希土類は、Ｓｃ、Ｙ、ランタノイド元素からなるグループを称す。上記ペロブスカイト型結晶構造には、複合ペロブスカイト型結晶構造が含まれる。
【００１２】
上記構成によれば、基板に透光性を、より確実に付与できて、製造を安定化できる。また、常誘電体とは、電界が印加されても誘電率が変化しないものであり、よって、複屈折を生じないものである。したがって上記構成によれば、常誘電体であることから複屈折を生ぜず、よって光学部品に容易に適用でき、透光性セラミックスからなることにより高透光性、高屈折率な基板とすることができ、よって、小型化や薄型化が可能となるので、適用範囲を広げることができる。
【００１３】
上記透光性セラミックスは、Ｂａ（Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ_３系またはＢａ（Ｚｎ，Ｔａ）Ｏ_３系のペロブスカイト型結晶構造を備えていることが望ましい。
【００１４】
本発明の光導波路の製造方法は、前記の課題を解決するために、透光性セラミックスの原料粉末からシート状の焼成前生シートを作製し、上記焼成前生シートの表面に、屈折率を高くするためのドーパントを含むドーパント部を形成し、ドーパント部が形成された焼成前生シートを複数互いに積層し、互いに積層された各焼成前生シートを焼成して一体化することにより、上記ドーパントが拡散した光導波路部を、各焼成前生シートからなる透光性の基板内に形成することを特徴としている。
【００１５】
上記方法によれば、透光性セラミックスの原料粉末を用いたことにより、透光性の基板を高透光性、高屈折率とすることができ、かつ、焼成前生シートを複数互いに積層することにより、上記基板内に、光導波路部を容易に形成できるので、前述したように、光の伝送効率を向上できる光導波路部を有する光導波路を安定に、かつ簡便に得ることができる。
【００１６】
上記方法においては、互いに隣接する各焼成前生シート間においてドーパント部の形成面積を段階的に変化させることにより、焼成中にドーパントを拡散させた光導波路部を形成してもよい。上記方法によれば、ドーパント部の形成面積を段階的に変化させることにより、得られた光導波路部を例えば断面略円形状に簡便な方法により作製できる。このことから、上記方法では、断面略円形状の光導波路部により、光導波路部内を伝送する光は、基板と光導波路部との界面に達する頻度を低減できることから、上記光の伝送効率の低下を抑制できる。
【００１７】
上記方法では、互いに隣接する各焼成前生シート間において各ドーパント部を互いに一部が対面し、かつ、焼成前生シートの表面方向に沿ってずらして形成することにより、焼成中にドーパントを拡散させた光導波路部を光導波路部内の光の進行方向を変化させるように形成してもよい。上記方法によれば、光の進行方向を変更する場合、そのための各光導波路部を一体的に形成できるので、上記各光導波路部の位置合わせといった、従来手間取っていた調整を省くことができて、光の進行方向の変更を簡便化できる光導波路を安定に製造できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図１ないし図１０に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００１９】
本発明に係る光導波路の基本構成では、図１に示すように、透光性セラミックスからなる、透光性を備えた基板１が直方体形状に形成されており、上記基板１の内部に対し、基板１の屈折率より高い屈折率を備えた光導波路部２が、光を通過できるように直管チューブ状に、かつ、光導波路部２の側面を基板１により密に（隙間無く）覆って外部に露出しないように形成されている。
【００２０】
上記光導波路部２は、その光軸方向に対し直交する方向の断面が略円形状となっており、かつ、光導波路部２の光軸方向が基板１における、光導波路部２の外周面と対面する少なくとも一つの外壁面に対し略平行となるように形成されている。また、光導波路部２は、その長手方向の各端部が、基板１の２つの各端面に、それぞれ開口していて、一方の開口から光が入射すると、他方の開口から光が出射できるようになっている。なお、上記の断面については、光の伝送効率の点から略円形状が好ましいが、略多角形でもよい。
【００２１】
上記透光性セラミックスとしては、焼成により形成され、かつ、光の直線透過率が２０％以上、より好ましくは５０％以上のものであれは、どのような屈折率のものでも、また、複屈折を有するものでもよいが、屈折率が１．９以上であるものであり、かつ、常誘電体（複屈折を示さないもの）が好ましい。
【００２２】
次に、本発明に係る光導波路の製造方法について、Ｂａ（Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ_３系の複合ペロブスカイト型結晶構造を主結晶相とする透光性セラミックスを用いた例に基づいて説明する。
【００２３】
まず、原料粉末として、高純度のＢａＣＯ_３、ＳｎＯ_２、ＺｒＯ_２、ＭｇＣＯ_３およびＴａ_２Ｏ_５の各粉末を準備した。続いて、上記各原料粉末を、Ｂａ〔（Ｓｎ_ｕＺｒ_１−ｕ）_ｘＭｇ_ｙＴａｚ〕_ｖＯ_ｗなる組成式において、ｕ＝０．６７、ｘ＝０．１６、ｙ＝０．２９、ｚ＝０．５５、ｖ＝１．０２、となる組成が得られるようにそれぞれ秤量し、一緒にボールミルで１６時間湿式混合して混合物を得た。なお、ｗについては、焼成後において、ほぼ３となっている。ｘ、ｙ、ｚについては、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１．００の関係を満たすものである。
【００２４】
この混合物を乾燥した後、１３００℃で３時間仮焼して仮焼物を得た。この仮焼物を水および有機バインダーと共に、ボールミルに入れ、１６時間湿式粉砕してスラリーを得た。有機バインダーとしては、結合剤としての機能を備え、かつ、焼結時に、焼結温度に達する前に、大気中で例えば５００℃程度で大気中の酸素と反応して炭酸ガスや水蒸気等にガス化して消失するものであればよく、例えばエチルセルロース等が挙げられる。
【００２５】
このスラリーを用い、例えばドクターブレード法によりシート成形し、厚さ１０μｍから３０μｍ程度のグリーンシート（焼成前生シート）を得る。このグリーンシートを、例えば３０ｍｍ×４０ｍｍの矩形形状に切断する。
【００２６】
その後、例えば図２に示すように、各グリーンシート４の表面に、ＴｉとしてのＴｉＯ2 を含むペースト部（ドーパント部）５を、略長方形状に、かつ、光導波路部２を形成するためのパターンで印刷や塗布によりそれぞれ形成する。このペースト部５の形成は、上記ペースト部５をグリーンシート４の厚みより薄く、例えば数μｍ程度の厚み（好ましくはグリーンシート４の厚みの１／５以下の厚み）となるようにスクリーン印刷し、乾燥することにより行われる。
【００２７】
上記パターンの具体例としては、断面略円形状の光導波路部２用には、隣り合う各グリーンシート４上にて、各ペースト部５が略長方形状で、かつ各ペースト部５の長手方向の中心線を揃えて、その上、各ペースト部５の幅が、基板１の表面側から順次、直径が大きくなり、続いて、小さくなるようにそれぞれ設定されている。このようなパターンを形成することにより、各ペースト部５のＴｉが焼成時に拡散して、得られた光導波路部２は、その断面が略円形状となる。
【００２８】
続いて、上記パターンがそれぞれ形成された各グリーンシート４および上記各グリーンシート４を厚さ方向の両側から挟むように上記パターン無しの各グリーンシート４を、厚さ方向に、かつ、光導波路部２が形成できるように、互いに体面する位置の各ペースト部５の中心を合わせて互いに積層し、圧着して各グリーンシート４を一体化させ、図３（ｂ）に示すように、各グリーンシート４が一体化された成形物６を得た。上記成形物６では、その中に層状の各ペースト部５が互いにほぼ平行に離間した状態にて、上記各ペースト部５の外縁部を結ぶ仮想面が略円形状となるように配置されていた。
【００２９】
その次に、この成形物６を、同組成粉末中に埋め込んだ。上記の同組成粉末は上記成形物６と同組成系に調整したものを焼成して得られた焼成物を粉砕したものであり、特に透光性を備えていなくともよい。上記同組成系としては、上記成形物６と各成分が同一であれば、それらの組成比が相違していてもよいが、略同一のものが好ましい。したがって、同組成粉末中に埋め込んだ成形物６は、上記成形物と同組成系に近接して配置され、焼成されることになる。
【００３０】
この成形物６を、焼成炉中において、上記同組成粉末と共に、まず、大気組成の雰囲気中にて、加熱して昇温させ成形物６に含まれる有機バインダーを加熱により消失させる脱バインダーが生じる温度領域まで昇温させ、脱バインダー後、昇温させながら上記大気中に酸素を注入して酸素濃度を大気中の酸素濃度から上昇、例えば９５％（容量％）に設定して、焼成炉中の焼成雰囲気を調整した。
【００３１】
その後、上記焼成雰囲気を維持して、例えば１６００℃の焼成温度まで焼成炉内を昇温し、その焼成雰囲気および焼成温度を維持しながら２０時間、上記成形物６を焼成して、上記成形物６から焼結体を得た。
【００３２】
このようにして、図１および図３（ｂ）に示すように、本実施の形態に係る、Ｂａ（Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ_３系の複合ペロブスカイト型結晶構造を主結晶相とする焼成体である透光性セラミックスからなる基板１に対し、例えば断面径が０．１ｍｍφ〜１ｍｍφ程度の光導波路部２を、各ペースト部５のＴｉＯ_２の拡散により備えた光導波路が得られた。なお、図３（ａ）に示すように、ペースト部５が一層でも、径は小さくなるが同様に光導波路部２を形成することができる。
【００３３】
このような光導波路では、図４に示すように、光導波路の光導波路部２は、拡散したドーパントであるＴｉによって基板１の屈折率に対し高くなっており、かつ、光導波路部２の中心から径方向外向きに順次屈折率が低下する屈折率分布型となっている。その上、上記光導波路部２は、その中心から外周面に向かって屈折率が低下することが、上記中心に対し点対称となるように屈折率が分布している。このことから、光導波路部２内に導入された光は、屈折率の高い方に湾曲して蛇行するので、上記光導波路部２から外には出ずに上記光導波路部２内を伝搬できるものとなっている。
【００３４】
このような光導波路は、屈折率が高いことから、光の遅延素子としても使用でき、また、高透過性および高屈折率から、小型化が可能となる。その上、光導波路部２が基板１内に内蔵されて、光導波路部２の側面全てが基板１の素材により密に覆われているため、従来のように光導波路部が露出していることによる、光導波路部の露出面の表面精度の劣化による光の散乱損失の発生を回避できる。よって、上記光導波路における光の伝送効率の改善が可能となる。
【００３５】
次に、光導波路部２が、例えば図５に示すように、光導波路部２内を進行する光の進行方向を変更するように、例えば折れ曲がりながら形成されている一変形例について説明する。
【００３６】
まず、このような光導波路部２を備えた光導波路の製造方法を、図６に基づいて説明する。各グリーンシート４上に、互いに隣接する各グリーンシート４間において各ペースト部５を互いに一部が対面し、かつ、グリーンシート４の表面方向および／または厚さ方向に沿って順次ずらして形成する。続いて、上記各グリーンシート４を前述と同様に積層し、焼成することにより、光導波路部２内を進行する光の進行方向を変更するように、例えば折れ曲がるように上記光導波路部２を形成することが可能となる。
【００３７】
これにより、光の進行方向を変更する場合、そのための各光導波路部２が一体的に形成されているので、上記各光導波路部２の位置合わせといった、従来手間取っていた調整を省くことができて、光の進行方向の変更を簡便化でき、かつ、そのような光導波路部２を備えた光導波路の製造を簡素化できる。また、上記光導波路の製造方法では、光導波路部２を基板１の側面に対し傾斜するように形成することも可能である。
【００３８】
このようにして得られた透光性セラミックスは、Ｘ線回折（ＸＲＤ）による分析の結果、Ｂａ（Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ_３系の結晶構造を有することが確認された。ここで、Ｂａは、複合ペロブスカイト型結晶構造のＡサイトに、また、ＭｇとＴａとがＢサイトに入ることは、それらのイオン半径および原子価から制約されるものである。
【００３９】
上記焼成温度および焼成時間については、用いる組成により設定されるが、上記組成では１５５０℃〜１６５０℃の範囲内で、焼成時間を１０時間以上焼成すればよい。上記条件にて焼成すれば、透光性の高い焼結体である透光性セラミックスが得られる。上記透光性セラミックスは、常誘電体の多結晶体であるため、複屈折を示さないものである。
【００４０】
上記光導波路における基板１について、直線透過率と屈折率をそれぞれ測定した。屈折率は、２．１であった。また、直線透過率は、図７に示すように、光の波長が３００ｎｍから９００ｎｍまでの範囲で４０％以上、３５０ｎｍから９００ｎｍまでの範囲で６０％以上、３８０ｎｍから９００ｎｍまでの範囲で７０％以上であった。
【００４１】
直線透過率は、島津製分光光度計（ＵＶ−２００Ｓ）を用いて測定波長λが１８０ｎｍ〜９００ｎｍの範囲で、また、屈折率はプリズムカプラー（Metricon社製、MODEL 2010）を用い、測定波長λが６３３ｎｍで測定した。
【００４２】
以下に、用いた透光性セラミックスからなる基板１において、直線透過率がほぼ理論値であることについて説明する。まず、直線透過率の測定時には、空気中から試料に対し垂直に光が入射する。このため、屈折率（ｎ）が２．１の場合、基板１の表面と背面とでの反射率の合計が２３％となる。よって、上記基板１の直線透過率の理論値（理論最大値）は７７％となる。
【００４３】
上記基板１では、その直線透過率が４００ｎｍ以上において、ほぼ７５％であり、理論値と同等の値を示した。このことは、上記基板１である透光性セラミックスの結晶内の欠陥がほとんど無いことを示しており、この透光性セラミックスが光学部品として利用可能であることを裏付けている。このような透光性セラミックスでは、表面にＡＲ（反射防止膜）コートを施すことで、ほぼ１００％の直線透過率を有するものにできる。
【００４４】
次に、前記の焼成雰囲気の酸素濃度の直線透過率に対する影響を調べた。まず、焼成雰囲気の酸素濃度を、種々代えて各透光性セラミックスをそれぞれ調製した。続いて、各透光性セラミックスの直線透過率を調べ、その結果を図８に示した。この結果では、酸素濃度と直線透過率との関係は正の相関を示し、焼成雰囲気の酸素濃度としては、４５％以上（直線透過率２０％以上が得られる範囲）が好ましく、７５％以上（直線透過率６０％以上が得られる範囲）がより好ましく、さらに９０％以上がより好ましいことが分かった。
【００４５】
また、上記では、基板１の透光性セラミックスとして、Ｂａ（Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ_３系を用いた例を挙げたが、他の透光性セラミックスでもよく、例えば、Ｂａ（Ｚｎ，Ｔａ）Ｏ_３系の透光性セラミックスを用いることもできる。この透光性セラミックスの製造方法に基づいて説明すると以下の通りである。まず、原料として、高純度のＢａＣＯ_３、ＺｒＯ_２、ＺｎＯおよびＴａ_２Ｏ_５を準備した。
【００４６】
続いて、これらの各原料を、Ｂａ（Ｚｒ_ｘＺｎ_ｙＴａ_ｚ）_ａＯ_ｗなる組成式において、ｘ＝０．０３、ｙ＝０．３２、ｚ＝０．６５、ａ＝１．０２、となる組成が得られるようにそれぞれ秤量し、それらを一緒にボールミルで１６時間湿式混合して混合物を得た。なお、ｗについては、焼成後において、ほぼ３となっている。
【００４７】
この混合物を乾燥した後、１２００℃で３時間仮焼して仮焼物を得た。この仮焼物を水および有機バインダーと共に、ボールミルに入れ、１６時間湿式粉砕してスラリーを得た。このスラリーを用いて、焼成温度を１５００℃、焼成時間を１０時間に代えた以外は、前述のＢａ（Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ_３系と同様にして光導波路を調製した。
【００４８】
上記焼成温度および焼成時間については、用いる組成により設定されるが、上記組成では１５００℃〜１６００℃の範囲内で、かつ、焼成時間を５時間以上であればよい。上記条件にて焼成すれば、透光性の高い焼結体が得られる。
【００４９】
この透光性セラミックスについて同様に直線透過率と屈折率をそれぞれ測定した。上記透光性セラミックスの屈折率は２．１であった。また、直線透過率の結果を図７に合わせて示した。上記結果では、直線透過率は４００ｎｍから９００ｎｍにおいて５０％以上であった。以上のように、上記では、Ｂａ（Ｚｎ，Ｔａ）Ｏ_３系の透光性セラミックスの例を示しており、前記のＢａ（Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ_３系とは相違する複合ペロブスカイト型結晶相を主結晶相とする材料系においても、高い直線透過率および高屈折率のものが得られていることが分かる。
【００５０】
次に、鉄族金属（Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ）を有するＢａ（Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ_３系の複合ペロブスカイト型結晶構造を主結晶相とする透光性セラミックスを基板１として用いた例を説明する。
【００５１】
まず、原料として、高純度のＢａＣＯ_３、ＳｎＯ_２、ＺｒＯ_２、ＭｇＣＯ_３、ＮｉＯおよびＴａ_２Ｏ_５を準備した。続いて、ＮｉＯを除く上記各原料を、Ｂａ〔（Ｓｎ_ｕＺｒ_１−ｕ）_ｘＭｇ_ｙＴａ_ｚ〕_ｖＯ_ｗなる組成式において、ｕ＝１、ｘ＝０．１５、ｙ＝０．２９、ｚ＝０．５６、ｖ＝１．０２、となる組成が得られるようにそれぞれ秤量し、一緒にボールミルで１６時間湿式混合して混合物を得た。なお、ｗについては、焼成後において、ほぼ３となっている。
【００５２】
この混合物を乾燥した後、１３００℃で３時間仮焼して仮焼物を得た。この仮焼物に対し、ＮｉＯをＮｉとして１．０モル％となるように添加し、この添加仮焼物を水および有機バインダーと共に、ボールミルに入れ、１６時間湿式粉砕してスラリーを得た。このスラリーを用いて、前述のＢａ（Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ_３系と同様にして光導波路を調製した。
【００５３】
この光導波路の透光性セラミックスについて、直線透過率と屈折率をそれぞれ測定した。また、第一比較例として、ＮｉＯをＮｉとして１．５モル％となるように添加した以外は、同様に調製した第一比較試料も製造した。
【００５４】
上記光導波路の屈折率は２．１であり、その直線透過率の波長依存性を図９に示した。上記透光性セラミックスでは、図９から明らかなように、ＮｉＯが微量添加されていることにより、λ＝４００ｎｍ、３００ｎｍに急峻な透過ピークが現れることが分かる。この波長帯は、短波長レーザーとして記載されている青紫色レーザー等の波長帯と一致しており、よって、上記透光性セラミックスを用いた光導波路は、これらレーザー用の帯域透過フィルタとして利用できる。
【００５５】
また、第一比較試料の直線透過率の波長依存性も図９に合わせて示した。図９から明らかなように、ＮｉＯを１．５モル％添加したことにより、第一比較試料では、直線透過率が極めて低くなることが分かる。このことから、ＮｉＯの添加量としては、１．２モル％以下が好ましく、１．０モル％以下がより好ましいことが分かる。なお、上記では、添加物としてＮｉを用いた例を挙げたが、必要に応じて他の鉄族金属、例えばＦｅやＣｏを用いることもできる。
【００５６】
さらに、他のＢａ（Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ_３系の複合ペロブスカイト型結晶構造を主結晶相とする透光性セラミックスを用いた光導波路について説明すると以下の通りである。
【００５７】
まず、原料として、高純度のＢａＣＯ_３、ＭｇＣＯ_３およびＴａ_２Ｏ_５を準備した。続いて、上記各原料を、Ｂａ（Ｍｇ_ｙＴａ_ｚ）_ｖＯ_ｗなる組成式において、ｙ＝０．３３、ｚ＝０．６７、ｖ＝１．０３となる組成が得られるようにそれぞれ秤量した。
【００５８】
続いて、前記のＢａ（Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ_３系を用いた光導波路と同様にして光導波路を作製した。その透光性セラミックスの直線透過率を測定し、その結果を図７に合わせて示した。その結果から、直線透過率は２０％程度であり、前述の透光性セラミックスより若干直線透過率が低くなっているが、反射防止コートを施すことにより、光学部品の素材として用いることが可能なものである。
【００５９】
なお、上記の各例では、特定の組成比を有する各透光性セラミックスの例を挙げたが、本発明の光導波路に用いる透光性セラミックスは、これらに限定されるものではない。また、上記各例では、屈折率を高めるドーパントがＴｉの場合を示したが、その他のチタン族、バナジウム族、鉄族、白金族、希土類から選ばれる少なくとも一種の元素をドーパントとして用いても同様の効果が得られる。
【００６０】
さらに、上記の各例では、成形物６を上記成形物６と同組成系に近接して配置させるために、上記成形物６を同組成粉末中に埋め込んだ例を挙げたが、上記に特に限定されるものではなく、例えば、上記成形物６と同組成系の焼結体の板やサヤを用いてもよい。上記の板を用いる場合には、板の上に成形物６を載置して焼成すればよく、また、上記のサヤを用いる場合には、そのサヤの中に成形物６を載置して焼成すればよい。
【００６１】
また、上記では、Ｂａ（Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ_３系等の透光性セラミックスを用いた例を挙げたが、さらに他の透光性セラミックス、例えば市販の光学用ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット、Ｙ_３Ａ_１５Ｏ_１２）の多結晶体を同様に成形して用いることができる。これは、図７に示した上記ＹＡＧの直線透過率から明らかであることが分かる。
【００６２】
なお、本発明の製造方法では、光導波路の成形物６を個々に製造した例を挙げたが、図１０に示すように、前記のグリーンシート４より大面積な、大型グリーンシートに複数のペースト部５を形成し、上記大型グリーンシートを複数、各ペースト部５から光導波路部２をそれぞれ形成するように互いに積層し厚さ方向に圧着して積層ブロック１１を作製し、それを各切断線１６、１７に沿って積層方向に切断して個々の成形物６に分割することにより、上記各成形物６を一括して形成してもよい。
【００６３】
【発明の効果】
本発明の光導波路は、以上のように、透光性セラミックスからなる基板と、基板の屈折率より高い屈折率を有する光導波路部とを備え、上記光導波路部の光の進行方向に対する側面が基板により覆われており、上記光導波路部は、該光導波路部内を進行する光の進行方向を変更するように形成され、上記透光性セラミックスは、ＡサイトにＢａ、Ｓｒ、Ｃａの中から１種以上を含み、ＢサイトにＺｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｚｎ、Ｎｂ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ａｌ、希土類の中から１種以上を含む一般式ＡＢＯ_３で表されるペロブスカイト型結晶構造を備え、屈折率が１．９以上、かつ常誘電体であり、上記光導波路部は、前記基板に対し屈折率を高くするためのドーパントとして、チタン族、バナジウム族、鉄族、白金族、希土類から選ばれる少なくとも１種の元素を有する構成である。
【００６４】
それゆえ、上記構成は、基板が上記透光性セラミックスからなり、光導波路部が上記の構成であることによって、基板内に光導波路部を、光導波路部の側面の露出を回避しながら容易に形成できるものであり、光導波路内において光の複屈折が起こるのを防止するので、例えば三次元形状等の複雑な光導波路内においても、光の伝送効率を向上させることができる。また、その製造を簡便化できる上に、基板に透光性をより確実に付与できて、製造を安定化できるという効果を奏する。
【００６５】
本発明の光導波路の製造方法は、以上のように、透光性セラミックスの原料粉末からシート状の焼成前生シートを作製し、上記焼成前生シートの表面に、屈折率を変化させるためのドーパントを含むドーパント部を形成し、ドーパント部が形成された焼成前生シートを複数互いに積層し、互いに積層された各焼成前生シートを焼成して一体化することにより、上記ドーパントが拡散した光導波路部を、各焼成前生シートからなる透光性の基板に形成する方法である。
【００６６】
それゆえ、上記方法では、光導波路を焼成前生シートを積層して焼成することにより一体化できるので、光導波路部を内部に形成した、光の伝送効率を向上できる光導波路を安定に、かつ、簡便に得ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光導波路の基本構成を示す斜視図である。
【図２】上記光導波路の製造方法に係る分解斜視図である。
【図３】上記光導波路の光導波路部が焼成により形成される様子を示す説明図であって、（ａ）はペースト部が一層のもの、（ｂ）はペースト部が多層のものを示す。
【図４】上記光導波路における光導波路部の屈折率分布の説明図であって、（ａ）は上記光導波路の正面図、（ｂ）は上記光導波路部における、基板の厚さ方向の屈折率分布を示すグラフ、（ｃ）は上記光導波路部における、基板の幅方向の屈折率分布を示すグラフである。
【図５】上記光導波路の一変形例を示す斜視図である。
【図６】上記一変形例の製造方法を示す分解斜視図である。
【図７】本発明の光導波路に用いた各透光性セラミックスに関する、各波長での直線透過率をそれぞれ示すグラフである。
【図８】上記光導波路に用いた透光性セラミックスにおける焼成雰囲気の酸素濃度と、直線透過率との関係を示すグラフである。
【図９】上記透光性セラミックスにおいて、ニッケルを添加したときにおける、直線透過率への波長依存性を示すグラフである。
【図１０】上記製造方法における一工程の他の例を示す積層ブロックの斜視図である。
【図１１】従来の光導波路の説明図であって、（ａ）は基板上に金属層を形成した状態を示し、（ｂ）は上記金属層の熱拡散により埋め込み型の光導波路部を形成した状態を示す。
【図１２】従来の他の光導波路の説明図であって、（ａ）は二酸化シリコン薄膜と、酸化チタン薄膜とを基板上に積層した状態を示し、（ｂ）は二酸化シリコン薄膜と、酸化チタン薄膜とを熱拡散により一体化させた光導波路部を基板上に形成した状態を示す。
【図１３】従来のさらに他の光導波路の正面図である。
【符号の説明】
１基板
２光導波路部

Claims

透光性セラミックスからなる基板と、
該基板の屈折率より高い屈折率を有する光導波路部とを備え、
該光導波路部の光の進行方向に対する側面が前記基板により覆われており、該光導波路部は、該光導波路部内を進行する光の進行方向を変更するように形成された光導波路であって、
該透光性セラミックスは、Ｂａ（Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ _３系またはＢａ（Ｚｎ，Ｔａ）Ｏ _３系のペロブスカイト型結晶構造を備え、屈折率が１．９以上、かつ常誘電体であり、
該光導波路部は、前記基板に対し屈折率を高くするためのドーパントとして、チタン族、バナジウム族、鉄族、白金族、希土類から選ばれる少なくとも１種の元素を有していることを特徴とする光導波路。
透光性セラミックスの原料粉末からシート状の焼成前生シートを作製し、
上記焼成前生シートの表面に、屈折率を高くするためのドーパントを含むドーパント部を形成し、
ドーパント部が形成された焼成前生シートを複数互いに積層し、
互いに積層された各焼成前生シートを焼成して一体化することにより、上記ドーパントが拡散した光導波路部を、各焼成前生シートからなる透光性の基板内に形成することを特徴とする光導波路の製造方法。
互いに隣接する各焼成前生シート間においてドーパント部の形成面積を段階的に変化させて光導波路部を形成することを特徴とする請求項２記載の光導波路の製造方法。
互いに隣接する各焼成前生シート間において各ドーパント部を互いに一部が対面し、かつ、焼成前生シートの表面方向に沿ってずらして形成して、光導波路部を光導波路部内の光の進行方向が変化するように形成することを特徴とする請求項２または３記載の光導波路の製造方法。