JP4947212B2 - Manufacturing method of optical waveguide - Google Patents

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Description

本発明は光導波路の製造方法、及び光学部品に関し、より詳しくはフェムト秒レーザに代表される超短パルスレーザを使用した光導波路の製造方法、及び該製造方法を使用して製造された光導波路を有する光学部品に関する。   The present invention relates to an optical waveguide manufacturing method and an optical component, and more particularly, an optical waveguide manufacturing method using an ultrashort pulse laser typified by a femtosecond laser, and an optical waveguide manufactured using the manufacturing method. It is related with the optical component which has.

光導波路は、近年、光通信の担い手として盛んに研究開発が行われている。その中でもLiNbO(以下、「LN」という。)やLiTaO(以下、「LT」という。)等の一軸結晶からなる強誘電体材料を使用した光導波路は、電界の印加によって屈折率が変化するポッケルス効果(電気光学効果)を発現することから、位相変調器や光スイッチ、アイソレータ、その他各種のオプトエレクトロニクス分野への応用が期待されている。In recent years, optical waveguides have been actively researched and developed as a leader of optical communications. Among them, an optical waveguide using a ferroelectric material made of a uniaxial crystal such as LiNbO 3 (hereinafter referred to as “LN”) or LiTaO 3 (hereinafter referred to as “LT”) has a refractive index changed by application of an electric field. Since the Pockels effect (electro-optic effect) is exerted, it is expected to be applied to a phase modulator, an optical switch, an isolator, and other various optoelectronic fields.

この種の光導波路の作製方法としては、従来より、Ti拡散法が知られている。このTi拡散法は、スパッタリング法や電子ビーム蒸着法等の薄膜形成法を使用して強誘電体基板上にTi薄膜を成膜し、約1000℃の温度で熱処理を行ってTi薄膜を熱拡散させ、前記強誘電体基板上に高屈折率のTi拡散層を形成し、これにより光導波路を作製している。LNやLT等の一軸結晶では、光が入射すると複屈折して常光線と異常光線とに分かれるが、上記Ti拡散法で作製された光導波路は、常光線及び異常光線共、屈折率を同程度に増加させることができ、これにより光を閉じ込めることができる。   Conventionally, a Ti diffusion method is known as a method for manufacturing this type of optical waveguide. In this Ti diffusion method, a Ti thin film is formed on a ferroelectric substrate by using a thin film forming method such as a sputtering method or an electron beam evaporation method, and heat treatment is performed at a temperature of about 1000 ° C. to thermally diffuse the Ti thin film. Then, a Ti diffusion layer having a high refractive index is formed on the ferroelectric substrate, thereby producing an optical waveguide. In uniaxial crystals such as LN and LT, birefringence occurs when light is incident, and it is divided into ordinary rays and extraordinary rays. However, the optical waveguide produced by the Ti diffusion method has the same refractive index for both ordinary and extraordinary rays. Can be increased to a degree, thereby confining light.

しかしながら、このTi拡散法では、上述した薄膜形成工程や熱拡散工程の他、フォトリソグラフィ技術等を利用して強誘電体基板上に導波路をパターニングしなければならず、このため製造工程が複雑であり、長時間を要し、製造コストも高くなるという欠点があった。   However, in this Ti diffusion method, the waveguide must be patterned on the ferroelectric substrate using a photolithography technique or the like in addition to the thin film formation process and the thermal diffusion process described above, which complicates the manufacturing process. However, it has a drawback that it takes a long time and the manufacturing cost is increased.

そこで、最近では、上述のような複雑な製造工程が不要で、短時間での製造が可能なレーザ技術、特に超短パルスレーザを使用した作製方法が注目されている。   Therefore, recently, a laser technology that can be manufactured in a short time without the complicated manufacturing process as described above, particularly a manufacturing method using an ultrashort pulse laser has been attracting attention.

例えば、非特許文献1には、フェムト秒レーザを使用し、フェムト秒レーザから出射されるレーザ光をLNからなる基板(以下、「LN基板」という。)の内部に集光させて光導波路を作製することが試みられている。   For example, in Non-Patent Document 1, a femtosecond laser is used, and laser light emitted from the femtosecond laser is condensed inside a substrate made of LN (hereinafter referred to as an “LN substrate”) to provide an optical waveguide. Attempts have been made to produce.

このフェムト秒レーザは、フェムト秒(10-15s)レベルのパルス時間幅(以下、「パルス幅」という。)を有する超短パルスのレーザ光を所定の繰り返し周波数で出力することができる。This femtosecond laser can output an ultrashort pulse laser beam having a pulse time width (hereinafter referred to as “pulse width”) of a femtosecond (10 −15 s) level at a predetermined repetition rate.

上記非特許文献1では、レーザ発振器としてTi:サファイア結晶を使用し、パルスエネルギーを0.2μJ、繰り返し周波数を1kHzとし、また、倍率が40倍、開口数が0.65の対物レンズを使用してLN基板の表面から50〜150μmの深さを集光位置とし、パルス幅が220fs(フェムト秒)、及び1.1ps(ピコ秒)のレーザ光をLN基板に照射している。   In Non-Patent Document 1, a Ti: sapphire crystal is used as the laser oscillator, a pulse energy is 0.2 μJ, a repetition frequency is 1 kHz, and an objective lens having a magnification of 40 times and a numerical aperture of 0.65 is used. The LN substrate is irradiated with laser light having a depth of 50 to 150 μm from the surface of the LN substrate and a pulse width of 220 fs (femtosecond) and 1.1 ps (picosecond).

この非特許文献1によれば、レーザ光の集光位置では、レーザ光からの熱によるダメージを受ける。このため前記集光位置には導波路は形成されないが、集光位置の周囲で歪みが生じ、この歪みにより異常光線の屈折率(以下、「異常光屈折率」という。)neを増加させている。つまり、ダメージを受けた部分を囲むような形態で光導波路が形成されている。   According to this non-patent document 1, at the condensing position of the laser beam, it is damaged by heat from the laser beam. For this reason, a waveguide is not formed at the condensing position, but a distortion occurs around the condensing position, and this distortion increases the refractive index of the extraordinary ray (hereinafter referred to as “abnormal light refractive index”) ne. Yes. That is, the optical waveguide is formed so as to surround the damaged part.

また、この非特許文献1では、上述の如く異常光屈折率neは増加するが、常光線の屈折率(以下、「常光屈折率」という。)noは変化しなかったことが報告されている。すなわち、異常光屈折率neが増加することから、磁気ベクトルの振動方向が入射面に垂直なTM(Transverse Magnetic)光(p偏光)の光導波路は得ることができるが、電気ベクトルの振動方向が入射面に垂直なTE(Transverse Electric)光(s偏光)の光導波路は得ることができなかったことが報告されている。   Further, in this Non-Patent Document 1, it is reported that the extraordinary refractive index ne increases as described above, but the refractive index of ordinary light (hereinafter referred to as “ordinary refractive index”) no has not changed. . That is, since the extraordinary refractive index ne increases, an optical waveguide of TM (Transverse Magnetic) light (p-polarized light) whose magnetic vector oscillation direction is perpendicular to the incident surface can be obtained. It has been reported that an optical waveguide of TE (Transverse Electric) light (s-polarized light) perpendicular to the incident surface could not be obtained.

その他の先行技術として、非特許文献2には、超短パルスファイバーレーザ(ファイバー・チャープパルス増幅レーザ)を使用し、繰り返し周波数を100〜1500kHzに設定してレーザ光をLN基板内部に集光させ、光導波路を作製することが試みられている。   As other prior art, Non-Patent Document 2 uses an ultra-short pulse fiber laser (fiber chirp pulse amplification laser), sets the repetition frequency to 100-1500 kHz, and focuses the laser light inside the LN substrate. Attempts have been made to fabricate optical waveguides.

この非特許文献2によれば、パルスエネルギーが約270nJ、パルス幅が約600fsの条件で、上記繰り返し周波数でもってレーザ光をLN基板に照射している。そして、繰り返し周波数が100kHzの場合は、集光位置がダメージを受け、応力による歪みが生じるが、繰り返し周波数が大きくなると歪みは徐々に減少し、700kHzの繰り返し周波数では歪みは大幅に低減し、さらに繰り返し周波数が1000kHz以上になると、歪みは殆ど生じなくなることが報告されている。   According to Non-Patent Document 2, the laser beam is irradiated onto the LN substrate at the repetition frequency under the conditions of pulse energy of about 270 nJ and pulse width of about 600 fs. When the repetition frequency is 100 kHz, the condensing position is damaged and distortion due to stress occurs, but when the repetition frequency increases, the distortion gradually decreases, and at the repetition frequency of 700 kHz, the distortion is greatly reduced. It has been reported that distortion hardly occurs when the repetition frequency is 1000 kHz or more.

また、700kHzの繰り返し周波数で導波確認を行ったところ、常光屈折率noが増加し、TE光の光導波が観察されている。これは、繰り返し周波数が700kHz程度に大きくなると、超短パルスの発生間隔が短くなり、その結果レーザ光の熱緩和時間が短くなって熱が蓄積され、これにより常光屈折率noが増加したものと思われる。   Further, when waveguide confirmation is performed at a repetition frequency of 700 kHz, the ordinary light refractive index no increases and TE light waveguide is observed. This is because when the repetition frequency is increased to about 700 kHz, the generation interval of the ultrashort pulse is shortened, and as a result, the thermal relaxation time of the laser light is shortened and heat is accumulated, thereby increasing the ordinary light refractive index no. Seem.

また、非特許文献2では、TM光の光導波も観察されたが、該TM光はTE光とは異なる光導波路(例えば、LN基板内に光導波路が上下方向に3個列設されて形成された場合、上段及び下段がTE光導波路、中段がTM光導波路)が観察され、しかも、このTM光は伝播損失が非常に大きいことが指摘されている。   In Non-Patent Document 2, TM light waveguide was also observed, but this TM light is formed by optical waveguides different from TE light (for example, three optical waveguides arranged in the vertical direction in an LN substrate). In this case, the upper stage and the lower stage are TE optical waveguides and the middle stage is TM optical waveguides), and it is pointed out that TM light has a very large propagation loss.

J.Burghoff, S. Noltz, A.Tunnermann 著、「Origins of waveguiding in femtosecond laser-structured LiNbO3」、 Appl. Phys. A89, p.127-132 、2007年J. Burghoff, S. Noltz, A. Tunnermann, "Origins of waveguiding in femtosecond laser-structured LiNbO3", Appl. Phys. A89, p.127-132, 2007 A.H.Nejadmalayeri, P.Herman 著、「Rapid thermal annealing in high repetition rate ultrafast laser waveguide writing in lithium niobate」、Optics Express、 15、p. 10842-10854、2007年A.H.Nejadmalayeri, P. Herman, `` Rapid thermal annealing in high repetition rate ultrafast laser waveguide writing in lithium niobate '', Optics Express, 15, p. 10842-10854, 2007

上述したように非特許文献1では、超短パルスレーザをLN基板に照射しても異常光屈折率neは増加するが、常光屈折率noは変化せず、したがって、TM光は導波してもTE光は導波せず、偏光依存性を有するという問題があった。   As described above, in Non-Patent Document 1, the extraordinary refractive index ne increases even when the LN substrate is irradiated with an ultrashort pulse laser, but the ordinary refractive index no does not change, and therefore TM light is guided. However, there is a problem that TE light is not guided and has polarization dependency.

また、上記非特許文献2は、TE光及びTM光が導波することは一応確認できたものの、TE光及びTM光の双方を同一の光導波路で導波させることはできていない。すなわち、同一の光導波路では、TE光及びTM光のいずれか一方の光しか導波させることができず、非特許文献1と同様、偏光依存性を有するという問題があった。しかも、非特許文献2では、TM光の伝播損失が非常に大きいという問題もあった。   In Non-Patent Document 2, although it has been confirmed that TE light and TM light are guided, it is not possible to guide both TE light and TM light through the same optical waveguide. That is, in the same optical waveguide, only one of TE light and TM light can be guided, and similarly to Non-Patent Document 1, there is a problem that it has polarization dependency. Moreover, Non-Patent Document 2 also has a problem that the propagation loss of TM light is very large.

本発明はこのような事情に鑑みなされたものであって、超短パルスのレーザ光を使用した場合であっても、断面形状が良好で偏光依存性のない光導波路を容易に製造することができる光導波路の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and even when an ultrashort pulse laser beam is used, an optical waveguide having a good cross-sectional shape and having no polarization dependency can be easily manufactured. and to provide a manufacturing how the optical waveguide can be.

上記非特許文献1では、超短パルスのレーザ光を照射することにより、集光位置の周囲に歪みが生じ、これにより異常光屈折率neが増加している。すなわち、一軸結晶の強誘電体基板内部での歪みの形成は、異常光屈折率neの増加を生じさせると考えられる。   In the said nonpatent literature 1, distortion arises around the condensing position by irradiating the laser beam of an ultrashort pulse, and, thereby, the extraordinary-light refractive index ne is increasing. That is, it is considered that the formation of strain inside the uniaxial crystal ferroelectric substrate causes an increase in the extraordinary refractive index ne.

一方、上記非特許文献2では、繰り返し周波数を大きくして超短パルスの発生間隔を短くすることにより、レーザ光の熱緩和時間が短くなって熱が蓄積され、これにより常光屈折率noが増加している。すなわち、熱の蓄積は常光屈折率noの増加を生じさせると考えられる。   On the other hand, in Non-Patent Document 2, by increasing the repetition frequency and shortening the generation interval of ultrashort pulses, the thermal relaxation time of the laser light is shortened and heat is accumulated, thereby increasing the ordinary light refractive index no. is doing. That is, the accumulation of heat is considered to cause an increase in the ordinary refractive index no.

本発明者らはこのような点に着目し、LNよりも融点の高いLTを基板に使用し、歪みを残存させつつ、熱が蓄積するような100〜250kHzの繰り返し周波数で、パルス時間幅が100fs以下のレーザ光をLT基板に照射して鋭意研究を行ったところ、LT基板の表面から20〜50μmの深さを集光位置として、1.5μJ以上のパルスエネルギーで超短パルスのレーザ光を照射することにより、光導波路の断面形状が良好で、しかも同一導波路内でTE光及びTM光の双方が導波可能な光導波路を得ることができるという知見を得た。 The present inventors pay attention to such points and use LT having a melting point higher than that of LN for the substrate, and the pulse time width is 100 to 250 kHz so that heat is accumulated while remaining strain. After intensive research by irradiating the LT substrate with a laser beam of 100 fs or less, an ultrashort laser with a pulse energy of 1.5 μJ or more with a depth of 20 to 50 μm from the surface of the LT substrate as a condensing position. It was found that by irradiating light, an optical waveguide having a good cross-sectional shape of the optical waveguide and capable of guiding both TE light and TM light in the same waveguide can be obtained.

本発明はこのような知見に基づきなされたものであって本発明に係る光導波路の製造方法は、LT基板に対し基板に対し該基板の表面から20μm〜50μmの深さを集光位置とし、100fs以下の超短パルスのパルス時間幅を有しかつ100〜250kHzの繰り返し周波数で出射するレーザ光を1.5μJ以上のパルスエネギーで前記基板に照射すると共に、前記レーザ光で前記基板を走査し、前記基板よりも屈折率が高くかつTE光及びTM光の双方が導波する光伝播部を前記集光位置に形成することを特徴としている。 The present invention has been made on the basis of such knowledge, and the method of manufacturing an optical waveguide according to the present invention has a depth of 20 μm to 50 μm from the surface of the substrate with respect to the LT substrate. And irradiating the substrate with a laser energy having a pulse time width of 100 fs or less and a repetition frequency of 100 to 250 kHz to the substrate with a pulse energy of 1.5 μJ or more, and irradiating the substrate with the laser light. A light propagation portion that scans and has a refractive index higher than that of the substrate and guides both TE light and TM light is formed at the light collecting position.

尚、本発明で、「超短パルス」とは、フェムト秒レベルのパルス幅を有するパルスをいう。   In the present invention, “ultrashort pulse” refers to a pulse having a femtosecond level pulse width.

さらに、本発明の光導波路の製造方法は、前記レーザ光の出射源が、フェムト秒レーザであることを特徴としている。   Furthermore, the optical waveguide manufacturing method of the present invention is characterized in that the laser beam emission source is a femtosecond laser.

本発明の光導波路の製造方法によれば、LT基板の表面から20μm〜50μmの深さを集光位置とし、100fs以下の超短パルスのパルス時間幅を有しかつ100〜250kHzの繰り返し周波数で出射するレーザ光を1.5μJ以上のパルスエネギーで前記基板に照射すると共に、前記レーザ光で前記基板を走査し、前記基板よりも屈折率が高くかつTE光及びTM光の双方が導波する光伝播部を前記集光位置に形成するので、断面形状が良好で偏光依存性のない光導波路を製造することができる。したがって、偏光面を回転させたりスイッチングさせることのできる各種光学部品に適した光導波路を容易に得ることができる。しかも、前記集光位置が少なくとも20μm以上であるので、集光位置はLT基板の表面から適度な深さを有しており、レーザ照射しても基板表面がアブレーションを起こすこともない。 According to the method for manufacturing an optical waveguide of the present invention, the depth of 20 μm to 50 μm from the surface of the LT substrate is the condensing position, the pulse time width is 100 fs or less, and the repetition frequency is 100 to 250 kHz . The substrate is irradiated with a laser beam emitted in number with a pulse energy of 1.5 μJ or more, and the substrate is scanned with the laser beam. The refractive index is higher than that of the substrate, and both TE light and TM light are guided. Since the wave propagation part is formed at the condensing position, an optical waveguide having a good cross-sectional shape and no polarization dependency can be manufactured. Therefore, it is possible to easily obtain an optical waveguide suitable for various optical components capable of rotating and switching the polarization plane. Moreover, since the condensing position is at least 20 μm or more, the condensing position has an appropriate depth from the surface of the LT substrate, and the substrate surface does not ablate even when irradiated with a laser.

さらに、前記レーザ光の出射源が、フェムト秒レーザであるので、レーザ光の射出条件を容易に調整することができ、Ti拡散法のような複雑な製造工程を要することなく、短時間でかつ安価な製造コストでもって偏光依存性のない所望の光導波路を得ることができる。   Furthermore, since the laser beam emission source is a femtosecond laser, the laser beam emission conditions can be easily adjusted, and without requiring a complicated manufacturing process such as the Ti diffusion method, A desired optical waveguide having no polarization dependency can be obtained at a low manufacturing cost.

上述の製造方法を使用して光導波路を製造することにより、位相変調器、光スイッチ、アイソレータ等、所望の各種光学部品を安価かつ簡便に得ることが可能となる。 By manufacturing an optical waveguide using the above-described manufacturing method, various desired optical components such as a phase modulator, an optical switch, and an isolator can be obtained inexpensively and easily.

本発明に係る光導波路の製造方法を使用して製造された光学部品の一実施の形態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows one Embodiment of the optical component manufactured using the manufacturing method of the optical waveguide which concerns on this invention. 図1の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of FIG. 本発明に係る光導波路の製造方法に使用される光導波路製造装置を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the optical waveguide manufacturing apparatus used for the manufacturing method of the optical waveguide which concerns on this invention. フェムト秒レーザから出力されるパルス波形の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the pulse waveform output from a femtosecond laser. フェムト秒レーザから出力されるパルス波形の他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of the pulse waveform output from a femtosecond laser. 実施例試料の断面形状の評価基準となる光導波路の断面形状を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the cross-sectional shape of the optical waveguide used as the evaluation reference | standard of the cross-sectional shape of an Example sample. 実施例試料の偏光無依存性の確認に使用した装置を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the apparatus used for confirmation of the polarization independence of an Example sample. 半波長板を第1の位置に設定して導波確認した場合の試料番号11のCCD画像である。It is a CCD image of the sample number 11 when a half-wave plate is set to a 1st position and waveguide confirmation is carried out. 半波長板を第2の位置に設定して導波確認した場合の試料番号11のCCD画像である。It is a CCD image of the sample number 11 when a half-wave plate is set to a 2nd position and waveguide confirmation is carried out. 半波長板を第1の位置に設定して導波確認した場合の試料番号5のCCD画像である。It is a CCD image of sample number 5 when the half-wave plate is set to the first position and the waveguide is confirmed. 半波長板を第2の位置に設定して導波確認した場合の試料番号5のCCD画像である。It is a CCD image of sample number 5 when the half-wave plate is set at the second position and the waveguide is confirmed.

符号の説明Explanation of symbols

2 LT基板
3 光導波路
4 フェムト秒レーザ
5 レーザ光
2 LT substrate 3 Optical waveguide 4 Femtosecond laser 5 Laser light

次に、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳説する。   Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は本発明に係る光導波路の製造方法を使用して製造された光学部品の一実施の形態を示す斜視図であり、図2はその縦断面図である。   FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of an optical component manufactured by using the method for manufacturing an optical waveguide according to the present invention, and FIG. 2 is a longitudinal sectional view thereof.

すなわち、この光学部品1は、LT結晶からなる基板(LT基板)2の内部に、常光屈折率no及び異常光屈折率neの双方が該LT基板2よりも高い光導波路3が形成されている。   That is, in the optical component 1, the optical waveguide 3 having both the ordinary light refractive index no and the extraordinary light refractive index ne higher than those of the LT substrate 2 is formed inside the substrate (LT substrate) 2 made of LT crystal. .

この光導波路3は、具体的には、LT基板2の主面(表面)2aからの深さdをレーザ光の集光位置とした場合、該深さdが50μm以内の位置となるように、前記LT基板2の主面2aと平行に形成され、断面形状が円形形状乃至楕円形状とされてTM光及びTE光が高効率に伝播可能とされている。   Specifically, when the depth d from the main surface (front surface) 2a of the LT substrate 2 is set as a laser beam condensing position, the optical waveguide 3 is set to a position within 50 μm. The LT substrate 2 is formed in parallel with the main surface 2a, and the cross-sectional shape is circular or elliptical so that TM light and TE light can propagate with high efficiency.

図3は、上記光導波路3の製造に使用される光導波路製造装置の一実施の形態を模式的に示した概略図である。   FIG. 3 is a schematic view schematically showing an embodiment of an optical waveguide manufacturing apparatus used for manufacturing the optical waveguide 3.

すなわち、この光導波路製造装置は、超短パルスレーザとしてのフェムト秒レーザ4と、該フェムトレーザ4からのレーザ光5をLT基板2の集光位置Fに集光させる対物レンズ6とを備えている。   That is, the optical waveguide manufacturing apparatus includes a femtosecond laser 4 as an ultrashort pulse laser, and an objective lens 6 that condenses the laser light 5 from the femto laser 4 at a condensing position F of the LT substrate 2. Yes.

フェムト秒レーザ4は、具体的には、Ti:サファイア結晶等のレーザ媒質を有する超短パルス発振器7と、該超短パルス発振器7で得られたレーザ光のパルス幅を一旦伸張するパルス伸張器8と、パルス伸張器8で伸張されたパルスを増幅するパルス増幅器9と、該パルス増幅器9を励起させる励起レーザ10と、パルス増幅器9で増幅されたパルスを前記超短パルスに圧縮するパルス圧縮器11とを主要部として備えている。   Specifically, the femtosecond laser 4 includes an ultrashort pulse oscillator 7 having a laser medium such as a Ti: sapphire crystal, and a pulse expander that temporarily extends the pulse width of the laser light obtained by the ultrashort pulse oscillator 7. 8, a pulse amplifier 9 for amplifying the pulse expanded by the pulse expander 8, a pump laser 10 for exciting the pulse amplifier 9, and pulse compression for compressing the pulse amplified by the pulse amplifier 9 into the ultrashort pulse The container 11 is provided as a main part.

そして、励起源(不図示)からのレーザ光(例えば、波長λが532nmのグリーン光)が超短パルス発振器7に入力されると、該超短パルス発振器7からはフェムト秒レベル(例えば、100fs)のパルス幅を有するレーザ光が出力される。すなわち、この超短パルス発振器7では、複数の縦モードが互いに干渉するように位相を同期させてモード間の位相をロックしながら連続発振し、位相が重なり合うように動作して尖鋭な超短パルスのレーザ光を生成する。   When laser light (for example, green light having a wavelength λ of 532 nm) from an excitation source (not shown) is input to the ultrashort pulse oscillator 7, the ultrashort pulse oscillator 7 outputs a femtosecond level (for example, 100 fs). ) Is output. That is, in the ultrashort pulse oscillator 7, the phases are synchronized so that a plurality of longitudinal modes interfere with each other, the phases are continuously oscillated while the phases are locked, and the ultrashort pulse is operated by overlapping the phases. The laser beam is generated.

このレーザ光は、出力エネルギーが低いため、該出力エネルギーを増幅する必要があるが、レーザ光自体は、上述のようにパルス幅が超短であり、尖鋭でピーク出力が高い。したがって、このままの状態で増幅すると光路中に配された各種の光学素子が損傷するおそれがある。そこで、パルス伸張器8でレーザ光のパルス幅をピコ秒レベル(例えば、100ps)に一旦伸張して尖鋭なピーク出力を抑えた状態とし、その後、励起レーザ(例えば、波長λが532nmのグリーン光)を介して励起されたパルス増幅器9で出力エネルギーを増幅する。この後、パルス圧縮器11で再びパルス幅をフェムト秒レベル(例えば、100fs)に圧縮し、高出力エネルギーで超短パルスのパルス幅を有するレーザ光がフェムト秒レーザから出射される。   Since this laser beam has a low output energy, it is necessary to amplify the output energy. However, the laser beam itself has a very short pulse width as described above, and is sharp and has a high peak output. Accordingly, if amplification is performed in this state, various optical elements arranged in the optical path may be damaged. Accordingly, the pulse width of the laser beam is temporarily expanded to a picosecond level (for example, 100 ps) by the pulse expander 8 to suppress the sharp peak output, and then the excitation laser (for example, green light having a wavelength λ of 532 nm) is set. The output energy is amplified by the pulse amplifier 9 excited through the above. Thereafter, the pulse compressor 11 compresses the pulse width again to a femtosecond level (for example, 100 fs), and laser light having a high output energy and an ultrashort pulse width is emitted from the femtosecond laser.

対物レンズ6は、LT基板2の主面2aから深さdが50μm以内の位置に集光するような集光光学系で構成され、例えば、倍率50〜100、開口数0.8〜1.40に設計されたレンズ群を使用することができる。   The objective lens 6 is configured by a condensing optical system that condenses the principal surface 2a of the LT substrate 2 at a position where the depth d is within 50 μm. A lens group designed for 40 can be used.

ここで、深さdを50μm以内に設定したのは、深さdが50μmを超えてしまうと、光導波路3の断面形状がLT基板2の厚み方向(図3中、矢印Tで示す。)に長く延びてしまい、所望の断面形状を有する光導波路3を形成するのが困難になるからである。これはLT基板2を通過するレーザ光に収差の影響が生じるためと考えられる。   Here, the depth d is set within 50 μm because when the depth d exceeds 50 μm, the cross-sectional shape of the optical waveguide 3 is indicated by the thickness direction of the LT substrate 2 (indicated by an arrow T in FIG. 3). This is because it becomes difficult to form the optical waveguide 3 having a desired cross-sectional shape. This is presumably because the influence of aberration occurs on the laser light passing through the LT substrate 2.

尚、深さdの上限は特に限定されるものではないが、好ましくは20μm以上である。すなわち、前記深さdが20μmよりも浅くなると、レーザ光5をLT基板2に照射した場合、所謂「アブレーション」が生じ、LT基板2の表面が破壊されてしまうおそれがある。したがって、前記深さdは20μm以上が好ましい。   The upper limit of the depth d is not particularly limited, but is preferably 20 μm or more. That is, when the depth d is shallower than 20 μm, when the LT substrate 2 is irradiated with the laser beam 5, so-called “ablation” occurs, and the surface of the LT substrate 2 may be destroyed. Therefore, the depth d is preferably 20 μm or more.

また、本実施の形態では、フェムト秒レーザ4から出射される超短パルスのパルスエネルギーは、1.5μJ以上に設定される。以下、その理由を述べる。   In the present embodiment, the pulse energy of the ultrashort pulse emitted from the femtosecond laser 4 is set to 1.5 μJ or more. The reason will be described below.

すなわち、例えば、パルスエネルギーが0.5μJ未満の場合は、パルスエネルギーが小さすぎるため、異常光屈折率neを増加させるのに効果的な歪みを生じさせることができない。また、この場合、繰り返し周波数を大きくしても常光屈折率noを増加させるのに効果的な熱蓄積が十分になされず、光導波路3を形成するのが困難である。   That is, for example, when the pulse energy is less than 0.5 μJ, since the pulse energy is too small, it is impossible to cause distortion effective for increasing the extraordinary refractive index ne. In this case, even if the repetition frequency is increased, effective heat accumulation is not sufficient to increase the ordinary refractive index no, and it is difficult to form the optical waveguide 3.

また、パルスエネルギーを0.5以上1.5μJ未満に増やした場合は、集光位置Fには或る程度の歪みが生じ、異常光屈折率neを増加させることは可能である。しかし、断面形状が細長くなり、所望断面形状の光導波路3を形成するのは困難となる。また、熱を十分に蓄積されるにはパルスエネルギーが低く、このため異常光屈折率neを増加させることはできても、常光屈折率noを増加させるのは困難であり、偏光依存性を有することとなる。   In addition, when the pulse energy is increased to 0.5 or more and less than 1.5 μJ, a certain degree of distortion occurs at the condensing position F, and the extraordinary light refractive index ne can be increased. However, the cross-sectional shape becomes elongated and it becomes difficult to form the optical waveguide 3 having a desired cross-sectional shape. In addition, the pulse energy is low enough to accumulate heat, so that it is difficult to increase the ordinary light refractive index no even though the extraordinary light refractive index ne can be increased, and it has polarization dependence. It will be.

したがって、パルスエネルギーは少なくとも1.5μJ以上が必要である。   Therefore, the pulse energy needs to be at least 1.5 μJ or more.

また、集光位置Fがダメージを受けることなく所望の歪みを形成することができ、かつ所望の熱蓄積なされるように、所定の繰り返し周波数を設定する必要があるが、この所定の繰り返し周波数は、100〜250kHzに設定される。 In addition, it is necessary to set a predetermined repetition frequency so that a desired distortion can be formed without damage to the condensing position F, and desired heat accumulation is performed. 1 to 250 kHz is set.

以下、その理由について説明する。 The reason will be described below.

図4及び図5は、フェムト秒レーザ4から出射されるレーザ光5のパルス波形を示す一例であり、横軸が時間t、縦軸は出力強度Iであり、図中、t1、t2がパルス幅(fs)、f1、f2が繰り返し周波数(kHz)を示し、t1<t2、f1>f2である。   4 and 5 are examples showing the pulse waveform of the laser beam 5 emitted from the femtosecond laser 4, the horizontal axis is time t, and the vertical axis is the output intensity I. In the figures, t1 and t2 are pulses. The widths (fs), f1, and f2 indicate the repetition frequency (kHz), and t1 <t2 and f1> f2.

繰り返し周波数をf、パルスエネルギーをEとすると、出力エネルギーP(1秒間当たりのエネルギー)は、数式(1)で表される。   When the repetition frequency is f and the pulse energy is E, the output energy P (energy per second) is expressed by Equation (1).

P=f・E …(1)
また、集光位置Fの面積をSとすると、レーザ強度Iは、数式(2)で表される。
P = f · E (1)
Further, when the area of the condensing position F is S, the laser intensity I is expressed by Equation (2).

I=E/S・t …(2)
したがって、出力エネルギーPが一定の場合は、繰り返し周波数fを低くすると、パルスエネルギーEは大きくなり、図4に示すように、パルス形状は尖鋭で出力強度Iは非常に大きくなる。すなわち、繰り返し周波数fが100kHz未満、例えば、非特許文献1のように1kHzと低い場合は、パルス形状は尖鋭でしかもレーザ強度Iは非常に大きくなるため、LT基板2は集光位置Fでの熱によるダメージを受けやすく、好ましくない。しかも、この場合はパルスの発生間隔も長いため、レーザ光の照射による熱の緩和時間も長く、したがって熱が蓄積されないため、常光屈折率noを増加させることもできない。
I = E / S · t (2)
Therefore, when the output energy P is constant, if the repetition frequency f is lowered, the pulse energy E increases, and the pulse shape is sharp and the output intensity I is very large as shown in FIG. That is, when the repetition frequency f is less than 100 kHz, for example, as low as 1 kHz as in Non-Patent Document 1, the pulse shape is sharp and the laser intensity I becomes very large. It is easily damaged by heat and is not preferable. In addition, since the pulse generation interval is long in this case, the heat relaxation time due to the laser light irradiation is also long, and therefore no heat is accumulated, so that the ordinary light refractive index no cannot be increased.

一方、例えば、繰り返し周波数fを100kHz以上に高くした場合、パルスエネルギーEは、少なくとも1.5μJ以上の範囲で比較的小さくなり、図5に示すように、レーザ強度Iも小さく、パルスの尖鋭度も緩やかになる。   On the other hand, for example, when the repetition frequency f is increased to 100 kHz or higher, the pulse energy E is relatively small in the range of at least 1.5 μJ, and the laser intensity I is also small as shown in FIG. Will also be moderate.

しかも、本実施の形態では、非特許文献1及び2に記載のLN基板を使用せずに、LT基板2を使用しており、これにより繰り返し周波数が100kHzであっても、熱によるダメージを排して歪みのみを形成することができ、異常光屈折率neを増加させることが可能となる。   In addition, in this embodiment, the LT substrate 2 is used instead of the LN substrate described in Non-Patent Documents 1 and 2, so that even if the repetition frequency is 100 kHz, damage due to heat is eliminated. Thus, only distortion can be formed, and the extraordinary light refractive index ne can be increased.

すなわち、LN基板の融点は1180℃であるのに対し、LT基板2の融点は1650℃と高い。このようにLN基板の場合、融点が1180℃と低いため、尖鋭で出力強度Iの大きなレーザ光を照射すると、LT基板に比べ熱によるダメージを受け易いと考えられる。   That is, the melting point of the LN substrate is 1180 ° C., whereas the melting point of the LT substrate 2 is as high as 1650 ° C. Thus, in the case of the LN substrate, since the melting point is as low as 1180 ° C., it is considered that when irradiated with laser light having a sharp and high output intensity I, it is more easily damaged by heat than the LT substrate.

これに対しLT基板2は、LN基板に比べ、融点が高く耐熱性に優れており、レーザ照射の熱によるダメージを受け難い。すなわち、繰り返し周波数が100kHzであっても、LN基板とは異なり、熱によるダメージを受けず、歪みのみを形成することができると考えられる。   On the other hand, the LT substrate 2 has a high melting point and excellent heat resistance as compared with the LN substrate, and is not easily damaged by the heat of laser irradiation. That is, even if the repetition frequency is 100 kHz, unlike the LN substrate, it is considered that only distortion can be formed without being damaged by heat.

しかも、繰り返し周波数を100kHz以上とすることにより、パルスの発生間隔が長くなることから、熱の緩和時間が短くなり、その結果、熱が蓄積され易くなり、常光屈折率noを増加させることが可能となる。   In addition, by setting the repetition frequency to 100 kHz or more, the pulse generation interval becomes longer, so that the heat relaxation time is shortened. As a result, heat is easily accumulated, and the ordinary light refractive index no can be increased. It becomes.

このように繰り返し周波数を100kHz以上とすることにより、熱によるダメージを受けることなく歪みのみが残り、かつ、熱の緩和時間が短くなって熱を蓄積することができる。   By setting the repetition frequency to 100 kHz or higher in this way, only distortion remains without being damaged by heat, and the heat relaxation time is shortened to accumulate heat.

そして、これにより常光屈折率no、及び異常光屈折率neの双方を増加させることが可能となり、偏光依存性のない偏光無依存性の光導波路3を形成することが可能となる。   As a result, both the ordinary light refractive index no and the extraordinary light refractive index ne can be increased, and the polarization-independent optical waveguide 3 having no polarization dependence can be formed.

尚、繰り返し周波数fの上限は特に限定されるものでないが、実用的には250kHz以下が好ましい。   The upper limit of the repetition frequency f is not particularly limited, but is preferably 250 kHz or less practically.

また、超短パルスのパルス幅tについても、フェムト秒レベルであれば特に限定されないが、所望の尖鋭なパルスで集光位置Fにレーザ光を照射するためには、100fs以下が好ましい。   Also, the pulse width t of the ultrashort pulse is not particularly limited as long as it is a femtosecond level, but is preferably 100 fs or less in order to irradiate the condensing position F with a desired sharp pulse.

このように本実施の形態では、1.5μJ以上のパルスエネルギーを有する超短パルスのレーザ光が、所定の繰り返し周波数(好ましくは、100〜250kHz)でもってLT基板2に照射され、かつLT基板2を走査することにより、TE光及びTM光の双方の導波が可能な光導波路3を形成することができる。   Thus, in this embodiment, the ultrashort pulse laser beam having a pulse energy of 1.5 μJ or more is irradiated to the LT substrate 2 with a predetermined repetition frequency (preferably 100 to 250 kHz), and the LT substrate By scanning 2, an optical waveguide 3 capable of guiding both TE light and TM light can be formed.

すなわち、本実施の形態によれば、LT基板2の表面から50μm以内の深さを集光位置Fとし、超短パルスのパルス幅(好ましくは、100fs以下)を有しかつ所定の繰り返し周波数(好ましくは、100〜250kHz)波で出射するレーザ光を1.5μJ以上のパルスエネギーで前記基板に照射すると共に、前記レーザ光で前記基板を走査し、前記基板よりも屈折率の高い光伝播部を前記集光位置に形成するので、断面形状が良好でTE光及びTM光の双方を導波させることのできる光導波路3を得ることができ、これにより偏光依存性のない光導波路3を製造することができ、偏光面を回転させたりスィッチングさせることのできる各種光学部品に適した光導波路3を得ることができる。   That is, according to the present embodiment, the depth within 50 μm from the surface of the LT substrate 2 is defined as the condensing position F, the pulse width of the ultrashort pulse (preferably 100 fs or less), and a predetermined repetition frequency ( Preferably, the substrate is irradiated with a laser beam emitted with a wave of 100 to 250 kHz with a pulse energy of 1.5 μJ or more, and the substrate is scanned with the laser beam, so that a light propagation portion having a refractive index higher than that of the substrate. Is formed at the light condensing position, so that an optical waveguide 3 having a good cross-sectional shape and capable of guiding both TE light and TM light can be obtained, thereby producing an optical waveguide 3 having no polarization dependency. Thus, the optical waveguide 3 suitable for various optical components that can rotate and switch the polarization plane can be obtained.

また、前記集光位置Fが、前記所定深さが少なくとも20μm以上であるので、集光位置FはLT基板2の主面2aから適度な深さを有しており、レーザ照射してもLT基板2の表面がアブレーションを起こすこともない。   Further, since the condensing position F has the predetermined depth of at least 20 μm or more, the condensing position F has an appropriate depth from the main surface 2a of the LT substrate 2, and even if laser irradiation is performed, the LT The surface of the substrate 2 does not ablate.

さらに、前記レーザ光5の出射源が、フェムト秒レーザであるので、レーザ光の射出条件を容易に制御することができ、Ti拡散法のような複雑な製造工程を要することなく、短時間で安価な製造コストでもって所望の光導波路を得ることができる。   Furthermore, since the emission source of the laser beam 5 is a femtosecond laser, it is possible to easily control the emission condition of the laser beam, and in a short time without requiring a complicated manufacturing process such as the Ti diffusion method. A desired optical waveguide can be obtained at a low manufacturing cost.

そして、上述の製造方法を使用して製造された光導波路を有するので、位相変調器、光スィッチ、アイソレータ等、所望の各種光学部品を安価かつ簡便に得ることが可能となる。   And since it has the optical waveguide manufactured using the above-mentioned manufacturing method, it becomes possible to obtain desired various optical components, such as a phase modulator, an optical switch, and an isolator, cheaply and simply.

尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。上記実施の形態では、超短パルスレーザとしてTi:サファイア結晶をレーザ媒質としたフェムト秒レーザを使用しているが、超短パルスのレーザ光を出射できるものであればよく、例えば、超短パルスファイバーレーザを使用することもできる。   The present invention is not limited to the above embodiment. In the above embodiment, a femtosecond laser using a Ti: sapphire crystal as a laser medium is used as the ultrashort pulse laser. However, any laser capable of emitting an ultrashort pulse laser beam may be used. A fiber laser can also be used.

次に、本発明の実施例を具体的に説明する。   Next, examples of the present invention will be specifically described.

上述した図3の製造装置を使用し、集光位置が基板表面から20μm、50μm、及び100μmとなるように光学系を調整し、z−カットLT基板にレーザ光を照射して試料番号1〜18の試料を作製した。   Using the manufacturing apparatus of FIG. 3 described above, the optical system is adjusted so that the condensing position is 20 μm, 50 μm, and 100 μm from the substrate surface, and the z-cut LT substrate is irradiated with laser light to obtain sample numbers 1 to 1. Eighteen samples were prepared.

尚、フェムト秒レーザとしては、コヒーレント社製RegA9000で再生圧縮したTiサファイアモードロックレーザを使用した。   As the femtosecond laser, a Ti sapphire mode-locked laser regenerated and compressed with Coherent RegA9000 was used.

レーザ光の照射条件、及び対物レンズの仕様は、以下の通りである。   The laser light irradiation conditions and the specifications of the objective lens are as follows.

〔レーザ光の照射条件〕
パルス幅:82fs
繰り返し周波数:100kHz又は250kHz
パルスエネルギー:0.5μJ、1.0μJ、1.5μJ、又は2.0μJ
走査速度:100μm/s
〔対物レンズの仕様〕
倍率:50倍
開口数:0.8
次に、試料番号1〜18の各試料の断面を研磨し、偏光顕微鏡で断面形状を観察した。
[Laser irradiation conditions]
Pulse width: 82fs
Repeat frequency: 100 kHz or 250 kHz
Pulse energy: 0.5 μJ, 1.0 μJ, 1.5 μJ, or 2.0 μJ
Scanning speed: 100 μm / s
[Objective lens specifications]
Magnification: 50 times Numerical aperture: 0.8
Next, the cross section of each sample of the sample numbers 1-18 was grind | polished and the cross-sectional shape was observed with the polarizing microscope.

図6は前記断面形状を模式的に示した図である。   FIG. 6 is a diagram schematically showing the cross-sectional shape.

本実施例では、断面形状が対称乃至略対称形状であり、かつ長軸aと短軸bとの比a/bが1/1〜3/1未満の試料を、光導波路が十分に形成されているとして〇印とし、断面形状が明らかな非対称形状であり、かつ比a/bが3/1以上の試料を、光導波路は一応形成されているものの不十分であるとして△印とし、光導波路の形成が全く認められなかった試料を×印とし、断面形状を評価した。   In this embodiment, the optical waveguide is sufficiently formed from a sample whose cross-sectional shape is symmetric or substantially symmetric and whose ratio a / b between the major axis a and the minor axis b is less than 1/1 to 3/1. A sample having an asymmetrical shape with a clear cross-sectional shape and a ratio a / b of 3/1 or more is marked with a Δ mark because the optical waveguide is temporarily formed although it is insufficient. A sample in which formation of a waveguide was not recognized at all was marked with x, and the cross-sectional shape was evaluated.

また、上記各試料について、試料にレーザ光を照射して、その状態を撮像し、偏光無依存性を評価した。   Moreover, about each said sample, the laser beam was irradiated to the sample, the state was imaged, and polarization independence was evaluated.

図7は偏光無依存性確認用装置を模式的に示した装置図である。   FIG. 7 is an apparatus diagram schematically showing an apparatus for confirming polarization independence.

この装置は、偏光方向を制御する半波長板14、対物レンズ15が、レーザ照射側の光路12中に配され、試料13を介してレーザ照射側と対向する光路16中には、CCDカメラ17及び対物レンズ18が配されている。そして、半波長板14を第1の位置に設定してレーザ光を照射し、TM光の導波状態を確認し、次いで半波長板14を第1の位置から90°回転させて第2の位置に設定し、TE光の導波状態を確認した。   In this apparatus, a half-wave plate 14 for controlling the polarization direction and an objective lens 15 are disposed in an optical path 12 on the laser irradiation side, and a CCD camera 17 is disposed in an optical path 16 facing the laser irradiation side through a sample 13. In addition, an objective lens 18 is disposed. Then, the half-wave plate 14 is set to the first position and irradiated with laser light to check the waveguide state of the TM light, and then the half-wave plate 14 is rotated by 90 ° from the first position to obtain the second The position was set, and the waveguide state of TE light was confirmed.

すなわち、まず、波長633nmの赤色のHe−Neレーザを、第1の位置に設定された半波長板14に透過させた後、対物レンズ15で試料13中の光導波路形成位置に集光させ、その状態をCCDカメラ17で撮像し、TM光の導波が確認されるか否かを調べた。   That is, first, a red He—Ne laser having a wavelength of 633 nm is transmitted through the half-wave plate 14 set at the first position, and then condensed by the objective lens 15 on the optical waveguide forming position in the sample 13. The state was imaged with the CCD camera 17, and it was investigated whether TM light waveguide was confirmed.

その後、半波長板14を前記第1の位置から90°回転させて第2の位置に設定し、上述と同様の方法でHe−Neレーザを試料13中の導波路形成位置に集光させ、その状態をCCDカメラ17で撮像し、TE光の導波が確認されるか否かを調べた。   Thereafter, the half-wave plate 14 is rotated by 90 ° from the first position and set to the second position, and the He—Ne laser is focused on the waveguide forming position in the sample 13 by the same method as described above. The state was imaged with the CCD camera 17, and it was investigated whether the TE light guide was confirmed.

そして、TM光及びTE光の双方の導波が認められた試料を〇印とし、TM光及びTE光のいずれか一方の導波しか確認できなかった試料を△印とし、導波が全く確認できなかった試料を×印とし、偏光無依存性を評価した。   A sample in which both TM light and TE light are guided is marked with ◯, and a sample in which only one of TM light and TE light is guided is marked with △. Samples that could not be made were marked with x, and polarization independence was evaluated.

表1は光導波路作製時の繰り返し周波数、パルスエネルギー、集光位置、及び断面形状、偏光無依存性の評価結果を示している。   Table 1 shows the evaluation results of repetition frequency, pulse energy, condensing position, cross-sectional shape, and polarization independence at the time of manufacturing the optical waveguide.

Figure 0004947212
Figure 0004947212

試料1〜12は、繰り返し周波数を250kHzに設定してLT基板にレーザ光を照射した試料である。   Samples 1 to 12 are samples in which the repetition frequency is set to 250 kHz and the LT substrate is irradiated with laser light.

試料番号1〜3はパルスエネルギーが0.5μJと小さすぎるため、光導波路は形成されず、導波も確認できなかった。   Sample Nos. 1 to 3 were too small in pulse energy of 0.5 μJ, so that no optical waveguide was formed and no waveguide was confirmed.

試料番号4〜6はパルスエネルギーが1.0μJであり、試料番号1〜3よりは大きなパルスエネルギーでLT基板にレーザ光を照射しているが、所望の光導波路を形成するには未だ不十分であった。すなわち、TM光の導波は確認できたが、TE光の導波は確認できず、偏光依存性が存在することが分かった。これは、レーザ光の照射により歪が形成され、その結果、異常光屈折率neは増加し、TM光は導波したが、パルスエネルギーが1.0μJが小さいため、集光位置に十分に熱が蓄積されず、このため常光屈折率noが増加せず、TE光が導波しなかったものと思われる。   Sample Nos. 4 to 6 have a pulse energy of 1.0 μJ, and the LT substrate is irradiated with laser light with a pulse energy larger than that of Samples Nos. 1 to 3, but it is still insufficient to form a desired optical waveguide. Met. That is, although TM light guiding was confirmed, TE light guiding was not confirmed, and it was found that polarization dependence exists. This is because distortion is formed by the irradiation of the laser beam, and as a result, the extraordinary refractive index ne is increased and the TM light is guided. Therefore, it is considered that the ordinary light refractive index no does not increase and the TE light is not guided.

試料番号9及び12はパルスエネルギーをそれぞれ1.5μJ、2.0μJとし、集光位置を100μmとした場合を示している。この場合は、パルスエネルギーが1.5μJ以上であり、十分なパルスエネルギーを有しているため、常光屈折率no及び異常光屈折率neの双方共増加し、TM光及びTE光の導波が確認され、偏光無依存性を有することは確認できた。しかしながら、集光位置が100μmと深く、このため比a/bが3/1となり、断面形状が過度に細長い形状となって所望の断面形状を得ることができなかった。   Sample numbers 9 and 12 show the case where the pulse energies are 1.5 μJ and 2.0 μJ, respectively, and the condensing position is 100 μm. In this case, since the pulse energy is 1.5 μJ or more and has sufficient pulse energy, both the ordinary light refractive index no and the extraordinary light refractive index ne increase, and the TM light and the TE light are guided. It was confirmed and it was confirmed that it has polarization independence. However, the condensing position is as deep as 100 μm, so that the ratio a / b is 3/1, the cross-sectional shape becomes excessively long and the desired cross-sectional shape cannot be obtained.

これに対し試料番号7、8、10及び11は、パルスエネルギーが1.5μJ以上であり、集光位置も20μm、50μmであるため、断面形状は所望形状となり、かつ偏光無依存性の光導波路が得られることが確認された。   On the other hand, Sample Nos. 7, 8, 10 and 11 have a pulse energy of 1.5 μJ or more and a light condensing position of 20 μm and 50 μm, so that the cross-sectional shape is a desired shape and the polarization independent optical waveguide. It was confirmed that

また、試料番号13〜18は、繰り返し周波数を100kHzに設定してLT基板にレーザ光を照射した試料である。   Sample numbers 13 to 18 are samples in which the repetition frequency is set to 100 kHz and the LT substrate is irradiated with laser light.

このうち、試料番号15及び18はパルスエネルギーがそれぞれ1.5μJ、2.0μJであり、十分なパルスエネルギーを有しているため、常光屈折率no及び異常光屈折率neの双方共増加し、TM光及びTE光の導波が確認され、偏光無依存性を有することが確認された。しかしながら、集光位置が100μmと深いため、比a/bが約4/1となり、断面形状が過度に長細くなって所望の断面形状を得ることができなかった。   Among these, since the sample numbers 15 and 18 have pulse energy of 1.5 μJ and 2.0 μJ, respectively, and sufficient pulse energy, both the ordinary light refractive index no and the extraordinary light refractive index ne increase, It was confirmed that TM light and TE light were guided and that they were polarization independent. However, since the condensing position is as deep as 100 μm, the ratio a / b is about 4/1, the cross-sectional shape becomes excessively long, and a desired cross-sectional shape cannot be obtained.

これに対し試料番号13、14、16及び17は、パルスエネルギーが1.5μJ以上であり、集光位置も20μm、50μmであるため、所望の断面形状を有し、かつ偏光無依存性の光導波路が得られることが確認された。   In contrast, Sample Nos. 13, 14, 16 and 17 have a desired cross-sectional shape and a polarization-independent optical light because the pulse energy is 1.5 μJ or more and the focusing positions are 20 μm and 50 μm. It was confirmed that a waveguide was obtained.

尚、本発明者らは、繰り返し周波数を10kHzにして導波路の作製を試みたが、レーザの他の照射条件を変えても、所望の良好な断面形状を得ることはできず、偏光無依存性を有する光導波路を得ることはできなかった。   In addition, although the present inventors tried to produce a waveguide with a repetition frequency of 10 kHz, a desired good cross-sectional shape could not be obtained even if the other irradiation conditions of the laser were changed, and polarization-independent. It was not possible to obtain an optical waveguide having properties.

図8は、半波長板14を前記第1の位置に設定して導波確認した場合の試料番号11のCCD画像であり、図9は半波長板14を前記第2の位置に設定して導波確認した場合の同試料のCCD画像である。図中、白色部分が光導波している部分である。   FIG. 8 is a CCD image of sample number 11 when the half-wave plate 14 is set to the first position and the waveguide is confirmed, and FIG. 9 is a half-wave plate 14 set to the second position. It is a CCD image of the same sample at the time of waveguide confirmation. In the figure, the white portion is the portion where the light is guided.

この図8及び図9から明らかなように、試料番号11ではTM光及びTE光の双方の導波を確認することができ、したがって編光無依存性を有することが分かった。   As is apparent from FIGS. 8 and 9, in sample number 11, it is possible to confirm both TM light and TE light waveguides, and therefore, it is found that the light has no knitting light dependency.

一方、図10は、半波長板14を前記第1の位置に設定して導波確認した場合の試料番号5のCCD画像であり、図11は半波長板14を前記第2の位置に設定して導波確認した場合の同試料のCCD画像である。図8及び図9と同様、図中、白色部分が光導波している部分である。   On the other hand, FIG. 10 is a CCD image of sample number 5 when the half-wave plate 14 is set to the first position and the waveguide is confirmed, and FIG. 11 is a half-wave plate 14 set to the second position. It is a CCD image of the same sample when the wave is confirmed. As in FIGS. 8 and 9, the white portion is the portion where the light is guided.

この図10から明らかなように、試料番号5ではTM光の導波は確認できたが、図11のCCD画像は真黒であり、TE光は導波しないことが分った。   As can be seen from FIG. 10, in Sample No. 5, the TM light was guided, but the CCD image in FIG. 11 was true black, and it was found that the TE light was not guided.

Claims (2)

LiTaOからなる基板に対し該基板の表面から20μm〜50μmの深さを集光位置とし、100fs以下の超短パルスのパルス時間幅を有しかつ100〜250kHzの繰り返し周波数で出射するレーザ光を1.5μJ以上のパルスエネギーで前記基板に照射すると共に、前記レーザ光で前記基板を走査し、前記基板よりも屈折率が高くかつTE光及びTM光の双方が導波する光伝播部を前記集光位置に形成することを特徴とする光導波路の製造方法。Laser light emitted from a substrate made of LiTaO 3 having a depth of 20 μm to 50 μm from the surface of the substrate, a pulse time width of 100 fs or less, and a repetition frequency of 100 to 250 kHz. Irradiating the substrate with a pulse energy of 1.5 μJ or more, scanning the substrate with the laser light, and providing a light propagation part having a higher refractive index than the substrate and guiding both TE light and TM light. A method of manufacturing an optical waveguide, wherein the optical waveguide is formed at the condensing position. 前記レーザ光の出射源は、フェムト秒レーザであることを特徴とする請求項1記載の光導波路の製造方法。 2. The method of manufacturing an optical waveguide according to claim 1 , wherein the laser beam emission source is a femtosecond laser .
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