JPH01134309A - 光導波路の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概　　　要〕 例えば半導体レーザと光ファイバ間に接続されるモード
整合素子等のように、導波モードの形状が変化する光導
波路を得るために好適な光導波路の製造方法に関し、 任意の屈折率差を持つ任意形状の光導波路を簡単な製造
プロセスで実現できることを目的とし、有機材料を導波
路材料として用い、該導波路材料に対し光重合または架
橋反応により所望の領域に所望の屈折率分布を持たせて
光導波路を形成するように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、例えば半導体レーザと光ファイバ間に接続さ
れるモード整合素子等のように、導波モードの形状が変
化する光導波路を得るのに好適な光導波路の製造方法に
関する。

〔従来の技術〕

一般に、半導体レーザと光ファイバ（或いは光機能素子
）との間の接続点では、光導波路（導波モード）の形状
が互いに異なるため、非常に大きな損失が生じる。例え
ば、半導体レーザの導波モードは小さな楕円形であるの
に対し、光ファイバの導波モードはそれよりも大きな円
形である。

従来、上記のような損失を低減させるため、第２図に示
すように各種レンズを接続点に組込んだものがある。す
なわち、同図（ａ）は半導体レーザ１と光ファイバ２間
に円柱レンズ３および集束性ロッドレンズ４を組込んだ
ものであり、同図（ｂ）は光ファイバ２として先端部２
ａがテーバ先球状とされたテーパ先球ファイバ（もしく
は細径化先球ファイバ）を用いたものであり、また同図
（Ｃ１は光ファイバ２として先端に微小レンズ２ｂの形
成されたものを用いたものである。このような構成とす
ることにより、結合損失は約２〜３ｄＢまで改善される
。

更には、半導体レーザと光ファイバ間に第３図に示すよ
うなモード整合素子５を配置することにより、互いに異
なる導波モード間の整合をとりながら、低損失な接続を
行おうとする試みもなされている。このモード整合素子
５は、ガラス基板５ａに対してＡｇ等の全屈イオンを熱
拡散させることにより、光の進行方向に沿って屈折率分
布（屈折率差）および断面形状の徐々に変化する光導波
路５ｂを形成したものである。このような構成のモード
整合素子５を用いれば、第２図のものにおいて必ず生じ
ていた、レンズと空気の境界での反射による損失を防ぐ
ことができるので、より一層の低損失化が可能になる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

第３図に示したモード整合素子５における光導波路５ｂ
は、上述したようにガラス基板５ａへの熱拡散によって
形成される。そのため、その製造工程が非常に複雑であ
って、しかも導波路の形状（寸法）および屈折率差の自
由度が小さく、すなわち所望の形状および所望の屈折率
差を自由に選択することは極めて困難であった。

本発明は、上記問題点に鑑み、任意の屈折率差を持つ任
意形状の光導波路を簡単な製造プロセスで実現すること
の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。

〔問題点を解決するための手段〕 本発明は、有機材料を導波路材料として用い、これに対
し光重合または架橋反応により所望の領域に所望の屈折
率分布を持たせて光導波路を形成するようにしたもので
ある。

〔作　　　用〕

上記の有機材料に光重合または架橋反応が生じると、そ
の部分の屈折率が変化する。よって、例えば光ビーム等
を用い所望の領域に露光を施すこと等により光重合また
は架橋反応を起こさせれば、その領域と他の領域との間
に屈折率差が生じ、よって光導波路が得られる。すなわ
ち、光導波路の形状パターンは、上記の反応領域を適宜
選択することにより、極めて自由に選ぶことができる。

また、光重合または架橋反応の程度が異なると、屈折率
も異なってくる。よって、上記の反応の程度を適宜選択
することにより、屈折率差を極めて自由に選ぶことがで
きる。

以上のことから、熱拡散はもちろんのこと、真空プロセ
スやエツチング等の複雑な製造プロセスを一切必要とせ
ずに、任意の屈折率差を持つ任意形状の光導波路が容易
に得られる。

〔実　　施　　例〕

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説
明する。

第１図は、本発明の一実施例を示す製造工程図である。

なお、ここでは、半導体レーザと光ファイバ間の光結合
に使用されるモード整合素子における光導波路を作製す
る場合について述べる。

本実施例では、まず第１図（ａ）に示すように、Ｓｉ等
からなる基板１１上に、メククリル酸メチルの重合体で
あるポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）からなるクラ
ッド材料１２をコーティングする。続いてその上に、ス
チレン（Ｓｔ）の単量体を溶かしたＰＭＭＡからなるコ
ア材料１３をコーティングする。

次に第１図（ｂ）に示すように、光ビーム（例えばレー
ザ光）を用いて、コア材料１３上に半導体し一ザ側を幅
広く光ファイバ側を幅狭くした所望の導波路パターンを
描（。この際、光ビーム走査速度は、幅の狭い光ファイ
バ側で速＜シ（すなわち露光量を少なくシ）、幅の広い
半導体レーザ側へ行（に従って遅くする（すなわち露光
量を多くする）。すると、コア材料１３のうち、上記の
光ビートによる露光を受けた領域（露光領域）１３ａで
は、その中に含まれているスチレン（単量体）が光重合
を起こしてポリスチレン（ＰＳｔｉｉ合体）に変化する
。しかも、この変化の程度が露光ユに応じて大きくなる
ことから、露光領域１３ａとその周囲の非露光領域１３
ｂとの間の屈折率差△ｎは、第１図（ｂｌに示すような
分布を持つ。すなわち、露光量を少なくした光ファイバ
側の屈折率差△ｎ１よりも、露光量を多くした半導体レ
ーザ側の屈折率差△ｎ２の方が大きくなる。なお、上記
の露光を行った後、全体をベーキングすることにより、
非露光領域１３ｂ中に残留しているスレチン（単量体）
を除去しておく。

上記の工程により光導波路の横方向の寸法と屈折率差が
得られたら、続いて第１図（ｅ）に示すようにコア材料
１３　（１３ａ、１３ｂ）に対し形状加工を施すことに
より、深さ方向の厚さを光ファイバ側で厚く半導体レー
ザ側で薄くなるように変化させる。そして最後に、第１
図＋ｄ）に示すように、コア材料１３　（１３ａ、１３
ｂ）上にＰＭＭＡからなるクラッド材料１４をコーティ
ングする。

以上の工程により、露光領域１３ａをコア層とし、非露
光領域１３ｂおよびクラッド材料１２゜１４をクラッド
層とする光導波路１５が得られる。

この光導波路１５は、その断面形状および屈折率差が光
の伝搬方向に対して徐々に変化したものとなっている。

すなわち、断面形状は光ファイバ側で例えば５μｍ×５
μｍの正方形状であり、半導体レーザ側で例えば２μｍ
×８μｍの横長の長方形状である。屈折率差△ｎは、第
１図（ｂ）に示したように、光ファイバ側で小さく半導
体レーザ側で大きい。

従って、本実施例によれば、光導波路の横方向の形状パ
ターンを光ビームで自由に書込むことができると共に縦
方向も自由に形状加工でき、しかも光ビームの走査速度
（露光器）により屈折率差を自由に選択できることから
、モード整合素子に必要な形状および屈折率差を有する
光導波路を極めて容易に得ることができる。屈折率差に
ついては、ガラス等の拡散型光導波路に比べて非常に大
きく設定できるという利点もある。

更に、本実施例によれば、熱拡散はもちろんのこと、真
空プロセスやエツチング等の複雑な処理が必要ないこと
から、製造工程が極めて簡単になる。また、導波路材料
として有機材料を用いたので、本実施例によって得られ
たモード整合素子は非常に安価であり、かつ軽量である
。

なお、上記実施例では光重合を利用して屈折率分布を得
るようにしたが、光重合の代わりに架橋反応を利用して
も同様な効果が得られる。

また、導波路材料としては、上述したスチレンやＰＭＭ
Ａ以外にも、光重合や架橋反応によって自由に屈折率分
布を得ることのできる各種の有機材料を使用することが
できる。

更に、本発明は、上述したような半導体レーザと光ファ
イバ間（もしくは光機能素子相互間）のモード整合素子
の作製に適用しうるだけではなく、その他にも、導波モ
ード形状の変化する各種の光導波路（例えば導波路形方
向性結合器等）の作製にＱ′）！！ｉである。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、任意の屈折率差
を持つ任意形状（寸法）の光導波路を自由に作製できる
。すなわち、光導波路の形状および屈折率差の自由度が
非常に大きい。そのため、モード整合素子のような導波
モード形状の変化する光導波路をも極めて容易に得るこ
とができる。

しかも、熱拡散のような複雑な工程を必要としないため
、製造工程が極めて簡単になる。また、導波路材料とし
て有機材料を用いているため、本発明において作製され
た光導波路は軽１かつ安価である。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａｌ〜（ｄ）は本発明の一実施例を示す製造工
程図、 第２図（ａ）〜（Ｃ１は従来における半導体レーザと光
ファイバの接続構造を示す図、 第３図は従来のモード整合素子を示す斜視図である。 １１・・・基板、 １２・・・クラッド材料、 １３・・・コア材料、 １３ａ・・・露光領域、 １３ｂ・・・非露光領域、 １４・・・クラッド材料、 １５・・・光導波路。 特許出願人　　　富士通株式会社 （ａ） （ｂ） （Ｃ） 従来ＩＣｊ−＋’げろ半導体レーサ°′℃光ファイバ゛
のｔｔ崖先オ擲迂第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）有機材料を導波路材料（１３）として用い、該導波
   路材料に対し光重合または架橋反応により所望の領域に
   所望の屈折率分布を持たせて光導波路（１５）を形成す
   ることを特徴とする光導波路の製造方法。 ２）前記光重合または架橋反応は前記導波路材料を露光
   することによって生じさせることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の光導波路の製造方法。 ３）前記露光は前記光導波路の形成領域に対して行われ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の光導波
   路の製造方法。 ４）前記屈折率分布は前記露光の露光量を変化させるこ
   とによって任意に選択されることを特徴とする特許請求
   の範囲第２項または第３項記載の光導波路の製造方法。 ５）前記露光は光ビームを照射することによって行われ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第２項乃至第４項の
   いずれか１つに記載の光導波路の製造方法。 ６）前記光導波路はその断面形状が光の伝搬方向に対し
   て変化するように形成されることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項乃至第５項のいずれか１つに記載の光導波
   路の製造方法。 ７）前記光導波路はその周囲領域との屈折率差が光の伝
   搬方向に対して変化するように形成されることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項乃至第６項のいずれか１つに
   記載の光導波路の製造方法。 ８）前記光導波路は、半導体レーザと光ファイバ間の光
   結合に使用されるモード整合素子における光導波路であ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第７項の
   いずれか１つに記載の光導波路の製造方法。 ９）前記光導波路は、光機能素子相互間の光結合に使用
   されるモード整合素子における光導波路であることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項乃至第７項のいずれか１
   つに記載の光導波路の製造方法。 １０）前記有機材料は第１の有機材料の重合体中に第２
   の有機材料の単量体を含んで成り、該単量体を前記光重
   合により重合体に変えることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項乃至第９項のいずれか１つに記載の光導波路の
   製造方法。 １１）前記第１の有機材料はメタクリル酸メチルである
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１０項記載の光導波
   路の製造方法。 １２）前記第２の有機材料はスレチンであることを特徴
   とする特許請求の範囲第１０項または第１１項記載の光
   導波路の製造方法。