JPH0196604A - 光導波路およびその製造方法 - Google Patents
光導波路およびその製造方法Info
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- JPH0196604A JPH0196604A JP25363087A JP25363087A JPH0196604A JP H0196604 A JPH0196604 A JP H0196604A JP 25363087 A JP25363087 A JP 25363087A JP 25363087 A JP25363087 A JP 25363087A JP H0196604 A JPH0196604 A JP H0196604A
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Landscapes
- Optical Integrated Circuits (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は光の伝搬方向に屈折率分布を有する光導波路お
よびその製造方法に関する。
よびその製造方法に関する。
光フアイバ通信の進展に伴い、光デバイスには。
（１）大量生産性、（２）高信頼性、（３）結合の無調
整化、（４）自動組立、（５）低損失化などが要求され
るようになり、これらの課題を解決するために導波路型
の光デバイスが注目されるようになってきた。
整化、（４）自動組立、（５）低損失化などが要求され
るようになり、これらの課題を解決するために導波路型
の光デバイスが注目されるようになってきた。
従来、導波路型光デバイスを構成する光導波路には第７
図に示すようなものが知られている（大魚、木村：光通
信、ｐ、１４２．昭和５６年１１日発行、コロナ社）、
これらの光導波路はその厚み方向および幅方向に階段状
、あるいは連続的な屈折率分布をもっているが、光の伝
搬方向には一定の屈折率である。
図に示すようなものが知られている（大魚、木村：光通
信、ｐ、１４２．昭和５６年１１日発行、コロナ社）、
これらの光導波路はその厚み方向および幅方向に階段状
、あるいは連続的な屈折率分布をもっているが、光の伝
搬方向には一定の屈折率である。
第７図に示した光導波路はいずれも光信号の伝搬方向（
光導波路の長さ方向）に対して一定の屈折率特性をもっ
ている。そのため、光信号の伝搬につれて、光信号ビー
ムを収束させたり、あるいは拡散させたりするような機
能がない。このような機能がないために、従来は光導波
路の途中にレンズを設けることが考えられている。しか
し、収差が小さく、所望の焦点距離のものを制御性良く
作ることは極めてむずかしかった。そのため１個別の光
部品を組合せて構成した光デバイスに比し。
光導波路の長さ方向）に対して一定の屈折率特性をもっ
ている。そのため、光信号の伝搬につれて、光信号ビー
ムを収束させたり、あるいは拡散させたりするような機
能がない。このような機能がないために、従来は光導波
路の途中にレンズを設けることが考えられている。しか
し、収差が小さく、所望の焦点距離のものを制御性良く
作ることは極めてむずかしかった。そのため１個別の光
部品を組合せて構成した光デバイスに比し。
導波路型光デバイスの光学特性（伝送損失、チャネル間
のアイソレーション、など）は劣っており、まで実用化
までにはいたっていない。
のアイソレーション、など）は劣っており、まで実用化
までにはいたっていない。
本発明の目的は上記従来法の問題点を解決することがで
きる光導波路構成およびその製造方法を提供することに
ある。その結果、低損失化、高機能化を実現できると共
に、光デバイスの小形化も達成することができる。
きる光導波路構成およびその製造方法を提供することに
ある。その結果、低損失化、高機能化を実現できると共
に、光デバイスの小形化も達成することができる。
上記目的は、低屈折率層（屈折率ｎｂ）の上に、光信号
の伝搬方向に沿って屈折率ｎｃ（ｎｃ＞ｎｂ）が連続的
に変化したコア導波路を形成し、上記導波路上全体に屈
折率がｎｃｘ （ｎｅｔ＜ｎｃ ）のクラッド膜を形成
することにより達成される。上記コア導波路の屈折率ｎ
ｃの勾配は、光信号の伝搬方向に沿って単調増大、単調
減少、あるいは増大と減少の両方が混在したもの、など
からなる。コア導波路は、直線導波路９曲線導波路、折
れ曲がり導波路、Ｙ字型分岐導波路、方向性結合器型導
波路、などを含む。上記コア導波路の屈折率分布形成方
法は、高温熱処理によって屈折率が変化する膜を、予め
低温によって形成しておき、その後。
の伝搬方向に沿って屈折率ｎｃ（ｎｃ＞ｎｂ）が連続的
に変化したコア導波路を形成し、上記導波路上全体に屈
折率がｎｃｘ （ｎｅｔ＜ｎｃ ）のクラッド膜を形成
することにより達成される。上記コア導波路の屈折率ｎ
ｃの勾配は、光信号の伝搬方向に沿って単調増大、単調
減少、あるいは増大と減少の両方が混在したもの、など
からなる。コア導波路は、直線導波路９曲線導波路、折
れ曲がり導波路、Ｙ字型分岐導波路、方向性結合器型導
波路、などを含む。上記コア導波路の屈折率分布形成方
法は、高温熱処理によって屈折率が変化する膜を、予め
低温によって形成しておき、その後。
高温熱処理として、たとえば、光信号の伝搬方向に沿っ
てＣＯｚレーザビームの照射時間、あるいは照射光量を
変える方法を用いる。その結果、光信号の伝搬方向に沿
って屈折率を連続的に変化させることができる。上記コ
ア導波路用の膜は、たとえば、低温ケミカルベーパデポ
ジション（低温ＣＶＤ）、低温蒸着、低温スパッタリン
グ、などによって形成される。
てＣＯｚレーザビームの照射時間、あるいは照射光量を
変える方法を用いる。その結果、光信号の伝搬方向に沿
って屈折率を連続的に変化させることができる。上記コ
ア導波路用の膜は、たとえば、低温ケミカルベーパデポ
ジション（低温ＣＶＤ）、低温蒸着、低温スパッタリン
グ、などによって形成される。
本発明は、本発明者が初めて見い出した新しい現象を利
用することによって達成されるものである６すなわち、
本発明者は、３９０’Ｃに加熱されたシリコン基板上に
、モノシランＳ ｉ Ｈ４（Ｎｚで４％に希釈されたガ
ス） 、Ｎｉｐ ＯＸガスを流してシリコン基板上に１
０数μｍのシリケートガラス膜を形成させた。また、上
記ガスにホスフィンＰＨ８（Ｎ２で１％に希釈されたガ
ス）を混合して ・ホスホシリケートガラス膜を形成さ
せた。上記シリケートガラス膜、あるいはホスシリケー
トガラス膜にＣＯｘレーザ光源の光出力（約１０Ｗ）を
Ｇｅ製レンズで約６ｍφのビームスポットサイズに絞っ
て照射したところ、第１図に示すように、レーザビーム
の照射時間によって上記膜の屈折率（測定波長０．６３
μｍ）が変化することを見い出した。これは、膜の厚
み測定結果から、照射時間の増大に伴って膜のち密度が
向上し、膜厚減少によって生じたものであることがわか
った。すなわち、これらの結果は、照射時間（あるいは
照射光量）を調節することによって屈折率とほぼ連続的
に変えることができることを示している。第１図の結果
を利用した本発明の光導波路の製造方法を第２図に示す
。まず同図ａ、ｂにおいて、基板１ （屈折率ｎｓ）
の上に低屈折率層２（屈折率ｎｂ、たとえば厚さ約１
０μｍのシリケートガラス膜）を形成させた。その後、
上記低屈折率層２の上に、前述のように、３９０℃の温
度でホスホシリケートガラス膜のコア層３（屈折率ｎ（
’ 。
用することによって達成されるものである６すなわち、
本発明者は、３９０’Ｃに加熱されたシリコン基板上に
、モノシランＳ ｉ Ｈ４（Ｎｚで４％に希釈されたガ
ス） 、Ｎｉｐ ＯＸガスを流してシリコン基板上に１
０数μｍのシリケートガラス膜を形成させた。また、上
記ガスにホスフィンＰＨ８（Ｎ２で１％に希釈されたガ
ス）を混合して ・ホスホシリケートガラス膜を形成さ
せた。上記シリケートガラス膜、あるいはホスシリケー
トガラス膜にＣＯｘレーザ光源の光出力（約１０Ｗ）を
Ｇｅ製レンズで約６ｍφのビームスポットサイズに絞っ
て照射したところ、第１図に示すように、レーザビーム
の照射時間によって上記膜の屈折率（測定波長０．６３
μｍ）が変化することを見い出した。これは、膜の厚
み測定結果から、照射時間の増大に伴って膜のち密度が
向上し、膜厚減少によって生じたものであることがわか
った。すなわち、これらの結果は、照射時間（あるいは
照射光量）を調節することによって屈折率とほぼ連続的
に変えることができることを示している。第１図の結果
を利用した本発明の光導波路の製造方法を第２図に示す
。まず同図ａ、ｂにおいて、基板１ （屈折率ｎｓ）
の上に低屈折率層２（屈折率ｎｂ、たとえば厚さ約１
０μｍのシリケートガラス膜）を形成させた。その後、
上記低屈折率層２の上に、前述のように、３９０℃の温
度でホスホシリケートガラス膜のコア層３（屈折率ｎ（
’ 。
ｎｃ’＞ｎｂ）を約８μｍ形成させた６次に、上記コア
層３の上にｃｏ″２レーザビーム照射光を矢印６方向に
移動させた。その場合の移動速度Ｖと照射光量によって
、ＣＯｘレーザビームを照射されたコア層３の屈折率分
布ｎｃ（Ｚ）は第３図（ａ）〜（ｄ）のように変えられ
る。
層３の上にｃｏ″２レーザビーム照射光を矢印６方向に
移動させた。その場合の移動速度Ｖと照射光量によって
、ＣＯｘレーザビームを照射されたコア層３の屈折率分
布ｎｃ（Ｚ）は第３図（ａ）〜（ｄ）のように変えられ
る。
次に上記コア層３にホトリソグラフィ、ドライエツチン
グなどのプロセスにより、第２図ｃ、ｄに示すような光
導波路をパターニングして第３図に示したような屈折率
分布ｎｃ（Ｚ） をもったコア１０を得る。その後、
第２図ｅ、ｆに示したように、上記コア１０を含む全体
の導波路上にクラッド層４（屈折率ｎｃＩ＊ ｎｃｇ＜
ｎｃ ）を形成させる。このクラッド層４は第２図ａの
ＣＯｚレーザビーム照射光によるコア層３の上昇温度よ
りも低い温度で形成させる。これは、コア１０の屈折率
分布がクラッドＭ４を形成時に変化しないようにさせる
ためである。
グなどのプロセスにより、第２図ｃ、ｄに示すような光
導波路をパターニングして第３図に示したような屈折率
分布ｎｃ（Ｚ） をもったコア１０を得る。その後、
第２図ｅ、ｆに示したように、上記コア１０を含む全体
の導波路上にクラッド層４（屈折率ｎｃＩ＊ ｎｃｇ＜
ｎｃ ）を形成させる。このクラッド層４は第２図ａの
ＣＯｚレーザビーム照射光によるコア層３の上昇温度よ
りも低い温度で形成させる。これは、コア１０の屈折率
分布がクラッドＭ４を形成時に変化しないようにさせる
ためである。
第４図は本発明の光導波路の別の実施例を示したもので
ある。これはクラッド層４の厚みが薄い場合の光導波路
である。
ある。これはクラッド層４の厚みが薄い場合の光導波路
である。
次に本発明の光導波路を用いた光デバイスの実施例につ
いて示す。
いて示す。
第５図は本発明のＹ分岐導波路の実施例を示したもので
ある。（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、（Ｑ）は光伝
搬方向の屈折率分布を示したも９である。Ｙ分岐部付近
のコアの屈折率が連続的に低くなっている。このように
連続的に低くしておくと、矢印９−１方向からコア１０
−３内を伝搬してきた光信号は８で示した付近で光強度
の分布がコア内で拡がりをもつようになり、分岐導波路
のコア１０−１．１０−２へ低損失で分岐される。
ある。（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、（Ｑ）は光伝
搬方向の屈折率分布を示したも９である。Ｙ分岐部付近
のコアの屈折率が連続的に低くなっている。このように
連続的に低くしておくと、矢印９−１方向からコア１０
−３内を伝搬してきた光信号は８で示した付近で光強度
の分布がコア内で拡がりをもつようになり、分岐導波路
のコア１０−１．１０−２へ低損失で分岐される。
従来方法ではこの分岐部での放射損９反射損が大きくな
り、結果的に低損失ではなかった。また分岐角度θを大
きくできなかったので、分岐導波路側に、たとえば半導
体光素子や光ファイバなどを接続しようとすると、光導
波路を非常に長くしなければならないという問題点があ
った。これに対して１本発明ではθを大きくとれるので
、光導波路長が短かくでき、結果的に低損失化をはかる
ことができる。
り、結果的に低損失ではなかった。また分岐角度θを大
きくできなかったので、分岐導波路側に、たとえば半導
体光素子や光ファイバなどを接続しようとすると、光導
波路を非常に長くしなければならないという問題点があ
った。これに対して１本発明ではθを大きくとれるので
、光導波路長が短かくでき、結果的に低損失化をはかる
ことができる。
第６図は本発明の分岐結合器の実施例を示したものであ
る。これは導波路１０−３に入−射した光信号９−１を
導波路１０−１．１０−２に等分配に分岐する光デバイ
スである。従来、このような光デバイスを実現しようと
すると、ミキシング部１１が非常に長くなり、結果的に
損失が増大していた。ミキシング部１１を短かくするた
めに、この部分にテーパ部を設けることが考えられてい
るが、この場合には放射損が増大し、同様に損失が増大
していた。また分岐角θを大きくすると１等分配特性が
実現しにくくなるので、０を小さくしていたが、θを小
さくすると、分岐導波路１〇−１と１Ｏ−２の間隔が狭
くなり、たとえば半導体光素子を上記導波路の端面に接
続することがむずかしかった。これに対して、本発明の
ように、ミキシング部１１のコアの屈折率分布を連続的
に小さくなるように構成しておくと、この部分での光の
ミキシングが容易となる。その結果、ミキシング部１１
の長さを短かくすることができる。また。
る。これは導波路１０−３に入−射した光信号９−１を
導波路１０−１．１０−２に等分配に分岐する光デバイ
スである。従来、このような光デバイスを実現しようと
すると、ミキシング部１１が非常に長くなり、結果的に
損失が増大していた。ミキシング部１１を短かくするた
めに、この部分にテーパ部を設けることが考えられてい
るが、この場合には放射損が増大し、同様に損失が増大
していた。また分岐角θを大きくすると１等分配特性が
実現しにくくなるので、０を小さくしていたが、θを小
さくすると、分岐導波路１〇−１と１Ｏ−２の間隔が狭
くなり、たとえば半導体光素子を上記導波路の端面に接
続することがむずかしかった。これに対して、本発明の
ように、ミキシング部１１のコアの屈折率分布を連続的
に小さくなるように構成しておくと、この部分での光の
ミキシングが容易となる。その結果、ミキシング部１１
の長さを短かくすることができる。また。
分岐角θも大きくできるので、半導体光素子などの実装
も容易となる。
も容易となる。
本発明は上記実施例に限定されない、まず、低屈折率層
２．コア３．クラッド層４の材質は、５ｉＯｚのガラス
（Ｂ、Ｐ、Ｔｉ、Ｇｅなどの酸化物のドーパントを少な
くとも１つ含んだもの）、アルカリ金属イオン、アルカ
リ土類金属イオンを含んだガラス、などでもよい、基板
には、Ｓ ｉ Ｏ＊基板、Ｓｉ基板、ＧａＡｓ基板、な
どを用いることができる。クラッド層４はガラス以外に
プラスチック、およびガラスとプラスチックの組合せた
もの、などを用いることができる。
２．コア３．クラッド層４の材質は、５ｉＯｚのガラス
（Ｂ、Ｐ、Ｔｉ、Ｇｅなどの酸化物のドーパントを少な
くとも１つ含んだもの）、アルカリ金属イオン、アルカ
リ土類金属イオンを含んだガラス、などでもよい、基板
には、Ｓ ｉ Ｏ＊基板、Ｓｉ基板、ＧａＡｓ基板、な
どを用いることができる。クラッド層４はガラス以外に
プラスチック、およびガラスとプラスチックの組合せた
もの、などを用いることができる。
本発明によれば、コアの屈折率を光信号の伝搬方向に対
して連続的に変化した分布の光導波路を提供することに
より、低損失化、小形化、高性能化を達成することがで
きる。
して連続的に変化した分布の光導波路を提供することに
より、低損失化、小形化、高性能化を達成することがで
きる。
第１図は低温ＣＶＤ膜のＣＯｘレーザビーム照射による
屈折率変化特性図、第２図は本発明の光導波路の製造方
法を説明するための平面図および断面図、第３図は本発
明の光導波路のコアの屈折率分布特性図、第４図は本発
明の光導波路の別の実施例を示す平面図および断面図、
第５図および第６図は本発明の光導波路を利用した光デ
バイスの実施例を示す平面図、断面図および屈折率変化
曲線図、第７図は従来の光導波路の製造工程を示第 １
図 Ｃｏｚｔ寸’：ｔ−゛−ムｆ′）照射時間ｔ （Ｓｅｃ
）第３図 （ｂ） 第４図 （久） ＶＪ ５ 図 （Ｌ）（ｂ） （女４ｐｈ立享Ｎ雪どコア 冨６図 （ａｌ、ン （ｂン
、）１夕乏１（Ｃ） 第７図
屈折率変化特性図、第２図は本発明の光導波路の製造方
法を説明するための平面図および断面図、第３図は本発
明の光導波路のコアの屈折率分布特性図、第４図は本発
明の光導波路の別の実施例を示す平面図および断面図、
第５図および第６図は本発明の光導波路を利用した光デ
バイスの実施例を示す平面図、断面図および屈折率変化
曲線図、第７図は従来の光導波路の製造工程を示第 １
図 Ｃｏｚｔ寸’：ｔ−゛−ムｆ′）照射時間ｔ （Ｓｅｃ
）第３図 （ｂ） 第４図 （久） ＶＪ ５ 図 （Ｌ）（ｂ） （女４ｐｈ立享Ｎ雪どコア 冨６図 （ａｌ、ン （ｂン
、）１夕乏１（Ｃ） 第７図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、低屈折率層（屈折率ｎ＿ｂ）の上に、光信号の伝搬
方向に沿つて屈折率（ｎ＿ｃ、ｎ＿ｃ＞ｎ＿ｂ）が連続
的に変化したコア導波路を形成し、該導波路上全体に屈
折率がｎ＿ｃ＿ｌ（ｎ＿ｃ＿ｌ＜ｎ＿ｃ）のクラッド膜
が形成された光導波路。 ２、コア導波路膜として、膜形成温度よりも高い温度で
熱処理することによつて屈折率が変化する膜からなる第
１項記載の光導波路。 ３、コア導波路用膜を形成し、パターニングを行う前に
、該膜に光信号伝搬方向に沿つて熱エネルギを加えてい
くことによつて、コア導波路用膜の屈折率を光信号伝搬
方向に沿つて連続的に変化させるようにした光導波路の
製造方法。 ４、光導波路の光信号伝搬方向に沿つて順次加えていく
熱エネルギの量を連続的に変化させるようにした第３項
記載の光導波路の製造方法。 ５、熱エネルギとしてＣＯ＿２レーザビーム光を用いた
ことを特徴とする第３および第４項記載の光導波路の製
造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25363087A JPH0196604A (ja) | 1987-10-09 | 1987-10-09 | 光導波路およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25363087A JPH0196604A (ja) | 1987-10-09 | 1987-10-09 | 光導波路およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0196604A true JPH0196604A (ja) | 1989-04-14 |
Family
ID=17254015
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25363087A Pending JPH0196604A (ja) | 1987-10-09 | 1987-10-09 | 光導波路およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0196604A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1324645A1 (fr) * | 2001-12-13 | 2003-07-02 | Commissariat A L'energie Atomique | Dispositif optique et procédé optique pour le déplacement de particules |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59111941A (ja) * | 1982-12-02 | 1984-06-28 | ウエスタ−ン・エレクトリツク・カムパニ−，インコ−ポレ−テツド | 光学デバイスおよびその製造法 |
| JPS602906A (ja) * | 1983-06-20 | 1985-01-09 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | フイルタ付光導波路の製造方法 |
| JPS61273506A (ja) * | 1985-05-30 | 1986-12-03 | Mitsubishi Rayon Co Ltd | 線状照明装置 |
-
1987
- 1987-10-09 JP JP25363087A patent/JPH0196604A/ja active Pending
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