JPH02221903A - Ｙ分岐導波路の製造方法 - 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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は光フアイバ通信に用いられる導波型ＩＸＮ分岐
結合器の主要構成要素であるＹ分岐導波路の製造方法に
関する。

〈従来の技術〉 光フアイバ通信システムや光フアイバセンサーシステム
においては、光ファイバを伝送する光信号をＮ個の光出
力に分岐したりＮ個の人力を１個の出力に結合したりす
る分岐結合器が使用される。

特に加入者系光伝送システムではコストの低減のためな
どから、幹線ケーブルを多芯ケーブルとして途中で各加
入者に接続される配線ケーブルに分配する単一モードの
ＩＸＮ型分岐結合器が必要となる。このＩＸＮ分岐結合
器（場合によってはＮｘＭ型分岐結合器）を安価に大量
に作る望ましい方法の一つは、ガラス基板にイオン交換
により、入力導波路部と２本以上の出力導波路部とそれ
らの間を接続するＹ分岐導波路部とからなるＹ分岐導波
路を作製し、人出力ファイバを接続する方法である。こ
のＹ分岐導波路を多段に接続すれば、ＩＸＮ分岐結合器
を容易に構成できる。

Ｙ分岐導波路の製造方法については、本発明者の一人他
が昭和６２年度電子通信情報学会半導体・材料部門全国
大会の講演番号３６９で発表した論文で技術開示がある
。この方法はガラス基板にイオン交換制御膜を形成して
、フォトリソグラフィとエツチングにより導波路マスク
パターンを形成して、第１の溶融塩に浸漬して表面より
基板の屈折率を上昇させる（もしくは低下させる）−価
陽イオンを交換させ、さらにその膜を除去した後第２の
溶融塩に浸漬して屈折率を低下させる（もしくは上昇さ
せる）−価陽イオンを交換させるものである。イオン交
換制御膜としてはＴ１膜やＣｒＩｇあるいは誘電体膜例
えばＳｉＯ２膜が使用できる。また、−価陽イオンとし
てはＴｌイオン、アルカリイオン及びＡｇイオンが使用
できる。

なお、ガラス基板でなくＬｉＮｂＯ３基板を使用する場
合は、プロトン交換法またはＴｉ拡散法を用いることが
できる。通常前者の場合は１段のみの交換が行われ、後
者の場合は１段のみの拡散もしくは第２段のＭｇの追拡
散が行われる。

〈発明の解決しようとする問題点〉 前述の従来の製造方法ではＹ分岐導波路が比較的簡単に
作製できる利点があるが、その特性について若干の問題
点があった。第１図に示されるようなＹ分岐導波路を製
造する場合、従来の方法では第５図に示すような開ロバ
ターンのイオン交換制御膜５０を使用していた。第５図
の５１．５２．５３ａ、５３ｂは、それぞれ入力導波路
部、Ｙ分岐導波路部、出力導波路部のための開口を示し
ている０開口５１は開口５２をへて２つの開口５３ａ、
１５３ｂに至る。開口５２は開口５１に接続するところ
は幅が等しいが、開口５３ａ、５３ｂに接続するところ
は幅が約２倍ある。このためＹ分岐導波路部１２では第
１段イオン交換でのイオン拡散が他の部分より進んで、
その導波路の断面の寸法が他の部分より大きくまた屈折
率差が大きくなっていた。このため、入力導波路部５１
、出力導波路部５３ａ、５３ｂで単一モードであっても
、Ｙ分岐導波踏部５２で単一モード条件が満たされない
ことが生じがちであった。

第６図は従来の方法により、入出力導波路５１．５３ａ
、５３ｂに対し単一モードとなる製造条件で製造したＹ
分岐導波路の波長損失特性の一例を示している。図では
波長１．４５μｍ付近より短波長で２つの出力導波路の
損失が変動することが示されている。この問題点の原因
は導波路の形状と屈折率差が大きくなるため、その波長
では厳密には単一モードでなくなるためである。従来の
方法だけで良好な波長損失特性を得ようとすると、イオ
ン交換条件の高精度な制御が必要であった。

その時でも良品の歩留りは６０％くらいであり、コスト
高の原因になっていた。

またＹ分岐導波路の過剰損失は直線導波路の損失より０
．２〜０．５ｄＢ大きかった。この原因は導波路の屈折
率差（あるいは等価屈折率差）が大きいので、Ｙ分岐導
波路部での散乱損失が太きくなるためであることが、Ｙ
分岐導波路部での光の伝搬状態をＢＰＭ法（ビームプロ
パゲーションメソッド）で解析した結果明らかになった
。

〈問題点を解決するための手段〉 本発明では上記従来の方法の問題点を解決するために、
損失が波長に対して安定で損失の小さいＹ分岐導波路を
製造する新しい方法を提供する。

即ち、本発明の第１の方法は、基板とその外部にある一
価陽イオンとの間のイオン交換により導波路を形成する
イオン交換導波路の製造方法において、入力導波路部と
２本の出力導波路部の移行部であるＹ分岐導波路部のた
めのイオン交換制御膜の開口に、微小な開口部が繰り返
しある回折格子状開口を重畳したことを特徴とする。

また本発明の第２の方法は、基板上に形成されたパター
ン吠拡散物質薄膜を拡散することにより導波路を形成す
るイオン拡散導波路の製造方法において、入力導波路部
と２本の出力導波路部の移行部であるＹ分岐導波路部の
ためのパターン状拡散物質薄膜に、微小な開口部が繰り
返しある回折格子状開口を形成したことを特徴とする。

本発明による製造方法は、イオン交換あるいはイオン拡
散導波路の形成過程を解析しその特徴を考慮したもので
ある。

〈実施例〉 第１図は本発明による一実施例のＹ分岐導波路のパター
ンを示す図である。第２図はその作製に使用したイオン
交換制御膜２０の開口のパターンを示す拡大図である。

１０はガラス基板、１１は入力導波路部、１２はＹ分岐
導波路部、１３ａと１３ｂは出力導波路部である。イオ
ン交換制御膜２０は一例としてスパッタによるＴｌ薄膜
である。

２１は入力導波路部１１のための第１の開口、２２はＹ
分岐導波踏部１２のための第２の開口、２３ａ、２３ｂ
は出力導波路１３ａ、１３ｂのための第３および第４の
開口である。

第１の開口２１、第３、第４の開口２３ａ、２３ｂの幅
は２μｍである。第２の開口２２は第１の開口２１の終
点と第３、第４の開口２３ａ、２３ｂの始点を接続する
ものであって、図の右側では幅２μｍ左側では幅４μｍ
のテーバ状開口であり、テーパ角は０．　５度、長さは
約１１５μｍである。第２の開口２２および第３、第４
の開口２３ａ、２３ｂの始点付近く始点より約２３０μ
ｍの位置まで〉にはさらに微細構造があり、図のように
幅２μｍの開口部が４μｍの周期で並んだ回折格子状開
口が重畳している。回折格子の走行方向は入力導波路部
の光軸に垂直である。第２の開口２２および第３、第４
の開口２３ａ、２３ｂの始点付近の開口面積はこの微細
構造がない場合の６０％になっている。

第３、第４の開口２３ａ、２３ｂにおいてそれらの始点
から回折格子状開口の終端までの距離りは、θを出力導
波路２３ａ、２３ｂのなす角（θ／２がテーパ角）、Ｄ
を形成される導波路の幅、ｄを開口幅とした時、次の式 ％式％）） を満たすように決めるのが望ましい、実施例ではＬを式
（１）の右辺の値の４０％に設定した。−般には、右辺
の値の２５％から７δ％の範囲のＬが望ましい導波路特
性を与える。

このようなイオン交換制御膜２０を使って、Ｔｌイオン
を一部含有する溶融塩で第１段の熱イオン交換を行い、
続いてイオン交換制御膜２０を除去してにイオンを含有
する溶融塩で第２段の熱イオン交換を行フた。この時、
第１段イオン交換時間と第２のイオン交換時間の比を１
００ニア５とした。！！造されたＹ分岐導波踏部１２の
、第２図のＡ点、Ｂ点、０点に対応する位置の断面は、
それぞれ第３図（１）（２）（３）のようであった。

これは従来方法の欠点、即ち第２図のＢ点に対応する位
置の断面が第３図（４）のように導波路の形状と屈折率
差が大きかったことが解決されたことを表している。

以上に説明した実施例はＩＸ２Ｘ２分岐器の場合である
が、ＩＸＮ　（Ｎ＝４．８．１６、・・・）やＮＸＭ分
岐結合器にも当然応用できる。実施例では、回折格子状
開口の周期を４μｍ、開口量を５０％としたが、これ以
外のパターンでも良い。

但しパターンの周期が余り長い場合は、マスクされてい
る部分と開口部分でイオン濃度が大きく異なり周期構造
を形成してしまうので好ましくない。

この他、回折格子の周期や開口比を徐々に変化させても
良い。回折格子状開口の回折格子の走行方向と入力導波
路部の光軸を垂直にしたが、この角度は厳密に９０度で
なくても良い。なお、本発明はイオン交換導波路の作製
法だけにとどまらず、Ｔｉ拡散あるいはプロトン交換の
ＬｉＮｂＯ３導波路にも適用できるｓＴｔ拡散の場合は
、拡散前のＴｉ薄膜のパターンがＹ分岐導波路部で回折
格子状になっていれば良い。

〈作用〉 実施例は、ガラス基板１０にイオン交換制御膜２０の開
口２１．２２．２３ａ、２３ｂにより入力導波路部１１
．Ｙ分岐導波路部１２、出力導波路部１３ａ、１３ｂが
イオン交換で形成されておリ、Ｙ分岐導波路として機能
する。第４図は実施例で得られたＹ分岐導波路に人力お
よび出力の皐−モードファイバを接続して測定した波長
特性を示す図であり、１．　３μｍおよＵｌ、５５μｍ
で安定な分岐特性を示している。実施例のＹ分岐導波路
の歩留まりは試作基板数６に対し、８３％であった。

〈発明の効果〉 本発明によれば、Ｙ分岐導波路部およびそこに近い出力
導波路の直上のマスク開口面積を無い場合に比べ減少さ
せることができ、このためイオン交換の進行を実質的に
遅らせることができる。従って、従来の方法でＹ分岐導
波路部の開口量が入出力導波路部の最大２倍あったため
に、Ｙ分岐導波路部の寸法と屈折率差が不可避的に大き
くなりすぎる問題を防止できる。これにより単一モード
の波長領域が狭まったり、ある波長域で各出力導波路の
損失が変動したりするのを防止でき、またＹ分岐導波路
部で散乱損失が発生するのを抑えることができた。これ
は１．２〜１．　６μｍで導波路のすべてにわたって単
一モード条件が実現されたてことを表している。実施例
ではＹ分岐導波路部での散乱損失も約０．２ｄＢであっ
た。本発明はＩＸＮ分岐結合器の良品歩留りを上げるの
で作製コストを低減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による一実施例のＹ分岐導波路のパター
ンを示す図、第２図はイオン交換制御膜の間ロバターン
を示す拡大図、第３図はＹ分岐導波路の各位置での導波
路断面形状を示す図（その（１）、　（２）、　（３）
が実施例の場合で、　（４）は従来の方法の場合である
）、第４図はＹ分岐導波路の波長損失特性を示す図、第
５図は従来の方法のイオン交換制御膜の開ロバターンを
示す拡大図、第６図は従来の方法のＹ分岐導波路の波長
損失特性を示す図である。 図において、 ｌＯ・・・・・・・・基板 １１・・・・・・・・入力導波路部 １２・・・・・・・・Ｙ分岐導波路部 １３ａ、ｂ・・出力導波路部 ２０・・・・・・・・イオン交換制御膜２１．２２．２
３ａ、２３ｂ・・・・・・・・開口である。 第１囚 第２図 ３ｂ 第 図 第 図 波 長 （ｐｍ） 第 図 波 長（μｍ） 第 図 ３ｂ 手続 補 上書

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板とその外部にある一価陽イオンとの間のイオ
   ン交換により導波路を形成するイオン交換導波路の製造
   方法において、入力導波路部と２本の出力導波路部の移
   行部であるＹ分岐導波路部のためのイオン交換制御膜の
   開口に、微小な開口部が繰り返しある回折格子状の開口
   を重畳したことを特徴とするＹ分岐導波路の製造方法。
2. （２）基板上に形成されたパターン状拡散物質薄膜を拡
   散することにより導波路を形成するイオン拡散導波路の
   製造方法において、入力導波路部と２本の出力導波路部
   の移行部であるＹ分岐導波路部のためのパターン状拡散
   物質薄膜に、微小な開口部が繰り返しある回折格子状開
   口を形成したことを特徴とするＹ分岐導波路の製造方法
   。