JPH02234107A - 光導波路 - 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、不純物拡散法により、複数の屈折率が異なる
領域が形成された基板を備えた光導波路に関し、特に、
テーパ状光導波路や、光集積回路等に応用が可能な光導
波路に関する。

〔従来の技術〕

基板に形成された導波層の端部がテーバ状になっている
光導波路が知られているが、このようなテーパ状光湛波
路では、層厚の一定な導波層を伝穀されてきた導波光を
テーパ状の部分で基板側へ取り出すのであるが、取り出
された光は発散性であることが知られている． このテーパ状光導波路から基板側へ取り呂される光を上
記発散型のものから上記テーパ形状を適当に設計するこ
とによって微小な焦点を結ばせることが可能となるなら
ば、これを例えば光ディスクの記録・再生用のスポット
光として用いることが可能となる． そこで、本出原人は、テーパ状光導波路によって基板側
に取り出される光を、基板外の焦点位置に集束させうる
テーパ状光導波路を先に提案した（特願昭６３〜７９８
５５号）。

このテーパ状光導波路では、例えば、第２図に示すよう
に、放射光を基板外で集束させるために，基板を伝搬基
板２２と放射基板２３の屈折率の異なる２つの基板で構
成し、この２つの基板２２．　２３の同一平面上にテー
パ部２４を有する導波／１２１を形成している。このた
め、上記テーパ状光導波路の実現には，光導波路用基板
に屈折率の異なる２以上の領域を設ける必要がある。こ
のため、従来は、光学樹脂等を接着剤として利用して上
記異なる屈折率を有する２つの基板２２．　２３を接合
した後、この接合基板の表面を鏡面研磨し、導波層形成
用の平面を形成していた． 〔発明が解決しようとする課題〕 ところが、光学樹脂等の接着剤を用いて２つの基板を接
合し、異なる屈折率領域を有する基板を作製した場合、
基板作製時には境界面（接合面）に段差など存在しなか
ったとしても、導波層の成膜中の基板加熱などにより基
板に過度の熱が加えられると、基板の接合面間に介在す
る樹脂部に変形がおこり、その結果として接合面での信
号光の散乱等が発生するなどの開運があった。

また、基板の接合部に光学樹脂等を介在させた場合、基
板使用面の研磨仕上げ時に硬度差等による研磨段差が生
じやすく、また、この中間石に研磨材やスラッジ等が入
り込み、連続性を望む基板表面が得られないという問題
も生じていた。同様に、品質信頼性の面でも樹脂等は耐
水性，耐熱性，耐振動性等が弱く、接合層の経時変化が
大きく、信頼性に劣るという問題もあった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、散乱
、歪、変形等がなく且つ複数の異なる屈折率領域を有す
る基板を備え、テーパ状光導波路や、光集積回路等への
応用が可能な光導波路を提供することを目的とする． 〔課題を解決するための手段〕 上記目的を達成するため，本発明による先導波路は，導
波層形成用の平面を有し導波層より低い屈折率を持ち導
波光に対して透明な基板と、該基板の所定範囲に不純物
を拡散させ上記基板と屈折率を相異させてなる不純物拡
散領域とを有し、上記不純物拡散領域を含む基板の上記
平面上に導波層を形成してなることを特徴とする。

また、この光導波路の応用として、本発明では、上記先
導波路において，導波層は層厚が均一な均一層厚導波廖
と、この均一層厚導波漕に連接され連接部では均一層厚
導波層と同一の廖厚を有し上記連接部を離れるに従って
層厚が漸次減少し上記均一層厚導波１を伝搬されてくる
導波光を基板側へ放射するテーパ状導波層とからなり、
上記導波層が形成される基板即ち伝搬基板と不純物拡散
領域即ち放射基板とは互いに異なる屈折率を有して上記
導波層における導波方向へ上記順序に連接されており、
上記伝搬基板と放射基板の連接部が、上記伝搬基板と導
波漕の屈折率、テーパ状導波層の形状により定まる放射
開始位置に近く，且つこの放射開始位置を上記導波方向
において越えないように設定されたことを特徴とする。

〔作　　　用〕

本発明によれば、基板の屈折率の異なる領域が不純物拡
散法によって形成された導波層形成用の基板が提供され
る。

上記不純物拡散法によって屈折率の異なる領域が形成さ
れた光導波路形成用基板は、同一材質の単体基板からな
り接合部が存在しないため、従来の接合基板を用いた場
合の、接合面での散乱損失や，高温下における接合材の
熱変形，接合部の経時変化等が排除され、異なる屈折率
領域を有する基板を備えた光導波路の作製が容易となる
。

また、本発明によれば、基板は異なる屈折率領域を有す
る単体の基板からなり、その基板上にテーパ状導波層を
形成しているため、接合部における段差の発生や光散乱
の問題等が防止され、良好な状態のテーパ状光導波路が
作製される．また，上記テーパ状光導波路の基板を異な
る屈折率を有する伝搬基板と放射基板とを連接した構成
とすることにより、テーパ状導波層の作用により基板側
に放射された放射光を基板外の焦点位置に集光すること
が可能となる。

〔実　施　例〕

以下、本発明を図示の一実施例に基づいて詳細に説明す
る。

第１図は本発明による光導波路の一例を示す概略的斜視
構成図であり、図中符号１はテーパ状の導波暦、符号２
は導波暦形成用の平面を有し導波廖より低い屈折率を持
ち導波光に対して透明な基板、符号３は基板２の所定範
囲に不純物を拡散させ上記基板２と屈折率を相異させて
なる不純物拡散領域であり、基板２側が伝搬基板、不純
物拡散領域３側が放射基板である。また、符号４は導波
層１のテーバ状部、符号５は放射基板３の端面、符号６
は導波路の基本波であるＴＥｆｉモードの導波光、符号
７はシリンドリカルレンズ状に形成された端面レンズで
ある。

ここで、第ｌ図に示す構成の光導波路においては、導波
層１は層厚が均一な均一層厚導波層と，この均一導波層
に連接され連接部では均一層厚導波層と同一の層厚を有
し上記連接部を離れるに従って層厚が漸次減少し上記均
一層厚導波層を伝搬されてくる導波光６を基板側へ放射
するテーバ状導波層とからなり、上記導波層１が形成さ
れる基板（伝搬基板）２と不純物拡散領域（放射基板）
３とは互いに異なる屈折率を有して上記導波ｒｆＩ１に
おける導波方向へ上記順序に連接され、この連接部が、
上記伝搬基板２と導波暦１の屈折率、テーパ状導波Ｍ４
の形状により定まる放射開始位置に近く、且つこの放射
開始位置を上記導波方向において越えないように設定さ
れている。

したがって、第１図に示す構成の光導波路では、Ｂ　ｕ
ｔｔ結合（半導体レーザ（ＬＤ）を直接導波層と密着さ
せる方法）等により、レーザ光が導波層１に入力される
と、励振された基本波であるＴＥ，モ−ドの導波光６は
導波層１内で全反射を繰り返しながら導波層１のテーパ
状部（テーパ状導波層）４に到達する。このテーパ状部
（テーパ状導波Ｎ）４に到達した導波光６はテーパ状部
４の作用により、基板２，３側へ漏洩波として放射され
る．この基板側への放射光に対して、基板２，３は放射
光の集束位置（焦点距離）を増大させる効果を有し、上
記集束位置が基板外に成るように作用する。

尚、このテーパ状光導波路による放射光の集束は導波路
の厚さ方向のみであるから、この光導波路を光ディスク
用等の光ヘッドとして用いるには、導波層１の帳方向へ
も集束性を持たせる必要がある。このため，第１図に示
す光導波路においては、基板の光呂射側端面５に導波路
の幅方向に集束性を有するシリンドアノカルレンズ状の
端面レンズ７が設けられている。したがって、第１図に
示す構成の光導波路においては、テーパ状導波層と異な
る屈折領域を有する基板、及び端面レンズの作用効果に
より、基板外に放射光をスポソト状に集光することがで
き、一体構造の光ヘッドとして利用することができる。

ところで、第１図に示す構造の光導波路を作製する場合
、本発明では，先ず、一枚の基板材を切削、研磨して所
定形状の導波層形成用基板を作製する。次に、この基板
２の光出射端側の所定範囲にイオン交換等の不純物拡散
法により不純物を拡散し、他部位とは屈折率の異なる不
純物拡散領域（放射基板）３を形成する． ここで、上記不純物拡散領域（放射基板）３は、導波層
１から基板側に放射された放射光が、基板の出射側端面
５に到達するまでに必要な厚さ（通常１００〜５００μ
ｍ程度）があれば十分なので、イオン交換等の不純物拡
散による高屈折率化によって作製することができる。ま
た，イオン交換（電界印加型）による不純物拡散では、
フォトリソグラフィー技術を利用するので、高精度化が
図れるとともに、接合基板と比べてコストの低減が図れ
る．また、基板２と不純物拡散領域３の境界面の形状と
精度は、パターニングに依存するので、曲面等複雑な形
状も作製可能となる。

さて、以上のようにして上記不純物拡散領域３が形成さ
れた基板２の表面は、鏡面研磨され、この表面上に、イ
オンプレーティング法やＰＶＤ，ＣＶＤなどの蒸着法、
あるいはスパッタリング法等によってテーパ部４を有す
る導波層１が形成される． 尚、基板の光出射側端面５に前述したように端面レンズ
７を設ける場合、この端面レンズ７は基板形成時に基板
と一体に形成することができ、また、導波漕形成後に光
学樹脂等を用いて接合することもできる．尚、上述のよ
うに端面レンズ７を基板形成時に基板と一体に形成した
場合には、端面レンズ７に不純物を拡散させて、端面レ
ンズ７を不純物拡散領域に含めるか否かは設計的な選択
による． 〔発明の効果〕 以上説明したように、本発明によれば、基板２の屈折率
の異なる領域３が不純物拡散法によって形成され、この
不純物拡散法によって屈折率の異なる領域が形成された
光導波路形成用基板は、同一材質の単体基板からなり接
合部が存在しないため，従来の接合基板を用いた場合の
、接合面での散乱損失や，高温下における接合材の熱変
形，接合部の経時変化等が排除され、異なる屈折率領域
を有す６ｉ板を備えた先導波路の作製が容易となる． また，本発明によれば、基板は異なる屈折率領域を有す
る単体の基板からなり、その基板上に導波層を形成して
いるため、接合部における段差の発生や光散乱の問題等
が防止され、良好な状態の光導波路が作製される。

また，テーパ状光湛波路を作製する場合に、基板を異な
る屈折率を有する伝搬基板と放射基板とを連接した構成
とすることにより、テーパ状導波層の作用及び伝搬基板
と放射基板の作用により、基板側に放射された放射光を
基板外の焦点位置に集光することが可能となり，光ヘッ
ド等への応用が容易に可能となる。

また、本発明によれば、不純物拡散法により複数の屈折
率が異なる領域が設けられた基板を用いて光導波路を作
製することができるため、光集積回路への応用も容易に
可能となる．

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す光導波路の概略的斜視
構成図、第２図は従来技術の一例を示す光導波路の概略
的斜視構成図である。 １・・・・導波層、２・・・・基板（伝搬基抜）、３・
・・不純物拡散領域（放射基板），４・・・・テーパ状
導波層部、５・・・・光出射端面、６・・・・導波光，
７・・・端面レンズ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、導波層形成用の平面を有し導波層より低い屈折率を
   持ち導波光に対して透明な基板と、該基板の所定範囲に
   不純物を拡散させ上記基板と屈折率を相異させてなる不
   純物拡散領域とを有し、上記不純物拡散領域を含む基板
   の上記平面上に導波層を形成してなることを特徴とする
   光導波路。 ２、請求項１記載の光導波路において、導波層は層厚が
   均一な均一層厚導波層と、この均一層厚導波層に連接さ
   れ連接部では均一層厚導波層と同一の層厚を有し上記連
   接部を離れるに従って層厚が漸次減少し上記均一層厚導
   波層を伝搬されてくる導波光を基板側へ放射するテーパ
   状導波層とからなり、上記導波層が形成される基板即ち
   伝搬基板と不純物拡散領域即ち放射基板とは互いに異な
   る屈折率を有して上記導波層における導波方向へ上記順
   序に連接されており、上記伝搬基板と放射基板の連接部
   が、上記伝搬基板と導波層の屈折率、テーパ状導波層の
   形状により定まる放射開始位置に近く、且つこの放射開
   始位置を上記導波方向において越えないように設定され
   たことを特徴とする光導波路。