JPH03192206A - 希土類元素添加導波路の製造方法 - 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］ 本発明は希土類元素を添加したガラス導波路の製造方法
に関するものである。

［従来の技術］ 希土類元素を添加した光ファイバにより、光フアイバレ
ーザー、光フアイバアンプ、光フアイバセンサなどのア
クティブ光デバイスをｒＦＦ！発する研究が活発になっ
てきた。このアクティブ光デバイスは、石英系光ファイ
バが持つ低損失性。

広帯域性、細径、無誘導性を保持したまま希土類元素の
添加による発振特性、増幅特性、螢光及び吸収特性を利
用しようとするものである。

従来、希土類元素を添加した光ファイバはＭＣＶＤ法、
ＶＡＤ法などの光通信用光ファイバの製造技術と同じ方
法で作られている。すなわち、ＭＣＶＤ法では、ＮｄＣ
ｊ！３あるいはＥｒＣＪａの塩化物を熱分解させ、Ｇｅ
Ｃｌ４，５ｉＣＪ！ｎと共に堆積される（第２図）、ま
たＶＡＤ法ではコア用多孔質母材をＮｄＣＪ３等の雰囲
気中で透明ガラス化することによって作製されている（
第３図）。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の希土類元素を添加した光ファイバによるアクティ
ブ光デバイスは、（１）　　コア径が１０μｍ〜５０μ
ｍ程度と細径であるため励起パワー密度が大きくなり、
励起効率の高いレーザーが実現可能なこと、（２）相互
作用長が長くとれること、（３）低損失な伝送路である
こと、などの特徴がある。

しかし、励起用光源も含めて実装した場合、小形化がむ
ずかしい、また、光フィルタ、光スィッチ、光変調器、
光合分波器などの光回路と−・体止した多機能光デバイ
スを実現しようとする場合、小形化もむずかしいばかり
でなく、高信頼性、結合の無ｔＡｌｌ化、大量生産性な
どのａ！題も克服することがむずかしい。

本発明の目的は、前記した従来技術の問題点を解消し、
小形、低損失、多機能性を実現させるために、ブレーナ
構造のガラス導波路の光伝搬部分であるコア導波路に希
土類元素を制御性良く添加させることが可能な希土類添
加導波路の製造方法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明の希土類元素添加導波路の製造方法は、ＳｉＯ２
あるいはＳｉＯ２に屈折率制御用添加物を含んだ屈折率
ｎ１のバッファ層を形成した基板上に、ＳｉＯ２あるい
はＳｉＯ２に屈折率制御用添加物を含んだ多孔質状のガ
ラス膜を形成させ、該ガラス膜中に屈折率制御用添加物
と希土類元素を含んだ金属アルコレート溶液を含浸し、
乾燥。

高温熱処理して屈折率ｎ２　（ｎｔ＞ｒｚ　）の透明ガ
ラス膜にするものである。

この場合、上記の方法で製造した透明ガラス膜を、ホト
リソグラフィ、ドライエツチングプロセスを用いて略矩
形状に加工し、該加工した表面全体を屈折率がｎ３　（
ｎ３＜ｎｔ　）のガラス層で被覆することが好ましい。

ガラス膜中に屈折率制御用添加物と希土類元素を含んだ
金属アルコレート溶液を含浸させる方法としては、該溶
液中に浸漬させることによって含浸させる方法がある。

基板の材質にＳ　ｉ　０２あるいはＳｉＯ２に屈折率制
御用添加物を含んだ屈折率ｎ　ｌのものを用い、バッフ
ァ層を該基板で代用することもできる。

［作用］ ガラス導波路の光伝搬部分であるコア部分に希土類元素
を添加してレーザー、増幅器、あるいは増幅機能付きの
各種光回路を実現する際に、励起光の出力、導波路長が
定められている場合には、希土類元素の添加量を制御す
る必要がある。しかながら、ガラス導波路中へ希土類元
素を制御性良く添加させる製造方法はまだ報告されてい
ない。

本発明では、まず、Ｓ　ｉ　０２あるいはＳ　ｉ　０２
に屈折率制御用添加物を含んだバッファ層（屈折率ｒｚ
　）の形成された基板上に、ＳｉＯ２あるいはＳ　ｉ　
０２に屈折率制御用添加物を含んだ多孔質状のガラス膜
を形成させる０次に上記多孔質状のガラス膜中に屈折率
制御用添加物と希土類元素を含んだ金属アルコレート溶
液を含浸し、乾燥、高温熱処理し、必要に応じて、その
後、ホトリソグラフィ、ドライエツチングプロセスによ
り屈折率がｎｔ　（ｎｔ　＞ｎｉ　）のコア層、例えば
略矩形状のコア層を形成させる。好ましくは、その後、
屈折率ｎｊ　（ｎｉ　＜ｎｚ　＞のクラッド層を上記パ
ターン化したコア層表面全体に被覆する。

このＩｌ！遣方法は、コア層の屈折率ｎ２をバッファ層
、クラッド層との間でシングルモード伝搬できるように
制御性良く作ることができ、かつコア層内への希土類元
素の添加量も制御性良く調節することができるという特
徴がある。これは、屈折率制御用添加物と希土類元素を
含んだ金属アルコレ−１・溶液を用いることによって初
めて実現されるものである。

［実施例］ 第１図に本発明の希土類元素添加導波路のＩｌ！遣方法
の実施例を示す。

まず（ａ）に示すように、基板１（例えば、ＳｉＯ２系
ガラス基板、Ｓｌ基板、ＬｉＮｂＯ５基板、ＧａＡｓ基
板など）上に、屈折率がｎｌのバッファ層を形成させて
おく、このバッファ層２は、この上に形成するコア層内
を光が低損失で伝搬するようにする上で必要である。ま
たシングルモード伝送用導波路を構成する上でも必要で
ある。

このバッファ層２の材質は、ＳｉＯ＊、あるいはＳ　ｉ
　Ｏ２４：ｌ：屈折率制御用添加物（Ｂ、Ｆ、ＴＩ。

Ｇｅ、Ｐ、Ａｊ、Ｚｎ、Ｎａ、Ｔａなど）を少なくとも
１種含んだものを用いるが、基板ｌにＳｉＯ２系ガラス
基板を用いた場合には、この基板１でバッファ層２を代
用してもよい。

このバッファ層２の上に、３１０２あるいはＳ　ｉ　Ｏ
＊に上記屈折率制御用添加物を少なくとも１種含んだ多
孔質状のガラスＦＩＩ３を形成させる。

この多孔質状のガラスＷＡ３は、よく知られた方法、た
とえば、ゾル−ゲル法、低温ＣＶＤ法、スパッタリング
法、電子ビーム蒸着法、あるいは酸水素バーナ火炎中に
５ｉＯｚ系のガラス原料ガスを搬送させていき火炎加水
分解によって多孔質状のガラス膜を形成する方法、など
により形成する。この多孔質状のガラスＷＡ３は液体が
浸透する程度の多孔質状の膜であり、膜のがさ密度は０
．２〜０．６ｇ／ｃｍ’程度のものであれば十分である
。

かさ密度があまり高いと液体の浸透が悪くなるので好ま
しくない、逆に低いと形状変形を起こすので好ましくな
い。

次に、＜ｂ＞に示すように、（ａ）のプロセスで作成さ
れた資料を、前記屈折率制御用添加物と希土類元素（Ｅ
ｒ、Ｎｄ、Ｙｂ、ＨＯ，Ｔｍなどを少なくとも１１１含
んだもの、）を含んだ金属アルコレート溶液５を入れで
ある容ＩＩ４内に浸漬する。ここで、上記溶液５には、
たとえば、東京応化工業製の製品（たとえば、ｐ−５ｉ
−フィルム。

ｌ３−３３−７４ルム、Ｚｎ−８１−フィルムなど）に
、ＥｒＣｊ　ｚ　、ＮｄＣｊ　ｓなどの希土類元素化合
物を溶解した溶液を用いる。多孔質状のガラス１模３中
への希土類元素溶液の混入量は、たとえば、Ｐ−３ｉフ
イルム液とＥｒＣＪｓの凰を調節することによって制御
することができる。また上記ＰＳｉ−フィルムおよびＥ
ｒＣＪｓともにアルコール可溶なので、アルコールの混
入量によっても制御することができる。屈折率はＰと８
１の濃度比によ・って制御することができ、また（ａ）
の１＋：！セスで多孔質状のガラスＷＡ３を形成する段
階でも制御することができる。すなわち、２段階にわた
って制御することができる。

次に、屈折率制御用添加物と希土類元素とを含んだ金属
アルコレート溶液の浸透した試料を乾燥させた後、（ｃ
）に示すように、電気炉６．内で加熱する。この加熱プ
ロセスは、矢印７−１から電気炉内にＨｅおよびＯ’ｘ
ガスを導入し、矢印７−２方内から排気するようにして
行う、必要に応じ、上記ガスに塩素ガスＣｊ２を重畳さ
せてもよい。

すなわち、脱ＯＨ化と多孔質状のガラス膜の透明ガラス
化を行う。

次に、この透明ガラス化したコアガラス膜をホトリソグ
ラフィ及びドライエツチングプロセスによりパターン化
し、略矩形状のコア層８を得る（（ｄ））。このコア層
８の屈折率ｎ２はバッファ層２の屈折率ｎ１に対して０
．２〜０．７％程度高い値に設定され、シングルモード
伝送用として作用する。したがって、コア層８の厚み及
び高さも数μｍから１０数μｍの値に設定される。そし
てコア層８内の希土類元素イオンの濃度は数百ｐｐ＋ｔ
から数％の範囲に制御することが可能である。なお、希
土類元素イオン濃度が高濃度になると、これによってコ
ア層８の屈折率も高くなる。このコア層８の屈折率を低
くするなめに、ＦあるいはＢさらには両方共に添加する
。

次に、（ｅ）に示すように、クラッドＦＷ９を被覆する
ことによって導波路の作成が完了する。このクラッド層
９の屈折率ｎｌはバッファ層２のそれと等しいか、ある
いはその近傍の値に選ばれる。

なお、基板１．バッファ層２、コア層８及びクラッド層
９の熱膨張係数の値はできる限り近い値となるように制
御する必要があるが、本発明の場合、屈折率制御用添加
物の種類、量、複数種の組み合わせ等によって制御する
ことができる。

本発明は上記実施例に限定されない、まず第１図（ｂ）
のプロセスにおいて、多孔質状のガラス１８！３中への
溶液５を浸透させる方法としては、浸漬性以外に、添付
法、スプレーによる吹付は法などの方法を用いてもよい
、導波路の構造としては３次元構造のチャンネル型以外
に、２次元！１１３￥！のスラブ型であってもよい、ま
た上記実施例で示した埋込み型以外に、リッジ型、装荷
型などの導波路構造を用いてもよい、溶液５として、Ｓ
ｉの金属アルコレート溶液には、Ｓ　ｉ　（ＯＣＩ（３
）　ａ　＋Ｓ　ｉ　（ＯＣ２）Ｉｓ　）　４などを用い
てもよい。また屈折率制御用添加物の溶液として、 Ｔｉ　（ＱＣ２Ｈａ　）−０Ｂ　（ＯＣｉ　）Ｉｓ　）
　ｓなどを用いてもよい。

［発明の効果］ 本発明によれば、ガラス導波路の屈折率の制御性と希土
類元素の添加量の制御性を共に満足させることができる
導波路の製造方法を提供することができる。これにより
、シングルモード伝搬条件の導波路の実現と、レーザー
、増幅機あるいは増幅機付きの各種光回路用導波路の実
現とを併せて達成することができる。その結果、多機能
光デバイスを小形、高信頼１高性能および低コストに実
現可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の希土類元素添加導波路の製造方法に関
する実施例を示した図、第２図は従来のＭＣＶＤ法によ
る希土類元素添加光ファイバの製造方法の概略図、第３
図はＶＡＤ法を利用した従来の希土類元素添加光ファイ
バの製造方法の概略図である。 図中、ｌは基板、２はバッファ層、３は多孔質状のガラ
ス膜、４は容器、５は屈折率制御用添加物と希土類元素
を含んだ金属アルコレート溶液、６は電気炉、８はコア
層、９はクラッド層を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．ＳｉＯ＿２あるいはＳｉＯ＿２に屈折率制御用添加
   物を含んだ屈折率ｎ＿１のバッファ層を形成した基板上
   に、ＳｉＯ＿２あるいはＳｉＯ＿２に屈折率制御用添加
   物を含んだ多孔質状のガラス膜を形成させ、該ガラス膜
   中に屈折率制御用添加物と希土類元素を含んだ金属アル
   コレート溶液を含浸し、乾燥、高温熱処理して屈折率ｎ
   ＿２（ｎ＿２＞ｎ＿１）の透明ガラス膜にしたことを特
   徴とする希土類元素添加導波路の製造方法。 ２、請求項１記載の方法で製造した透明ガラス膜を、ホ
   トリソグラフィ、ドライエッチングプロセスを用いて略
   矩形状に加工し、該加工した表面全体を屈折率がｎ＿３
   （ｎ＿３＜ｎ＿２）のガラス層で被覆したことを特徴と
   する希土類元素添加導波路の製造方法。 ３、上記ガラス膜中に屈折率制御用添加物と希土類元素
   を含んだ金属アルコレート溶液を含浸させる方法として
   、該溶液中に浸漬させることによつて含浸させることを
   特徴とする請求項１記載の希土類元素添加導波路の製造
   方法。 ４、上記基板の材質にＳｉＯ＿２あるいはＳｉＯ＿２に
   屈折率制御用添加物を含んだ屈折率ｎ＿１のものを用い
   、上記バッファ層を該基板で代用したことを特徴とする
   請求項１記載の希土類元素添加導波路の製造方法。