JPH03248104A - 光導波路レンズ - 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】 発明の背景 技術分野 この発明は、二次元光導波路に形成される光導波路レン
ズに関する。

従来技術とその問題点 二次元光導波路内を伝播する導波光に対して集光１発散
、コリメート等を行なう光導波路レンズは信号処理用光
集積回路を構成する場合において、きわめて重要なもの
である。

従来の光導波路レンズには、第１０図に示すように、Ｌ
ｉＮｂＯ５基板２０上にＴｉ拡散導波路２１を形成し、
プロトン交換によってレンズ作用を行なう屈折率変調形
グレーティング２２を形成したものがある。

しかしながらこのような光導波路レンズを作製するには
ＬｉＮｂ０．基板上へのＴｉ薄膜堆積および熱拡散を含
む光導波路の作製工程と、グレーティングのバターニン
グおよびプロトン交換を含むグレーティングの形成工程
が必要となる。したかって全体の作製工程が多く、複雑
となる。また作製に多くの時間を必要とするため量産に
適さないという問題点があった。

発明の概要 発明の目的 この発明は、比較的簡単に作製することができ、かつ量
産に適した光導波路レンズを提供することを目的とする
。

発明の構成１作用および効果 第１の発明による光導波路レンズは、基板上に形成され
た光導波路上に、光導波路内における実効屈折率分布が
光の伝播方向に直交する方向に変化するように、厚さま
たは光の伝播方向にそう幅が変化するレンズ用凸部が、
液状から硬化する有機材料または無機材料を用いて光導
波路と一体的に形成されていることを特徴とする。

上記レンズ用凸部の存在によってその真下における光導
波路部分の実効屈折率が変化するので。

導波光の屈折によって光の集光１発散、コリメート等の
レンズ作用が達成される。

第２の発明による光導波路レンズは、基板上に形成され
た光導波路上に、光導波路内における実効屈折率が周期
的にかつその周期が光の伝播方向に直交する方向に変化
するように、厚さ、光の伝播方向にそう幅、または光の
伝播方向に直交する方向の幅もしくは間隔が光の伝播方
向に直交する方向に変化する複数個のグレーティング・
レンズ用凸部が、液状から硬化する有機材料または無機
材料を用いて光導波路と一体的に形成されていることを
特徴とする。

複数のグレーティング中レンズ用凸部の存在によりそれ
らの真下における光導波路部分の実効屈折率が高くなる
ので、光導波路内に屈折率変調形グレーティングが形成
される。しかもこの屈折率変調形グレーティングの周期
は光伝播方向に直交する方向に変化しているので、光の
集光１発散コリメート等のレンズ作用が達成される。

この発明において光導波路とは光導波層を含む概念であ
る。また、レンズ用凸部、グレーティング・レンズ用凸
部の形状は、光の集光１発散、コリメート等のレンズ作
用に応じて定めればよい。

以上のようにしてこの発明によると、液状から硬化する
有機材料または無機材料を用いて光導波路と一体に光導
波路レンズを作製しているので。

スタンパ等を用いた一体成形技術で比較的容易に光導波
路レンズを作製することができる。したがって大量生産
に適したものとなるとともに再現性が高いものとなる。

さらにコストが大幅に下がり光導波路レンズを低価格で
供給することができるようになる。

上記基板と上記光導波路との間に、一様な厚さで上記光
導波路よりも屈折率の小さいバッファ層を形成すること
により、基板に任意の材料を用いることができるように
なる。

実施例の説明 Ｍ１図は第１の発明の実施例を示す斜視図である。第２
図は第１図の■−■線に沿う断面図であり、第３図は第
１図を平面からみた場合の導波光が集光される様子を示
すものである。

これらの図において、ガラス等よりなる基板１の上面に
、基板１よりも屈折率の大きな紫外線硬化樹脂により光
導波層２が形成されている。光導波層２上にはレンズ用
凸部３が光導波層２と一体的に形成されている。このレ
ンズ用凸部３の一辺は直線状で他の一辺が円弧状に形成
され、光導波層２内を伝播する導波光の伝播方向にそう
幅が。

伝播方向に直交する方向において中央部で最も大きく１
両側方にいくにしたがって小さくなっている。光導波層
２のレンズ用凸部３の直下部分の実効屈折率は他の部分
よりも大きくかつレンズ用凸部３の形状に合致した実効
屈折率分布をもつ。したがって、導波光はこの屈折率分
布にしたがって屈折して図示されているように集光され
る。

レンズ用凸部３の厚さを変化させることにより光導波層
２内に実効屈折率分布を形成してもよい。

レンズ用凸部３から焦点に至る全光線の光路長が等しく
なるように凸部３の円弧状辺の形を定めることにより球
面収差のないレンズとなる。

第４図（Ａ）〜（Ｆ）は第１図に示す光導波路レンズの
製造工程の一例を示すもので第１図の■−■線に沿う断
面に相当している。ここでは光導波層の材料としてＵＶ
硬化樹脂が用いられている。

まず、光導波層の原盤を電子ビーム描画法により作製す
る。基板ｌＯ上に電子ビーム・レジストを塗布し、この
レジスト上にレンズ用凸部のパターンを電子ビームによ
り描画後、現像することにより、基板１０上にレンズ用
凸部形状の残膜レジスト１１をもつ原盤を作製する（第
４図（Ａ））。

次にこの原盤上に電鋳法によりニッケル（Ｎｉ）１２Ａ
を堆積させ（第４図（Ｂ）　）　、原盤を分離すること
によりニッケル製スタンバ１２を得る（第４図（Ｃ））
。

続いて、ガラス基板１上に光導波層の材料であるＵＶ硬
化樹脂２Ａを注入し１その上にニッケル・スタンバ１２
を乗せ、基板１とニッケル・スタンバ１２との間に間隔
が所定値となるように、基板１とスタンバ１２との間に
圧力を加え、また必要ならば振動を与える（第４図（Ｄ
））。そして基板１の裏面から紫外線を照射し、ＵＶ硬
化樹脂を硬化させる（第４図（Ｅ））。

ＵＶ硬化樹脂が硬化したのちスタンバ１２を剥離する（
第４図（Ｆ））。これにより基板１の一面上にＵＶ硬化
樹脂によるレンズ用凸部３をもつ光導波層２が形成され
る。

第５図から第７図は第２の発明の実施例を示している。

第５図は斜視図、第６図は第５図の■−■線に沿う断面
図、第７図は第５図を平面からみたものであり導波光が
集光される様子を示している。これらの図において第１
図から第３図に示すものと同一物には同一符号を付して
説明を省略する。

これらの図において、光導波層２上に多数のグレーティ
ング用凸部４が導波光の伝播方向に直交する方向に配列
され、光導波層２と一体的に形成されている。これらの
グレーティング用凸部４の周期（凸部４の配列方向にお
ける幅および間隔）は中央部で最も大きく、外側にいく
ほど小さくなっている。このようなグレーティング用凸
部４の存在によって光導波層２内には実効屈折率変調形
のグレーティングが形成され、その周期が変化している
ことにより１図示のように、導波光の回折により導波光
が集光される。グレーティング用凸部４の厚さを変化さ
せることによって屈折率分布を形成するようにしてもよ
い。

第８図および第９図は第２の発明の他の実施例を示すも
ので、第８図は斜視図、第９図は第８図のＩＸ−ＩＸ線
に沿う断面図である。これらの図においても第５図から
第７図に示したものと同一物については同一符号を付し
て説明を省略する。

これらの図に示されたグレーティング用凸部５はグレー
ティングによる位相変調を与えることができるように形
成されている。各グレーティング用凸部５の導波光の伝
播方向における幅が周期的に変化している。この周期も
また伝播方向に直交する方向に変化している。このよう
なグレーティング用凸部５によって光導波層２内に形成
される実効屈折率分布によっても光の回折現象が生じ。

導波光が集光される。

またこの実施例では、基板１と光導波層２との間に光導
波層２よりも小さな屈折率をもつバッファ層６が形成さ
れている。バッファ層６もＵＶ硬化樹脂を用いて形成す
ることができる。ＵＶ硬化樹脂はフッ素含有量を変える
ことによりその屈折率を変えることができる。

光導波層２と基板１との間にバッファ層６を形成してい
るので基板１に任意の材料を使用することができる。

第５図から第９図に示す光導波路レンズを作製する場合
も第４図（Ａ）〜（Ｐ）に示す製造工程と同様にして作
製することができる。バッファ層を形成する場合には、
基板とバッファ層形成用スタンバとの間にバッファ層と
なるＵＶ硬化樹脂を注入し硬化した後に、バッファ層と
グレーティング用凸部形成用スタンバとの間に光導波層
となるＵＶ硬化樹脂を注入して硬化させればよい。

上記実施例では光を集光する光導波路レンズを示してい
るが、光をコリメートするまたは発散させる光導波路レ
ンズも同じように形成できるのはいうまでもない。

上述の実施例においては光導波層２およびバッファ層６
の材料としてＵＶ硬化樹脂が利用されているが、この発
明はこれに限らず他の液状から加熱等により硬化する有
機材料、無機材料を用いることもできる。熱硬化性無機
材料の例としては。

熱硬化性膜形成用塗布液を挙げることができる。

多くの種類の塗布液があるが、焼成後膜形成物としてＺ
ｒＯ２，ＴｉＣｌ２．Ａ１ｈＯ３，Ｓ　ｊ０２等を含む
ものが好適である。また光導波層２に非線形有機材料を
利用することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第３図は第１の発明の実施例を示すもので、
第１図は光導波路レンズを有する光導波路の一例を示す
斜視図、第２図は第１図の■−■線に沿う断面図、第３
図は第１図を平面からみたものであり導波光が集光され
る様子を示すものである。 第４図（Ａ）〜（Ｆ）は第１図に示す光導波層の製造工
程の一例を示すもので第１図の■−■線に沿う断面に相
当している。 第５図から第７図は第２の発明の実施例を示すもので、
第５図は光導波路レンズを有する光導波路の一例を示す
斜視図、第６図は第５図の■−■線に沿う断面図１第７
図は第５図を平面からみたものであり導波光が集光され
る様子を示すものである。 第８図および第９図は第２の発明の他の実施例を示すも
ので、第８図は光導波路レンズを有する光導波路の一例
を示す斜視図、第９図は第８図のＩＸ−ＩＸ線に沿う断
面図である。 第１Ｏ図は従来の光導波路レンズの一例を示す斜視図で
ある。 １・・・基板。 ２・・・光導波層。 ３．４．５・・・凸部。 ６・・・バッファ層。 以 上

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上に形成された光導波路上に、光導波路内に
   おける実効屈折率分布が光の伝播方向に直交する方向に
   変化するように、厚さまたは光の伝播方向にそう幅が変
   化するレンズ用凸部が、液状から硬化する有機材料また
   は無機材料を用いて光導波路と一体的に形成されている
   光導波路レンズ。
2. （２）基板上に形成された光導波路上に、光導波路内に
   おける実効屈折率が周期的にかつその周期が光の伝播方
   向に直交する方向に変化するように、厚さ、光の伝播方
   向にそう幅、または光の伝播方向に直交する方向の幅も
   しくは間隔が光の伝播方向に直交する方向に変化する複
   数個のグレーティング・レンズ用凸部が、液状から硬化
   する有機材料または無機材料を用いて光導波路と一体的
   に形成されている光導波路レンズ。
3. （３）上記基板と上記光導波路との間に、一様な厚さで
   上記光導波路よりも屈折率の小さいバッファ層が形成さ
   れていることを特徴とする請求項（１）または（２）に
   記載の光導波路レンズ。