JPH03296704A - 光導波路レンズの製造方法と導波路型光素子 - 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】 〔概要〕 光導波路レンズの製造方法と導波路型光素子に関し、 光導波路間での光結合効率の向上と光導波路間への光機
能エレメントの高効率結合を実現することを目的とし、 光導波路の一部に第１の溝と前記第１の溝の底部に狭い
巾の第２の溝を形成し、少なくとも前記第１の溝の両側
面に露出したコア開口部を覆うように感光性膜を被覆し
たあと前記光導波路の少なくとも一方の開口部から紫外
線を入射し、前記２つのコア開口部を覆う前記感光性膜
に紫外線を照射してレンズを形成するように光導波路レ
ンズの製造方法を構成する。また、前記レンズを形成す
る際に、前記光導波路にモニタ用のレーザ光を通してレ
ンズ機能と光軸の調整を行うようにしてもよい。さらに
、前記光導波路レンズの２つのレンズの間に、少なくと
も１つの光機能エレメントを一方の端部が前記第２の溝
に嵌挿固定されるように配置して導波路型光素子を構成
する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は光導波路レンズの製造方法と導波路型光素子の
改良に関する。

近年、光デバイスの小型化・安定化の要求にともない、
光回路の集積化が求められており、これを実現する方法
として光導波路による配線技術。

たとえば、光導波路へ光機能エレメントを挿入する際の
光結合技術の開発が必要になっている。

〔従来の技術〕

従来の個別光能動素子、たとえば、レーザダイオード、
ホトダイオードなどや、個別光受動素子。

たとえば、偏光子、波長板、フィルタ、ファラデー回転
子などを並べた空間ビーム型の光装置は小型・軽量化が
難しく、各素子ごとに光軸調整が必要なため組立て工数
が多くなり高価格になるという難点があった。

これに対して、基板上に形成した光導波路と光導波路に
形成した溝に光機能エレメントを挿入して光集積回路化
を行う技術の開発が進められている。

第４図は従来の導波路型光素子の例を示す断面図（その
１）で、１は基板、２３．２４は下部および上部クラッ
ド層、２１はコアで前記上下部クラッド層２３．２４よ
りも僅かに屈折率を高（なるように形成されており、こ
の３つの層により光導波路２が構成されている。３”は
溝で前記光導波路２を横切って、たとえば、微粒子の特
殊なダイヤモンドブレードでカットしたもので、必要に
より基板１まで達する深さにしてもよく、あるいは、下
部クラッド層２３までに止めてもよい。１０°は光機能
エレメントで、たとえば、フィルタ素子であり、前記溝
３゛に挿入し必要により下端を接着剤などで接着固定し
て導波路型光素子を作製している。

図では、たとえば、厚さ数１０μｍのフィルタ素子の場
合であり、左側から入射した光Ｐ、はフィルタ素子を通
過したあとも８０％以上の結合効率で右側の光導波路２
から光Ｐ０となって出射することができる。

〔発明が解決しようとした課題〕

しかし、光機能エレメント１０°としてはフィルタ素子
のように厚さの薄いものばかりとは限らず、もっと厚い
エレメントの場合が多い。

たとえば、第５図は従来の導波路型光素子の例を示す断
面図（その２）で、図中、１０は光機能エレメント、た
とえば、厚さ２８０μｍのファラデー回転素子、３”は
前記ファラデー回転素子１０の厚さに見合った巾の広い
溝である。このように溝３”の巾が広い場合には、光導
波路２のコア２１の溝端面から出射する光は、図示した
ごとく広がるのでコア２１の右側の溝端面への結合が非
常に悪くなり、この例の場合には結合効率が１０％以下
となって実用に耐えないなど重大な問題があり、その解
決が必要であった。

〔課題を解決するための手段〕

上記の課題は、光導波路２の一部に第１の溝３と前記第
１の溝３の底部に狭い巾の第２の溝４を形成し、少なく
とも前記第１の溝３の両側面に露出したコア開口部２０
を覆うように感光性膜５を被覆したあと前記光導波路２
の少なくとも一方の開口部２２から紫外線を入射し、前
記２つのコア開口部２０を覆う前記感光性膜５に紫外線
を照射してレンズ６を形成する光導波路レンズの製造方
法により解決することができる。また、前記レンズ６を
形成する際に、前記光導波路２にモニタ用のレーザ光を
通してレンズ機能と光軸の調整を行うようにすればより
効果的である。

さらに、具体的光素子として前記光導波路レンズの２つ
のレンズ６０間に、少なくとも１つの光機能エレメント
１０が配置され、かつ、前記光機能エレメント１０の一
方の端部が前記第２の溝４に嵌挿固定されてなる導波路
型光素子によって解決することができる。

〔作用〕

有機高分子材料の中に光重合性の有機材料を混合して、
ガラス基板の上にコートし、円形マスクを通して紫外線
で露光すると、光重合の進行に伴って非露光部分から光
重合性の有機材料が拡散してきて、露光部分の膜が盛り
上がり微小な有機高分子材料からなるマイクロレンズ、
あるいは、マイクロレンズアレイが形成できることが見
出されている（鈴木、外處：′プラスチックマイクロレ
ンズの新しい製造方法”応用物理学会、微小光学研究グ
ループ報告、ＶＯＬ、５．　Ｎｏ、２．ｐｐ２０〜２５
．１９８２参照）。

本発明は、上記のプラスチックマイクロレンズの形成原
理を部分的に応用したもので、光導波路２の一部に第１
の溝３を形成し、少なくとも前記第１の溝３の両側面に
露出したコア開口部２０を覆うように光重合性の感光性
膜５を被覆したあと前記光導波路２の少なくとも一方の
開口部２２から紫外線を入射して光重合を起こさせて、
溝側面に開口した両方のコア端面に微小なレンズ６を形
成しているので、溝３の巾が広くても溝空間での光ビー
ムの広がりを収束することができ、高い効率で光の結合
を行わせることが可能となる。

〔実施例〕

第１図は本発明の実施例の主な工程を示す断面図で、光
導波路レンズの製造方法の一実施例を主な工程順に説明
する。

工程（１）：たとえば、大きさ５　Ｘ２０ｍｍ、厚さ０
゜３ｍｍのＳｉ基板ｌの上に、厚さ１０μｍのＳｉｎ、
スパッタ膜あるいは熱酸化したＳｉ０ｇ膜からなる下部
クラッド層２３．７ｉをドープした厚さ１０μｍ程度の
５ｉＯｚスパツタ膜からなるコア２１．同じく厚さ１０
８ｍのＳｉＯ□スパッタ膜からなる上部クラッド層２４
の３層構造の光導波路２を形成し、前記光導波路２を横
切って、たとえば、巾４００　μｍの第１の溝３を形成
する。溝を切るにはまたとえば、微粒子の特殊なダイヤ
モンドブレードを用い、必要により基板１まで達する深
さにしてもよく、あるいは、下部クラッド層２３の途中
で止めてもよい。

工程（２）二上記処理基板の前記第１の溝３の底部に第
１の溝３よりも狭い巾１　たとえば、３００　μｍの第
２の溝４を形成する。溝の形成には前記第１の溝３の場
合に準じて行えばよい。溝の深さも同様に基板１まで達
する深さにしてもよく、あるいは、下部クラッド層２３
の途中で止めてもよい。

工程（３）：上記処理基板の第１の溝３の少なくとも両
側面に感光性膜５を被覆する。感光性膜５の材料として
は、たとえば、光重合性モノマである桂皮酸シンナミル
とパインディングポリマであるポリメタクリル酸メチル
を、溶剤である１、４−ジオキサンにとかして適当な粘
度とし、たとえば、スピンコード法で約０，３　μｍの
厚さに塗布したあと、９０°Ｃ１３０分間プリベークし
て感光性膜５を形成する。

工程（４）二上記処理基板の光導波路２の左右両側から
紫外線を入射させて、前記第１の溝３の側面に露出した
コア２１の端部の上の感光性膜５に光重合を開始させる
。

工程（５）：光重合の開始後、たとえば、１時間紫外線
の照射を継続すると、前記第１の溝３の側面に露出した
コア２１の端部に感光性膜５の盛り上がりができる。そ
の後、１２０°Ｃ，３０分間ポストベークを行って硬化
すれば、レンズ６が形成されて本発明方法による光導波
路レンズが作製される。

なお、上記実施例は一例を示したもので、基板はＳｔだ
けとは限らずガラス板でもよく１また、光導波路２の構
成や第１．第２の溝の巾１　さらに、感光性膜５の材料
、塗布法や膜厚なとは、適宜適当な素材や構成あるいは
それらの組み合わせを用いて本発明方法を実施してよい
ことは言うまでもない。

第２図は本発明のレンズ機能と光軸の制御方法を示す図
である。図中、７はレーザ発振器、たとえば、半導体レ
ーザ、８は光検知器、たとえば、ホトダイオード、９は
ビームスプリッタ、たとえば、ハーフミラ−である。

なお、前記図面と同等のものは同一の符号で表し、同等
部分についての説明は省略する。

本実□施例では前記レンズ６を形成する際に、モニタ用
のレーザ光を前記レーザ発振器７からハーフミラ−９を
経由して光導波路２の一方の開口部２２に入射させ、他
方の開口部から出射させ、別のハーフミラ−９を経由し
て光検知器８で光出力強度を検出するようにしている。

これによって、レンズ６のレンズ機能と光軸−敗の程度
をモニタしながら、感光性膜５の光重合を制御していく
ことができる。

第３図は本発明の導波路型光素子の実施例を示す図であ
る。図中、１０は光機能エレメントで、たとえば、厚さ
２８０μｍ、大きさｌ　ｍｍＸ１　ｍｍのＴｂＢ１系ガ
ーネット結晶からなるファラデー回転子でその下端を第
２の溝４に嵌め込み、必要により接着剤で固定する。１
１はファイバ偏光子、１２はファイバ検光子で互いに４
５°回転してセットした。

いわゆる、導波路型光アイソレータの例である。

なお、光導波路レンズとしては、前記第１図で詳しく説
明したものを用いた。この場合に、第１の溝３の巾は４
００μｍと大きいが、８ｏｚ以上の高効率で光の結合が
可能となり、従来例の場合の１０％以下の結合効率に比
較して大巾な改善効果が得られた。さらに、結合効率の
向上により光軸調整も容易になり、また、第１の溝３と
光機能エレメントＩＯの間に余裕を持たせることができ
るので、組み立て時にレンズ６や光機能エレメント１０
に傷が付く恐れもなくなり作業性が大巾に向上した。

なお、本発明は以上説明した実施例に限定されるもので
はなく、本発明の趣旨に添うものであれば、その他の素
材、プロセス、光機能エレメントの種類や数など多様な
組み合わせを用いてよいことは勿論である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば光導波路２の一部
に第１の溝３を形成し、少なくとも前記第１の溝３の両
側面に露出したコア開口部２０を覆うように光重合性の
感光性膜５を被覆したあと前記光導波路２の少なくとも
一方の開口部２２から紫外線を入射して光重合を起こさ
せて、溝側面に開口した両方のコア端面に微小なレンズ
６を形成しているので、溝３の巾が広くても溝空間での
光ビームの広がりを収束することができ、高い効率で光
の結合を行わせることが可能となり、導波路型光素子の
機能と性能ならびに作業性の向上２価格の低下に寄与す
るところが極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の主な工程を示す断面図、 第２図は本発明のレンズ機能と光軸の制御方法を示す図
、 第３図は本発明の導波路型光素子の実施例を示す図、 第４図は従来の導波路型光素子の例を示す断面図（その
１）、 第５図は従来の導波路型光素子の例を示す断面図（その
２）である。 図において、 ■は基板、 ２は光導波路、 ３は第１の溝、 ４は第２の溝、 ５は感光性膜、 ６はレンズ、 ７はレーザ発振器、 ８は光検知器、 ９はハーフミラ− １０は光機能エレメント、 ２１はコア、２？は開口部、 ２３は下部クラッド層、 ２４は上部クラッド層である。 木食萌ｎ宍施例の膀１程を示す断面同 第　　１　　図 第 図 ｘ発口月の導波に井型尤素羊ｎ定方也脅・Ｉを示イｍ第 図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）光導波路（２）の一部に第１の溝（３）と前記第
   １の溝（３）の底部に狭い巾の第２の溝（４）を形成し
   、少なくとも前記第１の溝（３）の両側面に露出したコ
   ア開口部（２０）を覆うように感光性膜（５）を被覆し
   たあと前記光導波路（２）の少なくとも一方の開口部（
   ２２）から紫外線を入射し、前記２つのコア開口部（２
   ０）を覆う前記感光性膜（５）に紫外線を照射してレン
   ズ（６）を形成することを特徴とした光導波路レンズの
   製造方法。
2. （２）前記レンズ（６）を形成する際に、前記光導波路
   （２）にモニタ用のレーザ光を通してレンズ機能と光軸
   の調整を行うことを特徴とした請求項（１）記載の光導
   波路レンズの製造方法。
3. （３）前記光導波路レンズの２つのレンズ（６）の間に
   、少なくとも１つの光機能エレメント（１０）が配置さ
   れ、かつ、前記光機能エレメント（１０）の一方の端部
   が前記第２の溝（４）に嵌挿固定されてなることを特徴
   とした導波路型光素子。