JPH0361163B2 - - Google Patents

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JPH0361163B2
JPH0361163B2 JP48035570A JP3557073A JPH0361163B2 JP H0361163 B2 JPH0361163 B2 JP H0361163B2 JP 48035570 A JP48035570 A JP 48035570A JP 3557073 A JP3557073 A JP 3557073A JP H0361163 B2 JPH0361163 B2 JP H0361163B2
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coating
glass
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glass coating
thickness
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Buruusu Ketsuku Donarudo
Chaaruzu Shurutsu Piitaa
Kuraido Hadoson Maasharu
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Corning Inc
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 集積光学回路は新たに出現した光伝達分野の基
礎となるものである。光は、送られるエネルギに
対して透明な非結晶質または結晶質の誘電体から
作られる平らな光導波管により集積光学回路を通
して導かれる。ここで「平面光導波管」と呼ぶも
のは、厚さが送られる光すなわちエネルギの波長
にほぼ等しくかつ、一定の希望する幅を有する前
記誘電体の膜または層である。通常の導波管はそ
の幅が厚さよりも十分に大きい場合に平らである
といわれるが、厚みにくらべて幅があまり大きく
ない導波管は長方形導波管と呼ばれる。しかし、
本発明の目的のためには、導波管の幅と厚みとの
比とは無関係に、全ての非円形導波管を呼ぶのに
平面導波管という用語を使用することにする。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Integrated optical circuits are the basis of the emerging field of optical transport. Light is guided through the integrated optical circuit by a flat optical waveguide made of amorphous or crystalline dielectric material that is transparent to the transmitted energy. What is referred to herein as a "planar optical waveguide" is a film or layer of the dielectric material having a thickness approximately equal to the wavelength of the transmitted light or energy and having a certain desired width. A normal waveguide is said to be flat if its width is much larger than its thickness, but a waveguide whose width is not much larger than its thickness is called a rectangular waveguide. but,
For the purposes of this invention, we will use the term planar waveguide to refer to all non-circular waveguides, regardless of the width to thickness ratio of the waveguide.

周囲の屈折率よりも高い屈折率を有する透明な
部材に沿つて、光を伝えさせることができること
は当業者には周知である。コンピユータ用、また
は光通信装置での結合、復調またはその他の目的
の集積光学回路では、平面光学導波管は有用であ
る。集積光学回路が電気回路よりも優れている点
は信号伝達速度、強度、長寿命等である。これら
の目的のために作られる導波管は、伝送される光
を過大に減衰させることを避けねばならない。更
に、集積光学回路内で有効な伝送媒体とするため
に、平面導波管は過大な減衰を起こさせることな
しに光を伝送させるばかりでなく、伝送される光
に過大な分散を起させてはならず、予め選択した
モードの光だけを導波管に沿つて伝送させるよう
にせねばならない。平面導波管が従来製作されて
きていた範囲では、それらの導波管は高い伝送能
力を行わせることは知られていなかつた。
It is well known to those skilled in the art that light can be made to travel along transparent members that have a higher refractive index than the surrounding refractive index. Planar optical waveguides are useful in integrated optical circuits for computers or for coupling, demodulation, or other purposes in optical communication devices. The advantages of integrated optical circuits over electrical circuits include signal transmission speed, strength, and long life. Waveguides made for these purposes must avoid excessively attenuating the transmitted light. Furthermore, to be an effective transmission medium in integrated optical circuits, planar waveguides must not only transmit light without excessive attenuation, but also must be able to transmit light without causing excessive dispersion in the transmitted light. Instead, only a preselected mode of light must be transmitted along the waveguide. To the extent that planar waveguides have traditionally been fabricated, these waveguides have not been known to provide high transmission capabilities.

平面光導波管に関するいくつかの動作理論、お
よびその他の適切な情報は、下記の論文中で見る
ことができる。ジエー・イー・ミツドウインタ
ー、「薄膜導波管へのエバネツセント・フイール
ド結合」(J.E.Midwinter、“Evanescent Field
Coupling into a Thin−film Waveguide”、
IEEE Journal of Quantum Electronics、Vol.
QE−6、No.10、October、1970、pp583−590)、
ピー・ケー・チエン、「薄膜内の光波および集積
光学」(P.K.Tien、Applied Optics、Vol.10、No.
11、November、1971、pp2395−2413)、イー・
エー・ジエー・マーカツチリ、「集積光学用誘電
体長方形導波管および方向性結合器」(E.A.J.
Marcatili、“Dielectric Rectangular
Waveguied and Directional Coupler for
Integrated Optics”、The Bell System
Technical Journal、Vol.48、No.7、September
1969、pp2071−2102)。
Some theories of operation and other pertinent information regarding planar optical waveguides can be found in the articles below. JEMidwinter, “Evanescent Field Coupling to Thin Film Waveguides”
Coupling into a Thin-film Waveguide”
IEEE Journal of Quantum Electronics, Vol.
QE-6, No. 10, October, 1970, pp583-590),
PKTien, "Light waves and integrated optics in thin films" (PKTien, Applied Optics, Vol. 10, No.
11, November, 1971, pp2395−2413), E.
A.G. Markatsuchiri, “Dielectric rectangular waveguides and directional couplers for integrated optics” (EAJ
Marcatili, “Dielectric Rectangular
Waveguided and Directional Coupler for
Integrated Optics”, The Bell System
Technical Journal, Vol.48, No.7, September
1969, pp2071−2102).

光波の伝播はマイクロ波の伝播を支配する物理
法則と同じ法則によつて支配され、したがつて、
モードにより判別できる。平面導波管に沿つて伝
わる光の各モードはその固有速度で伝播するか
ら、全てのモードに最初に供給された情報は、異
つた伝播速度のために導波管のある与えられた長
さを動いた後では分散するだろう。満足できる平
面光導波管を作ることは、効果的に集積光学回路
の開発における最も困難な問題のひとつである。
The propagation of light waves is governed by the same laws of physics that govern the propagation of microwaves, and therefore:
It can be determined by the mode. Since each mode of light traveling along a planar waveguide propagates at its characteristic velocity, the information initially supplied to all modes is dependent on the length of the waveguide for a given length of the waveguide due to the different propagation velocities. After moving, it will be dispersed. Creating satisfactory planar optical waveguides is one of the most difficult problems in the development of effectively integrated optical circuits.

本発明の目的は平面光導波管を提供することで
ある。
An object of the present invention is to provide a planar optical waveguide.

本発明の別の目的は過大な光吸収損失を起さ
ず、かつ送られる光を過大に分散させない平面光
導波管を提供し、かつ光導波管の芯部と、被覆部
との接合面において光散乱中心が形成されること
を阻止した平面光導波管を提供することである。
Another object of the present invention is to provide a planar optical waveguide that does not cause excessive light absorption loss and that does not excessively disperse the transmitted light, and that It is an object of the present invention to provide a planar optical waveguide that prevents the formation of light scattering centers.

大ざつぱにいえば、本発明の平面光導波管は、
一定の希望する屈折率を持つ十分に平らなガラス
基板の一方の面の少くとも一部に、このガラス基
板の屈折率上りも大きな屈折率を有するガラスに
よる第1被覆を付着することにより、平面光導波
管が作られる。それから、第1被覆よりも屈折率
の小さい第2のガラス被覆を、第1ガラス被覆の
露出面に付着させる。基板と第2被覆の厚みは、
第1被覆の厚みの少くとも約2倍である。第1被
覆が所望の有限の幅を有する場合におけるその第
1被覆の厚さは、この第1被覆が無限の幅を有す
るものとした場合における厚さaに等しいか、そ
れよりも小さい。厚みaは次の式のいずれか1つ
に従つて決定される。
Roughly speaking, the planar optical waveguide of the present invention is:
By depositing on at least a portion of one side of a sufficiently flat glass substrate having a constant desired refractive index a first coating of glass having a refractive index that increases the refractive index of the glass substrate, a flat surface can be obtained. An optical waveguide is created. A second glass coating having a lower refractive index than the first coating is then applied to the exposed surface of the first glass coating. The thickness of the substrate and second coating is
It is at least about twice the thickness of the first coating. The thickness of the first coating if it had a desired finite width is equal to or less than the thickness a if the first coating had an infinite width. Thickness a is determined according to one of the following equations.

mを偶数の整数として、TMpnモードに対し
て、 2a/λ(n2 2−n1 21/2=m+1+1/πtan-1 (n1 2−n3 2/n2 2−n1 21/2(n2/n32 mを奇数の整数として、TMpnモードに対し
て、 2a/λ(n2 2−n1 21/2=m+1−1/πcot-1 (n1 3−n3 2/n2 2−n1 21/2(n2/n32 mを偶数の整数として、TEpnモードに対して、 2a/λ(n2 2−n1 21/2=m+1+1/πtan-1 (n1 2−n3 2/n2 2−n1 21/2 mを奇数の整数として、TEpnモードに対して、 2a/λ(n2 2−n1 21/2=m+1−1/πcot-1 (n1 2−n3 2/n2 2−n1 21/2 ここに、mは10に等しいか、それよりも小さい
値で、第1被覆の厚みがaで無限の幅を有する導
波管内で伝播される最高モード順位であり、λは
上記導波管内を伝播する光の波長、n2は第1被覆
の屈折率、n1とn3のうちの1つは基板の屈折率、
n1とn3のうちの他方は第2ガラス被覆の屈折率で
ある。第1ガラス被覆の厚みは、導波管の伝播定
数がK1に等しいか、それよりも小さく、K1はK3
よりも大きく、K1とK3は次式で定められる場合
に前記のように決定できる。
For TM pn mode, where m is an even integer, 2a/λ(n 2 2 −n 1 2 ) 1/2 = m+1+1/πtan −1 (n 1 2 −n 3 2 /n 2 2 −n 1 2 ) 1/2 (n 2 / n 3 ) 2 If m is an odd integer, for TM pn mode, 2a/λ (n 2 2 − n 1 2 ) 1/2 = m + 1-1/πcot -1 (n 1 3 −n 3 2 /n 2 2 −n 1 2 ) 1/2 (n 2 /n 3 ) 2 Assuming that m is an even integer, for TE pn mode, 2a/λ(n 2 2 − n 1 2 ) 1/2 = m+1+1/πtan -1 (n 1 2 −n 3 2 /n 2 2 −n 1 2 ) 1/2 If m is an odd integer, for TE pn mode, 2a/λ (n 2 2 - n 1 2 ) 1/2 = m+1-1/πcot -1 (n 1 2 - n 3 2 / n 2 2 - n 1 2 ) 1/2 where m is equal to 10 or If the value is smaller than that, it is the highest mode order propagated in a waveguide with an infinite width and the thickness of the first coating is a, λ is the wavelength of the light propagating in the waveguide, and n 2 is the 1 the refractive index of the coating, one of n 1 and n 3 is the refractive index of the substrate,
The other of n 1 and n 3 is the refractive index of the second glass coating. The thickness of the first glass coating is such that the propagation constant of the waveguide is equal to or less than K 1 , where K 1 is K 3
, and K 1 and K 3 can be determined as described above when defined by the following equations.

K1=2πn1/λ K3=2πn3/λ 本発明の平面光導波路を製作する場合、レーザ
ービームを用いてもよい。すなわち、レーザビー
ムが基板上の第1被覆層に向けて照射され、焼結
ガラス(sintered glass)の経路を形成するよう
にレーザビームと基板との間に相対運動が起され
る。
K 1 =2πn 1 /λ K 3 =2πn 3 /λ When manufacturing the planar optical waveguide of the present invention, a laser beam may be used. That is, a laser beam is directed toward the first coating layer on the substrate, and relative movement is caused between the laser beam and the substrate so as to form a path of sintered glass.

第1層の焼結されない部分を基板から除去で
き、屈折率の小さい第2ガラス層を半融ガラス経
路の上と、基板の隣接する露出面の少くとも一部
の上に付着できる。
The unsintered portions of the first layer can be removed from the substrate and a second glass layer with a lower index of refraction can be deposited over the molten glass path and at least a portion of the adjacent exposed surface of the substrate.

以下、図面に示す実施例を参照して本発明を詳
細に説明する。
Hereinafter, the present invention will be explained in detail with reference to embodiments shown in the drawings.

まず第1図を参照して、基板10にはガラスの
第1被覆層12が付着される。第1被覆層12は
ガラス基板10の一方の露出表面の少くとも一部
に付着され、その屈折率は基板10の屈折率より
も大きい。
Referring first to FIG. 1, a first coating layer 12 of glass is deposited on a substrate 10. As shown in FIG. A first coating layer 12 is deposited on at least a portion of one exposed surface of the glass substrate 10 and has a refractive index greater than the refractive index of the substrate 10 .

第1被覆層12は炎加水分解バーナー14によ
り、基板10に付着されるように図示されてい
る。バーナー14は、ガスと蒸気の混合体が加水
分解されて分解生成物(以下すすという)を出す
ような炎16を出す。すすは流れ18となつて炎
16から離れ、基板10の平らな表面の一方に被
覆を形成する。この炎加水分解法については後に
詳しく説明する。
First coating layer 12 is shown applied to substrate 10 by flame hydrolysis burner 14 . The burner 14 produces a flame 16 in which the gas and steam mixture is hydrolyzed to produce decomposition products (hereinafter referred to as soot). The soot leaves the flame 16 in a stream 18 and forms a coating on one of the planar surfaces of the substrate 10. This flame hydrolysis method will be explained in detail later.

基板10はすすの流18の経路中に適当に装置
され、前後左右に動かされて、基板10の全面ま
たは希望する部分に第1被覆層12が付着される
ようにする。基板10を上記のように動かす装置
はフライス盤のベツド、または基板を固定するチ
ヤツクを有する2モータ台のような公知の装置を
使用できる。この運動の限度は、モータ逆転駆動
装置に結合されるマイクロスイツチによつて制御
される。
The substrate 10 is suitably placed in the path of the soot stream 18 and moved back and forth so that the first coating layer 12 is applied to the entire surface or desired portion of the substrate 10. The device for moving the substrate 10 in the manner described above can be a known device such as the bed of a milling machine or a two-motor stand having a chuck for fixing the substrate. The limits of this movement are controlled by a microswitch coupled to the motor reversing drive.

図示のほぼ同心状のバーナーの代りに、すすの
長い流れを発生するリボンバーナーを使用でき、
そうすると基板は一方向に動かすだけでよい。更
に、基板を一方向にだけ動かすだけですますよう
に、複数のバーナー14を一列に並べて使用する
こともできる。被覆層をつける基板の全表面に複
数のバーナーを適当な間隔をおいて配置すること
により、基板を動かす必要はなくなる。同様に、
被覆層を付着させる表面が小さい場合には、図示
の1個のバーナーで基板を動かすことなしに、基
板全面に被覆を付着できる。
Instead of the nearly concentric burners shown, ribbon burners can be used that produce long streams of soot;
Then the board only needs to be moved in one direction. Additionally, multiple burners 14 may be used in a row so that the substrate only needs to be moved in one direction. By arranging a plurality of burners at appropriate intervals over the entire surface of the substrate to which the coating layer is to be applied, there is no need to move the substrate. Similarly,
If the surface to which the coating layer is to be applied is small, the single burner shown can apply the coating to the entire surface of the substrate without moving the substrate.

次に第2図を参照して、所定の希望する屈折率
を有する第2のガラス被覆層20を、前記したの
と同じ炎加水分解法によつて、第1被覆層12の
露出面に付着する。第2図に示すように、すすが
炎16から流れ22になつて離れ、第1被覆層1
2の露出面の方へ流れる。このすすによる第2被
覆層を一様に付着させるために、基板と第1被覆
層12が前と同様に動かされる。第1被覆層12
は平面光導波管の芯部(コアー)を形成し、基板
10と第2被覆20はその外被を形成する。後述
するように、導波管の外被の屈折率は、芯部(コ
ア)の屈折率よりも小さくなければならない。
Referring now to FIG. 2, a second glass coating layer 20 having a predetermined desired refractive index is applied to the exposed surface of the first coating layer 12 by the same flame hydrolysis method described above. do. As shown in FIG. 2, the soot flows away from the flame 16 as a flow 22, and the
Flows toward the exposed surface of 2. In order to uniformly deposit this second coating layer of soot, the substrate and first coating layer 12 are moved as before. First coating layer 12
forms the core of the planar optical waveguide, and the substrate 10 and second coating 20 form its outer jacket. As described below, the refractive index of the waveguide envelope must be smaller than the refractive index of the core.

炎加水分解法により被覆層12と20を付着す
る場合には、付着したすすをその付着と同時に、
または付着後に焼結して一様で密な物質を形成せ
ねばならない。本発明に従つて、被覆層12を焼
結でき、第2被覆層20を付着する前にその外面
を適切に仕上げねばならない。このような例で
は、その後第2被覆層20を付着と同時に、また
は付着後に焼結せねばならない。
When depositing the coating layers 12 and 20 by flame hydrolysis, the deposited soot is removed at the same time as the deposition.
Or it must be sintered after deposition to form a uniform, dense material. According to the invention, the covering layer 12 can be sintered and its outer surface must be suitably finished before the second covering layer 20 is applied. In such instances, the second coating layer 20 must then be sintered either simultaneously with or after deposition.

次に、基板10と、第1被覆層12と、第2被
覆層20とを含む平面光導波管24が示されてい
る第3図を参照する。第1被覆層すなわち芯部
(コア)12の厚さをaで示す。
Reference is now made to FIG. 3 in which a planar optical waveguide 24 is shown including a substrate 10, a first cladding layer 12, and a second cladding layer 20. The thickness of the first coating layer, that is, the core 12 is indicated by a.

次に第4,5図を参照して、これらの図には第
1被覆層26が炎加水分解バーナー14により、
基板28に狭い帯として付着される様な平面光導
波管の形成される様子が示されている。第1図を
参照して説明したように、バーナー14は炎16
を出す。この炎の中ではガスと蒸気との混合物が
加水分解されて加水分解生成物つまりすすを形成
する。このすすは流れ18となつて炎16を出
す。第1被覆層26は、たとえば幅と厚さの比が
10よりも小さいような狭い幅に付着される。第1
被覆層26を基板28に付着した後で、第1被覆
層26の少くとも外部露出面32の上に第2被覆
層30を付着する。第2被覆層30の屈折率は第
1被覆層26の屈折率よりも小さく、第2図を参
照して先に説明したように、炎16からすすを流
れ34として放出することにより形成される。第
1被覆層26の幅が十分に狭くなると、第5図に
示すように第1被覆層26の外部露出面32と、
側面部の両方に第2被覆層30を付着させること
が必要である。低い幅−厚み比を有する第1被覆
層の側面部に付着させるそのような第2被覆層
は、信号損失を小さくすることおよび効果的な導
波管動作を行わせることを要求される。
Referring now to FIGS. 4 and 5, these figures show that the first coating layer 26 has been removed by the flame hydrolysis burner 14.
The formation of a planar optical waveguide is shown as being deposited as a narrow strip on substrate 28. As explained with reference to FIG. 1, the burner 14 has a flame 16
issue. In this flame, the mixture of gas and steam is hydrolyzed to form hydrolysis products, or soot. This soot forms a stream 18 and emits flame 16. The first coating layer 26 has, for example, a width to thickness ratio of
Adhered to a narrow width such as less than 10. 1st
After depositing the covering layer 26 on the substrate 28, a second covering layer 30 is deposited on at least the externally exposed surface 32 of the first covering layer 26. The second coating layer 30 has a refractive index less than the refractive index of the first coating layer 26 and is formed by ejecting soot from the flame 16 as a stream 34, as described above with reference to FIG. . When the width of the first covering layer 26 becomes sufficiently narrow, the externally exposed surface 32 of the first covering layer 26 as shown in FIG.
It is necessary to apply the second covering layer 30 to both side parts. Such a second coating layer deposited on the sides of the first coating layer with a low width-to-thickness ratio is required to provide low signal loss and effective waveguide operation.

平面光導波管の基板と第1および第2被覆の材
料は、光吸収性が最小のガラスから作らねばなら
ず、任意の光学ガラスを使用できるが、特に適当
なベースガラスは溶融シリカである。構造上およ
びその他の実際上の考慮から、芯部(コア)用ガ
ラスと外被用ガラスは同様な物理的性質を持つこ
とが望ましい。芯部(コア)用ガラスの屈折率は
外被用ガラスの屈折率よりも大きくなければなら
ないから、芯部(コア)用ガラスは外被用ガラス
と同じベースガラスに、他の物質を少量添加して
その屈折率を大きくせねばならない。したがつ
て、外被ガラスとして純粋な溶融ガラスを使用す
るものとすれば、芯部(コア)用ガラスとして屈
折率を大きくするための物質をドープした溶融シ
リカを使用できる。
The materials of the substrate and first and second coatings of the planar optical waveguide must be made from minimally light-absorbing glass, and although any optical glass can be used, a particularly suitable base glass is fused silica. For structural and other practical considerations, it is desirable that the core glass and the envelope glass have similar physical properties. Since the refractive index of the glass for the core must be greater than the refractive index of the glass for the outer sheath, the glass for the core is made by adding a small amount of other substances to the same base glass as the glass for the outer sheath. The refractive index must be increased. Therefore, if pure molten glass is used as the outer glass, fused silica doped with a substance to increase the refractive index can be used as the core glass.

単独の添加物として、または複数のものを組合
わせて満足に使用できる多くの適当な材料があ
る。これらの材料には酸化チタン、酸化タンタ
ル、酸化ランタン、酸化ニオブ、酸化ジルコニウ
ム、酸化アルミニウム、酸化ゲルマニウム、酸化
ホウ素などがある。使用する添加物の量は種々の
理由から注意深く制御せねばならない。たとえ
ば、余計な添加物が屈折率を高くさせるから、外
被ガラスの屈折率と芯部(コア)ガラスの屈折率
の差も大きくなり、そのために後述するように平
面導波管の許容芯部(コア)厚を薄くさせねばな
らなくなる。更に、ベース材料に過剰な量の添加
材料が加えられると、透過光の損失が大きくな
る。なるべくならば、屈折率を変化するという第
1の目的のために、ベース材料に正確な量の添加
物を添加せねばならない。本発明の目的のために
は、添加物の量は重量比で全組成のなるべく約40
%以下に保つようにする。たとえば、酸化アルミ
ニウムを重量比で約40%まで添加でき、酸化チタ
ンは重量比で約20%以下に維持せねばならない。
There are many suitable materials that can be used satisfactorily as additives alone or in combination. These materials include titanium oxide, tantalum oxide, lanthanum oxide, niobium oxide, zirconium oxide, aluminum oxide, germanium oxide, and boron oxide. The amount of additive used must be carefully controlled for various reasons. For example, since extra additives increase the refractive index, the difference between the refractive index of the outer sheath glass and the refractive index of the core glass also increases, which causes the permissible core area of the planar waveguide to increase, as will be explained later. (Core) thickness will have to be reduced. Furthermore, if an excessive amount of additive material is added to the base material, the loss of transmitted light will increase. Preferably, precise amounts of additives must be added to the base material for the primary purpose of changing the refractive index. For the purposes of the present invention, the amount of additive is preferably about 40% of the total composition by weight.
Try to keep it below %. For example, aluminum oxide can be added up to about 40% by weight, and titanium oxide must be kept below about 20% by weight.

第1および第2被覆層、炎加水分解法により付
着されるすすの焼結、化学的蒸着、ガラスフリツ
トを付着後、そのガラス原料の焼結、等を含む各
種の方法によつて付着できる。第1および第2被
覆層を同じ方法、または異つた方法のいずれでも
付着できることは明らかである。
The first and second coating layers can be deposited by a variety of methods including sintering of soot deposited by flame hydrolysis, chemical vapor deposition, deposition of glass frit followed by sintering of the frit, and the like. It is clear that the first and second coating layers can be applied either in the same way or in different ways.

第6〜8図は本発明の別の実施例を示す。第6
図に示すように、レーザ光ビーム22は第1被覆
12に沿う所定の部分に照射される。非常に狭い
上記部分すなわち経路を形成するために、レーザ
40からの光をレンズ系26により第1被覆12
の上に集束できる。このレーザ光の波長は、第1
被覆層12のガラス粒子の少くとも1つの成分に
より吸収させるような波長である。レーザ光の強
さはレーザ光の通路に適当なフイルタ30を挿入
することにより調節できる。レーザ光は非常に小
さく集束できる。集束点の最小径は回折限界であ
り、したがつてレーザ光の波長に依存する。f−
数が1に近い明かるいレンズは周囲の媒質が空気
の場合には平行なレーザビームを2.44λの直径の
小点にまで集束できる。レーザ光の波長は未焼結
粒子のベースガラス成分、またはその中の不純物
がレーザ光を吸収するように選択される。たとえ
ば、薄い粉末状の溶融シリカ層は、波長が10.6μ
mの入射光の約90%を吸収するが、この波長の光
は炭酸ガスレーザで得られる。そのようなレーザ
光の最小集束半径は2.44×10.6μmすなわち約26μ
mである。波長が短いと、すなわち紫外線領域の
波長では種々の添加物のモル吸収係数が強力な吸
収の原因となる。吸収されるエネルギ量は次式で
与えられる。
6-8 show another embodiment of the invention. 6th
As shown in the figure, the laser beam 22 is irradiated onto a predetermined portion along the first coating 12 . The light from the laser 40 is directed through the first coating 12 by a lens system 26 to form a very narrow section or path.
It can be focused on. The wavelength of this laser light is the first
This wavelength is such that it is absorbed by at least one component of the glass particles of the coating layer 12. The intensity of the laser beam can be adjusted by inserting a suitable filter 30 into the path of the laser beam. Laser light can be focused very small. The minimum diameter of the focal point is diffraction limited and therefore depends on the wavelength of the laser light. f-
A bright lens with a number close to 1 can focus a parallel laser beam to a small point with a diameter of 2.44λ when the surrounding medium is air. The wavelength of the laser light is selected such that the base glass component of the green particles, or impurities therein, absorb the laser light. For example, a thin powdered fused silica layer has a wavelength of 10.6μ
It absorbs about 90% of the incident light of wavelength m, and light of this wavelength can be obtained with a carbon dioxide laser. The minimum focusing radius of such a laser beam is 2.44 x 10.6 μm or approximately 26 μm.
It is m. At short wavelengths, ie in the ultraviolet range, the molar absorption coefficients of various additives cause strong absorption. The amount of energy absorbed is given by:

I(吸収)=I(入射)(1−e-cd) ここに、εは添加物のモル吸収係数、cは吸収
イオンの濃度、dは吸収層の厚みである。波長と
集束光点の直径との前記した関係により、紫外線
は前記炭酸ガスレーザよりも光点を小さくできる
ことがわかる。波長が0.3μmの紫外線は約0.8μm
の直径の点にまで集束できる。より小さい光点
は、空気よりも屈折率の大きい媒質中に被覆基板
を置くことによつて得ることができる。そのよう
な媒質は適当な屈折率を与えるためはもちろん、
非焼結ガラス粒子に入射する光の強度を制御する
ために使用することもできる。レーザ光の吸収に
より発生される熱は被覆層12の未焼結ガラス粒
子を焼結して、一様な密度の物質の経路28を形
成する。以前は未焼結の粒子の焼結により、経路
28の厚みは第1被覆層12の厚みよりも薄くな
る。希望する経路28を焼結するためにレーザ光
または基板10のいずれか、または両方を動かす
ことができる。
I (absorption) = I (incidence) (1-e -cd ) where ε is the molar absorption coefficient of the additive, c is the concentration of absorbed ions, and d is the thickness of the absorption layer. It can be seen from the above-mentioned relationship between the wavelength and the diameter of the focused light spot that the light spot of ultraviolet light can be made smaller than that of the carbon dioxide laser. Ultraviolet light with a wavelength of 0.3μm is approximately 0.8μm
can be focused to a point with a diameter of A smaller light spot can be obtained by placing the coated substrate in a medium with a higher refractive index than air. Such a medium is of course necessary to provide an appropriate refractive index,
It can also be used to control the intensity of light incident on unsintered glass particles. The heat generated by absorption of the laser light sinteres the unsintered glass particles of the coating layer 12 to form channels 28 of uniform density material. Due to the sintering of the previously unsintered particles, the thickness of the channels 28 becomes thinner than the thickness of the first coating layer 12. Either the laser light or the substrate 10, or both, can be moved to sinter the desired path 28.

第1被覆層12のうち未焼結部分を次に除去す
る。この除去はガラス基板表面から粒子を除去す
る任意の適当な技術を用いて行う。高圧吹付け、
ブラシによる磨き、洗浄剤、溶剤、リンス等への
浸漬などの技術を使用できる。これらの技術によ
る除去に抵抗する粒子は酸溶液により溶解でき
る。この酸溶液は基板の表面に残つている粒子
を、基板自体が溶解するよりもはるかに容易に溶
解する。残留した酸はすすぎ液で除去できる。
The unsintered portions of the first coating layer 12 are then removed. This removal is performed using any suitable technique for removing particles from the surface of the glass substrate. high pressure spraying,
Techniques such as brushing, soaking in cleaning agents, solvents, rinses, etc. can be used. Particles that resist removal by these techniques can be dissolved by acid solutions. This acid solution dissolves particles remaining on the surface of the substrate much more easily than the substrate itself. Residual acid can be removed with a rinse solution.

このように形成された構造体は、経路28が光
エネルギを伝えることができるから、平面光導波
管として機能する。しかし、露出面に起りがち
な、ほこりやその他の表面汚染物質はこの光導波
管の光伝達性に著るしく低下させる。更に、空気
よりも屈折率の大きい媒質を経路28の表面に置
くことにより、優れた光導波管を得ることができ
る。これは、たとえば経路28と基板10の隣接
部を、適当な屈折率を有する液体中に浸すことに
より行うことができる。しかし、経路28を囲む
のに好適な媒質はガラス被覆である。経路28の
屈折率よりも小さい所定の屈折率を有するガラス
層を経路28の露出面と、基板10の表面のうち
少くとも経路28に隣接する部分に付着させる前
に、経路28の表面を適当に仕上げることができ
る。このガラスの第2層は高周波スパツタリン
グ、炎加水分解法により付着されるすす被覆の焼
結、化学的蒸着、ガラス原料粉末被覆の焼結等の
方法により付着できる。
The structure thus formed functions as a planar optical waveguide since the path 28 is capable of transmitting optical energy. However, dust and other surface contaminants that tend to occur on exposed surfaces can significantly reduce the optical transmission properties of this optical waveguide. Furthermore, by placing a medium with a higher refractive index than air on the surface of the path 28, an excellent optical waveguide can be obtained. This can be done, for example, by immersing the adjacent portion of the channel 28 and the substrate 10 in a liquid having a suitable index of refraction. However, the preferred medium for surrounding channel 28 is a glass cladding. Prior to depositing a glass layer having a predetermined refractive index that is less than the refractive index of the channels 28 on the exposed surfaces of the channels 28 and at least a portion of the surface of the substrate 10 adjacent to the channels 28, the surface of the channels 28 is suitably coated. can be finished. This second layer of glass can be deposited by methods such as radio frequency sputtering, sintering of a soot coating deposited by flame hydrolysis, chemical vapor deposition, and sintering of a frit powder coating.

被覆層を付着する特に有効な方法は、米国特許
第2272342号および第2326059号に開示されている
方法に類似する炎加水分解法によつて行われる。
後者の特許に開示されている方法を改めたもの
を、チタンをドーピングした溶融シリカを作るの
に応用した例を以下に説明する。重量比でSiCl4
を約53%、TiCl4を約47%含む約35℃の混合液中
に乾燥酸素を吹込んで泡を立てる。SiCl4とTiCl4
の蒸気は酸素に吸収され、それからガスと酸素の
炎の中を通され、その際に加水分解されて小さな
ガラス粒つまりすすを生成する。このガラス粒の
組成は重量比でSiO2約95%、TiO2約5%である。
このガラス生成物は定常流で炎を離れ、基板の一
方の表面の少くとも一部に付着する。その結果生
成される被覆層の厚みは、付着したすすの量によ
り決定される。この量は流量と、付着時間と、基
板を動かす速さとにより制御される。このように
して付着されたすすは付着と同時に、または付着
後に焼結されて一様で密な被覆層を形成する。
A particularly effective method of applying the coating layer is by a flame hydrolysis method similar to that disclosed in US Pat. Nos. 2,272,342 and 2,326,059.
An example of the application of a modification of the method disclosed in the latter patent to the production of titanium-doped fused silica is described below. SiCl4 by weight ratio
Dry oxygen is blown into a mixture containing about 53% TiCl 4 and about 47% TiCl 4 at about 35°C to create bubbles. SiCl4 and TiCl4
The vapor is absorbed by the oxygen and then passed through a gas and oxygen flame where it is hydrolyzed to form small glass particles, or soot. The composition of the glass particles is approximately 95% SiO 2 and approximately 5% TiO 2 by weight.
This glass product leaves the flame in a steady flow and adheres to at least a portion of one surface of the substrate. The thickness of the resulting coating layer is determined by the amount of soot deposited. This amount is controlled by the flow rate, the deposition time, and the speed at which the substrate is moved. The soot deposited in this manner is sintered simultaneously with or after deposition to form a uniform, dense coating.

第2ガラス被覆層をその後で第1被覆層の露出
面に付着させる。第2被覆層の膨張率、屈折率等
の物理的性質は適切なものでなければならない。
第2被覆層の形成に特に有効な手段は、前記した
炎加水分解法により付着した希望する物質のすす
層を焼結することである。第2ガラス被覆層の屈
折率は第1被覆層の屈折率よりも小さくなければ
ならないから、第2被覆層のガラス材は第1被覆
層のガラスからドーピング剤を除いたものと同じ
材料であり、または第1被覆層の場合よりも少く
ドーピングしたガラスである。第2被覆層を炎加
水分解法により付着する場合には、第2被覆が純
粋のSiO2であるように、出発混合液がTiCl4を含
まないか、又は得られる被覆が第1被覆よりも少
量のTiCl4を含むように、少量のTiCl4を加える
ことを除いて、方法に用いるパラメータは第1被
覆に用いた方法とほぼ同じである。
A second glass coating layer is then applied to the exposed surface of the first coating layer. The physical properties of the second coating layer, such as expansion coefficient and refractive index, must be appropriate.
A particularly effective means for forming the second coating layer is to sinter the soot layer of the desired material deposited by the flame hydrolysis method described above. Since the refractive index of the second glass coating layer must be smaller than the refractive index of the first coating layer, the glass material of the second coating layer is the same material as the glass of the first coating layer except for the doping agent. , or a less doped glass than in the case of the first covering layer. If the second coating layer is applied by flame hydrolysis, either the starting mixture is TiCl 4 free, such that the second coating is pure SiO 2 , or the resulting coating is better than the first coating. The parameters used in the method are approximately the same as those used for the first coating, except that a small amount of TiCl 4 is added to include a small amount of TiCl 4 .

所要の量の光を伝えるために必要な平面光導波
管の性質は、光散乱中心による放射のために失わ
れる光エネルギ、および伝達物質により過度に吸
収される光エネルギに左右されないことである。
これらの散乱中心は導波管の芯部(コア)と外被
との接合部における小さな空気の泡または不純物
によつて起される。上述の方法は極めて清浄で強
力な接合を組合わせて、大部分の光散乱中心をな
くすものである。更に、上述の方法は非常に純粋
な膜を与え、組成を変えることが容易である。ま
た、上述の方法は広い表面に一様な被覆を付着さ
せることを可能にし、かつガラス中に本来存在す
るOH基を制御することを可能にする。
The property of a planar optical waveguide necessary to transmit the required amount of light is that it is independent of optical energy lost due to radiation by light scattering centers and optical energy that is excessively absorbed by the transmitting material.
These scattering centers are caused by small air bubbles or impurities at the junction of the waveguide core and jacket. The method described above combines a very clean and strong bond to eliminate most light scattering centers. Furthermore, the above-described method provides very pure films and the composition is easy to vary. The method described above also makes it possible to apply uniform coatings over large surfaces and to control the OH groups naturally present in the glass.

3種類の媒質を含む平面光導波管では、単一モ
ード動作または多重モード動作のいずれが望まし
いかにより、導波管に沿う光の伝播を予め選択し
たモードに制限するために、導波管の種々のパラ
メータを次式にしたがつて調整せねばならない。
3種類の導波管媒体とは基板、芯部(コア)、外
被である。前記したように、この導波管を効果的
に動作させるためには、芯部(コア)の屈折率n2
を基板または外被の屈折率(n1、n3)よりも大き
くせねばならない。
In a planar optical waveguide containing three types of media, the waveguide can be modified to limit the propagation of light along the waveguide to a preselected mode, depending on whether single mode or multimode operation is desired. Various parameters must be adjusted according to the equation:
The three types of waveguide media are the substrate, the core, and the jacket. As mentioned above, in order to operate this waveguide effectively, the refractive index of the core (n 2
must be larger than the refractive index (n 1 , n 3 ) of the substrate or envelope.

mを偶数の整数として、TMpnモードに対して
は、 βa−π(m+1)=tan-1α/β(n2/n12 +tan-1γ/β(n2/n32 (1) mが奇数の整数の場合に、TMpoモードに対し
ては、 βa−π(m+1)=−cot-1α/β(n2/n12 −cot-1γ/β(n2/n32 (2) mが偶数の整数の場合に、TEpnモードに対し
ては βa−π(m+1)=tan-1α/β+tan-1γ/β (3) mが奇数の整数の場合に、TEpnモードに対し
ては βa−π(m+1)=−cot-1α/β−cot-1γ/β (4) ここに、 β2=K2 2−h2 (5) α2=h2−K1 2 (6) γ2=h2−K3 2 (7) K1=2πn1/λ (8) K2=2πn2/λ (9) K3=2πn3/λ (10) である。これらの式は平面光導波管の伝播定数h
がK1とK3のうちの大きい方に等しいか、または
小さく芯部(コア)の幅が無限大の時に適用でき
る。簡単にするために、添字1と3を基板または
外被覆のいずれかに付けるものとする。K1がK3
よりも大きいとすると、K1はm番目のモードに
対して、遮断伝播定数hを定める。これを、(1)、
(2)、(3)、(4)式に代入すると、遮断方程式が下記の
ように得られる。
For TM pn mode, where m is an even integer, β a −π(m+1)=tan −1 α/β(n 2 /n 1 ) 2 +tan −1 γ/β(n 2 /n 3 ) 2 (1) When m is an odd integer, for TM po mode, β a −π(m+1)=−cot −1 α/β(n 2 /n 1 ) 2 −cot −1 γ/ β(n 2 /n 3 ) 2 (2) If m is an even integer, for TE pn mode, β a −π(m+1)=tan -1 α/β+tan -1 γ/β (3) When m is an odd integer, for TE pn mode, β a −π(m+1)=−cot −1 α/β−cot −1 γ/β (4) where, β 2 =K 2 2 −h 2 (5) α 2 =h 2 −K 1 2 (6) γ 2 =h 2 −K 3 2 (7) K 1 =2πn 1 /λ (8) K 2 =2πn 2 /λ (9) K 3 =2πn 3 /λ (10). These equations are the propagation constant h of the planar optical waveguide
Applicable when is equal to or smaller than the larger of K 1 and K 3 and the width of the core is infinite. For simplicity, the subscripts 1 and 3 will be attached to either the substrate or the overcoat. K 1 is K 3
If K 1 is larger than , then K 1 defines the cutoff propagation constant h for the mth mode. This is (1),
Substituting into equations (2), (3), and (4), the cutoff equation is obtained as follows.

mが偶数の整数の場合に、TMpnモードに対し
て、 2a/λ(n2 2−n1 21/2=m+1+1/πtan-1 (n1 2−n3 2/n2 2−n1 21/2(n2/n32(11) mが奇数の整数の場合に、TMpnモードに対し
て、 2a/λ(n2 2−n1 21/2=m+1−1/πcot-1 (n1 2−n3 2/n2 2−n1 21/2(n2/n32(12) mが偶数の整数の場合に、TEpnモードに対し
て、 2a/λ(n2 2−n1 21/2=m+1+1/πtan-1 (n1 2−n3 2/n2 2−n1 21/2 (13) mが奇数の整数で、TEpnモードに対して 2a/λ(n2 2−n1 21/2=m+1−1/πcot-1 (n1 2−n3 2/n2 2−n1 21/2 (14) ここにm10で、第1被覆すなわち芯部(コ
ア)の厚みがaで、幅が無限大の導波管内を伝播
する最高モード順序であり、λは上記のような導
波管を伝播する光の波長、n2はコアの屈折率、n1
またはn3のうちのいずれか一方が基板の屈折率、
他方が第2被覆層の屈折率である。
When m is an even integer, for TM pn mode, 2a/λ(n 2 2 − n 1 2 ) 1/2 = m+1+1/πtan −1 (n 1 2 − n 3 2 /n 2 2 − n 1 2 ) 1/2 (n 2 /n 3 ) 2 (11) When m is an odd integer, for TM pn mode, 2a/λ(n 2 2 −n 1 2 ) 1/2 = m+1-1/πcot -1 (n 1 2 - n 3 2 / n 2 2 - n 1 2 ) 1/2 (n 2 / n 3 ) 2 (12) If m is an even integer, TE pn mode For, 2a/λ(n 2 2 −n 1 2 ) 1/2 = m+1+1/πtan −1 (n 1 2 −n 3 2 /n 2 2 −n 1 2 ) 1/2 (13) m is 2a/λ(n 2 2 − n 1 2 ) 1/2 = m+1−1/πcot −1 (n 1 2 −n 3 2 /n 2 2 −n 1 2 ) 1/2 (14) Here, m10, the thickness of the first coating or core is a, the highest mode order propagating in a waveguide with an infinite width, and λ is as shown above. Wavelength of light propagating in the waveguide, n 2 is the refractive index of the core, n 1
or n 3 is the refractive index of the substrate,
The other is the refractive index of the second coating layer.

本発明により、芯部(コア)の幅が有限で、m
10の場合に(11)〜(14)式を解いた時に、
(11)〜(14)式により決定される値に等しいか、
それよりも小さな厚みと、希望する任意の有限幅
とを有する芯部(コア)を持つ適当な平面光導波
管を作ることができることが知られている。(11)
〜(14)式は有限の幅を持つ平面導波管に適用さ
れるものであるが、芯部(コア)の幅と厚みの比
が約10までの平面光導波管についてもほぼ正し
い。前記比が10以下では大きな誤差が計算に入つ
てくるから、前記したイー・エー・ジエー・マル
カツチリ(E.A.J.Marcatili)の論文に従つて式
中に含まれている種々のパラメータについて解く
事を考慮すべきである。
According to the present invention, the width of the core is finite and m
When solving equations (11) to (14) in the case of 10,
Is it equal to the value determined by equations (11) to (14)?
It is known that suitable planar optical waveguides can be made with cores having smaller thicknesses and any desired finite width. (11)
Equation (14) applies to planar waveguides with a finite width, but is also approximately correct for planar optical waveguides with a core width to thickness ratio of up to about 10. If the ratio is less than 10, a large error will enter the calculation, so you should consider solving for the various parameters included in the equation according to the paper by EAJ Marcatili mentioned above. It is.

n1=n3で芯部(コア)の幅が無限大の場合につ
いては、(11)〜(14)式は次式のように簡単に
でき、この式はTMpnとTEpnの両方のモードに適
用される。
For the case where n 1 = n 3 and the width of the core is infinite, equations (11) to (14) can be easily written as the following equations, and this equation can be used for both TM pn and TE pn . Applies to mode.

2a/λ(n2 2−n1 21/2=m+1 (15) 本発明の平面光導波管の特別な例は次の通りで
ある。厚さが少くとも20μmの純粋な溶融、石英
を注意して研摩し、清浄にして光学的に平らな表
面を得る。重量比でTiCl4を約26.1%、SiCl4を約
73.9%含む混合液を35℃まで加熱する。この液体
中に乾燥酸素を吹き込み、この酸素によつて
SiCl4とTiCl4の蒸気を取出す。酸素を含むこの蒸
気を次にガス−酸素炎中に通し、そこでそれらの
蒸気を加水分解して、重量比でTiO2を約2%、
SiO2を約98%含む組成の、直径が約0.1μmの球状
粒子の定常流を生成する。この流れを基板の光学
的に平らな表面に当て、それらの粒子を約5.4μm
よりは薄いがほぼそれ位の厚さの層にする。次に
液状のSiCl4を約35℃に加熱し、この液体中に乾
燥酸素を吹き込んでSiCl4の蒸気を取出す。次に
この蒸気を含む酸素をガス−酸素炎の中に通し、
そこでSiCl4蒸気を加水分解して100%SiO2粒子の
定常流を生成する。この流れを第1被覆層の露出
面に当て、厚さが約40μmのSiO2層を形成させ
る。次にこの構造体を1500℃に加熱した酸素雰囲
気の誘導炉の中に入れて、第1層と第2層を焼結
させる。この焼結工程によりこれらの層の厚みは
約半分になる。このようにして得られた平面光導
波管は、厚さが2.7μm以下の芯部(コア)と、こ
の芯部(コア)の両側に約20μm厚の外被とを有
する。第1被覆層すなわち芯部(コア)の屈折率
は約1.4633である。基板と第2被覆層の屈折率は
約1.4584である。溶融石英の1.4584という屈折率
は、波長が約5893Åのナトリウム光で測ると一般
に得られる値である。この例で説明した平面光導
波管は単一の長方形TMpl、TEplモードの組合わ
せのみを伝播させることができる。
2a/λ(n 2 2 −n 1 2 ) 1/2 = m+1 (15) A special example of the planar optical waveguide of the present invention is as follows. Pure fused, quartz with a thickness of at least 20 μm is carefully polished and cleaned to obtain an optically flat surface. Approximately 26.1% TiCl 4 and approximately 26.1% SiCl 4 by weight
Heat the mixture containing 73.9% to 35°C. Dry oxygen is blown into this liquid, and this oxygen causes
Take out the vapors of SiCl 4 and TiCl 4 . The oxygen-containing vapors are then passed through a gas-oxygen flame where they are hydrolyzed to about 2 % TiO2 by weight.
A steady stream of spherical particles with a diameter of about 0.1 μm is produced, with a composition of about 98% SiO 2 . This stream is applied to the optically flat surface of the substrate, and the particles are approximately 5.4 μm thick.
Make a layer thinner than that, but about the same thickness. Next, the liquid SiCl 4 is heated to about 35°C, and dry oxygen is blown into the liquid to extract the SiCl 4 vapor. This steam-laden oxygen is then passed through a gas-oxygen flame,
There, SiCl4 vapor is hydrolyzed to produce a steady stream of 100% SiO2 particles. This flow is applied to the exposed surface of the first coating layer to form a SiO 2 layer with a thickness of approximately 40 μm. Next, this structure is placed in an induction furnace heated to 1500° C. in an oxygen atmosphere to sinter the first and second layers. This sintering process reduces the thickness of these layers by approximately half. The planar optical waveguide thus obtained has a core with a thickness of 2.7 μm or less, and an outer jacket with a thickness of about 20 μm on both sides of the core. The refractive index of the first coating layer or core is approximately 1.4633. The refractive index of the substrate and the second coating layer is approximately 1.4584. The refractive index of fused silica, 1.4584, is a value commonly obtained when measured with sodium light at a wavelength of approximately 5893 Å. The planar optical waveguide described in this example can only propagate a single rectangular TM pl , TE pl mode combination.

本発明の平面光導波管の芯部(コア)が表面に
形成させる基板については、ほぼ平らであるとい
う説明をしただけで、導波管の長さについては何
も述べなかつた。容易にわかるように、導波管の
長さはそれぞれの用途によつて決定され、本発明
の目的には関係がない。また、「ぼぼ平ら」とい
う用語は、基板が導波管の有限な長さと幅とにつ
いて実用上の目的に対して平らであることを意味
するものであつて、その全長および全幅について
みると多少は曲ることもあり得る。同様に芯部
(コア)と外被もほぼ直線状として図示したが、
これらは両側に曲ることもある。しかし、そのよ
うな曲りが過大であるとする、どのような光導波
管においても同様なように、光の損失をひき起
す。
Regarding the substrate on which the core of the planar optical waveguide of the present invention is formed, it has only been explained that it is substantially flat, and nothing has been said about the length of the waveguide. As can be readily seen, the length of the waveguide is determined by each application and is not relevant for the purposes of the present invention. Furthermore, the term "bobo-flat" means that the substrate is flat for practical purposes with respect to the finite length and width of the waveguide, and is somewhat flat in terms of its total length and width. may be bent. Similarly, the core and outer sheath are illustrated as being almost linear, but
These may curve to both sides. However, as in any optical waveguide where such bends are excessive, they cause light loss.

以上、本発明を特定の実施例について説明した
が、そのような説明は特許請求の範囲の記載を除
いて、本発明の範囲を限定するものではない。
Although the present invention has been described above with reference to specific embodiments, such description is not intended to limit the scope of the present invention, except as set forth in the claims.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は平面光導波管の製造における第1被覆
層の付着の様子を示す略斜視図、第2図は第2被
覆層の付着の様子を示す略斜視図、第3図は本発
明の平面光導波管の斜視図、第4図は比較的幅の
狭い第1被覆層を付着する様子を示す本発明の別
の実施例の略斜視図、第5図は第4図の導波管の
形成において第2被覆層を付着させる様子を示す
略斜視図、第6図は基板上に焼結ガラス経路を形
成する様子を示す略斜視図、第7図は本発明の光
導波管の製作中に第2被覆層を付着させる様子を
示す略斜視図、第8図は本発明の平面光導波管の
斜視図である。 10,28……基板、12,26……第1被覆
層、14……バーナー、20,30……第2被覆
層、24……平面光導波管。
FIG. 1 is a schematic perspective view showing how the first coating layer is attached in the manufacture of a planar optical waveguide, FIG. 2 is a schematic perspective view showing how the second coating layer is attached, and FIG. 3 is a schematic perspective view showing how the second coating layer is attached. FIG. 4 is a schematic perspective view of another embodiment of the invention showing the deposition of a relatively narrow first coating layer; FIG. 5 is a perspective view of the waveguide of FIG. 4; FIG. 6 is a schematic perspective view showing how a sintered glass path is formed on a substrate, and FIG. 7 is a schematic perspective view showing how the second coating layer is attached during the formation of the optical waveguide of the present invention. FIG. 8 is a schematic perspective view showing how the second coating layer is deposited therein, and FIG. 8 is a perspective view of the planar optical waveguide of the present invention. 10, 28... Substrate, 12, 26... First coating layer, 14... Burner, 20, 30... Second coating layer, 24... Planar optical waveguide.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 予め定められた所望の屈折率を有する実質的
に平坦なガラス基板と、 該ガラス基板の屈折率よりも大きい屈折率を有
し、該ガラス基板の1つの平坦な表面の少なくと
も一部分上に沈積せしめられかつ該一部分に附着
せしめられた第1の添着ガラス被覆であつて、該
第1の添着ガラス被覆は前記ガラス基板の前記1
つの平坦な表面に対して実質的に平行な露呈外表
面を有しており、前記第1の添着ガラス被覆の厚
さは前記両表面によつて画成されており、前記第
1の添着ガラス被覆の幅は前記厚さと該第1の添
着ガラス被覆の光伝播軸線との双方に対して直交
関係にある寸法を有している前記第1の添着ガラ
ス被覆と、 前記第1の添着ガラス被覆の屈折率よりも小さ
くかつ前記ガラス基板の屈折率とは異なる屈折率
を有し、前記第1の添着ガラス被覆の少なくとも
前記露呈外表面上に沈積せしめられかつ該露呈外
表面に附着せしめられた第2の添着ガラス被覆と
よりなり、 前記第1の添着ガラス被覆と前記第2の添着ガ
ラス被覆との境界に清浄でかつ強力な接合が形成
され、 前記第1の添着ガラス被覆が所望の有限の幅を
有する場合におけるその被覆の厚さは、この被覆
が無限の幅を有するものとした場合における厚さ
aに等しいかあるいはそれよりも小さく、該厚さ
aは、 mが偶数の整数であるTMomモードの場合に
は、 2a/λ(n2 2−n1 21/2=m+1+1/πtan-1 (n1 2−n3 2/n2 2−n1 21/2(n2/n32 mが奇数の整数であるTMomモードの場合に
は、 2a/λ(n2 2−n1 21/2=m+1−1/πcot-1 (n1 2−n3 2/n2 2−n1 21/2(n2/n32 mが偶数の整数であるTEomモードの場合に
は、 2a/λ(n2 2−n1 21/2=m+1+1/πtan-1 (n1 2−n3 2/n2 2−n1 21/2 mが奇数の整数であるTEomモードの場合に
は、 2a/λ(n2 2−n1 21/2=m+1−1/πcot-1 (n1 2−n3 2/n2 2−n1 21/2 の各式のうちの1つに従つて決定され、ただしm
≦10でありかつ厚さaおよび無限の幅を有する導
波路内を伝播せしめられるべき最高のモード次元
であり、λは前記第1の添着ガラス被覆が厚さa
および無限幅を有する前記導波路内を伝播せしめ
られるべき光の波長であり、n2は前記第1の添着
ガラス被覆の屈折率であり、n1およびn3の一方は
前記ガラス基板の屈折率であり、n1およびn3の他
方は前記第2の添着ガラス被覆であり、前記第1
の添着ガラス被覆の前記厚さは、前記導波路の伝
播定数がK1に等しいかあるいはそれよりも小さ
く、K1はK3よりも大きく、 K1=2πn1/λ K3=2πn3/λ である場合に上記のごとくして決定され、 前記ガラス基板と前記第2の添着ガラス被覆と
のそれぞれの厚さが前記第1の添着ガラス被覆の
厚さの少なくとも約2倍であり、 前記第1の添着ガラス被覆が平面導波路のコア
を形成し、前記第2の添着ガラス被覆が平面導波
路のクラツドを形成していることを特徴とする平
面光導波路。
[Scope of Claims] 1. A substantially flat glass substrate having a predetermined desired refractive index; and one flat surface of the glass substrate having a refractive index greater than the refractive index of the glass substrate. a first applied glass coating deposited on and affixed to at least a portion of the glass substrate;
an exposed outer surface substantially parallel to two flat surfaces, the thickness of the first deposited glass coating being defined by the surfaces; the first deposited glass coating, the width of the coating having a dimension orthogonal to both the thickness and the optical propagation axis of the first deposited glass coating; and having a refractive index smaller than that of the glass substrate and different from the refractive index of the glass substrate, and deposited on at least the exposed outer surface of the first applied glass coating and attached to the exposed outer surface. a second deposited glass coating, a clean and strong bond is formed at the boundary between the first deposited glass coating and the second deposited glass coating, and the first deposited glass coating is bonded to a desired limit. The thickness of the coating when the width is equal to or smaller than the thickness a when the coating has an infinite width, where m is an even integer. For a certain TMom mode, 2a/λ(n 2 2 −n 1 2 ) 1/2 = m+1+1/πtan −1 (n 1 2 −n 3 2 /n 2 2 −n 1 2 ) 1/2 ( n 2 /n 3 ) 2 In the case of TMom mode where m is an odd integer, 2a/λ(n 2 2 −n 1 2 ) 1/2 = m+1−1/πcot −1 (n 1 2 −n 3 2 /n 2 2 −n 1 2 ) 1/2 (n 2 /n 3 ) 2 In the case of TEom mode where m is an even integer, 2a/λ(n 2 2 −n 1 2 ) 1/ 2 = m + 1 + 1 / πtan -1 (n 1 2 - n 3 2 / n 2 2 - n 1 2 ) 1/2 In the case of TEom mode where m is an odd integer, 2a / λ (n 2 2 - n 1 2 ) 1/2 = m+1-1/πcot -1 (n 1 2 - n 3 2 /n 2 2 - n 1 2 ) 1/2 determined according to one of the formulas, where m
≦10 and is the highest mode dimension to be allowed to propagate in a waveguide of thickness a and infinite width, and λ is the maximum mode dimension that the first applied glass coating has a thickness a
is the wavelength of light to be propagated in the waveguide having infinite width, n 2 is the refractive index of the first attached glass coating, and one of n 1 and n 3 is the refractive index of the glass substrate. , the other of n 1 and n 3 is the second attached glass coating, and the other of n 1 and n 3 is the second attached glass coating, and the other of n 1 and n
The thickness of the impregnated glass coating is such that the propagation constant of the waveguide is equal to or less than K 1 , K 1 is greater than K 3 , K 1 =2πn 1 /λ K 3 =2πn 3 / λ , the respective thicknesses of the glass substrate and the second applied glass coating are at least about twice the thickness of the first applied glass coating; A planar optical waveguide characterized in that the first applied glass coating forms the core of the planar waveguide and the second applied glass coating forms the cladding of the planar waveguide.
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