JPH04234005A - イオン交換法による光導波管の製造方法 - Google Patents

イオン交換法による光導波管の製造方法

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JPH04234005A
JPH04234005A JP3169705A JP16970591A JPH04234005A JP H04234005 A JPH04234005 A JP H04234005A JP 3169705 A JP3169705 A JP 3169705A JP 16970591 A JP16970591 A JP 16970591A JP H04234005 A JPH04234005 A JP H04234005A
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JP
Japan
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ion exchange
waveguide
glass substrate
mask
optical waveguide
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Application number
JP3169705A
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English (en)
Inventor
Seppo Honkanen
セッポ　ホンカネン
Ari Tervonen
アリ　テルボネン
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Nokia Oyj
Original Assignee
Nokia Oyj
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Publication date
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/13—Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method
    • G02B6/134—Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method by substitution by dopant atoms
    • G02B6/1345—Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method by substitution by dopant atoms using ion exchange

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】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、イオン交換法によりガ
ラス基体上に光導波管を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】受動集積光学装置（ｐａｓｓｉｖｅ　ｉ
ｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｏｐｔｉｃｓ）のためにイオン交
換したガラス導波管を使用することに関し、最近かなり
関心が高まってきている。そのような部品及び装置の典
型的な例には、単一モード　１／Ｎパワー分割器及び波
長選択性方向性結合器がある。光学ガラス導波管の作動
は純粋に受動的で、製造後の調節は出来ないので、希望
の導波管再現性を得るためには正確な製造条件の制御が
必要である。これは、対称モードと非対称モードとの伝
搬定数の差を正確に制御する必要がある方向性結合器の
場合には特に重要になる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】光ファイバー両立性導
波管をイオン交換法により製造するためには、一般に二
工程法が用いられている。これらの方法では、ガラス中
の元のイオン（典型的にはナトリウムイオンＮａ　＋　
）を、イオン交換マスク中の狭い開口を通ってイオン源
として塩溶融物又は銀膜を用いることにより、屈折率を
増大するイオン（例えば、Ｋ＋　、Ａｇ　＋　、Ｃｓ　
＋　、Ｒｂ　＋　、Ｌｉ　＋又はＴｌ　＋　イオン）へ
交換することにより導波管が形成される。第二工程で、
ＮａＮＯ３　溶融物中で熱処理又はイオン交換すること
により導波管の屈折率状態を変え、光ファイバーへ一層
よく結合できるようにする。第二工程中の拡散が導波管
の幅を増大するので、第一工程では狭い（≒２〜４μｍ
　）マスク開口を用いなければならない。交換されるイ
オンの数はマスク開口幅の影響を非常に受け易く、従っ
て、マスク開口幅について一層広い範囲の変動を許容で
きる新しい製造方法が極めて必要である。イオン交換法
の基本的原理に関し、次の文献を挙げることができる：
「イオン交換ガラス導波管概説」（Ｉｎｏｎ−Ｅｘｃｈ
ａｎｇｅｄ　Ｇｌａｓｓ　Ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ　：　
Ａ　Ｒｅｖｉｅｗ）　Ｒ．Ｖ．　Ｒａｍａｓｗａｍｙ，
　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ　Ｔｅｃ
ｈｎｏｌｏｇｙ，　Ｖｏｌ．　６，　Ｊｕｎｅ　１９８
８，ｐ．９８４。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、マスク
線又はマスク開口の幅の変動に対する光導波管製造方法
の感度を低下する方法を与えることである。これは、ガ
ラス基体に前に形成されていた導波管で、製造すべき光
導波管よりも幅の広い導波管から、イオン交換法及びポ
ジ型イオン交換マスクを用いて、屈折率増大性イオンを
拡散排除することにより導波管を形成する、イオン交換
法によりガラス基体上に光導波管を製造する本発明の方
法により達成される。その方法の第一工程では、横方向
には限定されていない、即ち形成すべき最終的光導波管
よりも幅の広いプレーナ光導波管をイオン交換法により
ガラス基体上に形成する。第二工程では、そのガラスの
上に狭いイオン交換マスク膜を形成し、次にイオン交換
マスクの無い領域中のガラスから、プレーナ導波管の屈
折率を増大するイオンを拡散排除することによりイオン
交換を行う。イオン交換マスクがガラスからの拡散を妨
げた場所では、希望の横方向が限定された光チャネル、
即ちプレーナ導波管よりも狭い光チャネルがガラス基体
上に形成される。
【０００５】本発明の方法の特別な態様は、光チャネル
が二工程イオン交換法の第二工程中まで形成されないこ
とである。その結果、光チャネルの形成中に行われる拡
散は、その光チャネルを、従来のイオン交換法の場合の
如く広くするのではなく狭くする。その結果、薄膜マス
ク法でマスク開口及び線の幅について許される誤差はか
なり緩和することができる。例えば、慣用的イオン交換
法で用いられていた単一モード拡散マスク開口の幅は約
２〜約４μｍ　であるのに対し、本発明の方法による対
応する単一モードチャネルは約８〜約１０μｍ　の線幅
で達成される。
【０００６】次に本発明を図面を参照して一つの態様に
よって一層詳細に記述する。図１〜図５は本発明の方法
の種々の段階を例示する図である。
【０００７】ガラス基体上にイオン交換法により導波管
を製造するための本発明の方法では、ガラス基体上に前
に形成されていた幅の広い導波管から、イオン交換法及
びポジ型イオン交換マスクを用いて屈折率増大性イオン
を拡散排除することにより導波管が形成される。本発明
の方法は、典型的にはイオン交換法により（ネガ型イオ
ン交換マスクを用いて）ガラス基体上にプレーナ光導波
管を形成し、そのプレーナ導波管上にポジ型イオン交換
マスクを形成し、イオン交換法によりイオン交換マスク
の無いガラス基体領域からプレーナ導波管の屈折率増大
性イオンを除去する諸工程をからなる。プレーナ導波管
は基体の全表面を覆っていてもよい。
【０００８】図１は、本発明の方法の第一工程を例示し
ており、そこではイオン交換法を用いてガラス基体表面
に屈折率増大性イオンを導入することにより平面ガラス
基体１上にプレーナ導波管が形成されている。本発明の
好ましい態様として、この第一工程は固相銀イオン交換
を用いている。このためには、例えば、約１５０　ｎｍ
の厚さを有する銀薄膜を、コーニング０２１１ガラスの
如きガラス基体１上にスパッタリングにより形成する。 ガラス基体１の反対側には金属膜（図示されていない）
が形成されており、電圧、例えば５０Ｖを、銀膜２と反
対側の金属膜との間に上昇させた温度（例えば３５０　
℃）で接続する。 それによってＮａ　＋　イオンがガラス基体１から陰極
として働く金属膜の方へ移動し始め、それに応じてＡｇ
　＋　イオンが銀膜２からガラス基体１の方へ移動し始
め、その結果ガラス基体１上に周囲のガラスよりも大き
な屈折率を持ったプレーナ光導波管３が形成される。プ
レーナ導波管３が形成された後、銀膜２及び基体１の反
対側上のの金属膜を除去すると、第２図に示したような
状態が得られる。
【０００９】次にイオン交換マスク膜４を、ガラス基体
１上のプレーナ導波管３の上に形成する。イオン交換マ
スク４はポジ型であり、即ち、それは基体１上の、導波
管を形成すべき場所の所に形成される。それに対し導波
管を形成しない所にはイオン交換マスク膜は存在しない
。従って、模様状ポジ型イオン交換マスク４は希望の光
導波管模様に対応する。イオン交換マスク膜は、例えば
チタン（Ｔｉ）から作ることができる。
【００１０】次にイオン交換マスク４が形成されたガラ
ス基体１をＮａＮＯ３　溶融物５中でイオン交換に掛け
る。それによりＮａ　＋　イオンは溶融物５からガラス
基体１の表面層及びプレーナ光導波管３へ移動する。そ
れに対応してＡｇ　＋　イオンの如き屈折率増大性イオ
ンがガラス基体１及び導波管３の表面からＮａＮＯ３　
溶融物５中へ移動する。イオン交換は、イオン交換マス
ク４の無いガラス基体表面領域内でのみ起きる。イオン
交換マスクを通してイオン交換は起きないので、導波管
チャネル６がイオン交換マスク４の下に形成される。イ
オン交換マスク４の無い領域内でのイオン交換が完了し
た後、ガラス基体１を塩溶融物５から取り出し、イオン
交換マスク４を除去すると、今度はガラス基体は第５図
に示したように希望の光導波管チャネル６を有する。
【００１１】図面及びそれに関する記述は、本発明を単
に例示するためのものである。本発明の方法は、その詳
細な点については特許請求の範囲内で変えることができ
る。例えば、イオン源の組成、ガラス基体、及びイオン
交換マスクを夫々の特定の用途での条件に従って変える
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法中、ガラス基体上に金属膜を形成
した段階を示す図である。
【図２】本発明の方法中、ガラス基体表面にプレーナ導
波管が形成された段階を示す図である。
【図３】本発明の方法中、プレーナ導波管上にイオン交
換マスクを形成した段階を示す図である。
【図４】本発明の方法中、図４のものをＮａＮＯ３　溶
融物中に入れてイオン交換を行う段階を示す図である。
【図５】本発明の方法中、ガラス基体表面に光導波管チ
ャネルが形成された段階を示す図である。
【符号の説明】
１　　ガラス基体 ２　　金属膜 ３　　プレーナ導波管 ４　　イオン交換マスク ５　　塩溶融物 ６　　光導波管チャネル

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　ガラス基体（１）上でのイオン交換法
    による光導波管（６）の製造方法において、ガラス基体
    （１）に前に形成された導波管（３）で、製造すべき光
    導波管よりも幅の広い導波管（３）からガラスの屈折率
    を増大するイオンをイオン交換法及びポジ型イオン交換
    法マスク（４）を用いて拡散排除することによって、導
    波管（６）を形成することを特徴とする光導波管製造方
    法。
  2. 【請求項２】　　イオン交換法によってガラス基体（１
    ）上にプレーナ導波管（３）を形成し、前記プレーナ導
    波管（３）の上にポジ型イオン交換マスク（４）を形成
    し、そしてイオン交換マスク（４）を持たないガラス基
    体領域からイオン交換法によりプレーナ導波管（３）か
    ら屈折率増大性イオンを除去する、諸工程を含むことを
    特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】　　プレーナ導波管（３）が基体（１）の
    実質的に全ての表面を覆っていることを特徴とする請求
    項２に記載の方法。
  4. 【請求項４】　　プレーナ導波管（３）を形成するイオ
    ン源として塩溶融物又は銀膜（２）を用いることを特徴
    とする請求項２に記載の方法。
  5. 【請求項５】　　ガラス基体（１）から屈折率増大性イ
    オンを除去するイオン源としてＮａＮＯ３　溶融物（５
    ）を用いることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１
    項に記載の方法。
  6. 【請求項６】　　チタンのスパッタリングによりイオン
    交換マスク（４）が作られることを特徴とする請求項１
    〜４のいずれか１項に記載の方法。
JP3169705A 1990-07-10 1991-07-10 イオン交換法による光導波管の製造方法 Pending JPH04234005A (ja)

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