JPH06337320A - 光導波路作製法および装置 - Google Patents

光導波路作製法および装置

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JPH06337320A
JPH06337320A JP14863993A JP14863993A JPH06337320A JP H06337320 A JPH06337320 A JP H06337320A JP 14863993 A JP14863993 A JP 14863993A JP 14863993 A JP14863993 A JP 14863993A JP H06337320 A JPH06337320 A JP H06337320A
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photosensitive
light
exposed
optical waveguide
photosensitive layer
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JP14863993A
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Koji Matsubara
浩司 松原
Tatsuhiko Hidaka
建彦 日高
Hiroyoshi Yajima
弘義 矢嶋
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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Agency of Industrial Science and Technology
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 光集積回路の集積度を向上させるために、感
光層内に三次元的に光導波路を作製することである。 【構成】 フォトポリマ等の光照射により感光部の屈折
率が変化しかつこの感光部を固定化することが可能な感
光性材料からなる感光層1bを基板1a上に設けた被露
光体1をXYZステージ2上にセットし、レーザ光をレ
ンズ系7で集束光にし、この光の焦点位置を感光層1b
に対して相対的に動かすことにより感光部1cを形成
し、これを固定化することにより光導波路パターン1d
を作製する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は光導波路の作製法および
これに用いる装置に関し、特にレンズ等により集束させ
た光を被露光体に対して三次元的に走査することによ
り、被露光体の感光層内にチャネル光導波路を三次元的
に形成することを可能としたものである。
【0002】
【従来の技術】従来においては、導波路基板上に二次元
パターンを描き、不純物の拡散や高屈折率物質の堆積,
エッチング等を組み合わせることにより、チャネル導波
路を作製していた。この従来の方法では、基板表面付近
にのみチャネル導波路が形成される。また、埋め込み型
の導波路とするためには、基板表面上に作製したチャネ
ル導波路上にさらに、クラッドを形成する低屈折率の物
質を堆積させる方法がとられる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述した
従来の作製方法では、導波路は二次元平面内にしか作製
することができず、基板内で三次元的に自由に配線する
ことは不可能であった。したがって、従来の導波路作製
技術では、このため光導波路素子の集積も二次元平面内
でしか行えなかった。
【0004】光導波路の作製において二次元平面内にチ
ャネル導波路を作製していく限り光集積回路の集積度の
向上には限界がある。光導波路素子の集積度を向上させ
るためには積層構造等の三次元的な集積が必要であり、
そのためには二次元平面内だけでなく平面外にも光を導
くことができる三次元導波路が必要である。
【0005】本発明の目的は、このような事情に鑑み、
三次元的な光導波路の作製を行うことができる光導波路
の作製法および装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成する本発
明は、露光によりその感光された感光部の屈折率が変化
しかつこの感光部を固定化することができる感光性材料
からなる感光層に、光照射手段により集束光を照射して
当該集束光の焦点位置の感光性材料のみを感光させて感
光部とし、かつ当該集束光の焦点位置と前記感光層との
相対位置を三次元的に変化させることにより前記感光部
を連続的に形成する工程と、この感光部を固定化するこ
とにより光導波路とする工程とを具備することを特徴と
する光導波路作製法にある。
【0007】また、他の本発明は、露光により感光され
た感光部の屈折率が変化しかつこの感光部を固定化する
ことができる感光性材料からなる感光層を有する被露光
体を保持する被露光体保持手段と、この被露光体保持手
段により保持されている被露光体に対して集束光を照射
して当該集束光の焦点位置の感光性材料のみを感光させ
て感光部を形成する光照射手段と、この光照射手段によ
り照射される集束光の焦点位置と前記被露光体との相対
位置を三次元的に変化させる相対位置変化手段と、前記
感光層内の感光部を固定化する固定化手段とを具備する
ことを特徴とする光導波路作製装置にある。
【0008】
【作用】従来の導波路作製法は、基本的に被露光体表面
に導波路パターンを描き、これにそって拡散や堆積を行
っていたため、導波路は被露光体表面付近の二次元平面
にしか作ることができなかった。本発明では、露光によ
り感光された感光部の屈折率が変化しかつこの感光部を
固定化することができる感光性材料からなる感光層を有
する被露光体を用い、光導波路パターンの作製に感光層
を透過できる光を用いることにより、感光層内部にも光
導波路パターンを三次元的に作製することが可能となっ
た。すなわち、光をレンズ系で集束光とするため、焦点
の前後では光強度は小さくなるので、感光性材料の屈折
率は焦点部分でのみ変化する。
【0009】本発明では、光導波路を作製するための集
束光は感光層材料内を透過でき、光の焦点位置を感光層
内の任意の位置(深さ)に設定できる。そのため、感光
層中の任意の場所に光導波路を作製することができる。
そして、感光層の表面より内部に焦点を合わせ、感光層
と光の焦点の位置を相対的に、三次元的に動かすことに
より、感光層内に任意の三次元導波路パターンを作製で
きる。
【0010】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。
【0011】図1は本発明の一実施例としての光導波路
作製装置の構成を示す。図1に示すように、露光により
感光された感光部の屈折率が変化しかつこの感光部を固
定化することができる感光性材料からなる感光層を有す
る被露光体1を保持することができる精密XYZステー
ジ2と、このXYZステージ2上の被露光体1に対して
レーザ光を集束光として照射する光照射手段とを具備す
る。光照射手段は、レーザ光源3と、このレーザ光源3
の出射口直後に設けられたシャッタ4と、レーザ光源3
からのレーザ光のビーム径を拡げるビームエキスパンダ
5と、このビームエキスパンダ5により拡げられた光を
反射する半透鏡6と、この半透鏡6により反射された光
を集束して被露光体1上あるいはその内部に焦点を結ぶ
光とするレンズ系7とを具備する。また、半透鏡6のレ
ンズ系7とは反対側には、被露光体1の様子を観察する
ためのCCDカメラ8が備えられており、このCCDカ
メラ8にはビデオモニタ9が接続されている。本実施例
では、このビデオモニタ9により位置を確認しながら、
被露光体1とレンズ系7により集束される光の焦点位置
との相対位置を、精密XYZステージ2により精密に変
化させることができる。また、本実施例では、ビデオモ
ニタ9による観察で位置を確認しながら、感光が必要な
ところのみレーザ光を照射して被露光体1内に三次元的
な光導波路を形成するために、XYZステージ2および
シャッタ4を制御する制御用コンピュータ10が設けら
れている。なお、図示は省略しているが、外部の振動等
を除去するために、光照射手段やXYZステージ2は除
振台の上に載置されている。また、本実施例では、光導
波路パターンの形成の際には自然光を遮断し、光導波路
パターンの固定化の際には自然光を取り入れて被露光体
1全体を露光することができるようになっている。
【0012】かかる装置を用いて三次元光導波路を形成
する方法を一例を図2を参照しながら説明する。まず、
XYZステージ2に基板1aおよび感光層1bからなる
被露光体1をセットする(工程(a) )。次に、レーザ光
源3から出たレーザビームをビームエキスパンダ2で拡
げ、半透鏡6で反射した後、このレーザビームをレンズ
系7で集束して被露光体1の感光層1b内の所定の位置
に焦点が合うようにする。そして、精密XYZステージ
2を制御用コンピュータ10で制御し、ビームの焦点位
置と感光層1bとの相対位置を所定のパターンにしたが
ってX,Y,Zの三軸方向に動かす。これにより、感光
層1b内に、部分的にかつ連続的に感光された感光部1
cが形成される。この感光部1cは、屈折率は高いポリ
マの密度が周囲より高くなって硬化されたものであり、
これが三次元的な光導波路パターンとなる(工程(b)
)。このとき、レーザ光源3直後に設置したシャッタ
4をXYZステージ2と同期させて動かすことにより、
光導波路チャネルとしたくないところにレーザスポット
が当たることを避けるようにする。また、レーザ光の焦
点を所定の位置に合わせ、かつ被露光体1の位置を、C
CDカメラ8およびビデオモニタ9を使って確認する。
最後に、感光層1b全体に自然光を照射して全体を感光
し、感光部1cを固定化する。ここで、感光部1cは相
対的に高屈折率のポリマからなり、一方、その周囲は低
屈折率のポリマからなり、光導波路1dが形成される
(工程(c) )。
【0013】被露光体1は、上述したように、例えばガ
ラス基板,結晶基板等の基板1a上に感光性材料からな
る感光層1bを堆積させたものである。ここで感光性材
料は、露光により感光された感光部の屈折率が変化しか
つこの感光部を固定化することができるものであれば良
い。また、感光性材料の感光部の屈折率変化は不可逆的
である必要があり、この感光部の固定化の際にも変化し
ないものである必要がある。
【0014】かかる感光性材料としては、例えば、上述
したように、体積型の位相ホログラムが記録できる材料
であるフォトポリマを用いることができる。フォトポリ
マとしては、例えば、多成分モノマ混合系で、光強度の
強い露光により光重合性の高いポリマが選択的に重合し
て相対的に高屈折率な部分が形成されかつこの高屈折率
な部分が保持され、その後のUV光や自然光の照射また
は加熱などにより残りのモノマが重合されて相対的に低
屈折率な部分が形成され、これにより高屈折率な感光部
が固定化されるものを挙げることができる(例えば、光
学,第20巻第4号,227〜231頁;1991年4
月参照)。
【0015】また、感光性材料として、ホログラム記録
材料である銀塩乳剤や光記憶材料であるアモルファス半
導体材料を用いることもできる。
【0016】ここで、銀塩乳剤は、露光,現像および定
着で形成された白黒画像のパターンを漂白することによ
り屈折率変化のパターンに変化できるものである。すな
わち、この場合には、露光により屈折率が変化した感光
部を形成し、現像、定着および漂白により上記感光部を
固定化するものである。したがって、被露光体保持手
段、光照射手段および相対位置変化手段は、上述した装
置と同様でよいが、固定化手段としては、別途、現像、
定着および漂白の各手段を設ける必要がある。
【0017】また、光記憶材料であるアモルファス半導
体材料は、相変化や光構造変化などによる屈折率変化に
より情報の書き込みができる材料であり、特にアモルフ
ァスカルコゲナイド(カルコゲナイドガラス)をいう。
具体的には、Se−As−Ge,As−S系等のアモル
ファス半導体材料で、短波長の光照射により吸収端が長
波長側に移動するホトダークニングに伴って屈折率変化
を起こすものを挙げることができる。このような材料で
は、一般的には、屈折率変化した感光部はそのまま保持
されるので、特に固定化手段を設ける必要がない。すな
わち、このような材料においては、被露光体保持手段、
光照射手段および相対位置変化手段として上述した装置
と同様なものを用いることができ、これらが同時に固定
化手段となる。
【0018】本発明で被露光体を露光する光としては、
波長が短いほど焦点を小さく絞ることができるため、光
導波路自体の細線化や加工の高精度化という観点から、
感光性材料が感度を有し、かつ透明である(吸収が少な
い)範囲内で波長が短い光を用いるのが好ましい。具体
的には、He−Cdレーザ(325マイクロメートル,
441.6マイクロメートル)やアルゴンレーザ(48
8マイクロメートル)等を使うのが好ましい。しかし、
光はレーザである必然性はないので、光源として紫外線
ランプ等を用いることもできる。
【0019】レンズ7としては、収差の少ない顕微鏡対
物レンズ系を用いる。レーザ光を小さく絞るためには高
倍率の対物レンズがよい。また、感光層の屈折率が空気
より大きいので、収差が大きくなるので、これを避ける
ために、水浸または油浸の対物レンズを用いるのが好ま
しい。
【0020】精密XYZステージ2の移動精度は光導波
路の精度を左右する。低損失な光導波路作製のために
は、分解能0.1マイクロメートル以下の高精度精密ス
テージが必要である。
【0021】本実施例では、光照射手段により照射され
る集束光の焦点位置と、被露光体1との三次元的相対位
置をXYZステージ2によって変化させるようにした
が、光照射手段自体を移動するようにしても良いし、例
えばレンズ系7の合焦位置を変化させかつ同時に光照射
手段を光の照射方向と直交する二方向に移動させる装置
あるいは被露光体1を同様に二方向に移動させるXYス
テージを用いるようにしても良い。
【0022】
【発明の効果】本発明によれば従来不可能であった基板
の厚み方向および面内方向に自由な経路を持つ三次元導
波路の作製が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に用いる光導波路作製装置の
構成図である。
【図2】本発明の一実施例による光導波路作製方法の工
程を説明する模式図である。
【符号の説明】
1 被感光体 1a 基板 1b 感光層 2 精密XYZステージ 3 レーザ光源 4 シャッタ 5 ビームエキスパンダ 6 半透鏡 7 レンズ系 8 CCDカメラ 9 ビデオモニタ 10 制御用コンピュータ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 露光により感光された感光部の屈折率が
    変化しかつこの感光部を固定化することができる感光性
    材料からなる感光層に、光照射手段により集束光を照射
    して当該集束光の焦点位置の感光性材料のみを感光させ
    て感光部とし、かつ当該集束光の焦点位置と前記感光層
    との相対位置を三次元的に変化させることにより前記感
    光部を連続的に形成する工程と、この感光部を固定化す
    ることにより光導波路とする工程とを具備することを特
    徴とする光導波路作製法。
  2. 【請求項2】 露光により感光された感光部の屈折率が
    変化しかつこの感光部を固定化することができる感光性
    材料からなる感光層を有する被露光体を保持する被露光
    体保持手段と、この被露光体保持手段により保持されて
    いる被露光体に対して集束光を照射して当該集束光の焦
    点位置の感光性材料のみを感光させて感光部を形成する
    光照射手段と、この光照射手段により照射される集束光
    の焦点位置と前記被露光体との相対位置を三次元的に変
    化させる相対位置変化手段と、前記感光層内の感光部を
    固定化する固定化手段とを具備することを特徴とする光
    導波路作製装置。
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