JPH07270634A - Manufacture of optical waveguide and optical waveguide substrate - Google Patents

Manufacture of optical waveguide and optical waveguide substrate

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JPH07270634A
JPH07270634A JP6057049A JP5704994A JPH07270634A JP H07270634 A JPH07270634 A JP H07270634A JP 6057049 A JP6057049 A JP 6057049A JP 5704994 A JP5704994 A JP 5704994A JP H07270634 A JPH07270634 A JP H07270634A
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JP
Japan
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optical waveguide
substrate
mask material
ion
exchanged
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JP6057049A
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Japanese (ja)
Inventor
Eiichiro Ikeda
英一郎 池田
Hitoshi Yamaura
均 山浦
Yoshiatsu Yokoo
芳篤 横尾
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Hoya Corp
Original Assignee
Hoya Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To provide a manufacturing method for an optical waveguide by which the optical waveguide whose substrate is not deformed is formed without increasing the number of manufacturing processes and an optical waveguide whose substrate is not deformed. CONSTITUTION:At a step 2, the film of a mask material 3 is formed on the substrate 1. At a step 3, the mask material 3 is patterned so that the width of the optical waveguide becomes 4mum and the width of a mask becomes 15mum. At a step 4, the substrate 1 covered with the mask material 3 is immersed in benzoic acid 5 and ion is exchanged. At a step 5, the substrate 1 is annealed in an electric furnace and the exchanged ion is diffused. Thus, the optical waveguides 2a and 2b are formed at the aperture parts 4a and 4b of the mask material 3 on the surface of the substrate 1 and all the ion is exchanged at the other aperture parts 4c, 4d and 4e. Besides, the ion is exchanged on the whole of the back surface. As the result, the difference of the area of the parts where the ion is exchanged, becomes small on the front surface and the back surface and the deformation of the substrate 1 such as warp is not caused. Besides, the substrate 1 is manufactured by a small number of processes.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は光導波路の製造方法に関
し、特に基板の表面をマスク材で被覆して、マスク材の
開口部からイオン交換により光導波路を形成する光導波
路の製造方法に関する。また、光導波路を有する光導波
路基板に関し、特にイオン交換により光導波路が形成さ
れた光導波路基板に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing an optical waveguide, and more particularly to a method for manufacturing an optical waveguide by covering the surface of a substrate with a mask material and forming an optical waveguide by ion exchange from an opening of the mask material. Further, the present invention relates to an optical waveguide substrate having an optical waveguide, and particularly to an optical waveguide substrate having an optical waveguide formed by ion exchange.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般的な光導波路の製造方法としてイオ
ン交換により光導波路を形成する方法がある。この方法
は、タンタル酸リチウム(LiTaO3 )等の結晶やガ
ラス等の物質は、相対的に屈折率が高いイオンにイオン
交換されると、それらの物質の屈折率も増加するという
性質に基づいている。具体的には、光導波路を形成する
基板上に光導波路パターンを形成したマスク材を設け、
プロトン(H+ )等のイオンをマスク材のパターンの開
口部を通して基板中のイオンと交換、および拡散をさせ
ることにより、所望の屈折率をもった光導波路を得るこ
とができる。
2. Description of the Related Art As a general optical waveguide manufacturing method, there is a method of forming an optical waveguide by ion exchange. This method is based on the property that substances such as crystals such as lithium tantalate (LiTaO 3 ) and glass are ion-exchanged with ions having a relatively high refractive index, and the refractive indices of those substances also increase. There is. Specifically, a mask material having an optical waveguide pattern is provided on the substrate on which the optical waveguide is formed,
By exchanging ions such as protons (H + ) with ions in the substrate through the openings of the pattern of the mask material and diffusing the ions, an optical waveguide having a desired refractive index can be obtained.

【0003】図6は従来のイオン交換による方法で形成
された光導波路の第1の例を示す断面図である。基板1
1の表面(光導波路が形成される面を表面、その反対側
の面を裏面とする。)は、イオン交換防止用のマスク材
31のパターンで被覆されており、パターンの開口部4
1a、41bにおいて基板11がイオン交換され光導波
路21a、21bが形成されている。そして、裏面は全
面が露出しており、イオン交換部分21cは、裏面の全
面にわたっている。なお、側面もイオン交換部分21
d,21eとなる。
FIG. 6 is a sectional view showing a first example of an optical waveguide formed by a conventional ion exchange method. Board 1
The surface of No. 1 (the surface on which the optical waveguide is formed is the front surface and the opposite surface is the back surface) is covered with the pattern of the mask material 31 for preventing ion exchange, and the opening 4 of the pattern is formed.
The substrates 11 are ion-exchanged at 1a and 41b to form optical waveguides 21a and 21b. The entire back surface is exposed, and the ion exchange portion 21c extends over the entire back surface. The side surface is also the ion exchange part 21.
d, 21e.

【0004】図7は従来のイオン交換による方法で形成
された光導波路の第2の例を示す断面図である。基板1
2の表面は、イオン交換防止用のマスク材32aのパタ
ーンで被覆されており、パターンの開口部42a、42
bにおいて基板12がイオン交換され光導波路22a、
22bが形成されている。そして、裏面は全面がマスク
材32bで被覆されている。なお、側面はイオン交換部
分21c,21dとなる。
FIG. 7 is a sectional view showing a second example of an optical waveguide formed by a conventional ion exchange method. Board 1
The surface of No. 2 is covered with a pattern of a mask material 32a for preventing ion exchange, and the openings 42a, 42 of the pattern are formed.
In step b, the substrate 12 is ion-exchanged and the optical waveguide 22a,
22b is formed. The entire back surface is covered with the mask material 32b. The side surfaces are the ion exchange portions 21c and 21d.

【0005】このようにして光導波路を形成することが
できるが、イオン交換の際の侵入イオンと基板を構成す
るイオンとのイオン半径が違うため、イオン交換された
部分において膨張あるいは収縮し、歪みが発生する。上
記の2つの例のように、基板の表面と裏面とでイオン交
換状態が著しく違うと、基板両面での歪み差に基づく応
力で基板に反り等の変形が生じる。この基板の変形が光
導波路の特性の悪化を招く。
Although the optical waveguide can be formed in this way, since the ionic radii of the invading ions during ion exchange and the ions constituting the substrate are different, expansion or contraction occurs at the ion-exchanged portion, resulting in strain. Occurs. As in the above two examples, when the ion exchange state is significantly different between the front surface and the back surface of the substrate, the substrate is deformed such as warped due to the stress based on the strain difference between the both surfaces of the substrate. This deformation of the substrate causes deterioration of the characteristics of the optical waveguide.

【0006】図8は従来のイオン交換による方法で形成
された光導波路の第3の例を示す断面図である。この例
は、上記の2つの例のような、基板に反り等の変形が生
じるのを防ぐための方法である。
FIG. 8 is a sectional view showing a third example of an optical waveguide formed by a conventional ion exchange method. This example is a method for preventing deformation such as warpage of the substrate as in the above two examples.

【0007】図において、基板13の表面は、イオン交
換防止用のマスク材33aのパターンで被覆されてお
り、パターンの開口部43a、43bにおいて基板13
がイオン交換され、表面に光導波路23a、23bが形
成される。裏面は、表面と同様のマスク材33bのパタ
ーンで被覆されており、パターンの開口部43c、43
dにおいて基板13がイオン交換されるため、表面の光
導波路23a、23bと同様のイオン交換部分23c、
23dが形成される。なお、このイオン交換部分23
c、23dは、基板13の反り等の変形を防ぐためだけ
に設けられており、光導波路としては使用されない。な
お、側面もイオン交換部分23e,23fとなる。
In the figure, the surface of the substrate 13 is covered with a pattern of a mask material 33a for preventing ion exchange, and the substrate 13 is formed in the openings 43a and 43b of the pattern.
Are ion-exchanged to form optical waveguides 23a and 23b on the surface. The back surface is covered with the same pattern of the mask material 33b as the front surface, and the openings 43c, 43 of the pattern are formed.
Since the substrate 13 is ion-exchanged at d, an ion-exchange portion 23c similar to the surface optical waveguides 23a and 23b,
23d is formed. The ion exchange part 23
c and 23d are provided only to prevent deformation of the substrate 13 such as warpage, and are not used as optical waveguides. The side surfaces also become the ion exchange portions 23e and 23f.

【0008】これによって、基板の表面と裏面とで同様
のイオン交換状態が得られるため、基板が変形すること
がない。このような例として特公平5−55041号が
ある。
As a result, the same ion exchange state can be obtained on the front surface and the back surface of the substrate, so that the substrate is not deformed. Japanese Patent Publication No. 5-55041 discloses such an example.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかし、図8に示した
方法では基板の裏面にもマスク材のパターンを形成しな
ければならない。マスク材のパターンを形成するには、
成膜技術やフォトリソグラフィ技術を用いる必要があ
り、このような技術を基板の裏面にまで用いることは作
製工程の増加につながる。
However, in the method shown in FIG. 8, a mask material pattern must be formed on the back surface of the substrate. To form the mask material pattern,
It is necessary to use a film forming technique or a photolithography technique, and using such a technique even on the back surface of the substrate leads to an increase in manufacturing steps.

【0010】また、光導波路を形成する表面は、導波光
の散乱や吸収を防ぐために、鏡面研磨を行い、ゴミの付
着等の汚れのない清潔な表面状態を保つ必要がある。上
記のような方法では裏面にも加工を施すため、加工の際
の治具等の使用時には細心の注意が必要である。
Further, the surface forming the optical waveguide must be mirror-polished to prevent scattering and absorption of the guided light so as to maintain a clean surface state free from dirt such as dust adhesion. Since the back surface is also processed in the above method, it is necessary to be very careful when using a jig or the like during processing.

【0011】このように、作製工程の増加による作製時
間の増加やコストの増加、あるいは清潔な表面状態を保
つことが困難なことによる歩留りへの悪影響等の問題が
あった。
As described above, there are problems such as an increase in manufacturing time and cost due to an increase in manufacturing steps, and an adverse effect on yield due to difficulty in maintaining a clean surface state.

【0012】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、作製工程を増やさずに、基板を変形させずに
光導波路が形成できる光導波路の製造方法を提供するこ
とを目的とする。また、本発明の他の目的は、基板が変
形せず、光導波路の伝搬損失が抑制された光導波路基板
を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a method of manufacturing an optical waveguide which can form an optical waveguide without deforming the substrate without increasing the number of manufacturing steps. . Another object of the present invention is to provide an optical waveguide substrate in which the substrate is not deformed and propagation loss of the optical waveguide is suppressed.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明では上記課題を解
決するために、基板の表面をマスク材で被覆し、基板の
裏面と、前記マスク材の開口部に対応する基板の表面部
とをイオン交換することによって、前記表面部に光導波
路を形成する光導波路の製造方法において、被覆部が表
面の面積の10%以内で、かつ光導波路から実質的に導
波光の漏れを抑制し得る幅の前記マスク材を使用して、
光導波路を形成する光導波路の製造方法が提供される。
In the present invention, in order to solve the above-mentioned problems, the front surface of the substrate is covered with a mask material, and the back surface of the substrate and the surface portion of the substrate corresponding to the opening of the mask material are provided. In the method of manufacturing an optical waveguide in which the optical waveguide is formed on the surface by ion exchange, the width within which the covering portion is within 10% of the surface area and which can substantially suppress the leakage of guided light from the optical waveguide. Using the mask material of
Provided is a method of manufacturing an optical waveguide that forms an optical waveguide.

【0014】また、光導波路を有する光導波路基板にお
いて、表面は光導波路が形成されるとともに全体の90
%以上がイオン交換され、裏面全体がイオン交換された
ことを特徴とする光導波路基板が提供される。
Further, in an optical waveguide substrate having an optical waveguide, an optical waveguide is formed on the surface of the optical waveguide substrate.
% Or more, and the entire back surface is ion-exchanged, to provide an optical waveguide substrate.

【0015】[0015]

【作用】被覆部が表面の面積の10%以内で、かつ光導
波路から実質的に導波光の漏れを抑制し得る幅のマスク
材を使用することにより、イオン交換される部分の面積
が表面の面積の90%以上になるため、表面と裏面との
イオン交換部分の面積の差が少なくなり基板の変形を防
止できる。
By using a mask material whose covering portion is within 10% of the surface area and has a width capable of substantially suppressing the leakage of guided light from the optical waveguide, the area of the ion-exchanged portion can be reduced. Since it is 90% or more of the area, the difference in the area of the ion exchange portion between the front surface and the back surface is small, and the deformation of the substrate can be prevented.

【0016】また、イオン交換される部分の面積が表面
の面積の90%以上である光導波路基板とすることによ
り、基板が変形していない光導波路基板となる。
Further, by making the optical waveguide substrate in which the area of the ion-exchanged portion is 90% or more of the surface area, the optical waveguide substrate is not deformed.

【0017】[0017]

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図2は本発明により作製されたマッハツェンダ
型(MZ型)光導波路の平面図である。基板1上には、
光導波路2が両端においては1本で、途中で2つに分岐
し、再び結合するように形成されている。このようなM
Z型光導波路は、電気光学効果を利用した光変調器に用
いることができる。電気光学効果とは、印加電界により
屈折率が変化する現象である。光導波路2の分岐した一
方に電界を印加すると電気光学効果により、光導波路を
通る光の光路長が変化する。これにより出力端における
光の位相を制御し、位相変調器あるいは光スイッチが構
成される。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 2 is a plan view of a Mach-Zehnder type (MZ type) optical waveguide manufactured according to the present invention. On the substrate 1,
The optical waveguide 2 is formed so as to have one at both ends, branch into two in the middle, and be coupled again. M like this
The Z-type optical waveguide can be used for an optical modulator utilizing the electro-optical effect. The electro-optic effect is a phenomenon in which the refractive index changes with an applied electric field. When an electric field is applied to one of the branched optical waveguides 2, the optical path length of light passing through the optical waveguide changes due to the electro-optic effect. As a result, the phase of light at the output end is controlled, and a phase modulator or optical switch is constructed.

【0018】図1は本発明の光導波路の製造方法の工程
を示す図である。この実施例は、MZ型光導波路を作製
するものであり、図2に示すMZ型光導波路のA−A断
面図を表している。手順はステップ1からステップ5ま
での5段階に分かれており、図ではステップ番号をS1
〜S5で表示する。
FIG. 1 is a diagram showing steps of the method for manufacturing an optical waveguide of the present invention. This example is for manufacturing an MZ type optical waveguide, and shows an AA sectional view of the MZ type optical waveguide shown in FIG. The procedure is divided into 5 steps from step 1 to step 5, and the step number is S1 in the figure.
~ Display in S5.

【0019】ステップ1でタンタル酸リチウム(LiT
aO3 )を材料とした基板1を用意する。ステップ2で
基板1にイオン交換防止用のマスク材3を真空蒸着法に
より成膜する。マスク材3にはアルミニウム(Al)を
使用する。
In step 1, lithium tantalate (LiT
A substrate 1 made of aO 3 ) is prepared. In step 2, a mask material 3 for preventing ion exchange is formed on the substrate 1 by a vacuum vapor deposition method. Aluminum (Al) is used for the mask material 3.

【0020】ステップ3で、成膜されたマスク材3をフ
ォトリソグラフィ技術で、光導波路幅4μm,マスク幅
15μmのパターンに加工する。ステップ4で、マスク
材3により被覆された基板1を240℃に熱した安息香
酸5に25分間浸し、安息香酸中のプロトン(H+ )と
基板中のリチウムイオン(Li+ )とを交換する。
In step 3, the formed mask material 3 is processed into a pattern having an optical waveguide width of 4 μm and a mask width of 15 μm by a photolithography technique. In step 4, the substrate 1 covered with the mask material 3 is immersed in benzoic acid 5 heated to 240 ° C. for 25 minutes to exchange protons (H + ) in benzoic acid with lithium ions (Li + ) in the substrate. .

【0021】ステップ5で、電気炉中で400℃で30
分間アニールを行いプロトン(H+)を拡散させる。こ
れによって基板1の表面では、マスク材3の開口部4
a、4bで光導波路2a、2bが形成されるとともに、
他の開口部4c、4d、4eでは全てイオン交換部分2
c、2d、2eになる。裏面では、全面がイオン交換部
分2fである。このようにして、形成された光導波路2
は、波長633nmシングルモード伝搬の光導波路であ
る。そして、上記のように少ない工程で光導波路を作る
ことができる。なお、側面もイオン交換部分2g,2h
となる。
In step 5, 30 at 400 ° C. in an electric furnace.
Annealing is performed for a minute to diffuse protons (H + ). As a result, on the surface of the substrate 1, the openings 4 of the mask material 3 are formed.
a and 4b form the optical waveguides 2a and 2b,
In the other openings 4c, 4d, and 4e, the ion exchange portion 2 is used.
c, 2d, and 2e. On the back surface, the entire surface is the ion exchange portion 2f. The optical waveguide 2 formed in this way
Is an optical waveguide of single mode propagation having a wavelength of 633 nm. Then, the optical waveguide can be manufactured by a small number of steps as described above. In addition, the side surfaces are also the ion exchange parts 2g, 2h
Becomes

【0022】図3は基板上に形成されたマスク材のパタ
ーンを示す平面図である。これは、図1のステップ3の
実施後の状態である。基板1上に幅15μmのマスク材
3a、3b、3cが、MZ型光導波路となるべき部分の
周囲を囲むように設けられている。
FIG. 3 is a plan view showing the pattern of the mask material formed on the substrate. This is the state after performing step 3 in FIG. Mask materials 3a, 3b, and 3c having a width of 15 μm are provided on the substrate 1 so as to surround the periphery of the portion to be the MZ type optical waveguide.

【0023】次にマスク材3の幅の決定方法について説
明する。光導波路を伝搬する光は、光導波路近傍に他の
光導波路等の基板より高屈折率の層が存在するとこの層
の方へパワー移行を起こしてしまう。これをエバネッセ
ント結合といい、この結合の状態を表す値として結合係
数がある。結合係数は、光導波路の波長、モード、導波
路幅、屈折率、および導波路の間隔等の諸特性により決
定される。この結合係数の逆数が完全結合長である。完
全結合長は、導波光のパワーを100%移行するのに必
要な光導波路の長さである。結合によるパワーの移行
は、イオン結合部分と光導波路の間隔が離れているほど
少なく、光導波路の長さが長いほど多くなる。したがっ
て、完全結合長、光導波路長、および光導波路間の許容
移行パワーによって、マスク材の幅の最低値が決まる。
Next, a method of determining the width of the mask material 3 will be described. The light propagating through the optical waveguide causes power transfer to this layer when a layer having a higher refractive index than the substrate such as another optical waveguide exists near the optical waveguide. This is called evanescent coupling, and the coupling coefficient is a value that represents the state of this coupling. The coupling coefficient is determined by various characteristics such as the wavelength, mode, waveguide width, refractive index, and waveguide spacing of the optical waveguide. The reciprocal of this coupling coefficient is the complete coupling length. The complete coupling length is the length of the optical waveguide required to transfer 100% of the guided light power. The power transfer due to the coupling decreases as the distance between the ionic coupling portion and the optical waveguide increases, and increases as the optical waveguide length increases. Therefore, the minimum value of the width of the mask material is determined by the complete coupling length, the optical waveguide length, and the allowable transfer power between the optical waveguides.

【0024】マスク材の幅は、完全結合長をLp、光導
波路長をLw、光導波路間の許容移行パワーをPa
(%)とすると、 Lp≧(Lw/Pa)×100 を満たすように値を決定することができる。
As for the width of the mask material, the complete coupling length is Lp, the optical waveguide length is Lw, and the allowable transfer power between the optical waveguides is Pa.
(%), The value can be determined so as to satisfy Lp ≧ (Lw / Pa) × 100.

【0025】図4は光導波路の間隔と結合係数との関係
のグラフを示す図である。これは、プロトン交換LiT
aO3 光導波路(波長633nm、シングルモード伝
搬)の場合のデータであり、横軸が光導波路の間隔(μ
m)であり、縦軸が結合係数(1/μm)である。図の
ように光導波路の間隔が3.0μmから8.0μmまで
は急激に結合係数が小さくなる。光導波路の間隔が8.
0μm以上の値においても、間隔が大きくなるにともな
い結合係数が小さくなる。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the distance between the optical waveguides and the coupling coefficient. This is a proton exchange LiT
Data in the case of aO 3 optical waveguide (wavelength 633 nm, single mode propagation), where the horizontal axis is the interval of optical waveguide (μ
m), and the vertical axis is the coupling coefficient (1 / μm). As shown in the figure, the coupling coefficient sharply decreases when the distance between the optical waveguides is 3.0 μm to 8.0 μm. The optical waveguide spacing is 8.
Even with a value of 0 μm or more, the coupling coefficient decreases as the spacing increases.

【0026】そして、光導波路の間隔が15.0μmの
ときの結合係数は1.17×10-7である。結合係数の
逆数が完全結合長であるので、このときの完全結合長は
約10mである。図2で示したMZ型光導波路の長さは
約5cmである。そのため、マスク材の幅を15μmに
したことにより起きるパワー移行は0.5%程度にな
る。0.5%位のパワー移行は許容範囲内であるため、
実用上に影響は無い。このようにして、上記の実施例に
おけるマスク材の幅が決められている。
The coupling coefficient is 1.17 × 10 -7 when the distance between the optical waveguides is 15.0 μm. Since the reciprocal of the coupling coefficient is the perfect bond length, the perfect bond length at this time is about 10 m. The length of the MZ type optical waveguide shown in FIG. 2 is about 5 cm. Therefore, the power transfer caused by setting the width of the mask material to 15 μm is about 0.5%. Since the power transfer of about 0.5% is within the allowable range,
It has no practical effect. In this way, the width of the mask material in the above embodiment is determined.

【0027】また、イオン交換されていない面積が、基
板の表面の面積の10%以下であれば基板の変形を防ぐ
ことができる。基板の表面においてイオン交換される面
積が少なすぎると、表面と裏面とでイオン交換部分の面
積の差が大きくなり、基板に反り等の変形を起こす。そ
のため、マスク材の幅を必要以上に広くすることはでき
ない。よって、マスク材で被覆する面積が、基板の表面
の面積の10%以下であるようにマスク材の幅を決め
る。
If the area not ion-exchanged is 10% or less of the surface area of the substrate, the deformation of the substrate can be prevented. If the area on the surface of the substrate that is ion-exchanged is too small, the difference in the area of the ion-exchanged portion between the front surface and the back surface becomes large, and the substrate is deformed such as warped. Therefore, the width of the mask material cannot be made wider than necessary. Therefore, the width of the mask material is determined so that the area covered with the mask material is 10% or less of the surface area of the substrate.

【0028】なお、イオン交換されていない面積が基板
の表面の面積の10%より広くても、光導波路以外の部
分をもイオン交換させることにより、基板の反りを抑え
る効果が少なからずあるのは勿論である。
Even if the area not ion-exchanged is larger than 10% of the surface area of the substrate, the effect of suppressing the warpage of the substrate is not small by ion-exchanging the portions other than the optical waveguide. Of course.

【0029】上記に説明した方法により、全長60m
m、マスク材の幅15μmのMZ型光導波路を3インチ
四方の基板内に5本形成した場合、イオン交換されてい
ない部分の総面積は、基板の表面積の約0.1%であ
る。
By the method described above, a total length of 60 m
When five MZ type optical waveguides each having a width of m and a mask material of 15 μm are formed in a substrate of 3 inches square, the total area of the non-ion-exchanged portion is about 0.1% of the surface area of the substrate.

【0030】この基板の平面状態を光干渉計で観察した
ところ、反りに起因する干渉縞は全く認められなかっ
た。また、光導波路に光を伝搬させ、その伝搬損失を調
べたが、0.6dB/cm程度であった。
When the planar state of this substrate was observed by an optical interferometer, no interference fringes due to warpage were observed. Further, light was propagated through the optical waveguide, and its propagation loss was examined, and it was about 0.6 dB / cm.

【0031】次に、前述の光導波路と同じ作製条件で、
長さ50mmの導波路を50mm×5mmの基板に1m
m間隔で5本、500μm間隔で10本、250μm間
隔で17本の3種類作製した。これらの各導波路基板の
マスクによってイオン交換されていない領域の基板表面
(裏面)に対する比率は、各々、3%,6%,9.5%
であった。そして、これらの導波路基板についても表面
の平面性を光干渉計で調べたが、干渉縞は、殆ど認めら
れなかった。また、光の伝搬損失を調べたところ何れも
0.6〜0.8dB/cm程度であった。
Next, under the same manufacturing conditions as the above-mentioned optical waveguide,
A 50 mm long waveguide is 1 m on a 50 mm x 5 mm substrate.
Three types were produced: 5 at m intervals, 10 at 500 μm intervals, and 17 at 250 μm intervals. The ratio of the region of the waveguide substrate not ion-exchanged by the mask to the substrate front surface (back surface) is 3%, 6%, and 9.5%, respectively.
Met. The surface flatness of these waveguide substrates was examined by an optical interferometer, but almost no interference fringes were observed. Moreover, when the propagation loss of light was examined, it was about 0.6 to 0.8 dB / cm.

【0032】次に、比較例として50mm×5mmの基
板に250μmの間隔で20本の導波路を作製した。尚
この基板の表面のイオン交換されていない領域の、表面
(裏面)に対する比率は13%であった。そして、この
基板の平面性を光干渉計で調べたところ、干渉縞が認め
られ、光損失は1dB/cmで、上記の実施例に比べる
と高い値になっていた。
Next, as a comparative example, 20 waveguides were formed on a substrate of 50 mm × 5 mm at intervals of 250 μm. The ratio of the non-ion-exchanged region on the surface of this substrate to the front surface (back surface) was 13%. When the flatness of this substrate was examined by an optical interferometer, interference fringes were observed, and the optical loss was 1 dB / cm, which was higher than that in the above-mentioned examples.

【0033】したがって、このようなイオン交換されて
いない領域の基板表面に対する比率が10%以下である
光導波路基板は、反り等の変形がなく、光導波路の伝搬
損失を抑制することができる。
Therefore, the optical waveguide substrate in which the ratio of the non-ion-exchanged region to the substrate surface is 10% or less is free from deformation such as warpage and the propagation loss of the optical waveguide can be suppressed.

【0034】上記の実施例では、プロトン交換タンタル
酸リチウムのMZ型光導波路について説明したが、イオ
ン交換により光導波路を作製するものであれば材料に関
係なく本発明の作製方法を用いることができる。基板と
しては、タンタル酸リチウムの代わりに、ニオブ酸リチ
ウム、Na又はKを含むガラスでもよい。
Although the MZ type optical waveguide of proton-exchanged lithium tantalate has been described in the above embodiments, the manufacturing method of the present invention can be used regardless of the material as long as the optical waveguide is manufactured by ion exchange. . Instead of lithium tantalate, the substrate may be glass containing lithium niobate, Na or K.

【0035】図5は本発明により作製された方向性結合
器型光導波路を示す平面図である。これは、イオン交換
ガラスを基板10とした方向性結合型光導波路であり、
2つの光導波路20a、20bは極めて近接して並置さ
れ、一方の光導波路に光が入射されると、エバネッセン
ト結合により光のパワーは他方の光導波路に移行する。
このような分布結合光導波路間の結合状態を変調すれば
各光導波路からの出射光量が変化し光変調器あるいは光
スイッチとして利用できる。
FIG. 5 is a plan view showing a directional coupler type optical waveguide manufactured according to the present invention. This is a directional coupling type optical waveguide using ion exchange glass as the substrate 10,
The two optical waveguides 20a and 20b are juxtaposed very close to each other, and when light is incident on one optical waveguide, the power of the light is transferred to the other optical waveguide by evanescent coupling.
If the coupling state between the distributed coupling optical waveguides is modulated, the amount of light emitted from each optical waveguide changes and it can be used as an optical modulator or an optical switch.

【0036】また、マスク材にアルミニウム(Al)を
使用したが、その代替としてピロリン酸、またはアジピ
ン酸を使用してもよい。また、プロトンイオン以外のイ
オン交換であれば、例えばRbイオンを含むRbN
3 、Tlイオンを含むTlNO 3 、Agイオンを含む
AgNO3 等を使用してもよい。
Aluminum (Al) is used as the mask material.
Used pyrophosphoric acid, or adipic
Acids may be used. In addition to the proton ions,
For on-exchange, for example, RbN containing Rb ions
O3, TlNO containing Tl ions 3, Including Ag ions
AgNO3Etc. may be used.

【0037】[0037]

【発明の効果】以上説明したように、本発明では被覆部
が全体の面積の10%以内で、かつ光導波路から実質的
に導波光の漏れを抑制し得る幅のマスクを使用したた
め、イオン交換される部分の面積が表面の面積の90%
以上になり、基板の表面と裏面とのイオン交換された部
分の面積の差が少なくなる。これによって、少ない工程
で、基板が変形しない光導波路を製造することができ、
作製時間やコストの低減が可能となるとともに、清潔な
表面状態を保つことが容易になることにより歩留りを向
上させることができる。
As described above, according to the present invention, since the mask having the covering portion within 10% of the whole area and having the width capable of substantially suppressing the leakage of the guided light from the optical waveguide is used, the ion exchange is performed. 90% of surface area
As described above, the difference in the area of the ion-exchanged portion between the front surface and the back surface of the substrate is reduced. As a result, it is possible to manufacture an optical waveguide in which the substrate does not deform in a few steps,
The production time and cost can be reduced, and the yield can be improved by easily maintaining a clean surface state.

【0038】また、この光導波路を用いて作られた光導
波路基板は、基板が変形しておらず、光導波路の伝搬損
失を抑制することができる。
Further, the optical waveguide substrate made by using this optical waveguide is not deformed, and the propagation loss of the optical waveguide can be suppressed.

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

【図1】本発明の光導波路の製造方法の工程を示す図で
ある。
FIG. 1 is a diagram showing steps of a method for manufacturing an optical waveguide of the present invention.

【図2】本発明により作製されたマッハツェンダ型(M
Z型)光導波路の平面図である。
FIG. 2 is a Mach-Zehnder type (M
It is a top view of a (Z type) optical waveguide.

【図3】基板上に形成されたマスク材のパターンを示す
平面図である。
FIG. 3 is a plan view showing a pattern of a mask material formed on a substrate.

【図4】光導波路の間隔と結合係数との関係のグラフを
示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a graph of the relationship between the distance between optical waveguides and the coupling coefficient.

【図5】本発明により作製された方向性結合器型光導波
路の平面図である。
FIG. 5 is a plan view of a directional coupler type optical waveguide manufactured according to the present invention.

【図6】従来の方法で形成された光導波路の第1の例を
示す断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a first example of an optical waveguide formed by a conventional method.

【図7】従来の方法で形成された光導波路の第2の例を
示す断面図である。
FIG. 7 is a sectional view showing a second example of an optical waveguide formed by a conventional method.

【図8】従来の方法で形成された光導波路の第3の例を
示す断面図である。
FIG. 8 is a sectional view showing a third example of an optical waveguide formed by a conventional method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 2、2a、2b 光導波路 2c、2d、2e、2f イオン交換部分 3 マスク材 4a、4b、4c、4d、4e 開口部 5 安息香酸 1 Substrate 2, 2a, 2b Optical Waveguide 2c, 2d, 2e, 2f Ion Exchange Part 3 Mask Material 4a, 4b, 4c, 4d, 4e Opening 5 Benzoic Acid

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板の表面をマスク材で被覆し、基板の
裏面と、前記マスク材の開口部に対応する基板の表面部
とをイオン交換することによって、前記表面部に光導波
路を形成する光導波路の製造方法において、 被覆部が表面の面積の10%以内で、かつ光導波路から
実質的に導波光の漏れを抑制し得る幅の前記マスク材を
使用して、光導波路を形成する光導波路の製造方法。
1. An optical waveguide is formed on a surface of a substrate by covering the surface of the substrate with a mask material and performing ion exchange between the back surface of the substrate and the surface portion of the substrate corresponding to the opening of the mask material. In the method for manufacturing an optical waveguide, an optical waveguide is formed by using the mask material having a covering portion within 10% of the surface area and having a width capable of substantially suppressing leakage of guided light from the optical waveguide. Waveguide manufacturing method.
【請求項2】 前記マスク材の幅は、完全結合長をL
p、光導波路長をLw、基板の表面における導波路と、
他のイオン交換領域との間の許容移行パワーをPa
(%)として、 Lp≧(Lw/Pa)×100 を満たすように決定することを特徴とする請求項1記載
の光導波路の製造方法。
2. The width of the mask material has a perfect bond length of L
p, the optical waveguide length is Lw, the waveguide on the surface of the substrate,
Allowable transfer power between other ion exchange regions is Pa
The method for manufacturing an optical waveguide according to claim 1, wherein (%) is determined so as to satisfy Lp ≧ (Lw / Pa) × 100.
【請求項3】 光導波路を有する光導波路基板におい
て、 表面は光導波路が形成されるとともに全体の90%以上
がイオン交換され、裏面全体がイオン交換されたことを
特徴とする光導波路基板。
3. An optical waveguide substrate having an optical waveguide, wherein an optical waveguide is formed on the surface, 90% or more of the entire surface is ion-exchanged, and the entire back surface is ion-exchanged.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1295528C (en) * 2004-11-05 2007-01-17 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 Method for preparing integrated Prague plane waveguide grating by primary ion exchange process
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