JPH08286065A - 平面光導波路の作製方法 - Google Patents

平面光導波路の作製方法

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JPH08286065A
JPH08286065A JP9089195A JP9089195A JPH08286065A JP H08286065 A JPH08286065 A JP H08286065A JP 9089195 A JP9089195 A JP 9089195A JP 9089195 A JP9089195 A JP 9089195A JP H08286065 A JPH08286065 A JP H08286065A
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JP
Japan
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ultraviolet light
optical waveguide
core portion
layer
light
Prior art date
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Pending
Application number
JP9089195A
Other languages
English (en)
Inventor
Toru Iwashima
徹 岩島
Susumu Inoue
享 井上
Masaichi Mobara
政一 茂原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
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  • Optical Integrated Circuits (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 回折格子を有する平面光導波路を容易に作製
することのできる新規な方法を提供すること。 【構成】 本発明による平面光導波路の作製方法は、基
板(10)上に、石英ガラスを主材として酸化ゲルマニ
ウムが添加された第1の層(12)を形成する第1工程
と、第1の層の所定領域に紫外光を照射し、光導波領域
としてのコア部(16)を形成する第2工程と、コア部
(16)に回折格子(26)を形成すべく、コア部(1
6)の所定領域に紫外光を照射して紫外光の干渉縞を形
成する第3工程と、第1の層の上に石英ガラスを主材と
した第2の層(30)を形成する第4工程とを備えるこ
とを特徴とする。コア部(16)の形成を、回折格子
(26)の形成と同様に、紫外光照射により行うことと
したので、作業全体の流れが簡略化される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、基板の表面上に光導波
領域が形成された、いわゆる平面光導波路に関し、特
に、光導波領域の屈折率を光軸に沿って周期的に変化さ
せて回折格子を形成した平面光導波路の作製方法に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】近年、光通信技術の進展に伴い、ネット
ワークの複雑化や信号波長の多重化等が進行し、システ
ム構成は高度化しつつある。このような光通信システム
では平面光導波路の重要性が増大している。
【0003】また、光学部品の一種である回折格子が平
面光導波路と組み合わせて使用される場合があるが、光
通信システム等に利用する場合には、他の平面光導波路
や光ファイバとの接続を容易化し且つ挿入損失を低くす
るために、光導波領域に回折格子が作り込まれることが
好適である。
【0004】このような光導波領域に回折格子が形成さ
れた平面光導波路の作製方法としては、従来、まず火炎
堆積法により平面光導波路を作製した後、その平面光導
波路の光導波領域であるコア部に紫外光を照射して回折
格子を形成するという方法が採られていた。
【0005】火炎堆積法による平面光導波路作製方法
は、例えば特開昭58−105111号公報に記載され
ているものがある。
【0006】また、紫外光照射による回折格子形成方法
としては、例えば特開昭62−500052号公報に記
載のものが知られている。これは、酸化ゲルマニウム
(Ge02 )を添加した高屈折率のコア部に、強力な紫
外光を照射することにより、当該コア部に周期的な屈折
率変化を生じさせ、回折格子を形成するという方法であ
る。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上述したような従来の
方法では、平面光導波路のコア部を形成するために手間
のかかるエッチング等を行う必要があり、また、平面光
導波路の作製と回折格子の形成とが別工程となるため、
作業全体が煩雑となる傾向があった。
【0008】そこで、本発明の目的は、回折格子を有す
る平面光導波路を容易に作製することのできる新規な方
法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明による平面光導波路の作製方法は、基板上
に、石英(SiO2 )ガラスを主材として酸化ゲルマニ
ウムが添加された第1の層を形成する第1工程と、前記
第1の層の所定領域に紫外光を照射し、光導波領域とし
てのコア部を形成する第2工程と、前記コア部に回折格
子を形成すべく、前記コア部の所定領域に紫外光を照射
して紫外光の干渉縞を形成する第3工程と、前記第1の
層の上に石英ガラスを主材とした第2の層を形成する第
4工程とを備えることを特徴としている。
【0010】前記基板は石英ガラス基板とすることが好
適である。
【0011】また、干渉縞を作るためには、紫外光を2
本のコヒーレント光とし、かかる2本のコヒーレントな
紫外光を、コア部の光軸に対し互いに補角の関係にある
角度をもって、コア部の所定領域に照射する方法と、紫
外光を所定の位相格子に照射してこの位相格子を透過さ
せることにより生じさせる方法とが考えられる。
【0012】
【作用】本発明によれば、コア部の形成は、酸化ゲルマ
ニウムが添加された石英ガラス層に紫外光を照射した場
合にその照射部分の屈折率が変化することを利用したも
のである。
【0013】この屈折率変化のメカニズムは、完全に解
明されてはいないが、重要な原因として、石英ガラス中
のゲルマニウムに関連した酸素欠損型の欠陥が考えられ
たおり、Si−Ge又はGe−Ge等の中性酸素モノ空
孔が想定されている。
【0014】このように、コア部の形成を、回折格子の
形成と同様に、紫外光照射により行うことができ、作業
全体の流れが簡略化される。
【0015】
【実施例】以下、図面と共に本発明の好適な実施例につ
いて詳細に説明する。尚、図面において同一又は相当部
分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。ま
た、本明細書において用いられる「上」や「下」等の語
は便宜的なものであり、図に示す状態における上下を基
準としたものである。
【0016】まず、この実施例では、石英(SiO2
ガラスを主材とする基板10を用意する。この基板10
は、平面光導波路における下部クラッド層となるもので
ある。
【0017】次に、光導波領域としてのコア部が作り込
まれるガラス微粒子層12を形成する。この層12の形
成方法としては種々考えられるが、この実施例では、図
1に示すように、酸水素炎バーナ14を用い、酸水素炎
中にガラス微粒子の原料となる塩化ケイ素(SiC
4 )等の原料ガスを燃料(O2 、H2 )と共に送り込
みながら、火炎中で生成される石英ガラスの微粒子を基
板10に直接吹き付けることにより行う。また、この石
英ガラス微粒子の吹付けに際しては、ドーパント原料た
る塩化ゲルマニウム(GeCl4 )が原料ガス中に送り
込まれる。バーナ14は基板10の上方で繰り返し移動
され、これにより厚さの均一なガラス微粒子層12が形
成される。
【0018】この後、ガラス微粒子層12が形成された
基板10を焼結炉(図示せず)中で加熱した後、徐冷す
ると、ガラス微粒子層12は透明ガラス化する。これに
より、基板10上には酸化ゲルマニウムがドープされた
石英ガラス層(第1の層)12が形成される。
【0019】このようにして形成される石英ガラス層1
2の厚さや酸化ゲルマニウムのドープ濃度等は様々であ
るが、例えば厚さ8μm、酸化ゲルマニウムドープ濃度
5wt%とするのが好適である。
【0020】次に、図2に示すように、光導波領域とし
てのコア部16を石英ガラス層12に形成すべく、石英
ガラス層12の上方の紫外光光源18から紫外光を石英
ガラス層12の上面に照射する。この場合、紫外光光源
18として例えばアルゴンレーザ光源(波長244nm
のコヒーレントな紫外光発光)やKrFエキシマレーザ
光源(波長248nmのコヒーレントな紫外光発光)を
用いることが好ましい。そして、形成すべきコア部16
と同じパターンのスリット20を有するマスク22を石
英ガラス層12と光源18との間に配置した後、光源1
8から紫外光を照射する。
【0021】光源18から紫外光が照射されると、その
紫外光はマスク22のスリット20を透過して、所望部
分のみを照らす。石英ガラス層12のこの紫外光照射部
分は、前述したように紫外光照射により徐々に屈折率が
変化し、コア部16を形成していく。
【0022】紫外光の照射中は、例えば、コア部16と
なる部分の一端にLED光源等の発光素子(図示せず)
を対向配置すると共に、他端に受光素子(図示せず)を
対向配置し、発光素子から光を受光素子で受けてその受
光量をモニターするのが好適である。紫外光照射により
徐々にコア部16が形成されていくと、その形成の度合
いに応じて受光素子による受光量が増すため、受光量が
所定値に達した時点で紫外光の照射を停止すれば、所望
の屈折率のコア部16が形成されることとなる。上記酸
化ゲルマニウムドープ濃度の場合、紫外光照射時間は、
通常、10〜2000秒となる。
【0023】尚、この紫外光照射は、コア部16の形成
が飽和状態に至るまで行ってはならないことに注意すべ
きである。この実施例では、コア部16の形成後、同じ
く紫外光の照射により回折格子を形成するため、飽和状
態に至ったならば、それ以降に紫外光を照射しても、回
折格子は実質的に形成されないこととなるからである。
【0024】上述したようにコア部16が形成されたな
らば、図3に示すように、マスク22に代えて位相格子
24を配置し、通常の位相格子法に基づき、石英ガラス
層12のコア部16に紫外光を位相格子24を介して干
渉させつつ照射し、屈折率がコア部16の光軸に沿って
所定周期で変化した領域を形成する。
【0025】より詳細に述べるならば、位相格子24を
基板10に隣接して平行に配置すると共に、紫外光光源
18から出射された紫外光が位相格子24の表面の法線
方向に対して所定角度θで入射されるよう、光源18の
位置を調節する。位相格子24は、所定間隔Λ′で格子
を配列して形成されている。光源18からの紫外光が位
相格子24を透過すると、所定間隔Λ(=Λ′)の干渉
縞がコア部16の所定領域に形成され、紫外光の強度の
違いからコア部16の屈折率変化の度合いが位置により
異なり、回折格子26が作り込まれていく(図4参
照)。
【0026】この実施例では、コア部16のみならず、
コア部16の両側のクラッド部28にも干渉縞を形成す
ることとしている。石英ガラス層12のクラッド部28
には、コア部形成時に紫外光が照射されていないので、
このクラッド部28にも回折格子26が形成される(図
4参照)。この回折格子26が形成されたクラッド部2
8では、コア部16を伝搬する導波光のみならず、導波
光のうちクラッド部28側に放射される光も反射され、
モードフィールド全域にわたって導波光が反射されるの
で、高い反射率を有することとなる。
【0027】尚、回折格子26の形成中、LED光源等
の発光素子(図示せず)からの光をコア部16に入射
し、この光を受ける受光素子(図示せず)の出力をスペ
クトルアラナイザ(図示せず)にリアルタイムでモニタ
ーすることが好適である。ここで、スペクトルアナライ
ザは、回折格子26を透過した光について波長と光強度
との関係を検出するものである。紫外光の照射が開始さ
れると、回折格子26の形成が進むので、透過スペクト
ルにおいて透過光の強度が反射波長を中心に減少する。
従って、透過スペクトルに変化がなくなれば、回折格子
26の形成が飽和したと考えられるので、この時点で紫
外光の照射を停止すればよいことになる。上記酸化ゲル
マニウムドープ濃度の場合、紫外光照射時間は、通常、
10〜2000秒となる。
【0028】コア部16及び回折格子26が形成された
ならば、最後に、石英ガラス層12の上に上部クラッド
層(第2の層)30を形成する(図5参照)。この上部
クラッド層30を形成する方法としては色々と考えられ
るが、石英ガラス層12を形成する場合と同様に、酸水
素炎中に塩化ケイ素等の原料ガスをバーナ14に送り込
みながら、火炎中で生成されるガラス微粒子を石英ガラ
ス層12の上面に吹き付けることにより行ってガラス微
粒子層30を形成し、その後、焼結炉中で加熱してから
徐冷して透明ガラス化を行う方法が好適である。
【0029】以上述べたようにして、コア部16に回折
格子26が作り込まれた平面光導波路を作製することが
できるが、回折格子26の形成方法としては、いわゆる
ホログラフィック干渉法を用いて干渉縞を形成する方法
もある。
【0030】具体的には、図6に示すように、干渉機構
40を用いて干渉空間42を生成するように、紫外光光
源18から出射されたコヒーレントな紫外光を干渉させ
る。この干渉空間42となる位置には、図2に示す工程
でコア部16が形成された基板10が配置される。干渉
機構42は、基本的には、ビームスプリッタ44及びミ
ラー46,48から構成されている。ビームスプリッタ
44は、光源18からの紫外光を2本の光に分岐させ
る。ミラー46,48は、ビームスプリッタ44からの
分岐紫外光をそれぞれ反射し、石英ガラス層12のコア
部16の光軸方向に対して所定角度θ1 ,θ2 でそれぞ
れ入射して共面ビームとして相互に干渉させる。尚、入
射角度θ1 ,θ2 は相互に補角であり、これらの和は1
80度となる。この場合、石英ガラス層12の上面の法
線に対する紫外光の入射角度α(=90°−θ1 )と紫
外光の波長λとを用い、干渉空間42における干渉縞の
間隔Λは、 Λ=λ/(2sinα) となる。従って、コア部16の紫外光照射領域には、異
なる屈折率を有する領域が干渉縞の間隔Λを周期として
コア部16の光軸方向に配列されるので、回折格子26
が形成されることになる。
【0031】周知なブラッグの回折条件に基づいてコア
部16の屈折率と回折格子26の周期Λとを用い、この
回折格子26の反射波長λR は、 λR =2nΛ=λn/sinα となる。
【0032】このようにして回折格子26が形成された
ならば、上述したように、上部クラッド層30を形成し
て、平面光導波路が完成する。
【0033】上記実施例では、同じ紫外光光源18をコ
ア部16及び回折格子26を形成するのに用いている
が、コア部16と回折格子26とを別個の紫外線照射装
置によりそれぞれ形成することとしてもよい。例えば、
コア部16の形成は、スリット20を有するマスク22
を用いずに、紫外光の照射点を移動させることによりコ
ア部16を形成する方法を採ることができる。
【0034】また、上記実施例では、石英ガラス基板1
0を用いているが、表面に下部クラッド層として石英ガ
ラス層が形成されたシリコン基板等を用いることもでき
る。
【0035】更に、石英ガラスに添加される酸化ゲルマ
ニウムの量は上記のものに限られず、また、屈折率低下
剤としてフッ素やホウ素、リン等を適宜添加してもよ
い。
【0036】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、コ
ア部の形成を紫外光照射という簡単な方法で行うことが
できる。また、回折格子の形成も紫外光照射で行うの
で、コア部及び回折格子の形成を一連の紫外光照射とい
う工程で行うことができ、回折格子を有する平面光導波
路の作製が大幅に簡略化されることとなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例による平面光導波路の作製方
法の一工程を示す概略図であり、コア部が作り込まれる
石英ガラス層の形成方法を示す図である。
【図2】本発明の一実施例による平面光導波路の作製方
法の一工程を示す概略斜視図であり、コア部の形成方法
を示す図である。
【図3】本発明の一実施例による平面光導波路の作製方
法の一工程を示す概略図であり、コア部に回折格子を位
相格子法により作り込んでいるところを示す図である。
【図4】石英ガラス層にコア部及び回折格子が形成され
た状態を示す概略斜視図である。
【図5】本発明の一実施例による平面光導波路の作製方
法の一工程を示す概略図であり、平面光導波路の上部ク
ラッド層の形成方法を示す図である。
【図6】位相格子法に代え、ホログラフィック干渉法に
より回折格子をコア部に作り込んでいるところを示す概
略図である。
【符号の説明】
10…基板、12…石英ガラス層(第1の層)、14…
バーナ、16…コア部、18…紫外光光源、20…スリ
ット、22…マスク、24…位相格子、26…回折格
子、28…クラッド部、30…上部クラッド層(第2の
層)、40…干渉機構、42…干渉空間、44…ビーム
スプリッタ、46,48…ミラー。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上に、石英ガラスを主材として酸化
    ゲルマニウムが添加された第1の層を形成する第1工程
    と、 前記第1の層の所定領域に紫外光を照射し、光導波領域
    としてのコア部を形成する第2工程と、 前記コア部に回折格子を形成すべく、前記コア部の所定
    領域に紫外光を照射して紫外光の干渉縞を形成する第3
    工程と、 前記第1の層の上に石英ガラスを主材とした第2の層を
    形成する第4工程と、を備えることを特徴とする平面光
    導波路の作製方法。
  2. 【請求項2】 前記基板は石英ガラス基板であることを
    特徴とする請求項1記載の平面光導波路の作製方法。
  3. 【請求項3】 前記第3工程において、前記紫外光を2
    本のコヒーレント光とし、該2本のコヒーレントな紫外
    光を、前記コア部の光軸に対し互いに補角の関係にある
    角度をもって、前記コア部の前記所定領域に照射するこ
    とを特徴とする請求項1又は2記載の平面光導波路の作
    製方法。
  4. 【請求項4】 前記第3工程において、前記干渉縞は、
    前記紫外光を所定の位相格子に照射してこの位相格子を
    透過させることにより生じさせることを特徴とする請求
    項1又は2記載の平面光導波路の作製方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6826344B2 (en) 2000-08-23 2004-11-30 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Optical element and method of fabrication thereof

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6826344B2 (en) 2000-08-23 2004-11-30 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Optical element and method of fabrication thereof

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