JPH0886927A - 光導波路デバイス - Google Patents
光導波路デバイスInfo
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- JPH0886927A JPH0886927A JP24732394A JP24732394A JPH0886927A JP H0886927 A JPH0886927 A JP H0886927A JP 24732394 A JP24732394 A JP 24732394A JP 24732394 A JP24732394 A JP 24732394A JP H0886927 A JPH0886927 A JP H0886927A
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- Japan
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- optical waveguide
- ion
- glass substrate
- ions
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 複雑且つ煩瑣な複屈折性の解消対策を別途施
す必要が無く、光導波路自体が偏光無依存の特性を呈す
る光導波路デバイスを提供する。 【構成】 アルカリイオンとしてＮａイオンのみを含む
アルミノボロシリケート系ガラス基板１０中に、溶融塩
を用いたイオン交換法によりＮａイオンとＡｇイオンの
イオン交換によって形成した高屈折率を呈する線状の単
一モード用光導波路領域１２を有する。光導波路領域
は、モードフィールドが楕円率１．２以下のほぼ円形で
あって、且つその中心位置のガラス基板表面からの埋め
込み深さが垂直方向モードフィールド半径の２〜３倍で
ある。アルカリイオンとしてＫイオンのみを含むアルミ
ノボロシリケート系ガラス基板を用い、ＫイオンとＴｌ
イオンのイオン交換を行う構成でもよい。
す必要が無く、光導波路自体が偏光無依存の特性を呈す
る光導波路デバイスを提供する。 【構成】 アルカリイオンとしてＮａイオンのみを含む
アルミノボロシリケート系ガラス基板１０中に、溶融塩
を用いたイオン交換法によりＮａイオンとＡｇイオンの
イオン交換によって形成した高屈折率を呈する線状の単
一モード用光導波路領域１２を有する。光導波路領域
は、モードフィールドが楕円率１．２以下のほぼ円形で
あって、且つその中心位置のガラス基板表面からの埋め
込み深さが垂直方向モードフィールド半径の２〜３倍で
ある。アルカリイオンとしてＫイオンのみを含むアルミ
ノボロシリケート系ガラス基板を用い、ＫイオンとＴｌ
イオンのイオン交換を行う構成でもよい。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ガラス基板中に、溶融
塩を用いたイオン交換により高屈折率の線状の光導波路
領域を形成した光導波路デバイスに関し、更に詳しく述
べると、Ｎａ−Ａｇイオン交換、又はＫ−Ｔｌイオン交
換により光導波路の複屈折（等価屈折率差）を低減し、
偏光無依存性を呈する光導波路デバイスに関するもので
ある。この光導波路は、例えば方向性結合器などに有用
である。
塩を用いたイオン交換により高屈折率の線状の光導波路
領域を形成した光導波路デバイスに関し、更に詳しく述
べると、Ｎａ−Ａｇイオン交換、又はＫ−Ｔｌイオン交
換により光導波路の複屈折（等価屈折率差）を低減し、
偏光無依存性を呈する光導波路デバイスに関するもので
ある。この光導波路は、例えば方向性結合器などに有用
である。
【０００２】
【従来の技術】平面構造の光導波路デバイスとしては、
様々な構造が提案されているが、現在主流となっている
のは、石英系光導波路とイオン交換光導波路である。
様々な構造が提案されているが、現在主流となっている
のは、石英系光導波路とイオン交換光導波路である。
【０００３】石英系光導波路デバイスの代表例として
は、シリコン基板に火炎堆積法によって石英系光導波路
を作製した構造がある。この光導波路デバイスは、正確
なステップ状の光導波路断面形状が得られるため、ある
偏光状態における光導波路設計とデバイス作製の整合性
が極めて良好となる特徴がある。しかし、シリコン基板
と石英ガラスとの熱膨張係数差から生じる圧縮応力によ
り、複屈折、いわゆる等価屈折率差が３×１０-4程度と
なるため、光導波路デバイスにおいては偏光依存性が大
きいものとなる。そのために何らかの複屈折制御を別途
行う必要があり、例えば応力解放溝や応力付与膜を光導
波路に沿って形成したり、光導波路に溝を形成して１／
２波長板を挿入するなどの複雑且つ煩瑣な対策を施して
いる。
は、シリコン基板に火炎堆積法によって石英系光導波路
を作製した構造がある。この光導波路デバイスは、正確
なステップ状の光導波路断面形状が得られるため、ある
偏光状態における光導波路設計とデバイス作製の整合性
が極めて良好となる特徴がある。しかし、シリコン基板
と石英ガラスとの熱膨張係数差から生じる圧縮応力によ
り、複屈折、いわゆる等価屈折率差が３×１０-4程度と
なるため、光導波路デバイスにおいては偏光依存性が大
きいものとなる。そのために何らかの複屈折制御を別途
行う必要があり、例えば応力解放溝や応力付与膜を光導
波路に沿って形成したり、光導波路に溝を形成して１／
２波長板を挿入するなどの複雑且つ煩瑣な対策を施して
いる。
【０００４】イオン交換光導波路の代表例は、ガラス基
板中のＮａ，Ｋイオンと溶融塩中のＴｌ，Ｃｓイオンと
のイオン交換により光導波路を作製する構造である。い
ずれもガラス基板中の電子分極率の小さなイオンと溶融
塩中の電子分極率の大きなイオンの交換であり、それに
よってガラス基板中に屈折率の高い領域を形成してい
る。しかし、このようなイオン交換光導波路の場合、複
屈折が５×１０-4程度生じていた。この原因は、主とし
て、ＮａイオンやＫイオンよりＴｌイオンやＣｓイオン
のイオン半径がはるかに大きいので、イオン交換後に大
きな圧縮応力が生じているためと考えられている。
板中のＮａ，Ｋイオンと溶融塩中のＴｌ，Ｃｓイオンと
のイオン交換により光導波路を作製する構造である。い
ずれもガラス基板中の電子分極率の小さなイオンと溶融
塩中の電子分極率の大きなイオンの交換であり、それに
よってガラス基板中に屈折率の高い領域を形成してい
る。しかし、このようなイオン交換光導波路の場合、複
屈折が５×１０-4程度生じていた。この原因は、主とし
て、ＮａイオンやＫイオンよりＴｌイオンやＣｓイオン
のイオン半径がはるかに大きいので、イオン交換後に大
きな圧縮応力が生じているためと考えられている。
【０００５】また最近、基板にナトリウムガラス又はカ
リウムガラスを用い、Ａｇ，Ｔｌイオンを電界輸送によ
りガラス中に導入し、次いでＮａイオン又はＫイオンを
基板表面から熱拡散させてガラス基板内部に光導波路を
構成する方法（特公平５−３６７６１号公報、特公平６
−７２０６号公報）なども提案されている。
リウムガラスを用い、Ａｇ，Ｔｌイオンを電界輸送によ
りガラス中に導入し、次いでＮａイオン又はＫイオンを
基板表面から熱拡散させてガラス基板内部に光導波路を
構成する方法（特公平５−３６７６１号公報、特公平６
−７２０６号公報）なども提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、光加入者系
や光ＣＡＴＶ系関連で情報密度を高めるために、波長多
重（ＷＤＭ）方式や周波数多重（ＦＤＭ）方式が検討さ
れている。これらの通信方式には、複数の光信号を多重
又は分離する光デバイス（ＷＤＭフィルタやＦＤＭフィ
ルタ）が必要であり、試験的なシステムでは回折格子や
誘電体多層膜を用いている。しかし、いずれも高精度の
アライメントが必要なため、実用には不向きと考えられ
ている。
や光ＣＡＴＶ系関連で情報密度を高めるために、波長多
重（ＷＤＭ）方式や周波数多重（ＦＤＭ）方式が検討さ
れている。これらの通信方式には、複数の光信号を多重
又は分離する光デバイス（ＷＤＭフィルタやＦＤＭフィ
ルタ）が必要であり、試験的なシステムでは回折格子や
誘電体多層膜を用いている。しかし、いずれも高精度の
アライメントが必要なため、実用には不向きと考えられ
ている。
【０００７】そこで、最近、それらを導波路型デバイス
で構成することが検討されており、実際に石英系光導波
路を用いたマッハツェンダー干渉計型のＷＤＭフィルタ
やＦＤＭフィルタが試作されている。しかし、前述のよ
うに、石英系光導波路は本質的に複屈折が大きい。複屈
折が大きいと、入力偏光の状態によってフィルタ特性が
変化するので、これを解消する必要が生じる。そこで、
応力解放溝を光導波路近傍に作製したり、応力付与膜を
光導波路上に形成したり、あるいは光導波路を横切るよ
うに溝を設けて１／２波長板を挿入するなどの、複雑且
つ煩瑣な複屈折補正対策を採らねばならず、デバイスを
小形化し難く、作製も困難となる。
で構成することが検討されており、実際に石英系光導波
路を用いたマッハツェンダー干渉計型のＷＤＭフィルタ
やＦＤＭフィルタが試作されている。しかし、前述のよ
うに、石英系光導波路は本質的に複屈折が大きい。複屈
折が大きいと、入力偏光の状態によってフィルタ特性が
変化するので、これを解消する必要が生じる。そこで、
応力解放溝を光導波路近傍に作製したり、応力付与膜を
光導波路上に形成したり、あるいは光導波路を横切るよ
うに溝を設けて１／２波長板を挿入するなどの、複雑且
つ煩瑣な複屈折補正対策を採らねばならず、デバイスを
小形化し難く、作製も困難となる。
【０００８】イオン交換光導波路を用いる場合も、Ｎ
ａ，Ｋ−Ｔｌ，Ｃｓイオン交換では複屈折が大きいた
め、本質的に上記と同様の問題が生じ、その対策が必要
となる。その他、各種イオン種の組み合わせによる種々
の平面型光導波路デバイスが提案されているが、複屈折
を無視できる程度まで低減したといった報告はなされて
いない。
ａ，Ｋ−Ｔｌ，Ｃｓイオン交換では複屈折が大きいた
め、本質的に上記と同様の問題が生じ、その対策が必要
となる。その他、各種イオン種の組み合わせによる種々
の平面型光導波路デバイスが提案されているが、複屈折
を無視できる程度まで低減したといった報告はなされて
いない。
【０００９】現在、ほとんど全ての光通信で用いられる
ファイバは偏波面を保存しないタイプであり、ファイバ
が敷設されている環境の変化（例えば温度や振動）によ
り偏光状態は絶えず揺らいでいる。そのため光通信の中
で使用されるデバイスに偏光依存性があると、損失や種
々の特性の変動になるため、光導波路デバイス自体を偏
光無依存性とすることは極めて重要である。
ファイバは偏波面を保存しないタイプであり、ファイバ
が敷設されている環境の変化（例えば温度や振動）によ
り偏光状態は絶えず揺らいでいる。そのため光通信の中
で使用されるデバイスに偏光依存性があると、損失や種
々の特性の変動になるため、光導波路デバイス自体を偏
光無依存性とすることは極めて重要である。
【００１０】本発明の目的は、複雑且つ煩瑣な複屈折性
の解消対策を別途施す必要が無く、光導波路自体が偏光
無依存の特性を呈する光導波路デバイスを提供すること
である。本発明の他の目的は、光導波路に曲線状部分を
設ける際、曲率半径を小さくでき、しかも複屈折補正対
策を必要としないために、装置を小形化できる光導波路
デバイスを提供することである。
の解消対策を別途施す必要が無く、光導波路自体が偏光
無依存の特性を呈する光導波路デバイスを提供すること
である。本発明の他の目的は、光導波路に曲線状部分を
設ける際、曲率半径を小さくでき、しかも複屈折補正対
策を必要としないために、装置を小形化できる光導波路
デバイスを提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、アルカリイオ
ンとしてＮａイオンのみを含むアルミノボロシリケート
系ガラス基板中に、溶融塩を用いたイオン交換法により
ＮａイオンとＡｇイオンのイオン交換によって形成した
高屈折率を呈する線状の単一モード用光導波路領域を有
し、該光導波路領域は、モードフィールドが楕円率１．
２以下のほぼ円形であって、且つその中心位置のガラス
基板表面からの埋め込み深さが垂直方向モードフィール
ド半径の２〜３倍である光導波路デバイスである。アル
カリイオンとしてＫイオンのみを含むアルミノボロシリ
ケート系ガラス基板を用い、ＫイオンとＴｌイオンのイ
オン交換を行う構成でもよい。
ンとしてＮａイオンのみを含むアルミノボロシリケート
系ガラス基板中に、溶融塩を用いたイオン交換法により
ＮａイオンとＡｇイオンのイオン交換によって形成した
高屈折率を呈する線状の単一モード用光導波路領域を有
し、該光導波路領域は、モードフィールドが楕円率１．
２以下のほぼ円形であって、且つその中心位置のガラス
基板表面からの埋め込み深さが垂直方向モードフィール
ド半径の２〜３倍である光導波路デバイスである。アル
カリイオンとしてＫイオンのみを含むアルミノボロシリ
ケート系ガラス基板を用い、ＫイオンとＴｌイオンのイ
オン交換を行う構成でもよい。
【００１２】また本発明としては、上記の光導波路デバ
イスにおいて、光導波路領域をガラス基板中に複数本設
け、その光導波路領域のガラス基板に対する屈折率の増
加割合が０．４〜２％であり、且つ光導波路領域が曲率
半径６０mm未満の曲線状部分を有し、且つ光導波路領域
近傍もしくは光導波路領域中に複屈折補正部を付加して
いない構造もある。このような光導波路デバイスとして
は、例えば方向性結合器がある。
イスにおいて、光導波路領域をガラス基板中に複数本設
け、その光導波路領域のガラス基板に対する屈折率の増
加割合が０．４〜２％であり、且つ光導波路領域が曲率
半径６０mm未満の曲線状部分を有し、且つ光導波路領域
近傍もしくは光導波路領域中に複屈折補正部を付加して
いない構造もある。このような光導波路デバイスとして
は、例えば方向性結合器がある。
【００１３】
【作用】ＮａとＡｇのイオン半径差は０．３１Å、Ｋと
Ｔｌのイオン半径差は０．１６Åであり、これらのイオ
ン間でのイオン交換では、イオン交換後に応力の影響が
現れ難い。因に、ＮａとＴｌのイオン半径差は０．５４
Åと大きい。それ故、本発明で用いるガラス基板材料
は、アルカリとしてＮａイオンのみ、あるいはＫイオン
のみを含んでいることが重要である。そして、光導波路
領域の断面形状をほぼ円形にすることで、伝搬損失、結
合損失が低減する。更に、光導波路領域の埋め込み深さ
を適切に制御することで、ガラス基板表面の影響を緩和
する。これらの作用が複合的に機能して、光導波路にお
ける複屈折を極めて小さな値に抑え込むことができ、各
種の複屈折補正対策が不要となる。
Ｔｌのイオン半径差は０．１６Åであり、これらのイオ
ン間でのイオン交換では、イオン交換後に応力の影響が
現れ難い。因に、ＮａとＴｌのイオン半径差は０．５４
Åと大きい。それ故、本発明で用いるガラス基板材料
は、アルカリとしてＮａイオンのみ、あるいはＫイオン
のみを含んでいることが重要である。そして、光導波路
領域の断面形状をほぼ円形にすることで、伝搬損失、結
合損失が低減する。更に、光導波路領域の埋め込み深さ
を適切に制御することで、ガラス基板表面の影響を緩和
する。これらの作用が複合的に機能して、光導波路にお
ける複屈折を極めて小さな値に抑え込むことができ、各
種の複屈折補正対策が不要となる。
【００１４】光導波路領域の屈折率のガラス基板の屈折
率に対する増加割合を大きくすることで、光導波路領域
が曲線状部分を有する時に、光は光導波路領域から漏れ
難くなり、曲率半径を小さくできる。しかし、この屈折
率の増加割合が大きいと、複屈折が悪化する傾向がある
が、本発明では、本質的に複屈折が極めて小さいため
に、上記の屈折率差が大きくなって多少複屈折性に影響
が出ても、実用上十分小さな値にとどめられる。そし
て、別途に複屈折対策を要しないことと、光導波路領域
の曲率を小さくできることとが相俟て、全体としてデバ
イスを小形化しうることになる。
率に対する増加割合を大きくすることで、光導波路領域
が曲線状部分を有する時に、光は光導波路領域から漏れ
難くなり、曲率半径を小さくできる。しかし、この屈折
率の増加割合が大きいと、複屈折が悪化する傾向がある
が、本発明では、本質的に複屈折が極めて小さいため
に、上記の屈折率差が大きくなって多少複屈折性に影響
が出ても、実用上十分小さな値にとどめられる。そし
て、別途に複屈折対策を要しないことと、光導波路領域
の曲率を小さくできることとが相俟て、全体としてデバ
イスを小形化しうることになる。
【００１５】
【実施例】図１は本発明に係る光導波路デバイスの一実
施例を示す説明図である。アルカリイオンとしてＮａイ
オンのみを含むアルミノボロシリケート系ガラス基板１
０中に、溶融塩を用いたイオン交換法によりＮａイオン
とＡｇイオンのイオン交換を行って高屈折率を呈する直
線状の単一モード用光導波路領域１２を設ける。
施例を示す説明図である。アルカリイオンとしてＮａイ
オンのみを含むアルミノボロシリケート系ガラス基板１
０中に、溶融塩を用いたイオン交換法によりＮａイオン
とＡｇイオンのイオン交換を行って高屈折率を呈する直
線状の単一モード用光導波路領域１２を設ける。
【００１６】光導波路から出射される出射光は、ある分
布形状をもっている。この分布形状のピーク値からｅ-2
の断面形状をモードフィールドと称している（図２参
照）。そして、ガラス基板１０に対して光導波路領域１
２の水平方向のモードフィールド径ＤH と垂直方向のモ
ードフィールド径ＤV との比、ＤH ／ＤV を楕円率と定
義している。そこで本発明では、光導波路領域１２は、
モードフィールドが楕円率１．２以下のほぼ円形とし、
且つその中心位置のガラス基板表面１０ａからの埋め込
み深さｄが垂直方向モードフィールド半径の２〜３倍と
なるようにに設定する。
布形状をもっている。この分布形状のピーク値からｅ-2
の断面形状をモードフィールドと称している（図２参
照）。そして、ガラス基板１０に対して光導波路領域１
２の水平方向のモードフィールド径ＤH と垂直方向のモ
ードフィールド径ＤV との比、ＤH ／ＤV を楕円率と定
義している。そこで本発明では、光導波路領域１２は、
モードフィールドが楕円率１．２以下のほぼ円形とし、
且つその中心位置のガラス基板表面１０ａからの埋め込
み深さｄが垂直方向モードフィールド半径の２〜３倍と
なるようにに設定する。
【００１７】このような光導波路デバイスは、例えば次
のような方法で作製できる。ここでガラス基板として
は、次のような組成及び主な特性を有するものを使用し
た。 ガラス組成 ：ＳｉＯ2 ／Ａｌ2 Ｏ3 ／Ｂ2 Ｏ3 ／Ｎ
ａ2 Ｏ−Ｆ- Ｎａ2 Ｏ含有量：１２．５モル％ 屈折率ｎd ：１．４７４ ガラス転移点 ：４３７℃
のような方法で作製できる。ここでガラス基板として
は、次のような組成及び主な特性を有するものを使用し
た。 ガラス組成 ：ＳｉＯ2 ／Ａｌ2 Ｏ3 ／Ｂ2 Ｏ3 ／Ｎ
ａ2 Ｏ−Ｆ- Ｎａ2 Ｏ含有量：１２．５モル％ 屈折率ｎd ：１．４７４ ガラス転移点 ：４３７℃
【００１８】Ｎａ−Ａｇイオン交換は、第１段の自然イ
オン交換と第２段の電界印加イオン交換とで行う。イオ
ン交換条件は次の通りである。なおマスクの開口幅は３
μｍである。 第１段イオン交換〔自然イオン交換〕 塩 ：５０モル％ＡｇＮＯ3 ＋５０モル％ＮａＮＯ3 温度 ：２８５℃ 時間 ：１２分 第２段イオン交換〔電界印加イオン交換〕 塩 ：４０モル％ＮａＮＯ3 ＋６０モル％ＮａＮＯ2 温度 ：２６０℃ 電界強度：１５０Ｖ／mm 時間 ：３０分
オン交換と第２段の電界印加イオン交換とで行う。イオ
ン交換条件は次の通りである。なおマスクの開口幅は３
μｍである。 第１段イオン交換〔自然イオン交換〕 塩 ：５０モル％ＡｇＮＯ3 ＋５０モル％ＮａＮＯ3 温度 ：２８５℃ 時間 ：１２分 第２段イオン交換〔電界印加イオン交換〕 塩 ：４０モル％ＮａＮＯ3 ＋６０モル％ＮａＮＯ2 温度 ：２６０℃ 電界強度：１５０Ｖ／mm 時間 ：３０分
【００１９】このようにして得られた光導波路デバイス
では、光導波路領域のガラス基板に対する屈折率の増加
割合Ｋは０．３％である。ここで、上記屈折率の増加割
合Ｋ（％）は、次のように定義した値である。 Ｋ＝（ｎw −ｎg ）・１００／ｎg ＝Δｎ・１００／ｎg 光導波路領域の水平方向のモードフィールド径ＤH は１
０．８μｍ、垂直方向のモードフィールド径ＤV は１
０．６μｍであり、楕円率は１．０２である。なお使用
波長は１．５５μｍである。光導波路領域１２の中心位
置のガラス基板表面１０ａからの埋め込み深さｄを、垂
直方向モードフィールド半径（ＤV ／２）の２〜３倍に
設定するのは、浅いとガラス表面の影響が現れてくる
し、逆に深くするとイオン交換に時間がかかり作業性が
悪くなるばかりでなくモードフィールドがぼやけてくる
からである。
では、光導波路領域のガラス基板に対する屈折率の増加
割合Ｋは０．３％である。ここで、上記屈折率の増加割
合Ｋ（％）は、次のように定義した値である。 Ｋ＝（ｎw −ｎg ）・１００／ｎg ＝Δｎ・１００／ｎg 光導波路領域の水平方向のモードフィールド径ＤH は１
０．８μｍ、垂直方向のモードフィールド径ＤV は１
０．６μｍであり、楕円率は１．０２である。なお使用
波長は１．５５μｍである。光導波路領域１２の中心位
置のガラス基板表面１０ａからの埋め込み深さｄを、垂
直方向モードフィールド半径（ＤV ／２）の２〜３倍に
設定するのは、浅いとガラス表面の影響が現れてくる
し、逆に深くするとイオン交換に時間がかかり作業性が
悪くなるばかりでなくモードフィールドがぼやけてくる
からである。
【００２０】このような光導波路デバイスについて、複
屈折（等価屈折率差）と伝搬定数差を求めた。測定系
は、図３に示す構成である。波長１．５５μｍのレーザ
ダイオード光源２０の光をファイバ型偏光子２２で直線
偏光の光を取り出し、これに光学軸を合わせて融着接続
してある偏波保持ファイバ２４に導く。偏波保存ファイ
バ２４は、回転ホルダ（θ）により直線偏光の光の角度
を回転できるようにしている。入出射側ともＸＹＺ方向
のアライメントは光導波路選別装置２６により自動アラ
イメントを行った。出射側も同様に、偏波保持ファイバ
２８と、ファイバ型偏光子３０を通し、フォトダイオー
ド３２で受光した。導波路基板に対して垂直方向を０°
としたとき、直線偏光の光を４５°の角度で入射させ、
出射側の偏光子を回転させて最大出射光パワーと最小出
射光パワーを測定し、ある導波路長さＬのときの位相差
Δφを求める。更に導波路長さを複数変化させて、Ｌと
Δφの関係より等価屈折率差または伝搬定数差を求める
ことができる。測定の結果、等価屈折率差は１×１０-6
以下、伝搬定数差は約４ rad／ｍであった。
屈折（等価屈折率差）と伝搬定数差を求めた。測定系
は、図３に示す構成である。波長１．５５μｍのレーザ
ダイオード光源２０の光をファイバ型偏光子２２で直線
偏光の光を取り出し、これに光学軸を合わせて融着接続
してある偏波保持ファイバ２４に導く。偏波保存ファイ
バ２４は、回転ホルダ（θ）により直線偏光の光の角度
を回転できるようにしている。入出射側ともＸＹＺ方向
のアライメントは光導波路選別装置２６により自動アラ
イメントを行った。出射側も同様に、偏波保持ファイバ
２８と、ファイバ型偏光子３０を通し、フォトダイオー
ド３２で受光した。導波路基板に対して垂直方向を０°
としたとき、直線偏光の光を４５°の角度で入射させ、
出射側の偏光子を回転させて最大出射光パワーと最小出
射光パワーを測定し、ある導波路長さＬのときの位相差
Δφを求める。更に導波路長さを複数変化させて、Ｌと
Δφの関係より等価屈折率差または伝搬定数差を求める
ことができる。測定の結果、等価屈折率差は１×１０-6
以下、伝搬定数差は約４ rad／ｍであった。
【００２１】因みに、従来の石英系光導波路の等価屈折
率差は約３×１０-4、Ｎａ及びＫイオンを含むガラス基
板にＴｌイオン交換を行ったイオン交換光導波路では、
等価屈折率差は５．８×１０-4であった。上記本発明の
光導波路では、それらに比べて等価屈折率差が２桁以上
小さくなっている。
率差は約３×１０-4、Ｎａ及びＫイオンを含むガラス基
板にＴｌイオン交換を行ったイオン交換光導波路では、
等価屈折率差は５．８×１０-4であった。上記本発明の
光導波路では、それらに比べて等価屈折率差が２桁以上
小さくなっている。
【００２２】次に、光導波路領域のガラス基板に対する
屈折率の増加割合Ｋを、上記の２倍（Ｋ＝０．６％）に
高めた高Ｋ光導波路デバイスを試作した。その時のイオ
ン交換条件は次の通りである。 第１段イオン交換〔自然イオン交換〕 塩 ：１００モル％ＡｇＮＯ3 温度 ：２８５℃ 時間 ：６分 第２段イオン交換〔電界印加イオン交換〕 塩 ：４０モル％ＮａＮＯ3 ＋６０モル％ＮａＮＯ2 温度 ：２６０℃ 電界強度：１５０Ｖ／mm 時間 ：１５分
屈折率の増加割合Ｋを、上記の２倍（Ｋ＝０．６％）に
高めた高Ｋ光導波路デバイスを試作した。その時のイオ
ン交換条件は次の通りである。 第１段イオン交換〔自然イオン交換〕 塩 ：１００モル％ＡｇＮＯ3 温度 ：２８５℃ 時間 ：６分 第２段イオン交換〔電界印加イオン交換〕 塩 ：４０モル％ＮａＮＯ3 ＋６０モル％ＮａＮＯ2 温度 ：２６０℃ 電界強度：１５０Ｖ／mm 時間 ：１５分
【００２３】この高Ｋ光導波路デバイスについても、同
様に特性を測定した。マスク開口幅２μｍの場合、等価
屈折率差は約９×１０-6、伝搬定数差は約４０ rad／ｍ
であり、マスク開口幅３μｍの場合、等価屈折率差は約
４×１０-6、伝搬定数差は約１８ rad／ｍであった。等
価屈折率は、屈折率の増加割合Ｋが２倍の場合でも、従
来の約２桁程度小さくなった。またこの高Ｋ光導波路
は、曲がり光導波路の放射損失が小さく、少なくとも曲
率半径２０mmまで顕著な放射損失が無いことが確認でき
た。因みに、Ｋ＝０．３％の場合、曲がり光導波路損失
が比較的大きく、通常の曲がり光導波路の曲率半径は１
００mmであり、特別な場合には８０mm程度まで可能であ
ったが、６０mm未満にはできなかった。この高Ｋ光導波
路により作製した方向性結合器の分岐比の偏光依存性を
測定した結果、１％以下（測定系の精度以下）であっ
た。このため、特別な複屈折補正対策を採る必要が無く
なり、且つ曲率半径を小さくできるので、デバイスを小
形化できることになる。なお、マスク開口幅２μｍの場
合、光導波路領域の水平方向のモードフィールド径ＤH
は７．６μｍ、垂直方向のモードフィールド径ＤV は
６．４μｍであり、楕円率は１．１９である。
様に特性を測定した。マスク開口幅２μｍの場合、等価
屈折率差は約９×１０-6、伝搬定数差は約４０ rad／ｍ
であり、マスク開口幅３μｍの場合、等価屈折率差は約
４×１０-6、伝搬定数差は約１８ rad／ｍであった。等
価屈折率は、屈折率の増加割合Ｋが２倍の場合でも、従
来の約２桁程度小さくなった。またこの高Ｋ光導波路
は、曲がり光導波路の放射損失が小さく、少なくとも曲
率半径２０mmまで顕著な放射損失が無いことが確認でき
た。因みに、Ｋ＝０．３％の場合、曲がり光導波路損失
が比較的大きく、通常の曲がり光導波路の曲率半径は１
００mmであり、特別な場合には８０mm程度まで可能であ
ったが、６０mm未満にはできなかった。この高Ｋ光導波
路により作製した方向性結合器の分岐比の偏光依存性を
測定した結果、１％以下（測定系の精度以下）であっ
た。このため、特別な複屈折補正対策を採る必要が無く
なり、且つ曲率半径を小さくできるので、デバイスを小
形化できることになる。なお、マスク開口幅２μｍの場
合、光導波路領域の水平方向のモードフィールド径ＤH
は７．６μｍ、垂直方向のモードフィールド径ＤV は
６．４μｍであり、楕円率は１．１９である。
【００２４】方向性結合器は、図４に示すように、ガラ
ス基板４０中に２本の光導波路４２ａ，４２ｂを一部近
接するように平行な直線状部分を設けた構成である。一
方の光導波路を伝搬する光パワーが他方へ移り、ある距
離を伝搬させると１００％の光パワー移行が生じる。光
結合に関与している光導波路間の中心間隔を光導波路中
心間隔Ｓc 、光導波路長を結合長Ｌc といい、この２つ
のパラメータによって分岐比が決定される。１００％の
光パワーが移行する結合長が完全結合長Ｌであり、この
結合長をＬc ＝Ｌ／２とすると等分された光出力が得ら
れる。この時の方向性結合器は一般に３ｄＢカプラと呼
ばれている。光導波路領域を高Ｋ光導波路で構成する
と、両側の互いに離間する曲線状部分の曲率半径を小さ
くできるので、このような方向性結合器を構成する際
に、ガラス基板の面積を小さくできることになる。また
本発明の光導波路デバイスでは、楕円率が小さいほぼ円
形である。そのため、平板マイクロレンズなどと接続す
る際に、短径と長径の発散角はほぼ一致し、マイクロレ
ンズによる集光、あるいはコリメートの際のビームウエ
ストの位置が短径と長径とで異なってくるといった問題
は生じない。
ス基板４０中に２本の光導波路４２ａ，４２ｂを一部近
接するように平行な直線状部分を設けた構成である。一
方の光導波路を伝搬する光パワーが他方へ移り、ある距
離を伝搬させると１００％の光パワー移行が生じる。光
結合に関与している光導波路間の中心間隔を光導波路中
心間隔Ｓc 、光導波路長を結合長Ｌc といい、この２つ
のパラメータによって分岐比が決定される。１００％の
光パワーが移行する結合長が完全結合長Ｌであり、この
結合長をＬc ＝Ｌ／２とすると等分された光出力が得ら
れる。この時の方向性結合器は一般に３ｄＢカプラと呼
ばれている。光導波路領域を高Ｋ光導波路で構成する
と、両側の互いに離間する曲線状部分の曲率半径を小さ
くできるので、このような方向性結合器を構成する際
に、ガラス基板の面積を小さくできることになる。また
本発明の光導波路デバイスでは、楕円率が小さいほぼ円
形である。そのため、平板マイクロレンズなどと接続す
る際に、短径と長径の発散角はほぼ一致し、マイクロレ
ンズによる集光、あるいはコリメートの際のビームウエ
ストの位置が短径と長径とで異なってくるといった問題
は生じない。
【００２５】上記の実施例は、ＮａイオンとＡｇイオン
との間でイオン交換を行ったものであるが、Ｋイオンと
Ｔｌイオンとの間でイオン交換を行う構成でも、ほぼ同
様の特性が得られる。
との間でイオン交換を行ったものであるが、Ｋイオンと
Ｔｌイオンとの間でイオン交換を行う構成でも、ほぼ同
様の特性が得られる。
【００２６】
【発明の効果】本発明に係る光導波路デバイスは、上記
のように、ガラス基板材料、イオン交換するイオンの種
類、光導波路領域の断面形状及び埋め込み深さを適切に
決定しているので、光導波路自体が偏光無依存の特性を
呈し、その結果、複雑且つ煩瑣な複屈折性の解消対策を
別途施す必要が無くなる。また高Ｋ化する（光導波路の
屈折率とガラス基板の屈折率との差を大きくする）と、
光導波路に曲線状部分を設ける際に、曲率半径を小さく
できるし、高Ｋとしても複屈折が極めて小さいので、複
屈折補正対策を必要とせず、これらの効果が相俟て、方
向性結合器などの光導波路デバイスを更に小形化でき
る。
のように、ガラス基板材料、イオン交換するイオンの種
類、光導波路領域の断面形状及び埋め込み深さを適切に
決定しているので、光導波路自体が偏光無依存の特性を
呈し、その結果、複雑且つ煩瑣な複屈折性の解消対策を
別途施す必要が無くなる。また高Ｋ化する（光導波路の
屈折率とガラス基板の屈折率との差を大きくする）と、
光導波路に曲線状部分を設ける際に、曲率半径を小さく
できるし、高Ｋとしても複屈折が極めて小さいので、複
屈折補正対策を必要とせず、これらの効果が相俟て、方
向性結合器などの光導波路デバイスを更に小形化でき
る。
【図１】本発明に係る光導波路デバイスの一実施例を示
す斜視図。
す斜視図。
【図２】その光導波路領域のモードフィールドの説明
図。
図。
【図３】測定系の説明図。
【図４】方向性結合器の一例を示す斜視図。
１０ ガラス基板 １２ 光導波路領域
Claims (4)
- 【請求項１】 アルカリイオンとしてＮａイオンのみを
含むアルミノボロシリケート系ガラス基板中に、溶融塩
を用いたイオン交換法によりＮａイオンとＡｇイオンの
イオン交換によって形成した高屈折率を呈する線状の単
一モード用光導波路領域を有し、該光導波路領域は、モ
ードフィールドが楕円率１．２以下のほぼ円形であっ
て、且つその中心位置のガラス基板表面からの埋め込み
深さが垂直方向モードフィールド半径の２〜３倍である
光導波路デバイス。 - 【請求項２】 アルカリイオンとしてＫイオンのみを含
むアルミノボロシリケート系ガラス基板中に、溶融塩を
用いたイオン交換法によりＫイオンとＴｌイオンのイオ
ン交換によって形成した高屈折率を呈する線状の単一モ
ード用光導波路領域を有し、該光導波路領域は、モード
フィールドが楕円率１．２以下のほぼ円形であって、そ
の中心位置のガラス基板表面からの埋め込み深さが垂直
方向モードフィールド半径の２〜３倍である光導波路デ
バイス。 - 【請求項３】 光導波路領域はガラス基板中に複数本設
けられ、その光導波路領域のガラス基板に対する屈折率
の増加割合が０．４〜２％であり、且つ光導波路領域が
曲率半径６０mm未満の曲線状部分を有し、且つ光導波路
領域近傍もしくは光導波路領域中に複屈折補正部を付加
していない請求項１又は２記載の光導波路デバイス。 - 【請求項４】 請求項３記載の光導波路デバイスであっ
て、光導波路領域はガラス基板中に２本設けられ、両光
導波路領域は、互いに近接するように平行に配置された
直線状部分と、その両端に湾曲して離間する曲線状部分
を有する方向性結合器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24732394A JPH0886927A (ja) | 1994-09-14 | 1994-09-14 | 光導波路デバイス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24732394A JPH0886927A (ja) | 1994-09-14 | 1994-09-14 | 光導波路デバイス |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0886927A true JPH0886927A (ja) | 1996-04-02 |
Family
ID=17161695
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24732394A Pending JPH0886927A (ja) | 1994-09-14 | 1994-09-14 | 光導波路デバイス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0886927A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002061475A1 (fr) * | 2001-01-31 | 2002-08-08 | Fdk Corporation | Élément de guide d'onde optique et son procédé de préparation |
| JP2007298697A (ja) * | 2006-04-28 | 2007-11-15 | Univ Of Southampton | 回折素子とその製造方法 |
| JP2013168681A (ja) * | 2003-06-03 | 2013-08-29 | Imra America Inc | インライン、高エネルギファイバチャープパルス増幅システム |
| JP2019028413A (ja) * | 2017-08-04 | 2019-02-21 | 日本電信電話株式会社 | 光導波路チップの接続構造 |
-
1994
- 1994-09-14 JP JP24732394A patent/JPH0886927A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002061475A1 (fr) * | 2001-01-31 | 2002-08-08 | Fdk Corporation | Élément de guide d'onde optique et son procédé de préparation |
| US6818577B2 (en) | 2001-01-31 | 2004-11-16 | Fdk Corporation | Optical waveguide element and method for preparation thereof |
| JP2013168681A (ja) * | 2003-06-03 | 2013-08-29 | Imra America Inc | インライン、高エネルギファイバチャープパルス増幅システム |
| JP2007298697A (ja) * | 2006-04-28 | 2007-11-15 | Univ Of Southampton | 回折素子とその製造方法 |
| JP2019028413A (ja) * | 2017-08-04 | 2019-02-21 | 日本電信電話株式会社 | 光導波路チップの接続構造 |
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