JPH09133824A - Optical waveguide and its production - Google Patents

Optical waveguide and its production

Info

Publication number
JPH09133824A
JPH09133824A JP29141295A JP29141295A JPH09133824A JP H09133824 A JPH09133824 A JP H09133824A JP 29141295 A JP29141295 A JP 29141295A JP 29141295 A JP29141295 A JP 29141295A JP H09133824 A JPH09133824 A JP H09133824A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
glass
fine particle
core
layer
particle layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP29141295A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tomokane Hirose
智財 広瀬
Tetsuya Hattori
哲也 服部
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
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority to JP29141295A priority Critical patent/JPH09133824A/en
Publication of JPH09133824A publication Critical patent/JPH09133824A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent the increase in transmission loss by precipitation of crystals in a glass film in forming a core layer. SOLUTION: Channel waveguides 3a are formed on a quartz substrate 1 and the surface thereof is covered with a clad glass layer 4. The respective channel waveguides 3a have upper and lower two-layered structures. The lower core glass layer 2 have 0.1 to 2μm thickness and contains at least >=2 kinds of additives among the respective additives of germanium, boron, phosphorus and titanium. The total content of the respective additives added thereto is regulated within a range of 13 to 20wt.%.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信システムに
使用される光導波路及びその製造方法に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an optical waveguide used in an optical communication system and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の光導波路の典型的な製造方法のフ
ローを図8に示す。まず、火炎堆積法により、石英やシ
リコン等の基板101上にガラス微粒子層102’を堆
積させ(同図(a))、次いでこれを1200℃以上の
温度で加熱し、堆積したガラス微粒子層を透明ガラス化
して下部クラッド層102を形成する(同図(b)/ガ
ラス組成:SiO2 −B2 3 −P2 5 )。次に、火
炎堆積法により、下部クラッド層102上にコア用のガ
ラス微粒子層103’を堆積させ(同図(c))、この
後、再び1200℃以上の温度で加熱し、このガラス微
粒子層103’を透明ガラス化してコア層103を形成
する(同図(d)/ガラス組成:SiO2−B2 3
2 5 −GeO2 )。次に、フォトリソグラフィ技術
により、コア層103上にマスクパターンを形成した
後、これをマスクとしてエッチングを行い、所望のパタ
ーンの光導波路103aを形成する(同図(e))。そ
して、この上に再び火炎堆積法でガラス微粒子層10
4’を堆積した後(同図(f))、透明ガラス化して上
部クラッド層104を形成する(同図(g)/ガラス組
成:SiO2 −B2 3 −P2 5 )。
2. Description of the Related Art FIG. 8 shows a flow of a typical method of manufacturing a conventional optical waveguide. First, a glass particle layer 102 ′ is deposited on a substrate 101 such as quartz or silicon by a flame deposition method (FIG. 10A), and then this is heated at a temperature of 1200 ° C. or higher to remove the deposited glass particle layer. The lower clad layer 102 is formed into a transparent glass (FIG. 2B / glass composition: SiO 2 —B 2 O 3 —P 2 O 5 ). Next, a glass fine particle layer 103 ′ for a core is deposited on the lower clad layer 102 by the flame deposition method ((c) in the same figure), and thereafter, the glass fine particle layer is heated again at a temperature of 1200 ° C. or higher. 103 'and transparent glass to form the core layer 103 (FIG. (d) / glass composition: SiO 2 -B 2 O 3 -
P 2 O 5 -GeO 2). Next, a mask pattern is formed on the core layer 103 by a photolithography technique, and then etching is performed using this as a mask to form an optical waveguide 103a having a desired pattern ((e) in the figure). Then, the glass fine particle layer 10 is again formed thereon by the flame deposition method.
After depositing 4 ′ (FIG. 6 (f)), the glass is transparentized to form the upper cladding layer 104 (FIG. 4 (g) / glass composition: SiO 2 —B 2 O 3 —P 2 O 5 ).

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、このようにし
て石英系ガラス光導波路を形成した場合、コア層を形成
する際に、このコア層となるガラス膜中に結晶が析出し
て伝送損失が劣化する問題点があった。
However, in the case where the silica glass optical waveguide is formed in this way, when the core layer is formed, crystals are deposited in the glass film that will be the core layer, resulting in a transmission loss. There was a problem of deterioration.

【0004】この結晶の析出には、均一核生成と不均一
核生成の2種類があり、不均一核生成は、液体及び固体
の表面及び界面或は不純物や異種物質との界面で起こり
やすい。この結晶の析出メカニズムは以下のように考察
される。ガラス転移温度(Tg)以上、結晶化温度(T
x)以下の温度範囲で石英ガラスを加熱処理すると、結
晶核が成長しその結晶(クリストバライト)は成長す
る。ガラスの表面に、Na、K、Ca、Feなどの不純
物が付着していると、この不純物を起点として取り囲む
ように結晶が析出し、その結晶の成長速度は、不純物の
存在によって10倍以上の速度で成長する(不均一核生
成)。
There are two types of crystal precipitation, homogeneous nucleation and heterogeneous nucleation. Heterogeneous nucleation is likely to occur on the surfaces and interfaces of liquids and solids, or on interfaces with impurities and foreign substances. The precipitation mechanism of this crystal is considered as follows. Glass transition temperature (Tg) or higher, crystallization temperature (T
x) When quartz glass is heat-treated in the temperature range of the following, crystal nuclei grow and the crystals (cristobalite) grow. When impurities such as Na, K, Ca, and Fe are attached to the surface of the glass, crystals are deposited so as to surround the impurities, and the growth rate of the crystals is 10 times or more due to the presence of the impurities. Grow at a rate (heterogeneous nucleation).

【0005】石英系ガラス光導波路用のコアガラスを形
成する際には、加熱処理が必要であり、この加熱処理
は、上記した温度範囲を通過することになる。例えば、
火炎堆積法により堆積したガラス微粒子層を透明ガラス
化する場合には、1400℃で10時間の加熱処理を行
う。このときガラス微粒子層を堆積させる基板に不純物
が付着していると、100μm以上の結晶が析出する。
この結晶は、光導波路のコア幅よりもはるかに大きく、
光信号の散乱源となり伝送損失の劣化原因となってしま
う。
When forming a core glass for a silica glass optical waveguide, a heat treatment is required, and this heat treatment passes through the above temperature range. For example,
When the glass fine particle layer deposited by the flame deposition method is turned into transparent glass, heat treatment is performed at 1400 ° C. for 10 hours. At this time, if impurities adhere to the substrate on which the glass fine particle layer is deposited, crystals of 100 μm or more are deposited.
This crystal is much larger than the core width of the optical waveguide,
It becomes a scattering source of the optical signal and causes deterioration of transmission loss.

【0006】このため、このような伝送損失を改善する
ためには結晶の除去が必要となるが、その発生原因とな
るNa、K、Ca、Feなどの不純物をガラス膜の製造
雰囲気中から完全に除去することは極めて困難である。
Therefore, in order to improve such a transmission loss, it is necessary to remove the crystal, but impurities such as Na, K, Ca, and Fe, which cause the generation, are completely removed from the glass film manufacturing atmosphere. It is extremely difficult to remove it.

【0007】本発明は、このような課題を解決すべく為
されたものであり、その目的は、このような結晶の析出
を十分に抑えて、伝送損失を十分に低減し得る光導波路
及びその製造方法を提供することにある。
The present invention has been made to solve such a problem, and an object thereof is an optical waveguide capable of sufficiently suppressing the precipitation of such a crystal and sufficiently reducing the transmission loss, and an optical waveguide thereof. It is to provide a manufacturing method.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】基板上に不純物が存在し
ていても結晶の発生を抑制するには、結晶化温度(T
x)−ガラス転移温度(Tg)の温度差を拡げることが
最も有効である。そこで、本発明では、ガラスの網目構
造を助長する添加物(ホウ素、リン、チタン、ゲルマニ
ウム)による網目形成酸化物を、基板とコア部との間の
第1ガラス微粒子層に添加することで、結晶の析出を抑
制する。
To suppress the generation of crystals even if impurities are present on the substrate, the crystallization temperature (T
It is most effective to widen the temperature difference of x) -glass transition temperature (Tg). Therefore, in the present invention, by adding a network-forming oxide by an additive (boron, phosphorus, titanium, germanium) that promotes the network structure of glass to the first glass fine particle layer between the substrate and the core portion, Suppress precipitation of crystals.

【0009】すなわち、請求項1にかかる光導波路は、
基板と、この基板上に形成され、0.5〜2μmの厚み
を有する第1コアガラス部と、第1コアガラス部上に形
成された第2コアガラス部と、第1及び第2コアガラス
部を覆うように基板上に形成されたクラッドガラス部と
を備え、第1コアガラス部は、ゲルマニウム、ホウ素、
リン、チタンの各添加物のうち、少なくとも2種以上の
添加物を含むと共に、この第1コアガラス部に添加され
た各添加物の総量が13〜20wt%の範囲として構成
する。また、請求項2にかかる光導波路では、この基板
は石英基板で構成する。
That is, the optical waveguide according to claim 1 is
Substrate, first core glass part formed on the substrate and having a thickness of 0.5 to 2 μm, second core glass part formed on the first core glass part, and first and second core glass A clad glass part formed on the substrate so as to cover the part, and the first core glass part comprises germanium, boron,
Among the respective additives of phosphorus and titanium, at least two or more kinds of additives are contained, and the total amount of the respective additives added to the first core glass part is set to a range of 13 to 20 wt%. Further, in the optical waveguide according to claim 2, this substrate is made of a quartz substrate.

【0010】請求項3にかかる光導波路の製造方法は、
ゲルマニウム、ホウ素、リン、チタンの各添加物のう
ち、少なくとも2種以上の添加物を火炎バーナに供給
し、基板上にコア用の第1ガラス微粒子層を堆積させる
第1工程と、堆積させた第1ガラス微粒子層上に、コア
用の第2ガラス微粒子層を堆積させる第2工程と、基板
上の第1及び第2微粒子層を焼結して透明ガラス化する
第3工程と、透明ガラス化した第1及び第2微粒子層を
所定のコア形状にパターニングする第4工程と、パター
ニングされた第1及び第2微粒子層上に、クラッド用の
第3ガラス微粒子層を堆積させる第5工程と、堆積させ
た第3ガラス微粒子層を焼結して透明ガラス化する第6
工程とを備える。そして、第1工程では、第1ガラス微
粒子層に添加する各添加物の総量が13〜20wt%の
範囲であり、かつ、焼結後の第1ガラス微粒子層の厚み
が0.5〜2μmの範囲となるように、火炎バーナに供
給する各添加物の供給流量と第1ガラス微粒子層の堆積
時間とを制御することを特徴とする。
A method of manufacturing an optical waveguide according to claim 3 is
At least two or more kinds of additives of germanium, boron, phosphorus, and titanium are supplied to the flame burner to deposit the first glass fine particle layer for the core on the substrate, and the first step is performed. A second step of depositing a second glass fine particle layer for a core on the first glass fine particle layer, a third step of sintering the first and second fine particle layers on the substrate to form a transparent glass, and a transparent glass A fourth step of patterning the converted first and second fine particle layers into a predetermined core shape, and a fifth step of depositing a third glass fine particle layer for cladding on the patterned first and second fine particle layers A. Sintering the deposited third glass fine particle layer to form a transparent glass
And a process. Then, in the first step, the total amount of each additive added to the first glass fine particle layer is in the range of 13 to 20 wt%, and the thickness of the first glass fine particle layer after sintering is 0.5 to 2 μm. It is characterized in that the supply flow rate of each additive supplied to the flame burner and the deposition time of the first glass fine particle layer are controlled so as to fall within the range.

【0011】本件発明者の研究の結果、以下のことが明
らかになった。このような光導波路では、第1ガラス微
粒子層に対する、上記した各添加物の総添加量が13w
t%未満となると、基板界面に不純物が存在すると結晶
が析出する状態となり、また、総添加量が20wt%を
超えると、1400℃付近の温度で加熱するとB2O3
或はP2O5リッチな分相を生じる。さらに、第1ガラ
ス微粒子層の厚みが0.5μmよりも薄くなると、基板
界面に不純物が存在すると結晶が析出する状態となり厚
みが2μmよりも厚くなると、1400℃付近で加熱す
ると、高濃度ガラス層としての第2ガラス微粒子層に原
子が拡散しコアガラスが変形する結果となる。このた
め、第1ガラス微粒子層は、各添加物の総量が13〜2
0wt%の範囲であり、かつ、厚みが0.5〜2μmの
範囲に規定した。
As a result of the research conducted by the present inventor, the following facts have become clear. In such an optical waveguide, the total amount of each of the above additives added to the first glass fine particle layer is 13 w.
If it is less than t%, crystals will be precipitated if impurities are present at the substrate interface, and if the total addition amount exceeds 20 wt%, B2O3 will be generated when heated at a temperature near 1400 ° C.
Alternatively, a P2O5 rich phase separation occurs. Further, when the thickness of the first glass fine particle layer becomes thinner than 0.5 μm, crystals are precipitated in the presence of impurities at the substrate interface, and when the thickness becomes thicker than 2 μm, when heated at around 1400 ° C., the high-concentration glass layer is formed. As a result, atoms are diffused into the second glass fine particle layer and the core glass is deformed. Therefore, the total amount of each additive in the first glass fine particle layer is 13 to 2
The thickness was defined as 0 wt% and the thickness was in the range of 0.5 to 2 μm.

【0012】なお、ゲルマニウム、ホウ素、リン、チタ
ンの各添加物のうち、少なくとも2種以上の添加物を用
いることとしたのは、このうちの1種だけを用いたので
は、所望の比屈折率差(Δn)を得ることができないた
めである。
It is to be noted that among the additives of germanium, boron, phosphorus and titanium, it is decided to use at least two or more kinds of additives, since only one of them is used, a desired relative refractive index is obtained. This is because the rate difference (Δn) cannot be obtained.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

<実施例>以下、図1を参照して、光導波路の製造方法
を工程順に説明する。
<Example> Hereinafter, a method of manufacturing an optical waveguide will be described step by step with reference to FIG.

【0014】まず、火炎堆積法により、形状φ3inc
h×t1mmの石英基板1上にSiO2 を主成分とする
コア用のガラス微粒子層2’を3分間堆積した(図1
(a))。この際、火炎バーナ20にSiCl4 、BC
3 、POCl3 、GeCl4、H2 、O2 、Arを図
表1−a欄(図5)に示す流量で供給した。引き続き、
図表1−b欄(図5)に示す流量でコア用のガラス微粒
子層3’を19分間堆積した(図1(b))。
First, a shape of φ3 inc is obtained by the flame deposition method.
On the quartz substrate 1 of h × t1 mm, a glass fine particle layer 2 ′ for a core containing SiO 2 as a main component was deposited for 3 minutes (FIG. 1).
(A)). At this time, the flame burner 20 has SiCl 4 , BC
l 3 , POCl 3 , GeCl 4 , H 2 , O 2 , and Ar were supplied at the flow rates shown in the column 1-a (Fig. 5) of the chart. Continued
The glass fine particle layer 3 ′ for core was deposited for 19 minutes at the flow rate shown in the column (b) of FIG. 1 (FIG. 5) (FIG. 1 (b)).

【0015】次に、石英基板1上に堆積させた各コア用
のガラス微粒子層2’、3’に対し、1400℃で4時
間、加熱処理を施し透明ガラス化した(図1(c))。
ガラス微粒子層2’に相当するコアガラス層2の厚みは
2μm、コアガラス層2中のB2 3 、P2 5 、Ge
2 の総添加量は16.8wt%であった。一方、ガラ
ス微粒子層3’に相当するコアガラス層3の厚みは6μ
m、またコアガラス層3中のB2 3 、P2 5 、Ge
2 の総添加量は11.0wt%であった。このときコ
アガラス層3中に析出した5μm以上の結晶数は7個/
mm2 であった。
Next, the glass fine particle layers 2 ′ and 3 ′ for each core deposited on the quartz substrate 1 were heat-treated at 1400 ° C. for 4 hours to be transparent vitrified (FIG. 1C). .
The core glass layer 2 corresponding to the glass fine particle layer 2 ′ has a thickness of 2 μm, and B 2 O 3 , P 2 O 5 , Ge in the core glass layer 2 are contained.
The total amount of O 2 added was 16.8 wt%. On the other hand, the thickness of the core glass layer 3 corresponding to the glass fine particle layer 3 ′ is 6 μm.
m, and B 2 O 3 , P 2 O 5 , Ge in the core glass layer 3
The total amount of O 2 added was 11.0 wt%. At this time, the number of crystals of 5 μm or more deposited in the core glass layer 3 is 7 /
It was mm 2 .

【0016】次に、フォトリソグラフィ技術により、透
明ガラス化したコアガラス層3と共に、コアガラス層2
をパターン化して、複数のチャネル導波路3aを形成し
た(図1(d))。従って、この各チャネル導波路3a
は、コアガラス層2とコアガラス層3とにより形成され
ている。
Next, the core glass layer 2 and the core glass layer 3 which has been made into a transparent glass by photolithography are used.
Was patterned to form a plurality of channel waveguides 3a (FIG. 1 (d)). Therefore, each channel waveguide 3a
Is formed by the core glass layer 2 and the core glass layer 3.

【0017】次に、形成したチャネル導波路3aの全体
を埋め込むために、火炎バーナ20にSiCl4 、BC
3 、POCl3 、H2 、O2 、Arを図表1−c欄
(図5)に示す流量で供給し、ガラス微粒子層4’を堆
積した(図1(e))。この後、ガラス微粒子層4’に
対し、1250℃で4時間加熱処理を施して透明化し、
上部クラッドガラス層4を形成した(図1(f))。導
波路の構造は、コア断面形状が8×8μm、比屈折率差
が0.3%となるように合成した(図2)。
Next, in order to embed the entire formed channel waveguide 3a, the flame burner 20 is filled with SiCl 4 , BC.
l 3 , POCl 3 , H 2 , O 2 , and Ar were supplied at the flow rates shown in the column 1-c of FIG. 1 (FIG. 5) to deposit the glass fine particle layer 4 ′ (FIG. 1 (e)). Thereafter, the glass fine particle layer 4 ′ is subjected to heat treatment at 1250 ° C. for 4 hours to be transparent,
The upper clad glass layer 4 was formed (FIG. 1 (f)). The waveguide structure was synthesized so that the core cross-sectional shape was 8 × 8 μm and the relative refractive index difference was 0.3% (FIG. 2).

【0018】以上の工程を経て作製した直線光導波路の
導波損失は、0.06±0.03dB/cmであった。
作製した導波路の両端にシングルモードファイバアレイ
を接続して測定したところ、各ポートの接続損失は、
0.90±0.03dBとなり、比較的良好な特性が得
られた。
The waveguide loss of the linear optical waveguide manufactured through the above steps was 0.06 ± 0.03 dB / cm.
When a single mode fiber array was connected to both ends of the fabricated waveguide and measured, the connection loss at each port was
It was 0.90 ± 0.03 dB, and relatively good characteristics were obtained.

【0019】<比較例1>前述した実施例と同様に光導
波路を製造したが、この比較例1では、コアガラス層2
を形成せず、石英基板1上に直接、コアガラス層3を形
成した。ここでは、基板上が不純物で汚染されている場
合の例を示す。
<Comparative Example 1> An optical waveguide was manufactured in the same manner as in the above-described Example, but in Comparative Example 1, the core glass layer 2 was used.
The core glass layer 3 was formed directly on the quartz substrate 1 without forming. Here, an example in which the substrate is contaminated with impurities is shown.

【0020】まず、火炎堆積法により、形状φ3inc
h×t1mmの石英基板1上にSiO2 を主成分とする
ガラス微粒子層3’を22分間堆積した。この際、火炎
バーナ20にSiCl4 、BCl3 、POCl3 、Ge
Cl4 、H2 、O2 、Arを図表2−a欄(図6)に示
す流量で供給した。
First, a shape of φ3 inc was obtained by the flame deposition method.
A glass fine particle layer 3 ′ containing SiO 2 as a main component was deposited on a quartz substrate 1 of h × t1 mm for 22 minutes. At this time, the flame burner 20 is covered with SiCl 4 , BCl 3 , POCl 3 , Ge.
The Cl 4, H 2, O 2 , Ar were supplied at a flow rate shown in Figure 2-a column (Fig. 6).

【0021】次に、石英基板1上に堆積させたガラス微
粒子層3’に対し、1400℃で4時間、加熱処理を施
して透明ガラス化しコアガラス層3を形成した。形成さ
れたコアガラス層3の厚みは8μm、またコアガラス層
3中のB2 3 、P2 5 、Ge02 の総添加量は1
1.0wt%であった。このときコアガラス層3中に析
出した5μm以上の結晶数は560個/mm2 であっ
た。
Next, the glass fine particle layer 3'deposited on the quartz substrate 1 was heat-treated at 1400 ° C. for 4 hours to be transparent vitrified to form the core glass layer 3. The thickness of the formed core glass layer 3 is 8 μm, and the total addition amount of B 2 O 3 , P 2 O 5 , and Ge0 2 in the core glass layer 3 is 1 μm.
It was 1.0 wt%. At this time, the number of crystals of 5 μm or more deposited in the core glass layer 3 was 560 / mm 2 .

【0022】次に、透明ガラス化したコアガラス層3を
フォトリソグラフィ技術によりパターン化して、複数の
チャネル導波路3aを形成した。次に、形成したチャネ
ル導波路3aの全体を埋め込むために、火炎バーナ20
にSiCl4 、BCl3 、POCl3 、H2 、O2 、A
rを図表2−b欄(図6)に示す流量で供給し、ガラス
微粒子層4’を堆積した。この後、ガラス微粒子層4’
に対し、1250℃で4時間加熱処理を施して透明化
し、上部クラッドガラス層4を形成した。導波路の構造
は、コア断面形状が8×8μm、比屈折率差が0.3%
となるように合成した(図3)。
Next, the transparent vitrified core glass layer 3 was patterned by a photolithography technique to form a plurality of channel waveguides 3a. Next, in order to embed the entire formed channel waveguide 3a, the flame burner 20
SiCl 4 , BCl 3 , POCl 3 , H 2 , O 2 , A
r was supplied at the flow rate shown in the column (b) of FIG. 2 (FIG. 6) to deposit the glass fine particle layer 4 ′. After this, the glass fine particle layer 4 '
On the other hand, the upper clad glass layer 4 was formed by heat treatment at 1250 ° C. for 4 hours to make it transparent. The waveguide structure has a core cross-sectional shape of 8 × 8 μm and a relative refractive index difference of 0.3%.
(Fig. 3).

【0023】以上の工程を経て作製した直線光導波路の
導波損失は、1.53±0.72dB/cmであり、上
記実施例に比べて大きく劣化していた。この導波損失の
劣化原因は、コアガラス層3中に析出したクリストバラ
イト結晶によって、光の散乱が生じたためであると考え
ることができる。石英基板表面に付着している不純物を
核として結晶が析出するが、導波損失を改善するために
はこの不純物を除去することが必要である。しかし、安
定した品質を得るという観点から、全ての基板に対して
付着している不純物を完全に除去できれば理想的である
が、このように不純物を完全に除去することは極めて困
難である。
The waveguide loss of the linear optical waveguide manufactured through the above steps is 1.53 ± 0.72 dB / cm, which is much worse than that of the above-mentioned embodiment. It can be considered that the cause of the deterioration of the waveguide loss is that light is scattered by the cristobalite crystals deposited in the core glass layer 3. Crystals are deposited using the impurities adhering to the surface of the quartz substrate as nuclei, but it is necessary to remove these impurities in order to improve the waveguide loss. However, from the viewpoint of obtaining stable quality, it is ideal if impurities attached to all substrates can be completely removed, but it is extremely difficult to completely remove impurities in this way.

【0024】そこで、基板表面に不純物が多少付着して
いても、その上に化学的に安定なガラスを形成すれば、
結晶の析出は低減できる。ガラスの網目構造を助長する
添加物(ホウ素等)を石英ガラスに添加すると化学的に
安定なガラスが形成できる。結晶が析出しない添加物濃
度は13wt%以上であり、基板とコアガラス層との間
に厚さ0.5μm以上のガラス層(下部ガラス層2)を
形成すれば、コアガラスの結晶の析出は低減できる。
Therefore, even if some impurities are attached to the surface of the substrate, if chemically stable glass is formed thereon,
Crystal precipitation can be reduced. When an additive (boron or the like) that promotes the network structure of glass is added to quartz glass, chemically stable glass can be formed. The additive concentration at which crystals do not precipitate is 13 wt% or more, and if a glass layer (lower glass layer 2) having a thickness of 0.5 μm or more is formed between the substrate and the core glass layer, the crystals of the core glass will not be precipitated. It can be reduced.

【0025】この比較例1では、ガラス層中の添加物濃
度は13%未満であるので、基板表面の不純物の核とし
てコアガラス層中に結晶が析出し、伝送損失が劣化した
ものと考えられる。これに対し、前述の実施例では、石
英基板1上に厚さ2μmであり、かつ添加物濃度が13
wt%以上のガラス層(下部ガラス層2)を形成してい
るので、基板表面の不純物を核とした結晶の析出は低減
でき、伝送損失は良好であった。
In Comparative Example 1, since the additive concentration in the glass layer was less than 13%, it is considered that crystals were deposited in the core glass layer as nuclei of impurities on the substrate surface and the transmission loss was deteriorated. . On the other hand, in the above-mentioned embodiment, the thickness is 2 μm and the additive concentration is 13 on the quartz substrate 1.
Since the glass layer (lower glass layer 2) of not less than wt% was formed, the precipitation of crystals having impurities as nuclei on the substrate surface could be reduced, and the transmission loss was good.

【0026】<比較例2>前述した実施例と同様に光導
波路を製造したが、この比較例2では、実施例1に対
し、コアガラス層2、3を形成するためのガラス微粒子
層2’、3’の堆積時間を相異させて製造を実施した。
<Comparative Example 2> An optical waveguide was manufactured in the same manner as in the above-mentioned Example, but in Comparative Example 2, the glass fine particle layer 2'for forming the core glass layers 2 and 3 was formed in comparison with Example 1. The manufacturing was performed with different deposition times of 3 '.

【0027】まず、火炎堆積法により、形状φ3inc
h×t1mmの石英基板1上にSiO2 を主成分とする
コア用のガラス微粒子層2’を11分間堆積した。この
際、火炎バーナ20にSiCl4 、BCl3 、POCl
3 、GeCl4 、H2 、O2、Arを図表3−a欄(図
7)に示す流量で供給した。引き続き、図表3−b欄
(図7)に示す流量でコア用のガラス微粒子層3’を1
1分間堆積した。
First, a shape of φ3 inc is obtained by the flame deposition method.
On the quartz substrate 1 of h × t1 mm, a glass fine particle layer 2 ′ for a core containing SiO 2 as a main component was deposited for 11 minutes. At this time, the flame burner 20 is coated with SiCl 4 , BCl 3 , POCl
3, a GeCl 4, H 2, O 2 , Ar were supplied at flow rates shown in Figure 3-a column (Fig. 7). Subsequently, the glass fine particle layer 3 ′ for the core is set to 1 at the flow rate shown in the column (b) of FIG.
It was deposited for 1 minute.

【0028】次に、石英基板1上に堆積させた各コア用
のガラス微粒子層2’、3’に対し、1400℃で4時
間、加熱処理を施し透明ガラス化した。ガラス微粒子層
2’に相当するコアガラス層2の厚みは4μm、コアガ
ラス層2中のB2 3 、P25 、GeO2 の総添加量
は16.8wt%であった。一方、ガラス微粒子層’3
に相当するコアガラス層3の厚みは4μm、またコアガ
ラス層3中のB2 3、P2 5 、Ge02 の総添加量
は11.0wt%であった。このときコアガラス層3中
に析出した5μm以上の結晶数は5個/mm2 であっ
た。
Next, the glass fine particle layers 2 ′ and 3 ′ for each core deposited on the quartz substrate 1 were subjected to heat treatment at 1400 ° C. for 4 hours to obtain transparent vitrification. The core glass layer 2 corresponding to the glass fine particle layer 2 ′ had a thickness of 4 μm, and the total amount of B 2 O 3 , P 2 O 5 , and GeO 2 added to the core glass layer 2 was 16.8 wt%. On the other hand, glass particle layer '3
The thickness of the core glass layer 3 corresponding to 4 μm was 4 μm, and the total amount of B 2 O 3 , P 2 O 5 and GeO 2 added in the core glass layer 3 was 11.0 wt%. At this time, the number of crystals of 5 μm or more deposited in the core glass layer 3 was 5 / mm 2 .

【0029】次に、フォトリソグラフィ技術により、透
明ガラス化したコアガラス層3と共にコアガラス層2を
パターン化して、複数のチャネル導波路3aを形成し
た。
Next, the core glass layer 2 was patterned together with the transparent vitrified core glass layer 3 by a photolithography technique to form a plurality of channel waveguides 3a.

【0030】次に、形成したチャネル導波路3aの全体
を埋め込むために、火炎バーナ20にSiCl4 、BC
3 、POCl3 、H2 、O2 、Arを図表3−c欄
(図7)に示す流量で供給し、ガラス微粒子層4’を堆
積した。この後、ガラス微粒子層4’に対し、1250
℃で4時間加熱処理を施して透明化し、上部クラッドガ
ラス層4を形成した。導波路の構造は、コア断面形状が
8×8μm、比屈折率差が0.3%となるように合成し
た(図4)。
Next, in order to embed the entire formed channel waveguide 3a, the flame burner 20 is filled with SiCl 4 , BC.
l 3 , POCl 3 , H 2 , O 2 , and Ar were supplied at the flow rates shown in column (c) of Fig. 3-c (Fig. 7) to deposit the glass fine particle layer 4 '. Then, 1250 to the glass fine particle layer 4 '.
The upper clad glass layer 4 was formed by heat treatment at 4 ° C. for 4 hours to make it transparent. The waveguide structure was synthesized so that the core cross-sectional shape was 8 × 8 μm and the relative refractive index difference was 0.3% (FIG. 4).

【0031】以上の工程を経て作製した直線光導波路の
導波損失は、0.31±0.08dB/cmであった。
作製した導波路の両端にシングルモードファイバアレイ
を接続して測定したところ、各ポートの接続損失は、
0.22±0.07dBとなり、前述の実施例に比べて
劣化していた。
The waveguide loss of the linear optical waveguide manufactured through the above steps was 0.31 ± 0.08 dB / cm.
When a single mode fiber array was connected to both ends of the fabricated waveguide and measured, the connection loss at each port was
The value was 0.22 ± 0.07 dB, which was deteriorated as compared with the above-mentioned embodiment.

【0032】この導波損失の劣化原因は次のように考え
ることができる。通常、コアガラスの軟化温度は、上部
クラッドガラス層4の軟化点温度よりも100℃以上高
くなるように添加物の添加量を調整することで、コアガ
ラスの軟化変形を防いでいる。しかし、比較例2のコア
ガラス層(図表3−a欄)の軟化温度は上部クラッドガ
ラス層よりも50℃高いだけである。比較例2のコアガ
ラス層のように、添加物の添加量の多いコアガラスは、
上部クラッドガラス層を形成する際の温度で軟化変形
し、そのためシングルモードファイバと直線導波路との
モードフィールドパターンのミスマッチにより損失が発
生したと考えられる。
The cause of the deterioration of the waveguide loss can be considered as follows. Usually, the softening deformation of the core glass is prevented by adjusting the addition amount of the additive so that the softening temperature of the core glass is 100 ° C. or more higher than the softening point temperature of the upper clad glass layer 4. However, the softening temperature of the core glass layer of Comparative Example 2 (column in Figure 3-a) is only 50 ° C. higher than that of the upper clad glass layer. Like the core glass layer of Comparative Example 2, the core glass having a large amount of the additive added is
It is considered that the softening deformation occurred at the temperature when the upper clad glass layer was formed, and therefore the loss was caused by the mismatch of the mode field patterns of the single mode fiber and the straight waveguide.

【0033】この比較例2により、コアガラス層2に対
して添加するホウ素とリンを多くすると上部クラッドガ
ラス形成時にコアガラスが熱により軟化変形することが
判る。
From Comparative Example 2, it is understood that when the amount of boron and phosphorus added to the core glass layer 2 is increased, the core glass is softened and deformed by heat when the upper clad glass is formed.

【0034】[0034]

【発明の効果】以上説明したように、各請求項にかかる
光導波路或は光導波路の製造方法によれば、基板とコア
部との間に、ガラスの網目構造を助長し得る添加物を含
んでいるので、これにより、光導波路基板の製造過程に
おいて、結晶化温度(Tx)−ガラス転移温度(Tg)
の温度差を拡げることができ、これにより、基板上に不
純物が存在していても結晶の発生を抑制することができ
る。これにより、結晶の析出を十分に抑えて、光導波路
の伝送損失を十分に低減することが可能となる。
As described above, according to the optical waveguide or the method for manufacturing an optical waveguide according to each claim, an additive capable of promoting a glass network structure is contained between the substrate and the core portion. Therefore, in the manufacturing process of the optical waveguide substrate, the crystallization temperature (Tx) -glass transition temperature (Tg)
It is possible to widen the temperature difference between the two and thereby to suppress the generation of crystals even if impurities are present on the substrate. Thereby, it becomes possible to sufficiently suppress the precipitation of crystals and sufficiently reduce the transmission loss of the optical waveguide.

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

【図1】(a)〜(f)は、本実施例にかかる光導波路
の製造方法を順に示す工程図である。
1A to 1F are process diagrams sequentially showing a method of manufacturing an optical waveguide according to the present embodiment.

【図2】本実施例にかかる光導波路を示す側面図であ
る。
FIG. 2 is a side view showing an optical waveguide according to the present embodiment.

【図3】比較例1にかかる光導波路を示す側面図であ
る。
FIG. 3 is a side view showing an optical waveguide according to Comparative Example 1.

【図4】比較例2にかかる光導波路を示す側面図であ
る。
FIG. 4 is a side view showing an optical waveguide according to a comparative example 2.

【図5】実施例にかかる光導波路の各層の形成時に、火
炎バーナに供給する原料ガスの流量及び堆積時間を示す
図表である。
FIG. 5 is a chart showing a flow rate and a deposition time of a source gas supplied to a flame burner when forming each layer of the optical waveguide according to the example.

【図6】比較例1にかかる光導波路の各層の形成時に、
火炎バーナに供給する原料ガスの流量及び堆積時間を示
す図表である。
FIG. 6 is a diagram illustrating the process of forming each layer of the optical waveguide according to Comparative Example 1,
It is a chart showing the flow rate and deposition time of the source gas supplied to the flame burner.

【図7】比較例2にかかる光導波路の各層の形成時に、
火炎バーナに供給する原料ガスの流量及び堆積時間を示
す図表である。
FIG. 7 is a diagram showing a case where each layer of the optical waveguide according to Comparative Example 2 is formed,
It is a chart showing the flow rate and deposition time of the source gas supplied to the flame burner.

【図8】(a)〜(g)は従来の光導波路の製造方法を
順に示す工程図である。
8A to 8G are process diagrams sequentially showing a conventional method for manufacturing an optical waveguide.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…石英基板、2’…ガラス微粒子層(第1ガラス微粒
子層)、2…下部ガラス層(第1コアガラス部)、3’
…ガラス微粒子層(第2ガラス微粒子層)、3…コアガ
ラス層(第2コアガラス部)、4’…ガラス微粒子層
(第3ガラス微粒子層)、4…上部クラッドガラス層
(クラッドガラス部)。
1 ... Quartz substrate, 2 '... Glass fine particle layer (first glass fine particle layer), 2 ... Lower glass layer (first core glass part), 3'
... Glass fine particle layer (second glass fine particle layer), 3 ... Core glass layer (second core glass part), 4 '... Glass fine particle layer (third glass fine particle layer), 4 ... Upper clad glass layer (clad glass part) .

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板と、 前記基板上に形成され、0.5〜2μmの厚みを有する
第1コアガラス部と、 前記第1コアガラス部上に形成された第2コアガラス部
と、 前記第1及び第2コアガラス部を覆うように前記基板上
に形成されたクラッドガラス部とを備え、 前記第1コアガラス部は、ゲルマニウム、ホウ素、リ
ン、チタンの各添加物のうち、少なくとも2種以上の添
加物を含むと共に、この第1コアガラス部に添加された
前記各添加物の総量が13〜20wt%の範囲である光
導波路。
1. A substrate, a first core glass part formed on the substrate and having a thickness of 0.5 to 2 μm, a second core glass part formed on the first core glass part, A clad glass part formed on the substrate so as to cover the first and second core glass parts, wherein the first core glass part is at least 2 of each additive of germanium, boron, phosphorus and titanium. An optical waveguide containing at least one kind of additive, and the total amount of each additive added to the first core glass part is in the range of 13 to 20 wt%.
【請求項2】 前記基板は石英基板である請求項1記載
の光導波路。
2. The optical waveguide according to claim 1, wherein the substrate is a quartz substrate.
【請求項3】 ゲルマニウム、ホウ素、リン、チタンの
各添加物のうち、少なくとも2種以上の添加物を火炎バ
ーナに供給し、基板上にコア用の第1ガラス微粒子層を
堆積させる第1工程と、 堆積させた前記第1ガラス微粒子層上に、コア用の第2
ガラス微粒子層を堆積させる第2工程と、 前記基板上の第1及び第2微粒子層を焼結して透明ガラ
ス化する第3工程と、 透明ガラス化した前記第1及び第2微粒子層を所定のコ
ア形状にパターニングする第4工程と、 パターニングされた前記第1及び第2微粒子層上に、ク
ラッド用の第3ガラス微粒子層を堆積させる第5工程
と、 堆積させた前記第3ガラス微粒子層を焼結して透明ガラ
ス化する第6工程とを備え、 前記第1工程では、前記第1ガラス微粒子層に添加する
前記各添加物の総量が13〜20wt%の範囲であり、
かつ、焼結後の前記第1ガラス微粒子層の厚みが0.5
〜2μmの範囲となるように、前記火炎バーナに供給す
る前記各添加物の供給流量と前記第1ガラス微粒子層の
堆積時間とを制御することを特徴とする光導波路の製造
方法。
3. A first step of supplying at least two or more kinds of additives of germanium, boron, phosphorus and titanium to a flame burner and depositing a first glass fine particle layer for a core on a substrate. And a second core layer on the deposited first glass fine particle layer.
A second step of depositing a glass fine particle layer, a third step of sintering the first and second fine particle layers on the substrate to form transparent vitrification, and a predetermined step of forming the transparent vitrified first and second fine particle layers. A fourth step of patterning into a core shape, a fifth step of depositing a third glass fine particle layer for cladding on the patterned first and second fine particle layers, and the deposited third glass fine particle layer And a sixth step of forming a transparent glass by sintering, wherein in the first step, the total amount of each additive added to the first glass fine particle layer is in the range of 13 to 20 wt%,
Moreover, the thickness of the first glass fine particle layer after sintering is 0.5.
A method for manufacturing an optical waveguide, characterized in that the supply flow rate of each additive supplied to the flame burner and the deposition time of the first glass fine particle layer are controlled so as to fall within a range of ˜2 μm.
JP29141295A 1995-11-09 1995-11-09 Optical waveguide and its production Pending JPH09133824A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP29141295A JPH09133824A (en) 1995-11-09 1995-11-09 Optical waveguide and its production

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP29141295A JPH09133824A (en) 1995-11-09 1995-11-09 Optical waveguide and its production

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH09133824A true JPH09133824A (en) 1997-05-20

Family

ID=17768561

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP29141295A Pending JPH09133824A (en) 1995-11-09 1995-11-09 Optical waveguide and its production

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH09133824A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013210623A (en) * 2012-02-28 2013-10-10 Furukawa Electric Co Ltd:The Optical waveguide device and method of manufacturing the same
US10371890B2 (en) 2013-02-26 2019-08-06 Furukawa Electric Co., Ltd. Optical waveguide element

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013210623A (en) * 2012-02-28 2013-10-10 Furukawa Electric Co Ltd:The Optical waveguide device and method of manufacturing the same
US10371890B2 (en) 2013-02-26 2019-08-06 Furukawa Electric Co., Ltd. Optical waveguide element
US11125942B2 (en) 2013-02-26 2021-09-21 Furukawa Electric Co., Ltd. Optical waveguide element

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3551895B2 (en) Quartz optical waveguide and method of manufacturing the same
GB2292468A (en) Manufacturing method for an optical waveguide
JPH09133827A (en) Production of optical waveguide
JPH09133824A (en) Optical waveguide and its production
JP3070018B2 (en) Quartz optical waveguide and method of manufacturing the same
JPH09133823A (en) Optical waveguide and its production
JPH01189614A (en) Quartz system light waveguide and its manufacture
JP3196797B2 (en) Manufacturing method of laminated quartz optical waveguide
JPH05257021A (en) Production of optical waveguide
JP2682919B2 (en) Optical waveguide and method of manufacturing the same
JPH06263452A (en) Production of optical waveguide
JP2001074959A (en) Embedded type optical waveguide and its production
JPS59137346A (en) Manufacture of glass waveguide
JP3840835B2 (en) Method for manufacturing silica-based glass waveguide element
JPH05319843A (en) Production of curved optical waveguide substrate
JPH06250036A (en) Optical waveguide and its production
KR20020089871A (en) An optical waveguide device and fabrication method therefor
JP2000241636A (en) Quartz glass waveguide and manufacture thereof
JP2934008B2 (en) Method of manufacturing gradient index lens
JPH01152431A (en) Production of nonlinear light guide
JPH05232335A (en) Production of glass waveguide
JP2001183538A (en) Waveguide type optical device
JPS636506A (en) Production of optical waveguide
JPH0743541A (en) Production of optical waveguide
JPH04147104A (en) Manufacture of quartz waveguide