JPH10123357A - 光導波路に対するレーザ加工方法 - Google Patents

光導波路に対するレーザ加工方法

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JPH10123357A
JPH10123357A JP8282363A JP28236396A JPH10123357A JP H10123357 A JPH10123357 A JP H10123357A JP 8282363 A JP8282363 A JP 8282363A JP 28236396 A JP28236396 A JP 28236396A JP H10123357 A JPH10123357 A JP H10123357A
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optical waveguide
laser
laser light
processing method
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Keiji Tsunetomo
啓司 常友
Tadashi Koyama
正 小山
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Nippon Sheet Glass Co Ltd
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    • G02B2006/12183Ion-exchange
    • G02B2006/12185Ion-exchange field-assisted ion-exchange

Abstract

(57)【要約】 【課題】 正確に光導波路の端面にレーザ光の焦点を一
致させなくとも、コアの部分のみに光ファイバーの嵌合
穴を形成する。 【解決手段】 光導波路の端面にレーザ光を照射するに
あたり、レーザ光の焦点が光導波路の端面からずれ、照
射範囲がコアとその周辺を含む領域となるようにする。
そして、レーザ光のエネルギーを徐々に増加させ、コア
の部分で蒸発(アブレーション)が始ったならば、その
ままの強度でレーザ光を数パルス照射し、コアの部分に
のみ穴を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は光導波路のコアに例
えば光ファイバーを嵌合させる穴をレーザ光にて形成す
る方法に関する。
【0002】
【従来の技術】光通信は、大容量の情報を高速伝達でき
ることから、電話通信用の基幹回線やLAN(ローカル
エリアネットワーク)の回線或いは装置間のデータ通信
などの様々な分野で使用されている。斯かる光通信で信
号を伝達するための媒体となるのが光ファイバーであ
り、この光ファイバーと光導波路を組み合わせて光の分
岐・合流を行なっている。
【0003】光導波路を介して光ファイバーに光を効率
よく導入したり、光ファイバーから光導波路へ効率よく
光を導入するには、光が伝搬される光ファイバーのコア
と光導波路のコアとを一致させることが必要になる。し
かしながら光ファイバーのコア径は種類によっても異な
るが、例えば石英系のシングルモードファイバーのコア
径は数μmであり、このコアを光導波路のコアに合せる
には、極めて精密なステージが必要となり且つ調芯のた
めの時間もかかる。
【0004】そこで、凹凸嵌合によって光ファイバーの
コアと光導波路のコアとを調芯する技術が、特開平5−
11134号公報及び特開平2−33105号公報に開
示されている。また、光導波路ではないがマイクロレン
ズの焦点位置に光ファイバーのコア嵌合用の穴を形成す
る技術が特開平7−244222号公報及び特開平7−
248428号公報に開示されている。
【0005】特開平5−11134号公報に開示される
内容は、マイクロドリル、マイクロエンドミル及び電着
砥石を用いて、光導波路のコアの部分に嵌合穴を穿設す
るようにしたものである。
【0006】特開平7−244222号公報及び特開平
7−248428号公報に開示される内容は、レンズの
端面に加熱された円錐状のダイヤモンド圧子を押し付け
て凹部を形成し、この凹部に光ファイバーの先端面に形
成した凸部を嵌合せしめるようにしたものである。
【0007】特開平2−33105号公報に開示される
内容は、光導波路のコア層の一端面からコア層内を伝搬
するモニタ光を入射せしめ、光導波路の反対側の端面か
ら出射してくる該モニタ光を参照しつつ、モニタ光にC
2レーザを重畳させ、コア部に光ファイバーを挿入す
るための凹部を形成するようにしたものである。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】特開平5−11134
号公報、特開平7−244222号公報或いは特開平7
−248428号公報に開示される方法にあっては、い
ずれも微細な機械加工が必要となり量産には不向きであ
る。
【0009】レーザ光を使用した特開平2−33105
号公報に開示される方法では、モニタ光を参照して焦点
位置を確認しつつ、微動ステージ等により、光導波路の
位置を微調整しながら加工しなければならず、極めて時
間がかかり歩留りも悪い。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明に係る光導波路に対するレーザ加工方法は、光導
波路として、基板内に光が伝搬する屈折率の高いコアを
有し、且つ屈折率の高さに比例してレーザ吸収性が高く
なるものとし、この光導波路の端面のうち屈折率の高い
コアを含む領域に、コアに対しては溶融・蒸発若しくは
アブレーションさせる閾値以上の強度となり、コア以外
に対しては当該閾値に達しない強度となるレーザ光を照
射し、コアの部分にのみ穴を形成するようにした。
【0011】上記の加工を可能とするには、レーザ吸収
性と屈折率とが比例関係になることが必要である。この
ためにはコアとなる部分に、例えばAg原子、Agコロイ
ドまたはAgイオンの形態で銀を導入する。
【0012】このようなレーザ吸収性に優れた部分を設
けることで、従来であれば、ガラスに照射することで穴
をあけ得るレーザ光は、波長193nmのArFエキシ
マレーザやCO2レーザに限られていたが、XeFエキシ
マレーザ、Nd:YAGレーザ、Ti:Al23レーザ及
びその高調波及び波長変換された光、或いは色素レーザ
を使用することが可能になる。これらレーザ光は光導波
路を構成する基材に対する吸収係数が低いため、コアの
部分のみに容易に穴を形成できる。
【0013】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。ここで、図1(a)〜(h)
は光導波路となるガラス基板にコアの部分を形成する工
程を説明した図であり、(a)〜(h)の左側の図面は
ガラス基板を正面から見た図、右側の図面はガラス基板
を側面から見た図である。
【0014】先ず、図1(a)に示すように、SiO2
23−Al23−Na2Oを主成分とするガラス基板の
表面に蒸着により金属膜を形成し、次いで同図(b)に
示すように、金属膜の上にレジスト膜を塗布し、次いで
同図(c)に示すように、このレジスト膜にフォトリソ
グラフィーによって露光と現像を施し、導波路パターン
を形成し、このレジスト膜を介して金属膜をエッチング
することで同図(d)に示すように、金属膜に導波路パ
ターンを形成し、更に同図(e)に示すように、レジス
ト膜を除去し、金属膜のみをガラス基板表面に残す。
【0015】この後、図2に示すイオン交換装置を用い
てガラス基板に対し1回目のイオン交換を行う。イオン
交換装置は、石英容器内に硝酸銀と硝酸ナトリウムを5
0mol%−50mol%で混合した溶融塩を満たしており、3
00℃に保持されたこの溶融塩中に前記ガラス基板を1
2分間浸漬し、ガラス基板表面のNaイオン(1価の陽
イオン)を溶出せしめ、図1(f)に示すように、溶融
塩中のAgイオンをガラス基板中に拡散せしめた。この
Agが拡散した層の厚さをX線マイクロアナライザーで
測定したところ約3μmであった。
【0016】この後、図1(f)に示すように、金属膜
(マスク)を除去し、図3に示すイオン交換装置を用い
てガラス基板に対し2回目のイオン交換を行う。イオン
交換装置は、硝酸ナトリウムと亜硝酸ナトリウムを3
7.5mol%−62.5mol%で混合した溶融塩を満たした
容器に、陽極と陰極を浸漬し、260℃で150V/m
mの電場を印加しながら1時間イオン交換を行なった。
電場を印加しながらイオン交換を行なうことで、Agイ
オンの一部はNaイオンと交換されるが大部分は図4に
示すようにガラス基板の内部に拡散して行く。
【0017】以上の処理により、図1(h)に示すよう
にガラス基板の内部にAgイオンの濃い部分が形成さ
れ、この部分が光が伝搬する屈折率の高いコアとなった
光導波路が得られる。このコアの径を測定したところ約
3μmであった。
【0018】次に、図5に示すように、上記によって得
られた光導波路の端面にレーザ光を照射する。照射にあ
たってはレーザ光の焦点が光導波路の端面からずれるよ
うにして、照射範囲がコアとその周辺を含む領域となる
ようにした。
【0019】また、レーザ光としてはNd−YAGレー
ザの第三高調波(波長355nm)を使用した。この時
のパルス幅は約10nsec、繰り返し周波数は5H
z、レンズに入射する前のレーザビーム径は約6mm
で、レーザ光はエネルギー密度を上げるために、焦点距
離100mmのレンズで集光し導波路端面に照射した。
尚、導波路端面での径は約500μmであった。
【0020】以上の光学系を用い、レーザ光のエネルギ
ーを徐々に増加させたところ、レーザ光のエネルギーが
約30mJ/pulseとなった時点で、コアの部分で
蒸発(アブレーション)が始ったので、そのエネルギー
で5パルスだけレーザ光を照射した。その結果、図6に
示すように光導波路のコアの部分に外径約3μm、深さ
約2μmの穴が形成された。前記したように光ファイバ
ーのコア径は数μmであるので、この穴を利用して光フ
ァイバーのコアを光導波路のコアに嵌合せしめることが
できる。
【0021】このように、本発明にあっては、レーザ光
の焦点位置をガラス基板の端面に合せる必要がなく、適
当な位置に決め、ある程度の広がりをもってコアを含む
領域にレーザ光を照射し、その後レーザ光のエネルギー
を徐々に高めてゆき、コアの部分が蒸発(アブレーショ
ン)を開始した時点でレーザ光の強度を決定すればよ
い。
【0022】また、レーザ光の照射角度については図7
に示すようにガラス基板の端面に対して斜めにしてもよ
い。この実施例のように、レーザ光を斜めに照射するこ
とで、レーザ光がコアの内部にまで侵入することを防止
でき、コアの内部にダメージを与えることがなくなる。
但し、レーザ光が光導波路の上方から入射すると、端面
以外の部分のコアが損傷することも考えられるので、照
射位置について考慮する必要がある。
【0023】尚、レーザ光としてはNd−YAGレーザ
の第三高調波(波長355nm)に限らず、XeF等の
エキシマレーザ、Nd:YAGレーザの第二高調波(波
長532nm)、Ti:Al23レーザ及びその高調波及
び波長変換された光、或いは色素レーザでもよい。
【0024】(比較例)光導波路としてタリウムイオン
を導入したものを用意し、図5に示した光学系でレーザ
光を光導波路の端面に照射した。レーザ光のエネルギー
が80mJ/pulseとなった時点で、光導波路の端
面で蒸発(アブレーション)が始ったので、そのエネル
ギーで5パルスだけレーザ光を照射した。その結果、コ
アだけでなくクラッドの部分まで蒸発しており、嵌合穴
としては不適であった。
【0025】
【発明の効果】以上に説明したように本発明によれば、
光導波路の端面にレーザ光を照射してコアの部分に光フ
ァイバなどを嵌合する穴を形成するにあたり、コアにつ
いてはレーザ吸収性を他の部分よりも高め、レーザ光の
照射範囲をコアを含むある程度広い領域とし、更にレー
ザ光の強度をコアの部分では溶融・蒸発若しくはアブレ
ーションさせる閾値以上となり、コア以外に対しては当
該閾値に達しないようにしたので、コアの位置に焦点を
一致させなくともコアの部分のみに穴を開けることがで
き、生産性が大幅に向上する。
【0026】また、イオン交換等の手段によって光導波
路を構成する基材中に、Ag原子、AgコロイドまたはA
gイオンの形態で銀を導入することで、屈折率とレーザ
吸収性の両方を同時に高めることができる。更に、レー
ザ吸収性を高めることで、従来ガラスの加工には使用で
きなかったエキシマレーザ、Nd:YAGレーザ、Ti:
Al23レーザ及びその高調波及び波長変換された光、
或いは色素レーザを使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)〜(h)は光導波路となるガラス基板に
コアの部分を形成する工程を説明した図
【図2】1回目のイオン交換に用いる装置の概略図
【図3】2回目のイオン交換に用いる装置の概略図
【図4】2回目のイオン交換におけるイオンの移動を説
明した図
【図5】図1で示した方法で作製した光導波路にレーザ
光を照射している図
【図6】レーザ加工後の光導波路の拡大断面図
【図7】別実施例を示す図5と同様の図

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板内に光が伝搬する屈折率の高いコア
    を有し、且つ屈折率の高さに比例してレーザ吸収性が高
    くなる光導波路に対するレーザ加工方法であって、前記
    屈折率の高いコアが露出する光導波路の端面のコアを含
    む領域に、コアに対しては溶融・蒸発若しくはアブレー
    ションさせる閾値以上の強度となり、コア以外に対して
    は当該閾値に達しない強度となるレーザ光を照射し、コ
    アの部分にのみ穴を形成するようにしたことを特徴とす
    る光導波路に対するレーザ加工方法。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の光導波路に対するレー
    ザ加工方法において、前記レーザ光の光軸をコアの軸に
    対して傾斜せしめたことを特徴とする光導波路に対する
    レーザ加工方法。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載の光導波路に対するレー
    ザ加工方法において、前記光導波路はAg原子、Agコロ
    イドまたはAgイオンの形態で銀を導入することで、屈
    折率及びレーザ吸収性を高めたことを特徴とする光導波
    路に対するレーザ加工方法。
  4. 【請求項4】 請求項1または請求項2に記載の光導波
    路に対するレーザ加工方法において、前記レーザ光は、
    XeF等のエキシマレーザ、Nd:YAGレーザ、Ti:
    Al23レーザ及びその高調波及び波長変換された光、
    或いは色素レーザであることを特徴とする光導波路に対
    するレーザ加工方法。
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