JPS622212A - 導波路型光学素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、シングルモードの光通信に使用される導波路
型光学素子に関するものである。

〔発明の背景〕

カルコグナイドガラスの一種であるＡｌ１１８３ガラス
は、近赤外領域の光透過性が良好であるため、光通信用
導波路用材料として検討されてきている。

また上記ガラスは、電子ビームを照射すると、照射され
た部分に構造変化が生じ、その結果として屈折率が上昇
することから、各種薄膜導波路型光学素子への応用が検
討されている。この光学素子の構成は、第３図に示すよ
うに、シリコン単結晶の基板（１）とＳｉｎ、薄膜（２
）から成るバッファ層とこの上に形成したＡｌ１８３が
ラメ薄膜導波路（３）から成っている。上記構成の光学
素子の最大の欠点として、シングルモード発振の発光素
子（半導体レーデ）または、シングルモードの光ファイ
バーから出た光を効率良（Ａｓ１Ｓ３ガラス薄膜導波路
に入射させることがきわめて難しいことが挙げられる。

その理由は、Ａｓ　ＳＢガラス薄膜導波路の場合、シン
グルモードの光のみが導波される厚みが通常１μｍ程度
と薄いため、これに直接光を導波させるのが困難である
からである。この解決策として従来よシ通常使用されて
いる方法は、ルチル（Ｔｉｅ、）などのプリズムを薄膜
導波路上に設置し、これを介して光を入射させるもので
ある。しかるにこの方法は、ルチルプリズムを薄膜導波
路に対して所定の荷重で押えつけて、プリズムと薄膜導
波路との間に隙間を発生しないようにしなければ、光の
結合効率が良くならないため、素子の形状が大形化する
。また導波される光の量は、入射光に対して６０チ程度
で、結合効率が低下する。さらにルチルプリズムは高価
であるため、素子自体の価格が高価になるなどの欠点を
有する。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、シングルモードの光のみが導波され、
かつ入射光の結合効率の高いＡｓ１Ｓ３ガラス薄膜導波
路およびこれを用いた光学素子を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は前記の目的を達成するため、光導波路層となる
ＡａｌＳｌがラス薄膜の厚さを３〜ｌＯμｍと厚くし、
これにより入射光の結合効率を高め、かつ上記光導波路
に導波される光がシングルモードになるようにＡｓ１Ｓ
３よりも屈折率の稍小さいＡｌｔｓｓ　＋　ｘ（ｘ＝０
．２〜２．０）ガラス薄膜をバッファ層として構成した
ことを特徴とするものである。なお上記ＸはＡｓ＋とＳ
との比のパラメータである。すなわち、光導波路の厚さ
を大きくすれば、半導体レーデおよび光ファイバと直接
結合（）々ツドジオイント）することができるので、結
合効率を向上することができるが、その反面光導波路層
の厚みを大きくすると、前記のようにシングルモードの
光を入射しても光導波路内に種々のモードの光が発生し
やすくなる欠点がある。そこで本願発明者は種々実験の
結果、Ａｓ２Ｓ３に対してＳの含有率を増加したＡｓ１
Ｓ１＋　ｘ　（ｘ＝０．２〜２．０　）ガラスを使用す
ることにより上記Ａａ！Ｓ３よシも屈折率が稍小さくな
ることを見い出したので、これを導波路形光電素子に応
用するため、バッファ層として光導波路層の上部および
下部に形成し、これによシ種々のモードの光の発生を防
止してシングルモールドになるように構成したことを特
徴とするものである。

なお上記Ｘを０．２〜２とした理由は、たとえば第２図
に示す如く、横軸にＡｓ１８ｇにおσるＸのパラメータ
とし、縦軸に屈折率としたときの波長を０．６３２８μ
ｍ、温度を３℃におけるＡｓ２　ｓ、　＋　ｘ　ガラス
の屈折率から明らかな如く、ＡａｌＳｌにおけるＸが０
．２以下のときには、屈折率の差が小となシ、光のとじ
込め効果がなくなってもはやＡｓ１Ｓ３がラス薄膜が光
導波路としての機能をしなくなるので、上記Ｘの最小値
を０．２にしたのである。またＸの最大値を２．０とし
た理由は、仮にＸが２．０よシ大きい場合には、光導波
路層に種々のモードの光が導波されてシングルモードの
導波路としての機能をしなくなるためである。ざらに上
記光導波路層を挾持する上下のバッファ層の組成すなわ
ち、Ａｓ１Ｓ３におけるＸは同一であっても良いし、異
なる組成でも良いが、モードの単一性をよシ完全なもの
とするためには、両者を同一組成することが好ましい０ 〔発明の実施例〕 以下本発明の実施例について詳細に説明する。

（実施例１） 第２図は本発明を２次元導波路に実施した場合を示す断
面図である。同図において、４はシリコン単結晶の基板
、５，６は・ぐツファ層にして２ＳとＡｓとを所定の割
合で混合し、これを石英がラスチューブに入れて真空状
態にする。ついで、　５００〜ＳＯＯ℃で加熱串混合・
溶融したのち、急冷して作成し、これを真空蒸着−ス・
ぐツタリングなどの方法によシ下方のバッファ層５を上
記基板４上に成膜する。また上記バッフ１層５，６の厚
さは、とくに限定するものでないが、これらの間に介挿
される光導波路層７の光のとじ込め効果が十分に得られ
るように最小０．０２μｍ以上にすることが望ましい。

一方厚さの上限に関しては、該バッファ層５．６を作成
する上での作業性を考慮して２μｍ以下にするのが妥当
である。さらに上記バッファ層５．６の上記以外の構成
としては、光導波路層７および該バッファ層５，６を水
分あるいはその他の汚染から保護するため、該バッファ
層５，６上に有機物、無機物あるいは金属物の薄膜を形
成する方法。または、金属のケース、ｆラスチックのケ
ース内に収納する方法など使用目的に応じて適正な方法
を選定することが好ましい。

つぎに本発明の応用して本実施例における上方のバッフ
ァ層６を成膜する前に光導波路層７に電子ビームを照射
して照射した部分の屈折率を高めて３次元の光導電路を
形成したシ回折格子あるいは薄膜レンズを形成したりす
ることができる。すなわち、ティ、スハラ、エトアール
二二しクトロンーピームーインデュウストソフラクディ
プーインデックスチェンジオプアモルファスセミコンダ
クター７＋＃ニジエイ、アブルフィズ、ゲル１４．ナン
バ７、ピー１０７９（１９７５）　　（Ｔ、　５ｕｈａ
ｒａ、　ａｔａｌ　：Ｆ：１ｅｃｔｒｏｎ　−Ｂｅａｍ
　−１ｎｄｕａｓｄ　Ｒａｆｒａｃｔｉｖｅ　−Ｉｎｄ
ｅｘ　Ｃｈａｎｇｅｏｆ　　Ａｓｏｒｐｈｏｕｓ　　Ｓ
ｅｍ１ｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ　　：　　Ｊ、Ａｐｐｌ、
Ｐｈｙａ　、　　ｖｏｌ。

１４、、　Ｎｏ、　７　、　Ｐ　１０７９　（１９７５
）　）　　にはＡｇ２　ＢＢ薄膜に電子ビームを照射す
ると、照射された部分の屈折率が高くなることが記載さ
れている。上記３次元光導波路の形成、回折格子、薄膜
レンズの形成は、基本的には上記の文献に記載されてい
る現象を応用したものである。なお、３次元光導波路、
回折格子、薄膜レンズなどを形成したのち、前記Ａｓβ
３＋Ｘがラス薄膜のバッファ層を形成することによシ本
発明の光学素子が得られる。

（実施例２） ３次元光導波路の作成 シリコン単結晶基板（３１ｎｃｈφ、厚さ０．８ｍ＋）
を４０℃に加熱し、真空蒸着法にてＡｓ１Ｓ３．５がラ
ス薄膜から成るバッファ層を形成した。真空蒸着の条件
は真空度２．５　Ｘ　１０−’鴫Ｈｇ、膜成長速度ｓ０
１／ｓ。

得られたＡｔ２　Ｓ３，５の膜厚は０．５μｍであり、
その屈折率は２．３８５であった。上記バッファ層材き
シリコン基板上にＡｓ１Ｓｓガラス光導波路層を上記真
空蒸着条件で形成した。得られたＡｓｌ５．が２ス光導
波路の膜厚は８μｍであり、その屈折率は２．４０であ
った。この様にして得た基板上に電子ビームを照射した
。電子ビーム照射条件は、加速電圧１５ｋＶ、電荷量１
０−３クーロンで巾５μｍ、長さ３１ｎｃｈ電子ビーム
を照射した。しかるのちこの基板上に前記したのと同一
組成、同一厚さのバッファ層を同一蒸着条件で形成しシ
ングルモード化３次元光導波路を作成した。

ファイバコアから上記導波路中に光をバットジ３インド
して１．３μｍのシングルモード光を導入した。結合効
率６５チで通過損失の小さいシングルモード光導波路で
あることが確認された。なお、本実施例におけるファイ
バコアの径は８μｍで、導波路の厚さはこれと略同−の
８μｍである。

（実施例３） 回折格子の作成 シリコン単結晶基板（３１ｎｃｈφ、厚さ０．８ｍ）を
４０℃に保持り、アルゴンイオンのス／４’ツタリング
法にてＡｓ１Ｓ、４．ｆラス薄膜から成るバクレア層を
形成した。ス・ぐツタリング条件は真空度５　Ｘ　ＩＦ
”ｍｍ上。

膜成長速度は５０Ｘ／ｓ、得られたＡｓ２５４４の膜厚
は０．７μｍであり、その屈折率は２．３１０であった
。上記バッフ７層付きシリコン基板上にＡｓ１Ｓ１ガラ
ス光導波路層を上記スパッタ条件で形成した。得られた
Ａｓ２Ｓ３　ｊｆシラス導波路の膜厚は、４μｍであシ
、その屈折率は、２．４０であった。この様にして得た
基板上に電子ビームを照射して、回折格子を作成した。

電子ビームの照射条件は、加速電圧２５ｋＶ、　電荷量
１０−３クーロンで、０．５μｍ巾の格子を５００本作
った。しかる后にこの基板上に前記したのと同一組成、
同一厚さのバッファ層を同一ス・９ツタリング条件で作
成し、シングルモード化導波路型回折格子を作成した。

上記ファイバコアから上記回折素子に光をノ々ットノヨ
イントして１．３μｍのシングルモードのレーデ光を導
入した結果、回折格子によシ回折されることが確認され
た。なお、ファイバコアの径は約４μｍで、導波管の厚
さはこれと略同−の４μｍである。

〔発明の効果〕

本発明により、シングルモードの光通信に必要な光導波
路が容易に得られる。とくに本発明ではバッファ層と光
導波路層の組成がきわめて類似しているため、界面の接
着性が良好であシ、信頼性の高い光学素子が得られる。

本発明を応用すると、実施例に示した素子以外に、各種
のシングルモード光用の薄膜レンズ、カッグラ、分岐器
２分波合波器が生産性良く得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す２次元光導波路の断面図
、第２図は硫化砒素ガラスの組成と屈折率との関係を示
す図、第３図は従来の光導波路の断面図である。 １．４・・・光学素子用基板、２，５．６・・・バッフ
ァ層、３，７・・・光導波路層。 代理人　弁理士　秋　本　正　実 。第１図 第２図 Ａ、９２８３モ疋Ｌ；おける（

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、Ａｓ＿２Ｓ＿３ガラス薄膜の光導波路層と、この光
   導波路層を介挿し、Ａｓ＿２Ｓ＿３＋ｘ（ｘ＝０．２〜
   ２．０）（ｘは砒素に対する硫黄のパラメータ）ガラス
   薄膜で、厚さ３〜１０μｍに形成されたバッファ層とか
   ら構成されていることを特徴とする光導波路型光学素子
   。 ２、前記Ａｓ＿２Ｓ＿３＋ｘ（ｘ＝０．２〜２．０）ガ
   ラス薄膜は電子ビーム照射により所望の光学素子を構成
   したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光導
   波路型光学素子。