JPS63157107A - 高複屈折性単一モ−ドガラス光導波路 - Google Patents

高複屈折性単一モ−ドガラス光導波路

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JPS63157107A
JPS63157107A JP30599786A JP30599786A JPS63157107A JP S63157107 A JPS63157107 A JP S63157107A JP 30599786 A JP30599786 A JP 30599786A JP 30599786 A JP30599786 A JP 30599786A JP S63157107 A JPS63157107 A JP S63157107A
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Masao Kawachi
河内 正夫
Mitsuho Yasu
安 光保
Kaname Jinguji
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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、導波形光部品の構成に必要な単一モードガラ
ス光導波路、更に詳しくは、高複屈折性の単一モードガ
ラス先導波路に関するものである。
〔従来の技術および問題点〕
平面基板上に作製される単一モードガラス光導波路、特
に石英系ガラス単一モード光導波・路は、そのコア部断
面寸法を通常使用されている単一モード光ファイバに合
わせて5〜10μm程度に設定することができるため、
光ファイバとの整合性に優れた実用的な導波形光部品の
実現手段として期待されている。
光伝播損失の小さい高品質の石英系ガラス単一モード光
導波路は、石英ガラス基板上あるいは結晶シリコン基板
上に、SL C14、TL C14等のガラス形成原料
ガスの火炎加水分解反応によるガラス膜堆積技術と、反
応性イオンエツチングによるガラス膜加工技術との組み
合わせにより作製できることが知られている(河内正夫
:[石英系光導波路の微細加工」応用物理学会光学懇話
会微小光学研究グループ機関誌、 1986.4/VO
1,N(12、pp。
33−38)。
石英ガラス基板上に作製された石英系ガラス単一モード
光導波路は、石英ガラス基板より受ける弱い引張り応力
に起因する弱い複屈折性を呈している。通常、複屈折値
Bは104のオーダーである。シリコン基板上に作製さ
れた石英系ガラス単−モード光導波路は、シリコン基板
との熱膨張係数差に起因する圧縮応力を受けており、比
較的強い複屈折性を示す。この場合の複屈折値Bは10
−4のオーダーであり、最大4X10’程度である。
光導波路の複屈折性は、導波形光部品の偏波特性等の性
能を支配する重要因子の一つであり、光導波路の応用目
的に応じて種々の複屈折値を選べることが望まれている
が、従来の石英ガラス基板上あるいはシリコン基板上の
石英系ガラス単一モード光導波路では、5X10−4を
越える大きな複屈折値を実現することが困難であった。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は
、上記従来の難点を解決した高複屈折性の単一モードガ
ラス光導波路とその応用光部品を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、石英系ガラス単一モード光導波路用の基板と
して、熱膨張係数αが、おおむね5×104/℃を越え
る基板を用いることを主要な特徴とする。このような基
板上に高温条件下で形成される光導波路には、室温状態
にて強大な圧縮応力が作用する。強大な圧縮応力に対応
して光導波路は、5X10−4を越える高複屈折性を呈
する。ちなみに、従来用いられ、ていた石英ガラス基板
の熱膨張係数は、αり0.5X10’/’C、シリコン
基板ではαり4X10’/”C程度であり、石英系ガラ
ス光導波路(αに1X10→/’C)との熱膨張係数差
が小さく、強力な応力誘起複屈折を発生させることがで
きない。
上記の本発明の要件を満たす基板としては、酸化ジルコ
ニウム(Zr02 )すなわち、ジルコニア基板を挙げ
ることができる。酸化ジルコニウムはαタ10.6×1
0′4/℃という大きな熱膨張係数を有しているととも
に耐熱性にも優れており、後述するように、高品質の高
複屈折性単一モードガラス光導波路として優れている。
以下、本発明を実施例によりさらに詳しく説明する。
〔実施例1〕 第1図は本発明の第一の実施例を説明する図であって、
石英系ガラス単一モード光導波路(埋込形)の断面構造
説明図である。図中、符号1は、酸化ジルコニウム基板
、2は石英系ガラスコア部、3はコア部2を埋め込むよ
うにとり囲む石英系ガラスクラッド層である。コア部2
には屈折率制御用ドーパントとしてTLOzが微量添加
されており、コア・クラッド間の比屈折率差Δは0.2
5%に調部されている。コア部2の断面寸法は8μm、
クラッド層3の厚みは50μm程度である。使用した酸
化ジルコニウム基板1は、京セラ株式会社製NαZ−2
01であり、厚さは2mであり、その上面は平坦になる
ようあらかじめ研磨されている。
第2図は、第1図に示した単一モード光導波路の作製工
程側説明図である。まず、(a) 1MI化ジルコニウ
ム基板1上に、SL C14を原料ガスとする火炎加水
分解反応により、ガラス微粒子からなる上層クラッド多
孔質ガラス層21を堆積し、次の原料ガスとしてざらに
TL Cj 4を加えてコア多孔質ガラス層22を堆積
する。(1))多孔質ガラス層付の基板1を電気炉中で
高温(約1300℃)に加熱して、脱泡、透明ガラス化
し、下層クラッドガラス1lD21aとコアff122
aとする。この際、多孔質ガラス層は厚さ方向に115
〜1/10程度の寸法化になるまで収縮する。(C)コ
ア!22aの不要部分を反応性イオンエツチングにより
除去し、リッジ状のコア部2を形成する。(d)コア部
2を覆うように上層クラッド多孔質ガラス層23を再び
火炎加水分解反応法により堆積する。(e)最後に、再
び電気炉中で高温に加熱して多孔質ガラス!723を透
明ガラス化し、下層クラッドlI21aと合わせてクラ
ッドF13とする。以上の作製工程において、原料ガス
中にガラス微粒子の軟化温度低減化の目的でPCl3.
  BeF2等のドーパントを微量添加しておくのが、
透明ガラス化を容易にする上で得策である。
上記の工程により作製した単一モード光導波路の複屈折
値Bを光弾性光学手法により測定したところ、B七9X
10−4となり、石英ガラス基板上やシリコン基板上に
形成された従来の光導波路に比べてはるかに大きく、酸
化ジルコニウム基板の効果が確認された。上記のB値か
ら推定すると、本実施例の先導波路には、約30Kg/
ff1ll+2という大きな圧縮応力が作用していると
考えられるが、光導波路コア部およびクラッド層にひび
割れの発生は皆無であった。これは石英系ガラスは、引
っばり強度が5 Kl / sr 2程度であるのに対
し、圧縮強度は100Kg/Im2程度と強く、上記程
度の圧縮応力には充分な耐性を持つためと推察される。
なお、作製した光導波路の光伝播損失を測定したところ
、0.1dB/α以下となり、種々の導波形光部品を構
成するのに充分なは2低損失であった。
ところで、光導波路の偏波特性を議論する上で重要なパ
ラメーターであるいわゆるビート長(偏光状態が伝搬に
伴って周期的に変化するその周期Ll)は、複屈折値8
1使用光波長λと、関係式1式% により結ばれているので、本実施例の光導波路は波長λ
=1.3μ乳にてLp〜1.4#1m程度の短いビート
長を有することになる。これは、本発明の光導波路を用
いると、馴オーダーの短い素子長にて、偏波制御素子を
構成できることを意味している。
〔実施例2〕 第3図は、本発明の高複屈折性単一モード光導波路の一
応用例としての導波形光波長板の構Ti説明図であり、
(a)は平面図、(b)は線分AΔ′に沿っての断面図
を示す。図中、符号31は、コア部2の片側のクラッド
層3に、コア部2に沿って設けた溝である。酸化ジルコ
ニウム基板1から光導波路に作用している応力の一部が
前記溝31によって解放されるので、第3図(b)にお
いてコア部2を中心とする左右対称性がくずれ、複屈折
主@32a、32bを応力解放溝31がないときの基板
1に垂直、水平な方向からそれぞれ角度θだけ傾けるこ
とができる。第4図はコア部2を厚さ50μmのクラッ
ドWJ3の中心位置に配置した場合につき、主軸角θを
溝路#tSの関数として示したものである。第4図はい
わゆる有限要素法による応力分布計惇により導出した。
第4F4には、満31を設けない場合の複屈折値Bo〜
9X10−4を基準とした規格化複屈折値B / B 
aも示しである。
第4図を参考にして、導波形1/2光波長板を次のよう
に設計し、製作した。まず、溝路離Sを、主軸角θが2
2.5度になるように、S#34μmとした。この時、
B/Bo#0.6であり、B#5.4X10’の傾いた
主軸角の複屈折性を得ることができる。溝31の長さJ
は、B−j−1/2・λとなるように、すなわち、使用
波長λ=1.3μ瓜でJ=1.2mとなるよう設定した
溝31の幅は、比較的任意に選ぶことができ、本実施例
では200μmに設定した。ここで応力解放溝31は反
応性イオンエツチングによりクラッド層3の一部を除去
することにより形成した。
基板面に垂直な直線偏光<TM波)をコア部2に入射し
たところ、応力解放溝31形成部、すなわち1/2波長
板部を通過後、偏光面が2θすなわら456回転するこ
とが確認された。このように、本発明によれば、1m程
度の短い所要長で光導波路の所望場所に波長板作用を付
与することができる。
以上の実施例では、コア部の屈折率制御用ドーパントと
してTL O’ 2を用いたが、光フアイバ作製時に多
用されているGe02を用いることもできることは言う
までもない。
以上、二つの実施例で使用した酸化ジルコニウム基板は
京セラ株式会社製であったが、特に京セラ株式会社製に
限定されるものではない。低純度の基板には応々にして
アルカリ金属等の不純物が含まれており、基板上に作製
される光導波路の結晶化を招くので、できるだけ、高純
度な基板を使用することが大切である。
また、大きな熱膨張係数を有するセラミック基板材料と
しては、前述の酸化ジルコニウム以外にも、アルミナ/
V2O3(αり8X10’/’C)等があるが、本発明
者らが鋭意検討した結果によれば、アルミナ基板上では
、石英系ガラス導波路は作製途上で結晶化の障害をおこ
し、実用に耐える製品は得られなかったことを付記する
。ただし、アルミナ基板上に酸化ジルコニウム1111
をコーティングした複合基板を用いると結晶化を抑制で
きることを指摘しておく。このような大きな熱膨張係数
を有する複合基板上の高複屈折性光導波路も本発明の範
囲に含まれることはもちろんである。
上述した酸化物の他にも、炭化物、窒化物、^融点金属
等が基板材料としての可能性をもつが、熱膨張係数の大
きさの他に耐熱性2機械的特性(ヤング率など)、石英
系ガラス結晶化の有無等を考慮して選択することが必要
である。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、従来になく高複
屈折性の単一モード光導波路を提供することができるの
で、偏光特性が重要な役割を果たすコヒーレント光通信
用や光センサ用の導波形光部品、例えば、波長板、偏光
子、偏波分離素子等をコンパクトに構成するのにきわめ
て有効である。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の一実施例として示した光導波路の断
面構造図、第2図(a)〜(e)は、本発明の光導波路
の作製工程図、第3図は本発明の他の実施例の構造説明
図、第4図は有限要素法による複屈折値予想図である。 1・・・酸化ジルコニウム基板、2・・・コア部、3・
・・クラッド層、21・・・下層クラッド多孔質層、2
2・・・コア多孔質層、23・・・上クラッド多孔質層
、21a・・・下層クラッド層、22a・・・コア層、
31・・・応力解放溝、32a、32b・・・複屈折主
軸方向。 1   白幌イしジルユニラム蟇巾え 2 、モ攻蚕ガ・ラスコア伊

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 平坦な酸化ジルコニウム基板上に石英系ガラスクラッド
    層がこのクラッド層より屈折率の大きい石英系ガラスコ
    ア部を内部に位置させて形成され、この基板上に形成さ
    れた石英系ガラス単一モード光導波路が前記基板から圧
    縮応力を受けていることを特徴とする高複屈折性単一モ
    ードガラス光導波路。
JP30599786A 1986-12-22 1986-12-22 高複屈折性単一モ−ドガラス光導波路 Expired - Lifetime JPH0677089B2 (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0335203A (ja) * 1989-06-30 1991-02-15 Hitachi Cable Ltd 希土類元素添加ガラス導波路の製造方法
JP2017146543A (ja) * 2016-02-19 2017-08-24 Nttエレクトロニクス株式会社 光導波路型デバイス

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JP2017146543A (ja) * 2016-02-19 2017-08-24 Nttエレクトロニクス株式会社 光導波路型デバイス

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