JPS6319620A - 光導波路の形成方法 - 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】 〔概要〕 電気光学結晶基板上に小さな曲率半径の光導波路を形成
する方法として、光導波路形成予定位置の内側に熱拡散
により屈折率の大きな弯曲した領域を形成し、この屈折
率勾配上に従来と同様に熱拡散により光導波路を形成す
る方法。

〔産業上の利用分野〕

本発明は電気光学結晶基板上に小さな曲率半径の光導波
路を形成する方法に関する。

光導波路としては、 ■　透明石英をコア（芯）とし、これよりも低屈折率の
ガラスをクラッド（鞘）とする光フアイバケーブル（光
伝送繊維）。

■　屈折率の異なる透明なポリマー（高分子有機化合物
）をコアとクラッドに使用したプラスチック光フアイバ
ケーブル。

■　光学軸を表面に含む透明な電気光学結晶基板上に金
属を拡散させて基板よりも屈折率の高い線路を形成した
光導波路。

■　ガラス基板上に金属膜よりなる線路を形成した後、
溶融塩中に浸漬してイオン交換を行って得た基板より高
屈折率の光導波路。

などがある。

ここで、光通信に使用する導波路としては主として■の
光フアイバケーブルが用いられ、光スィッチ、偏光分離
素子、レンズなどの光学素子と組み合わせて使用されて
いる。

然し、これらの導波路と光学素子とは個別に形成されて
いるために相互の微細な位置合わせを必要とし、ミスマ
ツチングによる損失増加が避けられないだけでなく調整
のための工数増のため高価につく。

これを避けるために導波路と光学素子とを集積し、一体
化した光回路素子が実用化されている。

ここで、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ＋）やタンタル
酸リチウム（ＬｉＴａＯ，）のように透明な一軸性結晶
基板を用いて光回路素子が作られているが、ＬｉＮｂ０
゜は特に電気光学効果が大きいので光回路素子の基板と
して用いられている。

〔従来の技術〕 ＬｉＮｂ０．を基板として用い、この上に複数の光学素
子を形成し、集積化することが行われている。

この場合、集積化して形成されるスイッチなどの光学素
子を相互に接続するための光導波路は接続長を短くする
ために光学素子まで弯曲してパターン形成する必要があ
る。

然し、低損失の伝送を行うには一定値以上の曲率半径が
必要であり、曲率半径が少ない場合には光は導波路外に
逸出するために損失が異常に増加すると云う問題がある
。

また、曲がり導波路の形成法として全反射を用いて行う
方法があるが、この場合にも反射面での散乱などにより
損失が大きくなる。

これらのことから光を低損失で伝送するには光導波路の
曲率半径を３０〜４０＋＋ｕ＋１に保つことが必要で、
そのため集積度の向上には限界があった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上記したようにＬｉＮｂ０ｉ基板上に集積して形成し
である光学素子と結線する導波路は弯曲して形成するこ
とが必要であるが、低損失で光を伝送するには曲率半径
に制限があり、そのために充分な集積化が行えないこと
が問題である。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の問題はＬｉＮｂ０ｚ基板上に拡散により導波路を
形成する金属と同じ金属材料を用い、弯曲した導波路形
成予定位置の内側に該導波路と同じ曲率半径をもつ金属
パターンを形成し、この金属を電気光学結晶基板に熱拡
散して屈折率の大きな弯曲した第１の拡散領域を形成し
た後、この領域に生じた屈折率勾配に前記金属からなる
導波路パターンを設け、この金属を熱拡散させて第２の
拡散領域からなる光導波路を形成することにより解決す
ることができる。

〔作用〕

本発明は基板上の光導波路を弯曲して形成する領域に予
め拡散金属による屈折率勾配を設けておき、この勾配領
域に従来のように金属を拡散させるもので、これにより
弯曲部の外周部では光導波路との屈折率差が大きくなり
、そのため光の導波路からの逸出を防ぐもので１ある。

第１図は本発明の原理図であって、弯曲した光導波路を
形成する位置の内側に予め光導波路形成金属と同じ金属
を熱拡散させておく。

この場合、金属原子は金属パターンを中心として放射線
状に拡散しており、この原子濃度は拡がるに従って減少
しているので、光導波路形成領域の下には屈折率の濃度
勾配置を生じている。

このような領域上に従来のように金属膜からなる導波路
パターンを形成し・た後、熱拡散させて図に示すように
局部的に屈折率の高い光導波路２を作ると、弯曲してい
る光導波路２の外周部は屈折率差が大きいので、光導波
路２からの光の逸出を抑制することが可能となる。

本発明はこのように屈折率勾配のある領域に更に高屈折
率の光導波路を形成して光を閉じ込めるものであるが、
これを行うためには屈折率の濃度勾配置をなるべく大き
くすることが必要である。

第２図は本発明の詳細な説明する平面図（Ａ）とｘ−ｘ
　”線における断面図（Ｂ）であり、ＬｉＮｂＯ３基板
３の上には第１のチタン（Ｔｉ）金属パターン４を先ず
形成して熱拡散を行い、第１の拡散領域を形成する。

次に、このようにして生じた屈折率勾配位置に第２のＴ
ｉ金属パターン５を形成して熱拡散を行い、光導波路と
なる第２の拡散領域を形成するものである。

第３図は第１の拡散領域の形成を具体的に説明する断面
図（Ａ）と熱拡散により生じた屈折率プロフィル（Ｂ）
であって、第１のＴｉ金属パターン４を熱処理するとＴ
ｉイオンが破線に示すように拡散して第１の拡散領域６
ができ、同図（Ｂ）に示すような屈折率プロフィルをか
できあがる。

そしてこの両側に屈折率の勾配７が現れる。

本発明は第４図に示すように、この勾配７の位置に第２
のＴｉ金属パターン５を設け、Ｔｉを拡散させることに
より光導波路となる第２の拡散領域８を形成するもので
ある。

〔実施例〕

第２図に示す実施例において、第１のＴｉ金属パターン
４は電子ビーム蒸着法とリフトオフ法を用いて幅３０μ
ｍ、厚さ８００人で５ｍｍの曲率半径に形成した。

そして湿った酸素（０□）雰囲気中で１０５０℃の温度
で６時間に互って熱処理してＴｉを拡散せしめ、第１の
拡散領域６を形成した。

ここでＬｉＮｂＯ３の屈折率は２．１４であるが、拡散
領域の屈折率は金属パターンの直下において約１％増加
しており、この拡散領域はこれを中心として広く拡がっ
ている。

次に同様に電子ビーム蒸着法とリフトオフ法を用いて幅
が７．５μｍで厚さが７００人の第２のＴｉ金属パター
ン５を形成した。

なお、第２のＴｉ金属パターン５と第１のＴｉ金属パタ
ーン４との間隔は２μｍ、０および一２μｍの三種類と
り、それぞれ別の基板を用いて形成した。

ここで間隔０は両者が接する場合、また−２μｍは２μ
ｍだけパターンが重複している場合である。

そして先と同様に１０５０℃で６時間に亙って湿った０
□雰囲気中で加熱してＴｉ原子を拡散させ、光導波路を
形成した。

次に、光損失の評価法としては光導波路を形成しである
ＬｉＮｂ０ｚ基板の入力側の端面に出力が１ｍＷで波長
が１．３μｍのレーザダイオード（ＬＤ）をセットし、
出力側の端面にパワーメータをおいて光損失を測定した
。

その結果、光導波路が直線の場合の損失は約１ｄＢであ
るのに対し、本実験の結果は１．５〜２ｄＢの範囲にバ
ラクいた光損失が得られたが、両パターンを接して形成
した場合に最も少ない損失を得ることができた。

なお、本発明を実施することなく形成した曲率半径５關
の光導波路については損失は３０ｄＢであり、殆どの光
は弯曲部で逸出することを確認することができた。

〔発明の効果〕

以上記したように本発明の実施により従来必要であった
曲率半径３０〜４０ｍｍを５１１ｍ以下にすることが可
能となり、光回路素子の集積度の向上が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理図、 第２図は本発明の詳細な説明する平面図（Ａ）と断面図
（Ｂ）、 第３図は第１の拡散領域の形成を説明する断面図（Ａ）
と屈折率プロフィル（Ｂ）、 第４図は第２の拡散領域の形成を説明する断面図（Ａ）
と屈折率プロフィル（Ｂ）、 である。 図において、 １は屈折率の濃度勾配、　２は光導波路、４は第１のＴ
ｉ金属パターン、 ５は第２のＴｉ金属パターン、 ６は第１の拡散領域、　　８は第２の拡散領域、である
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電気光学結晶基板上に拡散により導波路を形成する金属
   と同じ金属材料を用い、弯曲した導波路形成予定位置の
   内側に該導波路と同じ曲率をもつ金属パターンを形成し
   、熱処理により該金属を電気光学結晶基板に拡散させて
   屈折率が大きく弯曲した第１の拡散領域を形成した後、
   該領域に生じた屈折率勾配上に前記金属からなる導波路
   パターンを設け、該金属を熱拡散させて第２の拡散領域
   を作り、導波路として使用することを特徴とする光導波
   路の形成方法。