WO1999041625A1

WO1999041625A1 - Reseau de guide d'onde optique et procede de fabrication

Info

Publication number: WO1999041625A1
Application number: PCT/JP1999/000377
Authority: WO
Inventors: Kiyotaka Miura; Yuki Kondo; Kazuyuki Hirao
Original assignee: Japan Science And Technology Corporation
Priority date: 1998-02-12
Filing date: 1999-01-29
Publication date: 1999-08-19
Also published as: US6640039B1; JP3349422B2; JPH11231151A; DE69919369D1; DE69919369T2; EP1116965B1; EP1116965A4; EP1116965A1

Description

W

明細書

光導波路アレイ及びその製造方法技術分野

5 本発明は、材料内部に屈折率の変化及び 3 6 0 n mより長い波長領域の固有吸収の減少が起きた領域が連続的に形成されている光導波路ァレイ及びその製造方法に関する。背景技術

10 光ファイバを基体にアレイ状に組み込んだ光導波路アレイは、光通信における情報やイメージ情報を伝達する手段として用いられている。光ファイバは、通常、コア部がクラッド部に比べ屈折率が高い構造を持っている。そのため、開口数（N A) に相当する角度未満で光ファイバに入射した光は、コアとクラッドとの界面で全反射を繰り返し、光ファイバの出射側にイメージ情報を伝送する。

15 しかし、開口数（N A) に相当する入射角より大きな角度で光導波路アレイに入射した光は、コアとクラッドで全反射を起こさず、クラッドを透過して隣接する光ファイバに伝達される。クラッドに入射した光も、同様にクラッド · コアを通り抜けて反対側に到達する。その結果、本来伝達されるべき光が伝達されるべきでない部分にまで伝達されてしまうクロストークの問題が現れ、光通信におい

20 ては情報伝達にエラーが多発したり、イメージ情報の場合には伝送コントラストの低下や伝達イメージ情報の質的低下を引き起こす。

光導波路ァレイの光ファイバ間に設けた吸光体で漏れ光を除去することにより、クロストークが抑制される（特開平 1一 1 8 0 1 8 0号公報，特開平 3— 3 8 9 6 3号公報等参照）。この手法に従った光導波路アレイは、たとえば図 1に示す

25 ように、コア 1 aの周囲を屈折率の小さなクラッド 1 b及び吸光体層 1 cで二重に被覆した光ファイバ 1 を結束して光ファイバ束 2とし、多数の光ファイバ束 2 を個々にベースガラス 3等の基材で挟み込んでいる。吸光体層〗 cで漏れ光が除去されるため、コントラストを上げ高解像度で画質を読み取るイメージセンサが得られる。吸光体層 1 cで被覆した光ファイバ 1 では、ガラスとの密着性が要求されることから、吸光体層 1 cに使用可能な材料が制約される。また、吸光体層 1 cの形成や光ファイバ 1 を束ねて基材 3に接着する必要があるため、工程が非常に複雑である。

ところで、レーザ光をガラス試料内部に集光照射し、集光部分の屈折率を上昇させることによって、光導波路を作製することが紹介されている（ヨーロッパ特許明細書 0 7 9 7 1 1 2— A 1 ) 。この方法では、たとえば石英ガラスやフッ化物ガラスをレーザ光で集光照射することにより光導波路を作製している。この方法を発展させて光導波路をァレイ状に作製すれば、光導波路ァレイが作製されることが予想される。しかし、レーザ光の集光照射により屈折率変化が起こるだけであるため、前述のようにクロストークが問題となり、コントラストが悪く伝達するィメージ情報の質が低下する。発明の開示

本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、長波長領域に固有吸収をもつ吸収物質を含むガラス材料の内部をパルスレーザ光で集光照射することにより、屈折率の変化及び長波長領域の固有吸収の減少が起きた連続領域をガラス材料の内部に連続的に形成し、この連続領域を光導波路として使用する光導波路アレイを提供することを目的とする。

本発明の光導波路アレイは、その目的を達成するため、 3 6 0 n mより長い波長領域に固有吸収がある吸収物質を含むマトリックスをもち、ガラス内部に集光点を調節したパルスレーザ光の集光照射で生じた吸収物質の状態変化による屈折率の変化及び 3 6 0 n mより長い波長領域の固有吸収の減少が起きた部分がガラス材料の内部に連続的に形成されていることを特徴とする。吸収物質としては、金属微粒子，半導体微粒子，遷移金属イオン，希土類イオン，陰イオンの 1種又は 2種以上がある。

この光導波路アレイは、 3 6 0 n mより長い波長領域に固有吸収がある吸収物質を含むガラス材料の内部に集光点を調節し、屈折率の変化及び 3 6 O n mより長い波長領域の固有吸収の減少を起こすエネルギー量を持つパルスレーザ光でガ W

ラス材料を集光照射し、ガラス材料の内部で集光点を相対移動させながら、屈折率の変化及び 3 6 O n mより長い波長領域の吸収係数が減少した連続領域をガラス材料の内部に形成することにより製造される。

長波長領域に固有吸収を持つガラス内部に集光点を設定し、ガラス材料をパル 5 スレーザ光で集光照射するとき、集光点において屈折率が変化すると共に、ガラスの固有吸収の原因となっている吸収物質の状態を変化させる。金属微粒子，半導体微粒子，遷移金属イオン，希土類イオン，陰イオン等の吸収物質は、 3 6 0 n mより長い波長領域に固有吸収がある。パルスレーザ光の集光照射は、分散している金属や半導体微粒子の数，微粒子のサイズ，微粒子の形態等の微粒子分散 10 形態をも変化させる。遷移金属イオン，希土類イオン，陰イオン等にあっては、イオンの価数，イオンの配位状態，イオンの結合状態等が変化する。

たとえば、金属微粒子や半導体微粒子を分散させたガラスをパルスレーザ光で集光照射すると、微粒子の数が減少し、微粒子のサイズが小さくなり、微粒子がガラスの中に溶け、或いはイオン化して微粒子として存在しなくなる。

15 微粒子がガラス中に溶け、或いはイオン化して微粒子として存在しなくすよると、吸収係数は、微粒子が分散していない媒質と同じ値になり、照射前に比べて減少する。微粒子のサイズが変化する場合には、微粒子のサイズが異なることにより吸収する波長が変化するため、集光照射前に比べて集光照射後の照射波長における吸収係数が減少する。

20 —方、集光部分は、レーザ光の集光照射による構造配列の変化で非集光照射部に比較して屈折率が高くなり、光導波路構造がガラス材料内部に形成される。したがって、ィメ一ジ情報等伝達用のレーザ光の波長を固有吸収波長領域に設定すると、集光点以外の部分の吸収係数が照射前と同じであるのに対し集光点では吸収係数が減少していることから、光導波路部を伝搬する光は効率よく伝達される。

25 また、光導波路部（集光照射部）から漏れ出た光が非集光照射部で吸収されるので、伝達エラーが防止され、コントラストが上昇し、高解像度でイメージ情報等の画質を読み取ることができる。図 1は、従来の光ファイバアレイの構造を示す。

図 2は、 360 nmより長い波長領域に固有吸収を持つガラス材料の内部に集光点を調整したパルスレーザ光でガラス材料を集光照射している状態を示す。図 3は、本実施例における光導波路アレイの斜視図（a) 及び断面図（b) を示す。

図 4は、 360 nmより長い波長領域に固有吸収を持つガラス材料の内部に屈折率の変化及び 360 nmより長い波長領域の固有吸収の減少領域が連続的に形成された光導波路アレイを示す。

図 5は、 360 nmより長い波長領域に固有吸収を持たないガラス材料内部に屈折率の変化した領域が連続的に形成された光導波路アレイを示す。

図 6は、 A u微粒子分散ガラス（a) , Cu微粒子分散ガラス（b) 及び Ag 微粒子分散ガラス（c) のレーザ光集光照射部と未照射部の透過スペクトルを比較したグラフを示す。発明を実施するための最良の形態

本発明の光導波路アレイのガラス材料に分散される金属微粒子には、 Au, C u, Ag, P t等の微粒子がある。半導体微粒子としては、たとえば、 CdS, CdSe, CdTe, CuC l, CuB r, ZnS, Z n S e等の微粒子がある。これら微粒子は、 1種又は 2種以上を複合してガラス材料に分散される。

遷移金属イオン，希土類イオン，陰イオン等を含むガラスをパルスレーザ光で集光照射すると、イオンの価数変化，配位状態の変化，結合状態の変化等が生じる。価数変化，配位状態，結合状態等が変化すると、照射前にあった固有吸収が消滅又は減少する。一方、パルスレーザ光の集光照射により、非集光照射部に比ベて集光照射部の屈折率が高くなった光導波路構造がガラス材料内部に形成されている。そのため、この場合にも光導波路部に沿った効率よい光の伝播や光導波路部（集光照射部）から漏れ出た光の吸収が生じ、伝達エラーが防止され、コントラストが上昇し、高解像度でイメージ情報等の画質を読み取ることが可能になる。

遷移金属イオンとしては、 Cu²⁺, V³⁺, V⁴⁺, T i ³⁺， N i ²⁺, Co²⁺, F e²⁺, F e³⁺, Mn²⁺, Mn³⁺, C r ³⁺, C r ⁶十， M o ⁴⁺等の 1種又は 2種以上をガラス材料に含ませることができる。希土類イオンとしては、 Pr³⁺, Nd³⁺, Sm³⁺, Eu³⁺, Dy³⁺, Ho³⁺, E r³⁺, Tm³⁺, Yb³⁺, Ce³⁺, Sm²⁺, Eu²⁺, Yb²⁺等の 1種又は 2種以上をガラス材料に含ませることができる。陰イオンとしては、 OH— , O²— , F 等の 1種又は 2種以上をガラス材料に含ませることができる。

光導波路は、 360 nmより長い波長領域に固有吸収がある吸収物質を含むガラス内部に集光点を調節したパルスレーザ光でガラス材料を集光照射し、ガラス材料の内部で集光点を相対移動させ、屈折率の変化及び 360 nmより長い波長領域の固有吸収の減少が起きた連続領域を形成することにより製造される。この点、波長 360 nm以下に固有吸収をもつ吸収物質をガラス材料に配合しても、ガラス材料自体の固有吸収が 360 nm以下である場合もあるため、固有吸収の減少が容易でないことから現実的にも意味がない。しかし、固有吸収ピーク波長が 360 nm以下であっても 360 nm以上に吸収のすそがかかっていて、当該吸収物質を含まない場合に比べ 360 nm以上の吸収係数が増大している場合、レーザー光の集光照射によって当該吸収物質の 360 nm以上の吸収係数の減少が起こるのであれば問題ない。

レーザ光としては、ガラスの種類によって異なるが、屈折率の変化及び 360 nmより長い波長領域の固有吸収を減少させるエネルギー量を持つレーザ光を利用する。レーザーパルス光のピークパワー密度は、 1パルス当たりの出力エネルギー（J) をパルス幅（秒）で割ったパワー（単位：ヮット W) で表される。ピークパワー密度は、単位面積（cm²) 当りのピークパワー（W/cm²) で表される。

屈折率の変化及び 360 nmより長い波長領域の固有吸収の減少を起こすためには、集光点におけるピークパワー密度が 10⁵WZcm²〜l 0¹⁵WZcm²であることが望ましい。ピークパワー密度が 10⁵W/cm²未満であると、集光照射によっても集光部分で屈折率の変化及び 360 nmより長い波長領域の固有吸収に減少が起こりにくくなる。逆にピークパワー密度が 10¹⁵W/cm²を越えると、集光点以外の部分でも屈折率の変化及び 360 nmより長い波長領域の固有吸収の減少が起きてしまう虞れがある。また、過度に大きなエネルギー量のレーザ光を実用的に得ることは困難である。

レーザ光のピークパワー密度が同じであれば、屈折率の変化及び 3 6 0 n mより長い波長領域の固有吸収の減少は、レーザ光のパルス幅が狭くなるほど起こり易くなる。この点、パルス幅の狭いレーザ光の使用が好ましく、具体的には 1 0— ^{1 6}秒以下のパルス幅をもったレーザ光が望ましい。パルス幅が広すぎると、パルス幅の狭いレーザ光と同じパワー密度を得るためには非常に大きなエネルギをもつパルス光の照射が必要になり、ガラス材料が破壊される虞れがある。また、レ一ザ光の波長をガラスの吸収のある波長に設定すると、ガラス内部に侵入したレ —ザ光が内部に行くにつれて光強度を低下させる。しかし、光導波路を作製したい部分に所定のピークパワー密度が印加される限り、レーザ光の波長は特に制約されるものではない。

滑らかな光導波路構造を形成させる上では、パルス間隔を短く、換言すれば繰返し周期を大きくし、第 1パルスと第 2パルスが可能な限り短時間で加える必要がある。このことから、本発明ではパルスレーザーの繰返し周期を 1 0 k H z、好ましくは 1 0 0 k H z以上に設定する。

繰返し周期が小さいとレーザ光が離散的に照射され、光導波路の形成に必要な連続的な屈折率変化が得られない。なお、ガラス材料又は集光点の相対移動速度を遅くすることにより、ガラス材料に対して連続的にレーザ光を照射できる。しかし、第 1パルス照射後に一定間隔以上の時間をおいて第 2パルスが重なった状態で加えられるため、第 1パルスで形成された屈折率変化が第 2パルスによって再変化し、滑らかな光導波路構造が得られなくなる虞れがある。

繰返し周期の上限は、無限大の限りなく連続光に近いものである。しかし、繰返し周期を大きくすると、一般に 1パルス当りのエネルギーが弱くなる。そのため、実際にはガラス材料が屈折率変化及び 3 6 0 n mより長い波長領域の固有吸収の減少を起こす闘値と、使用するレーザ一の出力によって繰返し周期の上限が設定される。

3 6 0 n mより長い波長領域に固有吸収を持つガラス内部に集光点を設定してレーザ光で集光照射するとき、集光点以外の光照射部分では屈折率の変化及び固有吸収原因となっている吸収物質の状態変化を起こすために必要な光量が得られない。したがって、ガラス内部の集光部分にだけ選択的に光誘起屈折率変化及び 3 6 0 n mより長い波長領域の固有吸収の減少が生じ、非集光照射部では照射前の屈折率及び吸収物質の状態が維持されるため、光導波路構造が形成される。光源から出射されたレーザ光 5は、図 2に示すように集光点 6がガラス材料 7 の内部に位置するように集光レンズ 8等の集光装置で絞られ、ガラス材料 7に出射される。集光点 6をガラス材料 7の内部で相対移動させるとき、屈折率変化及び 3 6 0 n mより長い波長領域の固有吸収が減少した連続領域がガラス材料 7の内部に形成される。具体的には、レーザ光 5の集光点 6に対しガラス材料 7を連続的に移動させ、ガラス材料 7の内部で集光点 6を連続的に移動させ、或いは両者の組合せにより、集光点 6をガラス材料 7に対して相対移動させる。

屈折率変化及び固有吸収減少が生じた領域が連続しているため、光導波路 1 1 (図 3 ) として使用される。光導波路 1 1の断面コア径は、集光レンズ 6の焦点距離によって調整される。

光導波路アレイを作製するためには、 3 6 O n mより長い波長領域に固有吸収を持つガラス材料 7を基板として使用し、図 3に斜視図（a ) 及び断面図（b ) を示す構造の光導波路アレイを作製する。

レーザ光 5の集光点 6をガラス材料 7の内部で相対移動させることにより光導波路を一つ作製する第 1工程で、 1本目の光導波路 1 1 を形成する。光導波路 1 1の作製開始点とは別の部分に集光点 6をシフトさせ、 1本目の光導波路 1 1 と平行に集光点 6をガラス材料 7の内部で相対移動させる第 2工程により、 2本目の光導波路 1 2を形成する。このような工程を繰り返すことにより、多数の光導波路 1 1 . 1 2 · ·が平行になった光導波路アレイ 1 0が形成される。光導波路 1 1 , 〗 2 · ·が形成された部分では、屈折率の変化及び 3 6 0 n mより長い波長領域に固有吸収の減少が起きている。他方、非集光照射部 2 4では、屈折率の変化及び 3 6 0 n mより長い波長領域の固有吸収の減少が起きていない。

したがって、光導波路〗 1 , 1 2 · ·の固有吸収波長領域に波長を設定したィメージ情報等伝達用のレーザ光を入射すると、非集光照射部 1 9の吸収係数が照射前と同じであるのに対し集光点 6では吸収係数が減少していることから、光導波路 1 1 , 12 · ·を介して入射光が効率よく伝達され、光導波路 1 1 , 1 2 · · から漏れ出た光は非集光照射部 19に吸収される。その結果、伝達エラーが防止され、コントラストが高くなり、高解像度で画質を読み取ることができる。実施例

実施例 1 ： Au微粒子分散ガラスを用いた光導波路アレイ

S i 0₂： 72重量部， B₂0₃： 18重量部， Na₂0： 10重量部， S b₂0₃ ： 4重量部， Au ： 0. 02重量部の組成をもつ Au微粒子分散ガラスを作製するため、 S i〇₂, B₂0₃, Na₂C0₃, S b₂0₅の原料粉末を秤量 ·配合し、金原料として塩化金酸の水溶液を加えた。

配合粉体 400 gを容量 300 c cの白金ルツボに投入し、大気雰囲気 145 0 °Cで 2時間撹拌しながら加熱溶解した。均一に溶解したガラスを真鏺型に流し込み、厚さ 5mmの板に成型し、冷却した。得られたガラスを 450°Cでァニールし、歪みを除去した。

ガラス中に Au微粒子を析出させ暗赤色に着色させるため、電気炉にガラスを装入し、昇温速度 5で/分で昇温し、 700°Cで 8時間保持した後、炉内で放冷した。熱処理後のガラスを切断 ·研磨し、 1 Ommx 1 Ommx 2mmの直方体形状の試料片を切り出した。

ガラス試料の透過率スぺクトルを測定したところ、 580 nm以下の波長の光に対する透過率が 0%であった。

次いで、図 2に示すように、ガラス試料 7の内部に集光点 6が位置するように集光レンズ 8で絞ったパルスレーザ光 5でガラス試料 7を集光照射した。 XYZ 方向に移動可能な電動ステージにガラス試料 7を設置し、 X軸及び Y軸方向を固定した状態で Z軸（光軸）に沿って集光点 6を相対移動させた。パルスレーザ一光 5には、アルゴンレーザー励起のチタンサファイアレーザーから発振されたパルス幅 1. 5x l 0 ¹³秒，繰返し周期 200kHz、波長 800nmで平均出力 50 OmWのパルスレーザー光を使用した。

照射後のガラス試料 5を観察すると、集光点 6の屈折率が 0. 01だけ上昇していた。屈折率の変化及び 360 nmより長い波長領域の固有吸収の減少は、ナノ秒又はピコ秒ォ一ダ一のごく短時間で生じた。

ガラス試料 7及び/又は集光点 6を連続的に Z軸（光軸）方向に相対移動させることにより、ガラス試料 7の内部に直線状の高屈折率領域、すなわち 1本目の光導波路 1 1 を直線状に形成した。

光導波路 1 1の形成如何は、実際に 800 nmのレーザー光をガラス試料 7に入射し、屈折率変化を起こしている部分にのみに光が伝播されていることを観測することにより確認できた。また、出射側の近視野像から、光導波路 1 1の断面が直径（コア径） 1 5 mであることが判った。光導波路 1 1の透過率スぺクトルを測定した結果を示す図 6 (a) にみられるように、 Au微粒子によって吸収されていた波長帯（約 580〜 400 n m) の吸収係数が減少し、赤色着色がなくなつた領域が光導波路 1 1 として形成されていた。一方、非集光照射部分 1 9 では、透過率の変化が検出されなかった。

光導波路 1 1のコア径は、集光レンズ 8の焦点距離を替えることにより調節できた。また、 800 nmの波長をもつレーザ一光 1 に替え、他の波長（たとえば、通信波長帯の 1. 3 mや 1. 55 m) をもつレーザー光でガラス試料 8を集光照射した場合でも、同様の屈折率変化及び 360 nmより長い波長領域の固有吸収の減少が観測された。

ガラス試料 7がレーザー光 5で照射されないように遮断した後、ガラス試料 7 及び又は集光点 6を移動させた。そして、 1本目の光導波路 1 1 に対して平行にガラス試料 7及び Z又は集光点 6を連続移動させ、 1本目の光導波路〗 1 と平行な 2本目の光導波路 1 2を形成した。この作業を繰り返すことによって、図 4 に示すように、複数の光導波路 1 1 , 1 2 · ·が平行に配列され、屈折率変化や固有吸収変化が生じていない非集光照射部 1 9で光導波路 1 〗， 1 2 · ·が包み込まれた構造をもつ光導波路アレイが作製された。

得られた光導波路アレイについて、 550 nmの波長の光を用いて読出しコントラストを調査したところ、後述する比較例 1の屈折率変化だけを利用して作製した光導波路アレイに比較して、著しく高いコントラス卜であった。

実施例 2 ： Cu微粒子分散ガラスを用いた光導波路アレイ

S i 0₂ : 72重量部， B₂O₃ : 20重量部， Na₂0 : 8重量部， Cu : 0. 5重量部， SnO : 0. 25量％の組成をもつ Cu微粒子分散ガラスを作製するために、原料粉末として S i 0₂, B₂0₃, Na₂C〇₃, Cu₂0, SnOを秤量 - 配合した。

配合粉末 400 gを実施例 1と同様に加熱溶解して、厚さ 6mmの板を得た後、 450°Cのァニールにより歪みを除去した。次いで、ガラス中に Cu微粒子を析出させ赤色に着色させるため、ガラスを電気炉に装入し、昇温速度 5 °C/分で昇温し、 650°Cで 4時間保持した後、炉内で放冷した。熱処理後のガラスを切断 · 研磨し、 1 Ommx 10 mm X 4 mmのガラス試料を切り出した。

ガラス試料の透過率スぺクトルを測定したところ、 620 nm以下の波長の光に対する透過率が 0%であった。

作製されたガラス試料 7を実施例 1と同様にパルスレーザ光 5で集光照射した。照射後のガラス試料 7を観察すると、集光点 6の屈折率が 0. 01だけ上昇していた。本実施例でも、ナノ秒又はピコ秒オーダ一のごく短時間で屈折率の変化及び 360 nmより長い波長領域の固有吸収の減少が生じた。そして、ガラス試料 7及び/又は集光点 6を連続的に Z軸（光軸）方向に相対移動させることにより、直線状の光導波路 1 1をガラス試料 7の内部に形成した。

形成された光導波路〗 1 は、出射側の近視野像から光導波路の断面が直径（コァ径） 1 5 mであることが判った。光導波路 1 1の透過率スペクトルを測定した結果を示す図 6 (b) にみられるように、 Cu微粒子によって吸収されていた波長帯（約 620〜400 nmの波長）の吸収係数が減少し、赤色着色がなくなつた領域が形成されていた。一方、非集光照射部分 1 9では、透過率の変化が検出されなかった。

1本目の光導波路 1 1を作製した後、実施例 1と同様な手順で 2本目以降の光導波路 1 2 · ·を形成し、複数の光導波路 1 1 , 1 2 · ·が平行配置され、当初の屈折率及び固有吸収を維持した非集光照射部 1 9で光導波路 1 1 , 1 2 · ·が取り囲まれた光導波路アレイを作製した。このようにして、図 4に示す構造をもつ光導波路アレイを作製した。 530 nmの波長の光を用いて光導波路アレイの読出しコントラストを測定したところ、屈折率変化だけを利用した比較例 1の光導波路アレイに比較して著しく高い値を示した。実施例 3 ： A g微粒子分散ガラスを用いた光導波路アレイ

S i 0₂ : 72重量部. CaO : 20重量部， Na₂0 : 8重量部， Ag : 0. 4重量部， S nO : 0. 2重量部の組成をもつ Ag微粒子分散ガラスを作製するために、 S i 0₂， C a C0₃, Na₂C0₃, Ag₂0, S n〇の原料粉末を秤量し、配合した。

配合粉末 400 gを容量 300 c cの P tルツボに入れ、大気雰囲気中 145 0 °Cで 2時間撹拌しながら加熱溶解した。均一溶解したガラスから実施例 1と同様にして、 Ag微粒子の析出によって黄色に着色した 1 Ommx 1 Ommx 3m mのガラス試料を作製した。 A g微粒子の析出には、電気炉中、昇温速度 5°C/ 分で昇温し、 550°Cで 4時間保持した後、炉冷する熱処理を採用した。

ガラス試料の透過率スぺクトルを測定したところ、 420 nm以下の波長の光に対する透過率が◦ %であった。

作製されたガラス試料 7に対し、実施例 1と同様にパルスレーザ光 5で集光照射した。照射後の試験片を観察すると、集光点 6の屈折率が 0. 01だけ上昇していた。また、試料 7又は集光点 6を連続的に一方向に相対移動させるこ一とにより、ガラス試料 7の内部に直線状の光導波路 1 1が形成された。この場合にも、集光点 6における屈折率変化及び固有吸収の減少は、ナノ秒又はピコ秒ォ一グーのごく短時間で生じた。

光導波路 1 1の形成如何は、実際に 800 nmのレーザ一光を試験片に入射し、屈折率変化を起こしている部分にのみに光が伝播されていることを観測することにより確認できた。また、出射側の近視野像から、光導波路 1 1は直径（コア径） 1 5 mの断面をもっていた。光導波路部 1 〗の透過率スペクトルを測定した結果を示す図 6 (c) にみられるように、 Ag微粒子によって吸収されていた波長帯（約 420〜 360 n m) の吸収係数が減少し、黄色着色がなくなった領域が形成されていた。一方、非集光照射部 1 9では、透過率の変化が検出されなかつた。

次いで、実施例 1と同様にして 2本目以降の光導波路〗 2 · ·を 1本目の光導波路 1 1 と平行に形成し、図 4に示す構造をもつ光導波路アレイを作製した。 4 20 nmの波長の光を用いて光導波路ァレイの読出しコントラストを調査したところ、屈折率変化だけを利用した比較例 2の光導波路アレイに比べて著しく大きな値であった。

実施例 4 ： P t微粒子分散ガラスを用いた光導波路アレイ

S i 0₂： 72重量部， B₂0₃： 18重量部， Na₂0： 10重量部， S b₂0₃ ： 2重量部. P t : 0. 05重量部，の組成をもつ P t微粒子分散ガラスを作製するため、 S i 0₂, B₂0_3> Na₂C〇₃， S b ₂0₃の原料粉末を秤量.配合し、白金原料として塩化白金酸の水溶液を添加した。

配合粉末 400 gを容量 300 c cの P tルツボに入れ、大気雰囲気 145 ◦ °Cで 2時間撹拌しながら加熱溶解した。均一溶解したガラスから実施例 1と同様にして、 P t微粒子の析出により灰色に着色した 1 Ommx 1 Ommx 4mm のガラス試料を作製した。 P t微粒子の析出には、電気炉中、昇温速度 5°CZ分で昇温し、 600°Cで 4時間保持した後、炉冷する熱処理を採用した。

ガラス試料の透過率スぺクトルを測定したところ、 750〜400 nmの可視波長の光に対し、 20%と平均的に低い透過率であった。

作製されたガラス試料 7に対し、実施例 1と同様にパルスレーザ一〗で集光照射した。照射後の試験片を観察すると、集光点 6の屈折率が 0. 01だけ上昇していた。また、試料 7又は集光点 6を連続的に一方向に相対移動させることにより、ガラス試料 7の内部に直線状の光導波路〗 1が形成された。この場合にも、集光点 6における屈折率変化及び固有吸収の減少は、ナノ秒又はピコ秒オーダーのごく短時間で生じた。

光導波路〗 1の形成如何は、実際に 80 Onmのレーザー光を試験片に入射し、屈折率変化を起こしている部分にのみに光が伝播されていることを観測することにより確認できた。また、出射側の近視野像から、光導波路 1 〗は直径（コア径） 15 mの断面をもっていた。光導波路部 1 1の透過率スペクトルを測定したところ、 P t微粒子によって吸収されていた波長帯（約750〜4001 111) の吸収係数が減少し、灰色着色がなくなった領域が形成されていた。一方、非集光照射部〗 9では、透過率の変化が検出されなかった。

次いで、実施例 1と同様にして 2本目以降の光導波路〗 2 · ·を 1本目の光導波路 1 〗と平行に形成し、図 4に示す構造をもつ光導波路アレイを作製した。 6 00 nmの波長の光を用いて光導波路ァレイの読出しコントラストを調査したところ、屈折率変化だけを利用した比較例 2の光導波路アレイに比べて著しく大きな値であった。

実施例 5 ： CuC 1微粒子分散ガラスを用いた光導波路アレイ

S i 0₂ ： 65重量部. A 1₂0₃： 6重量部， B₂〇₃ ： 17重量部， L i ₂0： 4重量部， Na₂〇： 4重量部， K₂0： 4重量部， CuC 1 : 0. 5重量部， S ηθ： 0. 2重量部の組成をもつ CuC 1微粒子分散ガラスを作製するため、 S i O_z. A 1₂0₃, B₂0₃, L i ₂C〇₃, Na₂C〇₃, K₂C0₃, CuC 1 , S n Oの原料粉末を秤量 ·配合した。

配合粉体 400 gを容量 300 c cの P tルツボに入れ、大気雰囲気中 145 0°Cで 2時間撹拌しながら加熱溶解した。均一溶解したガラスから、実施例 1と同様な手順で、 1 011111 1 011 !11 4^ 1^のガラス試料を作製した。 CuC l 微粒子の析出には、電気炉中、昇温速度 5 °C/分で昇温し、 550°Cで 4時間保持した後、炉冷する熱処理を採用した。

ガラス試料の透過率スペクトルを測定したところ、 380nm以下の波長の光に対する透過率が 0 %であつた。

作製されたガラス試料 7に対し、実施例 1と同様にパルスレーザ光 5で集光照射した。照射後の試験片を観察すると、集光点 6の屈折率が 0. 01だけ上昇していた。また、試料 7又は集光点 6を連続的に一方向に相対移動させることにより、ガラス試料 7の内部に直線状の光導波路 1 1が形成された。この場合にも、集光点 6における屈折率変化及び固有吸収の減少は、ナノ秒又はピコ秒ォ一ダーのごく短時間で生じた。

光導波路 1 1の形成如何は、実際に 800 nmのレーザー光を試験片に入射し、屈折率変化を起こしている部分にのみに光が伝播されていることを観測することにより確認できた。また、出射側の近視野像から、光導波路 1 1は直径（コア径） 15 mの断面をもっていた。光導波路部 1 1の透過率スペクトルを測定したところ、 CuC 1微粒子によって吸収されていた波長帯（約 360~380nm) の吸収係数が減少した領域が形成されていた。一方、非集光照射部 1 9では、透過率の変化が検出されなかった。また、 800 nmの波長をもつレーザ一光に替え、他の波長（たとえば、第 2 高調波（SHG) 光である 4◦ Onmや通信波長帯の 1. 3 mや 1. 55 urn) をもつレーザー光でガラス試料 7を集光照射した場合でも、同様の屈折率変化及び 360 nmより長い波長領域の固有吸収の減少が観測された。

次いで、実施例 1と同様にして 2本目以降の光導波路 1 2. ·を 1本目の光導波路〗 1 と平行に形成し、図 4に示す構造をもつ光導波路アレイを作製した。 3 80 nmの波長の光を用いて光導波路ァレイの読出しコントラストを調査したところ、屈折率変化だけを利用した比較例 3の光導波路ァレイに比べて著しく大きな値であった。

実施例 6 ： C o^{2 +}イオン含有ガラスを用いた光導波路アレイ

S i 0₂ : 72重量部， B₂O₃ : 20重量部， Na₂0 : 8重量部， CoO : 0. 05重量部の組成をもつ C o^{2 +}イオン含有ガラスを作製するために、 S i 0₂, B ₂0₃. Na₂C0₃, C οθの原料粉末を秤量 ·配合した。配合粉末 400gを容量 300 c cの P tルツボに入れ、大気雰囲気中 1450°C大気中で 2時間撹拌しながら加熱溶解した。均一溶解したガラスを真鏺型に流し込んで厚さ 6mmの板に成型し、冷却した後、 450°Cのァニールにより歪みを除去した。次いで、切断、研磨し、 1 Ommx 1 Ommx 2mmのガラス試料を切り出した。

550〜700 nmに吸収帯をもつ C o^{2 +}を配合したため、得られたガラス試料の透過スぺクトルを測定したところ、 550〜700 nmの光に対する透過率が 0%であった。

作製されたガラス試料 7に対し、実施例 1と同様にパルスレーザ光 5で集光照射した。照射後の試験片を観察すると、集光点 6の屈折率が 0. 01だけ上昇していた。また、試料 7又は集光点 6を連続的に一方向に相対移動させることにより、ガラス試料 7の内部に直線状の光導波路 1 1が形成された。この場合にも、集光点 6における屈折率変化及び固有吸収の減少は、ナノ秒又はピコ秒オーダ一のごく短時間で生じた。

光導波路 1 1の形成如何は、実際に 80 Onmのレーザー光を試験片に入射し、屈折率変化を起こしている部分にのみに光が伝播されていることを観測することにより確認できた。また、出射側の近視野像から、光導波路 1 〗は直径（コア径） 15 mの断面をもっていた。光導波路部 1 1の透過率スペクトルを測定したところ、 C o^{2 +}イオンによって吸収されていた波長帯（約 700〜550 nm) の吸収係数が減少し、青色着色がなくなった領域が形成されていた。一方、非集光照射部 19では、透過率の変化が検出されなかった。

次いで、実施例 1と同様にして 2本目以降の光導波路 1 2 · ·を 1本目の光導波路 1 〗と平行に形成し、図 4に示す構造をもつ光導波路アレイを作製した。 6 50 nmの波長の光を用いて光導波路アレイの読出しコントラストを調査したところ、屈折率変化だけを利用した比較例 1の光導波路アレイに比べて著しく大きな値であった。

実施例 7 ： N i ^{2 +}イオン含有ガラスを用いた光導波路アレイ

S i 0₂ : 72重量部， B₂O₃ : 20重量部， Na₂0 : 8重量部， Ni O : 0. 2重量部の組成をもつ N i ²⁺イオン含有ガラスを作製するために、 S i 0₂, B₂ 0₃, Na₂C0_3> N i 0の原料粉末を秤量，配合した。配合粉末 400 gを容量 300 c cの P tルツボに入れ、大気雰囲気 1450°Cで 2時間撹拌しながら加熱溶解した。均一溶解したガラスから、実施例 6と同様にして 10mm 0m mx 5mmのガラス試料を作製した。

450〜550 nmに吸収帯をもつ N i ^{2 +}が配合されているため、得られたガラス試料の透過スぺクトルを測定したところ、 450〜550 nmの波長の光に対する透過率が 0 %であつた。

光導波路 1 1の形成如何は、実際に 800 nmのレーザ一光を試験片に入射し、屈折率変化を起こしている部分にのみに光が伝播されていることを観測することにより確認できた。また、出射側の近視野像から、光導波路 1 1は直径（コア径） 15 mの断面をもっていた。光導波路部 1 〗の透過率スペクトルを測定したところ、 N i ^{2 +}イオンによって吸収されていた波長帯（約 650〜450nm) の吸収係数が減少し、茶色着色がなくなった領域が形成されていた。一方、非集光照射部〗 9では、透過率の変化が検出されなかった。

次いで、実施例 1と同様にして 2本目以降の光導波路 1 2 · ·を 1本目の光導波路 1 1 と平行に形成し、図 4に示す構造をもつ光導波路アレイを作製した。 5 50 nmの波長の光を用いて光導波路ァレイの読出しコントラストを調査したところ、屈折率変化だけを利用した比較例 1の光導波路アレイに比べて著しく大きな値であった。

実施例 8 ： P r^{3 +}イオン含有ガラスを用いた光導波路アレイ

Z r F₄ : 53モル部， BaF₂ : 20モル部， LaF₃ : 4モル部， A1 F₃ :

3モル部， NaF : 20モル部， P r F₃ ： 1モル部の組成をもつ P r ³⁺イオン含有ガラスを作製するため、 Z rF₄, BaF₂, La F₃, A 1 F₃, Na F, P r

F ₃の原料粉末を秤量 ·配合した。

配合粉体 500 gを容量 300 c cの P tルツボに入れ、窒素雰囲気中 90 0°Cで 1時間撹拌しながら加熱溶解した。均一溶解したガラスを真鍮の型に流し込み、厚さ 5 mmの板に成型、冷却した。得られたガラスを 260°Cでァニールし、歪みを除去した。次いで、切断、研磨し、 1 Ommx 1 Ommx 3mmのガラス試料を切り出した。

450〜550 nmに吸収帯をもつ P r ^{3 +}を配合しているため、得られたガラス試料の透過率スペクトルを測定したところ、 450〜550 nmの波長の光に対する透過率が 5 %であつた。

作製されたガラス試料 7に対し、実施例 1と同様にパルスレーザ光 5で集光照射した。照射後の試験片を観察すると、集光点 6の屈折率が 0. 01だけ上昇していた。また、試料 7又は集光点 6を連続的に一方向に相対移動させることにより、ガラス試料 7の内部に直線状の光導波路 1 1が形成された。この場合にも、集光点 6における屈折率変化及び固有吸収の減少は、ナノ秒又はピコ秒オーダーのごく短時間で生じた。

光導波路 1 1の形成如何は、実際に 800 nmのレーザー光を試験片に入射し、屈折率変化を起こしている部分にのみに光が伝播されていることを観測すること W

により確認できた。また、出射側の近視野像から、光導波路 1 1 は直径（コア径） 1 5 mの断面をもっていた。光導波路部 1 1の透過率スペクトルを測定したところ、 P r ^{3 +}イオンによって吸収されていた波長帯（約5 5 0〜4 5 0 11 11 ) の吸収係数が減少し、黄緑色着色がなくなった領域が形成されていた。一方、非集 5 光照射部 1 9では、透過率の変化が検出されなかった。

次いで、実施例 1と同様にして 2本目以降の光導波路 1 2 · ·を 1本目の光導波路と平行に形成し、図 4に示す構造をもつ光導波路アレイを作製した。 5 0 0 n mの波長の光を用いて光導波路アレイの読出しコントラストを調査したところ、屈折率変化だけを利用した比較例 4の光導波路アレイに比べて著しく大きな値で0 あった。

比較例 1 ：

A u微粒子分散ガラスの A uを含まない以外は、実施例 1と同じ組成（S i 0 2 ： 7 2重量部， B ₂0₃ ： 1 8重量部， N a ₂0 ： 1 0重量部， S b ₂0₃ ： 4重量部）のガラスマトリックスとなるように、原料粉末として S i 0₂, B ₂0₃, N a 5 ₂0, S b ₂0₃を秤量 '配合した。配合粉体 4 0 0 gを容量 3 0 0 c cの P tルツボに入れ、大気雰囲気 1 4 5 0 °Cで 2時間攪拌しながら加熱溶解した。均一溶解したガラスを真鍮型に流し込み、厚さ 5 mmの板に成型、冷却した。得られたガラスを 4 5 0 °Cでァニールし、歪みを除去した後、切断、研磨し、厚さ 4 mmのガラス試料に切り出した。

0 得られたガラス試料を実施例 1と同じ条件でパルスレーザ光で集光照射し、光導波路をガラス試料の内部に形成した。

集光照射後のガラス試料を観察したところ、図 5に示すように、集光照射部分に屈折率変化領域 2 1が形成されていた。他方、非集光照射部分 2 9では、屈折率の変化が検出されなかった。実施例 1と同様な方法で作製した導波路アレイに 5 ついて、 5 5 0 n mの光を用いて読出しコントラストを調査したところ、固有吸収の減少がなく屈折率変化だけで読み取るため、実施例 1に比較して著しく低いコントラストであった。

比較例 2 ：

A g微粒子分散ガラスの A gを含まない以外は、実施例 3と同じ組成（S i 〇 2 : 72重量部. CaO : 20重量部， Na₂0 : 8重量部， SnO : 0. 2重量部）のガラスマトリックスとなるように、原料粉末として S i 0₂, CaC0_3> Na₂C0₃, SnOを秤量 '配合した。配合粉末 400 gを容量 300 c cの P tルツボに入れ、大気雰囲気中 1450°Cで 2時間攪拌しながら加熱溶解した。均一溶解したガラスから、実施例 3と同様にして厚み 3mmのガラス試料を作製した。

得られたガラス試料を実施例 3と同じ条件でパルスレーザ光で集光照射し、光導波路をガラス試料の内部に形成した。

集光照射後のガラス試料を観察したところ、図 5に示すように、集光照射部分に屈折率変化領域 21が形成されていた。他方、非集光照射部分 29では、屈折率の変化が検出されなかった。実施例 3と同様な方法で作製した導波路ァレイについて、 420nmの光を用いて読出しコントラストを調査したところ、固有吸収の減少がなく屈折率変化だけで読み取るため、実施例 3に比較して著しく低いコントラストであった。

比較例 3

CuC 1微粒子分散ガラスの CuC 1を含まない以外は、実施例 5と同じ組成 (S i 0₂： 65重量部， A 1₂0₃： 6重量部， B₂〇₃： 17重量部， L i ₂0： 4重量部. Na₂0 : 4重量部， K₂0： 4重量部， SnO : 0. 2重量部）のマトリックスとなるように、原料粉末として S i 0₂， A 1₂0₃, B₂0₃. L i CO 3, Na₂C0₃, K₂C0_3> S ηθを秤量 '配合した。配合粉末 400 gを容量 3 00 c cの P tルツボに入れ、大気雰囲気 1450 で 2時間攪拌しながら加熱溶解した。均一溶解したガラスから、実施例 5と同様にして厚み 4mmのガラス試料を作製した。

得られたガラス試料を実施例 5と同じ条件でパルスレーザ光で集光照射し、光導波路をガラス試料の内部に形成した。

集光照射後のガラス試料を観察したところ、図 5に示すように、集光照射部分に屈折率変化領域 21が形成されていた。他方、非集光照射部分 29では、屈折率の変化が検出されなかった。実施例 5と同様な方法で作製した導波路ァレイについて、 380nmの光を用いて読出しコントラストを調査したところ、固有吸収の減少がなく屈折率変化だけで読み取るため、実施例 5に比較して著しく低いコントラストであった。

比較例 4

P r ³⁺イオン含有ガラスの P r F₃を含まない以外は、実施例 8と同じ組成（Z rF₄ : 53モル部， BaF₂ : 20モル部， LaF₃ : 4モル部， A1 F₃ : 3モル部， Na F： 20モル部）のマトリックスとなるように、原料粉末として高純度の Z r F₄, B a F_2> L a F₃, A 1 F₃, NaFを秤量 '配合した。配合粉末 400 gを容量 300 c cの P tルツボに入れ、窒素雰囲気 900でで 2時間攪拌しながら加熱溶解した。均一溶解したガラスを真鍮型に流し込み、厚さ 5mm の板に成型、冷却した後、 260°Cのァニールにより歪みを除去した。次いで、実施例 8と同じ厚み 3 mmのガラス試料を作製した。

得られたガラス試料を実施例 8と同じ条件でパルスレーザ光で集光照射し、光導波路をガラス試料の内部に形成した。

集光照射後のガラス試料を観察したところ、図 5に示すように、集光照射部分に屈折率変化領域 21が形成されていた。他方、非集光照射部分 42で ίίτ屈折率の変化が検出されなかった。実施例 8と同様な方法で作製した導波路ァレイについて、 500 nmの光を用いて読出しコントラストを調査したところ、固有吸収の減少がなく屈折率変化だけで読み取るため、実施例 8に比較して著しく低いコントラストであった。産業上の利用可能性

以上に説明したように、本発明においては、 360 nmより長い波長領域に固有吸収をもつガラス内部に集光点を調節したパルスレーザ光で集光照射することにより、屈折率の変化及び 360 nmより長い波長領域の固有吸収の減少が起きた部分がガラス材料の内部に連続的に形成された光導波路アレイが作製される。得られた光導波路アレイは、光導波路とその周辺部分とで光学特性が大きく異なつているため、クロストーク等の問題がない高信頼性の製品となる。また、従来の吸光体を設けた光導波路ァレイに比較して、複雑な工程を経ることなく製造されるため、生産性にも優れたものといえる。しかも、 360nmより長い波長領域に固有吸収をもつガラスを適当に選ぶことにより、 3 6 0 n mより長い波長領域でクロストークなく伝搬させたい光の波長を任意に選択できる。

Claims

請求の範囲

1 . 3 6 0 n mより長い波長領域に固有吸収がある吸収物質を含むマトリックスをもち、ガラス内部に集光点を調節したパルスレーザ一光の集光照射で生じた屈折率の変化及び 3 6 0 n mより長い波長領域の固有吸収の減少が起きた部分がガラス材料の内部に連続的に形成されていることを特徴とする光導波路ァレィ。

2. 請求項 1記載の吸収物質が金属微粒子，半導体微粒子，遷移金属イオン，希土類ィオン，陰イオンの 1種又は 2種以上である光導波路ァレイ。

3. 3 6 0 n mより長い波長領域に固有吸収がある吸収物質を含むガラス材料の内部に集光点を調節し、屈折率の変化及び 3 6 0 n mより長い波長領域の固有吸収の減少を起こすエネルギー量を持つパルスレーザ光でガラス材料を集光照射し、ガラス材料の内部で集光点を相対移動させながら、屈折率の変化及び 3 6 0 n mより長い波長領域の吸収係数が減少した連続領域をガラス材料の内部に形成することを特徴とする光導波路ァレイの製造方法。