WO2024154680A1 - 光導波路デバイス - Google Patents

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WO2024154680A1
WO2024154680A1 PCT/JP2024/000705 JP2024000705W WO2024154680A1 WO 2024154680 A1 WO2024154680 A1 WO 2024154680A1 JP 2024000705 W JP2024000705 W JP 2024000705W WO 2024154680 A1 WO2024154680 A1 WO 2024154680A1
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WO
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refractive index
substrate
change
decrease
optical waveguide
Prior art date
Application number
PCT/JP2024/000705
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English (en)
French (fr)
Inventor
哲也 中西
肇 荒生
至弘 佃
学 塩▲崎▼
Original Assignee
住友電気工業株式会社
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
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    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
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    • G—PHYSICS
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/13—Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method

Definitions

  • This disclosure relates to an optical waveguide device.
  • This application claims priority to Japanese Application No. 2023-004505, filed on January 16, 2023, and incorporates all of the contents of said Japanese application by reference.
  • Substrates that are made of glass and include a base portion and a refractive index change portion are known (for example, Non-Patent Documents 1 and 2).
  • the refractive index change portion has a refractive index different from that of the base portion.
  • the optical waveguide device includes a substrate made of glass having a uniform composition ratio.
  • the substrate includes a base portion and a refractive index change portion.
  • the refractive index change portion has a refractive index different from that of the base portion.
  • the refractive index change portion includes at least one pair of a refractive index decrease portion and a refractive index increase portion.
  • the refractive index of the refractive index increase portion is higher than that of the refractive index decrease portion.
  • the distance between the boundary between the refractive index decrease portion and the refractive index increase portion and the portion of the refractive index increase portion where the intensity of the propagating light is maximum is 5 ⁇ m or more.
  • the optical waveguide device includes a substrate made of glass having a uniform composition ratio.
  • the substrate includes a base portion and a refractive index change portion.
  • the refractive index change portion has a refractive index different from that of the base portion.
  • the refractive index change portion includes at least one pair of a refractive index decrease portion and a refractive index increase portion.
  • the refractive index of the refractive index increase portion is higher than that of the refractive index decrease portion.
  • the distance between the boundary between the refractive index decrease portion and the refractive index increase portion and the portion of the refractive index increase portion where the intensity of the propagating light is maximum divided by the maximum width of the light propagating through the refractive index increase portion is 0.5 or more.
  • FIG. 1 is a perspective view illustrating an optical waveguide device according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a perspective view that illustrates a state in which a substrate is irradiated with laser light.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view that illustrates a schematic view of how the laser light is irradiated within the substrate.
  • FIG. 4 is a diagram showing a state in which a refractive index change portion is formed on a substrate.
  • FIG. 5 is a diagram showing a schematic diagram of the relationship between the width of the refractive index change portion and the refractive index.
  • FIG. 6 is a diagram showing the position of the outer edge of the refractive index increase portion in the substrate.
  • FIG. 1 is a perspective view illustrating an optical waveguide device according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a perspective view that illustrates a state in which a substrate is irradiated with laser light.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view that illustrates a schematic view of how
  • FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the position of the refractive index increase portion and the relative refractive index difference.
  • FIG. 8 is a graph showing the relationship between the amount of change in the position of the outer edge of the refractive index change portion and the transmission loss of light propagating through the refractive index change portion.
  • FIG. 9 is a graph showing the relationship between the amount of change in the position of the outer edge of the refractive index change portion, the standard deviation d ⁇ of the relative refractive index difference ⁇ of the refractive index change portion, and the transmission loss of light propagating through the refractive index change portion.
  • FIG. 10 is a graph showing the change in refractive index on a line that passes through the refractive index decrease portion and the refractive index increase portion and is perpendicular to the main surface.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing an optical system for observing a portion of the refractive index increase portion where the intensity of the propagating light is maximum.
  • FIG. 12 is a diagram showing an image including a portion where the intensity of the propagating light is maximum among the refractive index increase portions.
  • FIG. 13 is a diagram showing an image including a refractive index change portion formed on a glass substrate.
  • FIG. 14 is a diagram showing an image obtained by superimposing an image including a portion of the refractive index increase portion where the intensity of the propagating light is maximum on an image including a refractive index change portion formed on a glass substrate.
  • FIG. 15 is a graph showing optical loss versus distance to the boundary between the refractive index decrease portion and the refractive index increase portion, and to a portion of the refractive index increase portion where the intensity of propagating light is at its maximum.
  • a density change occurs in a glass substrate made of glass by irradiating a pulsed laser light having a peak power to the glass substrate.
  • a femtosecond laser is irradiated to the glass substrate.
  • the refractive index change portion constitutes an optical waveguide. That is, an optical waveguide is formed in the glass substrate by irradiating the glass substrate with a laser light.
  • a method for reducing the optical loss to 0.1 dB/cm or less has not been established. For example, when the refractive index change portion is formed as a continuum, light scattering is likely to occur, and the optical loss may also decrease.
  • the present disclosure provides an optical waveguide device in which optical loss is reduced in a configuration in which a refractive index change portion is formed on a glass substrate.
  • An optical waveguide device includes a substrate made of glass having a uniform composition ratio.
  • the substrate includes a base portion and a refractive index change portion.
  • the refractive index change portion has a refractive index different from that of the base portion.
  • the refractive index change portion includes at least one pair of a refractive index decrease portion and a refractive index increase portion.
  • the refractive index of the refractive index increase portion is higher than the refractive index of the refractive index decrease portion.
  • the distance between the boundary between the refractive index decrease portion and the refractive index increase portion and the portion of the refractive index increase portion where the intensity of the propagating light is maximum is 5 ⁇ m or more.
  • the inventors of the present application have found that when the distance between the boundary between the refractive index decrease section and the refractive index increase section and the portion of the refractive index increase section where the intensity of the propagating light is at its maximum is short, the optical loss increases.
  • the distance between the boundary between the refractive index decrease section and the refractive index increase section and the portion of the refractive index increase section where the intensity of the propagating light is at its maximum is 5 ⁇ m or more. In this case, optical loss is reduced in a configuration in which a refractive index change section is formed on a glass substrate.
  • the value obtained by dividing the above distance by the maximum width of the light propagating through the refractive index increase section may be 0.5 or more. It is believed that the degree of confinement of the propagating light in the refractive index increase section also plays a role in optical loss. With this configuration, optical loss is more reliably reduced.
  • the substrate may contain 10% by weight or more of silicon dioxide.
  • the band gap in the base material may be 3.5 eV or more.
  • a structure in which the refractive index reduction portion is more precisely formed is provided. Glass containing a certain amount of silicon dioxide or more generally has a glass transition temperature of 700 degrees or more, and even after the energy of the laser light is converted into heat through electron-phonon relaxation, the melting range is limited to a range of submicrons or less. Therefore, the suppression of light scattering by the refractive index reduction portion and the formation of the optical waveguide are more precisely controlled.
  • optical loss increases when the boundary between the refractive index decrease section and the refractive index increase section is close to the center of the propagating light propagating through the refractive index increase section.
  • the degree of confinement of the propagating light in the refractive index increase section also contributes to optical loss.
  • the value obtained by dividing the distance to the portion of the refractive index increase section where the intensity of the propagating light is at its maximum by the maximum width of the light propagating through the refractive index increase section is 0.5 or more. In this case, optical loss is reduced in a configuration in which a refractive index change section is formed on a glass substrate.
  • the substrate may contain 10% by weight or more of silicon dioxide.
  • the band gap in the base material may be 3.5 eV or more.
  • a structure in which the refractive index reduction portion is more precisely formed is provided. Glass containing a certain amount of silicon dioxide or more generally has a glass transition temperature of 700 degrees or more, and the melting range is limited to a range of submicrons or less even after the energy of the laser light is converted into heat through electron-phonon relaxation. Therefore, the suppression of light scattering by the refractive index reduction portion and the formation of the optical waveguide are more precisely controlled.
  • the substrate may have a main surface.
  • the refractive index decrease section may be located between a part of the refractive index increase section and the main surface.
  • the boundary between the refractive index decrease section and the refractive index increase section may include an inflection point of a curve that indicates a change in refractive index on a line that passes through the refractive index decrease section and the refractive index increase section and is perpendicular to the main surface. In this case, optical loss is further reduced.
  • the substrate may have a main surface.
  • the refractive index decrease section may be located between a part of the refractive index increase section and the main surface.
  • the value obtained by dividing the width of the refractive index increase section in a direction perpendicular to the main surface by the maximum width of the light propagating through the refractive index increase section may be 0.6 or more and 2 or less. The longer the width of the refractive index increase section in the direction perpendicular to the main surface, the more likely it is that the above distance will be large.
  • the width of the refractive index increase section in the direction perpendicular to the main surface is too long, there is a risk of a higher-order mode being generated. According to the above configuration, the width of the refractive index increase section in the direction perpendicular to the main surface is balanced, and optical loss is further reduced.
  • the substrate may have a main surface.
  • the refractive index decrease section may be located between a part of the refractive index increase section and the main surface.
  • the refractive index change section may extend in a first direction along the main surface.
  • the amount of change in the position of the outer edge of the refractive index increase section in the second direction may be 0.12 ⁇ m or less.
  • the second direction is along the main surface and perpendicular to the first direction. If the amount of change in the position of the outer edge of the refractive index increase section in the second direction is large, scattering loss may increase. With the above configuration, optical loss is further reduced.
  • the substrate may have a main surface.
  • the refractive index decrease section may be located between a part of the refractive index increase section and the main surface.
  • the refractive index change section may extend in a first direction along the main surface.
  • the substrate may have a main surface. Of the pair of refractive index decrease section and refractive index increase section, the refractive index decrease section may be located between a part of the refractive index increase section and the main surface.
  • the substrate may include a plurality of refractive index change sections that are spaced apart from each other and extend along the main surface.
  • the substrate may have a plurality of cores formed by each of the plurality of refractive index change sections, the relative refractive index difference of the refractive index increase section being 0.2% or more.
  • the distance between the plurality of cores may be 20 ⁇ m or more and 40 ⁇ m or less, and the crosstalk between the plurality of refractive index change sections may be ⁇ 30 dB or less when the propagating light through the plurality of refractive index change sections has a wavelength of 1310 nm to 1550 nm. In this case, even when a plurality of cores are formed, optical loss is reduced.
  • the optical waveguide device 1 includes a substrate 2 made of glass.
  • the substrate 2 is composed of a single layer having the same composition and the same composition ratio.
  • the substrate 2 includes a base material portion 9 and a refractive index change portion 10 formed inside the substrate 2.
  • the refractive index change portion 10 corresponds to a portion through which light propagates.
  • the substrate 2 extends, for example, in a direction D1 and a direction D2 intersecting the direction D1.
  • the substrate 2 has a thickness in a direction D3 intersecting both the direction D1 and the direction D2.
  • the direction D1 is the longitudinal direction of the substrate 2.
  • the directions D1, D2, and D3 are, for example, perpendicular to each other.
  • the direction D1 corresponds to a first direction
  • the direction D2 corresponds to a second direction
  • the direction D3 corresponds to a third direction.
  • the substrate 2 is made of glass having a uniform composition ratio.
  • uniform includes being substantially uniform.
  • Having a uniform composition ratio means that the variation in the composition ratio of the glass in the region where the waveguide is formed and around the waveguide is 3% or less.
  • the substrate 2 has, as an example, a rectangular plate shape.
  • the substrate 2 has, for example, a first end face 2b where the end face of the refractive index change portion 10 is exposed, and a second end face 2c facing the opposite side to the first end face 2b.
  • the refractive index change portion 10 is covered by the base portion 9 except for the first end face 2b and the second end face 2c.
  • the substrate 2 contains 10% or more by weight of silicon dioxide (SiO 2 ), and the band gap in the base portion 9 is 3.5 eV or more.
  • the substrate 2 is made of glass containing 80% or more by weight of SiO 2.
  • the substrate 2 may also be made of glass containing 95% or more by weight of SiO 2 .
  • Examples of glass that can be used for the substrate 2 include fused silica, fused silica containing minute additives, brosilicate glass, and aluminosilicate glass.
  • the substrate 2 contains OH groups.
  • the concentration of OH groups contained in the substrate 2 is 100 [wtppm] or less.
  • the substrate 2 may be made of SiO 2 to which deuterium has been added.
  • the substrate 2 may also be made of SiO 2 containing a halogen with a concentration of 0.5 [wt%] or more.
  • the refractive index change portion 10 has a refractive index different from that of the base portion 9.
  • the refractive index change portion 10 is a portion where the density of the glass changes with respect to the base portion 9.
  • the refractive index change portion 10 extends along a direction D1 inside the substrate 2. In the embodiment, the direction D1 corresponds to the longitudinal direction of the refractive index change portion 10.
  • the method for fabricating the optical waveguide device 1 includes a first step of forming the refractive index change portion 10, and a second step of mitigating the variation in the refractive index of the glass of the refractive index change portion 10.
  • FIG. 2 is a perspective view showing the irradiation of the femtosecond laser light L onto the substrate 2 in the first step.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing the irradiation of the femtosecond laser light L within the substrate 2 in the first step.
  • the substrate 2 is irradiated with the femtosecond laser light L while an irradiation device M that irradiates the femtosecond laser light L is moved along a direction D1.
  • the pulse width of the femtosecond laser light L in the first step is 300 fs or less.
  • the repetition frequency of the femtosecond laser light L in the first step is 700 kHz or less.
  • the substrate 2 has a main surface 2d extending in directions D1 and D2, and for example, the irradiation device M irradiates the main surface 2d with femtosecond laser light L.
  • the femtosecond laser light L is emitted from the irradiation device M to the substrate 2 along direction D3.
  • the refractive index change section 10 formed in the first step includes at least one pair of a refractive index increase section 12 and a refractive index decrease section 11.
  • FIG. 4 is a diagram showing a state in which the refractive index change section is formed on a substrate.
  • the refractive index of the refractive index increase section 12 is higher than that of the refractive index decrease section 11.
  • the refractive index of the refractive index decrease section 11 includes a portion lower than the refractive index of the substrate section 9.
  • the refractive index of the refractive index increase section 12 is higher than that of the substrate section 9.
  • the refractive index decrease section 11 is formed between the main surface 2d of the substrate 2 and the refractive index increase section 12.
  • the refractive index decrease section 11 is formed, for example, at the focusing position P1 of the femtosecond laser light L in the first step.
  • the refractive index change section 10 includes a boundary P2 between the refractive index decrease section 11 and the refractive index increase section 12.
  • a refractive index increase section 12 and a refractive index decrease section 11 extending in the direction D1 are formed inside the substrate 2.
  • the cross section of the refractive index increase section 12 in a plane perpendicular to the direction D1 has, for example, an elliptical shape with a major axis in the direction D3.
  • the cross section of the refractive index decrease section 11 in a plane perpendicular to the direction D1 has, for example, an elliptical shape with a major axis in the direction D3.
  • a plurality of refractive index increase sections 12 and refractive index decrease sections 11 are formed with their positions shifted in the direction ⁇ .
  • a plurality of refractive index increase sections 12 aligned along the direction D2 overlap each other.
  • a plurality of refractive index decrease sections 11 aligned along the direction D2 overlap each other.
  • a plurality of refractive index increase sections 12 overlapping each other are formed along the direction D2, and thus a plurality of rectangular refractive index increase sections 12 are formed in the first step.
  • femtosecond laser light L is irradiated onto the multiple refractive index increase portions 12 formed in the first step.
  • the pulse width of the femtosecond laser light L in the second step is 300 fs or less.
  • the repetition frequency of the femtosecond laser light L in the second step is higher than 700 kHz.
  • the pulse width of the femtosecond laser light L in the second step is, for example, the same as the pulse width of the femtosecond laser light L in the first step. In this case, the irradiation of the femtosecond laser light L in the second step can be easily performed.
  • the repetition frequency of the femtosecond laser light L in the second step is higher than the repetition frequency of the femtosecond laser light L in the first step.
  • PW1 the pulse peak power of the femtosecond laser light L irradiated in the first step
  • PW2 is greater than (PW1/100).
  • the irradiation of the femtosecond laser light L forms a refractive index relaxation portion 15 surrounding the multiple refractive index increase portions 12.
  • the depth (depth from the main surface 2d) of the focusing position P3 of the femtosecond laser light L in the second step is deeper than the depth of the focusing position P1 of the femtosecond laser light L in the first step.
  • the relaxation portion 15 is formed to surround the multiple refractive index increase portions 12 located below the multiple refractive index decrease portions 11 (downstream in the traveling direction of the femtosecond laser light L).
  • the irradiation of the femtosecond laser light L is performed once.
  • the irradiation of the femtosecond laser light L is performed once while moving the irradiation device M along the direction D1.
  • the refractive index increase portion 12 is a portion having a higher refractive index than the portion (cladding) other than the refractive index increase portion 12 of the substrate 2.
  • the relaxation portion 15 is a portion where the refractive index changes gradually from the refractive index increase portion 12 toward the cladding.
  • the refractive index change section 10 includes multiple refractive index increase sections 12 and relaxation sections 15.
  • the standard deviation ⁇ w of the roughness of the inner wall surface of the hole shape formed by dissolving the waveguide with an acid or alkali is 0.12 [ ⁇ m] or less.
  • the above-mentioned "roughness of the inner wall surface" is obtained, for example, by measuring the roughness of the inner wall surface of the hole of the waveguide formed by dissolving the waveguide with an HF aqueous solution or a KOH aqueous solution using an atomic force microscope or a stylus profiling system.
  • a KOH aqueous solution is used, the roughness of the inner wall surface obtained after immersion for 60 minutes in a 10 vol% KOH aqueous solution at 80°C is measured.
  • FIG. 6 shows the substrate 9 and the refractive index change portion 10 as viewed along the direction D3.
  • the refractive index change portion 10 is located in the region R1, and the substrate 9 is located in the region R2 sandwiching the region R1 in the direction D2.
  • the refractive index of the substrate 9 is n-
  • the maximum refractive index of the refractive index change portion 10 is n + .
  • the refractive index of the refractive index change portion 10 (refractive index increase portion 12) is higher than the refractive index of the cladding of the substrate 9.
  • the waveguide diameter of the refractive index change portion 10 varies depending on the position in the direction D1.
  • the value of ⁇ is 0.12 or less.
  • the amount of change in the position of the outer edges B1, B2 of the refractive index increase portion 12 in the direction D2 corresponds to the amount of displacement of the positions of the outer edges B1, B2 in the direction D2, and corresponds to the amount of change in the radius of the cross section of the refractive index change portion 10 as viewed along the direction D1 (cross section in a plane perpendicular to the direction D1).
  • FIG. 7 is a diagram showing a schematic distribution of the refractive index of the refractive index change portion 10 in the direction D1.
  • the horizontal axis of the graph in FIG. 7 indicates the position in the direction D1
  • the vertical axis of the graph in FIG. 7 indicates the relative refractive index difference ⁇ of the refractive index change portion 10.
  • the relative refractive index difference ⁇ is the ratio of the difference between the maximum refractive index n + of the refractive index change portion 10 and the refractive index n0 of the substrate portion 9 with respect to the refractive index n0 of the substrate portion 9.
  • Data C1 shows the change in the relative refractive index. As shown in FIG.
  • the value of the maximum refractive index n + of the refractive index change portion 10 varies depending on the position in the direction D1.
  • the standard deviation of the relative refractive index difference ⁇ of the refractive index change portion 10 in the direction D1 is d ⁇ [%] and the amount of change in the position of the outer edges B1 and B2 of the refractive index increase portion 12 in the direction D2 is ⁇ [ ⁇ m]
  • d ⁇ and ⁇ satisfy the formula (2) 0.1 ⁇ (( ⁇ /0.13745) ⁇ 2 + (d ⁇ /0.00677) ⁇ 2) ⁇ 0.1 [dB/cm].
  • Figure 8 is a graph showing the relationship between the amount of change ⁇ [ ⁇ m] in the position of the outer edges B1, B2 of the refractive index increasing section 12 in the direction D2 and the optical transmission loss [dB/cm] in the refractive index changing section 10.
  • Data DA1 is a plot of multiple sample data.
  • Data DA2 is a polynomial approximation of data DA1.
  • the core relative refractive index ⁇ is 0.3 to 0.4%.
  • the amount of change ⁇ in the position of the outer edges B1, B2 of the refractive index increasing section 12 is the wall roughness obtained by treating the refractive index changing section 10 with, for example, an HF aqueous solution or a KOH aqueous solution. The wall roughness is measured, for example, by an AFM.
  • the transmission loss is reduced to below 0.1 [dB/cm].
  • the value of the change ⁇ in the positions of the outer edges B1, B2 of the refractive index increasing section 12 is 0.1 or less, the transmission loss is more reliably reduced to below 0.1 [dB/cm].
  • the change ⁇ is mitigated by heat.
  • FIG. 9 is a graph showing the relationship between the standard deviation d ⁇ of the relative refractive index difference ⁇ of the refractive index change portion 10 in the direction D1 and ⁇ .
  • the smaller the value of d ⁇ and the value of ⁇ the smaller the transmission loss can be, and when ⁇ and d ⁇ satisfy the formula (2) 0.1 ⁇ (( ⁇ /0.13745) ⁇ 2+(d ⁇ /0.00677) ⁇ 2) ⁇ 0.1 [dB/cm], the transmission loss can be reduced to 0.1 [dB/cm] or less.
  • the region satisfying the above formula (2) can be made wider when the correlation length Lc between ⁇ and d ⁇ is shorter than 100 [ ⁇ m].
  • the correlation length Lc may be 10 [ ⁇ m] or less.
  • FIG. 9 shows a graph when the correlation length Lc is 10 [ ⁇ m].
  • An example of a method for shortening the correlation length Lc is to irradiate the femtosecond laser light L at multiple different periods in the first step. That is, the femtosecond laser light L is irradiated while changing the period along the direction D1. In this case, it is possible to adjust the irradiation period of the femtosecond laser light L so that the correlation length Lc is shorter than 100 [ ⁇ m].
  • the repetition frequency f and the scan speed v are maintained so that the irradiation interval in each pulse of the femtosecond laser light L is 100 [nm] or less, and the femtosecond laser light L can be irradiated while changing the period by applying modulation by random numbers to at least one of f and v.
  • the refractive index change in the refractive index change section 10 has two or more different longitudinal periods. For example, by irradiating the femtosecond laser light L as described above, the refractive index change section 10 has a structure in which the refractive index formation period is f1 and f2, which is a formation period different from f1, and multiple periods are superimposed.
  • the refractive index change section 10 may have a structure in which f1 has a period of 30 [nm] and f2 has a period of 50 [nm].
  • three or more periods may be superimposed, and in this case, the formation periods f1, f2, ... fn (n is a natural number of 3 or more) of the refractive index change section 10 are selected so that they are not integer multiples of each other.
  • FIG. 10 is a graph showing the change in refractive index on a line passing through the refractive index decrease section 11 and the refractive index increase section 12 and perpendicular to the main surface 2d.
  • Data DA3 is a curve showing the change in refractive index.
  • the horizontal axis of the graph in FIG. 10 indicates the position in the direction D3, and the vertical axis of the graph in FIG. 10 indicates the refractive index.
  • the refractive index decreases from the refractive index increase section 12 to the refractive index decrease section 11.
  • An inflection point is formed between the maximum point of the refractive index change in the refractive index increase section 12 and the minimum point of the refractive index change in the refractive index decrease section 11.
  • the refractive index is n + .
  • the refractive index is n - .
  • the boundary P2 between the refractive index decrease portion 11 and the refractive index increase portion 12 includes an inflection point of a curve that passes through the refractive index decrease portion 11 and the refractive index increase portion 12 and indicates the change in refractive index on a line perpendicular to the main surface 2d.
  • the refractive index is n1.
  • the boundary P2 is one end of the refractive index increase portion 12 in the direction D3, and the position P5 is the other end of the refractive index increase portion 12 in the direction D3. Therefore, the width H from the boundary P2 to the position P5 is the width of the refractive index increase portion 12 in the direction D3.
  • the value obtained by dividing the width of the refractive index increase portion 12 in the direction D3 by the maximum width of the light propagating through the refractive index increase portion 12 is 0.6 or more and 2 or less.
  • the value obtained by dividing the width of the refractive index increase portion 12 in the direction D3 by the maximum width of the light propagating through the refractive index increase portion 12 may be 1.0 or more and 1.5 or less.
  • the maximum width of the light propagating through the refractive index increase portion 12 is, for example, the diameter of the light propagating through the refractive index increase portion 12.
  • the maximum width of the light propagating through the refractive index increase portion 12 is the MFD (Mode Field Diameter) of the light propagating through the refractive index increase portion 12.
  • the wavelength of the light propagating through the refractive index increase portion 12 is 850 nm to 1650 nm.
  • the value obtained by dividing the distance d between the boundary P2 between the refractive index decrease section 11 and the refractive index increase section 12 and the portion P7 of the refractive index increase section 12 where the intensity of the propagating light is maximum, by the maximum width of the light propagating through the refractive index increase section 12, is 0.5 or more.
  • the value obtained by dividing the distance d between the boundary P2 between the refractive index decrease section 11 and the refractive index increase section 12 and the portion P7 of the refractive index increase section 12 where the intensity of the propagating light is maximum, by the maximum width of the light propagating through the refractive index increase section 12 may be 0.7 or more.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing an optical system for observing the portion P7 of the refractive index increase section 12 where the intensity of the propagating light is maximum.
  • FIG. 13 is a diagram showing an image M2 including a refractive index change section 10 formed on a glass substrate.
  • FIG. 14 is a diagram showing an image obtained by superimposing an image M1 including the portion of the refractive index increase section 12 where the intensity of the propagating light is maximum and an image M2 including a refractive index change section formed on a glass substrate.
  • a near-infrared light source 31 irradiates the optical waveguide including the refractive index change portion 10 of the substrate 2 with near-infrared light.
  • the near-infrared light source 31 irradiates the substrate 2 with near-infrared light L1 having a wavelength of 1310 nm.
  • the near-infrared light emitted from the optical waveguide of the substrate 2 is incident on the camera 33.
  • the camera 33 captures the NFP (Near Field Pattern) and obtains an image M1.
  • the image M1 includes portion P7 of the refractive index increase portion 12 where the intensity of the propagating light is maximum.
  • the broadband light source 32 irradiates the refractive index change portion 10 of the substrate 2 with broadband light L2.
  • the broadband light source 32 is a halogen lamp.
  • the light emitted from the substrate 2 is incident on the camera 33 as light L3 together with the near-infrared light emitted from the optical waveguide of the substrate 2.
  • the camera 33 captures the NFP and obtains an image M2.
  • the image M2 includes the refractive index change portion 10 formed on the glass substrate, and includes the boundary P2 between the refractive index decrease portion 11 and the refractive index increase portion 12.
  • the substrate 2 may include a plurality of refractive index change sections 10 that are spaced apart from each other and extend along the main surface 2d.
  • the substrate 2 may include a plurality of waveguides that are spaced apart from each other.
  • the substrate 2 has a plurality of cores formed by each of the plurality of refractive index change sections 10, each of which has a relative refractive index difference of the refractive index increase section 12 of 0.2% or more.
  • the distance between the plurality of cores is 20 ⁇ m or more and 40 ⁇ m or less, and when the propagation light of the plurality of refractive index change sections has a wavelength of 1310 nm to 1550 nm, the crosstalk between the plurality of refractive index change sections is -30 dB or less.
  • FIG. 15 is a graph showing the optical transmission loss [dB/cm] versus distance d [ ⁇ m] between the boundary P2 between the refractive index decrease section 11 and the refractive index increase section 12, and the portion P7 of the refractive index increase section 12 where the intensity of the propagating light is at its maximum.
  • Data DA5 is a plot of multiple sample data.
  • Data DA6 is a polynomial approximation of data DA5.
  • the value of the transmission loss decreases as the distance d increases. It was confirmed that the transmission loss was reduced to 0.1 [dB/cm] or less when the distance d was 5 ⁇ m or more. It was confirmed that the transmission loss was further reduced when the distance d was 7 ⁇ m or more.
  • the substrate 2 may contain 10% by weight or more of silicon dioxide (SiO 2 ).
  • the band gap in the base material portion 9 may be 3.5 eV or more.
  • a structure in which the refractive index reduction portion 11 is more precisely formed is provided.
  • the glass transition temperature is generally 700 degrees or more, and even after the energy of the laser light is converted into heat through electron-phonon relaxation, the melting range is limited to a range of submicrons or less. Therefore, the suppression of light scattering by the refractive index reduction portion 11 and the formation of the optical waveguide are more precisely controlled.
  • the weight percent concentration of silicon dioxide can be measured with an Electron Probe Micro Analyzer or the like.
  • the band gap can be measured by ultraviolet-visible spectroscopy.
  • the boundary P2 between the refractive index decrease section 11 and the refractive index increase section 12 may include an inflection point of a curve that indicates a change in refractive index on a line that passes through the refractive index decrease section 11 and the refractive index increase section 12 and is perpendicular to the main surface 2d. In this case, optical loss is further reduced.
  • the value obtained by dividing the width of the refractive index increase portion 12 in the direction D3 perpendicular to the principal surface 2d by the maximum width of the light propagating through the refractive index increase portion 12 may be 0.6 or more and 2 or less.
  • the width of the refractive index increase portion 12 in the direction D3 perpendicular to the principal surface 2d is too long, a higher-order mode may occur. With the above configuration, the width of the refractive index increase portion 12 in the direction D3 perpendicular to the principal surface 2d is balanced, further reducing optical loss.
  • the optical waveguide When the optical waveguide is formed of a plurality of refractive index change portions 10, perturbation of the relative refractive index difference is likely to occur. In this case, it is considered that light scattering is likely to occur.
  • the change amount of the position of the outer edge of the refractive index increase portion 12 in the direction D2 is ⁇ [ ⁇ m] and the change amount of the relative refractive index difference of the refractive index increase portion in the direction D1 is d ⁇ [%]
  • 0.1 ⁇ (( ⁇ /0.13745) ⁇ 2 + (d ⁇ /0.00677) ⁇ 2) ⁇ 0.1 [dB/cm] may be satisfied.
  • the optical loss is further reduced.
  • the units of the coefficients of the constants are 0.13745 [( ⁇ m cm/dB) 1/2 ] and 0.00677 [(% cm/dB) 1/2 ].
  • the substrate 2 may include a plurality of refractive index change sections 10 that are spaced apart from each other and extend along the main surface 2d.
  • the substrate 2 may have a plurality of cores formed by each of the plurality of refractive index change sections 10, in which the relative refractive index difference of the refractive index increase section 12 is 0.2% or more.
  • the distance between the plurality of cores may be 20 ⁇ m or more and 40 ⁇ m or less, and when the propagating light of the plurality of refractive index change sections has a wavelength of 1310 nm to 1550 nm, the crosstalk between the plurality of refractive index change sections may be -30 dB or less.
  • optical loss is reduced and an optical waveguide that operates in a single mode is created.
  • the distance between the plurality of cores is 40 ⁇ m or less, inter-core crosstalk is suppressed and optical loss is suppressed.
  • the distance between the plurality of cores is 20 ⁇ m or more and the relative refractive index difference of the refractive index increase section 12 is 0.2% or more, inter-core crosstalk is further suppressed and optical loss is suppressed.
  • Inter-core crosstalk can be measured by shining laser light into a specific core and measuring the received power of the laser light output from the other cores.
  • the present disclosure is not limited to the above embodiments and can be applied to various embodiments.
  • the number of times of irradiation of the femtosecond laser light L in the second step may be multiple times and is not particularly limited.
  • the substrate 2 is described as being composed of a single layer, but the substrate 2 may be composed of multiple layers having different compositions or different composition ratios. That is, the substrate 2 may be a multi-layer substrate. In this case, for example, the waveguide of the substrate 2 may be formed in one of the multiple layers.

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Abstract

光導波路デバイスは、均一な組成比率を有するガラスによって構成された基板を備えている。基板は、基材部と、屈折率変化部とを含んでいる。屈折率変化部は、基材部の屈折率と異なる屈折率を有している。屈折率変化部は、少なくとも一対の屈折率低下部と屈折率上昇部とを含んでいる。屈折率上昇部の屈折率は、屈折率低下部の屈折率よりも高い。屈折率低下部と屈折率上昇部との境界と、屈折率上昇部のうち伝搬光の強度が最大となる部分との距離は、５μｍ以上である。

Description

光導波路デバイス
　本開示は、光導波路デバイスに関するものである。本出願は、２０２３年１月１６日出願の日本出願第２０２３－００４５０５号に基づく優先権を主張し、前記日本出願に記載された全ての記載内容を援用する。
　ガラスによって構成されていると共に基材部と屈折率変化部とを含んでいる基板が、知られている（例えば、非特許文献１及び非特許文献２）。屈折率変化部は、基材部の屈折率と異なる屈折率を有している。
November 1, 1996, Vol. 21, No. 21, OPTICS LETTERS, pp1729 Y.Nasu, Yusuke "Low-Loss Waveguides Written with a Femtosecond Laser for Flexible Interconnection in a Planar Light-Wave Circuit" Optics Letters 30, no. 7 (2005)
　本開示の実施形態に係る光導波路デバイスは、均一な組成比率を有するガラスによって構成された基板を備えている。基板は、基材部と、屈折率変化部とを含んでいる。屈折率変化部は、基材部の屈折率と異なる屈折率を有している。屈折率変化部は、少なくとも一対の屈折率低下部と屈折率上昇部とを含んでいる。屈折率上昇部の屈折率は、屈折率低下部の屈折率よりも高い。屈折率低下部と屈折率上昇部との境界と、屈折率上昇部のうち伝搬光の強度が最大となる部分との距離は、５μｍ以上である。
　本開示の実施形態に係る光導波路デバイスは、均一な組成比率を有するガラスによって構成された基板を備えている。基板は、基材部と、屈折率変化部とを含んでいる。屈折率変化部は、基材部の屈折率と異なる屈折率を有している。屈折率変化部は、少なくとも一対の屈折率低下部と屈折率上昇部とを含んでいる。屈折率上昇部の屈折率は、屈折率低下部の屈折率よりも高い。屈折率低下部と屈折率上昇部との境界と、屈折率上昇部のうち伝搬光の強度が最大となる部分との距離を、屈折率上昇部を伝搬する光の最大幅で割った値は、０．５以上である。
図１は、実施形態における光導波路デバイスを模式的に示す斜視図である。 図２は、基板に対するレーザ光の照射の様子を模式的に示す斜視図である。 図３は、基板内におけるレーザ光の照射の様子を模式的に示す断面図である。 図４は、屈折率変化部が基板に形成された状態を示す図である。 図５は、屈折率変化部の幅と屈折率との関係を模式的に示す図である。 図６は、基板内における屈折率上昇部の外縁の位置を示す図である。 図７は、屈折率上昇部の位置と比屈折率差との関係を示す図である。 図８は、屈折率変化部の外縁の位置の変化量と屈折率変化部を伝搬する光の伝送損失との関係を示すグラフである。 図９は、屈折率変化部の外縁の位置の変化量と、屈折率変化部の比屈折率差Δの標準偏差ｄΔと、屈折率変化部を伝搬する光の伝送損失との関係を示すグラフである。 図１０は、屈折率低下部と屈折率上昇部とを通ると共に主面に直交する線上における屈折率変化を示すグラフである。 図１１は、屈折率上昇部のうち伝搬光の強度が最大となる部分を観察するための光学系を示す模式図である。 図１２は、屈折率上昇部のうち伝搬光の強度が最大となる部分を含む画像を示す図である。 図１３は、ガラス基板に形成された屈折率変化部を含む画像を示す図である。 図１４は、屈折率上昇部のうち伝搬光の強度が最大となる部分を含む画像と、ガラス基板に形成された屈折率変化部を含む画像とを重ね合わせた画像を示す図である。 図１５は、屈折率低下部と屈折率上昇部との境界、屈折率上昇部のうち伝搬光の強度が最大となる部分との距離に対する光損失を示すグラフである。
[本開示が解決しようとする課題]
　ピークパワーを有するパルス状のレーザ光をガラスによって構成されているガラス基板へ照射することにより、当該ガラス基板において密度変化が生じる。例えば、フェムト秒レーザがガラス基板に照射される。この結果、屈折率変化部がガラス基板内に形成される。屈折率変化部は、光導波路を構成する。すなわち、ガラス基板へのレーザ光の照射によって、光導波路がガラス基板内に形成される。上述したようにガラス基板に屈折率変化部が形成される構成において、光損失を０．１ｄＢ／ｃｍ以下にする手法は確立されていなかった。例えば、屈折率変化部が連続体で形成されている場合には、光散乱が発生しやすく、光損失も低下するおそれがある。
　本開示は、ガラス基板に屈折率変化部が形成される構成において、光損失が低減される光導波路デバイスを提供する。
[本開示の効果]
　本開示によれば、ガラス基板に屈折率変化部が形成される構成において、光損失が低減され得る光導波路デバイスを提供することができる。
　［本開示の実施形態の説明］
　最初に本開示の実施形態の内容をそれぞれ個別に列挙して説明する。
　（１）本開示の実施形態に係る光導波路デバイスは、均一な組成比率を有するガラスによって構成された基板を備えている。基板は、基材部と、屈折率変化部とを含んでいる。屈折率変化部は、基材部の屈折率と異なる屈折率を有している。屈折率変化部は、少なくとも一対の屈折率低下部と屈折率上昇部とを含んでいる。屈折率上昇部の屈折率は、屈折率低下部の屈折率よりも高い。屈折率低下部と屈折率上昇部との境界と、屈折率上昇部のうち伝搬光の強度が最大となる部分との距離は、５μｍ以上である。
　本願発明者は、屈折率低下部と屈折率上昇部との境界と、屈折率上昇部のうち伝搬光の強度が最大となる部分との距離が近い場合、光損失が大きくなることを見出した。この光導波路デバイスにおいて、屈折率低下部と屈折率上昇部との境界と、屈折率上昇部のうち伝搬光の強度が最大となる部分との距離は、５μｍ以上である。この場合、ガラス基板に屈折率変化部が形成される構成において、光損失が低減される。
　（２）上記（１）の光導波路デバイスにおいて、屈折率上昇部を伝搬する光の最大幅で上記距離を割った値は、０．５以上であってもよい。屈折率上昇部における伝搬光の閉じ込め度合いも、光損失に関与すると考えられる。この構成によれば、光損失がより確実に低減される。
　（３）上記（１）又は（２）の光導波路デバイスにおいて、基板は、二酸化ケイ素を１０重量％以上含んでいてもよい。この場合、基材部におけるバンドギャップは、３．５ｅＶ以上であってもよい。この場合、屈折率低下部がより精密に形成された構造が提供される。二酸化ケイ素を一定以上含むガラスでは、一般的にガラス転移温度が７００度以上であり、電子－フォノン緩和を経てレーザ光のエネルギーが熱に変換された後も溶融範囲がサブミクロン以下に範囲限定される。したがって、屈折率低下部による光散乱抑制と光導波路の形成とがより精密に制御される。
　（４）本開示の実施形態に係る光導波路デバイスは、均一な組成比率を有するガラスによって構成された基板を備えている。基板は、基材部と、屈折率変化部とを含んでいる。屈折率変化部は、基材部の屈折率と異なる屈折率を有している。屈折率変化部は、少なくとも一対の屈折率低下部と屈折率上昇部とを含んでいる。屈折率上昇部の屈折率は、屈折率低下部の屈折率よりも高い。屈折率上昇部のうち伝搬光の強度が最大となる部分との距離を、屈折率上昇部を伝搬する光の最大幅で割った値は、０．５以上である。
　本願発明者は、屈折率低下部と屈折率上昇部との境界と、屈折率上昇部を伝搬する伝搬光の中心との距離が近い場合、光損失が大きくなることを見出した。ｍた、屈折率上昇部における伝搬光の閉じ込め度合いも、光損失に関与すると考えられる。この光導波路デバイスにおいて、屈折率上昇部のうち伝搬光の強度が最大となる部分との距離を、屈折率上昇部を伝搬する光の最大幅で割った値は、０．５以上である。この場合、ガラス基板に屈折率変化部が形成される構成において、光損失が低減される。
　（５）本開示の実施形態に係る光導波路デバイスにおいて、基板は、二酸化ケイ素を１０重量％以上含んでいてもよい。この場合、基材部におけるバンドギャップは、３．５ｅＶ以上であってもよい。この場合、屈折率低下部がより精密に形成された構造が提供される。二酸化ケイ素を一定以上含むガラスでは、一般的にガラス転移温度が７００度以上であり、電子－フォノン緩和を経てレーザ光のエネルギーが熱に変換された後も溶融範囲がサブミクロン以下に範囲限定される。したがって、屈折率低下部による光散乱抑制と光導波路の形成とがより精密に制御される。
　（６）上記（１）から（５）の光導波路デバイスにおいて、基板は、主面を有していてもよい。一対の屈折率低下部と屈折率上昇部とのうち、屈折率低下部は、屈折率上昇部の一部と主面との間に位置していてもよい。屈折率低下部と屈折率上昇部との境界は、当該屈折率低下部と当該屈折率上昇部とを通ると共に主面に直交する線上における屈折率変化を示す曲線の変曲点を含んでいてもよい。この場合、光損失がさらに低減される。
　（７）上記（１）から（６）の光導波路デバイスにおいて、基板は、主面を有していてもよい。一対の屈折率低下部と屈折率上昇部とのうち、屈折率低下部は、屈折率上昇部の一部と主面との間に位置していてもよい。主面に直交する方向における屈折率上昇部の幅を、屈折率上昇部を伝搬する光の最大幅で割った値は、０．６以上かつ２以下であってもよい。主面に直交する方向における屈折率上昇部の幅が長いほど上記距離が大きく構成されやすい。一方で、主面に直交する方向における屈折率上昇部の幅が長すぎれば、高次モードが生じるおそれがある。上記構成によれば、主面に直交する方向における屈折率上昇部の幅についてバランスが図られ、光損失がさらに低減される。
　（８）上記（１）から（７）の光導波路デバイスにおいて、基板は、主面を有していてもよい。一対の屈折率低下部と屈折率上昇部とのうち、屈折率低下部は、屈折率上昇部の一部と主面との間に位置していてもよい。屈折率変化部は、主面に沿った第一方向に延びていてもよい。第二方向における屈折率上昇部の外縁の位置の変化量は、０．１２μｍ以下であってもよい。第二方向は、主面に沿っていると共に第一方向と直交する。第二方向における屈折率上昇部の外縁の位置の変化量が大きい場合、散乱損失が増加するおそれがある。上記構成によれば、光損失がさらに低減される。
　（９）上記（１）から（８）の光導波路デバイスにおいて、基板は、主面を有していてもよい。一対の屈折率低下部と屈折率上昇部とのうち、屈折率低下部は、屈折率上昇部の一部と主面との間に位置していてもよい。屈折率変化部は、主面に沿った第一方向に延びていてもよい。第二方向における屈折率上昇部の外縁の位置の変化量がσ［μｍ］であり、かつ、第二方向における屈折率上昇部の比屈折率差の変化量がｄΔ［％］である場合に、０．１×（（σ／０．１３７４５）＾２＋（ｄΔ／０．００６７７）＾２）＜０．１［ｄＢ／ｃｍ］が満たされていてもよい。第二方向は、主面に沿っていると共に第一方向と直交する。この場合、光損失がさらに低減される。
　（１０）上記（１）から（８）の光導波路デバイスにおいて、基板は、主面を有していてもよい。一対の屈折率低下部と屈折率上昇部とのうち、屈折率低下部は、屈折率上昇部の一部と主面との間に位置していてもよい。基板は、互いに離隔していると共に主面に沿って延びている複数の屈折率変化部を含んでいてもよい。基板には、複数の屈折率変化部の各々によって、屈折率上昇部の比屈折率差が０．２％以上である複数のコアが形成されていてもよい。複数のコアの間の距離は２０μｍ以上４０μｍ以下であり、かつ、複数の屈折率変化部の伝搬光が波長１３１０ｎｍ～１５５０ｎｍである場合に複数の屈折率変化部の間のクロストークは－３０ｄＢ以下であってもよい。この場合、複数のコアが形成される場合であっても、光損失が低減される。
　［本開示の実施形態の詳細］
　本開示の実施形態の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。本開示はこれらの例示に限定されるものではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
　図１は、実施形態に係る光導波路を模式的に示す斜視図である。光導波路デバイス１は、ガラスによって構成された基板２を備えている。例えば、基板２は、同一の組成及び同一の組成比率を有している一層で構成されている。基板２は、基材部９と、基板２の内部に形成された屈折率変化部１０とを含んでいる。光導波路デバイス１において、屈折率変化部１０は光が伝搬する部位に相当する。基板２は、例えば、方向Ｄ１、及び方向Ｄ１に交差する方向Ｄ２に延びている。基板２は、方向Ｄ１及び方向Ｄ２の双方に交差する方向Ｄ３に厚みを有する。一例として、方向Ｄ１は基板２の長手方向である。方向Ｄ１、方向Ｄ２及び方向Ｄ３は、例えば、互いに直交している。方向Ｄ１は第一方向に相当し、方向Ｄ２は第二方向に相当し、方向Ｄ３は第三方向に相当する。
　基板２は、均一な組成比率を有するガラスによって構成されている。本明細書において、「均一」とは、実質的に均一であることを含んでいる。「均一な組成比率を有する」とは、導波路を形成された領域と導波路の周囲においてガラスの組成比率の変動が３％以下であることをいう。基板２は、一例として、矩形板状を呈する。基板２は、例えば、屈折率変化部１０の端面が露出する第１端面２ｂと、第１端面２ｂとは反対を向く第２端面２ｃとを有する。屈折率変化部１０は、第１端面２ｂと第２端面２ｃとを除き、基材部９に覆われている。基板２は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を１０重量％以上含んでおり、基材部９におけるバンドギャップは、３．５ｅＶ以上である。例えば、基板２は、ＳｉＯ２を８０重量％以上含むガラスによって構成されている。また、基板２は、ＳｉＯ２を９５重量％以上含むガラスによって構成されていてもよい。基板２に用いられるガラスとしては、Ｆｕｓｅｄ　Ｓｉｌｉｃａ、微小添加物を含んだＦｕｓｅｄ　Ｓｉｌｉｃａ、Ｂｒｏｓｉｌｉｃａｔｅ　ｇｌａｓｓ、及び、Ａｌｕｍｉｎｏｓｉｌｉｃａｔｅ　ｇｌａｓｓが挙げられる。
　基板２は、ＯＨ基を含んでいる。例えば、基板２に含まれるＯＨ基の濃度が１００［ｗｔｐｐｍ］以下である。基板２は、重水素が添加されたＳｉＯ２によって構成されていてもよい。また、基板２は、濃度が０．５［ｗｔ％］以上のハロゲンを含むＳｉＯ２によって構成されていてもよい。屈折率変化部１０は、基材部９の屈折率と異なる屈折率を有している。屈折率変化部１０は、基材部９に対してガラスの密度が変化している部分である。屈折率変化部１０は、基板２の内部において方向Ｄ１に沿って延びている。実施形態において、方向Ｄ１は屈折率変化部１０の長手方向に相当する。
　次に、実施形態に係る光導波路デバイス１の作製方法の具体例について説明する。図２に示されるように、基板２を構成するガラスにフェムト秒レーザ光Ｌが照射される。光導波路デバイス１の作製方法は、屈折率変化部１０を形成する第１工程と、屈折率変化部１０のガラスの屈折率の変動を緩和する第２工程とを備える。
　図２は、第１工程における基板２へのフェムト秒レーザ光Ｌの照射を示す斜視図である。図３は、第１工程における基板２内におけるフェムト秒レーザ光Ｌの照射を示す断面図である。図２及び図３に示されるように、第１工程では、フェムト秒レーザ光Ｌを照射する照射装置Ｍを方向Ｄ１に沿って移動させながら基板２にフェムト秒レーザ光Ｌを照射する。第１工程におけるフェムト秒レーザ光Ｌのパルス幅は３００［ｆｓ］以下である。第１工程におけるフェムト秒レーザ光Ｌの繰り返し周波数は７００［ｋＨｚ］以下である。
　基板２は方向Ｄ１及び方向Ｄ２に延びる主面２ｄを有し、例えば、照射装置Ｍは主面２ｄにフェムト秒レーザ光Ｌを照射する。フェムト秒レーザ光Ｌは、照射装置Ｍから方向Ｄ３に沿って基板２に出射する。
　図４に示されているように、第１工程において形成される屈折率変化部１０は、少なくとも一対の屈折率上昇部１２と屈折率低下部１１とを含んでいる。図４は、屈折率変化部が基板に形成された状態を示す図である。屈折率上昇部１２の屈折率は、屈折率低下部１１の屈折率よりも高い。屈折率低下部１１の屈折率は、基材部９の屈折率よりも低い部分を含んでいる。屈折率上昇部１２の屈折率は、基材部９の屈折率よりも高い。屈折率低下部１１は、基板２の主面２ｄと屈折率上昇部１２との間に形成される。屈折率低下部１１は、例えば、第１工程におけるフェムト秒レーザ光Ｌの集光位置Ｐ１に形成される。屈折率変化部１０は、屈折率低下部１１と屈折率上昇部１２との境界Ｐ２を含んでいる。
　方向Ｄ１に沿って照射装置Ｍを移動させながらフェムト秒レーザ光Ｌが照射されることにより、基板２の内部には方向Ｄ１に延びる屈折率上昇部１２及び屈折率低下部１１が形成される。方向Ｄ１に直交する面内における屈折率上昇部１２の断面は、例えば、方向Ｄ３に長軸を有する楕円形状を呈する。方向Ｄ１に直交する面内における屈折率低下部１１の断面は、例えば、方向Ｄ３に長軸を有する楕円形状を呈する。
　図４に示されるように、第１工程では、方向αに位置をずらしながら複数の屈折率上昇部１２及び屈折率低下部１１が形成される。方向Ｄ２に沿って並ぶ複数の屈折率上昇部１２は互いに重なり合っている。同様に、方向Ｄ２に沿って並ぶ複数の屈折率低下部１１は互いに重なり合っている。このように方向Ｄ２に沿って互いに重なり合う複数の屈折率上昇部１２が形成されることにより、第１工程では長方形状を成す複数の屈折率上昇部１２が形成される。
　第２工程では、第１工程において形成された複数の屈折率上昇部１２にフェムト秒レーザ光Ｌが照射される。第２工程におけるフェムト秒レーザ光Ｌのパルス幅は３００［ｆｓ］以下である。第２工程におけるフェムト秒レーザ光Ｌの繰り返し周波数は７００［ｋＨｚ］よりも高い。第２工程におけるフェムト秒レーザ光Ｌのパルス幅は、例えば、第１工程におけるフェムト秒レーザ光Ｌのパルス幅と同一である。この場合、第２工程におけるフェムト秒レーザ光Ｌの照射を容易に行うことができる。
　第２工程におけるフェムト秒レーザ光Ｌの繰り返し周波数は、第１工程におけるフェムト秒レーザ光Ｌの繰り返し周波数よりも高い。第１工程において照射するフェムト秒レーザ光ＬのパルスピークパワーをＰＷ１、第２工程において照射するフェムト秒レーザ光ＬのパルスピークパワーをＰＷ２としたときに、ＰＷ１はＰＷ２よりも大きい。そして、ＰＷ２は（ＰＷ１／１００）よりも大きい。
　第２工程におけるフェムト秒レーザ光Ｌの照射では、複数の屈折率上昇部１２を囲むように屈折率の緩和部１５が形成される。第２工程におけるフェムト秒レーザ光Ｌの集光位置Ｐ３の深さ（主面２ｄからの深さ）は、第１工程におけるフェムト秒レーザ光Ｌの集光位置Ｐ１の深さよりも深い。これにより、光導波路デバイス１では、複数の屈折率低下部１１の下部（フェムト秒レーザ光Ｌの進行方向の下流）に位置する複数の屈折率上昇部１２を囲むように緩和部１５が形成される。第２工程では、例えば、フェムト秒レーザ光Ｌの照射を１回行う。この場合、第２工程では、方向Ｄ１に沿って照射装置Ｍを移動させながら行うフェムト秒レーザ光Ｌの照射が１回行われる。屈折率上昇部１２は、基板２の屈折率上昇部１２以外の部分（クラッド）よりも屈折率が高い部位である。緩和部１５は、屈折率上昇部１２からクラッドに向かって屈折率がなだらかに変化する部分である。屈折率変化部１０は、複数の屈折率上昇部１２と緩和部１５とを含んでいる。
　複数の屈折率上昇部１２は、基板２の屈折率よりも０．０１％以上屈折率が大きい導波部を含む。導波部は、複数の屈折率上昇部１２の断面において基板２の屈折率より０．０１％以上大きい屈折率を有する領域を示している。導波部の断面積をＳとし、（Ｓ／π）１／２の長手方向における標準偏差をσＲとすると、式（１）のように導波部の重心座標Ｇ（Ｄ２，Ｄ１）が定められる。
　この導波部の重心座標Ｇ（Ｄ２，Ｄ１）の当該長手方向の標準偏差σＧの和をσ［μｍ］としたときに、σ≦０．１２を満たす。
　また、導波部を酸又はアルカリで溶解して形成される孔形状の内壁面の粗さの標準偏差σｗが０．１２［μｍ］以下である。上記の「内壁面の粗さ」は、例えば、導波部をＨＦ水溶液又はＫＯＨ水溶液で溶解して形成される導波部の孔の内壁面の粗さを原子間力顕微鏡又は触針式プロファイリングシステム等で計測することによって得られる。ＫＯＨ水溶液を用いる場合、８０℃、１０ｖｏｌ％のＫＯＨ水溶液に６０分間浸漬した後に得られる内壁面の粗さを計測する。ＨＦ水溶液を用いる場合、室温、１ｖｏｌ％のＨＦ水溶液に１０分間浸漬した後に得られる内壁面の粗さを計測する。なお、ＫＯＨ水溶液は、ＨＦ水溶液と比較して、導波部を選択的に溶解及びエッチングできる点で好ましい。計測した内壁面の粗さの標準偏差σｗが所定の値以下となるようにレーザ照射条件又はアニール条件を調整することによって低損失な光導波路デバイス１を得られる。
　図６は、方向Ｄ３に沿って見た基材部９及び屈折率変化部１０である。屈折率変化部１０は領域Ｒ１に位置しており、基材部９は領域Ｒ１を方向Ｄ２において挟む領域Ｒ２に位置している。基材部９の屈折率はｎ-であり、屈折率変化部１０の最大屈折率はｎ＋である。図５及び図６に示されるように、屈折率変化部１０（屈折率上昇部１２）における屈折率は、基材部９のクラッドにおける屈折率よりも高い。方向Ｄ１の位置に応じて屈折率変化部１０の導波路径は変動している。方向Ｄ２における屈折率上昇部１２の外縁Ｂ１，Ｂ２の位置の変化量をσ［μｍ］としたときにσの値は０．１２以下である。方向Ｄ２における屈折率上昇部１２の外縁Ｂ１，Ｂ２の位置の変化量は、方向Ｄ２における外縁Ｂ１，Ｂ２の位置の変位量にあたり、方向Ｄ１に沿って見た屈折率変化部１０の断面（方向Ｄ１に直交する面内における断面）の半径の変化量に相当する。
　図７は、方向Ｄ１における屈折率変化部１０の屈折率の分布を模式的に示す図である。図７のグラフの横軸は方向Ｄ１の位置を示しており、図７のグラフの縦軸は屈折率変化部１０の比屈折率差Δを示している。比屈折率差Δは、基材部９の屈折率ｎ０に対する、屈折率変化部１０の最大屈折率はｎ＋と基材部９の屈折率ｎ０との差の比である。データＣ１は、比屈折率の変化を示している。図７に示されるように、方向Ｄ１の位置に応じて屈折率変化部１０の最大屈折率ｎ＋の値は変動している。方向Ｄ１における屈折率変化部１０の比屈折率差Δの標準偏差をｄΔ［％］、方向Ｄ２における屈折率上昇部１２の外縁Ｂ１，Ｂ２の位置の変化量をσ［μｍ］としたときに、ｄΔ及びσは式（２）０．１×（（σ／０．１３７４５）＾２＋（ｄΔ／０．００６７７）＾２）＜０．１［ｄＢ／ｃｍ］を満たす。
　図８は、方向Ｄ２における屈折率上昇部１２の外縁Ｂ１，Ｂ２の位置の変化量σ［μｍ］と、屈折率変化部１０における光の伝送損失［ｄＢ／ｃｍ］との関係を示すグラフである。データＤＡ１は、複数のサンプルデータのプロットである。データＤＡ２は、データＤＡ１の多項式近似である。コア比屈折率Δは、０．３～０．４％である。屈折率上昇部１２の外縁Ｂ１，Ｂ２の位置の変化量σは、例えば、ＨＦ水溶液又はＫＯＨ水溶液に屈折率変化部１０を処理することで得られた壁面の粗さである。壁面の粗さは、例えば、ＡＦＭなどで計測される。
　図８に示されるように、屈折率上昇部１２の外縁Ｂ１，Ｂ２の位置の変化量σの値が大きくなるほど伝送損失の値が大きくなる。屈折率上昇部１２の外縁Ｂ１，Ｂ２の位置の変化量σの値が０．１２以下である場合、伝送損失は０．１［ｄＢ／ｃｍ］下にまで低減される。屈折率上昇部１２の外縁Ｂ１，Ｂ２の位置の変化量σの値が０．１以下である場合、伝送損失はより確実に０．１［ｄＢ／ｃｍ］以下にされる。例えば、変化量σは、熱によって緩和される。
　図９は、方向Ｄ１における屈折率変化部１０の比屈折率差Δの標準偏差ｄΔとσとの関係を示すグラフである。図９に示されるように、ｄΔの値、及びσの値が小さいほど伝送損失を小さくすることができ、σとｄΔが、式（２）０．１×（（σ／０．１３７４５）＾２＋（ｄΔ／０．００６７７）＾２）＜０．１［ｄＢ／ｃｍ］を満たす場合には、伝送損失を０．１［ｄＢ／ｃｍ］以下にすることができる。
　上記の式（２）を満たす領域は、σとｄΔの相関長Ｌｃを１００［μｍ］より短くするときにより広くすることが可能である。相関長Ｌｃは１０［μｍ］以下であってもよい。図９は相関長Ｌｃが１０［μｍ］であるときにおけるグラフを示している。相関長Ｌｃを短くするための手法の例として、第１工程において、複数の互いに異なる周期でフェムト秒レーザ光Ｌを照射することが挙げられる。すなわち、方向Ｄ１に沿って周期を変えながらフェムト秒レーザ光Ｌを照射する。この場合、相関長Ｌｃが１００［μｍ］より短くなるようにフェムト秒レーザ光Ｌの照射周期を調整することが可能となる。例えば、フェムト秒レーザ光Ｌの各パルスにおける照射間隔が１００［ｎｍ］以下となるように繰り返し周波数ｆとスキャン速度ｖが維持されつつ、ｆ及びｖの少なくともいずれかに乱数による変調をかけることにより周期を変えながらフェムト秒レーザ光Ｌが照射され得る。屈折率変化部１０における屈折率変化は、２つ以上の互いに異なる長手周期を有する。例えば、上記のようにフェムト秒レーザ光Ｌが照射されることにより、屈折率変化部１０は、屈折率の形成周期がｆ１、及び、ｆ１とは異なる形成周期であるｆ２と複数の周期が重畳した構造を有する。例えば、屈折率変化部１０は、ｆ１が３０［ｎｍ］周期、ｆ２が５０［ｎｍ］周期とされた構造を有していてもよい。また、３つ以上の周期が重畳されてもよく、この場合、屈折率変化部１０の形成周期ｆ１、ｆ２・・・ｆｎ（ｎは３以上の自然数）が相互に整数倍にならないように選択される。
　前述したように、第２工程におけるフェムト秒レーザ光Ｌの繰り返し周波数は７００［ｋＨｚ］よりも高く、第１工程におけるフェムト秒レーザ光Ｌの繰り返し周波数よりも高い。これにより、通信波長帯域である１３１０［ｎｍ］の光の伝送損失を０．１［ｄＢ／ｃｍ］以下にすることができる。更に、開口数ＮＡが０．１以上かつ０．１５以下である場合には、通信波長帯域においてシングルモード動作を行い、更に汎用的なシングルモードファイバと低損失で光結合できる。よって、光導波路デバイス１と光ファイバとが光結合された低損失な光部品が得られる。
　図１０は、屈折率低下部１１と屈折率上昇部１２とを通ると共に主面２ｄに直交する線上における屈折率変化を示すグラフである。データＤＡ３は、屈折率変化を示す曲線である。図１０のグラフの横軸は方向Ｄ３の位置をしており、図１０のグラフの縦軸は屈折率を示している。図１０に示されるように、屈折率低下部１１と屈折率上昇部１２とを通ると共に主面２ｄに直交する線上において、屈折率上昇部１２から屈折率低下部１１に向かうに従って屈折率が低下している。屈折率上昇部１２における屈折率変化の最高点と、屈折率低下部１１における屈折率変化の最低点との間に変曲点が形成されている。屈折率上昇部１２における屈折率変化の最高点において、屈折率はｎ＋である。屈折率低下部１１における屈折率変化の最低点において、屈折率はｎ－である。
　屈折率低下部１１と屈折率上昇部１２との境界Ｐ２は、当該屈折率低下部１１と当該屈折率上昇部１２とを通ると共に主面２ｄに直交する線上における屈折率変化を示す曲線の変曲点を含んでいる。境界Ｐ２において、屈折率はｎ１である。境界Ｐ２は方向Ｄ３における屈折率上昇部１２の一端であり、位置Ｐ５は方向Ｄ３における屈折率上昇部１２の他端である。したがって、境界Ｐ２から位置Ｐ５までの幅Ｈは、方向Ｄ３における屈折率上昇部１２の幅である。
　例えば、方向Ｄ３における屈折率上昇部１２の幅を、屈折率上昇部１２を伝搬するの光の最大幅で割った値は、０．６以上かつ２以下である。方向Ｄ３における屈折率上昇部１２の幅を、屈折率上昇部１２を伝搬する光の最大幅で割った値は、１．０以上かつ１．５以下であってもよい。屈折率上昇部１２を伝搬する光の最大幅は、例えば、屈折率上昇部１２を伝搬する光の直径である。換言すれば、屈折率上昇部１２を伝搬する光の最大幅は、屈折率上昇部１２を伝搬する光のＭＦＤ（Mode　Field　Diameter）である。屈折率上昇部１２を伝搬する光の波長は、８５０ｎｍから１６５０ｎｍである。
　屈折率低下部１１と屈折率上昇部１２との境界Ｐ２と、屈折率上昇部１２のうち伝搬光の強度が最大となる部分Ｐ７との距離ｄを、屈折率上昇部１２を伝搬する光の最大幅で割った値は、０．５以上である。屈折率低下部１１と屈折率上昇部１２との境界Ｐ２と、屈折率上昇部１２のうち伝搬光の強度が最大となる部分Ｐ７との距離ｄを、屈折率上昇部１２を伝搬する光の最大幅で割った値は、０．７以上であってもよい。
　屈折率低下部１１と屈折率上昇部１２との境界Ｐ２と、屈折率上昇部１２のうち伝搬光の強度が最大となる部分Ｐ７との距離ｄは、５μｍ以上である。屈折率低下部１１と屈折率上昇部１２との境界Ｐ２と、屈折率上昇部１２のうち伝搬光の強度が最大となる部分Ｐ７との距離ｄは、７μｍ以上であってもよい。図１１は、屈折率上昇部１２のうち伝搬光の強度が最大となる部分Ｐ７を観察するための光学系を示す模式図である。図１３は、ガラス基板に形成された屈折率変化部１０を含む画像Ｍ２を示す図である。図１４は、屈折率上昇部１２のうち伝搬光の強度が最大となる部分を含む画像Ｍ１と、ガラス基板に形成された屈折率変化部を含む画像Ｍ２とを重ね合わせた画像を示す図である。
　例えば、図１１に示されているように、部分Ｐ７の観察には、近赤外光源３１、広帯域光源３２、カメラ３３が用いられる。近赤外光源３１は、近赤外線を基板２の屈折率変化部１０を含む光導波路に照射する。例えば、近赤外光源３１は、波長１３１０ｎｍの近赤外線Ｌ１を基板２に照射する。基板２の光導波路から出射された近赤外線は、カメラ３３に入射される。カメラ３３は、ＮＦＰ（Near　Field　Pattern）を撮像し、画像Ｍ１を取得する。図１２に示されているように、画像Ｍ１は、屈折率上昇部１２のうち伝搬光の強度が最大となる部分Ｐ７を含んでいる。
　広帯域光源３２は、広帯域の光Ｌ２を基板２の屈折率変化部１０に照射する。例えば、広帯域光源３２は、ハロゲンランプである。基板２から出射された光は、基板２の光導波路から出射された近赤外線と共に光Ｌ３としてカメラ３３に入射される。カメラ３３は、ＮＦＰを撮像し、画像Ｍ２を取得する。図１３に示されているように、画像Ｍ２は、ガラス基板に形成された屈折率変化部１０を含んでおり、屈折率低下部１１と屈折率上昇部１２との境界Ｐ２を含んでいる。
　画像Ｍ１と画像Ｍ２との重ね合わせによって、図１４に示されているように、屈折率低下部１１と屈折率上昇部１２との境界Ｐ２と、屈折率上昇部１２のうち伝搬光の強度が最大となる部分Ｐ７との距離ｄが観察される。画像Ｍ１と画像Ｍ２との重ね合わせでは、各画像が示す実空間の座標が一致するように重ね合わされる。
　次に、本実施形態の変形例における光導波路デバイスについて説明する。本変形例は、概ね、上述した実施形態と類似又は同じである。以下、上述した実施形態と変形例との相違点を主として説明する。光導波路デバイス１において、基板２は、互いに離隔していると共に主面２ｄに沿って延びている複数の屈折率変化部１０を含んでいてもよい。換言すれば、基板２は、互いに離隔した複数の導波路を含んでいてもよい。この場合、例えば、基板２には、複数の屈折率変化部１０の各々によって、屈折率上昇部１２の比屈折率差が０．２％以上である複数のコアが形成されている。複数のコアの間の距離は２０μｍ以上４０μｍ以下であり、かつ、複数の屈折率変化部の伝搬光が波長１３１０ｎｍ～１５５０ｎｍである場合に複数の屈折率変化部の間のクロストークは－３０ｄＢ以下である。
　次に、図１５を参照して、光導波路デバイス１による作用効果について説明する。図１５は、屈折率低下部１１と屈折率上昇部１２との境界Ｐ２と、屈折率上昇部１２のうち伝搬光の強度が最大となる部分Ｐ７との距離ｄ［μｍ］でに対する光の伝送損失［ｄＢ／ｃｍ］を示すグラフである。データＤＡ５は、複数のサンプルデータのプロットである。データＤＡ６は、データＤＡ５の多項式近似である。図１５に示されるように、距離ｄが大きくなるほど伝送損失の値が小さくなる。距離ｄが５μｍ以上である場合に、伝送損失は０．１［ｄＢ／ｃｍ］以下にまで低減されることが確認された。距離ｄが７μｍ以上である場合に、伝送損失はさらに低減されることが確認された。
　本実施形態に示す一例の光導波路デバイス１において、屈折率低下部１１と屈折率上昇部１２との境界Ｐ２と、屈折率上昇部１２のうち伝搬光の強度が最大となる部分Ｐ７との距離ｄは、５μｍ以上である。このため、ガラス基板に屈折率変化部が形成される構成において、光損失が低減される。
　光導波路デバイス１において、屈折率上昇部１２を伝搬する光の最大幅で上記距離ｄを割った値は、０．５以上であってもよい。屈折率上昇部１２における伝搬光の閉じ込め度合いも、光損失に関与すると考えられる。この構成によれば、光損失がより確実に低減される。
　光導波路デバイス１において、基板２は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を１０重量％以上含んでいてもよい。この場合、基材部９におけるバンドギャップは、３．５ｅＶ以上であってもよい。この場合、屈折率低下部１１がより精密に形成された構造が提供される。ＳｉＯ２を一定以上含むガラスでは、一般的にガラス転移温度が７００度以上であり、電子－フォノン緩和を経てレーザ光のエネルギーが熱に変換された後も溶融範囲がサブミクロン以下に範囲限定される。したがって、屈折率低下部１１による光散乱抑制と光導波路の形成とがより精密に制御される。二酸化ケイ素の重量パーセント濃度は、Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｐｒｏｂｅ　Ｍｉｃｒｏ　Ａｎａｌｙｚｅｒ等で測定できる。バンドギャップは、紫外可視分光法で測定できる。
　光導波路デバイス１において、屈折率低下部１１と屈折率上昇部１２との境界Ｐ２は、当該屈折率低下部１１と当該屈折率上昇部１２とを通ると共に主面２ｄに直交する線上における屈折率変化を示す曲線の変曲点を含んでいてもよい。この場合、光損失がさらに低減される。
　光導波路デバイス１において、主面２ｄに直交する方向Ｄ３における屈折率上昇部１２の幅を、屈折率上昇部１２を伝搬する光の最大幅で割った値は、０．６以上かつ２以下であってもよい。主面２ｄに直交する方向Ｄ３における屈折率上昇部１２の幅が長いほど上記距離ｄが大きく構成されやすい。一方で、主面２ｄに直交する方向Ｄ３における屈折率上昇部１２の幅が長すぎれば、高次モードが生じるおそれがある。上記構成によれば、主面２ｄに直交する方向Ｄ３における屈折率上昇部１２の幅についてバランスが図られ、光損失がさらに低減される。
　光導波路が複数の屈折率変化部１０で形成されている場合、屈折率変化部１０の外縁の位置に変化が生じやすい。この場合、光散乱が発生しやすいと考えられる。光導波路デバイス１において、方向Ｄ２における屈折率上昇部１２の外縁の位置の変化量は、０．１２μｍ以下であってもよい。方向Ｄ２における屈折率上昇部１２の外縁の位置の変化量が大きい場合、散乱損失が増加するおそれがある。上記構成によれば、光損失がさらに低減される。
　光導波路が複数の屈折率変化部１０で形成されている場合、比屈折率差の摂動が生じやすい。この場合、光散乱が発生しやすいと考えられる。光導波路デバイス１において、方向Ｄ２における屈折率上昇部１２の外縁の位置の変化量がσ［μｍ］であり、かつ、方向Ｄ１における屈折率上昇部の比屈折率差の変化量がｄΔ［％］である場合に、０．１×（（σ／０．１３７４５）＾２＋（ｄΔ／０．００６７７）＾２）＜０．１［ｄＢ／ｃｍ］が満たされていてもよい。この場合、光損失がさらに低減される。なお、各定数の係数の単位は、０．１３７４５［（μｍ・ｃｍ／ｄＢ）１／２］、０．００６７７［（％・ｃｍ／ｄＢ）１／２］である。
　光導波路デバイス１において、基板２は、互いに離隔していると共に主面２ｄに沿って延びている複数の屈折率変化部１０を含んでいてもよい。基板２には、複数の屈折率変化部１０の各々によって、屈折率上昇部１２の比屈折率差が０．２％以上である複数のコアが形成されていてもよい。複数のコアの間の距離は２０μｍ以上４０μｍ以下であり、かつ、複数の屈折率変化部の伝搬光が波長１３１０ｎｍ～１５５０ｎｍである場合に複数の屈折率変化部の間のクロストークは－３０ｄＢ以下であってもよい。この場合、光損失が低減されると共に、シングルモード動作する光導波路が作成される。複数のコアの間の距離は４０μｍ以下である場合、コア間クロストークが抑制され、光損失が抑制される。複数のコアの間の距離は２０μｍ以上、かつ、屈折率上昇部１２の比屈折率差が０．２％以上である場合、コア間クロストークがさらに抑制され、光損失が抑制される。コア間クロストークは、特定のコアにレーザ光を入射し、他のコアから出力されるレーザ光の受光パワーを計測することで測定できる。
　以上、本開示の実施形態について詳細に説明してきたが、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、様々な実施形態に適用することができる。例えば、前述した実施形態では、第２工程においてフェムト秒レーザ光Ｌの照射が１回行われる例について説明した。しかしながら、第２工程におけるフェムト秒レーザ光Ｌの照射の回数は、複数回であってもよく、特に限定されない。
　上述した実施形態では、基板２が一層で構成されていることを説明したが、基板２は別の組成又は異なる組成比率を有する複数の層からなってもよい。すなわち、基板２は、多層基板であってもよい。この場合、例えば、基板２の導波路は、複数の層のうちの１つの層に形成されてもよい。
１…光導波路デバイス
２…基板
２ｂ…第１端面
２ｃ…第２端面
２ｄ…主面
９…基材部
１０…屈折率変化部
１１…屈折率低下部
１２…屈折率上昇部
１５…緩和部
３１…近赤外光源
３２…広帯域光源
３３…カメラ
Ｂ１…外縁
Ｂ２…外縁
Ｃ１…データ
ｄ…距離
Ｄ１…方向
Ｄ２…方向
Ｄ３…方向
ＤＡ５…データ
ＤＡ６…データ
ｄΔ…標準偏差
ｆ…繰り返し周波数
ｆ１…形成周期
ｆ２…形成周期
Ｇ…重心座標
Ｈ…幅
Ｌ…フェムト秒レーザ光
Ｌ１…近赤外線
Ｌ２…光
Ｌ３…光
Ｌｃ…相関長
Ｍ…照射装置
Ｍ１…画像
Ｍ２…画像
ｎ＋…屈折率
ｎ-…屈折率
ｎ０…屈折率
ｎ１…屈折率
ＮＡ…開口数
Ｐ１…集光位置
Ｐ２…境界
Ｐ３…集光位置
Ｐ７…部分
Ｒ１…領域
Ｒ２…領域
ｖ…スキャン速度
α…方向
Δ…比屈折率差
σＧ…標準偏差
σｗ…標準偏差

Claims (10)

  1. 　均一な組成比率を有するガラスによって構成された基板を備え、
    　前記基板は、基材部と、前記基材部の屈折率と異なる屈折率を有している屈折率変化部とを含んでおり、
    　前記屈折率変化部は、少なくとも一対の屈折率低下部と屈折率上昇部とを含んでおり、
    　前記屈折率上昇部の屈折率は、前記屈折率低下部の屈折率よりも高く、
    　前記屈折率低下部と前記屈折率上昇部との境界と、前記屈折率上昇部のうち伝搬光の強度が最大となる部分との距離は、５μｍ以上である、光導波路デバイス。
  2. 　前記屈折率上昇部を伝搬する光の最大幅で前記距離を割った値は、０．５以上である、請求項１に記載の光導波路デバイス。
  3. 　前記基板は、二酸化ケイ素を１０重量％以上含んでおり、
    　前記基材部におけるバンドギャップは、３．５ｅＶ以上である、請求項１又は２に記載の光導波路デバイス。
  4. 　均一な組成比率を有するガラスによって構成された基板を備え、
    　前記基板は、基材部と、前記基材部の屈折率と異なる屈折率を有する屈折率変化部とを含んでおり、
    　前記屈折率変化部は、少なくとも一対の屈折率低下部と屈折率上昇部とを含んでおり、
    　前記屈折率上昇部の屈折率は、前記屈折率低下部の屈折率よりも高く、
    　前記屈折率低下部と前記屈折率上昇部との境界と、前記屈折率上昇部のうち伝搬光の強度が最大となる部分との距離を、前記屈折率上昇部を伝搬する光の最大幅で割った値は、０．５以上である、光導波路デバイス。
  5. 　前記基板は、二酸化ケイ素を１０重量％以上含んでおり、
    　前記基材部におけるバンドギャップは、３．５ｅＶ以上である、請求項４に記載の光導波路デバイス。
  6. 　前記基板は、主面を有しており、
    　一対の前記屈折率低下部と前記屈折率上昇部とのうち、前記屈折率低下部は、前記屈折率上昇部の一部と前記主面との間に位置しており、
    　前記屈折率低下部と前記屈折率上昇部との境界は、当該屈折率低下部と当該屈折率上昇部とを通ると共に前記主面に直交する線上における屈折率変化を示す曲線の変曲点を含んでいる、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の光導波路デバイス。
  7. 　前記基板は、主面を有しており、
    　一対の前記屈折率低下部と前記屈折率上昇部とのうち、前記屈折率低下部は、前記屈折率上昇部の一部と前記主面との間に位置しており、
    　前記主面に直交する方向における前記屈折率上昇部の幅を、前記屈折率上昇部を伝搬する光の最大幅で割った値は、０．６以上かつ２以下である、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の光導波路デバイス。
  8. 　前記基板は、主面を有しており、
    　一対の前記屈折率低下部と前記屈折率上昇部とのうち、前記屈折率低下部は、前記屈折率上昇部の一部と前記主面との間に位置しており、
    　前記屈折率変化部は、前記主面に沿った第一方向に延びており、
    　前記主面に沿っていると共に前記第一方向と直交する第二方向における前記屈折率上昇部の外縁の位置の変化量は、０．１２μｍ以下である、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の光導波路デバイス。
  9. 　前記基板は、主面を有しており、
    　一対の前記屈折率低下部と前記屈折率上昇部とのうち、前記屈折率低下部は、前記屈折率上昇部の一部と前記主面との間に位置しており、
    　前記屈折率変化部は、前記主面に沿った第一方向に延びており、
    　前記主面に沿っていると共に前記第一方向と直交する第二方向における前記屈折率上昇部の外縁の位置の変化量がσ［μｍ］であり、かつ、前記第一方向における前記屈折率上昇部の比屈折率差の変化量がｄΔ［％］である場合に、
    　０．１×（（σ／０．１３７４５）＾２＋（ｄΔ／０．００６７７）＾２）＜０．１［ｄＢ／ｃｍ］
    が満たされる、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の光導波路デバイス。
  10. 　前記基板は、主面を有しており、
    　一対の前記屈折率低下部と前記屈折率上昇部とのうち、前記屈折率低下部は、前記屈折率上昇部の一部と前記主面との間に位置しており、
    　前記基板は、互いに離隔していると共に前記主面に沿って延びている複数の前記屈折率変化部を含んでおり、
    　前記基板には、前記複数の屈折率変化部の各々によって、前記屈折率上昇部の比屈折率差が０．２％以上である複数のコアが形成されており、
    　前記複数のコアの間の距離は２０μｍ以上４０μｍ以下であり、かつ、前記複数の屈折率変化部の伝搬光が波長１３１０ｎｍ～１５５０ｎｍである場合に前記複数の屈折率変化部の間のクロストークは－３０ｄＢ以下である、請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の光導波路デバイス。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7294454B1 (en) * 2002-09-30 2007-11-13 Translume, Inc. Waveguide fabrication methods and devices
JP2016534382A (ja) * 2013-10-22 2016-11-04 コーニング インコーポレイテッド フレキシブルガラス光導波路構造体
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WO2022255261A1 (ja) * 2021-05-31 2022-12-08 住友電気工業株式会社 光導波路の作製方法、及び光導波路

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