JP2586572B2 - 屈折率分布光カプラ及びその作製法 - Google Patents
屈折率分布光カプラ及びその作製法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、薄膜光導波路に光の入出力結合を行う光カ
プラ，更に詳細には、その光導波路中の光の伝搬方向に
屈折率分布をもつ屈折率分布光カプラ及びその作製法に
関するものである。
プラ，更に詳細には、その光導波路中の光の伝搬方向に
屈折率分布をもつ屈折率分布光カプラ及びその作製法に
関するものである。
［従来技術］ 従来、ガラス、SiO2等の基板上に基板より屈折率の高
い薄膜を設けたり、LiNbO3材料製の誘電体基板にTi等を
拡散して屈折率の高い領域を作成し、この屈折率の高い
領域に光を閉じ込めて転送する光カプラが既に知られて
いる。かかる光カプラにおいて光導波路に光を導波させ
るには、第６図のように基板61上の光導波路62にレンズ
63等で光を絞り込んで端面から入射する端面結合，第７
図のようにルチルプリズム等の導波路62より屈折率いの
高いプリズム71を用いるプリズム結合，第８図のように
導波路81の厚さを徐々に薄くすることにより光が基板側
へ放射されることを利用するテーパ結合が用いられてい
る。一方、導波路の屈折率分布の作製法としては、LiNb
O3基板に屈折率を増加させる働きを有するTiを拡散させ
た後、そのTi拡散層の上に屈折率を減少させるMgOを基
板に拡散させる方法が知られている。これは屈折率分布
が基板上に対し垂直方向に形成されるものである。
い薄膜を設けたり、LiNbO3材料製の誘電体基板にTi等を
拡散して屈折率の高い領域を作成し、この屈折率の高い
領域に光を閉じ込めて転送する光カプラが既に知られて
いる。かかる光カプラにおいて光導波路に光を導波させ
るには、第６図のように基板61上の光導波路62にレンズ
63等で光を絞り込んで端面から入射する端面結合，第７
図のようにルチルプリズム等の導波路62より屈折率いの
高いプリズム71を用いるプリズム結合，第８図のように
導波路81の厚さを徐々に薄くすることにより光が基板側
へ放射されることを利用するテーパ結合が用いられてい
る。一方、導波路の屈折率分布の作製法としては、LiNb
O3基板に屈折率を増加させる働きを有するTiを拡散させ
た後、そのTi拡散層の上に屈折率を減少させるMgOを基
板に拡散させる方法が知られている。これは屈折率分布
が基板上に対し垂直方向に形成されるものである。
［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、第６図に示す端面結合では、厚さ２〜
５μｍ程度の光導波路にレンズ等で光を集束させたとき
にその光スポットを一致させる必要があり、外部で数μ
ｍの精度で位置調整をしなければならず、また端面研磨
という工程が必要となる。また、第７図のプリズム結合
では、高価なプリズムが必要であり、光ファイバ等との
結合も困難である。また、第８図に示すような武田，宮
崎（電子情報通信学会技術研究報告MW87−112）による
導波路の厚さをテーパ状に減少させ光を導波路中に閉じ
込められなくなるカットオフを利用して基板側へ光を放
射するテーパ導波路においては、出射光のビーム径が大
きく単一モードの結合には効率が低かった。一方、LiNb
O3基板表面にTiを拡散させた後、MgOを拡散させて屈折
率分布を作成する方法では、拡散を２回行う等工程が複
雑であるばかりでなく、屈折率分布が基板に垂直な方向
にしか生じず、光の伝搬方向に変化する屈折率分布は得
られない。
５μｍ程度の光導波路にレンズ等で光を集束させたとき
にその光スポットを一致させる必要があり、外部で数μ
ｍの精度で位置調整をしなければならず、また端面研磨
という工程が必要となる。また、第７図のプリズム結合
では、高価なプリズムが必要であり、光ファイバ等との
結合も困難である。また、第８図に示すような武田，宮
崎（電子情報通信学会技術研究報告MW87−112）による
導波路の厚さをテーパ状に減少させ光を導波路中に閉じ
込められなくなるカットオフを利用して基板側へ光を放
射するテーパ導波路においては、出射光のビーム径が大
きく単一モードの結合には効率が低かった。一方、LiNb
O3基板表面にTiを拡散させた後、MgOを拡散させて屈折
率分布を作成する方法では、拡散を２回行う等工程が複
雑であるばかりでなく、屈折率分布が基板に垂直な方向
にしか生じず、光の伝搬方向に変化する屈折率分布は得
られない。
本発明は、上述した問題点を解決するためになされた
ものであり、Ti等の屈折率を増加させる働きを有する元
素あるいは化合物のMgO等の屈折率を減少させる働きを
有する元素あるいは化合物とを同時に蒸着した後、熱拡
散することにより、簡単な工程で光の伝搬方向に屈折率
分布を有する高効率な光カプラを提供することを目的と
している。
ものであり、Ti等の屈折率を増加させる働きを有する元
素あるいは化合物のMgO等の屈折率を減少させる働きを
有する元素あるいは化合物とを同時に蒸着した後、熱拡
散することにより、簡単な工程で光の伝搬方向に屈折率
分布を有する高効率な光カプラを提供することを目的と
している。
［課題を解決するための手段］ この目的を達成するために、本発明の屈折率分布光カ
プラは、誘電体基板上に光導波路が形成されたものであ
って、前記誘電体基板の一面に、前記光導波路の構成材
料である高屈折率材料層と低屈折率材料層とを、その低
屈折率材料層が光の伝搬方向の先方側に位置するように
並べて配設し、その高屈折率材料層と低屈折率材料層と
の境界には、前記光導波路を伝搬される光の等価屈折率
がその伝搬方向の先方で漸次小さくなって光の拡散比率
が漸次増加する拡散層が設けられる。
プラは、誘電体基板上に光導波路が形成されたものであ
って、前記誘電体基板の一面に、前記光導波路の構成材
料である高屈折率材料層と低屈折率材料層とを、その低
屈折率材料層が光の伝搬方向の先方側に位置するように
並べて配設し、その高屈折率材料層と低屈折率材料層と
の境界には、前記光導波路を伝搬される光の等価屈折率
がその伝搬方向の先方で漸次小さくなって光の拡散比率
が漸次増加する拡散層が設けられる。
また、誘電体基板の一面に、光導波路の構成材料であ
る高屈折率材料層と低屈折率材料層とを、その低屈折率
材料層が光の伝搬方向の先方側に位置するように並べて
面一に形成するとともに、その高屈折率材料層と低屈折
率材料層との境界におけるそれ等の材料層の層厚を、互
いに他の材料層側に近ずくに従って徐々に減少するよう
に形成し、その後に、前記両材料層の境界を熱処理する
ことによって光の等価屈折率がその伝搬方向の先方で漸
次小さくなって光の拡散比率が漸次増加する拡散層を形
成したことを特徴とする。
る高屈折率材料層と低屈折率材料層とを、その低屈折率
材料層が光の伝搬方向の先方側に位置するように並べて
面一に形成するとともに、その高屈折率材料層と低屈折
率材料層との境界におけるそれ等の材料層の層厚を、互
いに他の材料層側に近ずくに従って徐々に減少するよう
に形成し、その後に、前記両材料層の境界を熱処理する
ことによって光の等価屈折率がその伝搬方向の先方で漸
次小さくなって光の拡散比率が漸次増加する拡散層を形
成したことを特徴とする。
［作用］ かかる構成による本発明の屈折率分布光カプラによれ
ば、光導波路中を光が伝搬されると、その先方で光導波
路中の光の等価屈折率が漸次小さくなっていくので該光
導波路中に光が閉じ込められなくなり、誘電体基板へ向
けて出射される。
ば、光導波路中を光が伝搬されると、その先方で光導波
路中の光の等価屈折率が漸次小さくなっていくので該光
導波路中に光が閉じ込められなくなり、誘電体基板へ向
けて出射される。
［実施例］ 以下、本発明を具体化した一実施例を図面を参照して
説明する。
説明する。
第１図は本発明の屈折率分布光カプラを作成するため
の蒸着装置の主要部を示したものである。例えばＺ−カ
ット,LiNbO3等の誘電体基板１上にTi蒸気噴出用とMgO蒸
気噴出用の２つの穴のあいたマスク２を少し間隔をあけ
て平行に配置し、該マスク２の２つの穴を通してTi3とM
gO4を噴出させ、基板１上にTi層とMgO層とを面一に、か
つ境界で重なり合うように同時に真空蒸着する。なお、
第１図では真空排気系，チャンバ，ヒータや電子ビーム
等の加熱源は図示していない。
の蒸着装置の主要部を示したものである。例えばＺ−カ
ット,LiNbO3等の誘電体基板１上にTi蒸気噴出用とMgO蒸
気噴出用の２つの穴のあいたマスク２を少し間隔をあけ
て平行に配置し、該マスク２の２つの穴を通してTi3とM
gO4を噴出させ、基板１上にTi層とMgO層とを面一に、か
つ境界で重なり合うように同時に真空蒸着する。なお、
第１図では真空排気系，チャンバ，ヒータや電子ビーム
等の加熱源は図示していない。
第２図にLiNbO3基板１上のTi3及びMgO4の膜厚分布を
示す。蒸着源の真上の部分21,22においては、Ti及びMgO
共に均一な分布となる。蒸着源の真上から離れた部分23
においては、膜厚を徐々に減少する。従って、基板上の
部分23において左の方ほどTiの量が減少し、MgOの量が
増大する。Ti,MgOの膜厚は例えばそれぞれ400Å及び800
Åである。これを1000℃で６時間拡散した後の屈折率分
布を第３図に示す。すなわち光導波路部分21ではTiの拡
散により異常光に対する屈折率が約0.004上昇する。ま
たMgOを拡散した部分22では逆に異常光に対する屈折率
が約0.004低下する。TiとMgOが重なった領域23では導波
路21から離れるに従い徐々に屈折率が小さくなる。な
お、屈折率は深さ方向にも変化しており、ほぼガウス分
布となっている。
示す。蒸着源の真上の部分21,22においては、Ti及びMgO
共に均一な分布となる。蒸着源の真上から離れた部分23
においては、膜厚を徐々に減少する。従って、基板上の
部分23において左の方ほどTiの量が減少し、MgOの量が
増大する。Ti,MgOの膜厚は例えばそれぞれ400Å及び800
Åである。これを1000℃で６時間拡散した後の屈折率分
布を第３図に示す。すなわち光導波路部分21ではTiの拡
散により異常光に対する屈折率が約0.004上昇する。ま
たMgOを拡散した部分22では逆に異常光に対する屈折率
が約0.004低下する。TiとMgOが重なった領域23では導波
路21から離れるに従い徐々に屈折率が小さくなる。な
お、屈折率は深さ方向にも変化しており、ほぼガウス分
布となっている。
光の伝搬のようすは、第４図に示す。光導波路部分21
ではTi拡散部41の屈折率が基板１よりも大きく光はTi拡
散部分41に閉じ込められて左方へ導波される。TiとMgO
の同時拡散領域23では左方ほど導波層41の屈折率が低下
している。光導波層41の屈折率が小さくなると光の分布
は基板に広がる。さらに、光導波層41の屈折率が小さく
なると光は光導波層41中には閉じ込められなくなり基板
１へ放射される。基板に放射された光は、例えば左端に
配置された光ファイバ42へ結合する。すなわち、領域23
が屈折率分布光カプラとなる。
ではTi拡散部41の屈折率が基板１よりも大きく光はTi拡
散部分41に閉じ込められて左方へ導波される。TiとMgO
の同時拡散領域23では左方ほど導波層41の屈折率が低下
している。光導波層41の屈折率が小さくなると光の分布
は基板に広がる。さらに、光導波層41の屈折率が小さく
なると光は光導波層41中には閉じ込められなくなり基板
１へ放射される。基板に放射された光は、例えば左端に
配置された光ファイバ42へ結合する。すなわち、領域23
が屈折率分布光カプラとなる。
本実施例において、マスクの穴の大きさ，間隔，形状
については限定しない。また、蒸着源，マスク，基板相
互間の位置関係についても限定しない。また、TiやMgO
等の膜の形成法は真空蒸着法だけでなく、スパッタ法，
イオンビーム・スパッタ法等特に限定しない。Ti,MgOの
各膜厚や拡散時間等についても限定しない。基板材料も
LiNbO3に限定しない。TiとMgOの同時蒸着部の膜厚分布
の形状についても限定しない。この膜厚分布の形状によ
り屈折率分布光カプラ部の屈折率分布を制御することが
できる。本実施例では、屈折率分布は直線的に変化して
いるが、例えば第５図のように屈折率が伝搬距離の約1/
2乗に比例するように上に凹状に変化させることにより
基板への出射光に集光作用をもたせることができる。こ
の屈折率分布の形状についても限定しない。さらに拡散
材料もTI,MgOに限定しない。
については限定しない。また、蒸着源，マスク，基板相
互間の位置関係についても限定しない。また、TiやMgO
等の膜の形成法は真空蒸着法だけでなく、スパッタ法，
イオンビーム・スパッタ法等特に限定しない。Ti,MgOの
各膜厚や拡散時間等についても限定しない。基板材料も
LiNbO3に限定しない。TiとMgOの同時蒸着部の膜厚分布
の形状についても限定しない。この膜厚分布の形状によ
り屈折率分布光カプラ部の屈折率分布を制御することが
できる。本実施例では、屈折率分布は直線的に変化して
いるが、例えば第５図のように屈折率が伝搬距離の約1/
2乗に比例するように上に凹状に変化させることにより
基板への出射光に集光作用をもたせることができる。こ
の屈折率分布の形状についても限定しない。さらに拡散
材料もTI,MgOに限定しない。
本実施例では、スラブ導波路について説明したが３次
元導波路についても同様である。この場合、Ti,MgO蒸着
後に所望の光導波路形状にTi,MgOをエッチング後拡散す
ればよい。
元導波路についても同様である。この場合、Ti,MgO蒸着
後に所望の光導波路形状にTi,MgOをエッチング後拡散す
ればよい。
［発明の効果］ 以上詳述したことから明らかなように、本発明によれ
ば、TiとMgOを同時蒸着した後拡散させる簡単な工程で
光の伝搬方向に屈折率分布を有する屈折率分布光カプラ
の作製が可能となる。さらに拡散後基板の屈折率が増加
するTiと屈折率が減少するMgOを用いることにより大き
な屈折率変化が得られ、高効率の光カプラを作成するこ
とができる。
ば、TiとMgOを同時蒸着した後拡散させる簡単な工程で
光の伝搬方向に屈折率分布を有する屈折率分布光カプラ
の作製が可能となる。さらに拡散後基板の屈折率が増加
するTiと屈折率が減少するMgOを用いることにより大き
な屈折率変化が得られ、高効率の光カプラを作成するこ
とができる。
第１図から第４図までは本発明を具体化した実施例を示
すもので、第１図は本発明の一実施例であるTi,MgOの同
時蒸着の説明図、第２図はTi及びMgOの膜厚分布を示す
断面図、第３図は拡散後の光導波路の屈折率分布を示す
図、第４図は屈折率分布光カプラの動作原理を示す説明
図、第５図は本発明の実施例の変形例である屈折率分布
を示す図、第６図は従来の端面結合の説明図、第７図は
従来のプリズム結合の説明図、第８図は従来のテーパ結
合の説明図である。 図中、１は基板、２はマスク、３はTi、４はMgOであ
る。
すもので、第１図は本発明の一実施例であるTi,MgOの同
時蒸着の説明図、第２図はTi及びMgOの膜厚分布を示す
断面図、第３図は拡散後の光導波路の屈折率分布を示す
図、第４図は屈折率分布光カプラの動作原理を示す説明
図、第５図は本発明の実施例の変形例である屈折率分布
を示す図、第６図は従来の端面結合の説明図、第７図は
従来のプリズム結合の説明図、第８図は従来のテーパ結
合の説明図である。 図中、１は基板、２はマスク、３はTi、４はMgOであ
る。
Claims (2)
- 【請求項１】誘電体基板上に光導波路が形成されたもの
であって、前記誘導体基板の一面に、前記光導波路の構
成材料である高屈折率材料層と低屈折率材料層とを、そ
の低屈折率材料層が光の伝搬方向の先方側に位置するよ
うに並べて配設し、その高屈折率材料層と低屈折率材料
層との境界には、前記光導波路を伝搬される光の等価屈
折率がその伝搬方向の先方で漸次小さくなって光の拡散
比率が漸次増加する拡散層を設けたことを特徴とする屈
折率分布光カプラ。 - 【請求項２】誘導体基板の一面に、光導波路の構成材料
である高屈折率材料層と低屈折率材料層とを、その低屈
折率材料層が光の伝搬方向の先方側に位置するように並
べて面一に形成するとともに、その高屈折率材料層と低
屈折率材料層との境界におけるそれ等の材料層の層厚
を、互いに他の材料層側に近ずくに従って徐々に減少す
るように形成し、その後に、前記両材料層の境界を熱処
理することによって光の等価屈折率がその伝搬方向の先
方で漸次小さくなって光の拡散比率が漸次増加する拡散
層を形成したことを特徴とする屈折率分布光カプラの作
製法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63112237A JP2586572B2 (ja) | 1988-05-09 | 1988-05-09 | 屈折率分布光カプラ及びその作製法 |
| US07/262,693 US4865407A (en) | 1987-10-22 | 1988-10-26 | Optical waveguide element, method of making the same and optical coupler employing optical waveguide element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63112237A JP2586572B2 (ja) | 1988-05-09 | 1988-05-09 | 屈折率分布光カプラ及びその作製法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01282511A JPH01282511A (ja) | 1989-11-14 |
| JP2586572B2 true JP2586572B2 (ja) | 1997-03-05 |
Family
ID=14581678
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63112237A Expired - Fee Related JP2586572B2 (ja) | 1987-10-22 | 1988-05-09 | 屈折率分布光カプラ及びその作製法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2586572B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3009986B2 (ja) * | 1993-11-10 | 2000-02-14 | シャープ株式会社 | テーパ導波路の作製方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58118610A (ja) * | 1982-01-08 | 1983-07-14 | Nec Corp | テ−パ状光導波路の製造方法 |
| JPS59229512A (ja) * | 1983-06-13 | 1984-12-24 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 光結合方法 |
| JPS61254938A (ja) * | 1985-05-07 | 1986-11-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 光波長変換素子の製造方法 |
-
1988
- 1988-05-09 JP JP63112237A patent/JP2586572B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01282511A (ja) | 1989-11-14 |
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