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JPH0476505A - Grating element - Google Patents

Grating element

Info

Publication number
JPH0476505A
JPH0476505A JP19166990A JP19166990A JPH0476505A JP H0476505 A JPH0476505 A JP H0476505A JP 19166990 A JP19166990 A JP 19166990A JP 19166990 A JP19166990 A JP 19166990A JP H0476505 A JPH0476505 A JP H0476505A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
waveguide layer
grating
layer
glass substrate
stamper
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP19166990A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Norisada Horie
堀江 教禎
Maki Yamashita
山下 牧
Hayami Hosokawa
速美 細川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Omron Corp
Original Assignee
Omron Corp
Omron Tateisi Electronics Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Omron Corp, Omron Tateisi Electronics Co filed Critical Omron Corp
Priority to JP19166990A priority Critical patent/JPH0476505A/en
Priority to US07/588,332 priority patent/US5138687A/en
Priority to EP19900118452 priority patent/EP0420173A3/en
Publication of JPH0476505A publication Critical patent/JPH0476505A/en
Priority to US07/925,613 priority patent/US5511142A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Abstract

PURPOSE:To facilitate the easy control of the film thickness of waveguide layer with high accuracy and to improve optical characteristics by forming the film of an inorg. material by a thin film forming technique, such as sputtering or CVD, as the waveguide layer on a substrate and forming a grating layer of an org. material. CONSTITUTION:A stamper 9 made of nickel is first formed by an electrocasting method using a master disk 6 formed with grating patterns consisting of an electron beam resist 8 on a glass substrate 7 by an electron ray plotting method. The waveguide layer 3 is then formed on a glass substrate 2 by a sputtering or CVD method using a transparent inorg. material, such as ZnS or ZnO so as to attain a desired film thickness. The substrate 2 formed with the waveguide layer 3 is disposed to face the stamper 9 via a slight spacing and a UV curing type resin 10 is injected therebetween. The resin is irradiated with UV rays 1 and is thereby cured, by which the grating layer 4 is formed. A grating coupler 1 is thus produced.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野コ 本発明は、光学素子の一種であるグレーティング素子に
関する。具体的にいうと、本発明は、入出力カップラ、
集光カップラ、光路変換器、光路偏向器、導波路レンズ
、反射器、モード変換器、その他のグレーティング素子
に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a grating element, which is a type of optical element. Specifically, the present invention provides an input/output coupler;
The present invention relates to condensing couplers, optical path converters, optical path deflectors, waveguide lenses, reflectors, mode converters, and other grating elements.

[背景技術] 第5図に示すものは、従来より用いられている集光グレ
ーティングカップラ31の斜視図である。
[Background Art] What is shown in FIG. 5 is a perspective view of a conventionally used condensing grating coupler 31.

第6図及び第7図は、従来より用いられているリニアグ
レーティングカップラ32の斜視図及び断面図である。
FIGS. 6 and 7 are a perspective view and a sectional view of a conventionally used linear grating coupler 32.

これらのグレーティングカップラ31.32は、ガラス
基板33の表面に紫外線硬化型樹脂からなる導波層34
及びグレーティング35を形成されたものであり、グレ
ーティングパターンを凹設されたスタンパ(図示せず)
とガラス基板33との間に未硬化の紫外線硬化型樹脂を
注入し、ガラス基板33を透過させて紫外線硬化型樹脂
に紫外線を照射させて硬化させた後、グレーティングカ
ップラ31.32からスタンパを剥離させる方法(2P
法)により作製されている。
These grating couplers 31 and 32 have a waveguide layer 34 made of ultraviolet curing resin on the surface of a glass substrate 33.
and a grating 35, and a stamper (not shown) having a grating pattern recessed therein.
An uncured ultraviolet curable resin is injected between the glass substrate 33 and the glass substrate 33, and the ultraviolet curable resin is cured by being irradiated with ultraviolet rays through the glass substrate 33, and then the stamper is peeled off from the grating coupler 31 and 32. How to do it (2P
(method).

[発明が解決しようとする課題] グレーティングカップラ31.32においては、導波層
厚dは、導波光の伝搬定数を決定する重要なパラメータ
であり、このパラメータが設計値からずれると、光の入
出射角θも設計値から外れることになるため、導波層3
4の高精度な厚み制御が重要である。
[Problems to be Solved by the Invention] In the grating coupler 31, 32, the waveguide layer thickness d is an important parameter that determines the propagation constant of the guided light, and if this parameter deviates from the design value, the light input Since the output angle θ also deviates from the design value, the waveguide layer 3
4, highly accurate thickness control is important.

しかしながら、上記のように2P法で製造されるグレー
ティングカップラ31.32では、導波層34の厚さd
は、スタンパとガラス基板33との間隔によって決まり
、また当該間隔は紫外線硬化型樹脂の注入圧によって制
御されているので、導波層厚dを高精度にコントロール
することが困難であった。また、スタンパとガラス基板
33との間隔を2餅以下にするのが困難であり、これ以
下の厚みの導波層34を得ることが困難であった。
However, in the grating couplers 31 and 32 manufactured by the 2P method as described above, the thickness d of the waveguide layer 34 is
is determined by the distance between the stamper and the glass substrate 33, and since the distance is controlled by the injection pressure of the ultraviolet curable resin, it has been difficult to control the waveguide layer thickness d with high precision. Further, it is difficult to reduce the distance between the stamper and the glass substrate 33 to less than 2 pieces, and it is difficult to obtain the waveguide layer 34 with a thickness less than this.

このため、光の人出射角θのバラツキも発生し易かった
For this reason, variations in the light exit angle θ tended to occur.

本発明は、叙上の従来例の欠点に鑑みてなされたもので
あり、その目的とするところは、高精度な導波層厚制御
を行なうことができ、また、極めて薄い導波層を形成す
ることができるグレーティング素子を提供することにあ
る。
The present invention has been made in view of the drawbacks of the conventional examples described above, and its purpose is to be able to control the thickness of the waveguide layer with high precision, and to form an extremely thin waveguide layer. An object of the present invention is to provide a grating element that can perform the following steps.

「課題を解決するための手段コ 本発明のグレーティング素子は、スパッタやCVD等の
薄膜形成技術により無機材料を基板の上に成膜された導
波層と、有機材料により導波層の上に形成されたグレー
ティング層を備えたことを特徴としている。
``Means for Solving the Problems'' The grating element of the present invention consists of a waveguide layer formed of an inorganic material on a substrate using thin film forming techniques such as sputtering or CVD, and a waveguide layer formed of an organic material on the waveguide layer. It is characterized by comprising a formed grating layer.

「作用コ 本発明にあっては、スパッタやCVD等の薄膜形成技術
を用いて基板の上に無機材料からなる導波層を形成して
いるので、導波層の膜厚制御を容易に行なえる。すなわ
ち、導波層厚な高精度に制御することができ、また、よ
り厚みの薄い導波層を作製することもできる。
In the present invention, the waveguide layer made of an inorganic material is formed on the substrate using a thin film forming technique such as sputtering or CVD, so the thickness of the waveguide layer can be easily controlled. In other words, the thickness of the waveguide layer can be controlled with high precision, and a thinner waveguide layer can also be produced.

したかって、導波層厚のバラツキによる光の人出射角等
の光学的特性のバラツキも軽減され、グレーティング素
子の光学的特性を良好にすることができる。
Therefore, variations in optical properties such as the light exit angle due to variations in the thickness of the waveguide layer are reduced, and the optical properties of the grating element can be improved.

また、導波層は、無機材料によって形成されているので
、有機材料を用いたものよりも、対環境性が安定してい
る。
Furthermore, since the waveguide layer is formed of an inorganic material, its environmental resistance is more stable than that of a waveguide layer made of an organic material.

さらに、凹凸形状(グレーティング)を形成する必要の
あるグレーティング層は、有機材料によって形成されて
いるので、例えば樹脂成形によって容易に形成すること
ができ、量産性にも優れる。
Furthermore, since the grating layer that needs to have an uneven shape (grating) is formed of an organic material, it can be easily formed by, for example, resin molding, and is excellent in mass productivity.

「実施例] 以下、本発明の実施例を添付図に基づいて詳述する。"Example] Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.

第1図及び第2図は、本発明の一実施例のりニアグレー
ティングカップラ1を示す。このリニアグレーティング
カップラ1は、ガラス基板2の表面に透明な無機材料か
らなる導波層3を形成したものであり、導波層3の上に
は、紫外線硬化型樹脂からなるグレーティング層4が積
層されており。
1 and 2 show a linear grating coupler 1 according to an embodiment of the present invention. This linear grating coupler 1 has a waveguide layer 3 made of a transparent inorganic material formed on the surface of a glass substrate 2, and a grating layer 4 made of an ultraviolet curable resin is laminated on the waveguide layer 3. It has been done.

グレーティング層4には、凹溝状のグレーティング5が
形成されている。導波層3は、例えば、次の第1表に示
すような無機材料を用いてスパッタやCVD等の薄膜形
成技術により成膜されており、各々無機材料の種類に応
じて第1表の対応する作製方法によって形成するのが好
ましい。
Groove-shaped gratings 5 are formed in the grating layer 4 . The waveguide layer 3 is formed by a thin film forming technique such as sputtering or CVD using, for example, inorganic materials shown in Table 1 below. It is preferable to form it by a manufacturing method.

(以下、余白) 第  1  表 第3図には、上記リニアグレーティングカップラ1の製
造方法を示している。まず第3図(a)は、原盤6の作
製工程であって、電子線描画法によってガラス基板7上
に電子線レジスト8によるグレーティングパターンが形
成されている。ついで、上記原盤6を用い、電鋳法によ
り第3図(b)に示すようなニッケル製のスタンパ9が
作成される。
(Hereinafter, blank spaces) Table 1 and FIG. 3 show a method of manufacturing the linear grating coupler 1 described above. First, FIG. 3(a) shows the manufacturing process of the master 6, in which a grating pattern of electron beam resist 8 is formed on a glass substrate 7 by electron beam lithography. Next, using the master disk 6, a nickel stamper 9 as shown in FIG. 3(b) is produced by electroforming.

こうしてスタンパ9が作製されると、第3図(C)に示
すように、ガラス基板2上に第1表のような透明無機材
料を用いてスパッタもしくはCVD法によって所望の膜
厚となるように導波層3を成膜する。導波層3を形成さ
れたガラス基板2は、第3図(d)に示すように、スタ
ンバ9と微少な間隙を介して対向させられ、スタンバ9
と導波層3との間に未硬化の紫外線硬化型樹脂10か注
入される。紫外線硬化型樹脂10が注入されると、ガラ
ス基板2側から紫外線11を照射する。紫外線11はガ
ラス基板2及び導波層3を透過し、紫外線硬化型樹脂1
0に照射されるので、紫外線硬化型樹脂10が硬化して
2P法によりグレーティング層4が成形される。こうし
て、紫外線硬化型樹脂10が硬化すると、第3図(e)
に示すように、スタンパ9からリニアグレーティングカ
ップラ1が剥離され、リニアグレーティングカップラ1
が製造される。
Once the stamper 9 is produced in this way, as shown in FIG. 3(C), a transparent inorganic material as shown in Table 1 is deposited on the glass substrate 2 by sputtering or CVD to obtain a desired film thickness. A waveguide layer 3 is formed. As shown in FIG. 3(d), the glass substrate 2 on which the waveguide layer 3 is formed is opposed to the standby bar 9 with a small gap therebetween.
An uncured ultraviolet curable resin 10 is injected between the waveguide layer 3 and the waveguide layer 3. When the ultraviolet curable resin 10 is injected, ultraviolet rays 11 are irradiated from the glass substrate 2 side. The ultraviolet rays 11 pass through the glass substrate 2 and the waveguide layer 3, and the ultraviolet rays 11 pass through the glass substrate 2 and the waveguide layer 3.
0, the ultraviolet curable resin 10 is cured and the grating layer 4 is formed by the 2P method. In this way, when the ultraviolet curable resin 10 is cured, as shown in FIG. 3(e).
As shown in the figure, the linear grating coupler 1 is peeled off from the stamper 9, and the linear grating coupler 1
is manufactured.

また、本発明は、上記実施例以外にも種々の実施例が可
能である。特に、導波層をスパッタ法やCVD法等によ
って形成するようにしたことにより、音響光学効果や電
気光学効果を有する前記第1表のような無機材料や、さ
らには磁性材料を、導波層材料として用いることかでき
るようになるので、これらの材料の物理的特性を活かし
た能動的光導波デバイスを作製することもできる。
Further, the present invention can be implemented in various other embodiments in addition to the above-mentioned embodiments. In particular, by forming the waveguide layer by a sputtering method, a CVD method, etc., inorganic materials such as those shown in Table 1 having an acousto-optic effect or electro-optic effect, or even magnetic materials can be used in the waveguide layer. Since these materials can be used as materials, it is also possible to create active optical waveguide devices that take advantage of the physical properties of these materials.

例えは、第4図に示すリニアグレーティングカップラ1
2は、音響光学効果を有するZnOを用いて導波層3を
形成し、導波層3の表面に@極材料を蒸着させて櫛歯状
をしたIDT(インターデジタルトランスデユーサ)1
3を作成し、導波層3の上に突状の2 Mのグレーティ
ング14を有するグレーティング層4を形成したもので
ある。
For example, the linear grating coupler 1 shown in FIG.
2 is a comb-shaped IDT (interdigital transducer) 1 in which a waveguide layer 3 is formed using ZnO having an acousto-optic effect, and an @polar material is deposited on the surface of the waveguide layer 3.
3 was prepared, and a grating layer 4 having a protruding 2 M grating 14 was formed on the waveguide layer 3.

しかして、IDT13に電気信号を印加させると、グレ
ーティング14間において、導波層3表面に弾性表面波
(SAW)15が伝播させられる。
When an electric signal is applied to the IDT 13, a surface acoustic wave (SAW) 15 is propagated on the surface of the waveguide layer 3 between the gratings 14.

この結果、IDT13から弾性表面波15が伝播されて
いない場合には、一方のグレーティング14から入射し
て導波層3を伝搬し、他方のグレーティング14からP
方向へ出射されていた光線16は、IDT13から弾性
表面波15が伝播されると、導波層3で弾性表面波15
によって偏向を受け、出射側のグレーティング14から
Q方向へ射出される。
As a result, when the surface acoustic wave 15 is not propagated from the IDT 13, it enters from one grating 14 and propagates through the waveguide layer 3, and the surface acoustic wave 15 enters from the other grating 14 and propagates through the waveguide layer 3.
When the surface acoustic wave 15 is propagated from the IDT 13, the light ray 16 emitted in the direction
The light is deflected by the beam, and is emitted from the grating 14 on the emission side in the Q direction.

上記実施例では、音響光学効果を利用したが、これ以外
の材料、例えば、電気光学効果を有する無機材料によっ
て導波層を形成し、導波層に光シャッタの機能を持たせ
ることなども可能である。
In the above example, the acousto-optic effect was used, but it is also possible to form the waveguide layer using other materials, such as an inorganic material that has an electro-optic effect, and give the waveguide layer the function of an optical shutter. It is.

なお、図示しないが、導波層とガラス基板との間には、
導波層よりも屈折率の小さな光学材料からなるバッファ
層を設けてもよい。
Although not shown, there is a gap between the waveguide layer and the glass substrate.
A buffer layer made of an optical material having a smaller refractive index than the waveguide layer may be provided.

また、本発明は、リニアグレーティングカップラ以外に
も、葉先グレーティングカップラ等の種々のグレーティ
ング素子にも実施することができることは、もちろんで
ある。
It goes without saying that the present invention can be applied to various grating elements such as leaf tip grating couplers in addition to linear grating couplers.

[発明の効果コ 本発明によれば、導波層の膜厚制御を容易かつ高精度で
行なえ、また、サブミクロンの膜厚制御も可能になる。
[Effects of the Invention] According to the present invention, the film thickness of the waveguide layer can be controlled easily and with high precision, and submicron film thickness control is also possible.

したかって、導波層厚のバラツキによる光の入出射角等
の光学的特性のバラツキも軽減され、グレーティング素
子の光学的特性を良好にすることができる。
Therefore, variations in optical properties such as the angle of incidence and output of light due to variations in the thickness of the waveguide layer are reduced, and the optical properties of the grating element can be improved.

また、無機材料の導波層は、対環境性も安定しさらに、
グレーティング層は有機材料によって形成しているから
、例えば樹脂成形によって容易に形成することができ、
量産性にも優れている。
In addition, the waveguide layer made of inorganic material has stable environmental resistance, and
Since the grating layer is made of an organic material, it can be easily formed by, for example, resin molding.
It is also suitable for mass production.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の一実施例を示す斜視図、第2図は同上
の一部破断した断面図、第3図は同上のグレーティング
カップラの製造方法を示す説明図、第4図は本発明の他
側を示す斜視図、第5図は従来例の斜視図、第6図は別
な従来例の斜視図、第7図は同上の一部破断した断面図
である。 2・・・ガラス基板 3・・・導波層 4・・・グレーティング層
FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a partially cutaway sectional view of the same, FIG. 3 is an explanatory view showing a method of manufacturing the grating coupler of the above, and FIG. 4 is a diagram of the present invention. FIG. 5 is a perspective view of a conventional example, FIG. 6 is a perspective view of another conventional example, and FIG. 7 is a partially broken sectional view of the same. 2... Glass substrate 3... Waveguide layer 4... Grating layer

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)スパッタやCVD等の薄膜形成技術により無機材
料を基板の上に成膜された導波層と、有機材料により導
波層の上に形成されたグレーティング層を備えたグレー
ティング素子。
(1) A grating element comprising a waveguide layer formed of an inorganic material on a substrate using a thin film forming technique such as sputtering or CVD, and a grating layer formed of an organic material on the waveguide layer.
JP19166990A 1989-09-26 1990-07-18 Grating element Pending JPH0476505A (en)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP19166990A JPH0476505A (en) 1990-07-18 1990-07-18 Grating element
US07/588,332 US5138687A (en) 1989-09-26 1990-09-26 Rib optical waveguide and method of manufacturing the same
EP19900118452 EP0420173A3 (en) 1989-09-26 1990-09-26 Rib optical waveguide and method of manufacturing the same
US07/925,613 US5511142A (en) 1989-09-26 1992-08-06 Rib optical waveguide and method of manufacturing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP19166990A JPH0476505A (en) 1990-07-18 1990-07-18 Grating element

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH0476505A true JPH0476505A (en) 1992-03-11

Family

ID=16278490

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP19166990A Pending JPH0476505A (en) 1989-09-26 1990-07-18 Grating element

Country Status (1)

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JP (1) JPH0476505A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7136565B1 (en) 2005-05-23 2006-11-14 Imation Corp. Optical waveguide disk
KR100895148B1 (en) * 2002-11-20 2009-05-04 엘지전자 주식회사 Polymer optical waveguide grating manufacturing method

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KR100895148B1 (en) * 2002-11-20 2009-05-04 엘지전자 주식회사 Polymer optical waveguide grating manufacturing method
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