JPH08286065A - 平面光導波路の作製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 回折格子を有する平面光導波路を容易に作製
することのできる新規な方法を提供すること。 【構成】 本発明による平面光導波路の作製方法は、基
板（１０）上に、石英ガラスを主材として酸化ゲルマニ
ウムが添加された第１の層（１２）を形成する第１工程
と、第１の層の所定領域に紫外光を照射し、光導波領域
としてのコア部（１６）を形成する第２工程と、コア部
（１６）に回折格子（２６）を形成すべく、コア部（１
６）の所定領域に紫外光を照射して紫外光の干渉縞を形
成する第３工程と、第１の層の上に石英ガラスを主材と
した第２の層（３０）を形成する第４工程とを備えるこ
とを特徴とする。コア部（１６）の形成を、回折格子
（２６）の形成と同様に、紫外光照射により行うことと
したので、作業全体の流れが簡略化される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、基板の表面上に光導波
領域が形成された、いわゆる平面光導波路に関し、特
に、光導波領域の屈折率を光軸に沿って周期的に変化さ
せて回折格子を形成した平面光導波路の作製方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、光通信技術の進展に伴い、ネット
ワークの複雑化や信号波長の多重化等が進行し、システ
ム構成は高度化しつつある。このような光通信システム
では平面光導波路の重要性が増大している。

【０００３】また、光学部品の一種である回折格子が平
面光導波路と組み合わせて使用される場合があるが、光
通信システム等に利用する場合には、他の平面光導波路
や光ファイバとの接続を容易化し且つ挿入損失を低くす
るために、光導波領域に回折格子が作り込まれることが
好適である。

【０００４】このような光導波領域に回折格子が形成さ
れた平面光導波路の作製方法としては、従来、まず火炎
堆積法により平面光導波路を作製した後、その平面光導
波路の光導波領域であるコア部に紫外光を照射して回折
格子を形成するという方法が採られていた。

【０００５】火炎堆積法による平面光導波路作製方法
は、例えば特開昭５８−１０５１１１号公報に記載され
ているものがある。

【０００６】また、紫外光照射による回折格子形成方法
としては、例えば特開昭６２−５０００５２号公報に記
載のものが知られている。これは、酸化ゲルマニウム
（Ｇｅ０₂ ）を添加した高屈折率のコア部に、強力な紫
外光を照射することにより、当該コア部に周期的な屈折
率変化を生じさせ、回折格子を形成するという方法であ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述したような従来の
方法では、平面光導波路のコア部を形成するために手間
のかかるエッチング等を行う必要があり、また、平面光
導波路の作製と回折格子の形成とが別工程となるため、
作業全体が煩雑となる傾向があった。

【０００８】そこで、本発明の目的は、回折格子を有す
る平面光導波路を容易に作製することのできる新規な方
法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明による平面光導波路の作製方法は、基板上
に、石英（ＳｉＯ₂ ）ガラスを主材として酸化ゲルマニ
ウムが添加された第１の層を形成する第１工程と、前記
第１の層の所定領域に紫外光を照射し、光導波領域とし
てのコア部を形成する第２工程と、前記コア部に回折格
子を形成すべく、前記コア部の所定領域に紫外光を照射
して紫外光の干渉縞を形成する第３工程と、前記第１の
層の上に石英ガラスを主材とした第２の層を形成する第
４工程とを備えることを特徴としている。

【００１０】前記基板は石英ガラス基板とすることが好
適である。

【００１１】また、干渉縞を作るためには、紫外光を２
本のコヒーレント光とし、かかる２本のコヒーレントな
紫外光を、コア部の光軸に対し互いに補角の関係にある
角度をもって、コア部の所定領域に照射する方法と、紫
外光を所定の位相格子に照射してこの位相格子を透過さ
せることにより生じさせる方法とが考えられる。

【００１２】

【作用】本発明によれば、コア部の形成は、酸化ゲルマ
ニウムが添加された石英ガラス層に紫外光を照射した場
合にその照射部分の屈折率が変化することを利用したも
のである。

【００１３】この屈折率変化のメカニズムは、完全に解
明されてはいないが、重要な原因として、石英ガラス中
のゲルマニウムに関連した酸素欠損型の欠陥が考えられ
たおり、Ｓｉ−Ｇｅ又はＧｅ−Ｇｅ等の中性酸素モノ空
孔が想定されている。

【００１４】このように、コア部の形成を、回折格子の
形成と同様に、紫外光照射により行うことができ、作業
全体の流れが簡略化される。

【００１５】

【実施例】以下、図面と共に本発明の好適な実施例につ
いて詳細に説明する。尚、図面において同一又は相当部
分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。ま
た、本明細書において用いられる「上」や「下」等の語
は便宜的なものであり、図に示す状態における上下を基
準としたものである。

【００１６】まず、この実施例では、石英（ＳｉＯ₂ ）
ガラスを主材とする基板１０を用意する。この基板１０
は、平面光導波路における下部クラッド層となるもので
ある。

【００１７】次に、光導波領域としてのコア部が作り込
まれるガラス微粒子層１２を形成する。この層１２の形
成方法としては種々考えられるが、この実施例では、図
１に示すように、酸水素炎バーナ１４を用い、酸水素炎
中にガラス微粒子の原料となる塩化ケイ素（ＳｉＣ
ｌ₄ ）等の原料ガスを燃料（Ｏ₂ 、Ｈ₂ ）と共に送り込
みながら、火炎中で生成される石英ガラスの微粒子を基
板１０に直接吹き付けることにより行う。また、この石
英ガラス微粒子の吹付けに際しては、ドーパント原料た
る塩化ゲルマニウム（ＧｅＣｌ₄ ）が原料ガス中に送り
込まれる。バーナ１４は基板１０の上方で繰り返し移動
され、これにより厚さの均一なガラス微粒子層１２が形
成される。

【００１８】この後、ガラス微粒子層１２が形成された
基板１０を焼結炉（図示せず）中で加熱した後、徐冷す
ると、ガラス微粒子層１２は透明ガラス化する。これに
より、基板１０上には酸化ゲルマニウムがドープされた
石英ガラス層（第１の層）１２が形成される。

【００１９】このようにして形成される石英ガラス層１
２の厚さや酸化ゲルマニウムのドープ濃度等は様々であ
るが、例えば厚さ８μｍ、酸化ゲルマニウムドープ濃度
５ｗｔ％とするのが好適である。

【００２０】次に、図２に示すように、光導波領域とし
てのコア部１６を石英ガラス層１２に形成すべく、石英
ガラス層１２の上方の紫外光光源１８から紫外光を石英
ガラス層１２の上面に照射する。この場合、紫外光光源
１８として例えばアルゴンレーザ光源（波長２４４ｎｍ
のコヒーレントな紫外光発光）やＫｒＦエキシマレーザ
光源（波長２４８ｎｍのコヒーレントな紫外光発光）を
用いることが好ましい。そして、形成すべきコア部１６
と同じパターンのスリット２０を有するマスク２２を石
英ガラス層１２と光源１８との間に配置した後、光源１
８から紫外光を照射する。

【００２１】光源１８から紫外光が照射されると、その
紫外光はマスク２２のスリット２０を透過して、所望部
分のみを照らす。石英ガラス層１２のこの紫外光照射部
分は、前述したように紫外光照射により徐々に屈折率が
変化し、コア部１６を形成していく。

【００２２】紫外光の照射中は、例えば、コア部１６と
なる部分の一端にＬＥＤ光源等の発光素子（図示せず）
を対向配置すると共に、他端に受光素子（図示せず）を
対向配置し、発光素子から光を受光素子で受けてその受
光量をモニターするのが好適である。紫外光照射により
徐々にコア部１６が形成されていくと、その形成の度合
いに応じて受光素子による受光量が増すため、受光量が
所定値に達した時点で紫外光の照射を停止すれば、所望
の屈折率のコア部１６が形成されることとなる。上記酸
化ゲルマニウムドープ濃度の場合、紫外光照射時間は、
通常、１０〜２０００秒となる。

【００２３】尚、この紫外光照射は、コア部１６の形成
が飽和状態に至るまで行ってはならないことに注意すべ
きである。この実施例では、コア部１６の形成後、同じ
く紫外光の照射により回折格子を形成するため、飽和状
態に至ったならば、それ以降に紫外光を照射しても、回
折格子は実質的に形成されないこととなるからである。

【００２４】上述したようにコア部１６が形成されたな
らば、図３に示すように、マスク２２に代えて位相格子
２４を配置し、通常の位相格子法に基づき、石英ガラス
層１２のコア部１６に紫外光を位相格子２４を介して干
渉させつつ照射し、屈折率がコア部１６の光軸に沿って
所定周期で変化した領域を形成する。

【００２５】より詳細に述べるならば、位相格子２４を
基板１０に隣接して平行に配置すると共に、紫外光光源
１８から出射された紫外光が位相格子２４の表面の法線
方向に対して所定角度θで入射されるよう、光源１８の
位置を調節する。位相格子２４は、所定間隔Λ′で格子
を配列して形成されている。光源１８からの紫外光が位
相格子２４を透過すると、所定間隔Λ（＝Λ′）の干渉
縞がコア部１６の所定領域に形成され、紫外光の強度の
違いからコア部１６の屈折率変化の度合いが位置により
異なり、回折格子２６が作り込まれていく（図４参
照）。

【００２６】この実施例では、コア部１６のみならず、
コア部１６の両側のクラッド部２８にも干渉縞を形成す
ることとしている。石英ガラス層１２のクラッド部２８
には、コア部形成時に紫外光が照射されていないので、
このクラッド部２８にも回折格子２６が形成される（図
４参照）。この回折格子２６が形成されたクラッド部２
８では、コア部１６を伝搬する導波光のみならず、導波
光のうちクラッド部２８側に放射される光も反射され、
モードフィールド全域にわたって導波光が反射されるの
で、高い反射率を有することとなる。

【００２７】尚、回折格子２６の形成中、ＬＥＤ光源等
の発光素子（図示せず）からの光をコア部１６に入射
し、この光を受ける受光素子（図示せず）の出力をスペ
クトルアラナイザ（図示せず）にリアルタイムでモニタ
ーすることが好適である。ここで、スペクトルアナライ
ザは、回折格子２６を透過した光について波長と光強度
との関係を検出するものである。紫外光の照射が開始さ
れると、回折格子２６の形成が進むので、透過スペクト
ルにおいて透過光の強度が反射波長を中心に減少する。
従って、透過スペクトルに変化がなくなれば、回折格子
２６の形成が飽和したと考えられるので、この時点で紫
外光の照射を停止すればよいことになる。上記酸化ゲル
マニウムドープ濃度の場合、紫外光照射時間は、通常、
１０〜２０００秒となる。

【００２８】コア部１６及び回折格子２６が形成された
ならば、最後に、石英ガラス層１２の上に上部クラッド
層（第２の層）３０を形成する（図５参照）。この上部
クラッド層３０を形成する方法としては色々と考えられ
るが、石英ガラス層１２を形成する場合と同様に、酸水
素炎中に塩化ケイ素等の原料ガスをバーナ１４に送り込
みながら、火炎中で生成されるガラス微粒子を石英ガラ
ス層１２の上面に吹き付けることにより行ってガラス微
粒子層３０を形成し、その後、焼結炉中で加熱してから
徐冷して透明ガラス化を行う方法が好適である。

【００２９】以上述べたようにして、コア部１６に回折
格子２６が作り込まれた平面光導波路を作製することが
できるが、回折格子２６の形成方法としては、いわゆる
ホログラフィック干渉法を用いて干渉縞を形成する方法
もある。

【００３０】具体的には、図６に示すように、干渉機構
４０を用いて干渉空間４２を生成するように、紫外光光
源１８から出射されたコヒーレントな紫外光を干渉させ
る。この干渉空間４２となる位置には、図２に示す工程
でコア部１６が形成された基板１０が配置される。干渉
機構４２は、基本的には、ビームスプリッタ４４及びミ
ラー４６，４８から構成されている。ビームスプリッタ
４４は、光源１８からの紫外光を２本の光に分岐させ
る。ミラー４６，４８は、ビームスプリッタ４４からの
分岐紫外光をそれぞれ反射し、石英ガラス層１２のコア
部１６の光軸方向に対して所定角度θ₁ ，θ₂ でそれぞ
れ入射して共面ビームとして相互に干渉させる。尚、入
射角度θ₁ ，θ₂ は相互に補角であり、これらの和は１
８０度となる。この場合、石英ガラス層１２の上面の法
線に対する紫外光の入射角度α（＝９０°−θ₁ ）と紫
外光の波長λとを用い、干渉空間４２における干渉縞の
間隔Λは、 Λ＝λ／（２ｓｉｎα） となる。従って、コア部１６の紫外光照射領域には、異
なる屈折率を有する領域が干渉縞の間隔Λを周期として
コア部１６の光軸方向に配列されるので、回折格子２６
が形成されることになる。

【００３１】周知なブラッグの回折条件に基づいてコア
部１６の屈折率と回折格子２６の周期Λとを用い、この
回折格子２６の反射波長λ_R は、 λ_R ＝２ｎΛ＝λｎ／ｓｉｎα となる。

【００３２】このようにして回折格子２６が形成された
ならば、上述したように、上部クラッド層３０を形成し
て、平面光導波路が完成する。

【００３３】上記実施例では、同じ紫外光光源１８をコ
ア部１６及び回折格子２６を形成するのに用いている
が、コア部１６と回折格子２６とを別個の紫外線照射装
置によりそれぞれ形成することとしてもよい。例えば、
コア部１６の形成は、スリット２０を有するマスク２２
を用いずに、紫外光の照射点を移動させることによりコ
ア部１６を形成する方法を採ることができる。

【００３４】また、上記実施例では、石英ガラス基板１
０を用いているが、表面に下部クラッド層として石英ガ
ラス層が形成されたシリコン基板等を用いることもでき
る。

【００３５】更に、石英ガラスに添加される酸化ゲルマ
ニウムの量は上記のものに限られず、また、屈折率低下
剤としてフッ素やホウ素、リン等を適宜添加してもよ
い。

【００３６】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、コ
ア部の形成を紫外光照射という簡単な方法で行うことが
できる。また、回折格子の形成も紫外光照射で行うの
で、コア部及び回折格子の形成を一連の紫外光照射とい
う工程で行うことができ、回折格子を有する平面光導波
路の作製が大幅に簡略化されることとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による平面光導波路の作製方
法の一工程を示す概略図であり、コア部が作り込まれる
石英ガラス層の形成方法を示す図である。

【図２】本発明の一実施例による平面光導波路の作製方
法の一工程を示す概略斜視図であり、コア部の形成方法
を示す図である。

【図３】本発明の一実施例による平面光導波路の作製方
法の一工程を示す概略図であり、コア部に回折格子を位
相格子法により作り込んでいるところを示す図である。

【図４】石英ガラス層にコア部及び回折格子が形成され
た状態を示す概略斜視図である。

【図５】本発明の一実施例による平面光導波路の作製方
法の一工程を示す概略図であり、平面光導波路の上部ク
ラッド層の形成方法を示す図である。

【図６】位相格子法に代え、ホログラフィック干渉法に
より回折格子をコア部に作り込んでいるところを示す概
略図である。

【符号の説明】

１０…基板、１２…石英ガラス層（第１の層）、１４…
バーナ、１６…コア部、１８…紫外光光源、２０…スリ
ット、２２…マスク、２４…位相格子、２６…回折格
子、２８…クラッド部、３０…上部クラッド層（第２の
層）、４０…干渉機構、４２…干渉空間、４４…ビーム
スプリッタ、４６，４８…ミラー。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に、石英ガラスを主材として酸化
   ゲルマニウムが添加された第１の層を形成する第１工程
   と、 前記第１の層の所定領域に紫外光を照射し、光導波領域
   としてのコア部を形成する第２工程と、 前記コア部に回折格子を形成すべく、前記コア部の所定
   領域に紫外光を照射して紫外光の干渉縞を形成する第３
   工程と、 前記第１の層の上に石英ガラスを主材とした第２の層を
   形成する第４工程と、を備えることを特徴とする平面光
   導波路の作製方法。
2. 【請求項２】 前記基板は石英ガラス基板であることを
   特徴とする請求項１記載の平面光導波路の作製方法。
3. 【請求項３】 前記第３工程において、前記紫外光を２
   本のコヒーレント光とし、該２本のコヒーレントな紫外
   光を、前記コア部の光軸に対し互いに補角の関係にある
   角度をもって、前記コア部の前記所定領域に照射するこ
   とを特徴とする請求項１又は２記載の平面光導波路の作
   製方法。
4. 【請求項４】 前記第３工程において、前記干渉縞は、
   前記紫外光を所定の位相格子に照射してこの位相格子を
   透過させることにより生じさせることを特徴とする請求
   項１又は２記載の平面光導波路の作製方法。