NL8602602A

NL8602602A - Werkwijze voor het vervaardigen van een vlakke lichtgolfgeleider.

Info

Publication number: NL8602602A
Application number: NL8602602A
Authority: NL
Original assignee: Schott Glaswerke
Priority date: 1985-10-16
Filing date: 1986-10-16
Publication date: 1987-05-18
Also published as: FR2592723A1; JPS6291434A; US4765819A; GB2181862A; GB8624679D0; DE3536780C2; FR2592723B1; GB2181862B; DE3536780A1

Description

NO 34062 Do/JSm

Werkwijze voor het vervaardigen van een vlakke lichtgolfgeleider.

Beschrijving 5

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het op een substraat vervaardigen van een vlakke lichtgolfgeleider met lichtgelei-dende stroken, door het uit de gasfase afscheiden van dunne glasachtige lagen, volgens een schema dat een vooraf bepaald brekingsindexverloop 10 mogelijk maakt, zodanig dat een lichtgeleidend kerngebied en aan dit kerngebied grenzende mantellagen worden gevormd, waarbij aansluitend uit de aangebrachte lagen de lichtgeleidende stroken worden vervaardigd.

Vlakke lichtgolfgeleiders worden in optische communicatiestelsels als koppelelementen voor optische golfgeleiders toegepast. Afhankelijk 15 van de opbouw dienen deze koppelelementen voor signaalaftakking of voor het mengen van signalen (demultiplexer/multiplexer) .

Een bekende werkwijze voor het vervaardigen van deze golfgeleiders is de OVD-werkwijze, waarbij zeer zuiver SiCl4 met enkele procenten TiCl4 wordt gemengd en in een open vlam met zuurstof tot reageren 20 wordt gebracht. Deze door vlamhydrolyse vervaardigde glasdeeltjes worden op een substraat afgezet. Tijdens het afzetten wordt de brander voortdurend heen en weer bewogen, zodat zich meerdere lagen kunnen vormen. De brekingsindex wordt daarbij door de TiCl4-stroom gestuurd. Daarna wordt het substraat met de poreuze glaslagen verwarmd, opdat de afzon-25 derlijke lagen zich verstevigen (Kawachi e.a., Electronics Letters 1983, vol. 19, nr. 15, p* 583).

Aansluitend wordt het lagenstelsel met een siliciummasker bedekt en worden door gericht wegetsen de geleidingssleuven voor het opnemen van de golfgeleiders alsmede de lichtgeleidende stroken vervaardigd (Yamada 30 e.a., Electronics Letters 1984, vol. 20, nr. 8, p. 313). Deze bekende vlakke golfgeleiders hebben echter het nadeel dat het verloop van de brekingsindex door de afgezette lagen slechts in een richting - namelijk in de richting loodrecht op het vlak van het substraat - kan worden ingesteld. Na het etsen heeft de lichtgeleidende strook een in wezen 35 rechthoekige doorsnede en is het profiel van de lichtgeleidende kern zijdelings niet aangepast, hetgeen tot aanzienlijke dempingsverliezen leidt. Een verder nadeel bestaat daarin, dat slechts relatief dikke lagen kunnen worden vervaardigd, zodat geen fijn trapsgewijs verlopend brekingsindexprofiel kan worden vervaardigd.

40 Uit de EP-0052901 is een werkwijze bekend, waarmee koppelelementen 8602802 2 met lichtgeleidende stroken met een ronde doorsnede worden vervaardigd. Hiertoe worden volgens een vooraf bepaald patroon in de substraatglas-plaat sleuven met een halfcirkelvormige doorsnede geëtst of op mechanische wijze aangebracht. In de volgende stap worden uit de gasfase door 5 middel van een CVD-werkwijze glasachtige lagen op de glasplaat en in deze sleuven afgescheiden. Met de toename van de laagdikte wordt samen met het kwartsglas steeds meer doteringsmateriaal afgescheiden. Dit wordt zo lang voortgezet totdat de sleuven volledig met deze lagen zijn opgevuld. Hetzelfde wordt met een substraat uitgevoerd dat van het spiegelbeeld-10 vormige sleuvenpatroon is voorzien. Daarna worden de beide substraatpla-ten. gepolijst en samengevoegd zodanig dat de sleuven met de glasachtige lagen boven elkaar liggen. Hoewel deze strookgeleiders een cirkelvormige doorsnede met een radiaal naar buiten afnemende brekingsindex vertonen, is hun vervaardiging niet zonder problemen.

15 De vervaardigingswerkwijze en in het bijzonder het polijstproces zijn zeer duur. De sleuven moeten exact boven elkaar liggen, waarbij aan de naad tussen de substraatplaten in het gebied van de lichtgeleidende lagen noch verontreinigingen noch luchtspleten aanwezig mogen zijn.

Het doel van de onderhavige uitvinding is het verschaffen van een 20 werkwijze voor het vervaardigen van vlakke golfgeleiders waarmee de bovengenoemde nadelen van de stand van de techniek worden vermeden. Deze werkwijze moet wezenlijk eenvoudiger zijn, waarbij de vlakke golfgeleider zich gelijktijdig door geringere verliezen ten opzichte van de bekende vlakke golfgeleiders moet onderscheiden.

25 Dit doel wordt bereikt met een werkwijze, waarbij het afscheiden uit de gasfase door middel van een heterogene reactie (CVD-werkwijze) wordt uitgevoerd en waarbij na het vormen van de lichtgeleidende stroken, hetgeen op mechanische wijze of ook volgens de bekende etswerkwij-zen kan geschieden, de brekingsindex van de de kern vormende lagen in 30 het zijdelingse randgebied van de stroken door uitdiffusie van het het brekingsindexverloop in de kern bepalende doteringsmiddel gericht wordt veranderd. Aansluitend worden deze stroken en het substraat met een deklaag van een materiaal met een ten opzichte van het kernmateriaal lagere brekingsindex bedekt.

35 De uitdiffusie kan zo worden gestuurd, dat men in de zijdelingse randgebieden van de lichtgeleidende kern een brekingsindexverloop verkrijgt, dat in wezen overeenkomt met het verloop van de brekingsindex in een richting loodrecht op de lagen.

Bij voorkeur wordt het afscheiden van de glasachtige lagen door 40 middel van een niet-isotherme plasma-CVD-werkwijze uitgevoerd.

8002 602 Γ --.

3

Onder deze reeds uit bijvoorbeeld de EP-0017296 bekende werkwijze moet een werkwijze worden begrepen, waarbij met een zogenaamd koud plasma wordt gewerkt, waarin alleen elektronen een hoge kinetische energie bezitten. Met een dergelijk plasma kan men zelfs gasmengsels tot reage-5 ren brengen, die thermisch niet reactief zijn. Met deze niet-isotherme PGVD-werkwijze kunnen op een redelijk lage temperatuur glasachtige lagen direct uit de gasfase worden afgescheiden, zodat een navolgende verwarming ter verglazing overbodig is. Een verder voordeel bestaat daarin, dat bij het afscheiden op lage temperatuur, dat wil zeggen tussen kamer-10 temperatuur en 300°G, een eventueel verschil in de thermische uitzet— tingscoëfficient van het glasplaatmateriaal en van de afgescheiden lagen niet als nadelig merkbaar wordt.

Als uitdiffundeerbaar doteringsmiddel wordt bijvoorbeeld germanium toegepast. Uiteraard kunnen ook andere uitdiffundeerbare stoffen worden 15 toegepast. Al naar gelang de lichtvoerende stroken als multimodegolfgeleider, als monomodegolfgeleider of als polariserende golfgeleider moeten worden uitgevoerd, worden de afmetingen van de kern en de numerieke apertuur alsmede het brekingsindexverloop overeenkomstig ingesteld.

Opdat de golfenergie volledig van het substraat wordt gescheiden, 20 wordt de dikte van de mantellaag tussen dit substraat en het kerngebied overeenkomstig groot gekozen. Deze maatregel heeft het voordeel dat het substraat niet aan de lichtgeleiding deelneemt, zodat het substraat niet uit een zeer zuiver materiaal hoeft te bestaan hetgeen weer tot kostenbesparingen leidt.

25 Voor de vezelaankoppeling worden voor de lichtgeleidende stroken geleidingssleuven in het substraat gevormd, waarin de aan te koppelen golfgeleiders worden ingelegd.

Bij de overeenkomstig de werkwijze volgens de uitvinding vervaardigde vlakke golfgeleiders zijn de dempingsverliezen duidelijk kleiner 30 dan 0,2 dB/cm.

In het navolgende worden voorbêelduitvoeringsvormen van de uitvinding onder verwijzing naar de tekeningen nader verklaard.

Fig. 1 toont een doorsnede door een overeenkomstig de werkwijze volgens de uitvinding vervaardigde vlakke golfgeleider, en 35 Fig. 2 toont het brekingsindexverloop n langs de lijn II-II in fig.

I.

Fig. 1 toont een doorsnede van een vlakke golfgeleider met het substraat 2 en de beide lichtgeleidende stroken 1. Elke strook 1 bestaat uit een kerngebied 5 en de mantelgebieden 3 en 6. Na het vervaardigen 40 van de gewenste stroken wordt door verwarming het zich in het kerngebied 8602602 Λ 4 5 bevindende doteringsmiddel uitgediffundeerd, waardoor zich een ongeveer door de gestreepte lijn 4 begrensd gebied vormt, waarin de brekingsindex ten opzichte van de oorspronkelijke brekingsindex in het kerngebied 5 is af genomen. Bij het vormen van de mantellaag 6 wordt erop 5 gelet, dat de dikte zo wordt gekozen dat de golfenergie volledig van het substraat 2 wordt gescheiden.

Het brekingsindexverloop langs de lijn II-II (X-richting) in fig. 1 is in fig. 2 weergegeven. Na het uitdiffunderen worden het substraat 2 en de stroken 1 bedekt met een materiaal 7 met lage brekingsindex.

10 Voor het vervaardigen van een monomodevezel wordt een kerngebied van ongeveer 2-8 ƒ«& gevormd. Bij een geraanium-gedoteerde kern wordt het doteringsmiddel gedurende ongeveer 2-5 minuten bij een temperatuur van 2000-2200°C uitgediffundeerd.

15 20 25 30 35 40 - - ......

8602602

Claims

1. Werkwijze voor het op een substraat vervaardigen van een vlakke lichtgolfgeleider met lichtgeleidende stroken, door het uit de gasfase 5 afscheiden van dunne glasachtige lagen, volgens een schema dat een vooraf bepaald brekingsindexverloop mogelijk maakt, zodanig dat een lichtge-leidend kerngebied en aan dit kerngebied grenzende mantellagen worden gevormd, waarbij aansluitend uit de aangebrachte lagen de lichtgeleidende stroken worden vervaardigd, met het kenmerk, 10 dat het afscheiden uit de gasfase door middel van een heterogene reactie (CVD-werkwijze) wordt uitgevoerd, dat na het vormen van de lichtgeleidende stroken de brekingsindex van de de kern vormende lagen in het zijdelingse randgebied van de stroken door uitdiffusie van het het brekingsindexverloop in de kern bepa-15 lende doteringsmiddel gericht wordt veranderd, en dat deze stroken en het substraat aansluitend met een deklaag van een materiaal met een ten opzichte van het kernmateriaal lagere brekingsindex worden bedekt.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het afschei- 20 den van de glasachtige lagen door middel van een niet-isotherme plasma— CVD-werkwijze wordt uitgevoerd.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het lichtgeleidende kerngebied van met germanium gedoteerd Si0£ is gevormd .

4. Werkwijze volgens een van de conclusies 1 tot en met 3, met het kenmerk, dat het brekingsindexprofiel, de numerieke apertuur en de afmetingen van het kerngebied zo worden ingericht, dat een monomodegolfge-leider met vooraf bepaalde eigenschappen wordt gevormd.

5. Werkwijze volgens een van de conclusies 1 tot en met 3, met het 30 kenmerk, dat het brekingsindexprofiel, de numerieke apertuur en de afmetingen van het kerngebied zo worden ingericht, dat een multimodegolfgeleider met vooraf bepaalde eigenschappen wordt gevormd.

6. Werkwijze volgens een van de conclusies 1 tot en met 3, met het kenmerk, dat het brekingsindexprofiel, de numerieke apertuur en de afme- 35 tingen zo worden ingericht, dat een polariserende lichtgolfgeleider wordt gevormd.

7. Werkwijze volgens een van de conclusies 1 tot en met 6, met het kenmerk, dat de dikte van de mantellaag tussen het substraat en het kerngebied zo wordt gekozen, dat de golfenergie volledig van het sub- 40 straat wordt gescheiden.

860. S 02 i