JPH01116502A - 光導波素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、例えば光集積回路等に利用する光導波素子及
びその光導波素子の製造方法に関する。

［従来の技術］ 従来、光導波素子は、例えば第９図に示すように光学材
料１であるニオブ酸リチウムｎ；　Ｎｂ０３）の結晶内
にｌｉ　　をＨでイオン交換（プロトン交換）した光の
通路である光導波路２を製造したものや、光学材料１の
ニオブ酸リチウム（Ｌｉ　Ｎｂ　０３　）に、その光学
材料の屈折率を増加させる酸化チタン（Ｔｉ　０２　）
を拡散して光導波路２を製造したもの等が知られている
。上記プロトン交換による光導波素子の製造方法及び光
導波素子は、ＮＩＫＫＥＮ　　ＥＬＥＣＴ−ＲＯＮＩＣ
３１９８６，７，１４のＰ、９０第３行目〜第１０行目
に開示されている。

また、例えば第９図に示す上記製造した光導波素子の光
学材料３に、更に、この光学材料の屈折率を減少させる
酸化マグネシウム（Ｍａｃ）を拡散して、その結果、第
１０図に示すような上記光学材料中に周囲より屈折率の
高い光導波路４を製造する方法が知られている。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記技術により製造された光導波素子に、例えばレーザ
光を導入するには、光導波素子の端面にガラスファイバ
ーを接着させたり、あるいは光学的レンズを介して光を
導入する。このため、光導波素子の端面が、鏡面でなけ
ればならない。特に光導波素子の端面で縁の部分に欠け
や丸みがあると光の散乱や屈折が起こりガラスファイバ
ーと光導波素子との間に光の損失が生ずるという問題点
がある。また、光導波素子の端面に欠けや丸みを生じさ
せない加工は、非常に困難である。

［問題点を解決するための手段］ これらの問題点を解決するためになされた本願第１発明
の光導波素子の構成は、第１図に例示するごとく、線状
の第１の光学材料６と、その周囲に存在して上記第１の
光学材料６より低屈折率の第２の光学材料７とからなる
光導波素子５において、上記第２の光学材れ７の端部８
が平面を形成し、上記第２の光学材料７の端部８と同一
側の上記第１の光学材料６の端部９が第２の光学材料７
内に埋没するとともに曲面状凸部を形成していることを
特徴とする光導波素子５である。

一方、第２発明の光導波素子の製造方法の構成は、 光が入出力する平面状の端面と光の進行方向に平行な側
面とを備える光学材料の該側面に上記光学材料中に拡散
してその光学材料の屈折率を増加させる第、１の屈折率
調整剤を光の進行方向に帯状に付着し拡散し、次に上記
光学材料中に拡散してその光学材料の屈折率を減少させ
る第２の屈折率調整剤を上記第１の屈折率調整剤の上記
付着部分に重ねて付着し、拡散することにより上記光学
材料中に周囲より屈折率の高い光導波路を設ける光導波
素子の製造方法において、 上記第１の屈折率調整剤及び第２の屈折率調整剤の付着
部分の先端部が上記端面まで達せず、かつ該先端部が湾
曲状に膨出し、更に該先端部の中央から膨出縁部に近づ
くに従って付着量が減少されることを特徴とする光導波
素子の製造方法である。

［作用］ 本第１発明の光導波素子５に例えば、ガラスファイバー
からのレーザ光を導入するとき、まず、本第１発明の光
導波素子５の第２の光学材料７の端面にガラスファイバ
ーを接着する。それによりガラスファイバーからのレー
ザ光は、第２の光学材料７の端面８より入射し、第２の
光学材料７中を伝播する。前記第２の光学材料７中を伝
播したレーザ光は、第１の光学材料６の端部９で曲面状
の凸部９に達して、屈折率の高い方の第１の光学材料６
の曲面状の凸部によって周囲に光を散乱させられること
もなく収束されて第１の光学材料６中に導びかれる。こ
れにより、レーザ光は、第２の光学材料７より第１の光
学材料６中へ伝播する。

一方、第２発明の光導波素子の製造方法は、次のようで
ある。上記光学材料の側面に、第１の屈折率調整剤を光
の進行方向に帯状に付着する。特に、帯状に付着した部
分の先端部が、上記光学材料の端面までは達せず、その
付着した部分の先端部が湾曲に膨出し、更に先端部の中
央から膨出縁部に近づくに従って付着量が、減少するよ
うに付着する。尚、第１の屈折率調整剤は、光学材料中
に拡散して、その光学材料の屈折率を屈折率調整剤の濃
度に応じて増加させるものである。上記第１の屈折率調
整剤を上記光学材料に付着した後、前記光学材料を熱、
拡散する。その結果、上記第１の屈折率調整剤は、上記
光学材料中に拡散されて濃度に応じて光学的に屈折率の
高い部分を形成する。特に、光の進行方向に拡散された
第１屈折率調整剤の先端部分は、例えば、第６図の■と
■′とからなる曲線で示される屈折率分布を示す。

次に、上記光学材料の上記第１の屈折率調整剤を付着し
た位置に、上記第１の屈折“率調整剤を付着した割合で
、第２の屈折率調整剤を付着する。

尚、第２の屈折率調整剤は、光学材料中に拡散してその
光学材料の屈折率をこの調整剤の濃度に応じて減少させ
るものでおる。上記光学材料に第２の屈折率調整剤を付
着した俊、熱拡散を行う。それにより、先に光学材料中
に拡散した第１の屈折率調整剤とともに、上記光学材料
の側面に付着した第２の屈折率調整剤が光学材料中に拡
散される。

その結果、光学材料中で第１の屈折率調整剤と、第２の
屈折率調整剤とが混合した部分は、第２の屈折率調整剤
が、第１の屈折率調整剤による屈折率を下げるように作
用する。特に、拡散された第１の屈折率調整剤と第２の
屈折率調整剤とからなる先端部分は、第６図の■と■′
とからなる曲線で示される屈折率分布を示す。最終的に
、光学材料中に第５図に示すような中心部分が屈折率の
高い、また、一方の先端部分の屈折率の分布が凸面を形
成する光導波路が、光学材料中に形成される。

この結果、光導波素子５の端面８を績面に加工するとき
に生じやすい縁の部分の丸みや欠けの悪影響を受けない
。尚、光学材料中の屈折率の高い部分の位置は、光学材
料の側面に付着する位置、各屈折率調整剤の量、及び拡
散の温度、時間によって調整できる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。第１図は、本発明による光導波素子の一実施例の端部
近傍の部分斜視図である。本実施例の光導波素子５は、
光学的屈折率の高い線状の第１の光学材料６（例えば、
酸化チタン（Ｔｉ　０２）、酸化亜鉛（Ｚｎ　Ｏ）及び
酸化ニッケル（ＮｉＯ）等の内から選ばれた１つ又は複
数を含む光学材料）と、その周囲に前記第１の光学材料
６より低い屈折率の第２の光学材料７（例えば、ニオブ
酸リチウム（Ｌｉ　Ｎｂ　０３　）及びタンタル酸リチ
ウム（Ｌｉ　’ｒａ　０３　）等の内から選ばれた１つ
〉を設けたものである。また、その形状は、上記第２の
光学材料７の端部８が平面をなし、上記第２の光学材料
７の端部８と同一側の第１の光学材料６の端部９が第２
の光学材料７内に埋没するとともに曲面状６蔀を形成し
ている。

以上のような構成の本実施例の光導波素子の製造方法は
、光学材料であるニオブ酸リチウム（Ｌｉ　Ｎｂ　０３
　）の表面にフォトリソグラフィによりチタン（Ｔｉ　
＞をバターニングして熱拡散処理を行った後、同様にし
て酸化マグネシウム（ＭｇＯ）をパターニングして熱拡
散処理を行うものである。

以下第２図、第３図（Ａ）、第３図（Ｂ）に基づいて詳
細にその処理過程を述べる。

第２図は光学材料のフォトリソグラフィ処理を示す。ま
ず、光学材料７のニオブ酸リチウム（Ｌｉ　Ｎｂ　０３
　）の表面１０に感光性のフォトレジスト１１を薄膜付
着する（第２図〈ａ））。次に第１の屈折率調整剤であ
るチタン（Ｔｉ）を光学材料７のニオブ酸リチウム（Ｌ
ｉ　Ｎｂ　０３　）上に薄膜付着する範囲、例えば、第
２図（ｂ）に示すフォトレジスト１１を薄膜付着した表
面１１上で第３図（Ａ）に示す図形ＥＤＢＧＦを除いた
範囲にマスク１２をする。前記マスクを通して露光する
（第２図（ｂ））と、フォトレジスト１１の感光した部
分だけが反応を起こして、現像液に溶けるようになる。

この露光した材料を現像液で処理するとフォトレジスト
１１が残った部分と、フォトレジスト１１が溶けて光学
材料７が現われた部分１３ができる。（第２図（Ｃ））
その光学材料７が現われた部分１３は、第３図（Ａ＞に
示す図形ＥＤＢＧＦに相当する。前記光学材料７が現わ
れた部分１３に、第１の屈折率調整剤１４であるチタン
（Ｔｉ　＞をスパッタリングする〈第２図（ｄ））、尚
、第１の屈折率調整剤を光学材料上に薄膜付着する方法
は、真空蒸着法でもよい。第３図（Ｂ）は、屈折率調整
剤をスパッタリンした光学材料の部分破断面斜視図であ
る。上記チタン（Ｔ１）をスパッタリングした分布量は
、第４図に示す通りである。第３図（Ｂ）に示すように
、本願実施例は、四辺形ＥＤＧＦ部分のチタン（Ｔｉ　
＞の厚さが７００Ａである。また、半内部分ＤＢＧ０部
分のチタン（Ｔｉ　）の厚さは、半円の中心Ｏを中心に
、点Ｏでチタン（Ｔｉ　＞の厚さが７００物線状に減少
している。半円部分ＤＢＧＯの半径ＯＢ力方向薄膜付着
された分布量（厚ざ）は、例えば、第８図（Ａ）〜（Ｅ
）に示した分布量の図のようであってもよい。このよう
な分布量の薄膜付着を行うには、第７図（Ａ）に示すよ
うな、スリットを利用して屈折率調整剤を薄膜付着する
。

このスリットは、半円の中心Ｏから円弧ＤＢＧ方向に直
径が等しいスリ゛ットの穴の数を調整して目的の屈折率
調整剤の分布量を得るものである。また、第７図（Ｂ）
に示すようなスリットを利用してもよい。このスリット
は、半円の中心Ｏから円弧ＤＢＧ方向にスリットの１つ
の穴の面積と、スリットの数とを調整して目的の屈折率
調整剤の分布量を得るものである。その後、フォトレジ
スト１１をアセトンで溶かし超音波洗浄を行うことによ
り光学材料ニオブ酸リチウム（Ｌｉ　Ｎｂ　０３　）の
表面１０にチタン（Ｔｉ　）をスパッタリングした素材
が得られる（第２図（ｅ））。

次に、チタン（Ｔｉ　＞をスパッタリングした素材を、
温度１ｏｏｏ’ｃで８時間熱拡散を行う、これにより、
チタン（Ｔｉ　）は、光学材料ニオブ酸リチウム（Ｌｉ
　Ｎｂ　０３　）中に拡散する。

次に、上述したチタン（Ｔｉ　＞を光学材料７の表面１
０にフォトリソグラフィによりパターニングして、熱拡
散処理を行ったと同様に、上記チタン（Ｔｉ　）を拡散
した光学材料６の同じ表面１０に酸化マグネシウムをフ
ォトリソグラフィによりパターニングして熱拡散処理を
行う。即ち、第２図（ｆ）に示すように上記チタン（Ｔ
ｉ　＞をパターニングした光学材料１６の表面１７にフ
ォトレジスト１１を薄膜付着する。次に、第１の屈折率
調整剤のチタン（Ｔｉ　）を薄膜付着した範囲と同じ範
囲のフォトレジストを露光するマスク１２を、フォトレ
ジストを薄膜付着した面にあてる（第２図（ｇ））。上
記マスク１２を通して露光した後、現像液で処理する。

これによりフォトレジスト１１が残った部分とフォトレ
ジスト１１が溶けて光学材料１６が現れた部分１８がで
きる（第２図（ｈ））。その光学材料１６が現れた部分
１８は、第３図（Ａ＞に示す図形ＥＤＢＧＦに相当する
。

前記光学材料１６が現れた部分１８に第２の屈折率調整
剤１５である酸化マグネシウム（Ｍａ　Ｏ）をスパッタ
リングする（第２（ｉ））。前記スパッタリングによっ
て、上記光学材料１８及びフォトレジスト１１上にマグ
ネシウム（Ｍｇ）及び酸化マグネシウム（Ｍｃ＋Ｏ）が
、飛散する。尚、第２の屈折率調整剤を光学材料に薄膜
付着する方法は、真空蒸着法でもよい。第３図（Ｂ）に
示す上記酸化マグネシウム（Ｍ（ｌ　Ｏ）のスパッタリ
ングによるマグネシウム（Ｍ（］　）の９分布は、第４
図に示す濃度分布になるようにされている。本願実施例
は、四辺形ＥＤＧＦ部分のマグネシウム（Ｍｑ）の厚さ
が、２５０Ａである。また、手内部分ＤＢＧＯ部分のマ
グネシウム（Ｍｇ）の厚さは、半円の中心Ｏを中心に、
点Ｏでマグネシウム（Ｍｇ）の厚さが２５ＯＡで半径方
向に厚さが外方に向けて放物線状に減少している。半円
部分ＤＢＧ０の半径方向の塗布された分布量及び、その
分布量を薄膜付着する方法は、前述したチタン（Ｔｉ　
＞を薄膜付着する場合と同様である。その後フォトレジ
スト１６をアセトンで溶かして、超音波洗浄を行うこと
により、光学材料ニオブ酸リチウム（Ｌ！　Ｎｂ　０３
　）の表面１７にマグネシウム（Ｍｇ）をスパッタリン
グした素材が得られる（第２図　（ｊ））　　。

次に、上記マグネシウム（Ｍｇ）をスパッタリングした
素材を温度９５０’Ｃで３時間熱拡散を行う。これによ
り、先′に光学材料中に拡散したチタン（−ｒ；　＞及
び上記スパッタリングしたマグネシウム（Ｍｇ）及び酸
化マグネシウム（Ｍｏｂ）が光学材料中に拡散する。そ
の結果、光学材料の基板表面からチタン（Ｔｉ　）は深
さ７〜８μｍ拡散し、マグネシウム、（Ｍａ　）は深さ
１μｍに拡散する。このようにして製造された光学材料
１６中の光学的屈折率の分布は、第３図（Ａ＞に示す八
−〇−Ｃ−Ａ’の断面でみると、第５図に示すように等
屈折率線ｎ１〜ｎ　によって示される（但し、ｎｌ　＜
ｎ２　＜ｒ１３　＜ｒ１４　＜ｒ１５　＜ｎ　　）　ａ
第６図に示すように第１の屈折率調整剤であるチタン（
Ｔｉ　）による屈折率分布は、■−■′よりな多曲線で
あられされ、第２の屈折率調整剤であφマグネシウム（
Ｍｇ　）による屈折率分布は■よりなる曲線であられさ
れる。第１の屈折率調整剤のチタン（Ｔｉ　）と第２の
屈折率調整剤のマグネシウム（Ｍ（１）とが拡散された
ことにより、上記両凸線を合成して、上記両図折率調整
剤チタン（Ｔｉ　）とマグネシウム（ＭＯ）とによる屈
折率分布は■−■′になる。この結果本願実施例は、光
学材料の基板表面よりある深さの位置に屈折率の高い部
分である光導波路が形成され、その端部が球面状の屈折
率分布を示すものである。

以上説明したように、光学材料中に所定の第１の屈折率
調整剤及び第２の屈折率調整剤を拡散させることにより
、第５図に示すように光学材料中に屈折率の高い光導波
路が設けられ、その先端部は、曲面状の凸部を形成して
いる。この結果、光導波路の先端が光学材料中にあるた
め、欠けたり、丸みを帯びることはない。また、光導波
路の先端が曲面状の凸部を形成していることから、光学
材料に導入された光は、光学材料中を伝播して光導波路
の先端に達したとき、散乱することなく収束されて光学
材料中の光導波路に導かれるという効果がある。

尚、第３図（Ａ）に示すように半円ＤＢＧＯ部分の第１
及び第２の屈折率調整剤のスパッタリングによる分１５
母は、ＤＧの中心点Ｏより半径方向に２乗分布及び指数
関数分布にしてもよい。すなわち、光学材料中で光導波
路端部が屈折率的に凸となりレンズ効果をもつようなチ
タン（−ｒ；　＞及びマグネシウム（Ｍｇ）の分布であ
ればよい。

［発明の効果コ 以上詳述したように第１発明の光導波素子は、線状の第
１の光学材料の周囲に、その線状の第１の光学材料より
低屈折率の第２の光学材料が存在し、第２の光学材料中
に埋没している第１の光学材料の端部が曲面上の凸部を
形成している。これにより、本発明の光導波素子を形成
する第１の光学材料からなる光導波路の端部で特に縁部
に欠け、丸みを生じることが全くない。本発明の光導波
素子に光を導入するとき、光の通過する光導波路の端に
欠け、丸みがないことから光の散乱、屈折を全く生じな
いという効果がある。

次に、第２の発明の光導波素子の製造方法によれば、所
定形状に塗布した上記第１の屈折率調整剤が拡散され更
に第２の屈折率調整剤が上記第１の屈折率調整剤が付着
された同じ範囲に付着されて、熱拡散させられている。

このことにより、上記光学材料中に第１の屈折率調整剤
と第２の屈折率調整剤とが混合した部分と、第１の屈折
率調整剤とからなる部分が形成され、第１の屈折率調整
剤と第２の屈折率調整剤が混合した部分は、第１の屈折
率調整剤の屈折率が第２の屈折率調整剤によって下げら
れる。またその付着形状は所定の形状、厚さ分布となっ
ているため、光学材料中に先端部の屈折率が曲面状の凸
部を形成した屈折率の高い光導波路が設けられる。この
光導波路を備えた光導波素子に光を導入したとき、光導
波素子の光学材料中を伝播し、光導波路端に達した光は
、収光されて光導波路に導かれる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による光導波素子の一実施例の端部近
傍の部分斜視図、第２図は、実施例のフオトリソググラ
フィ工程の説明図、第３図（Ａ＞は、同実施例の光学材
料の端部斜視図、第３図（Ｂ）は、同実施例の屈折率調
整剤をスパッタリングした光学材料の端部斜視図、第４
図は、同実施例の光学材料に付着した各屈折率調整剤の
濃度を示す特性図、第５図及び第６図は、同実施例の光
導波素子の基板表面からの屈折率の分布図、第７図（Ａ
）、（Ｂ）は、同実施例の屈折率調整剤を付着するスリ
ットの例示図、第８図は、同実施例の屈折率調整剤の付
着量の例示図、第９図及び７・・・第２の光学材料　８
・・・第２の光学材料の端部９・・・第１の光学材料の
端部 １４・・・第１の屈折率調整剤 １５・・・第２の屈折率調整剤

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　線状の第１の光学材料と、その周囲に存在して上記
   第１の光学材料より低屈折率の第２の光学材料とからな
   る光導波素子において、 上記第２の光学材料の端部が平面を形成し、上記第２の
   光学材料の端部と同一側の上記第１の光学材料の端部が
   第２の光学材料内に埋没するとともに曲面状凸部を形成
   していることを特徴とする光導波素子。 ２　光が入出力する平面状の端面と光の進行方向に平行
   な側面とを備える光学材料の該側面に、上記光学材料中
   に拡散してその光学材料の屈折率を増加させる第１の屈
   折率調整剤を光の進行方向に帯状に付着し拡散し、次に
   上記光学材料中に拡散してその光学材料の屈折率を減少
   させる第２の屈折率調整剤を上記第１の屈折率調整剤の
   上記付着部分に重ねて付着し、拡散することにより上記
   光学材料中に周囲より屈折率の高い光導波路を設ける光
   導波素子製造方法において、 上記第１の屈折率調整剤及び第２の屈折率調整剤の付着
   部分の先端部が上記端面まで達せず、かつ該先端部が湾
   曲状に膨出し、更に該先端部の中央から膨出縁部に近づ
   くに従って付着量が減少されることを特徴とする光導波
   素子の製造方法。