JPH0361163B2

JPH0361163B2 -

Info

Publication number: JPH0361163B2
Application number: JP48035570A
Authority: JP
Inventors: Buruusu Ketsuku Donarudo; Chaaruzu Shurutsu Piitaa; Kuraido Hadoson Maasharu
Original assignee: Corning Inc
Current assignee: Corning Inc
Priority date: 1972-03-30
Filing date: 1973-03-28
Publication date: 1991-09-19
Anticipated expiration: 1993-03-28
Also published as: FR2178176B1; FR2178176A1; JPS4910054A; NL7304380A; DE2313202A1; GB1421401A; DE2313202C2

Description

【発明の詳細な説明】集積光学回路は新たに出現した光伝達分野の基
礎となるものである。光は、送られるエネルギに
対して透明な非結晶質または結晶質の誘電体から
作られる平らな光導波管により集積光学回路を通
して導かれる。ここで「平面光導波管」と呼ぶも
のは、厚さが送られる光すなわちエネルギの波長
にほぼ等しくかつ、一定の希望する幅を有する前
記誘電体の膜または層である。通常の導波管はそ
の幅が厚さよりも十分に大きい場合に平らである
といわれるが、厚みにくらべて幅があまり大きく
ない導波管は長方形導波管と呼ばれる。しかし、
本発明の目的のためには、導波管の幅と厚みとの
比とは無関係に、全ての非円形導波管を呼ぶのに
平面導波管という用語を使用することにする。

周囲の屈折率よりも高い屈折率を有する透明な
部材に沿つて、光を伝えさせることができること
は当業者には周知である。コンピユータ用、また
は光通信装置での結合、復調またはその他の目的
の集積光学回路では、平面光学導波管は有用であ
る。集積光学回路が電気回路よりも優れている点
は信号伝達速度、強度、長寿命等である。これら
の目的のために作られる導波管は、伝送される光
を過大に減衰させることを避けねばならない。更
に、集積光学回路内で有効な伝送媒体とするため
に、平面導波管は過大な減衰を起こさせることな
しに光を伝送させるばかりでなく、伝送される光
に過大な分散を起させてはならず、予め選択した
モードの光だけを導波管に沿つて伝送させるよう
にせねばならない。平面導波管が従来製作されて
きていた範囲では、それらの導波管は高い伝送能
力を行わせることは知られていなかつた。

平面光導波管に関するいくつかの動作理論、お
よびその他の適切な情報は、下記の論文中で見る
ことができる。ジエー・イー・ミツドウインタ
ー、「薄膜導波管へのエバネツセント・フイール
ド結合」（J.E.Midwinter、“Evanescent Field
Coupling into ａ Thin−film Waveguide”、
IEEE Journal of Quantum Electronics、Vol.
QE−６、No.10、October、1970、pp583−590）、
ピー・ケー・チエン、「薄膜内の光波および集積
光学」（P.K.Tien、Applied Optics、Vol.10、No.
11、November、1971、pp2395−2413）、イー・
エー・ジエー・マーカツチリ、「集積光学用誘電
体長方形導波管および方向性結合器」（E.A.J.
Marcatili、“Dielectric Rectangular
Waveguied and Directional Coupler for
Integrated Optics”、The Bell System
Technical Journal、Vol.48、No.７、September
1969、pp2071−2102）。

光波の伝播はマイクロ波の伝播を支配する物理
法則と同じ法則によつて支配され、したがつて、
モードにより判別できる。平面導波管に沿つて伝
わる光の各モードはその固有速度で伝播するか
ら、全てのモードに最初に供給された情報は、異
つた伝播速度のために導波管のある与えられた長
さを動いた後では分散するだろう。満足できる平
面光導波管を作ることは、効果的に集積光学回路
の開発における最も困難な問題のひとつである。

本発明の目的は平面光導波管を提供することで
ある。

本発明の別の目的は過大な光吸収損失を起さ
ず、かつ送られる光を過大に分散させない平面光
導波管を提供し、かつ光導波管の芯部と、被覆部
との接合面において光散乱中心が形成されること
を阻止した平面光導波管を提供することである。

大ざつぱにいえば、本発明の平面光導波管は、
一定の希望する屈折率を持つ十分に平らなガラス
基板の一方の面の少くとも一部に、このガラス基
板の屈折率上りも大きな屈折率を有するガラスに
よる第１被覆を付着することにより、平面光導波
管が作られる。それから、第１被覆よりも屈折率
の小さい第２のガラス被覆を、第１ガラス被覆の
露出面に付着させる。基板と第２被覆の厚みは、
第１被覆の厚みの少くとも約２倍である。第１被
覆が所望の有限の幅を有する場合におけるその第
１被覆の厚さは、この第１被覆が無限の幅を有す
るものとした場合における厚さａに等しいか、そ
れよりも小さい。厚みａは次の式のいずれか１つ
に従つて決定される。

ｍを偶数の整数として、TM_pnモードに対し
て、 2a／λ（n₂ ²−n₁ ²）^1/2＝ｍ＋１＋１／πtan^-1 （n₁ ²−n₃ ²／n₂ ²−n₁ ²）^1/2（n₂／n₃）² ｍを奇数の整数として、TM_pnモードに対し
て、 2a／λ（n₂ ²−n₁ ²）^1/2＝ｍ＋１−１／πcot^-1 （n₁ ³−n₃ ²／n₂ ²−n₁ ²）^1/2（n₂／n₃）² ｍを偶数の整数として、TE_pnモードに対して、 2a／λ（n₂ ²−n₁ ²）^1/2＝ｍ＋１＋１／πtan^-1 （n₁ ²−n₃ ²／n₂ ²−n₁ ²）^1/2 ｍを奇数の整数として、TE_pnモードに対して、 2a／λ（n₂ ²−n₁ ²）^1/2＝ｍ＋１−１／πcot^-1 （n₁ ²−n₃ ²／n₂ ²−n₁ ²）^1/2 ここに、ｍは10に等しいか、それよりも小さい
値で、第１被覆の厚みがａで無限の幅を有する導
波管内で伝播される最高モード順位であり、λは
上記導波管内を伝播する光の波長、n₂は第１被覆
の屈折率、n₁とn₃のうちの１つは基板の屈折率、
n₁とn₃のうちの他方は第２ガラス被覆の屈折率で
ある。第１ガラス被覆の厚みは、導波管の伝播定
数がK₁に等しいか、それよりも小さく、K₁はK₃
よりも大きく、K₁とK₃は次式で定められる場合
に前記のように決定できる。

K₁＝2πn₁／λ K₃＝2πn₃／λ 本発明の平面光導波路を製作する場合、レーザ
ービームを用いてもよい。すなわち、レーザビー
ムが基板上の第１被覆層に向けて照射され、焼結
ガラス（sintered glass）の経路を形成するよう
にレーザビームと基板との間に相対運動が起され
る。

第１層の焼結されない部分を基板から除去で
き、屈折率の小さい第２ガラス層を半融ガラス経
路の上と、基板の隣接する露出面の少くとも一部
の上に付着できる。

以下、図面に示す実施例を参照して本発明を詳
細に説明する。

まず第１図を参照して、基板１０にはガラスの
第１被覆層１２が付着される。第１被覆層１２は
ガラス基板１０の一方の露出表面の少くとも一部
に付着され、その屈折率は基板１０の屈折率より
も大きい。

第１被覆層１２は炎加水分解バーナー１４によ
り、基板１０に付着されるように図示されてい
る。バーナー１４は、ガスと蒸気の混合体が加水
分解されて分解生成物（以下すすという）を出す
ような炎１６を出す。すすは流れ１８となつて炎
１６から離れ、基板１０の平らな表面の一方に被
覆を形成する。この炎加水分解法については後に
詳しく説明する。

基板１０はすすの流１８の経路中に適当に装置
され、前後左右に動かされて、基板１０の全面ま
たは希望する部分に第１被覆層１２が付着される
ようにする。基板１０を上記のように動かす装置
はフライス盤のベツド、または基板を固定するチ
ヤツクを有する２モータ台のような公知の装置を
使用できる。この運動の限度は、モータ逆転駆動
装置に結合されるマイクロスイツチによつて制御
される。

図示のほぼ同心状のバーナーの代りに、すすの
長い流れを発生するリボンバーナーを使用でき、
そうすると基板は一方向に動かすだけでよい。更
に、基板を一方向にだけ動かすだけですますよう
に、複数のバーナー１４を一列に並べて使用する
こともできる。被覆層をつける基板の全表面に複
数のバーナーを適当な間隔をおいて配置すること
により、基板を動かす必要はなくなる。同様に、
被覆層を付着させる表面が小さい場合には、図示
の１個のバーナーで基板を動かすことなしに、基
板全面に被覆を付着できる。

次に第２図を参照して、所定の希望する屈折率
を有する第２のガラス被覆層２０を、前記したの
と同じ炎加水分解法によつて、第１被覆層１２の
露出面に付着する。第２図に示すように、すすが
炎１６から流れ２２になつて離れ、第１被覆層１
２の露出面の方へ流れる。このすすによる第２被
覆層を一様に付着させるために、基板と第１被覆
層１２が前と同様に動かされる。第１被覆層１２
は平面光導波管の芯部（コアー）を形成し、基板
１０と第２被覆２０はその外被を形成する。後述
するように、導波管の外被の屈折率は、芯部（コ
ア）の屈折率よりも小さくなければならない。

炎加水分解法により被覆層１２と２０を付着す
る場合には、付着したすすをその付着と同時に、
または付着後に焼結して一様で密な物質を形成せ
ねばならない。本発明に従つて、被覆層１２を焼
結でき、第２被覆層２０を付着する前にその外面
を適切に仕上げねばならない。このような例で
は、その後第２被覆層２０を付着と同時に、また
は付着後に焼結せねばならない。

次に、基板１０と、第１被覆層１２と、第２被
覆層２０とを含む平面光導波管２４が示されてい
る第３図を参照する。第１被覆層すなわち芯部
（コア）１２の厚さをａで示す。

次に第４，５図を参照して、これらの図には第
１被覆層２６が炎加水分解バーナー１４により、
基板２８に狭い帯として付着される様な平面光導
波管の形成される様子が示されている。第１図を
参照して説明したように、バーナー１４は炎１６
を出す。この炎の中ではガスと蒸気との混合物が
加水分解されて加水分解生成物つまりすすを形成
する。このすすは流れ１８となつて炎１６を出
す。第１被覆層２６は、たとえば幅と厚さの比が
10よりも小さいような狭い幅に付着される。第１
被覆層２６を基板２８に付着した後で、第１被覆
層２６の少くとも外部露出面３２の上に第２被覆
層３０を付着する。第２被覆層３０の屈折率は第
１被覆層２６の屈折率よりも小さく、第２図を参
照して先に説明したように、炎１６からすすを流
れ３４として放出することにより形成される。第
１被覆層２６の幅が十分に狭くなると、第５図に
示すように第１被覆層２６の外部露出面３２と、
側面部の両方に第２被覆層３０を付着させること
が必要である。低い幅−厚み比を有する第１被覆
層の側面部に付着させるそのような第２被覆層
は、信号損失を小さくすることおよび効果的な導
波管動作を行わせることを要求される。

平面光導波管の基板と第１および第２被覆の材
料は、光吸収性が最小のガラスから作らねばなら
ず、任意の光学ガラスを使用できるが、特に適当
なベースガラスは溶融シリカである。構造上およ
びその他の実際上の考慮から、芯部（コア）用ガ
ラスと外被用ガラスは同様な物理的性質を持つこ
とが望ましい。芯部（コア）用ガラスの屈折率は
外被用ガラスの屈折率よりも大きくなければなら
ないから、芯部（コア）用ガラスは外被用ガラス
と同じベースガラスに、他の物質を少量添加して
その屈折率を大きくせねばならない。したがつ
て、外被ガラスとして純粋な溶融ガラスを使用す
るものとすれば、芯部（コア）用ガラスとして屈
折率を大きくするための物質をドープした溶融シ
リカを使用できる。

単独の添加物として、または複数のものを組合
わせて満足に使用できる多くの適当な材料があ
る。これらの材料には酸化チタン、酸化タンタ
ル、酸化ランタン、酸化ニオブ、酸化ジルコニウ
ム、酸化アルミニウム、酸化ゲルマニウム、酸化
ホウ素などがある。使用する添加物の量は種々の
理由から注意深く制御せねばならない。たとえ
ば、余計な添加物が屈折率を高くさせるから、外
被ガラスの屈折率と芯部（コア）ガラスの屈折率
の差も大きくなり、そのために後述するように平
面導波管の許容芯部（コア）厚を薄くさせねばな
らなくなる。更に、ベース材料に過剰な量の添加
材料が加えられると、透過光の損失が大きくな
る。なるべくならば、屈折率を変化するという第
１の目的のために、ベース材料に正確な量の添加
物を添加せねばならない。本発明の目的のために
は、添加物の量は重量比で全組成のなるべく約40
％以下に保つようにする。たとえば、酸化アルミ
ニウムを重量比で約40％まで添加でき、酸化チタ
ンは重量比で約20％以下に維持せねばならない。

第１および第２被覆層、炎加水分解法により付
着されるすすの焼結、化学的蒸着、ガラスフリツ
トを付着後、そのガラス原料の焼結、等を含む各
種の方法によつて付着できる。第１および第２被
覆層を同じ方法、または異つた方法のいずれでも
付着できることは明らかである。

第６〜８図は本発明の別の実施例を示す。第６
図に示すように、レーザ光ビーム２２は第１被覆
１２に沿う所定の部分に照射される。非常に狭い
上記部分すなわち経路を形成するために、レーザ
４０からの光をレンズ系２６により第１被覆１２
の上に集束できる。このレーザ光の波長は、第１
被覆層１２のガラス粒子の少くとも１つの成分に
より吸収させるような波長である。レーザ光の強
さはレーザ光の通路に適当なフイルタ３０を挿入
することにより調節できる。レーザ光は非常に小
さく集束できる。集束点の最小径は回折限界であ
り、したがつてレーザ光の波長に依存する。ｆ−
数が１に近い明かるいレンズは周囲の媒質が空気
の場合には平行なレーザビームを2.44λの直径の
小点にまで集束できる。レーザ光の波長は未焼結
粒子のベースガラス成分、またはその中の不純物
がレーザ光を吸収するように選択される。たとえ
ば、薄い粉末状の溶融シリカ層は、波長が10.6μ
ｍの入射光の約90％を吸収するが、この波長の光
は炭酸ガスレーザで得られる。そのようなレーザ
光の最小集束半径は2.44×10.6μｍすなわち約26μ
ｍである。波長が短いと、すなわち紫外線領域の
波長では種々の添加物のモル吸収係数が強力な吸
収の原因となる。吸収されるエネルギ量は次式で
与えられる。

Ｉ（吸収）＝Ｉ（入射）（１−e^-〓^cd）ここに、εは添加物のモル吸収係数、ｃは吸収
イオンの濃度、ｄは吸収層の厚みである。波長と
集束光点の直径との前記した関係により、紫外線
は前記炭酸ガスレーザよりも光点を小さくできる
ことがわかる。波長が0.3μｍの紫外線は約0.8μｍ
の直径の点にまで集束できる。より小さい光点
は、空気よりも屈折率の大きい媒質中に被覆基板
を置くことによつて得ることができる。そのよう
な媒質は適当な屈折率を与えるためはもちろん、
非焼結ガラス粒子に入射する光の強度を制御する
ために使用することもできる。レーザ光の吸収に
より発生される熱は被覆層１２の未焼結ガラス粒
子を焼結して、一様な密度の物質の経路２８を形
成する。以前は未焼結の粒子の焼結により、経路
２８の厚みは第１被覆層１２の厚みよりも薄くな
る。希望する経路２８を焼結するためにレーザ光
または基板１０のいずれか、または両方を動かす
ことができる。

第１被覆層１２のうち未焼結部分を次に除去す
る。この除去はガラス基板表面から粒子を除去す
る任意の適当な技術を用いて行う。高圧吹付け、
ブラシによる磨き、洗浄剤、溶剤、リンス等への
浸漬などの技術を使用できる。これらの技術によ
る除去に抵抗する粒子は酸溶液により溶解でき
る。この酸溶液は基板の表面に残つている粒子
を、基板自体が溶解するよりもはるかに容易に溶
解する。残留した酸はすすぎ液で除去できる。

このように形成された構造体は、経路２８が光
エネルギを伝えることができるから、平面光導波
管として機能する。しかし、露出面に起りがち
な、ほこりやその他の表面汚染物質はこの光導波
管の光伝達性に著るしく低下させる。更に、空気
よりも屈折率の大きい媒質を経路２８の表面に置
くことにより、優れた光導波管を得ることができ
る。これは、たとえば経路２８と基板１０の隣接
部を、適当な屈折率を有する液体中に浸すことに
より行うことができる。しかし、経路２８を囲む
のに好適な媒質はガラス被覆である。経路２８の
屈折率よりも小さい所定の屈折率を有するガラス
層を経路２８の露出面と、基板１０の表面のうち
少くとも経路２８に隣接する部分に付着させる前
に、経路２８の表面を適当に仕上げることができ
る。このガラスの第２層は高周波スパツタリン
グ、炎加水分解法により付着されるすす被覆の焼
結、化学的蒸着、ガラス原料粉末被覆の焼結等の
方法により付着できる。

被覆層を付着する特に有効な方法は、米国特許
第2272342号および第2326059号に開示されている
方法に類似する炎加水分解法によつて行われる。
後者の特許に開示されている方法を改めたもの
を、チタンをドーピングした溶融シリカを作るの
に応用した例を以下に説明する。重量比でSiCl₄
を約53％、TiCl₄を約47％含む約35℃の混合液中
に乾燥酸素を吹込んで泡を立てる。SiCl₄とTiCl₄
の蒸気は酸素に吸収され、それからガスと酸素の
炎の中を通され、その際に加水分解されて小さな
ガラス粒つまりすすを生成する。このガラス粒の
組成は重量比でSiO₂約95％、TiO₂約５％である。
このガラス生成物は定常流で炎を離れ、基板の一
方の表面の少くとも一部に付着する。その結果生
成される被覆層の厚みは、付着したすすの量によ
り決定される。この量は流量と、付着時間と、基
板を動かす速さとにより制御される。このように
して付着されたすすは付着と同時に、または付着
後に焼結されて一様で密な被覆層を形成する。

第２ガラス被覆層をその後で第１被覆層の露出
面に付着させる。第２被覆層の膨張率、屈折率等
の物理的性質は適切なものでなければならない。
第２被覆層の形成に特に有効な手段は、前記した
炎加水分解法により付着した希望する物質のすす
層を焼結することである。第２ガラス被覆層の屈
折率は第１被覆層の屈折率よりも小さくなければ
ならないから、第２被覆層のガラス材は第１被覆
層のガラスからドーピング剤を除いたものと同じ
材料であり、または第１被覆層の場合よりも少く
ドーピングしたガラスである。第２被覆層を炎加
水分解法により付着する場合には、第２被覆が純
粋のSiO₂であるように、出発混合液がTiCl₄を含
まないか、又は得られる被覆が第１被覆よりも少
量のTiCl₄を含むように、少量のTiCl₄を加える
ことを除いて、方法に用いるパラメータは第１被
覆に用いた方法とほぼ同じである。

所要の量の光を伝えるために必要な平面光導波
管の性質は、光散乱中心による放射のために失わ
れる光エネルギ、および伝達物質により過度に吸
収される光エネルギに左右されないことである。
これらの散乱中心は導波管の芯部（コア）と外被
との接合部における小さな空気の泡または不純物
によつて起される。上述の方法は極めて清浄で強
力な接合を組合わせて、大部分の光散乱中心をな
くすものである。更に、上述の方法は非常に純粋
な膜を与え、組成を変えることが容易である。ま
た、上述の方法は広い表面に一様な被覆を付着さ
せることを可能にし、かつガラス中に本来存在す
るOH基を制御することを可能にする。

３種類の媒質を含む平面光導波管では、単一モ
ード動作または多重モード動作のいずれが望まし
いかにより、導波管に沿う光の伝播を予め選択し
たモードに制限するために、導波管の種々のパラ
メータを次式にしたがつて調整せねばならない。
３種類の導波管媒体とは基板、芯部（コア）、外
被である。前記したように、この導波管を効果的
に動作させるためには、芯部（コア）の屈折率n₂
を基板または外被の屈折率（n₁、n₃）よりも大き
くせねばならない。

ｍを偶数の整数として、TM_pnモードに対して
は、 β_a−π（ｍ＋１）＝tan^-1α／β（n₂／n₁）² ＋tan^-1γ／β（n₂／n₃）² (1) ｍが奇数の整数の場合に、TM_poモードに対し
ては、 β_a−π（ｍ＋１）＝−cot^-1α／β（n₂／n₁）² −cot^-1γ／β（n₂／n₃）² (2) ｍが偶数の整数の場合に、TE_pnモードに対し
ては β_a−π（ｍ＋１）＝tan^-1α／β＋tan^-1γ／β (3) ｍが奇数の整数の場合に、TE_pnモードに対し
ては β_a−π（ｍ＋１）＝−cot^-1α／β−cot^-1γ／β (4) ここに、 β²＝K₂ ²−h² (5) α²＝h²−K₁ ² (6) γ²＝h²−K₃ ² (7) K₁＝2πn₁／λ (8) K₂＝2πn₂／λ (9) K₃＝2πn₃／λ (10) である。これらの式は平面光導波管の伝播定数ｈ
がK₁とK₃のうちの大きい方に等しいか、または
小さく芯部（コア）の幅が無限大の時に適用でき
る。簡単にするために、添字１と３を基板または
外被覆のいずれかに付けるものとする。K₁がK₃
よりも大きいとすると、K₁はｍ番目のモードに
対して、遮断伝播定数ｈを定める。これを、(1)、
(2)、(3)、(4)式に代入すると、遮断方程式が下記の
ように得られる。

ｍが偶数の整数の場合に、TM_pnモードに対し
て、 2a／λ（n₂ ²−n₁ ²）^1/2＝ｍ＋１＋１／πtan^-1 （n₁ ²−n₃ ²／n₂ ²−n₁ ²）^1/2（n₂／n₃）²（11）ｍが奇数の整数の場合に、TM_pnモードに対し
て、 2a／λ（n₂ ²−n₁ ²）^1/2＝ｍ＋１−１／πcot^-1 （n₁ ²−n₃ ²／n₂ ²−n₁ ²）^1/2（n₂／n₃）²（12）ｍが偶数の整数の場合に、TE_pnモードに対し
て、 2a／λ（n₂ ²−n₁ ²）^1/2＝ｍ＋１＋１／πtan^-1 （n₁ ²−n₃ ²／n₂ ²−n₁ ²）^1/2 （13）ｍが奇数の整数で、TE_pnモードに対して 2a／λ（n₂ ²−n₁ ²）^1/2＝ｍ＋１−１／πcot^-1 （n₁ ²−n₃ ²／n₂ ²−n₁ ²）^1/2 （14）ここにｍ10で、第１被覆すなわち芯部（コ
ア）の厚みがａで、幅が無限大の導波管内を伝播
する最高モード順序であり、λは上記のような導
波管を伝播する光の波長、n₂はコアの屈折率、n₁
またはn₃のうちのいずれか一方が基板の屈折率、
他方が第２被覆層の屈折率である。

本発明により、芯部（コア）の幅が有限で、ｍ
10の場合に（11）〜（14）式を解いた時に、
（11）〜（14）式により決定される値に等しいか、
それよりも小さな厚みと、希望する任意の有限幅
とを有する芯部（コア）を持つ適当な平面光導波
管を作ることができることが知られている。（11）
〜（14）式は有限の幅を持つ平面導波管に適用さ
れるものであるが、芯部（コア）の幅と厚みの比
が約10までの平面光導波管についてもほぼ正し
い。前記比が10以下では大きな誤差が計算に入つ
てくるから、前記したイー・エー・ジエー・マル
カツチリ（E.A.J.Marcatili）の論文に従つて式
中に含まれている種々のパラメータについて解く
事を考慮すべきである。

n₁＝n₃で芯部（コア）の幅が無限大の場合につ
いては、（11）〜（14）式は次式のように簡単に
でき、この式はTM_pnとTE_pnの両方のモードに適
用される。

2a／λ（n₂ ²−n₁ ²）^1/2＝ｍ＋１（15）本発明の平面光導波管の特別な例は次の通りで
ある。厚さが少くとも20μｍの純粋な溶融、石英
を注意して研摩し、清浄にして光学的に平らな表
面を得る。重量比でTiCl₄を約26.1％、SiCl₄を約
73.9％含む混合液を35℃まで加熱する。この液体
中に乾燥酸素を吹き込み、この酸素によつて
SiCl₄とTiCl₄の蒸気を取出す。酸素を含むこの蒸
気を次にガス−酸素炎中に通し、そこでそれらの
蒸気を加水分解して、重量比でTiO₂を約２％、
SiO₂を約98％含む組成の、直径が約0.1μｍの球状
粒子の定常流を生成する。この流れを基板の光学
的に平らな表面に当て、それらの粒子を約5.4μｍ
よりは薄いがほぼそれ位の厚さの層にする。次に
液状のSiCl₄を約35℃に加熱し、この液体中に乾
燥酸素を吹き込んでSiCl₄の蒸気を取出す。次に
この蒸気を含む酸素をガス−酸素炎の中に通し、
そこでSiCl₄蒸気を加水分解して100％SiO₂粒子の
定常流を生成する。この流れを第１被覆層の露出
面に当て、厚さが約40μｍのSiO₂層を形成させ
る。次にこの構造体を1500℃に加熱した酸素雰囲
気の誘導炉の中に入れて、第１層と第２層を焼結
させる。この焼結工程によりこれらの層の厚みは
約半分になる。このようにして得られた平面光導
波管は、厚さが2.7μｍ以下の芯部（コア）と、こ
の芯部（コア）の両側に約20μｍ厚の外被とを有
する。第１被覆層すなわち芯部（コア）の屈折率
は約1.4633である。基板と第２被覆層の屈折率は
約1.4584である。溶融石英の1.4584という屈折率
は、波長が約5893Åのナトリウム光で測ると一般
に得られる値である。この例で説明した平面光導
波管は単一の長方形TM_pl、TE_plモードの組合わ
せのみを伝播させることができる。

本発明の平面光導波管の芯部（コア）が表面に
形成させる基板については、ほぼ平らであるとい
う説明をしただけで、導波管の長さについては何
も述べなかつた。容易にわかるように、導波管の
長さはそれぞれの用途によつて決定され、本発明
の目的には関係がない。また、「ぼぼ平ら」とい
う用語は、基板が導波管の有限な長さと幅とにつ
いて実用上の目的に対して平らであることを意味
するものであつて、その全長および全幅について
みると多少は曲ることもあり得る。同様に芯部
（コア）と外被もほぼ直線状として図示したが、
これらは両側に曲ることもある。しかし、そのよ
うな曲りが過大であるとする、どのような光導波
管においても同様なように、光の損失をひき起
す。

以上、本発明を特定の実施例について説明した
が、そのような説明は特許請求の範囲の記載を除
いて、本発明の範囲を限定するものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は平面光導波管の製造における第１被覆
層の付着の様子を示す略斜視図、第２図は第２被
覆層の付着の様子を示す略斜視図、第３図は本発
明の平面光導波管の斜視図、第４図は比較的幅の
狭い第１被覆層を付着する様子を示す本発明の別
の実施例の略斜視図、第５図は第４図の導波管の
形成において第２被覆層を付着させる様子を示す
略斜視図、第６図は基板上に焼結ガラス経路を形
成する様子を示す略斜視図、第７図は本発明の光
導波管の製作中に第２被覆層を付着させる様子を
示す略斜視図、第８図は本発明の平面光導波管の
斜視図である。１０，２８……基板、１２，２６……第１被覆
層、１４……バーナー、２０，３０……第２被覆
層、２４……平面光導波管。

Claims

【特許請求の範囲】１予め定められた所望の屈折率を有する実質的
に平坦なガラス基板と、該ガラス基板の屈折率よりも大きい屈折率を有
し、該ガラス基板の１つの平坦な表面の少なくと
も一部分上に沈積せしめられかつ該一部分に附着
せしめられた第１の添着ガラス被覆であつて、該
第１の添着ガラス被覆は前記ガラス基板の前記１
つの平坦な表面に対して実質的に平行な露呈外表
面を有しており、前記第１の添着ガラス被覆の厚
さは前記両表面によつて画成されており、前記第
１の添着ガラス被覆の幅は前記厚さと該第１の添
着ガラス被覆の光伝播軸線との双方に対して直交
関係にある寸法を有している前記第１の添着ガラ
ス被覆と、前記第１の添着ガラス被覆の屈折率よりも小さ
くかつ前記ガラス基板の屈折率とは異なる屈折率
を有し、前記第１の添着ガラス被覆の少なくとも
前記露呈外表面上に沈積せしめられかつ該露呈外
表面に附着せしめられた第２の添着ガラス被覆と
よりなり、前記第１の添着ガラス被覆と前記第２の添着ガ
ラス被覆との境界に清浄でかつ強力な接合が形成
され、前記第１の添着ガラス被覆が所望の有限の幅を
有する場合におけるその被覆の厚さは、この被覆
が無限の幅を有するものとした場合における厚さ
ａに等しいかあるいはそれよりも小さく、該厚さ
ａは、ｍが偶数の整数であるTMomモードの場合に
は、 2a／λ（n₂ ²−n₁ ²）^1/2＝ｍ＋１＋１／πtan^-1 （n₁ ²−n₃ ²／n₂ ²−n₁ ²）^1/2（n₂／n₃）² ｍが奇数の整数であるTMomモードの場合に
は、 2a／λ（n₂ ²−n₁ ²）^1/2＝ｍ＋１−１／πcot^-1 （n₁ ²−n₃ ²／n₂ ²−n₁ ²）^1/2（n₂／n₃）² ｍが偶数の整数であるTEomモードの場合に
は、 2a／λ（n₂ ²−n₁ ²）^1/2＝ｍ＋１＋１／πtan^-1 （n₁ ²−n₃ ²／n₂ ²−n₁ ²）^1/2 ｍが奇数の整数であるTEomモードの場合に
は、 2a／λ（n₂ ²−n₁ ²）^1/2＝ｍ＋１−１／πcot^-1 （n₁ ²−n₃ ²／n₂ ²−n₁ ²）^1/2 の各式のうちの１つに従つて決定され、ただしｍ
≦10でありかつ厚さａおよび無限の幅を有する導
波路内を伝播せしめられるべき最高のモード次元
であり、λは前記第１の添着ガラス被覆が厚さａ
および無限幅を有する前記導波路内を伝播せしめ
られるべき光の波長であり、n₂は前記第１の添着
ガラス被覆の屈折率であり、n₁およびn₃の一方は
前記ガラス基板の屈折率であり、n₁およびn₃の他
方は前記第２の添着ガラス被覆であり、前記第１
の添着ガラス被覆の前記厚さは、前記導波路の伝
播定数がK₁に等しいかあるいはそれよりも小さ
く、K₁はK₃よりも大きく、 K₁＝2πn₁／λ K₃＝2πn₃／λ である場合に上記のごとくして決定され、前記ガラス基板と前記第２の添着ガラス被覆と
のそれぞれの厚さが前記第１の添着ガラス被覆の
厚さの少なくとも約２倍であり、前記第１の添着ガラス被覆が平面導波路のコア
を形成し、前記第２の添着ガラス被覆が平面導波
路のクラツドを形成していることを特徴とする平
面光導波路。