JPH0422904A

JPH0422904A - リブ形光導波路

Info

Publication number: JPH0422904A
Application number: JP12694390A
Authority: JP
Inventors: Masami Tada; 多田　昌実; Norisada Horie; 堀江　教禎; Hayami Hosokawa; 速美細川; Maki Yamashita; 山下　牧
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1990-05-18
Filing date: 1990-05-18
Publication date: 1992-01-27

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】技術分野この発明はチャネル先導波路の一種であるリブ形光導波
路に関し、とくにグレーティングか施されたリブ形光導
波路に関する。

従来技術とその問題点チャネル先導波路の代表的なものには、第７図に示すよ
うに、　ＬｉＮｂ０．基板３０にＴ１を拡散することに
より作製されたＴｉ拡散光導波路３１がある。このよう
な光導波路３１にグレーティングを施す場合には、光導
波路部分にのみグレーティングを形成することは困難ま
たは不可能であり、光導波路３１の幅よりも広い幅の範
囲にわたってグレーティング３２を形成せざるを得ない
。

したがって、グレーティングを施した先導波路に、グレ
ーティングを施さない別の先導波路を近接させることが
できず、このためにデイバイスの機能が制限される。デ
イバイスが大型化するという問題がある。

また、このようなグレーティング付チャネル先導波路の
作製にあたっては、光導波路作製プロセスに加えてグレ
ーティング作製プロセスが必要てあり、そのために、光
導波路パターン・マスキング、Ｔｉ拡散１　グレーティ
ング・パターン・マスキング、エツチングというプロセ
スが必要となり、複雑かつ長い時間を要することとなる
。このため、ｉｉＬ産性に劣る。コストが高くなる。再
現性が下るという問題点かある。

発明の目的この発明は、チャネル先導波路において、グレーティン
グを設けても光導波路の場所的自由度を制限することな
くかつデイバイスの小型化を図ることかできるようにす
ることを目的とする。

発明の構成１作用および効果この発明によるチャネル先導波路はリブ形先導波路であ
り、それは、基板と、上記基板上に形成されたリブ部を
もつコア層とを含み、上記コア層かエネルギ照射により
硬化する液状材料を用いて形成されており、リブ部の所
定箇所にグレーティングがリブ部と一体的に形成されて
いることを特徴とする。

グレーティングはリブ部の幅を周期的に変化させること
により、リブ部の厚さ（高さ）を周期的に変化させるこ
とにより、またはリブ部の幅と高さの両方を周期的に変
化させることにより実現される。グレーティングはブレ
ーズ化してもよい。

リブ形先導波路は基板上に形成されたコア層に、光の伝
搬方向にそってリブ部がコア層と一体に形成されている
ものである。光の伝搬方向に直交する面内において、伝
搬光は、コア層の厚さ方向では、コア層と空気との屈折
率差およびコア層と基板との屈折率差によって閉じ込め
られ、コア層（リブ部）の幅方向では２　リブ部の厚さ
がコア層の他の部分よりも厚いことによりリブ部付近の
実効屈折率が高くなるという現象を利用して閉じ込めら
れる。基板とコア層との間に、コア層よりも屈折率か小
さい材料を用いてバッファ層を設けるようにしてもよい
し、コア層よりも屈折率か小さい材料を用いてコア層上
に密着するようにクラッド層を形成してもよい。

この発明によるリブ形先導波路は、たとえば。

リブ部およびその所定箇所に設けられるグレーティング
に対応する凹溝をもつスタンバを用意し、上記スタンバ
と基板との間にエネルギ照射により硬化する液状材料を
注入し、エネルギを照射して上記液状材料を硬化させる
ことにより、グレーティングをもつリブ部が一体化され
たコア層を形成し、その後、上記スタンバを除去するこ
とにより作製される。

エネルギ照射により硬化する液状材料には、光硬化性ま
たは熱硬化性の樹脂、たとえば紫外線（ＵＶ）硬化樹脂
がある。また無機材料としては熱硬化性膜形成用塗布液
を挙げることができる。

液状とはゲル状も含む。

この発明によると、グレーティングをもつリブ部が一体
化されたコア層がエネルギ照射により硬化する液状材料
を用いて形成されているので、これをスタンバを用いて
作製することができ、その製造が容易で、量産性、再現
性に優れたものとなるとともに、製造時間の短縮を図る
ことができるので安価に提供できるようになる。スタン
バはリブ形先導波路原盤を用いて作製され、この原盤は
種々の手法、たとえば電子ビーム描画法により作製でき
るから１種々の形状のグレーティング構造、リブ構造の
先導波路の実現が可能である。

さらにこの発明によると、グレーティングをその真下部
分が先導波路となるリブ部にのみ形成することかできる
ので、先導波路とグレーティングかとり得る形状の自由
度が増しデイバイスの機能を拡大でき、デイバイスを小
型化できるというメリットがある。

コア層上に密着するように上述したクラッド層を設ける
と好ましい。コア層およびクラッド層とも上述のエネル
ギ照射により硬化する液状材料を用いて作製すると、工
程の簡略化を図ることができるので好ましいが、コア層
、クラッド層を他の材料で形成してもよい。たとえばコ
ア層の材料としては非線形光学効果をもつものを使用し
てもよい。

クラッド層を設けることにより、コア層がクラッド層に
よって保護されるので、コア層が損傷を受けることがな
く、取扱いが容易となる。また、コア層の屈折率か大き
い場合でも、クラッド層の屈折率を適当に選ぶことによ
り、単一モード伝搬を実現する場合にコア層の厚さおよ
びリブ部の幅を大きくとることが可能であり２作製が容
易となる。コア層の厚さおよびリブ部の幅を大きくする
ことができることにより、光ファイバ等との入出力のた
めの光結合が容易となるという利点もある。

基板とコア層との間にバッファ層を設けるようにすると
一層好ましい。コア層およびバッファ層の材料としては
任意のものを採用し得る。

バッファ層を設け、かつコア層の材料とバッファ層の材
料とを適切な屈折率をもつものとして組合せることによ
り、コア層の厚さとリブ部の幅を大きくして光の単一モ
ード伝搬を実現できる上に、基板に任意の材料を用いる
ことができるようになる。

実施例第１図はこの発明の第１実施例を示している。

第１図に示すリブ形単一モード先導波路は、基板１とそ
の上に形成されたコア層２とから構成されている。コア
層２はその中央において、上方に突出しかつ一方向にの
びたリブ部３を有している。リブ部３の所定箇所にはリ
ブ部３の厚さ（高さ）を周期的に変化させることにより
構成されるグレーティング３ａが設けられている。リブ
部３とそのグレーティング３ａはコア層２と一体的に形
成される。

先ビームＬＢは、鎖線とハツチングで示すように、コア
層２内においてリブ部３の真下を伝搬する。光ビームＬ
Ｂは、上下方向においてはコア層２と空気との屈折率差
およびコア層２と基板１との屈折率差によってコア層２
内に閉じ込められ。

横方向においては、リブ部３の真下部分の実効屈折率が
その周囲部分よりも高くなっていることに起因してリブ
部３真下の位置に閉じ込められる。

リブ部３の厚さが周期的に厚くなるように形成されたグ
レーティング３ａの存在によって、リブ部３の真下部分
の実効屈折率が周期的に高くなるので、光ビームＬＢの
導波部分には屈折率分布型のグレーティングが形成され
ることになる。このグレーティングは特定波長の光ビー
ムＬＢを反射させるまたは透過させる等機能をもつ。

基板１として゛はたとえば５ｉｎ２ガラス基板が用いら
れ、その屈折率はｌ、４６である。コア層２は後に作製
方法を詳述するように、紫外線（ＵＶ）硬化樹脂を用い
て形成することができ、そのときのコア層２の屈折率を
たとえば１．４７とすることができる。このようにして
、基板１よりも屈折率がわずかに大きいコア層２を形成
することができるので、単一モード先導波路でしかもコ
ア層２の厚さ、リブ部３の幅を大きくすることが可能と
なる。

コア層２としては他に、たとえば熱硬化性材料を用いる
ことができる。熱硬化性無機材料の例としては、熱硬化
性膜形成用塗布液を挙げることができる。多くの種類の
塗布液があるが、焼成後膜形成物としＺｒＯ２、ＴｉＯ
２、Ａｊ１２０３　、　Ｓ　ｉ０２等を含むものが好適
である。

リブ部３の断面形状は任意であり、第１図に示す矩形の
もの以外に、半円形のもの、三角形のもの、全体として
矩形で角に丸みが付けられたもの、全体として矩形で中
央に小さな凹溝が形成されたもの、全体として矩形で中
央に小さな凸条が形成されたものを例示することができ
る。

グレーティングの形状も種々のものを採用しつる。第２
図は第２の実施例を示している。グレーティング３ｂは
リブ部３の幅を周期的に変化させることにより構成され
ている。第３図は第３の実施例を示している。グレーテ
ィング３Ｃはリブ部３の同じ位置で厚さと幅を周期的に
変化させることにより構成されている。これらのグレー
ティング３ｂ、３ｃは特定波長の導波光ビームを反射さ
せるまたは透過させる等機能をもつ。

第４因は第４の実施例を示している。グレーティング３
ｄはリブ部３の厚さを周期的に変化させることにより構
成され、かつブレーズ化（三角形状に形成）されている
。このグレーティング３ｄは、導波光ビームを上方に出
射させる。または上方からの光を先導波路に入射させる
機能ももつＯリブ部に周期の異なる複数種類のグレーティングを場所
をかえて複数箇所に設けるようにすることもできる。こ
れにより、広い波長範囲にわたって光の反射機能をもた
せることができる。また。

導波光の波長分離機能も達成できる。

コア層の上に、これに密着するようにクラッド層を形成
することができる。クラッド層はその屈折率がコア層の
それよりもわずかに小さくなるように材料が選定される
。たとえばコア層がＵＶ硬化樹脂の場合には、クラッド
層をコア層よりも屈折率の小さいＵＶ硬化樹脂で形成す
ることができる。ＵＶ硬化樹脂はフッ素含量を変えるこ
とによりその屈折率を変えることができる。コア層、ク
ラッド層をともにＵＶ硬化樹脂で形成するようにすると
その製造方法が容易となる。

クラッド層の材料としてはＵＶ硬化樹脂等の有機材料の
他に無機材料を用いることができる。無機材料を用いる
場合にはクラッド層を蒸着法などにより形成することが
できよう。

また、コア層には上述のＵＶ硬化樹脂、熱硬化性膜形成
用塗布液等の他に、ＭＮＡ　（屈折率り、Ｓ　）　、　
　ＰＴＳ　（ポリジアセチレン、屈折率１．１１８）　
、　Ｋ　Ｄ　Ｐ　（ＫＨ２ＰＯ４）等の非線形有機、無
機光学材料を用いることができる。

このようにして、コア層上にバッファ層を設けることに
よりコア層の保護を達成できる。

さらに、基板とコア層との間にバッファ層を設けること
ができる。バッファ層にはコア層よりも屈折率がわずか
に小さい材料が用いられる。

たとえば基板として、　ＬｉＮｂＯ５、Ｓｉ　、　Ｇａ
Ａｓ基板等が用いられ、その上にＳｉＯ。ガラスをＲＦ
スパッタすることによりバッファ層が形成される。

コア層としては上述のＵＶ硬化樹脂、熱硬化性膜形成用
塗布液、非線形有機、無機光学材料等を用いることが可
能である。

このようにバッファ層を設けることにより、任意の材料
の基板を用いることができるようになる。

基板上にバッファ層を介してコア層を形成し２コア層上
にさらにクラッド層を設けるようにしてもよい。

第５図は第１図に示すリブ形単一モード先導波路の製造
工程の一例を示している。

単一モード先導波路の原盤を電子ビーム描画法により作
製する。ガラス基板上に電子ビーム・レジストを塗布し
、このレジスト上にグレーティングをもつリブ部のパタ
ーンを電子ビームにより描画後、現像することにより、
ガラス基板１１上にグレーティングをもつリブ部となる
残膜レジスト１２をもつ原盤を作製する（第５図（Ａ）
）。

残膜レジスト１２はグレーティングに対応する部分が厚
くなっている。１回の電子ビーム描画では正確な形状の
グレーティングをもっリブ部に相当する残膜レジストを
形成することが困難なときには、レジストの塗布、電子
ビーム描画および現像からなる工程を複数回繰返し、複
数層からなる積層された残膜レジストを形成するように
するとよい（同時出願、同一出願人、同一代理人による
特許ｕ（１）を参照）。

次にこの原盤上に電鋳法によりニッケル（Ｎｉ）１３Ａ
を堆積させ（第５図（Ｂ）　）　、原盤を離すことによ
りニッケル製スタンバ１３を得る（第５図（Ｃ））。

続いて、基板１上にコア層の材料であるＵＶ硬化樹脂２
Ａを滴下し、その上にニッケル・スタンバ１３を乗せ、
基板１とニッケル・スタンバ１３との間の間隔が所定値
となるように、基板１とスタンバ１３との間に圧力を加
え、また必要ならば振動を与える（第５図（Ｄ））。

基板１の裏面から紫外線を照射し、ＵＶ硬化樹脂を硬化
させる（第５図（Ｅ））。

ＵＶ硬化樹脂が硬化したのちスタンバ１３を剥離する（
第５図（Ｆ））。これにより基板１上にＵＶ硬化樹脂に
よるコア層２が形成される。そして。

コア層２にはグレーティング３ａをもつリブ部３が一体
に形成されている。

第６図はこの発明によるリブ形光導波路の応用例を示す
ものであり、リブ部のグレーティングを反射器として利
用した干渉形変位センサを示すものである。リブ部に設
けられたグレーティングはその周期を適当に選ぶことに
より１反射器、特定の波長の光だけを透過もしくは反射
する波長フィルタ、または導波光のモードを変換するモ
ード変換器として働く。この応用例はグレーティングを
反射器として用いたものである。

基板１０上にコア層２０が形成され、このコア層２０に
は３つのリブ部２１．２２．２３からなるＹ分岐形のリ
ブが形成され、リブ部２２の一部にグレーティング２２
ａが設けられている。Ｙ分岐形リブによりＹ分岐先導波
路が構成されている。

リブ部２１直下の光導波路に入射した光は１分岐部でリ
ブ部２２と２３の直下の先導波路に分けられる。リブ部
２２直下の光導波路を進む導波光は、グレーティング２
２ａにより反射される。またリブ部２３直下の光導波路
を進む導波光は外部に設けられたミラー２４により反射
され分岐部でグレーティング２２ａにより反射された光
と結合する。ミラー２４は変位を測定すべき対象物に取
付けられている。

これらの２つの光の位相差は、ミラー２４の変位に対応
して変化するので、リブ部２１直下の光導波路から出射
する干渉信号を検出することによってミラー２４の変位
がサブミクロン・オーダで測定できる。

第７図に示すような従来のチャネル導波路グレーティン
グや端面に金属を蒸着する端面反射ミラーを用いた場合
１分岐光導波路間の距離は数１００μｍ必要であったが
、この応用例によるとリブ部２２と２３との間の距離ｄ
は１０μｍ程度まで近づけることができる。分岐角θは
１度程度であるのでデイバイス長を従来の１５ｍｍから
５１ｍへと大幅に短くすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１の実施例を示す斜視図、第２図
はこの発明の第２の実施例を、第３図は第３の実施例を
、第４図は第４の実施例をそれぞれ示す斜視図である。第５図（Ａ）〜（Ｐ）は第１図に示すリブ形光導波路の
製造工程の一例を示すものである。第６図はこの発明に
よるリブ形光導波路の応用例である干渉形変位センサを
示す斜視図である。第７図は従来のチャネル導波路グレーティングを示す斜
視図である。１・・・基板。２・・コア層。３、２１．２２．２３・・・リブ部。３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ。・・・グレーティング。以

Claims

【特許請求の範囲】

（１）基板と、上記基板上に形成されたリブ部をもつコ
ア層とを含み、上記コア層がエネルギ照射により硬化す
る液状材料を用いて形成されており、リブ部の所定箇所
にグレーティングがリブ部と一体的に形成されているリ
ブ形光導波路。
（２）グレーティングがリブ部の幅を周期的に変化させ
ることにより構成されている請求項（１）に記載のリブ
形光導波路。
（３）グレーティングがリブ部の厚さを周期的に変化さ
せることにより構成されている請求項（１）に記載のリ
ブ形光導波路。
（４）グレーティングがブレーズ化されている請求項（
１）に記載のリブ形光導波路。