JPH04230708A - 外界から保護された集積光学素子及びその製造方法 - Google Patents

外界から保護された集積光学素子及びその製造方法

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JPH04230708A
JPH04230708A JP3150830A JP15083091A JPH04230708A JP H04230708 A JPH04230708 A JP H04230708A JP 3150830 A JP3150830 A JP 3150830A JP 15083091 A JP15083091 A JP 15083091A JP H04230708 A JPH04230708 A JP H04230708A
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JP
Japan
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layer
refractive index
waveguide
optical element
cavity
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Application number
JP3150830A
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English (en)
Inventor
Adeline Fournier
アドリーヌ・フルニエ
Pierre Gidon
ピエール・ジドン
Serge Valette
セルジユ・バレツト
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
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Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of JPH04230708A publication Critical patent/JPH04230708A/ja
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
    • G02B6/124—Geodesic lenses or integrated gratings
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S385/00—Optical waveguides
    • Y10S385/901—Illuminating or display apparatus

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
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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】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、集積光学装置のための
能動または受動光学素子とその製造方法とに係わる。本
発明は特に、例えば相関検出器（ｃｏｒｒｅｌａｔｏｒ
ｓ）、スペクトルアナライザまたは干渉計のようなレー
ダ信号をリアルタイムで処理する分野や、例えば光信号
を多重送信または選択送信（ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉ
ｎｇ）するための光通信分野や、光ファイバセンサの分
野に使用することができる。
【０００２】本発明の集積光学素子は、鏡、ビーム分割
プレート、回折格子、焦点調節レンズ、超小型導波路、
及び回折格子を使用する全ての集積光学装置、例えば光
カプラであり得る。かかる光カプラは特に偏波セパレー
タ及び偏波コンバータに使用することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】一般に、案内する光信
号に影響を及ぼす実効屈折率変化が比較的小さい範囲で
光導波路内に集積光学素子を製造することは極めて難か
しい。これには、特殊な形状条件で動作したり、解決さ
れるべき特定の問題に適合させた新しい型の素子を定義
することが必要となる。
【０００４】完全な集積光学系においては、ビーム分割
プレート（ｂｅａｍ　　ｓｐｌｉｔｔｉｎｇ　　ｐｌａ
ｔｅ）を使用することが極めて多い。本出願人ら名義の
特許ＦＲ−Ａ−２　　６１３　　８２６号に記載されて
いるような集積光学装置における分割プレートの製造の
例を図１に示す。図１のａは分割プレートの断面図であ
り、図１のｂは平面図である。
【０００５】分割プレートがその中に形成されている光
導波路は、シリコン基板２と、その上に置かれたドープ
していないシリカ緩衝層３と、層３より大きい屈折率を
有するＳｉ３Ｎ４導波層４とによって構成されている（
図１のａ）。導波層４より小さい屈折率を有するドープ
していない上方シリカ層５によって導波路の構造体は完
成される。分割プレート６は、上方層５中に設けられた
溝で構成され、この図では溝の深さは上方層５の厚さに
等しい。
【０００６】この実施態様においては２つの異なる導波
路構造体、即ち、実効屈折率Ｎ１ｅｆｆを有するＳｉ／
ＳｉＯ２／Ｓｉ３Ｎ４／ＳｉＯ２の構造体（１）と、実
効屈折率Ｎ２ｅｆｆを有するＳｉ／ＳｉＯ２／Ｓｉ３Ｎ
４／空気の構造体（２）とが定義され得る。構造体の実
効屈折率は、それを構成する層の屈折率及びそれらの厚
さに依存する。
【０００７】図１のｂにおいて、Ｉは入射光ビームを、
Ｒは反射光ビームを、Ｔはプレート６を透過した光ビー
ムを、Ｎはプレート６に対する垂線を表わしている。か
かるビームは導波層４によって担持される。
【０００８】入射角Ａが臨界角Ａ１に近いかまたはそれ
より大きい場合にのみ、構造体（１）及び（２）の界面
において高い反射係数Ｒを有することができる。平面波
モデルにおいて計算され得るような全反射臨界角Ａ１は
等式（１）： 　　　　　　Ａ１＝Ａｒｃｓｉｎ　　Ｎ２ｅｆｆ／Ｎ１
ｅｆｆ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（１
） によって定義される。
【０００９】実効屈折率Ｎ１ｅｆｆ−Ｎ２ｅｆｆの変化
が大きいほど、角度Ａ１はπ／２から離れる。
【００１０】図１の実施態様において入射ビームの波長
が８００ｎｍ、導波層４の厚さが１６０ｎｍであれば、
Ｎ１ｅｆｆは１．６９近傍となり且つＮ２ｅｆｆは１．
６５近傍となり、結果としてＡ１は約７７°となる。
【００１１】空気を、ドープしていないシリカの屈折率
１．４５より小さい屈折率１．３８を有するＭｇＦ２で
置き換えると、実効屈折率はＮ２ｅｆｆ１．６８となり
、従って角度Ａ１は約８４°となる。空気をＭｇＦ２で
置き換えることは前述の文献から公知である。
【００１２】光導波路の上方層として屈折率１を有する
空気を使用すると、大きい屈折率変化が得られ、従って
小さい入射角で動作することが可能となる。最小の臨界
角Ａ１で動作する重要性は、ビームを分割する角度を大
きくすると透過ビーム及び反射ビームをよりよく分離し
得ることにある。しかし残念なことに、上方層として空
気を使用するこのような分割プレートは、全ての外的汚
染から保護されているわけではない。
【００１３】かかる問題は更に他の導波路構造体、即ち
前述したもの以外の材料においても、導波層４までまた
は緩衝層３までにさえも延伸する溝においても存在する
。
【００１４】また上記欠点は、集積光学装置において幅
広く使用されている素子である一連の等距離分割プレー
トによってのみ構成されている回折格子においても、鏡
及び焦点調節レンズにおいても存在する。
【００１５】現在のところ、屈折率がシリカより低く且
つ導波路構造体において空気に置き換え得る固体材料は
わずかしか知られておらず、このことは、前記材料にお
ける集積光学素子の製造を著しく制限している。
【００１６】現在では、導波構造体（１）及び（２）に
おいて空気に代わるものとしてＭｇＦ２しか知られてい
ない。残念なことにこの材料の製造は、その厚さが２０
０〜３００ｎｍを越えると直ぐに割れてしまうので容易
ではなく、それによって誘発される有効屈折率の差は一
般に不適当である。
【００１７】更に、レーザダイオード及び光ファイバと
適合性のある単モード構造体を製造することもできない
。従ってレーザダイオードは、コアと周囲の媒体との間
の屈折率変化が極めて大きい導波構造体を使用し、また
光ファイバは、約４×１０−３〜１０−２の小さい屈折
率変化を有する。結果として光の拘束は極めて難しく、
即ちレーザダイオードに対して（接合方向において）１
μｍ未満、光ファイバに対しては５〜９μｍである。
【００１８】更にかかるエレメントを同じ導波路に結合
するためには導波路は、接続されるべきエレメントのタ
イプに応じて屈折率変化の小さい導波路及び屈折率変化
の大きい導波路の両方であらねばならない。しかしなが
らこれは単一の導波構造体では不可能であり、接合され
た２つの導波構造体でのみ得ることがきる。
【００１９】残念なことに、導波モード分布がかなり異
なる２つの光導波路間で光エネルギを交換することは極
めて困難であり、得られる効率レベルは極めて低い。従
ってこのエネルギ伝達は、２つの導波モードの光の振幅
間の重なりの積分が極めて小さい（結果的に効率が低い
）エンドツーエンド結合によってまたは同方向結合によ
って公知の方法で実現され得るが、そのときの２つの光
導波路における導波モードの伝搬定数（特に位相速度）
は著しく異なり、結合はされ得ない。同方向結合におい
ては２つの導波構造体が積重ねられる。
【００２０】格子タイプの繰返し構造を使用して２つの
導波構造体の同方向結合を向上することは公知であり、
これによって結合されるべきモード間の伝搬速度の適合
が保証される。このような結合は特に、本出願人名義の
特許ＦＲ−Ａ−２５７９０４４号に記載されている。こ
の方法の欠点は、実際の光学系で使用したときに極めて
不利となり得る導波路の感度がもたらされることである
。
【００２１】
【課題を解決するための手段】本発明は、前述の欠点を
解消し得る集積光学素子及びその製造方法に係わる。特
に本発明の集積光学素子は外界から保護されており、し
かも大きな屈折率変化を保証する。
【００２２】更に本発明の素子が格子である場合には、
導波モード分布が広範囲に異なる２つの積重ねられた光
導波路の有効な同方向結合に使用することができる。
【００２３】更に本発明の素子は、従来のものよりはる
かに多数の材料から製造することができ、その製造もは
るかに限定的でない。
【００２４】特に本発明は、外界から隔絶されており且
つ光導波路の少なくとも１つの層中に形成された少なく
とも１つの密閉キャビティを有する外界から保護された
集積光学素子であって、前記キャビティが、前記層とは
異なる屈折率を有する材料または前記層とは異なる屈折
率にし得る材料で充填されている光学素子に係わる。
【００２５】かかる素子を外部媒体から隔絶することに
より、かかる素子の存在とは無関係に他の技術段階を実
施することが可能となる。
【００２６】キャビティ内に閉じ込められている充填材
料によって、従来の素子において得られるよりも大きな
光導波路の実効屈折率の局所変化が得られる。更に、こ
の実効屈折率の局所変化はキャビティ充填材料によって
のみ決定され、結果として、外界に起因する汚染障害に
支配されることはない。キャビティの充填材料は特に有
機ポリマーまたは流体である。使用する流体は気体また
は液体とすることができ、その屈折率は、それを含む層
の屈折率より大きくも小さくもし得る。
【００２７】該材料を含む層の屈折率より低い屈折率を
有する材料を使用することは、光導波路の当初構造体の
導波モードの数を変えないという長所を有し、このこと
は、単モードの構造体はキャビティと比較して単モード
のままであることを意味する。
【００２８】更に、キャビティによって生成される屈折
率の差が負であることに起因して、格子タイプまたはカ
プラタイプの素子においては光はエバネッセント形態の
みで存在する。このことは、キャビティの厚さに対する
感度の低下の結果として求められる性能の優れた再現性
が保証される。
【００２９】しかしながら、当初は単モードの構造体が
キャビティと比較して多モードになることが望まれるな
らば、単モードから多モードの構造体への移行には寄生
のモード間結合問題が惹起し得るが、それを含む層より
高い屈折率を有する充填材料を使用することが可能であ
る。
【００３０】使用し得る気体は、アルゴン、ネオン、ヘ
リウム、窒素または空気といった中性または不活性ガス
であるが、真空を使用することもできる。これらのガス
の全てはシりカより小さい屈折率を有しており、１であ
るかまたはそれに近い。気体は更に、集積構造体の材料
と長期的な化学反応を生じることもなく、従って構造体
に求められる物理的特性を変更しないという長所を有す
る。
【００３１】充填材料として空気を使用することは有利
である。空気の屈折率は１であるので、多数の材料と協
働することが可能であり、高い実効屈折率差を保証する
。
【００３２】更に充填材料として、例えば光学的に飽和
し得る特定の吸収線を有する（特定の吸収線に対応する
エネルギ準位に励起し得る）気体または蒸気、例えばヘ
リウム、ネオン、ルビジウムまたはナトリウム蒸気を使
用することもできる。本発明の集積光学素子では、従来
の素子においてはできなかった液体の使用が可能である
。従って、製造し得る素子の数を増大している。
【００３３】即ち、所定の屈折率の値を有することが所
望であれば、固体からよりも液体からそれを探すほうが
より容易である。更に、かなり広い吸収バンドを有する
液体である着色剤を使用することもできる。こうして、
導波路選択的吸収材または光フィルタを製造することが
できる。
【００３４】液体を使用することで特に、光学弁、変調
器または偏向器タイプの新たな素子を製造することが可
能となる。これは特に、電解質または液晶、特にネマチ
ックもしくはＣスメクチック相液晶のような電気的に調
整可能な液体を使用する場合に当てはまる。
【００３５】更に、特にＣＳ２を使用することにより非
線形応答を有する素子を製造することが可能である。こ
の液体材料は、シリカより大きい屈折率（１．６５）を
有する。やはりシリカより大きい屈折率１．４５〜１．
７を有する有機ポリマー（例えばポリイミド，ＰＭＭＡ
）を使用することもできる。ＣＳ２は、屈折率が光学的
に変更可能であるという長所を有する。ＣＳ２の屈折率
は光ビームによって変更することができ、その光ビーム
は導波ビームであってもよいし、上方層（このときこの
層は励起波長に透過であらねばならない）を通してまた
は下方層（このときこの層は励起波長に透過であらねば
ならない）を通して構造体に供給される外部補助ビーム
であってもよい。
【００３６】この場合には、電気的に制御される充填材
料の場合と同様に、材料が制御されないならばそれは、
該材料を含む層と同じ屈折率を有し得る。
【００３７】説明に際して参照する屈折率の値は波長８
００ｎｍに対応するものである。
【００３８】本発明の光学素子は鏡とすることができる
。この場合にはキャビティは、光導波路の上方層から下
方層へと延伸するのが有利である。本発明の光学素子は
更に、ビーム分割プレートまたは焦点調節レンズとする
ことができる。キャビティの寸法及び形状は該素子の光
学特性を規定する。
【００３９】レンズ及び分割プレートいずれの場合にも
キャビティは、導波構造体の少なくとも１つの層内に位
置する。光学素子は更に、光の横方向拘束を目的とした
超小型導波路とすることができる。
【００４０】光学素子が回折格子である場合には回折格
子は、好ましくは相互に平行に設けられ且つ異なる屈折
率を有する材料で各々が充填された幾つかのキャビティ
を有する。これらのキャビティは格子線を構成し、導波
構造体の層の任意の１つの中に形成される。
【００４１】回折格子タイプの素子は有利には、積重ね
た２つの光導波路を満足の行くエネルギ伝達効率で結合
するのに使用される。
【００４２】格子の結合力は、特にキャビティ内に含ま
れる流体材料と、該キャビティがその中に形成されてい
る材料との屈折率の差に比例する。更に、屈折率の差が
大きいほど線の数は小さくなる。
【００４３】本発明の高い結合係数を有する回折格子に
より、導波モードがかなり異なる２つの光導波路の積重
ね体であって、第１の導波路は、第１の上方層と、第１
の下方層と、第１の上方層及び第１の下方層の間にあっ
て且つこれら２つの層より大きい屈折率を有する第１の
導波層とで構成されており、第２の導波路は、第２の上
方層と、第２の下方層と、第２の上方層及び第２の下方
層の間にあって且つこれら２つの層より大きい屈折率を
有する第２の導波層とで構成されており、第１の上方層
と第２の下方層とが１つの同じ結合層を構成しており、
この結合層内には格子が位置している積重ね体を結合す
ることができる。
【００４４】更に本発明の回折格子により、積み重なっ
た第１、第２、第３及び第４の層を有していて、第２及
び第３の層がそれぞれ第１及び第２の導波路の導波層を
構成し且つ第１及び第４の層よりも大きい屈折率を有し
ており、更に第２の層の屈折率が第３の層のものとは異
なり、第３の層が、該第３の層とは異なる屈折率を有す
る材料または該第３の層とは異なる屈折率にし得る材料
で充填されたキャビティを有する、導波モード分布がか
なり異なる２つの導波路を結合することができる。
【００４５】低ステップ屈折率を有する導波構造体にお
いては、導波層と隣接層との間の典型的な屈折率変化は
５・１０−３〜２・１０−２であり、高ステップ屈折率
を有する構造体においてはこの屈折率変化は典型的には
１０−１〜５・１０−１である。
【００４６】屈折率変化の大きい導波路は例えば、屈折
率１．４５を有するドープしていないシリカかまたはリ
ン及び／もしくはホウ素でドープした屈折率１．４６の
シリカの上方層及び下方層と、屈折率２．０１の窒化シ
リコンまたは屈折率１．４５〜２のオキシ窒化シリコン
（ＳｉＯｘＮｙ，０＜ｘ＜２及び０＜ｙ＜４／３）、屈
折率１．６５のアルミナ、または屈折率１．４５〜１．
７のＰＭＭＡ（メタクリル酸ポリメチル）及びポリイミ
ドのような有機材料でできた導波層とで構成される。
【００４７】屈折率変化の小さい光導波路は特に、ドー
プしていないシリカ、またはフッ素及び／もしくはホウ
素でドープされたシリカでできた上方層及び下方層と、
ゲルマニウム、チタン、窒素またはリンでドープされた
シリカでできた導波層とで構成される。
【００４８】ホウ素またはフッ素によるシリカのドーピ
ングはその屈折率を小さくし、一方で、ゲルマニウム、
リン、窒素またはチタンによるドーピングはシリカの屈
折率を増加させる。
【００４９】本発明の極めて高い結合係数を有する回折
格子、即ち少数の線または溝（５〜２５）を有する回折
格子を製造することによって、屈折率変化の大きい光導
波路と屈折率変化の小さい光導波路との結合を、従来の
ものと比較して著しく低い波長感度でなし得、しかも全
ての場合に、その放射スペクトルが幅１０〜２０ｎｍを
有する光源と適合し得る。
【００５０】有利なことに格子は反射モードで動作し得
、これは、技術的誤差（格子間隔、キャビティの幅及び
導波モードの実効屈折率）に対して格子を比較的鈍感に
する長所を有する。更に、本発明の分割プレート及び鏡
は有利なことに、全反射臨界角Ａ１近傍で動作する。
【００５１】更に本発明は、前述のごとき光学素子を製
造する方法にも係わる。
【００５２】第１の実施態様によれば本発明の方法は、
支持体上に少なくとも１つの第１の層を堆積する段階と
、前記第１の層中に、その高さ／幅の比が０．５以上で
ある少なくとも１つの溝を形成する段階と、このように
エッチングした第１の層上に第２の層を化学蒸着（ＣＶ
Ｄ）し、溝内に、空気が充填された密閉キャビティを形
成する段階とを含む。
【００５３】第２の層は、低圧ＣＶＤ（ＬＰＣＶＤ）ま
たはプラズマ支援ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）によって堆積し
得る。
【００５４】本発明者らは、材料層の異方性堆積の過程
によって必然的に、溝の高さ／幅の比が少なくとも０．
５である場合には溝内部に気体、一般には空気の泡が形
成されることを見い出した。空気の厳密な組成は明らか
に、堆積包囲体における気体雰囲気の組成によって決定
される。気泡の容積及び形状は、高さ／幅の比と第１の
層の特性とに依存する。
【００５５】更に、堆積層の表面処理を実施することに
より、前記気泡の形状及び容積を変更することができる
。特に、第１の層及び第２の層を流動化するようにそれ
らの熱処理を実施することができる。この流動化は特に
、ドープしていないシリカの流動化温度と比較して処理
温度をより低くするために、有利にはホウ素、リンまた
はこれら両方でドープしたシリカ層に実施することがで
きる。
【００５６】その高さ／幅の比が約１〜５であるエッチ
ング工程を実施することは比較的容易であるので、前記
気泡の生成は全く厳しいものであるわけではないことが
判る。
【００５７】第２の実施態様によれば本発明の光学素子
の製造は、（ａ）支持体上に少なくとも１つの第１の層
を堆積する段階と、（ｂ）前記第１の層中に少なくとも
１つの溝を形成する段階と、（ｃ）前記溝の内部及びそ
の上に、前記支持体、前記第１の層及び第２の層に対し
て選択的に除去し得る中間層を堆積する段階と、（ｄ）
前記段階（ｃ）で得られた構造体上に第２の層を堆積す
る段階と、（ｅ）前記中間層を除去し、前記溝内に、空
気が充填されたキャビティを形成する段階とを含む。
【００５８】この第２の実施態様は、第１の方法とは違
い、その高さ／幅の比が０．５以下、例えば０．１〜０
．３である気泡を形成し得るので、第１の方法よりはる
かに一般的な用途を有する。
【００５９】更に第２の方法は、気泡の形状の点からも
より再現可能である。
【００６０】第３の実施態様によれば本発明の光学素子
を製造する方法は、（Ａ）支持体上に第１の層を堆積す
る段階と、（Ｂ）前記第１の層、第２の層及び前記支持
体に対して選択的にエッチングされ得る中間材料層を前
記第１の層上に堆積する段階と、（Ｃ）少なくとも１つ
の中間材料のスタッドを形成するために前記中間層をエ
ッチングする段階と、（Ｄ）前記段階（Ｃ）で得られた
構造体上に第２の層を堆積する段階と、（Ｅ）前記中間
材料スタッドを除去し、前記スタッドがあったところに
、空気が充填された密閉キャビティを形成する段階とを
含む。
【００６１】上記３つの実施態様は、前述の種々のタイ
プの光学素子に適用可能である。
【００６２】見込まれる用途に応じて、液体または他の
ガスが第１及び第２の層とは異なる屈折率を有するまた
はこれらの層とは異なる屈折率にし得るという条件で、
前記気泡を液体または他のガスで、これらを第２の層の
堆積の後に注入することにより置き換えることができる
。
【００６３】本発明ではこの注入液体は、加熱または放
射線照射により重合可能な液体モノマー、例えばメタク
リル酸メチルとし、次いでこれを重合することができる
。
【００６４】
【実施例】本発明の他の特徴及び長所は、以下の添付の
図面の参照による非限定的な説明から明らかとなるであ
ろう。
【００６５】図２及び図３Ａは、本発明のビーム分割プ
レートの製造を示す概略図であり、例えば酸素雰囲気下
に８００〜１２００℃で基板を高圧熱酸化することによ
り、意図的にはドープしていない厚さ８〜１２μｍの酸
化シリコン層１６がその上に形成された単結晶シリコン
基板１４が見える。酸化物層１６の屈折率は約１．４５
である。
【００６６】酸化シリコン導波層１８をプラズマ支援ま
たはプラズマ非支援の化学蒸着により堆積する。導波層
１８は、リン、ゲルマニウム、窒素またはチタンでドー
プしてあり、厚さは３．２〜１０μｍを有する。リンド
ーピングは、１０２１〜１０２２原子／ｃｍ３で保証さ
れる。この層１８の屈折率は約１．４６である。
【００６７】通常の写真平板法によって、分割プレート
の位置及びその寸法を決定する開口２１を有する感光樹
脂マスク１９（図２のａ）を形成する。マスク１９を用
いて層１８の異方性エッチングを実施し、マスクの開口
２１に対面する層１８の領域に溝２２を形成する。この
エッチングは例えば、エッチング剤としてＣＨＦ３また
はＣＦ４を使用する反応イオンエッチング（ＲＩＥ）で
ある。
【００６８】このエッチングは層１８の厚さの全部また
は一部にわたって実施することができるし、図３Ａに示
すように導波路の下方層１６に達してもよいが、基板１
４まで延伸することはない。このように形成された溝を
参照番号２２ａで示す。
【００６９】溝の高さをｈとし、幅をｗとすると、この
方法において比ｈ／ｗは最低でも０．５である。
【００７０】分割プレートは反射係数３０〜７０％を有
するのが好ましく、これは基本的には、ｈが空間的広が
り（または導波モードの空間的幅）の半分とおおよそ同
じ大きさであるならば満足される。
【００７１】図２においてｈは３．４μｍ、ｗは２．５
μｍとし得、また図３Ａにおいては、同じ値のｗに対し
てｈは５μｍとし得る。
【００７２】酸素プラズマによってエッチングマスク１
９を除去した後には、意図的にはドープしていないまた
は必要によっては酸化物の屈折率を小さくするドーピン
グ剤、例えばホウ素もしくはフッ素を濃度１０２１〜１
０２２原子／ｃｍ３で含む、厚さ１〜６μｍの酸化シリ
コン層２４の堆積を行なう。
【００７３】この層は、シランまたは酸素の熱分解によ
る３００〜５００℃のプラズマ支援化学蒸着（ＰＥＣＶ
Ｄ）または同じガスを用いる低圧化学蒸着（１３０ｐａ
）（ＬＰＣＶＤ）によって堆積される。この層２４は光
導波路の上方層を構成し、且つ分割プレートを外界から
保護する。図２のｂ及び図３Ａに示したように、ＰＥＣ
ＶＤまたはＬＰＣＶＤによりシリカ層を堆積すると、ｈ
／ｗ≧０．５であれば必然的に、それぞれ溝２２，２２
ａ内に位置する空気２７を含むキャビティ２６または２
６ａが形成される。この気泡の存在は、導波モードの実
効屈折率に有意な局所変化をもたらす。ｈ／ｗ＜０．５
であると、この方法により気泡が存在するかしないかを
確定するのは極めて困難である。
【００７４】構造体を９００〜１１００℃でオーブン処
理することでキャビティを含む層を流動化することによ
り、泡の形状の再現性を向上することができる。
【００７５】案内される光ビームが８００ｎｍであれば
、このように形成された分割プレートの反射係数Ｒ（図
１のｂ）は、ｈが０〜５μｍに変化し且つｗが２．５μ
ｍに固定されているならば、０〜９５％となる。ｈ＝３
．４μｍである場合には、このプレートの透過及び反射
係数は５０％近傍であり、反射臨界角Ａ１は４５°近傍
である。
【００７６】図３Ｂに示したように、上方導波層２４の
全部または一部に溝２２ｃを形成することができる。こ
の場合には層２４をエッチングした後に、厚さ１〜１０
μｍドープしていないＳｉＯ２層２８を、層２４につい
て図２を参照して記載したのと同じ条件下にＰＥＣＶＤ
またはＬＰＣＶＤによって堆積する。こうして、空気が
充填されたキャビティ２６ｅが形成される。キャビティ
２６ｅの形状は溝２２ｃの高さ／幅の比によって決定さ
れる。
【００７７】図３Ｂに示した変形態様においては、導波
層１７はＬＰＣＶＤ堆積の窒化シリコンでできており、
厚さ１００〜４００ｎｍを有する。
【００７８】図４は、本発明の集積鏡（ｉｎｔｅｇｒａ
ｔｅｄ　　ｍｉｒｒｏｒ）を示す。前述のごとくこの鏡
はＳｉ／ＳｉＯ２／＋になるようにドープされたＳｉＯ
２／ＳｉＯ２の導波路内に形成されている。層の堆積方
法及び厚さは図２に関して記載したものと同一である。
【００７９】層１６，１８及び２４を順次堆積した後に
（図４のａ）、適当なマスク（参照図２のａ）を使用し
、積み重なった層１６，１８及び２４に異方性エッチン
グを実施する。形成された溝２２ｂの深さをｈ’で、幅
をｗ’で示す。このエッチングは、層２４及び１８の全
厚さにわたり且つ層１６の全部または一部にわたり行な
う。エッチング剤は例えばＣＨＦ３またはＣＦ４である
。
【００８０】このエッチングに次いで、厚さ１〜１０μ
ｍのドープしていない酸化シリコン層２８を、図２の層
２４について記載したのと同じ条件下にＰＥＣＶＤまた
はＬＰＣＶＤによって堆積する。これで気泡２６ｂが形
成される。気泡２６ｂの形状は溝２２ｂの比ｈ’／ｗ’
によって決定される。
【００８１】溝２２ｂの幅ｗ’は、導波構造体における
導波モードの再結合を避けるためには、最小値ｗｏより
大きい必要がある。図４のｂにおいて、Ｉ及びＲはそれ
ぞれ入射ビーム及び反射ビームを表わし、Ｎは溝２２ｂ
によって定義される鏡に対する垂線を表している。垂線
と入射ビームとの間の角度Ａは、式（２）：Ａ１＝Ａｒ
ｃｓｉｎＮ２／Ｎ１ｅｆｆ　　　　　　（２）〔式中、
Ｎ１ｅｆｆは導波モードの実効屈折率であり、Ｎ２は気
泡の屈折率、即ち１である〕によって定義される全反射
角Ａ１より大きくなければならない。
【００８２】この図の例では、Ｎ１ｅｆｆは約１．４７
であり、Ａ１は約４３°である。従ってＡは４３°より
大きくなければならない。
【００８３】上記式（２）は鏡に適用可能であり、導波
モードが流体を含むキャビティ内にのみ存在する場合に
対応する。しかしながら、求められる反射係数の値の関
数として、ビーム分割プレートに対する式（１）の代わ
りに使用することもできる。
【００８４】Ｎ１ｅｆｆｓｉｎＡがＮ２より小さい場合
には、単に分割プレートであって鏡ではない。
【００８５】もしＴｉ、Ｇｅ、Ｎ２またはＰでドープさ
れたＳｉＯ２層１８を、シラン及びアンモニアの分解に
よるＬＰＣＶＤによって堆積した厚さ１６５ｎｍのＳｉ
３Ｎ４層で置き換えるならば、１．７３近傍の導波モー
ド屈折率Ｎ１ｅｆｆが得られる。かかる条件下で鏡を得
るためには、Ａは３５．３°より大きくなければならな
い。
【００８６】鏡２２ｂにおける全反射と係合するエバネ
ッセント波は、関数： 　　　　　　ｅｘｐ｛−（２π／λ（Ｎ１ｅｆｆ２　　
ｓｉｎ２Ａ−１）１／２）ｘ｝によって与えられる侵入
深度（ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ　　ｄｅｐｔｈ）を有す
る。
【００８７】この関数は、ｘ＝（λ／２π（Ｎ１ｅｆｆ
２ｓｉｎ２Ａ−１）１／２）のときに、値１／ｅを有す
る。
【００８８】Ｎ１ｅｆｆ＝１．４７及びＡ＝４５°に対
しては、λ＝８００ｎｍにおいて 　　　　　　ｅｘｐ（−２，２ｘ）＝１／ｅ，　　従っ
てｘ＝４５０ｎｍを得る。
【００８９】幅ｗ’が４５０ｎｍを大きく越えており、
例えば３または４μｍであるならば、実際には光エネル
ギは気泡２６ｂを通過し得ず、このように形成された鏡
は高い性能特性を有する。Ａが大きくなれば、幅ｗ’を
小さくすることができる。
【００９０】全反射に係合するエバネッセント波が鏡の
背面２３に達しないことを保証するためには、式：２π
／λ（Ｎ１ｅｆｆ２ｓｉｎ２Ａ−Ｎ２）１／２ｗｍがｗ
を大きく越えている必要がある。但し、ｗｍはｗ’の最
小値である。
【００９１】Ｎ１ｅｆｆ＝１．４７、Ａ＝４５°、Ｎ２
＝１（空気）及びλ＝８００ｎｍに対しては、ｗｍは約
２μｍであり、これは、エバネッセント波が１００分の
１に減衰することに対応する。（π／２に向かって）Ａ
がより大きくなるほど、上記の条件が小さい値のｗｍで
より容易に満足され得る。
【００９２】深さｈ’は限定的でなく、導波モードの空
間的幅におおよそ等しい最小値ｈｏより大きいことが必
要であるのみである。導波モードの空間的幅とは、導波
路内を伝搬する波の光強度の分布の中間の高さの幅を意
味する。
【００９３】半反射プレート及び鏡におけるのと同様に
、図５に示した方法で回折格子を製造することができる
。導波路は、図２及び図３Ａを参照して記載したものと
同一である。
【００９４】導波路の下方層１６上に導波層１８を堆積
した後に（図５のａ）、平行な幾つかの等間隔の溝３０
を形成する。ｗは溝３０の幅を表わし、ｐは格子間隔を
表わしている。図５のｂに示したように格子間隔ｐは、
入射ビームと格子のライン３０とで形成される角度であ
る動作角度Ａを決定する。
【００９５】前述のごとく導波層１８上にＬＰＣＶＤま
たはＰＥＣＶＤによってＳｉＯ２層２４を堆積すると、
泡、即ち空気２７で充填されたキャビティ２６ｃが溝３
０の各々の内に形成される。
【００９６】溝の深さｈと、かかる溝を充填する材料こ
の場合には空気の屈折率とで、格子と入射ビームとの間
の結合係数Ｋが決定され、従ってこの格子による導波モ
ードの結合幅Ｌｃ＝π／２Ｋが決定される。屈折率１の
気泡２６ｃの形成によりＫの値は増大し、結果として結
合長Ｌｃは小さくなり、このことにより、格子の波長に
対する感度をより小さくし得る。
【００９７】ｈ及び泡２６ｃ形状に著しく依存する結合
係数Ｋの値を制御することは困難であることから、格子
は反射モードにおいて系統的に動作するように作られる
。このことから、特に溝の間隔及び幅または導波モード
の実効屈折率の値について、格子の技術的誤差に対する
感度をより小さくし得る。従って、格子とその時点の波
Ｌとの相互作用の長さが１／Ｋ、即ちＬｃを大きく越え
るようなときには、反射モードにおいて動作する格子の
場合には反射値はＬｃとは無関係であり、従ってＫとは
無関係であって、実際にはＬ＝２Ｌｃである。
【００９８】本発明では、空気を他の気体、液体、また
は適当な熱処理によって液化する固体に置き換え、チャ
ネルによって相互に連通する格子状の素子を形成するこ
とができる。即ち、図２〜図５を参照して前述した素子
を能動にすることができる。特にＣスメクチックまたは
ネマチック液晶をキャビティ内に注入することにより、
その屈折率を電気的に制御し得るかかる液晶で空気を置
き換えることができる。
【００９９】図６は、反射係数を電気的に制御し得るビ
ーム分割プレートである能動素子の２つの実施態様を示
している。このために、溝２２ａ内に形成されたキャビ
ティ３１中に当初存在した空気はＣスメクチック液晶３
２で置き換えられ、アルミニウムのような伝導性材料で
製造された電極３４，３６が光導波路上に堆積されてい
る。
【０１００】図６のａに示すように、電極３４及び３６
の両方を層２４上に置き、電極３４は液晶３２に対面す
るように位置させるか、または図６のｂに示すように、
電極３４は層２４上に液晶３２に対面させて置き、電極
３６は導波路の背面、即ち基板１４上に置くことができ
る。液晶と対面している電極３４は正電位に印加され、
電極３６は接地される。
【０１０１】図６のａに示した破線３３は、光学素子に
印加される電場の線を表わしている。
【０１０２】図７は、本発明の素子の別の実施態様、特
に分割プレートまたは半反射プレートの製造を示してい
る。層１８の部分エッチングによって溝２２を形成した
後に、構造体全体の上に、光導波路の層１８及び上方層
２４に関して選択的にエッチングされ得る材料の層３８
を堆積する（図７のａ）。シリカ層１８及び２４の場合
には金属コーティング、特にアルミニウムまたはクロム
のコーティングを使用することができる。
【０１０３】このコーティング３８は、全ての公知の堆
積方法によって、特に金属層に対してはカソードスパッ
タリングまたは電着によって堆積することができる。こ
の層の厚さは溝２２の高さよりも大きくする。溝２２の
高さｈが３．４μｍであるならば、層３８は例えば厚さ
１０μｍを有する。
【０１０４】次いで層３８を、少なくとも溝２２に対面
する部分の金属、即ち溝の内部と上方との金属を残すよ
うに選択的にエッチングする（更に溝の両側にある金属
を残すことも可能である）。このエッチング作業は、フ
ォトグラビアマスク（図示なし）を用いて実施する。得
られた金属スタッドを参照番号３８ａ（図７のｂ）で示
す。
【０１０５】溝の幅が１．５μｍ以上である場合にはリ
フトオフ（ｌｉｆｔ−ｏｆｆ）によって溝２２を充填し
、金属スタッド３８ａを直接形成することも可能である
。
【０１０６】次いでシリカ層２４を堆積する。この堆積
は、全ての公知の方法、特に堆積ガスとしてシラン及び
酸素を使用するＣＶＤによって実施することができる。
【０１０７】図７のｃに示したように、次いで金属スタ
ッド３８ａを選択的にエッチングしてこれを完全に除去
する。この除去は、例えば層２４に設けられた金属に連
通する孔からの溶液で化学エッチングすることにより実
施し得る。アルミニウムの場合にはリン酸溶液を使用し
、クロムの場合にはセリウム塩溶液を使用する。
【０１０８】こうして、その形状はスタッド３８ａと同
一である空気を含むキャビティ２６ｄを備えた分割プレ
ートが得られる。
【０１０９】この方法によって、層２４を構成する全て
の堆積方法を使用することが可能となる。図２に関連し
て記載した方法は、ｈ／ｗ比が０．５より大きいときに
のみ使用可能であるが、この方法は０．１より大きいｈ
／ｗの全ての値に適用可能である。
【０１１０】図８は、本発明の高結合力回折格子４０に
よって結合された２つの導波路の積重ね体を示す。屈折
率変化の大きい導波構造体Ａは例えば、基板４６上に堆
積された屈折率ｎ１を有する下方層４４と、屈折率ｎ２
の導波層４８と、屈折率ｎ３の上方層５０とで構成され
ており、層４８は層４４と層５０との間に挟まれており
、ｎ２はｎ１及びｎ３より大きい。
【０１１１】屈折率変化の小さい導波構造体Ｂは例えば
、層５０と、屈折率ｎ４の導波層５２と、屈折率ｎ５の
上方層５４とで構成されており、層５２は層５０と層５
４との間に挟まれており、ｎ４はｎ３及びｎ５より大き
い。更にｎ４はｎ１より大きく、ｎ２はｎ４より大きく
なければならない（構造体ＡとＢの積重ねの順序は明ら
かに反転し得る）。
【０１１２】シリコン基板４６に対して層４４、５０及
び５４は、意図的にはドープしていないシリカかまたは
フッ素またはホウ素でドープしたシリカで製造すること
ができる。層４８は窒化シリコン、オキシ窒化シリコン
またはアルミナとすることができ、層５２は、リン、ゲ
ルマニウム、窒素またはチタンでドープしたシリカとす
ることができる。層４８、５０、５２及び５４はＬＰＣ
ＶＤまたはＰＥＣＶＤによって堆積することができ、層
４４は、優れた光学的特性を有するように、基板の熱酸
化により形成することができる。
【０１１３】図８に示した構造体は２つの極めて異なる
伝搬モードを有する。この構造体が機能し得るためには
、層４８の厚さが単モードであるための最大値、即ち窒
化シリコン層に使用される波長の関数として約０．０５
〜０．４μｍより小さく、且つ、層５２の厚さも、単モ
ードであるための最大値以下、即ち使用される波長の関
数として約１〜８μｍ以下であるべきであり、屈折率変
化は異なる層の間にあらねばならない。
【０１１４】更に、層４４の厚さｅ１は、基板４６の導
波路Ａ及びＢの２つの伝搬モードの独立を保証するもの
であらねばならない。更にこの厚さは、層５２中を伝搬
する最低の拘束特性の導波モードのエバネッセント波の
侵入深度を越えている必要がある。これは典型的にはｅ
１は１２〜１５μｍより大きい。
【０１１５】層５０の厚さは格子の結合力を規定するも
のであって、０でもよい（図１１）。２つの導波モード
の結合は、層５０の厚さとともに低下する。シリカ層が
３μｍ以上で且つ窒化シリコン層４８が厚さ約５０ｎｍ
であると、結合はもはや存在しない。層５４の厚さは限
定的でない。
【０１１６】特に層４４、４８、５０、５２及び５４の
厚さはそれぞれ、８〜１５μｍ、５０〜２００ｎｍ、０
．３〜２μｍ、１〜８μｍ及び２〜１０μｍである。
【０１１７】前述のごとく、格子の間隔及び格子におけ
る入射角は、屈折率変化の大きい構造体から屈折率変化
の小さい構造体へと結合された光エネルギが屈折率変化
の大きい構造体に戻り得ないために、格子４０が反射モ
ードにおいて動作し得るように選択される。
【０１１８】格子を介しての構造体Ａと構造体Ｂとの結
合は、ｋＡ＋ｋＲ＝ｋＢであって、｜ｋＡ｜＝（２π／
λ）ｎＡ，｜ｋＢ｜＝（２π／λ）ｎＢ、且つ｜ｋＲ｜
＝２π／ｐ〔式中、ｎＡ及びｎＢは導波構造体Ａ及びＢ
の実効屈折率であり、λは入射光の波長であり、ｐは格
子間隔であり、ｋＡ，ｋＢ及びｋＲは構造体Ａ，Ｂ及び
格子のベクトルである〕のときに可能となる。
【０１１９】特定の場合には、格子の間隔ｐを大きくし
てその構築を容易にするために、格子４０を、＋１また
は−１以外の次数で機能させることができる。これは、
使用するより低い次数が存在しない特定の入射角でのみ
可能である。
【０１２０】図８に示したように結合格子４０は、その
高さ／幅の比が最低でも０．５である平行な溝４２を形
成するように、導波層５２を堆積する直前に層５０をエ
ッチングし、次いで層５２を図２に関連して記載したよ
うにＬＰＣＶＤまたはＰＥＣＶＤによって堆積すること
により得ることができる。
【０１２１】層５２を堆積する際に溝４２内に形成され
た、気泡２７で充填されたキャビティ４１によって、２
つの導波構造体の結合が保証される。実際には１０〜３
０個のキャビティ４１があり、格子間隔は０．３〜３μ
ｍである。
【０１２２】図９は、２つの導波構造体の結合を保証す
る回折格子の別の実施態様を示す。この実施態様におい
てはエッチングした層５０上に、層５４を堆積した後に
金属を除去する際に、基板４６と、層４４、４８、５０
及び５２と、場合によっては層５４とに対して選択的に
エッチングされ得る金属層を堆積する（図９のａ）。次
いでこの層を、層５０中に設けられた溝４３に対面して
いる金属３８ｂのみを残すようにエッチングする。この
金属層のエッチングに次いで、図２及び図７に関連して
記載したように層５２及び５４を堆積する。明らかに、
金属を完全に除去した後に層５４を堆積することもでき
る。
【０１２３】最後に、金属３８ｂの上方で層を横切る少
なくとも１つの孔を通して、アルミニウム層に対しては
オルトリン酸を用いて金属３８ｂを除去し、Ｓｉ／Ｓｉ
Ｏ２／Ｓｉ３Ｎ４／ＳｉＯ２／＋になるようにドープし
たＳｉＯ２／ＳｉＯ２の導波構造体を得る。当初は金属
３８ｂで占有されていたスペース、特に溝４３に空気２
７を充填する（図９のｂ）。
【０１２４】更に、導波層４８全体の上に金属層３８を
直接堆積する図１０に示した方法で結合格子を製造する
こともできる。次いで、平行な等間隔の金属スタッド３
８ｃを形成するように、層３８の実質的に異方性のエッ
チングを行なう。アルミニウム層に対する異方性エッチ
ングは、エッチング剤として塩素化カスを使用する乾式
法、またはオルトリン酸を使用する湿式法によって実施
される。
【０１２５】次いで、前述のごとく層５０、５２及び５
４の堆積を順次実施する。この後、湿式法を使用してエ
ッチングした金属スタッド３８ｃを除去し、空気で充填
したキャビティ４５を形成する。
【０１２６】層５２及び５４はこの場合には、金属スタ
ッド除去の前または後に与えることができる。除去する
ために金属スタッドは、層５０中に設けられた金属３８
へのアクセスを与える少なくとも１つの孔を介して、該
素子の有効領域の外側にある層５０中で連通している。
【０１２７】この方法では、格子間隔が極めて小さい１
μｍ以下の場合には金属スタッド３８ｃの除去には所定
の困難が生じ得る。この困難は、図９に関連して記載し
た方法を用いる場合には生じない。
【０１２８】図１０に示した実施態様においては層５０
は、図１１に示したように厚さを０とし得る。この場合
には層５２を金属スタッド３８ｃ上に直接堆積する。層
５４の堆積の前または後に、前述のごとくスタッドを除
去する。
【０１２９】図９の実施態様において層５０を除去する
ことも可能である。この場合には、平行な溝４２を形成
してある層４８上に金属層を堆積する。
【０１３０】図５と図８〜図１１とは、一定の間隔を有
し、その結果コリメートされた入射ビームで機能する格
子を示している。コリメートされていない、即ち点源と
係合する入射ビームに対しては、本発明の集積レンズま
たは鏡タイプのコリメート光学素子に関して示したもの
と同一の格子を使用するか、その線が楕円形または放物
形である格子を使用するか、または、結合及び結像機能
の両方を保証する可変間隔の格子を使用することができ
る。このことにより、所定の場合には、仕上がりの光学
回路の素子の数を減らすことが可能となる。
【０１３１】本発明の結合格子の結果として、偏波セパ
レータまたは偏波コンバータを製造することができる。
【０１３２】即ち屈折率変化の小さい導波構造体は、屈
折率変化の大きい導波構造体の場合とは違って入射ビー
ムの偏波には鈍感である。屈折率変化の小さい構造体に
おいて導波モードの横断方向電気ＴＥまたは横断方向磁
気ＴＭの偏波を空間的に分離したり、より単純にはその
うちの１つを選択することは極めて困難である。
【０１３３】ところがこれが、前述のごとく２つの導波
路を重ね合わせ、本発明の格子によって結合することに
より可能となる。
【０１３４】更に、特許ＦＲ−Ａ−２　　６０６　　９
２１号に記載のような読取り／書込み磁気ヘッドと協働
する光読取り回路のための偏波コンバータを製造するこ
ともできる。
【０１３５】網構造のキャビティ内に含まれる空気を、
その屈折率を電気的及び／または光学的に変更し得る別
の気体または液体で置き換え得ることは明らかである。
【０１３６】更に、前述の格子を製造する方法は、本発
明の鏡、分割プレート及びレンズの製造にも適用し得る
。
【０１３７】最後に本発明の素子は、前述した以外の材
料で製造することもでき、特にタンタル酸リチウム及び
ニオブ酸リチウムとすることができる。
【０１３８】図１２は、Ｓｉ／ＳｉＯ２／Ｓｉ３Ｎ４／
ＳｉＯ２の導波構造体中に製造された本発明の超小型導
波路を示す。この超小型導波路はその上方ＳｉＯ２層５
０内に２つの空気充填キャビティ２６ｆ及び２６ｇを有
する。空気と層５０のシリカとの屈折率の差によって、
優れた光の横方向拘束が保証される。これらのキャビテ
ィは、層５０中に２つの平行な溝２２ｄ及び２２ｅを形
成し、次いでドープしていないＳｉＯ２層２８をＬＰＣ
ＶＤまたはＰＥＣＶＤによって堆積することにより得ら
れる。
【０１３９】図９及び図１０に関連して記載した方法に
よって導波路の下方層４４中に２つの空気充填キャビテ
ィを形成することにより、光の横方向拘束を保証するこ
ともできる。溝は層５０または４４の全部または一部に
形成することができるが、導波層４８内には形成できな
い。
【０１４０】図１３は、その反射係数を電気的に制御し
得るビーム分割プレートタイプの本発明の能動素子の別
の実施態様を示す。この素子は、Ｓｉ／ＳｉＯ２／＋に
なるようにドープされたＳｉＯ２／ＳｉＯ２の導波構造
体中に製造されている。
【０１４１】この素子はその導波層１８内に有機ポリマ
ー５６が充填された溝２２ｆを有しており、このポリマ
ー５６の屈折率は、導波構造体の層、特にポリマー５６
と平行なアルミニウム電極５８及び６０を介して電圧を
印加することにより変更し得る。
【０１４２】上方電極５８は、導波路の上方層２４上に
ポリマー５６と対面して置かれており、下方電力６０は
、この場合には実用上の理由により同じ組成を有する２
つの層１６ａ及び１６ｂの積重ね体によって構成されて
いる層１６内に位置している。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の集積光学素子ビーム分割プレートの概略
図である。
【図２】本発明の集積光学素子分割プレートの製造の種
々の段階を示す概略図である。
【図３Ａ】本発明の分割プレートの構造変形例である。
【図３Ｂ】本発明の分割プレートの構造変形例である。
【図４】本発明の集積光学素子鏡の概略図である。
【図５】本発明の回折格子の概略図である。
【図６】その充填材料の屈折率を電気的に変更し得る本
発明の２つの能動素子の概略図である。
【図７】本発明の第２の実施態様に従う分割プレートの
種々の製造段階を示す概略図である。
【図８】本発明の実施態様に従う異なる導波モード分布
を有する２つの導波路の積重ね体を同方向結合するため
の回折格子の種々の製造段階を示す概略図である。
【図９】本発明の別の実施態様に従う異なる導波モード
分布を有する２つの導波路の積重ね体を同方向結合する
ための回折格子の種々の製造段階を示す概略図である。
【図１０】本発明の更に別の実施態様に従う異なる導波
モード分布を有する２つの導波路の積重ね体を同方向結
合するための回折格子の種々の製造段階を示す概略図で
ある。
【図１１】本発明の更に別の実施態様に従う異なる導波
モード分布を有する２つの導波路の積重ね体を同方向結
合するための回折格子の種々の製造段階を示す概略図で
ある。
【図１２】本発明に従う光学超小型導波路の概略図であ
る。
【図１３】電気的に制御可能な本発明に従う能動素子の
別の実施態様を示す概略図である。
【符号の説明】
２，１４，４６　　シりコン基板 ３，１６，４４　　下方層 ４，１８　　　　　　　　導波層 ５，２４，５４　　上方層 ２２，２２ａ　　溝 ２６，２６ａ　　キャビティ ３４，３６　　電極

Claims (26)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　外界から隔絶されており且つ光導波路
    の少なくとも１つの層中に形成された少なくとも１つの
    密閉キャビティを有する外界から保護された集積光学素
    子であって、前記キャビティが、前記層とは異なる屈折
    率を有する材料または前記層とは異なる屈折率にし得る
    材料で充填されていることを特徴とする光学素子。
  2. 【請求項２】　　前記材料が、気体、ＣＳ２及び有機ポ
    リマーから選択されていることを特徴とする請求項１に
    記載の光学素子。
  3. 【請求項３】　　前記材料が前記層より小さい屈折率を
    有することを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
  4. 【請求項４】　　前記材料が気体であることを特徴とす
    る請求項１に記載の光学素子。
  5. 【請求項５】　　前記材料が空気であることを特徴とす
    る請求項１に記載の光学素子。
  6. 【請求項６】　　前記材料の屈折率が電気的及び／また
    は光学的に変更可能であり、前記屈折率を変更する手段
    が備えられていることを特徴とする請求項１に記載の光
    学素子。
  7. 【請求項７】　　前記キャビティの高さ／幅の比が０．
    １以上であることを特徴とする請求項１に記載の光学素
    子。
  8. 【請求項８】　　前記キャビティの高さ／幅の比が１〜
    ５であることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
  9. 【請求項９】　　基板上に積重ねられた下方層と、導波
    層と、上方層と、カバー層とを備えており、前記導波層
    が前記下方層、上方層及びカバー層よりも大きい屈折率
    を有しており、前記キャビティが、前記下方層、導波層
    及び上方層の少なくとも１つのなかに位置していること
    を特徴とする請求項１に記載の光学素子。
  10. 【請求項１０】　　光導波路が、上方層と、下方層と、
    その間に位置する窒化シリコン、その屈折率を増大する
    ドーピング剤でドープされたシリカまたはＳｉＯｘＮｙ
    （０＜ｘ＜２及び０＜ｙ＜４／３）である導波層とを含
    むことを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
  11. 【請求項１１】　　相互に平行に設けられ且つ前記材料
    で充填された幾つかのキャビティを含んでおり、前記キ
    ャビティが格子線を構成していることを特徴とする回折
    格子タイプの請求項１に記載の光学素子。
  12. 【請求項１２】　　前記キャビティが、前記導波層また
    は上方層中に位置していることを特徴とする請求項１１
    に記載の格子タイプ光学素子。
  13. 【請求項１３】　　前記キャビティが前記光導波路の上
    方層から下方層まで延伸していることを特徴とする鏡タ
    イプの請求項１に記載の光学素子。
  14. 【請求項１４】　　前記キャビティが実質的に前記光導
    波路の上方層中に位置することを特徴とするスプリッタ
    タイプの請求項９に記載の光学素子。
  15. 【請求項１５】　　前記材料で充填された２つの平行キ
    ャビティを含むことを特徴とする超小型導波路タイプの
    請求項１に記載の光学素子。
  16. 【請求項１６】　　屈折率変化がかなり異なる第１及び
    第２の光導波路の積重ね体を結合するためのカプラタイ
    プの請求項１に記載の光学素子であって、前記第１の導
    波路が、第１の上方層と、第１の下方層と、前記第１の
    上方層及び第１の下方層の間にあって且つこれら２つの
    層より大きい屈折率を有する第１の導波層とで構成され
    ており、前記第２の導波路が、第２の上方層と、第２の
    下方層と、前記第２の上方層及び第２の下方層の間にあ
    って且つこれら２つの層より大きい屈折率を有する第２
    の導波層とで構成されており、前記第１の上方層と前記
    第２の下方層とが１つの同じ結合層を構成しており、前
    記結合層内には、該結合層とは異なる屈折率の材料また
    は該結合層とは異なる屈折率にし得る材料を含む幾つか
    のキャビティが設けられていることを特徴とする光学素
    子。
  17. 【請求項１７】　　前記第１及び第２の下方及び上方の
    層がシリカであり、前記第１の導波層がＳｉ３Ｎ４また
    はＳｉＯｘＮｙ（０＜ｘ＜２及び０＜ｙ＜４／３）であ
    り、前記第２の導波層のシリカが、その屈折率を増大す
    るドーピング剤でドープされており、前記キャビティに
    は空気が充填されていることを特徴とする請求項１６に
    記載の素子。
  18. 【請求項１８】　　屈折率変化がかなり異なる第１及び
    第２の光導波路の積重ね体を結合するためのカプラタイ
    プの請求項１に記載の光学素子であって、前記導波路が
    積み重なった第１、第２、第３及び第４の層を有してお
    り、前記第２及び第３の層がそれぞれ前記第１及び第２
    の導波路の導波層を構成し且つ前記第１及び第４の層よ
    りも大きい屈折率を有しており、更に前記第２の層の屈
    折率が前記第３の層のものとは異なり、前記第３の層が
    、該第３の層とは異なる屈折率の材料または該第３の層
    とは異なる屈折率にし得る材料で充填されたキャビティ
    を有することを特徴とする光学素子。
  19. 【請求項１９】　　前記第１及び第４の層がシリカであ
    り、前記第２の層がＳｉ３Ｎ４であり、前記第３の層が
    、その屈折率を増大するドーピング剤でドープされたシ
    リカであり、前記キャビティには空気が充填されている
    ことを特徴とする請求項１８に記載の素子。
  20. 【請求項２０】　　支持体上に少なくとも１つの第１の
    層を堆積する段階と、前記第１の層中に、その高さ／幅
    の比が０．５以下である少なくとも１つの溝を形成する
    段階と、エッチングした第１の層上に第２の層を化学蒸
    着（ＣＶＤ）し、溝内に、空気が充填された密閉キャビ
    ティを形成する段階とを含むことを特徴とする請求項１
    に記載の光学素子を製造する方法。
  21. 【請求項２１】　　前記第２の層をプラズマ支援ＣＶＤ
    または低圧ＣＶＤによって堆積することを特徴とする請
    求項２０に記載の方法。
  22. 【請求項２２】　　前記第１及び／または第２の層を流
    動性にするためにそれらに熱処理を実施することを特徴
    とする請求項２０に記載の方法。
  23. 【請求項２３】　　（ａ）支持体上に少なくとも１つの
    第１の層を堆積する段階と、（ｂ）前記第１の層中に少
    なくとも１つの溝を形成する段階と、（ｃ）前記溝の内
    部及びその上に、前記支持体、前記第１の層及び第２の
    層に対して選択的に除去し得る中間材料を堆積する段階
    と、（ｄ）前記段階（ｃ）で得られた構造体上に第２の
    層を堆積する段階と、（ｅ）前記中間材料を除去し、前
    記溝内に、空気が充填されたキャビティを形成する段階
    とを含む請求項１に記載の光学素子を製造する方法。
  24. 【請求項２４】　　（Ａ）支持体上に第１の層を堆積す
    る段階と、（Ｂ）前記第１の層、第２の層及び前記支持
    体に対して選択的にエッチングされ得る中間材料層を前
    記第１の層上に堆積する段階と、（Ｃ）少なくとも１つ
    の中間材料スタッドを形成するために前記中間層をエッ
    チングする段階と、（Ｄ）前記段階（Ｃ）で得られた構
    造体上に第２の層を堆積する段階と、（Ｅ）前記中間材
    料スタッドを除去し、前記スタッドがあったところに、
    空気が充填された密閉キャビティを形成する段階とを含
    む請求項１に記載の光学素子を製造する方法。
  25. 【請求項２５】　　前記キャビティ内に、前記第１及び
    第２の層とは異なる屈折率を有するかまたは前記第１及
    び第２の層とは異なる屈折率にし得る、空気以外の流体
    を注入することを特徴とする請求項２０に記載の方法。
  26. 【請求項２６】　　前記キャビティ内に重合可能な液体
    有機モノマーを注入し、前記有機モノマーを重合するこ
    とを特徴とする請求項２０に記載の方法。
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