JPH0572432A - 単一モード空間集積光学フイルターおよびその実施方法 - Google Patents

単一モード空間集積光学フイルターおよびその実施方法

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JPH0572432A
JPH0572432A JP3142158A JP14215891A JPH0572432A JP H0572432 A JPH0572432 A JP H0572432A JP 3142158 A JP3142158 A JP 3142158A JP 14215891 A JP14215891 A JP 14215891A JP H0572432 A JPH0572432 A JP H0572432A
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JP
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film
refractive index
optical filter
waveguide
micro
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Application number
JP3142158A
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Pierre Gidon
ピエール ギドン
Jean-Pierre Jadot
ジーン−ピエール ジヤドー
Stephane Renard
ステイフアン レナール
Serge Valette
セルシ゛ユ ゛アレツト
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Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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Commissariat a lEnergie Atomique CEA
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    • 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
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 単一モード集積光学導波路に侵入するすべて
の迷光を取り除く為の光学フィルターおよびその実施方
法を提供することである。 【構成】 光学フィルターは光単一モードからなり、該
モードは基板２によって支持され、該基板面３と平行な
面に沿ってすくなくともひとつの湾曲部分とふたつの光
吸収材８、１０とを有している。湾曲部分の半径は第１
と第２のモードのカーブ（湾曲）における損失がそれぞ
れ第１光モードが無視できるほど小さく、第２迷光モー
ドがきわめて大きくなるように設定され、またふたつの
光吸収材はある特定の平面内部でマイクロ導波路の湾曲
部分の両側に配置され、吸収された迷光がふたたびマイ
クロ導波路に侵入しないように各吸収材の側面は歯状形
となっている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、集積光学の単一モー
ド空間フィルターおよびその実施方法に関するものであ
る。さらに詳しくは、スペクトル分析器、干渉計、もし
くはレーダ信号のリアルタイム処理に利用されるもので
ある。また、光チャンネル通信と光ファイバーセンサー
にも利用可能である。
【０００２】
【従来の技術】
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の光学において
は、空間フィルターによって回析現象（干渉環）と関連
した欠陥を取り除いた光ビームを獲得することが可能と
なる。
【０００４】集積光学においては、問題点はいささか異
なっている。すなわち、集積光学における問題は導波路
から単一モードを分離することを含み、そのモードが導
波路のガイド膜内部まで及ぶことが可能な単一モードで
あることを保証することにある。
【０００５】一般的に、導波路はバッファー膜（緩衝
膜）、ガイド膜（導波膜）およびアッパー膜（上部膜）
からなり、これらの膜すべては同一の基板の上に重ねら
れ、前記ガイド膜はバッファー膜、アッパー膜よりも大
きい実屈折率（実効屈折率）を有する。ある場合には、
アッパー膜は空気に置き換えることが可能である。
【０００６】集積光学においてモードを分離することは
比較的単純であると思われるかもしれない。実際、光マ
イクロ導波路は単一の導波モードを有するように簡単に
計算され、実施されることも可能である。しかし以上の
要因は次のふたつの点におおいに依存している。
【０００７】第一点目。理論上、もし伝搬メディアが吸
収材の役目をしなければ、導波モードは零損失（nil lo
sses）のモードである。
【０００８】実際、最善の実施例の場合でも約０．０５
ｄＢ／ｃｍないし０．２ｄＢ／ｃｍの損失は存在する。
【０００９】この導波モードと平行して、集積光学導波
路構造物内部で伸びる光に関して他の可能性が存在す
る。これらは理論上の損失がもはや零ではない基板モー
ドである。従ってこれらは導波路において部分的な反射
を受けるだけであり、この理由によりエネルギーの一部
が基板に漏れてその損失を招く。
【００１０】これらの基板モードは理論的にも当のマイ
クロ導波路構造物においても存在し、この理論的損失は
数ｄＢ／ｃｍから数十ｄｂ／ｃｍの間を変化可能であ
る。このことは短い距離（１００μｍないし数ミリメー
タ）に渡ってそれらの減衰が依然としてわずかであるこ
とを意味している。従って、それらはある場合にはきわ
めて不都合である迷光を発生する。
【００１１】マイクロ導波路の形と大きさがアッパー膜
のエッチングによって定まるある種のマイクロ導波路
（リブ導波路またはリブチャンネル導波路の名前で知ら
れる導波路構造物）にとって、光はまた導波路外部で平
面として導かれる（planary-guided）ことも可能であ
る。これは出願人の実験室で開発されたＳｉ／ＳｉＯ２
／Ｓｉ３Ｎ４／ＳｉＯ２構造物の場合である。これらの
構造物においては、光は有効高屈折率領域に（すなわち
エッチングされたアッパー膜の下に）閉じこめられてい
るが、特にマイクロ導波路への光の注入が完全でない場
合に光は隣接領域に導かれることもある。
【００１２】第二点目の問題。単一モード導波路のなか
へ光を注入することは実際上可能ではなく、可能なのは
この導波構造物のなかへ導かれるモードを励起すること
だけである。注入する為にはその構造物の導波モードの
分布と厳密に等しくかつ導波モードに重ねて（単一モー
ド光ファイバーによってかレーザーダイオードを使用し
て）光振幅の分布を注入することが必要である。しかし
このことは技術的に実施することが不可能である。
【００１３】さらにある種の集積光学構成要素それ自身
はその固有の欠陥（表面の不均一、点欠陥 punctual de
fects）の為に迷光を発生する。またマイクロ導波路の
なかへ光を注入することがたとえ完全であったとしても
問題は依然として存在し、次の欠点に帰着する。すなわ
ち、 ａ）迷光が含まれる割合の増加と、 ｂ）この迷光による光信号の不安定性が導かれた光を干
渉することもある、ことである。含まれる異なった実効
屈折率の為に外部干渉は導かれたモードの位相と同一に
作用しないし、連続変動を引き起こす迷光の位相とも作
用しない。
【００１４】この問題は主として迷光に敏感なきわめて
複雑な装置、例えば、干渉計（変位センサー、集積光学
回転計）においても同様にあらわれる。
【００１５】
【発明の目的】本発明の目的は単一空間集積光学フィル
ターおよび上述したようなさまざまな欠点を克服するよ
うな実施方法を提供することである。特にこのフィルタ
ーは単一モード集積光学導波路に侵入するいかなる迷光
をも除くことを可能とする。
【００１６】特に本発明の目的は第１の光モードを分離
し第２の迷光モードを取り除く為の単一空間集積光学フ
ィルターに関するものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】この発明においてこのフ
ィルターは光単一モードからなり、該モードは基板によ
って支持され、該基板面と平行な面に沿って少なくとも
ひとつの湾曲部分とふたつの光吸収材とを有している。
湾曲部分の半径は第１と第２のモードのカーブにおける
損失がそれぞれ第１モードが無視できるほど小さく、第
２モードが極めて大きくなるように設定され、またふた
つの光吸収材はある特定の平面内部でマイクロ導波路の
湾曲部分の両側に配置されている。
【００１８】マイクロ導波路の形によっていかなる迷光
をも取り除くことを可能となる。実際上はマイクロ導波
路のすぐ近くで発生した迷光のみが除かれる。加えて、
基板で発生した迷光かもしくはマイクロ導波路の入口の
両側で発生したプラナル形導波モード（planary guided
mode）のみが一列になって進むことが可能である。
【００１９】また、たとえマイクロ導波路が厳密に単一
モードでないとしても（例えば、技術上の不精度の為
に）、マイクロ導波路の湾曲部分の為に多くの選択性が
生じる。なぜならこの湾曲部分における損失は導波モー
ドの間で完全に異なり、第１のモードが最小の損失を有
するモードだからである。
【００２０】マイクロ導波路の湾曲の半径およびさまざ
まな直線部分の長さは好ましくは基板の表面と平行な面
内部で計測されるマイクロ導波路の入口と出口の間で最
小間隔Ｄを有するように計算される。
【００２１】マイクロ導波路はさまざまな形を持つこと
が可能である。しかしながら集積光学で実施される装置
は一般的には、形、大きさ、および構成要素の配置に応
えるように恣意的な方向を持った光軸を有する。
【００２２】また、本発明のフィルターのマイクロ導波
路は基板の表面と平行な面内でほぼＳ字の形状を有す
る。本明細書の以下においてＳ形のマイクロ導波路に特
定して述べられることはひとつの湾曲（single curve）
を有するマイクロ導波路にも当然有効である。そのひと
つの範囲は上で述べられた定義を満足する湾曲の半径を
有する範囲である。
【００２３】吸収材によって迷光を十分に吸収する為に
は吸収材は湾曲部分に沿ってすなわちＳ字に沿って十分
好都合に伸びる。
【００２４】さらに、迷光が吸収材の境界面に反射しマ
イクロ導波路に再び注入されるのを避ける為にマイクロ
導波路の反対側の各吸収材の表面は歯がつけられるか、
刻み目を入れられる。
【００２５】実際、吸収材は導波モードの屈折率の実数
部を変え、従って屈折率の不連続を生み出し、その結
果、潜在的な迷光反射となる。これら吸収材の歯状もし
くは刻み目状の形によって導かれた光の伝搬方向にすな
わちマイクロ導波路の方向に迷光が発生することが不可
能になることが保証される。
【００２６】さらに、吸収材はなんらかの迷光捕獲を避
ける為に幾何学的形を有することを必要とする。そして
特にその光の伝搬軸（つまりフィルターの光軸）をはさ
んで幾何学的非対称形を有することを必要とする。加え
て吸収材の歯または刻み目は不規則に間隔が取られてい
る。
【００２７】Ｓ形マイクロ導波路の使用およびその入口
と出口間の最小間隔Ｄは次の事実、すなわち吸収材は伸
びていくべき光もまた吸収するので吸収材をマイクロ導
波路のすぐ近くに置くことはできない、ということから
生じる。また、吸収材とマイクロ導波路との間に、もっ
と詳しくは鋸状歯とマイクロ導波路の端の間に歯状吸収
材がある場合には観測される最小間隔ｄ が存在する。
【００２８】この最小間隔は使用される導波路と吸収材
の歯の深さに依存している。望ましくは伝搬すべきモー
ドの吸収を避けている間それはできるだけ小さいことが
必要である。実際上、基板の表面と平行な面内で計測さ
れるこの最小距離は３μｍないし１０μｍである。
【００２９】ｂをマイクロ導波路の幅とした時、第１の
近似式においてＤ〉２ｄ＋ｂとなる。実際にはこの不等
式が十分成り立つように安全の為の十分な余地がとられ
ている。
【００３０】しかしながら湾曲の半径は効果的なフィル
タリングの為に決定されるので、望ましくはこの半径が
かかるフィルターを備えた集積光学装置全体のスペーシ
ングに逆に影響するぐらい大きすぎるものであってはな
らない。
【００３１】実際、Ｄは２０μｍないし５０μｍの値を
とる。
【００３２】”Ｓ”の湾曲の半径は前述したように導波
路の構造に依存しており、主として左右の屈折率差（真
正のマイクロ導波路にとっての実屈折率差、または”リ
ブ導波路”にとって実効的な屈折率差）に依存してい
る。
【００３３】一例として屈折率差が５．１０ー３の場
合、”Ｓ”の湾曲の最小半径は５ｍｍないし１５ｍｍで
あり、屈折率差が５．１０ー２の場合は湾曲の最小半径
は０．２ｍｍないし２ｍｍであり、含まれている形に依
存している。従って湾曲の半径は屈折率差が増加する時
減少する。
【００３４】吸収材の性質は主として導波路に含まれて
いる屈折率差に依存しており、かつ活性波長に依存して
いる。
【００３５】屈折率差が大きい場合、すなわち０．１以
上（通例０．１ないし０．５）の場合、吸収材は金属か
らなり特にアルミニウム、チタニウム、銀、クロム、合
金などでありこれらの厚さは例えば１０ｎｍないし５０
０ｎｍが可能である。
【００３６】もし導波路における当の屈折率差が僅か、
すなわち０．０２以下であり典型的には５．１０ー３と
２．１０ー２の間である場合、吸収材として次のふたつ
の実施例が可能である。
【００３７】第１実施例によれば、これらの吸収材は上
述したような金属のひとつからなり、基板の表面に直角
な方向に沿って計測される僅かな厚さを有し、この厚さ
は使用される金属内部へ迷光が差し込む深さ以下であ
る。一般的には、この厚さは２０ｎｍ以下であり５ｎｍ
ないし１５ｎｍである。
【００３８】金属内部での繰り返し反射が可能となると
いう事実によりこの薄い金属は前述のよりもより高い吸
収を考慮に入れている。最高の金属の厚さは特にその金
属の吸収係数に依存している。
【００３９】一例としてアルミニウム吸収材ではこの最
高の厚さは５ｎｍである。
【００４０】有利なことには、この薄い金属膜はなんら
かの非導体によって覆われることが可能である。吸収材
を構成する為に金属膜と関連して使用されることが可能
な非導体としては、シリカ、にかわ、またはＰＭＭＡ
（ポリメタクリル酸メチル）のような光ポリマーが可能
である。
【００４１】僅かな屈折率差を持った導波路の吸収材の
第２の実施例に拠れば、吸収する非導体物質または半導
体物質が使用され、その実屈折率ｎはアッパー膜の実屈
折率ｎ’ に近く、その見かけ上の屈折率（虚屈折率）
ｎ”は等式ｎ”２≦（ｎ−ｎ’）２を満足する。
【００４２】これにより吸収材と導波路の交差面での光
の反射が最小となり、吸収媒体に向かってそれらが逃げ
るのを促進する。
【００４３】空間フィルターを実施する為に使用される
導波路はどんなタイプでもかまわない。特に複合集積光
装置におけるフィルターに関連した光構成要素の導波路
に従ってそれらは選択される。
【００４４】特に導波路はガラス、リチウムニオベイト
および例えば構造物IIIーＶまたはIIーＶIのような半導
体複合膜構造物において実施される。例えば次のような
構造物のひとつを使用することが可能である。
【００４５】ーーガラス／イオンがドーピングされたガ
ラス／ＳｉＯ２ ーーＳｉ／ＳｉＯ２／Ｓｉ３Ｎ４／ＳｉＯ２ −−Ｓｉ／ＳｉＯ２／ＳｉＯｘＮｙ／ＳｉＯ２（ただし
０＜ｘ＜２かつ０＜ｙ＜４／３） ーーＳｉ／ＳｉＯ２／ドーピングされたＳｉＯ２／Ｓｉ
Ｏ２、ガイド膜のドーパーは例えばリン、ゲルマニウ
ム、チタニウム、もしくはチッソのような隣接した膜の
屈折率よりもガイド膜が大きい屈折率を有するように選
択される。 Ｓｉ３Ｎ４ガイド膜をアルミニウムと置き
換えることも可能であり、かつ／また例えば、フッ素、
ホウ素のようにシリカの屈折率を減じるドーパーによっ
て、またはシリカの屈折率を増大するドーパーによって
導波路のバッファー膜とアッパー膜として使用されるシ
リカをドーピングすることも可能である。もちろんガイ
ド膜はアッパー膜、バッファー膜の屈折率以上であるこ
とが必要である。
【００４６】吸収材を構成する為にのみ考案され、かつ
本発明において使用可能な吸収性非導体には例えば、感
光性樹脂または染色剤によってドーピングされたポリマ
ー（例えばＰＭＭＡ）がある。約800nmの活性波長用に
は、Lambda Physik会社によって商品化された染色剤と
してStyry-9またはStyry-8が使用されている。赤色スペ
クトルにおける活性波長用には、染色剤として例えばLa
mbda Physik社によって商品化されたローダミンＢ又は
ローダミン６ーＧを使用することが可能である。
【００４７】この吸収性非導体物質は、使用される波長
に対応したケイ素、カドミウムテルル、またはガリウム
ヒ素のような吸収性半導体と置き換えることが可能であ
る。しかしながらこれらの半導体は前述のアッパーシリ
カ膜の場合と同じ好ましい実屈折率を正確には満足しな
い。
【００４８】前述の導波路において、マイクロ導波路は
アッパー膜およびガイド膜のエッチングによって定義さ
れる。
【００４９】マイクロ導波路の形を定める為に導波路の
アッパー膜がエッチングされる時、アッパー膜とほぼ等
しい屈折率を有する非導体によって光学フィルターを保
護することが好ましい。
【００５０】しかしながら、本発明はまた、マイクロ導
波路が保護されていない光学フィルターにも利用するこ
とが可能である。以上のような状態のもとで、吸収材は
吸収性膜で形成され、ガイド膜によって直接支持され、
エッチングされたアッパー膜の両側に配置されている。
【００５１】マイクロガイドが十分に保護されている
時、吸収材はマイクロガイドを十分に被覆するひとつの
吸収膜で構成されてよい。
【００５２】マイクロ導波路と吸収材を保護することが
可能な光学フィルターの最外側の膜を構成している保護
用の光導体を提供することも可能である。
【００５３】本発明の目的はまた前述したような単一モ
ード光学フィルターを実施する為の方法を提供すること
でもある。
【００５４】この方法は、基板の上に光マイクロ導波路
を形成することからなるのを特徴とし、かつ、マイクロ
導波路の湾曲部分の両側の一定の面内にふたつの光吸収
材を形成することからなるのを特徴とする。該マイクロ
導波路は、基板の表面に平行な面内に沿って少なくとも
ひとつの湾曲部分を有し、その湾曲の半径は、第１およ
び第２モードの湾曲における損失がそれぞれ、第１モー
ドがわずかであり、第２モードがきわめて大きいように
設定されている。
【００５５】第１実施例によれば、本発明の方法は次の
段階を含む。
【００５６】ａ）基板の上に第１膜を被覆すること。
【００５７】ｂ）マイクロ導波路を形成するように、該
第１膜をエッチングすること。
【００５８】ｃ）段階ｂで得られた構造物の上に第１膜
の屈折率とほぼ同じ屈折率を有する第２膜を被覆するこ
と。
【００５９】ｄ）吸収材の形を定める為にマイクロ導波
路の両側に第２膜をエッチングすること。
【００６０】ｅ）段階ｄで得られた構造物の上に吸収性
膜を被覆すること。
【００６１】ｆ）そして可能であれば、吸収材の範囲を
定める為に、吸収性膜をエッチングすること。
【００６２】第１実施例の第１変形例によれば、本発明
の方法は次の段階を含む。
【００６３】Ａ）基板の上にバッファー膜とガイド膜を
連続して被覆すること。なおガイド膜はバッファー膜よ
りも大きな屈折率を有すること。
【００６４】Ｂ）マイクロ導波路を形成する為に、ガイ
ド膜をエッチングすること。
【００６５】Ｃ）段階Ｂで得られた構造物の上にアッパ
ー膜を被覆すること。なおアッパー膜の屈折率はガイド
膜の屈折率よりも小さいこと。
【００６６】Ｄ）吸収材の形を定める為に、マイクロ導
波路の両側にアッパー膜をエッチングすること。
【００６７】Ｅ）段階Ｄで得られた構造物の上に、吸収
性膜を被覆すること。
【００６８】Ｆ）そして可能ならば、吸収材の境界を定
める為に吸収性膜をエッチングすること。
【００６９】この第１の変形例は好ましくは、導波路が
わずかな屈折率差を有する時に使用される。
【００７０】第２変形例によれば、本発明は次の段階を
含む。
【００７１】ａ′）基板の上に、バッファー膜，ガイド
膜およびアッパー膜を連続して被覆すること。なお、ガ
イド膜は、バッファー膜、アッパー膜の屈折率よりも大
きい屈折率を有すること。
【００７２】ｂ′）マイクロ導波路を形成する為に、ア
ッパー膜をエッチングすること。
【００７３】ｃ′）段階ｂ′で得られた構造物の上に保
護膜を被覆すること。なお保護膜はアッパー膜の屈折率
とほぼ等しい屈折率を有していること。
【００７４】ｄ′）吸収材の形を定める為にマイクロ導
波路の両側の保護膜をエッチングすること。
【００７５】ｅ′）段階ｄ′で得られた構造物の上に吸
収性膜をエッチングすること。
【００７６】ｆ′）可能ならば、吸収材の境界を定める
為に吸収性膜をエッチングすること。
【００７７】該第２の変形例は高屈折率差を有する構造
物に対して効果的に利用される。
【００７８】第２実施例によれば、本発明の方法は次の
段階を含む。
【００７９】Ａ′）基板の上にバッファー膜、ガイド膜
およびアッパー膜を連続して被覆すること。なお、ガイ
ド膜は、バッファー膜、アッパー膜の屈折率よりも大き
い屈折率を有すること。
【００８０】Ｂ′）マイクロ導波路を形成する為に、ア
ッパー膜をエッチングすること。
【００８１】Ｃ′）段階Ｂ′で得られた構造物の上に吸
収性膜を被覆すること。
【００８２】Ｄ′）吸収材の形を定める為に吸収性膜を
エッチングすること。
【００８３】Ｅ′）可能であれば、段階Ｄ′で得られた
構造物の上に保護膜を被覆すること。なお保護膜はアッ
パー膜の屈折率とほぼ等しい屈折率を有すること。
【００８４】該第２実施例は高屈折率差を有する構造物
の場合に、好ましくは利用される。
【００８５】
【実施例】図１および図２に示された本発明の単一モー
ド空間集積光学フィルターは、基板２上の光マイクロ導
波路（光微小導波路）４からなる。該光マイクロ導波路
は基板の表面３に平行な面Ｐの内部に湾曲部分６を有
し、この湾曲部分に沿ってふたつの吸収材８と10が伸び
ている。これらの吸収材は平面Ｐ内でマイクロ導波路の
両側に配置されている。マイクロ導波路の外の両側に
は、それぞれ歯16と18とがある。歯16と18との間隔は規
則的ではなく、フィルターの光軸17をはさんで、幾何学
的に対称性を有しないようにお互いが離されている。
【００８６】マイクロ導波路の入口Ｅと出口Ｓの間の平
面内Pで計測される左右の間隔Ｄは20μmないし50μmに
なるように選択される。さらに、各吸収材の歯の深さh
は、当のガイドモードの左右の限定（confinement）に
従い５μmないし20μmになるように選択される。最後に
マイクロ導波路の端から歯の先端までの距離dはマイク
ロ導波路の端から歯の先端までの距離を示しそれは３μ
mないし10μmである。
【００８７】図２に示されているように、最も簡単な実
施例においては、マイクロ導波路４は上層基板24として
知られているアッパー膜（上部膜）24とバッファー膜
（緩衝膜）22の間に挿入されたガイド膜（導波膜）20か
らなる。該バッファー膜22はガイド膜20と基板２の間に
設置される。バッファー膜22と上層基板24はガイド膜20
の屈折率よりも小さい屈折率を有する。
【００８８】図２に示された実施例は、主として高い屈
折率差すなわちガイド膜とアッパー、バッファ膜との間
に0.1以上の屈折率差を持った導波路の為に考案された
ものである。
【００８９】この明細書の以下においては、屈折率は80
0nmの活性波長に対するものである。
【００９０】一例として、基板２は単一結晶シリコンか
ら形成される。すなわち、バッファー膜22はシリコンか
ら形成される。バッファー膜22シリコン酸化物であり、
１μmないし12μmの厚さで非意図的に（not intentiona
lly）ドーピングされ、基板の高圧熱酸化またはプラズ
マ化学蒸着（PECVD)することによって得られる。ガイド
膜20は100nmないし400nmの厚さを持ったシリコン窒化物
の膜であり、低圧化学蒸着(LPCVD)またはプラズマ化学
蒸着（PECVD)によって得られる。上層基板24は厚さ１μ
mないし６μmの非意図的にドーピングされたシリコン酸
化物の膜であり、PECVDによって蒸着される。非意図的
にドーピングされたシリカは実屈折率が1.45であり、シ
リコン窒化物の屈折率は２に近い。
【００９１】シリコン窒化物ガイド膜を化学式SiOxNy
(０＜Ｘ＜２、０＜ｙ＜4/3）、屈折率がｘとｙを合成し
た1.46ないし２であるシリコン窒素酸化物と置き換える
ことが可能である。ガイド膜にはアルミニウム又はPMM
A、ポリイミドのような有機物を使用することも可能で
あり、そのアルミニウムの屈折率は1.65であり、その有
機物の屈折率は1.45ないし1.7である。
【００９２】図２の実施例においては、マイクロ導波路
の形は望ましいパターンに従って上層基板24をエッチン
グすることによって定められる。このエッチングはアッ
パー膜24の全厚さに及ぶ。
【００９３】純粋なシリカは、CHF３のプラズマで反応
性イオンエッチングにより実施される。
【００９４】吸収材８と10は金属膜からなっている。特
に陰極蒸着によって構造物すべてに被覆された厚さ約10
0nmのアルミニウム膜からなる。吸収材の形は望ましい
パターンに従って吸収性膜をドライエッチングすること
によって得られる。このドライエッチングはアルミニウ
ム用のＣＣｌ４（一般的には塩素酸塩ガス）のプラズマ
での反応性イオン型エッチングである。アルミニウム用
のH3PO4の溶液を利用することによって多湿性エッチン
グを使用することも可能である。
【００９５】マイクロ導波路４の湾曲部分６の湾曲半径
は、マイクロ導波路の直線部分の長さＬとＬ′と同様
に、第１導波モードの損失が最小で他のモードの損失が
最高となるように選択される。
【００９６】実際、マイクロ導波路４は、図３に示され
るように、上方から眺めた時、Ｓ形をしている。この第
３図ではＳ形が番号6aを作り出し吸収材８と10とがその
Ｓ形に合体している。
【００９７】基板２で発生した迷光またはマイクロ導波
路の両側の平面導波モードで発生した迷光、特にマイク
ロ導波路の入口Ｅでのマイクロ導波路と吸収材とを分離
している間隔ｄ（図２参照）で発生した迷光はまっすぐ
に進むだけである。マイクロ導波路のＳ形の為に、この
迷光は必ず吸収材により除かれる。
【００９８】図２に示された実施例において、マイクロ
導波路すなわち光学フィルターは以上のような環境から
保護されていない。フィルターの効率を高める為に、マ
イクロ導波路は一般的に光導体によって保護され使用さ
れる。
【００９９】第４図は、保護されたマイクロ導波路を使
って光学フィルターを実施する為の第１の方法を示す概
略図である。この実施例は高屈折率差（high index var
iation）を有するマイクロ導波路に関する。使用される
物質は図２で示されている物質である。
【０１００】前述された方法によって、バッファー膜2
2、ガイド膜20、アッパー膜24を連続して被覆してか
ら、従来の写真製版エッチング法に従って望ましいＳ形
に対応させながら、アッパー膜24に対して異方性エッチ
ングがなされる。
【０１０１】次に非導体26が図４のセクションａに示さ
れているように、構造物全体の上に被覆される。非導体
26は、アッパー膜24の屈折率にほぼ等しい屈折率を持つ
ことが必要である。一例として非導体はシリカで形成さ
れる。可能ならばシリカはフッ素でドーピングされ、シ
リカの屈折率を減じることが望ましい。ドーピングは単
位体積ｃｍ3あたり１０21 ないし１０22のドーピングア
トムで与えられる。
【０１０２】膜26の厚さは膜24よりも大きいことが必要
であり、一例としてその厚さは１μmないし10μmであ
る。
【０１０３】この非導体膜26はLPCVD又はPECVDによって
得られる。
【０１０４】方法の次の段階は、吸収材の望ましい歯状
形に従ってマイクロ導波路４の両側で保護膜26をエッチ
ングすることからなる。
【０１０５】同じ趣旨で（to this effect）、樹脂マス
ク27が膜26の上に写真製版により形成される。これによ
り、保持される膜26の領域をマスクすることになる。こ
のマスクはその側面上に歯を有する。これらの歯は、異
方性エッチングによって膜26に変移される。
【０１０６】このエッチングは、アタックの手段として
例えばCHF３のようなフッ化ガスを使った反応性イオン
のエッチングである。
【０１０７】マスク27を取り除いた後にできた構造物
は、図4bに示された通りである。即ち、吸収性金属膜28
が構造物全体に等方性に被覆され、吸収材を形成するよ
うに意図されている。この等方性被覆によってこの膜28
をエッチングされた膜26の歯状形に合致させることが可
能となり、吸収材の歯を形成することができる。
【０１０８】マイクロ導波路４の両側の保護膜26のエッ
チングによって、導波された迷光で吸収材を見ることが
可能となり、従ってエッチングは不可欠である。
【０１０９】保護膜のエッチングは部分的であってもか
まわない。即ち、図４の部分ｂに示されるように、ガイ
ド膜20の上の非導体の厚さＨが残っていればよい。また
は、エッチングが全体に及んでいてもかまわない。その
時Ｈ＝０である。実際上、Ｈは膜26を貫通する導波モー
ドの消滅波（dying out wave）の深さよりも小さくなる
ように選択される。特に、800nmの導波波長の場合、Ｈ
は厚さ150nmのSi3N4ガイド膜20、およびSiO2の膜26の10
0nmよりも小さいことが必要である。
【０１１０】マイクロ導波路４の保護が全体に及ぶ時、
即ち、導波された光が外部から完全に隔離され、マイク
ロ導波路がその上の膜26の充分な厚さによって保護され
ている時、吸収膜28は、ふたつの全く異なった吸収材を
形成する為にエッチングされない。この場合、光学フィ
ルターの構造は図４−ｂに示す通りである。
【０１１１】逆の場合、吸収膜28は、図４−ｃに示した
ように、非導体26の足元に吸収材を保持するだけにして
ふたつの異なった吸収材８と10を形成する為に、異方性
にエッチングされる。
【０１１２】図5に示すように、ひとつの効果的方法は
マイクロ導波路４の形を定義するアッパー膜24のエッチ
ングのすぐあとにマイクロ導波路４の両側に吸収材８と
10を形成することからなる。構造物全体の上に吸収性膜
を被覆して後、吸収材８と10を実施する為に、望ましい
歯状パターンに従ってエッチングされ、保護膜26が構造
物全体の上に被覆される。
【０１１３】この方法は膜26の非導体が吸収性物質の後
に被覆される場合、特にPECVDによって被覆されるSiO2
の膜26と吸収性アルミニウム膜の場合に適用可能であ
る。一般的に言って、この方法は、被覆温度が金属の溶
融温度を超える非導体には利用できない。
【０１１４】本発明の光学フィルターは、図１と図３で
上方から眺めた状態が示されているように、屈折率差が
わずかな構造物に於いても実施される。即ち、ガイド膜
と、バッファー、アッパー膜の間に、0.02以下の屈折率
差の構造物に於いても実施される。
【０１１５】図４と図５に示された方法はわずかな屈折
率差を持った構造物に利用可能であるが図６ないし図９
に示しつつ後述される方法を利用することが好ましい。
【０１１６】わずかな屈折率差を持った構造物の実施は
主として大きな屈折率差を持った構造物と次の点におい
て異なっている。即ち、マイクロ導波路の形と大きさ
は、アッパー膜又は上層基板のエッチングによって定義
されず、ガイド膜のエッチングによって定義されること
である。
【０１１７】図６は微小屈折率差を持つ構造物における
空間光学フィルターを実施する為の第１方法のさまざま
な段階を示す概略図である。
【０１１８】セクションａに示された方法は、基板２の
上の導波路の次にバッファー膜２２を連続して被覆し、
マイクロ導波路４ａの大きさとＳ形の形状を定める為に
ガイド膜をエッチングすることからなる。エッチングさ
れたガイド膜は番号２０ａを生み出す。次にアッパー膜
２４ａが構造物全体の上に被覆される。
【０１１９】ガイド膜は図６に示すように全厚さに及ぶ
ようにエッチングされ、部分的にエッチングされる場合
は図７に示すようになる。図７のエッチングガイド膜は
番号２０ｂを生み出し、それに対応するマイクロ導波路
は番号４ｂを生み出す。マイクロ導波路４ａの両側のガ
イド膜の厚さｈ´は迷光モードの平面導波損失ができる
だけ大きくなるように設定される。一例として、８μｍ
の厚さのバッファー膜、２μｍの厚さの膜２０ｂ、及び
屈折率差が１０−２の場合、厚さｈ´は５００ｍｍ以下
になるように選択される。
【０１２０】図６の部分ｂに示されるように方法の次の
段階は吸収材を実施する為の望ましい歯状形に従いマイ
クロ導波路４ａの両側の上層基板をエッチングすること
からなる。エッチングされたアッパー膜は番号２４ａを
生み出す。
【０１２１】歯状形はマイクロ導波路の上に突きでてい
る膜の領域をマスクする為のマスク２７によって得られ
る。そして、これらの歯を膜２４に転移するように膜２
４を異方性にエッチングすることによって得られる。
【０１２２】図４−ａの保護膜２６に関して言えば、ア
ッパー膜のエッチングは部分的にかもしくは全体的に実
施されることが可能であり、バッファー膜２２の上にあ
る物質の高さＨ′はマイクロ導波路４ａにおける導波モ
ードの消滅波の２４ａへの貫通距離よりも小さい。そし
てマスク２７は取り除かれる。
【０１２３】セクションｃに示されるように、５ｎｍな
いし１５ｎｍの厚さの金属からできた吸収膜は等方性に
被覆され、マイクロ導波路１４ａの両側に吸収材８と１
０を形成する為にエッチングされた膜２４ａの歯状形と
合体する。
【０１２４】従って部分ｄに示されるように、非導体２
６ａ構造物全体に被覆され、この非導体２６ａは最上層
基板２４ａの屈折率よりも小さいかもしくは等しい実屈
折率を有する。
【０１２５】一例として、、微小屈折率差を有する構造
物はシリコン酸化物の非意図的にドーピングされた膜２
２からなり、該膜は屈折率が１．４５で厚さが８ないし
１２μｍで、シリコン基板２の熱酸化かＰＥＣＶＤによ
って得られる。エッチングされたシリコン酸化ガイド膜
２０ａは厚さが１μｍないし１０μｍで、リン、ゲルマ
ニウム、チッ素、もしくはチタンでドーピングされ、実
屈折率は１．４６である。エッチングされたシリコン酸
化アッパー膜２４ａは非意図的にドーピングされ、厚さ
は２μｍないし１０μｍである。
【０１２６】純粋にドーピングされたシリカで形成され
た膜はＰＥＣＶＤかＬＰＣＶＤ被覆によって得られる。
吸収材８と１０はアルミニウムで形成され、その厚さは
５ｎｍである。非導体２６ａは、ＬＰＣＶＤかＰＥＣＶ
Ｄによって被覆され、非意図的にドーピングされたシリ
コン酸化物からできており、その厚さは２μｍないし１
５μｍである。
【０１２７】もしアッパー膜２４ａが導波光を外部から
完全に隔離するほどの十分な厚さを有しているならば、
図８に示すように迷光を吸収する為の金属は十分に構造
物を覆うことが可能である。この連続した金属膜は番号
２８ａを生み出す。これは金属膜をエッチングする為の
技術上の段階を不要とする。特にこれは厚さ１０μｍの
最上層基板２４ａが波長８００ｎｍでガイド膜とアッパ
ー膜、バッファー膜との間に７．１０ー３以上の屈折率
差の波長を使用する場合である。
【０１２８】図６の部分ｄと図８に示された実施例にお
いて、吸収材は非導体２６ａのエッチングされた金属膜
かもしくは非被覆金属膜によって構成され、非導体２６
ａは金属が迷光の吸収を増幅させることを可能とする。
【０１２９】微小屈折率差を有する導波路の光学フィル
ターを実施する為の第２の方法が図９に示されている。
この方法は使用される吸収材のタイプにより、図６と図
８に示された方法とは異なっている。
【０１３０】また、吸収材の形を定める為に、望ましい
パターン（マスク２７）に従って最上層基板２４ａをエ
ッチングしてから、厚い吸収性非導体膜３０もしくは半
導体物質の膜が構造物全体に被覆される。この膜の実屈
折率ｎはアッパー膜２４ａの屈折率ｎ’に近似し、物質
３０の虚屈折率ｎ”はマイクロ導波路と吸収材との交差
面への光反射を最小にし、それらの反射光を吸収性媒体
に向かって動かすようにする為にｎ”２≦（ｎ−ｎ’）
となるように設定される。
【０１３１】非意図的にドーピングされたＳｉＯ２の最
上層膜２４ａにとって、非導体３０は厚さ１０μｍない
し２０μｍの吸収性ポリマーであってもよく、特に使用
波長の光を吸収する染色剤でドーピングされた感光性樹
脂であってもよい。
【０１３２】もし膜２４ａがマイクロ導波路を光学的に
隔離するほど十分厚い場合は非導体膜３０はエッチング
される必要はない。その逆の場合、図９の部分ｂに示さ
れるようにマイクロ導波路４ａの両側に吸収材８と１０
を形成するように膜３０はエッチングされる。
【０１３３】非導体膜３０のエッチングは純粋なシリカ
最上層基板２４ａの為に行なわれ、その膜の厚さは１０
μｍ以下であり、波長８００ｎｍ、屈折率差７．１０ー
３以下の場合である。
【０１３４】
【発明の効果】以上説明したように、第１の光モードを
分離し第２の迷光モードを取り除く為の本発明の光学フ
ィルターは、基板によって支持され、この基板と平行な
面に沿ってＳ字形の湾曲部分とこの湾曲部分の両側に歯
状吸収材を配置し、湾曲部分の半径は、第１光モードの
損失が僅かであり、第２迷光モードの損失がきわめて大
きくなるように設定したので、迷光を取り除くことが可
能となり、例えばスペクトルの測定精度を低下させる迷
光についての問題が解決される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に関わる空間光学フィルターの概略を示
す平面図（上方から眺めた図）である。
【図２】本発明の光学フィルターの第１実施例の変形例
を示す第１図のIIに沿った断面の概略図である。
【図３】本発明の好ましい実施例における空間フィルタ
ーの概略を示す平面図である。
【図４】本発明の第１の方法に関わる光学フィルターの
製造段階の断面の概略図である。
【図５】本発明の方法の変形例を示す断面図である。
【図６】第１実施例に関わる光学フィルターの製造段階
を示した図である。
【図７】本発明に関わる光学フィルターの製造段階の一
変形例の断面図である。
【図８】本発明に関わる光学フィルターの製造段階の一
変形例の断面図である。
【図９】一変形例に関わる光学フィルターの製造段階を
示す図である。
【符号の説明】
２ 基板 ３ 基板表面 ４ マイクロ導波路（微小導波路） ６ 湾曲部分 ８ 吸収材 １０ 吸収材 １６ 歯 １７ 光軸 １８ 歯 ２０ ガイド膜 ２２ バッファー膜 ２４ アッパー膜 ２６ 非導体膜（保護膜） ２７ 樹脂マスク ２８ 吸収性金属膜 ３０ 吸収性非導体膜
フロントページの続き (72)発明者 レナール ステイフアン フランス国 38560 シヤン スール ド ラ ル シヤトー ル ウ゛イラージユ （番地なし） (72)発明者 ウ゛アレツト セルシ゛ユ フランス国 38100 グルノーブル リユ デ オ クレール 41

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１光モードを分離し、第２迷光モード
    を取り除く為の単一モード空間集積光学フィルターにお
    いて、該光学フィルターは基板によって支持され、かつ
    基板の表面と平行な面に沿って少なくともひとつの湾曲
    部分を有する光マイクロ導波路からなり、該湾曲部分の
    半径は第１、第２モードの湾曲部分における損失がそれ
    ぞれ第１モードがごく僅かであり、第２モードがきわめ
    て大きいように設定され、ふたつの光吸収材はマイクロ
    導波路の湾曲部分の両側の特定面内に配置されているこ
    とを特徴とするもの。
  2. 【請求項２】 吸収材は湾曲部分に沿って充分に伸びて
    いることを特徴とする請求項１に記載の光学フィルタ
    ー。
  3. 【請求項３】 マイクロ導波路は前記面内においてＳ字
    形を有することを特徴とする請求項１に記載の光学フィ
    ルター。
  4. 【請求項４】 マイクロ導波路に対向した各吸収材の側
    面は歯状または鋸歯状であることを特徴とする請求項１
    に記載の光学フィルター。
  5. 【請求項５】 吸収材は光学フィルターの光軸をはさん
    で非対称形であることを特徴とする請求項１に記載の光
    学フィルター。
  6. 【請求項６】 前記面内で計測される入口と出口との間
    のマイクロ導波路の左右の間隔は少なくとも２０μｍで
    あることを特徴とする請求項１に記載の光学フィルタ
    ー。
  7. 【請求項７】 マイクロ導波路を各吸収材から分離する
    前記面内において計測される最小間隔は３μｍないし１
    ０μｍであることを特徴とする請求項１に記載の光学フ
    ィルター。
  8. 【請求項８】 吸収材は吸収性金属から形成されること
    を特徴とする請求項１に記載の光学フィルター。
  9. 【請求項９】 前記面と直角な方向に沿って計測される
    吸収材の厚さは金属内を貫通する為の第２モードの深さ
    以下であることを特徴とする請求項８に記載の光学フィ
    ルター。
  10. 【請求項１０】 金属は非導体によって被覆されている
    ことを特徴とする請求項９に記載の光学フィルター。
  11. 【請求項１１】 吸収材は吸収性非導体または半導体物
    質で形成され、その実屈折率ｎはアッパー膜の実屈折率
    ｎ’に近似し、その虚屈折率ｎ”は不等式ｎ”２≦（ｎ
    −ｎ’）２を満足することを特徴とする請求項１に記載
    の光学フィルター。
  12. 【請求項１２】 光学フィルターは基板の上に重ねられ
    たバッファー膜、ガイド膜、およびアッパー膜を有し、
    ガイド膜はバッファー膜とアッパー膜の屈折率よりも大
    きな屈折率を有し、アッパー膜とガイド膜はマイクロ導
    波路の形を定めるようにエッチングされ、吸収性膜が吸
    収材を形成していることを特徴とする請求項１に記載の
    光学フィルター。
  13. 【請求項１３】 吸収性膜がマイクロ導波路を充分に被
    覆していることを特徴とする請求項１２に記載の光学フ
    ィルター。
  14. 【請求項１４】 保護用非導体がマイクロ導波路の上に
    配置され、可能であれば吸収材の上に配置されているこ
    とを特徴とする請求項１に記載の光学フィルター。
  15. 【請求項１５】 基板はシリコンで形成され、バッファ
    ー膜とアッパー膜は可能であるならばその屈折率を減じ
    るようなドーパーでドーピングされたシリカで形成さ
    れ、シリカガイド膜はその屈折率を増大する選択された
    ドーパー、例えば、シリコン窒化物、アルミニウムもし
    くは化学式ＳｉＯｘＮｙ（０＜ｘ＜２、０＜ｙ＜４／
    ３）のシリコン窒素酸化物によってドーピングされたシ
    リカで形成されることを特徴とする請求項１２に記載の
    光学フィルター。
  16. 【請求項１６】 第１光モードを分離し、第２迷光モー
    ドを取り除く為の単一モード空間集積光学フィルターに
    おいて、該光学フィルターは基板によって支持され、か
    つ基板の表面と平行な面に沿って少なくともひとつの湾
    曲部分を有する光マイクロ導波路からなり、該湾曲部分
    の半径は第１、第２モードの湾曲部分における損失がそ
    れぞれ第１モードがごく僅かであり、第２モードがきわ
    めて大きいように設定され、ふたつの光吸収材はマイク
    ロ導波路の湾曲部分の両側の特定面内に配置されている
    ことを特徴とする単一モード空間集積光学フィルターを
    実施する為の方法。
  17. 【請求項１７】 次の段階、すなわち、 ａ）基板の上に第１膜を被覆すること、 ｂ）マイクロ導波路を形成する為に、該第１膜をエッチ
    ングすること、 ｃ）段階ｂで得られた構造物の上に第１膜の屈折率とほ
    ぼ同じ屈折率を有する第２膜を被覆すること、 ｄ）吸収材の形を定める為にマイクロ導波路の両側の第
    ２膜をエッチングすること、 ｅ）段階ｄで得られた構造物の上に吸収性膜を被覆する
    こと、 ｆ）可能であれば、吸収材の範囲を定める為に、吸収性
    膜をエッチングすること、 を含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
  18. 【請求項１８】 次の段階、すなわち、 ａ′）基板の上に、バッファー膜、ガイド膜およびアッ
    パー膜を連続して被覆し、該ガイド膜は、バッファー膜
    とアッパー膜の屈折率よりも大きい屈折率を有するこ
    と、 ｂ′）マイクロ導波路を形成する為に、アッパー膜をエ
    ッチングすること、 ｃ′）段階ｂ′で得られた構造物の上に保護膜を被覆
    し、該保護膜はアッパー膜の屈折率とほぼ等しい屈折率
    を有していること、 ｄ′）吸収材の形を定める為にマイクロ導波路の両側の
    保護膜をエッチングすること、 ｅ′）段階ｄ′で得られた構造物の上に吸収性膜をエッ
    チングすること、 ｆ′）可能ならば、吸収材の境界を定める為に吸収性膜
    をエッチングすること、 を含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
  19. 【請求項１９】 次の段階、すなわち、 Ａ）基板の上にバッファー膜とガイド膜を連続して被覆
    し、該ガイド膜はバッファー膜よりも大きな屈折率を有
    すること、 Ｂ）マイクロ導波路を形成する為に、ガイド膜をエッチ
    ングすること、 Ｃ）段階Ｂで得られた構造物の上にアッパー膜を被覆
    し、該アッパー膜の屈折率はガイド膜の屈折率よりも小
    さいこと、 Ｄ）吸収材の形を定める為に、マイクロ導波路の両側の
    アッパー膜をエッチングすること、 Ｅ）段階Ｄで得られた構造物の上に、吸収性膜を被覆す
    ること、 Ｆ）可能ならば、吸収材の境界を定める為に吸収性膜を
    エッチングすること、 を含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
  20. 【請求項２０】 次の段階、すなわち、 Ａ′）基板の上にバッファー膜、ガイド膜およびアッパ
    ー膜を連続して被覆し、該ガイド膜は、バッファー膜と
    アッパー膜の屈折率よりも大きい屈折率を有すること、 Ｂ′）マイクロ導波路を形成する為に、アッパー膜をエ
    ッチングすること、 Ｃ′）段階Ｂ′で得られた構造物の上に吸収性膜を被覆
    すること、 Ｄ′）吸収材の形を定める為に吸収性膜をエッチングす
    ること、 Ｅ′）可能であれば、段階Ｄ′で得られた構造物の上に
    保護膜を被覆し、該保護膜はアッパー膜の屈折率とほぼ
    等しい屈折率を有すること、 を含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
  21. 【請求項２１】 バッファー膜とアッパー膜は可能なら
    ばその屈折率を減じるドーパーでドーピングされたシリ
    カで形成され、ガイド膜はアルミニウム、シリコン窒化
    物もしくはシリコン窒素酸化物からなることを特徴とす
    る請求項１８に記載の方法。
  22. 【請求項２２】 バッファー膜とアッパー膜は可能なら
    ばその屈折率を減じるドーパーでドーピングされたシリ
    カで形成され、ガイド膜はその屈折率を増大するドーパ
    ーでドーピングされたシリカで形成されていることを特
    徴とする請求項１９に記載の方法。
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