JPH0627342A - ガラス導波路 - Google Patents
ガラス導波路Info
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- JPH0627342A JPH0627342A JP18522392A JP18522392A JPH0627342A JP H0627342 A JPH0627342 A JP H0627342A JP 18522392 A JP18522392 A JP 18522392A JP 18522392 A JP18522392 A JP 18522392A JP H0627342 A JPH0627342 A JP H0627342A
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- Japan
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- glass
- waveguide
- clad
- glass waveguide
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- Optical Integrated Circuits (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】石英ガラス基板を用いたガラス導波路の偏波依
存性を低減する。 【構成】ガラス導波路は、石英ガラス基板上にクラッド
ガラスで覆われたコアを設けたもので、コアの屈折率は
クラッドガラスの屈折率よりも大きい。クラッドガラス
は、Ｂ2 Ｏ3 、Ｐ2 Ｏ5 をドープしたＳｉＯ2 を用い
る。このＢ2 Ｏ3 、Ｐ2 Ｏ5 のドーパント濃度は１〜３
ｗｔ％の範囲とする。これにより偏光依存性による損失
変化量ΔＰを低減できる。
存性を低減する。 【構成】ガラス導波路は、石英ガラス基板上にクラッド
ガラスで覆われたコアを設けたもので、コアの屈折率は
クラッドガラスの屈折率よりも大きい。クラッドガラス
は、Ｂ2 Ｏ3 、Ｐ2 Ｏ5 をドープしたＳｉＯ2 を用い
る。このＢ2 Ｏ3 、Ｐ2 Ｏ5 のドーパント濃度は１〜３
ｗｔ％の範囲とする。これにより偏光依存性による損失
変化量ΔＰを低減できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は石英ガラス基板上に形成
されたガラス導波路に係り、特に偏光依存性を改善した
ものに関する。
されたガラス導波路に係り、特に偏光依存性を改善した
ものに関する。
【０００２】
【従来の技術】ガラス導波路は石英ガラス基板またはシ
リコン基板上に、コア及びクラッドガラスを形成したも
のである。ここで、石英ガラス基板またはシリコン基板
と、クラッドガラスとは同一のガラス材料で形成されて
いない。クラッドガラスの材料には屈折率制御用ドーパ
ントであるＢやＰを含有させたＳｉＯ2 が使われるから
である。このため、熱膨張係数の違いで発生する熱歪に
よりコアに異方性歪が生じ、合分波ガラス導波路の場
合、特に入射光の偏波により合分波特性が変化する。こ
の現象を偏光依存性という。
リコン基板上に、コア及びクラッドガラスを形成したも
のである。ここで、石英ガラス基板またはシリコン基板
と、クラッドガラスとは同一のガラス材料で形成されて
いない。クラッドガラスの材料には屈折率制御用ドーパ
ントであるＢやＰを含有させたＳｉＯ2 が使われるから
である。このため、熱膨張係数の違いで発生する熱歪に
よりコアに異方性歪が生じ、合分波ガラス導波路の場
合、特に入射光の偏波により合分波特性が変化する。こ
の現象を偏光依存性という。
【０００３】偏光依存性をもつガラス導波路を用いる
と、例えばＬＤ光源と結合する場合、合分波特性を維持
させるため、ＬＤ光源の位置を厳格に調整する必要があ
り、モジュール実装が難しくなる。また、光ファイバで
長距離伝送した後に伝播光を分波する場合には、信号光
は光ファイバ内で偏光方向が変化するから、ガラス導波
路に結合する際、その偏光方向を制御する必要が出てく
る。このため、新たに偏光制御器が必要となり、システ
ム構成が複雑になる。
と、例えばＬＤ光源と結合する場合、合分波特性を維持
させるため、ＬＤ光源の位置を厳格に調整する必要があ
り、モジュール実装が難しくなる。また、光ファイバで
長距離伝送した後に伝播光を分波する場合には、信号光
は光ファイバ内で偏光方向が変化するから、ガラス導波
路に結合する際、その偏光方向を制御する必要が出てく
る。このため、新たに偏光制御器が必要となり、システ
ム構成が複雑になる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】そこで、このような欠
点を改善するため、シリコン基板を用いたガラス導波路
では、ガラス導波路のクラッドガラス表面にアモルファ
スシリコン膜を形成し、レーザトリミングで熱歪を緩和
させて偏光依存性を低減することが提案されている（例
えば、特願昭６４−７７００２号明細書）。しかし、ア
モルファスシリコン膜の形成に加えて、レーザトリミン
グも行わなければならず、工程が増えるといった難点が
ある。
点を改善するため、シリコン基板を用いたガラス導波路
では、ガラス導波路のクラッドガラス表面にアモルファ
スシリコン膜を形成し、レーザトリミングで熱歪を緩和
させて偏光依存性を低減することが提案されている（例
えば、特願昭６４−７７００２号明細書）。しかし、ア
モルファスシリコン膜の形成に加えて、レーザトリミン
グも行わなければならず、工程が増えるといった難点が
ある。
【０００５】一方、石英ガラス基板を用いたガラス導波
路では、現在のところ具体的な改善策は提案されていな
いが、コアパターンの微細化という要請の点では、シリ
コン基板を用いたものよりは、ガラス基板を用いたもの
の方が有利であることから、偏波依存性の低減化の要求
はむしろガラス基板を用いたガラス導波路に向けられて
いる。
路では、現在のところ具体的な改善策は提案されていな
いが、コアパターンの微細化という要請の点では、シリ
コン基板を用いたものよりは、ガラス基板を用いたもの
の方が有利であることから、偏波依存性の低減化の要求
はむしろガラス基板を用いたガラス導波路に向けられて
いる。
【０００６】本発明の目的は、クラッドガラスのドーパ
ント濃度を適正化することによって、前記した従来技術
の欠点を解消し、石英ガラス基板を用いた偏波依存性の
小さなガラス導波路を提供することにある。
ント濃度を適正化することによって、前記した従来技術
の欠点を解消し、石英ガラス基板を用いた偏波依存性の
小さなガラス導波路を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、石英ガラス基
板上にクラッドガラスで覆われたコアを設けたガラス導
波路に関するものであり、コアの屈折率はクラッドガラ
スの屈折率よりも大きく、このクラッドガラスにＰ2 Ｏ
5 −Ｂ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 を用いる。そして、クラッドガ
ラスのＰ2 Ｏ5 とＢ2 Ｏ3 の総ドープ量を１〜３ｗｔ％
の範囲に設定したものである。ドープ量を１〜３ｗｔ％
の範囲に設定したのは、１ｗｔ％より少ないドーパント
濃度ではガラス化温度が１３５０℃以上となり石英ガラ
ス基板が変形し、また、コア間の微細な部分に気泡が発
生し、さらに形状が影響を受け、損失、偏光依存性も大
きくなるからである。また、３ｗｔ％より多いドーパン
ト濃度では偏光依存性による損失変化量が大きくなるか
らである。
板上にクラッドガラスで覆われたコアを設けたガラス導
波路に関するものであり、コアの屈折率はクラッドガラ
スの屈折率よりも大きく、このクラッドガラスにＰ2 Ｏ
5 −Ｂ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 を用いる。そして、クラッドガ
ラスのＰ2 Ｏ5 とＢ2 Ｏ3 の総ドープ量を１〜３ｗｔ％
の範囲に設定したものである。ドープ量を１〜３ｗｔ％
の範囲に設定したのは、１ｗｔ％より少ないドーパント
濃度ではガラス化温度が１３５０℃以上となり石英ガラ
ス基板が変形し、また、コア間の微細な部分に気泡が発
生し、さらに形状が影響を受け、損失、偏光依存性も大
きくなるからである。また、３ｗｔ％より多いドーパン
ト濃度では偏光依存性による損失変化量が大きくなるか
らである。
【０００８】
【作用】ガラス導波路を作るには、まず石英ガラス基板
上にコアガラス膜を形成した後、余分なコアガラス膜を
除去してコアを形成する。次いで、このコアを覆うよう
にクラッドガラス膜を形成する。クラッドガラス膜の材
料には、屈折率制御用ドーパントであるＰ2 Ｏ5 、Ｂ2
Ｏ3 を含有させたＳｉＯ2 を用いる。Ｐ2 Ｏ5 −Ｂ2 Ｏ
3 −ＳｉＯ2 系ガラスを用いると、これは低温でガラス
化するため、微細なコアパターンを埋め込むのに非常に
有利となるからである。しかし、Ｐ2 Ｏ5−Ｂ2 Ｏ3 −
ＳｉＯ2 系ガラスは特に熱膨張係数が大きいため、これ
を低減するためには、ドーパントであるＰ2 Ｏ5 、Ｂ2
Ｏ3 の濃度の適性化を行う必要がある。そこでＰ2 Ｏ5
とＢ2 Ｏ3 のドープ量を１〜３ｗｔ％の範囲にする。ド
ーパント濃度が１〜３ｗｔ％に制御されると、偏光依存
性が大巾に低減するからである。
上にコアガラス膜を形成した後、余分なコアガラス膜を
除去してコアを形成する。次いで、このコアを覆うよう
にクラッドガラス膜を形成する。クラッドガラス膜の材
料には、屈折率制御用ドーパントであるＰ2 Ｏ5 、Ｂ2
Ｏ3 を含有させたＳｉＯ2 を用いる。Ｐ2 Ｏ5 −Ｂ2 Ｏ
3 −ＳｉＯ2 系ガラスを用いると、これは低温でガラス
化するため、微細なコアパターンを埋め込むのに非常に
有利となるからである。しかし、Ｐ2 Ｏ5−Ｂ2 Ｏ3 −
ＳｉＯ2 系ガラスは特に熱膨張係数が大きいため、これ
を低減するためには、ドーパントであるＰ2 Ｏ5 、Ｂ2
Ｏ3 の濃度の適性化を行う必要がある。そこでＰ2 Ｏ5
とＢ2 Ｏ3 のドープ量を１〜３ｗｔ％の範囲にする。ド
ーパント濃度が１〜３ｗｔ％に制御されると、偏光依存
性が大巾に低減するからである。
【０００９】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。図２に合
分波用ガラス導波路の断面を示す。厚さ１ｍｍ、直径３
インチの透明石英ガラス基板３上に電子ビーム蒸着法で
コア１となるＴｉＯ2 −ＳｉＯ2 ガラス膜を８μｍ形成
した。石英ガラスとの比屈折率（（ｎw −ｎs ）／ｎw
×１００，ｎw ：コアの屈折率、ｎs ：石英ガラスの屈
折率）は０．３％であった。この基板３上に１μｍ厚の
タングステンシリサイド（ＷＳｉ）膜をスパッタ法で形
成した。さらに、ホトレジストを塗布し、マスクアライ
ナーでコアパターンを転写し、余分なホトレジストを除
去後、反応性イオンエッチングによりＴｉＯ2 −ＳｉＯ
2 ガラスのコア１を形成した。その後、基板３上に火炎
堆積法でＢ2 Ｏ3 −Ｐ2 Ｏ5 −ＳｉＯ2 の多孔質ガラス
を堆積し、Ｈｅガス雰囲気中で加熱することで透明ガラ
ス化し、クラッドガラス膜２を形成した。ＳｉＯ2 に対
するＢ2 Ｏ3 とＰ2 Ｏ5 のドープ量を２ｗｔ％とした
（図１参照）。ここでクラッドガラス膜２に屈折率制御
用ドーパント材としてＢ2O3 およびＰ2 Ｏ5 を用いた理
由は次の通りである。
分波用ガラス導波路の断面を示す。厚さ１ｍｍ、直径３
インチの透明石英ガラス基板３上に電子ビーム蒸着法で
コア１となるＴｉＯ2 −ＳｉＯ2 ガラス膜を８μｍ形成
した。石英ガラスとの比屈折率（（ｎw −ｎs ）／ｎw
×１００，ｎw ：コアの屈折率、ｎs ：石英ガラスの屈
折率）は０．３％であった。この基板３上に１μｍ厚の
タングステンシリサイド（ＷＳｉ）膜をスパッタ法で形
成した。さらに、ホトレジストを塗布し、マスクアライ
ナーでコアパターンを転写し、余分なホトレジストを除
去後、反応性イオンエッチングによりＴｉＯ2 −ＳｉＯ
2 ガラスのコア１を形成した。その後、基板３上に火炎
堆積法でＢ2 Ｏ3 −Ｐ2 Ｏ5 −ＳｉＯ2 の多孔質ガラス
を堆積し、Ｈｅガス雰囲気中で加熱することで透明ガラ
ス化し、クラッドガラス膜２を形成した。ＳｉＯ2 に対
するＢ2 Ｏ3 とＰ2 Ｏ5 のドープ量を２ｗｔ％とした
（図１参照）。ここでクラッドガラス膜２に屈折率制御
用ドーパント材としてＢ2O3 およびＰ2 Ｏ5 を用いた理
由は次の通りである。
【００１０】クラッドガラス組成において、ドーパント
材にはＢ2 Ｏ3 またはＰ2 Ｏ5 があげられ、基板材料に
用いた石英ガラスに対するクラッドガラスの比屈折率差
をほぼ０％にするためには、Ｂ2 Ｏ3 のみならずＰ2 Ｏ
5 の両方のドーパントを混入させる必要がある。また、
Ｂ2 Ｏ3 とＰ2 Ｏ5 はガラスの融点を下げるため、低温
で形成でき、石英ガラス基板の変形をなくし、かつコア
間の微細な間隔に気泡の発生もなく充填される良好なガ
ラスである。しかし既述した理由からドーパント濃度は
１〜３ｗｔ％の範囲とする必要がある。
材にはＢ2 Ｏ3 またはＰ2 Ｏ5 があげられ、基板材料に
用いた石英ガラスに対するクラッドガラスの比屈折率差
をほぼ０％にするためには、Ｂ2 Ｏ3 のみならずＰ2 Ｏ
5 の両方のドーパントを混入させる必要がある。また、
Ｂ2 Ｏ3 とＰ2 Ｏ5 はガラスの融点を下げるため、低温
で形成でき、石英ガラス基板の変形をなくし、かつコア
間の微細な間隔に気泡の発生もなく充填される良好なガ
ラスである。しかし既述した理由からドーパント濃度は
１〜３ｗｔ％の範囲とする必要がある。
【００１１】次に本発明を適用する合分波ガラス導波路
の概略図を図３に示す。これは２個の方向性結合器１
１、１２の端子間を２本の光導波路１３、１４で結合
し、その光導波路の長さの相対長を違えておくと、この
２本の光導波路１３、１４に同一の信号が通過するとき
位相の相反する周波数の信号が互に打ち消され、位相の
一致する周波数の信号が強調される。従って、この周波
数を入力光信号の周波数に合せることにより、光合分波
器を構成するものである。この光合分波ガラス導波路は
波長１．２９μｍ（λ1 ）と１．３１μｍ（λ2 ）にお
いて、ポート＃１より、両波長の入射光を導入すると、
波長１．２９μｍの光λ1 はポート＃２へ、波長１．３
１μｍの光λ2 はポート＃３へ出射する。
の概略図を図３に示す。これは２個の方向性結合器１
１、１２の端子間を２本の光導波路１３、１４で結合
し、その光導波路の長さの相対長を違えておくと、この
２本の光導波路１３、１４に同一の信号が通過するとき
位相の相反する周波数の信号が互に打ち消され、位相の
一致する周波数の信号が強調される。従って、この周波
数を入力光信号の周波数に合せることにより、光合分波
器を構成するものである。この光合分波ガラス導波路は
波長１．２９μｍ（λ1 ）と１．３１μｍ（λ2 ）にお
いて、ポート＃１より、両波長の入射光を導入すると、
波長１．２９μｍの光λ1 はポート＃２へ、波長１．３
１μｍの光λ2 はポート＃３へ出射する。
【００１２】このような光合分波ガラス導波路につい
て、これを構成するクラッドガラス膜中のＢ2 Ｏ3 とＰ
2 Ｏ3 のドーパント濃度と偏光依存性の関係を図１に示
す。図よりドーパント濃度が凡そ２、４、６ｗｔ％のと
き、偏光依存性による損失変化量ΔＰの平均値は、それ
ぞれ０．０５、０．２、０．４を示しており、ドーパン
ト濃度が低い程損失変化量も小さくなる傾向にあること
が分かる。ここで、偏光依存性の評価方法を図４で説明
する。ＸまたはＹ方向に偏光した波長１．２９μｍの入
射光パワーＰX ，ＰY をポート＃１に入れポート＃２の
出力光パワーＰX’ＰY ’を測定し、偏光による損失変
化量△Ｐを次式で求めた。
て、これを構成するクラッドガラス膜中のＢ2 Ｏ3 とＰ
2 Ｏ3 のドーパント濃度と偏光依存性の関係を図１に示
す。図よりドーパント濃度が凡そ２、４、６ｗｔ％のと
き、偏光依存性による損失変化量ΔＰの平均値は、それ
ぞれ０．０５、０．２、０．４を示しており、ドーパン
ト濃度が低い程損失変化量も小さくなる傾向にあること
が分かる。ここで、偏光依存性の評価方法を図４で説明
する。ＸまたはＹ方向に偏光した波長１．２９μｍの入
射光パワーＰX ，ＰY をポート＃１に入れポート＃２の
出力光パワーＰX’ＰY ’を測定し、偏光による損失変
化量△Ｐを次式で求めた。
【００１３】 △Ｐ＝｜１０ｌｏｇ（ＰX ’／ＰY ’）｜ （１） 当然ながら、△Ｐが小さいほど、偏光依存性が小さいこ
とを示す。
とを示す。
【００１４】さて図５に、上記ドーパント量を変えた
Ａ、Ｂ２種類の合分波ガラス導波路の波長特性を示して
ある。Ａのドーパント量はおよそ３ｗｔ％、Ｂのそれは
およそ８ｗｔ％である。ポート＃１→ポート＃２の波長
特性において説明すると、△Ｐ＝０．１５ｄＢの合分波
ガラス導波路ＡのアイソレーションはＰXAの場合は２５
ｄＢ、ＰYAでは２０ｄＢであった。△Ｐ＝０．５ｄＢの
合分波ガラス導波路ＢアイソレージョンはＰXBの場合は
２５ｄＢ、ＰYBでは１２ｄＢと劣化した（）。Ｂの場
合、入射光がＹ軸に偏波した場合、△Ｐが大きいとポー
ト３に出射される光の一部がポート２に漏れ混む光が多
くなることを意味する。
Ａ、Ｂ２種類の合分波ガラス導波路の波長特性を示して
ある。Ａのドーパント量はおよそ３ｗｔ％、Ｂのそれは
およそ８ｗｔ％である。ポート＃１→ポート＃２の波長
特性において説明すると、△Ｐ＝０．１５ｄＢの合分波
ガラス導波路ＡのアイソレーションはＰXAの場合は２５
ｄＢ、ＰYAでは２０ｄＢであった。△Ｐ＝０．５ｄＢの
合分波ガラス導波路ＢアイソレージョンはＰXBの場合は
２５ｄＢ、ＰYBでは１２ｄＢと劣化した（）。Ｂの場
合、入射光がＹ軸に偏波した場合、△Ｐが大きいとポー
ト３に出射される光の一部がポート２に漏れ混む光が多
くなることを意味する。
【００１５】画像伝送において、△Ｐ＝０．５ｄＢの合
分波ガラス導波路Ｂを用いた時は、ポート＃２に受けた
画像にポート＃３における画像のゴーストが見られた。
また、△Ｐ＝０．１５ｄＢの合分波ガラス導波路Ａの場
合、画像は良好であった。
分波ガラス導波路Ｂを用いた時は、ポート＃２に受けた
画像にポート＃３における画像のゴーストが見られた。
また、△Ｐ＝０．１５ｄＢの合分波ガラス導波路Ａの場
合、画像は良好であった。
【００１６】
【発明の効果】本発明によれば、クラッドガラスのドー
パント量を１〜３ｗｔ％以下にしたので、偏光依存性を
大幅に低減できる。
パント量を１〜３ｗｔ％以下にしたので、偏光依存性を
大幅に低減できる。
【図１】本発明の実施例によるドーパント濃度と偏光依
存性による損失変化量を示す特性図。
存性による損失変化量を示す特性図。
【図２】本実施例による合分波ガラス導波路の断面図。
【図３】本実施例による合分波ガラス導波路の平面図。
【図４】合分波ガラス導波路の偏光特性の測定法を示す
説明図。
説明図。
【図５】本実施例による合分波ガラス導波路の波長特性
を示す特性図。
を示す特性図。
１ コア ２ クラッドガラス膜 ３ 石英ガラス基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上塚 尚登 茨城県日立市日高町５丁目１番１号 日立 電線株式会社オプトロシステム研究所内 (72)発明者 大槻 秀夫 茨城県日立市日高町５丁目１番１号 日立 電線株式会社オプトロシステム研究所内
Claims (2)
- 【請求項１】石英ガラス基板上にクラッドガラスで覆わ
れたコアを設けたガラス導波路において、上記クラッド
ガラスにＰ2 Ｏ5 およびＢ2 Ｏ3 をドープしたＳｉＯ2
を用い、このクラッドガラスのＰ2 Ｏ5 およびＢ2 Ｏ3
の総ドープ量を１〜３ｗｔ％の範囲としたことを特徴と
するガラス導波路。 - 【請求項２】請求項１に記載のガラス導波路が光合分波
ガラス導波路であるガラス導波路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18522392A JPH0627342A (ja) | 1992-07-13 | 1992-07-13 | ガラス導波路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18522392A JPH0627342A (ja) | 1992-07-13 | 1992-07-13 | ガラス導波路 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP36910898A Division JPH11271542A (ja) | 1998-12-25 | 1998-12-25 | ガラス導波路及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0627342A true JPH0627342A (ja) | 1994-02-04 |
Family
ID=16167036
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18522392A Pending JPH0627342A (ja) | 1992-07-13 | 1992-07-13 | ガラス導波路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0627342A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6690872B2 (en) | 2000-01-12 | 2004-02-10 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Silica based optical waveguide and production method therefor |
-
1992
- 1992-07-13 JP JP18522392A patent/JPH0627342A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6690872B2 (en) | 2000-01-12 | 2004-02-10 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Silica based optical waveguide and production method therefor |
| EP1116966A3 (en) * | 2000-01-12 | 2004-02-11 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Polarization independent silica based optical waveguide |
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