JPH063539A - スリット付き光導波路の製造方法 - Google Patents

スリット付き光導波路の製造方法

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JPH063539A
JPH063539A JP16591892A JP16591892A JPH063539A JP H063539 A JPH063539 A JP H063539A JP 16591892 A JP16591892 A JP 16591892A JP 16591892 A JP16591892 A JP 16591892A JP H063539 A JPH063539 A JP H063539A
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JP
Japan
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optical waveguide
slit
substrate
carbon dioxide
glass
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JP16591892A
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English (en)
Inventor
Katsuyuki Imoto
克之 井本
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Hitachi Cable Ltd
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Hitachi Cable Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】スリット内を鏡面加工でき、低損失で、クリー
ンな雰囲気で加工でき、光導波路の汚染、機械的破損な
どを受けない。 【構成】光導波路1は、Si基板2上に形成され、高屈
折率nw のコアが低屈折率nc (nw >nc )のクラッ
ド31及び32内に埋め込まれる。光導波路1は、水平
に対して角度(π/2−θ)だけ傾けて設置される。炭
酸ガスレーザ14のレーザビーム152は光導波路1上
に角度θの傾きで照射される。炭酸ガスレーザビームを
照射しつつ、光導波路1か、あるいはレーザビーム15
2をX方向に連続的にスライドさせて、コア4を横断す
るスリット5を形成する。炭酸ガスレーザ光はSi基板
中に吸収されないため、Si基板2にはスリット5は形
成されない。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光導波路からの光を反
射により取り出したり、外部からの光を反射により光導
波路へ取り込むためのスリットを光導波路に形成したス
リット付き光導波路の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】光導波路において、光信号を垂直方向に
曲げる技術は、光導波路の小形化、高機能化を実現する
上で重要である。従来、光信号を垂直方向に曲げる方法
として、薄いセラミックブレードを高速に回転させたマ
イクロ加工装置によって、図7に示すように、光導波路
1中に45°の切り込み3を入れて全反射面を形成する
方法が検討されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、検討されてい
る従来の方法には次のような問題点があった。
【0004】(1)加工状態が良い場合でも、切り込み
を入れたスリット部の損失は1.2dB近い値であり、
損失が大きい。
【0005】(2)ブレードによる機械的な加工方法で
あるため、エッジ部分に無数の欠けが発生し、損失が増
大する。
【0006】(3)ブレードを高速回転させながら加工
するので、光導波路の機械的破損(われ、チッピング、
キズの発生など)を生じやすい。特に、石英系ガラスの
ような硬い材質に対してはその傾向が強い。
【0007】(4)さらに切り込みを入れたスリット部
分の内壁面は平坦ではないため、低損失化を実現するた
めに鏡面状態に加工する必要があるが、スリット内を加
工することは難しく、低損失化は困難である。
【0008】(5)加工時に研磨材や水の吹き付けを必
要とするため、クリーンな雰囲気で加工できず、光導波
路の汚染、機械的破損などを受ける。
【0009】本発明の目的は、前記した従来技術の欠点
を解消し、低損失で反射させることができ、かつ光導波
路に不要なダメージを与えずにスリットを形成すること
が可能なスリット付き光導波路の製造方法を提供するこ
とにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明のスリット付き光
導波路の製造方法は、基板上に形成された低屈折率n 0
のクラッドおよび高屈折率nw のコアと低屈折率n
c (nw >nc )のクラッドからなる光導波路上面に所
望角度θで炭酸ガスレーザのビームを照射しつつ、光導
波路かビームのいずれか又は両方を移動させることによ
り、光導波路上にコアを横断するスリットを形成するよ
うにしたものである。
【0011】スリットの幅を光導波路の深さ方向に変化
させるようにしてもよい。また、光導波路はガラス材料
で構成することが好まく、基板としてはガラス、半導
体、強誘電体のいずれかを用いてもよい。
【0012】
【作用】本発明によれば、炭酸ガスレーザビームを照射
することによってスリットを形成するので、スリットの
内壁面は熱エネルギーによってほぼ平坦で荒れのない面
に加工することができる。従って、このスリット部によ
る損失を1dB以下に低く抑えることができる。また、
エッジ部分に欠けが発生して、損失が増大するようなこ
とはない。また、石英系ガラスのような硬い材質であっ
ても、スリットを支障なく形成でき、しかも数分以内の
短時間作業であるので、製造時間を大幅に短縮できる。
また、加工時に従来のような研磨材や水の吹き付けを必
要とせず、空気、窒素、アルゴンなどのクリーンなガス
を吹き付けながらの雰囲気下で加工できるので、光導波
路の汚染、機械的破損などを受けない。しかも、炭酸ガ
スレーザのパワ、照射時間、ビームのスポット径、スラ
イド速度などを調節することによって、スリットの幅、
深さなどを容易に制御することができる。
【0013】
【実施例】図1に本発明の光導波路上にスリットを形成
するスリット付き光導波路の製造方法の実施例を示す。
光導波路1はSi基板2上に形成されており、高屈折率
w のコアが低屈折率nc (nw >nc )のクラッド3
1及び32内に埋め込まれた埋め込み型光導波路であ
り、図ではその側面図が示され、水平に対して角度(π
/2−θ)だけ傾けて設置されている。炭酸ガスレーザ
14のレーザビーム151はミラー16、レンズ17を
介して152のごとく光導波路上面に角度θの傾きで照
射される。この角度θは理想的には45°が好ましい
が、この値に限ることはない。すなわち、TEモードと
TMモードによる反射率をほぼ同じようにする場合には
45°よりも小さい値に設定する。
【0014】また炭酸ガスレーザ14のレーザビーム1
52を光導波路1上に照射する前に、He−Neレーザ
18の光をミラー16、レンズ17を介して光導波路1
上に照射し、照射位置設定用として用いる。コア4を横
断するようにスリット5を形成するために、炭酸ガスレ
ーザビーム152を照射しつつ、光導波路1か、あるい
はレーザビーム152をX方向(紙面に垂直な方向)に
連続的に移動させる。コア4及びクラッド31、32に
ガラスを用いた場合のスリットの幅と深さの実施例につ
いて述べる。すなわち、コア4にSiO2 −TiO2
ラスを用い、その厚みを10μmとし、基板側のクラッ
ド31にSiO2 ガラスを用い、その厚みを5μmと
し、コアを覆う側のクラッド32にSiO2 −P2 5
−B2 3 ガラスを用い、その厚みを20μmとし、S
i基板2に厚み0.45mmのものを用いた場合、幅
0.4mmのスリットを光導波路1の上面(すなわち、
クラッド32の上面)から下面(すなわちクラッド31
の下面)まで形成するには、炭酸ガスレーザ14のパワ
は約70Wで、光導波路1をX方向に約0.1〜0.3
mm/secの速度で移動すればよいことが実験的にわ
かった。なお、このときのレーザビーム152のビーム
スポット径は約0.1mmとした。Si基板2にはスリ
ットは形成されない。なぜならば、炭酸ガスレーザ光は
Si基板中に吸収されないためである。炭酸ガスレーザ
14のパワを増大すれば、光導波路1のX方向への移動
速度をさらに速くすることができる。
【0015】図2は図1の方法によって光導波路1中に
スリット5を形成した光デバイスの実施例を示す。この
スリット5はコア4と直交するように形成されている。
ここで、スリット5の長さLはコア4の幅Wc の数倍か
ら数百倍程度の長さに形成される。長さLの制御は光導
波路1をX−X′方向に移動させることで実現できる。
スリット5の幅Wは光導波路1の上面から下面にわたり
一定値(すなわち、W1 =W2 )になるようにしてもよ
く、またW1 >W2 のように表面から裏面に向って縮径
していくテーパ状に形成してもよい。幅Wの制御は光導
波路をY−Y′方向又はZ−Z′方向に移動させること
により実現できる。スリット5を形成した光導波路1の
基板2の真下に受光素子6を配置し、スリット5の傾斜
角度θを光軸に対して正確に45°にすることにより、
コア4内に入射した入力光信号71はスリット5により
全反射され、矢印72のように進んで受光素子6で受光
される。
【0016】図3も図1の方法によって光導波路1中に
スリット5を形成し、光導波路1の上面に受光素子6を
置いて受光する方法の実施例を示したものである。この
場合もスリット5で入力光信号72を全反射させるため
に、光軸とのなす角度θは45°に設定してある。
【0017】図4は基板22に、Siの代わりにガラス
(たとえば、石英ガラス、高珪酸ガラス(商品名:バイ
コールガラス)など)を用いて貫通形のスリット5を形
成した場合の実施例を示したものである。基板2がガラ
スであるので、光導波路1の上面より図1の方法で炭酸
ガスレーザビームを照射すれば、ガラス基板2の中にも
スリット5を形成することができる。このようにする
と、ガラス中への炭酸ガスレーザビームのエネルギの吸
収時間が長くなるため、スリット5の内壁面が上記エネ
ルギによって鏡面のごとく滑らかになり、結果的にスリ
ット内での損失を大幅に低減することができる。ガラス
基板22が厚いほど、上記効果は顕著に得られ、かつW
1 >W2 のようにテーパ状に形成される。また、照射パ
ワ、照射時間を調節することによってスリットの深さ、
スリットの幅W1 およびW2 を制御することができる。
照射パワとしては20W以上、数百W、照射時間は0.
1mm/sec〜10数mm/sec、ビームスポット
径としては数十μmφ〜数百μmφから選ばれる。ガラ
ス基板22の厚みとしては0.5mmから数mmのもの
を用いる。石英ガラス、バイコールガラス(コーニング
ガラス社の商品名)、ホウケイ酸ガラス、アルミノケイ
酸ガラスなどを用いることができる。このようにスリッ
トの幅を制御して光導波路の厚さ方向に変化させると、
スリット5で反射した光信号のビーム広がりを抑えるこ
とができ、ガラス基板22の下に配置した受光素子6
(図2参照)に効率良く光を入射させることができる。
【0018】図5は光導波路1中に光合分波器8を構成
し、波長λ1 の光信号(矢印101)を発光する半導体
レーザ9と、波長λ2 の光信号(矢印111)を受光す
る受光素子6とを実装した双方向伝送用光デバイスの実
施例を示したものである。すなわち、半導体レーザ9か
らの波長λ1 の光信号(矢印101)は光合分波器8を
介して矢印102のごとく送出される。逆に、矢印11
1のごとく光導波路1内に入射した波長λ2 の光信号は
光合分波器8を介して矢印112のごとく分波され、受
光素子6で受光される。このように、スリット51およ
び52を設けることにより、半導体レーザ9、受光素子
6などの光能動素子を表面実装することができ、光デバ
イスの小型化を図ることができる。また実装が容易にで
きるというメリットもある。
【0019】図6は光導波路1中に1入力4出力の光ス
ターカプラ12を構成し、その後にスリット5を形成
し、スリット5によって全反射された光信号を受光素子
61〜64で受光する構成とした、いわゆる光分配用デ
バイスの実施例を示したものである。光信号は、受光素
子61〜64で電気信号に変換した後、電気回路(プリ
アンプ回路などを含む)131〜134で増幅整形さ
れ、出力端子(導電端子)191〜194より取り出す
ようにした光デバイスである。
【0020】なお、図1において、レーザビーム152
を覆うように空気、窒素、アルゴンなどのガスを吹き付
けて、揮散したガラス微粉末を吹き飛ばすことと、レー
ザビーム152をクリーンな雰囲気に保ってガラス中に
不純物が混入しないようにすることが好ましい。
【0021】
【発明の効果】以上述べたように、本発明には次のよう
な効果がある。
【0022】(1)請求項1、3及び4に記載のスリッ
ト付き光導波路の製造方法によれば、炭酸ガスレーザ光
によりスリットを形成するので、低損失な反射伝送路を
実現することができ、しかも単時間(数分以内)でスリ
ットを形成することができ、スリット形成時に、機械的
破損、汚染の心配がない。また、スリットの幅、深さな
どの制御性が良い。
【0023】(2)請求項2に記載のスリット付き光導
波路の製造方法によれば、スリットの幅が光導波路の深
さ方向に変化しているので、スリットで反射した光信号
のビーム広がりを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例による光導波路上にスリットを
形成するスリット付き光導波路の製造方法を示す説明
図。
【図2】本発明の実施例により得られたスリット付き光
導波路の構成図。
【図3】本発明の実施例により得られたスリット付き光
導波路で上面に受光素子を取り付けた構成図。
【図4】本発明の実施例により得られた貫通形スリット
付き光導波路の構成図。
【図5】本発明の実施例により得られたスリット付き光
導波路型合分波器で上面に半導体レーザ及び受光素子を
取り付けた構成図。
【図6】本発明の実施例により得られたスリット付き光
導波路型スターカプラで上面に受光素子及び電気回路を
取り付けた構成図。
【図7】従来のスリット形成方法の説明図。
【符号の説明】
1 光導波路 2 Si基板 4 コア 5 スリット 14 炭酸ガスレーザ 16 ミラー 17 レンズ 18 He−Neレーザ 31 クラッド 32 クラッド 151 レーザビーム 152 レーザビーム

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板上に形成された屈折率nw のコアと、
    これよりも低い屈折率nc のクラッドとからなる光導波
    路の上に、所望角度θで炭酸ガスレーザのビームを照射
    しつつ、光導波路かビームのいずれか又は両方を移動さ
    せることにより、光導波路上にコアを横断するスリット
    を形成するようにしたスリット付き光導波路の製造方
    法。
  2. 【請求項2】上記スリットの幅は光導波路の深さ方向に
    変化していることを特徴とする請求項1に記載のスリッ
    ト付き光導波路の製造方法。
  3. 【請求項3】上記光導波路はガラス材料で構成されてい
    ることを特徴とする請求項1または2に記載のスリット
    付き光導波路の製造方法。
  4. 【請求項4】上記基板として、ガラス、半導体、強誘電
    体のいずれかを用いたことを特徴とする請求項1ないし
    3のいずれかに記載のスリット付き光導波路の製造方
    法。
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