JPH067206B2

JPH067206B2 - 光導波路の製造方法

Info

Publication number: JPH067206B2
Application number: JP59004671A
Authority: JP
Inventors: 新之輔澤; 弘之吉田; 健一吉田; 公三小野; 洋三西浦
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1984-01-13
Filing date: 1984-01-13
Publication date: 1994-01-26
Anticipated expiration: 2009-01-26
Also published as: JPS60149008A

Description

【発明の詳細な説明】技術分野この発明はガラスなどの基板に光導波路を形成する方法
に関する。特にグレーデイツドインデツクス型（GI）の
光フアイバとの結合性の良い屈折率二乗分布型の光導波
路の形成を目的とする。

この光導波路は、光通信用伝送コンポーネント、光Ｉ
Ｃ、光センサ用コンポーネントなど光通信、光応用計測
制御などの製造技術に広く応用することができる。

ここで屈折率二乗分布というのは、コアの屈折率がコア
の中心線上で最も高く、中心線から離れるに従い距離ｒ
の２乗に比例して減少し境界でクラツドの屈折率と同一
になるものをいう。光フアイバはコアの屈折率が一定で
あるステツプインデツクス（SI）型と、コア屈折率が二
乗分布するグレーデイツトインデツクス型（GI）があ
る。本発明はＧＩ型光フアイバとの結合性の良い光導波
路を与えようとする。

ガラスはシリカSiO₂の中に金属イオンNa⁺、K⁺、Pb⁺、…
など含ませたものである。SiO₂だけの場合屈折率は極め
て低い。これに金属イオンを入れると屈折率が濃度に比
例して上昇する。金属イオンは電子分極率を持つてい
る。イオンはSiO₂中で弧立して存在するので全体として
の分極率はこれらの分極率の和として与えられる。Na⁺
イオンの一部がより高い分極率の金属イオンによつて置
き換えられると、分極率の差、に、置換量を乗じた分だ
け全体の分極率が上る。分極率αは誘電率εと、ε＝１
＋４παの関係を有する。また屈折率ｎは誘電率εとｎ
²＝εの関係がある。したがつて屈折率の増分は分極率
αの増分に比例するのである。つまり高分極率イオンの
置換量に比例して屈折率が増加する。

局所的に高分極率イオンを導入すると局所的に高屈折率
部分ができる。連続して高分極率イオンを導入すると光
導波路を作ることができるのである。

光導波路の屈折率が２乗分布であるようにするには、中
央でイオン濃度が高く、距離ｒの２乗に比例してイオン
濃度が減少するようにイオンを分布させれば良い。

従来技術 J.Viljanen et al.,"Fabrication of optical strip wa
veguides with nearly circular cross section by sil
ver ion migration technique,"J.Appl.Phys.Vol.51,N
o.7,p3563(1980) は第１図に示すような光導波路の製造方法を提案してい
る。第１図の光導波路は２枚のガラス基板の表面に銀イ
オンをドープすることによつて面対称の高屈折率領域を
作りこれを貼合わせたものである。

半円状断面の高屈折領域を有するガラス２枚をはり合わ
せるから、円状の高屈折領域を有する導波路ができる。
電界の作用により銀イオンを強制的にガラスの内部へ輸
送したものである。かわりにナトリウムイオンがガラス
内部から反対側の面へ一部排除されてゆく。

第２図に、J.Viljanenらの電界印加の構成を示す。これ
は融液を用いず乾式で行われている。Ag薄膜パターン１
が線状にガラス基板２の上に蒸着されている。Al薄膜
３、３がガラス基板２の上下面に蒸着されている。これ
は電極となる。この例では30Ｖの静電圧が極板の間に加
えられる。温度は220℃である。製造方法は次のようで
ある。

(1) ソーダガラス２上に厚さ0.2〜１μｍの銀の薄膜パ
ターン１をフオトリソグラフイによつて作製する。

(2) ガラス２の両面にアルミニウム膜３、３を蒸着す
る。これが電極となる。

(3) 220℃に加熱する。銀の薄膜がある方を正極として
Ａｌ電極間に＋30Ｖの電圧を加える。

Ag⁺イオン、Na⁺イオンはともに正イオンであるので電界
の方向に輸送される。Ag⁺はガラス表面から内部へ導入
される。ソーダガラス中には12.8重量％のNa₂Oが含まれ
る。このNa⁺イオンがAg⁺イオンと交換される。Na⁺、Ag⁺
ともに陰極の方向へ進む。Ag⁺がガラス中に入り、Na⁺は
全て陰極の方向へ進み陰極に一部入りこむ。

(4) 電圧印加を中止する。第３図のグラフは深さ方向
の銀濃度分布を示す。Ｃ_１（ｘ，０）というのは電界輸
送直後の分布である。ステップ函数に近い分布である。
これは電界による輸送であるからである。深さ方向に５
μｍ程度しか拡がつていない。そこにこんどは温度を22
0℃から370℃に高めて熱によつてAg⁺、Na⁺イオンを拡散
する。これを２時間（7200秒）行つた。熱拡散はガラス
の表面にNa⁺を供給して行うのではなく、Na⁺は増えず、
Ag⁺も減らない。Ag⁺のピークが低下して濃度分布が20μ
m程度まで拡がる。これがＣ_１（ｘ，7200）の曲線であ
る。

第３図の縦軸の1.0という値は、ソーダガラス中に12.8
重量％含まれるNa⁺イオンの全てがAg⁺イオンに置換えら
れている状態を示す。(4)の操作は銀イオンをより内部
にまで浸透させて導波路の深さを増す。同時にAg⁺イオ
ン100％だと屈折率が高くなり過ぎるから、これを矯正
するという意味合いがある。

(1)〜(4)の方法で２枚のガラスに面対称の導波路を形成
する。この対称な２枚のガラスを貼り合わせる。こうし
て第１図に示すような光導波路が作られる。同じ厚さの
ガラスを用いれば、丁度ガラスの中央の深さの部分に光
導波路を形成する事ができる。

しかしこの方法は難点がある。まず完全に面対称である
位置にAg⁺の分布を持つた２枚のガラスを作らなければ
ならない。光導波路は細い線路であるからこれは難しい
作業である。２枚のガラスを貼合わせても空隙が生ずる
と光の伝搬損失が大きくなる。接着剤の屈折率が導波路
の屈折率と異なる場合、境界で光が散乱される。さらに
ＧＩ型フアイバに適合する屈折率二乗分布の光導波路を
作るのが難しいという欠点もある。

T.Izawa et al.,"Optical waveguide fromed by eleotr
ically induced migration of ions in glass plates."
Appl.Phys.Lett.,Vol.21,No.12,p584(1972) はイオンを含む溶融塩中での電界輸送を２重に行う方法
を提案している。屈折率に関してはステツプインデツク
ス型の導波路を作ることができる。AgNO₃、TlNO₃などの
溶融塩の中にガラス基板を浸漬し電界を加えてガラス中
へAg⁺又はTl⁺イオンを導入する。この後NaNO₃の溶融塩
の中で電界輸送しNa⁺イオンを同じ面に導入し、Na⁺イオ
ンで蓋をする。こうして内部に高分極率イオンが閉じ込
められる。ガラスの内部に光導波路を作ることができ
る。

第４図はT.Izawaらの電界輸送の構成を略示する。

容器１１の中にAgイオン或はTlイオンを含む溶融塩（Ag
NO₃融液、TlNO₃融液）１２が入つている。この中にガラ
ス１３が漬けられている。ガラス１３の下方にはPt電極
１４がある。ガラスの上面には窪みがあつてここにも溶
融塩が入つている。ここにもうひとつの電極１５を設け
る。熱電対１６によつて溶融塩の温度を監視する。この
方法は基板を加熱しておき溶融塩中のAgイオンなどを電
界の作用により基板中へ導入するものである。これは第
１段階(A)と第２段階(B)からなる工程を含む。

(A) Ag又はTlイオンを含む溶融塩１２の中に、ソーダ
ガラス（又はカリウムガラスでもよい）１３を入れる。
溶融塩、ガラスともに加熱されている。陽極１４と陰極
１５との間に電圧を印加する。高温であるのでガラス中
でのイオン移動度が高くなる。電界の作用で銀イオンな
どがガラスの内部に入つてゆく。このようにして第５図
(a)に示すような屈折率分布が得られる。銀イオンのよ
うにNaより高い分極率を有するイオンが入るその濃度が
屈折率の増分に比例する。それで縦軸はイオン濃度のか
わりに屈折率となつている。

(B) 第２段階では溶融塩を別のものにとりかえる。ガ
ラス中にもともと存在したイオンを含む溶融塩とする。
この例ではソーダガラスであるから、Naイオンを含むNa
NO₃の溶融塩を用いる。固体のNaNO₃を加熱し融液とす
る。同じような配置にして電極間に静電界をかける。ガ
ラス中の全てのイオンが同一方向へ動く。Ag⁺イオンが
上方に移りNa⁺イオンがガラス下面から進入してくる。
すると第５図(b)に示すような屈折率分布がガラス中に
生ずる。

Izawaの方法は電界輸送を２回行いガラス内部に局所的
な高屈折率領域を作る。しかし２回とも電界によるAg⁺
イオン、Na⁺イオンの輸送であるから、イオンの濃度が
ある領域で一定値になる。第５図(b)のように極大部が
平坦な分布である。ステツプインデツクス型の屈折率分
布である。ＳＩ型光フアイバに対してはこれでよい。し
かしグレーデイツトインデツクス型光フアイバに対して
は結合性が悪い。モード変換ロスが大きくなるからであ
る。

特光昭50−38342号（伊澤）は熱拡散を否定する。熱拡
散では表面近傍のみに銀イオンが高濃度に存在しガラス
の内部まで高濃度のまま入つてゆかないからである。そ
こで電界によるイオン輸送をイオンを変えて２回行う。

銀などの高分極率を有するイオンを含む溶融塩にガラス
を漬け、ガラスの上下に電極を設ける。これらの溶融
塩、ガラスはこの塩の融点よりも高い温度に加熱されて
いる。電極界に電圧を加えて電界の力によつて高分極率
イオン（Agなど）をガラスの中へ強制的に導入する。す
ると段階函数的な銀イオン分布がガラスの中に形成され
る。これは第５図(a)に示すものと同じようなものであ
る。

ついで溶融塩を、ナトリウムを含むNaNO₃にかえて同じ
く電界輸送を行う。この面からNa⁺イオンが入り、Ag⁺イ
オンは反対側へ押しこめられる。このため第５図(b)に
示すような屈折率プロフイルを得ることができる。

これは高屈折率部分の平坦部が広くて、屈折率２乗分布
をしていない。この発明者伊澤達夫は前記のAppl.Phys.
Lett.Vol.21,No.12,p584(1972)に合致しているので両者
は同じ発明思想を表わしているものと考えられる。Izaw
aの方法は異種イオンの電界輸送を２度行つて角形の高
屈折率領域分布を作り出している。Izawaは熱拡散を否
定する。熱拡散ではイオンの分布が表面近くに局在する
ので表面にのみ導波路ができる。ガラス表面は凹凸、傷
など欠陥が多い。表面を光が伝搬すると欠陥によつて散
乱される。望ましいことではない。だから内部に高屈折
率部を作り内部に光導波路を形成しなくてはならない。

内部奥深くにイオンを導入するための方法として一方向
性の電界輸送は好適である。熱拡散は方向性がないので
イオンの進入が遅く非効率であり内奥までイオンが入つ
てゆかない。だから伊澤は熱拡散を否定する。２度の電
界輸送を採用する。

しかし電界輸送だけでは分布が角型になる。２乗分布の
ような円やかな分布を作る事ができない。本発明は伊澤
と違つて屈折率が２乗分布した光導波路を作りたいので
ある。どうしたら分布の角を円くできるのか？熱拡散
と電界輸送ではどのような違いがあるのか？これが問
題である。ガラス中のイオンの運動について考えてみ
る。熱拡散の場合、Agイオンの分布は、濃度をｃとしてという拡散の式によつて論じることができる。ｘは表面
でｘ＝０として内部方向にとつている。Ｄは拡散係数で
ある。ｔ＝０でｃ＝δ(x)という条件（δ(x)はデルタ函
数）でこれご解くと、となる。これはガラス函数で標準偏差がであり、高さがである函数である。

もしも、有限の時間ｔ＝０〜ｔ_１の間溶融塩とガラスが
接触していたとすると、その濃度分布はとなる。ただしerfcは１から誤差函数を引いたものであ
り、ｘ≧０のとき（ｘ＜０ではerfc＝１）で定義される函数である。erfc(x)はｘ＝０で１である
がｘ＝０を離れると急激に減少する函数である。(3)式
から時間ｔに関するふるまいがよくわかる。ｔが小さい
うちはｘ≠０での減少は特に著しい。しかしｔが大きく
なるとｘ≠０のｃ（ｘ．ｔ）の値も増えてゆく。またを一定したときの値が不変であることから、ある一定濃
度の直線ｃ（ｘ，ｔ）＝c₀を切るｘの値は時間ｔの平方
根に比例して増えてゆくということがわかる。

これは所定濃度のイオンというものを考えたとき、これ
の進む距離がに比例するというふうにも考えられる。速度として考え
るとに比例する。つまりイオンは時間を長くかけても中々内
部へ拡散しないということである。

第７図(c)は熱拡散によるガラス中の銀Ag（又はＫ）の
濃度分率を図示している。(3)式に示すような曲線でｘ
≠０では値が急激に少なくなる。６時間かけても内部へ
あまり拡がらないという事が分る。

反対に電界輸送の場合はどうなるかということを考え
る。はじめに拡散項がなくて電界輸送だけが純粋に起る
とする。濃度分布の方程式はとなる。Ｅは電界、μは移動度であり、Ｅμはイオンの
ガラス中での速度である。初期条件をｔ＝０でｃ（ｘ，
０）＝１ｘ≦０とする。つまりステツプ函数θ(x)
（ｘ≧０で１，ｘ＜０で０）を用いて、ｔ＝０でｃ（ｘ，０）＝θ（−ｘ） (7) という初期条件を与えると、(6)は容易に解けてｃ（ｘ，ｔ）＝θ（Ｅμｔ−ｘ） (8) となる。つまり任意の時刻ｔに於てｘ≦Ｅμｔならｃ
（ｘ，ｔ）＝１でありｘ＞Ｅμｔならｃ（ｘ，ｔ）＝０
である。ｘ＝Ｅμｔで切然とｃ（ｘ，ｔ）の値が１から
０へ落ちる。段階函数の変化をする。これは電界で一様
速度でイオンを運ぶのであるから当然のことである。

これは純粋な電界輸送の場合である。実際には熱による
拡散（熱拡散）も同時に起こるので、(1)、(6)を加えた
式になる。

これをやはりｔ＝０で、ｃ（ｘ，０）＝θ（−ｘ）とい
う初期条件で解くと、という事になる。ｔＤ→０の極限で(10)は(8)に一致し
階段函数になる。（Ｅμｔ≧ｘで１、Ｅμｔ＜ｘで
０）。

Ｄｔが有限であると、階段函数の角がとれて丸みを帯び
てくる。

第７図(D)は電界輸送を行つたときの20分、40分、１時
間後のイオン濃度分率である。これは時間に比例してｃ
＝１である領域が確実に増えてゆく。本質的には段階函
数θ（Ｅμｔ−ｘ））で角がのため丸くなつているのである。

このような考察から、熱拡散はイオンをガラスの内部奥
深くまで輸送するには不向きであることが分る。しか
し、これは分布函数に丸みを与えるという作用がある。
電界輸送はイオンをガラスの内奥へ輸送するには最適で
ある。しかし反面、分布が階段函数的になり、角形の分
布となりやすい。２乗屈折率分布を作るのはむずかし
い。Izawa等の手法はこの点で難がある。

しかし電界輸送を異種イオンについて２度繰返す方法の
致命的な難点は別にある。それは光フアイバのコア、ク
ラツドの屈折率差に対応した屈折率差を中心と周辺部と
に与えることができないということである。

光フアイバのコア、クラツドの屈折率の差は多モードフ
アイバで１％、シングルモードフアイバで0.3％程度で
ある。あまり大きい差ではない。光導波路が光フアイバ
と良好に結合するためにはモード変換があまり起こらな
いということが必要である。それゆえ光導波路の内部に
於てもコア、クラツドの屈折率差程度の差があればよ
い。

もしも電界輸送を２度用いると、第５図(b)のように、N
a⁺イオンが100％Ag⁺イオンによつて置き換えられが部分
が必ず存在する。例えばNa⁺イオンの電子分極率は0.4×
10^-12cm³、Ag⁺イオンのそれは2.4×10^-12cm³でなる。ガ
ラスの誘電率はNa⁺イオンの電子分極によるものだけで
はなく、Si、Ｏなどの分極もこれに寄与する。しかし、
Na⁺とAg⁺の電子分極率は約６倍の相異があり、全てのNa
⁺が、Ag⁺に置換されると屈折率の変化は１％程度にはと
どまらない。10％〜数10％に達する。

屈折率差をより小さくするには、Na⁺のすべてをAg⁺でお
きかえるのでなく、Na⁺の一部を残しておくという事が
要求されよう。しかし、２度の電界輸送ではこれができ
ない。

２度の電界輸送で作つた光導波路は、中心と周縁での屈
折率差が大きすぎる。たとえサイズが光フアイバのサイ
ズと合致していても、より多くのモードが伝搬モードと
なる。伝搬モードの数は屈折率差によつて決まるからで
ある。しかも光フアイバと光導波路の接合は決して断熱
的（adiabatic）でない。このため多くの散逸モードが
入口の接合点で発生し、出口側接合点で消えてしまう。
このようなモード変換によるロスはできるだけ少くすべ
きである。

発明の開示ガラス内部に光導波路を形成するためには (1) 高分極率イオンを導入する。

(2) 低分極率イオンを導入する。

というふたつのイオン導入操作が必要である。(2)はガ
ラス素材と同じイオン（Na⁺など）を導入して光導波路
にいわば蓋をするものである。従来は(1)の段階につい
て精力的に考察されたが(2)の段階についてはあまり顧
慮されていなかつたように思う。

熱拡散はなるほど遠くまでイオンを運ぶには不適であ
る。しかし(2)の段階は光導波路に蓋をするだけのもの
であるからイオンを遠くまで運ぶ必要は全然ないのであ
る。かえつて熱拡散には濃度分布の角ばつている部分を
丸くするという作用がある。ＧＩ型光フアイバとの良好
な結合性を確保するには、屈折率２乗分布ということが
必要である。

それでなく、コアの部分とクラツドの部分の屈折率の差
もあまり大きいものであつてはならない。熱拡散は高分
極率イオンのピークの高さを低減してコア、クラツド部
分の屈折率の差を適正な範囲に下げる作用がある。

そこで本発明は(1)の工程を電界輸送で行い、(2)の工程
を熱拡散で行うこととする。本発明は電界輸送によつて
高分極率イオン（例えばAg，Tl）をガラス中へ導入し、
ついで熱拡散によつて低分極率イオンをガラス中で導入
する。

(1)の電界輸送は第２図に示すような乾式であつてもよ
いし、第４図に示すような湿式であつてもよい。第２図
の方法では、ガラスに銀の薄膜を蒸着しておき、外側に
Ａｌ電極を付け、Ａｌ電極間に電圧を加える。金属の銀
が電界によつてマイグレーシヨンを起こす。これは乾式
であるので装置が単純化されるという利点がある。

第４図に示す方法は溶融塩を用いるものである。湿式で
あつて電極の作製、塩の温度管理など難しい点がある。
しかしこれははじめからイオンとして存在するので電界
輸送が直ちに起こる。

いずれにしても第１段階の電界輸送により高分極率イオ
ンをガラス中に導入できる。これは段階函数に近い分布
となる。実際にはＥ（電界）だけでなく、移動度μ、拡
散係数Ｄによつてプロフイルが決定される。

第２図に示す方法で、3.05時間の電圧、電流を加えた後
のAgの濃度分布は第６図の最も上のグラフτ＝１×10^-4
（3.05時間）のようになる。ここでτは正規化時間であ
る。

次にガラスにもともと含まれていた低分極率イオン（ソ
ーダガラスならNaイオン）を含む溶融塩にガラスを漬け
加熱して熱拡散を行う。これにより表面から銀イオンが
抜け、かわりにナトリウムイオンが入つてくる。銀イオ
ンは多く表面から失われる（第６図左方への動き）。し
かし一部は右方へ移動してガラスの内奥へ進む。

第６図には、電界輸送をτ＝１×10^-4した後、熱拡散を
これに続けて行つたときの銀の濃度分布を示している。
グラフのかつこの中が実時間で、外が正規化時間であ
る。これは電界輸送（τ＝１×10^-4、3.05時間）時間も
含めた時間である。それゆえ熱拡散時間を求めるために
は、グラフに示された時間から、それぞれ１×10^-4、3.
05時間を差引く必要がある。

例えばτ＝1.1×10^-4、3.36時間（熱拡散は0.31時間）
でピークが0.83に下つている。またτ＝1.5×10^-4、4.6
時間（熱拡散は1.45時間）でピークは0.57に下つてい
る。さらにτ＝３、9.2時間（熱拡散は6.15時間）でピ
ークは0.3に下つている。

いずれにしても濃度分布のピークはより丸くなつてお
り、２乗函数に均似してくる。これが屈折率２乗分布を
与えることができる。

最も重要なことは熱拡散の時間によつて銀濃度ピークの
値を自在に指定できるということである。これは電界輸
送によつて絶対にできないことである。

結合すべき光フアイバのコア、クラツド屈折率からし
て、ピーク点での銀の濃度分率が例えば43％であるとす
る（Naの分率が57％）のが望ましいとする。この場合熱
拡散の正規化時間を１×10^-4にして、（実際には3.05時
間）やればよいということがただちに分る。これは上か
ら５番目のグラフより分るのである。望ましいピーク分
率が0.3なら熱拡散時間は5.15時間となる（６番目のグ
ラフ）。

このように銀濃度のピークの分率を自在に決定できる。
著しい長所である。

第６図に於て横軸はガラスの厚みＬ（１mm）を深さｄで
割つた値（０〜0.1）を示す。縦軸は銀濃度分率であ
る。1.0というのは全てのNa⁺イオンを銀で置換したとき
の濃度である。

ここで正規化時間τというのは拡散係数と時間の積Ｄｔ
を表わしている。先述のように時間は式の中にＤｔの形
でのみ入るから、Ｄｔで時間を表わすと一般性に富み便
利である。ここではＤ＝9.1×10^-3μｍ²/secとして実時
間と対応させている。3.05時間は10980秒であるので、
このときＤｔ＝１×10^-4mm²となる。正規化時間の単位
はmm²である。これは（ｘ−Ｅμｔ）^２を割るものであ
るから、ｘ−Ｅμｔはmmを単位とすると、この単位で論
しうる。

光フアイバのコア、クラツドと対応を考えるためには、
もちろん中心と周縁の屈折率差が合つているというだけ
では不十分である。屈折率差のある領域の拡がりもコア
の直径とほぼ同一であるということが要求される。つま
りパラメータが少なくとも２つある。

屈折率の差は先述のように銀の分率を1.0ではなく、よ
り少ない値に自由に設定できる。これは熱拡散時間によ
つて指定できる。また領域の拡がりであるが、これはは
じめの電界輸送の時間を指定することにより調整でき
ぬ。

第６図に於て電界輸送直後のグラフ（τ＝１×10^-4m
m²）は上下に丸みを帯びているが、これはがＥμｔに比べてかなり大きいからである。Ｅμｔをに比して大きくすると、τ＝１×10^-4でももつと角ばつ
た分布を得ることができる。

本発明に於ては、１段階目の電界輸送の際の時間t₁と、
２段階目の熱拡散の時間t₂と、電界強度Ｅと、温度Ｔ
（Ｄに影響する）とが自在に選べるパラメータとなる。
４つのパラメータがあるから、所望の屈折率差、所望の
プロフイルの光導波路を作ることができる。

実施例 (1) ガラスソーダガラス又はカリウムガラスを基板とする。

(2) ガラス中へ移動させるイオンガラスの種類により種々の組合わせがありうる。ここで
はソーダガラス上にAg⁺又はＫ⁺を導入する。

(3) 拡散定数、移動度の測定ガラス板上に銀を薄膜を蒸着し、さらに両側にアルミを
蒸着して電極とする。たとえば220℃として電界をかけ
て銀のマイグレーシヨンをひき起こす。あるいはAgNO₃
の溶融塩の中にガラス基板を漬けて電極間に電圧を加え
て（第４図）て銀イオンをガラス中に導入する。この場
合、AgNO₃の融点が212℃であるので、これより高い220
℃とする。

K⁺イオンを入れる場合、KNO₃の融点334℃より少し高い3
40℃程度で行う。電流を流さないで例えば20分〜６時間
これらのイオンを導入する。この後、イオンの濃度分布
を深さの函数として実際に測定する。すると第７図(c)
のようなグラフを得る。これとを合わせることによつてＤの値を求めることができる。

次に電圧を電極間に加えて20分〜１時間程度イオンを導
入する。この後イオンの濃度分布の深さの函数とし測定
する。第７図(D)のようなグラフを得る。

とフイツトさせて移動度μを求めることができる。こう
してＤ、μが求まる。

(4) 拡散定数の測定適当なAg、Ｋ濃度分布を有するガラス板を310℃のNaNO₃
液に浸漬する（NaNO₃の融点306.8℃）。これについても
時間を10分〜６時間にかえて行う。これらのAg、Ｋのイ
オン濃度分布を測定する。拡散定数といつても２種類あ
る。これは温度の違いによるものである。

こうして、２つの拡散定数、移動度μを求めることがで
きる。これらの値を用いて、Ｅ、t₁、t₂を変えて、任意
のイオン濃度の光導波路を作りうる。

効果 (1) 部品の機拡的位置合わせ、接着などの手段を用い
ることなくバルクのガラスの中に所望の２次元的パター
ンを持つ光導波路を得ることができる。

(2) 光フアイバとの結合を良好にするため、深さ方向
の屈折率分布を２乗分布に近づけ、またコア、クラツド
屈折率差に合致するようにできる。

【図面の簡単な説明】

第１図はJ.Viljanenらが提案した光導波路の模式図。第２図はJ.Viljanenらが提案した銀イオンをガラスの中
で電界輸送する構成を示す断面図。第３図は第２図の構造によつてJ.Viljanenらが作つた導
波路の銀濃度分布図。Ｃ_１（ｘ，０）は電界輸送直後の
グラフである。C₁（ｘ7200）は電界輸送後7200秒熱拡散
した（イオン種を変えない）後の銀濃度分布図。第４図はIzawaらが提案した溶融塩の中にガラスを漬け
て電界を加えイオンをガラス中で輸送する機能を示す
図。第５図はT.Izawaらが第４図の構造で得たガラス中の屈
折率分布曲線。第５図(a)は電界輸送直後の分布曲線。
第５図(b)は溶融塩をガラス中のイオン種を含むものに
とりかえて再び電界輸送したあとの屈折率分布曲線。第６図は本発明の方法に従い高分極率イオンをガラス内
部に電界輸送した後、低分極率イオンの溶融塩の中で熱
拡散した時のイオンの濃度分布を示すグラフ。パラメータは正規化時間（Dt）と実時間ｔである。第７図(c)は熱拡散のみによつてガラスの中へAg、また
はＫイオンを導入した時の、時間をパラメータとする濃
度分布グラフ。第７図(D)は電界輸送によつてガラスの中へAg、または
Ｋイオンを導入た時の時間をパラメータとする濃度分布
グラフ。１……銀薄膜２……ガラス３……アルミニウム薄膜 11……溶融塩槽 12……溶融塩 13……ガラス 14……陽極 15……陰極 16……熱電対

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者澤新之輔愛媛県松山市祝谷町１丁目５番39号チユリス道後216号 (72)発明者吉田弘之大阪府堺市百舌鳥本町３―６―５ (72)発明者吉田健一大阪府大阪市此花区島屋１丁目１番３号住友電気工業株式会社大阪製作所内 (72)発明者小野公三大阪府大阪市此花区島屋１丁目１番３号住友電気工業株式会社大阪製作所内 (72)発明者西浦洋三大阪府大阪市此花区島屋１丁目１番３号住友電気工業株式会社大阪製作所内 (56)参考文献特公昭50−38342（ＪＰ，Ｂ１) 特公昭48−5975（ＪＰ，Ｂ１) Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．51, Ｎｏ．７ｐｐ．3563（1980）Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．Ｖｏｌ．21，Ｎｏ. 12，ｐｐ．584（1970)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガラス状物質の基板中に高い屈折率層を作
製する光導波路の製造方法において、高分極率イオンを
含む溶融塩中で電界を加えるか又はイオンになるべき金
属を蒸着してから電界を加えるようにした電界輸送によ
つて高い分極率を有するイオンを該基板中に導入し、次
いで該基板中に元来含有されていた低分極率イオンを含
む溶融塩中で熱拡散によつて低分極率イオンを該基板中
に導入し基板の屈折率分布を整形することを特徴とする
光導波路の製造方法。
【請求項２】該ガラス状物質の基板にソーダガラスを用
いる、特許請求の範囲第１項に記載の光導波路の製造方
法。
【請求項３】該電界輸送、熱交換によつて該基板中に導
入すべきイオンの溶融塩を調製するためにそれぞれ硝酸
銀および硝酸ナトリウムを用いる特許請求の範囲第１項
または第２項に記載の光導波路の製造方法。
【請求項４】該ガラス状物質の基板に石英ガラスを用い
る、特許請求の範囲第１項に記載の光導波路の製造方
法。