JPH08262247A - ガラス光導波路およびその作製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ガラス光導波路の光伝播損失を低減させる。 【構成】 ガラス基板１上にエッチング法によりコア層
２を形成した後、コア層２のみを軟化させるべく熱処理
を施し、その後、コア層２を覆うように上部クラッド層
３を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はガラス光導波路および
その作製方法に関し、さらに詳細にいえば、ガラス基板
上にコア層を形成し、コア層を覆うように上部クラッド
層を形成してなるガラス光導波路およびその作製方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来からガラス光導波路の作製方法とし
て、下部クラッド層を構成するガラス基板上にコアガラ
ス層を形成し、このコアガラス層に対して所定のマスク
パターンをマスクとして反応性イオンエッチングなどを
行うことによりコア層を形成し、その後、コア層を覆う
ように上部クラッド層を構成するガラス層を形成する方
法が提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記の方法により作製
されたガラス光導波路は光学特性を余り良好にすること
ができないという不都合がある。この点についてさらに
詳細に説明する。コアガラス層に対して所定のマスクパ
ターンをマスクとして反応性イオンエッチングなどを行
うことにより形成されたコア層の側面には通常０．１μ
ｍ未満の荒れが発生しており、しかもこの荒れの周期
は、条件によって変動するが、通常０．２〜０．３μｍ
程度になっている。したがって、１．３μｍ、１．５５
μｍなどの波長の光をコア層により導く場合に、上記周
期的な荒れがグレーティングと同様に機能して光の干渉
を生じさせ、かなり強い光がコア層から漏れ出てしま
う。この結果、コア層における光伝播損失が大きくなっ
てしまう。

【０００４】

【発明の目的】この発明は上記の問題点に鑑みてなされ
たものであり、コア層から漏れ出てしまう光を大幅に低
減させ、光伝播損失を大幅に低減できるガラス光導波路
を提供することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１のガラス光導波
路は、ガラス基板上にコア層を形成し、コア層を覆うよ
うに上部クラッド層を形成してなるガラス光導波路であ
って、コア層の側面の凹凸の周期が、エッチング処理直
後の凹凸の周期よりも大きく設定されている。請求項２
のガラス光導波路の作製方法は、ガラス基板上にエッチ
ング法によりコア層を形成し、次いで熱処理を施して、
コア層の側面の凹凸の周期を、エッチング処理直後の凹
凸の周期よりも大きくし、その後、コア層を覆うように
上部クラッド層を形成する方法である。

【０００６】請求項３のガラス光導波路の作製方法は、
熱処理を施す前に、コア層に不純物をドープして軟化点
を低下させる方法である。

【０００７】

【作用】請求項１のガラス光導波路であれば、ガラス基
板上にコア層を形成し、コア層を覆うように上部クラッ
ド層を形成してなるガラス光導波路であって、コア層の
側面の凹凸の周期が、エッチング処理直後の凹凸の周期
よりも大きく設定されているのであるから、凹凸の周期
を光の波長と比較して十分に大きくすることにより、光
伝播損失を大幅に低減することができる。

【０００８】請求項２のガラス光導波路の作製方法であ
れば、ガラス基板上にエッチング法によりコア層を形成
し、次いで熱処理を施して、コア層の側面の凹凸の周期
を、エッチング処理直後の凹凸の周期よりも大きくし、
その後、コア層を覆うように上部クラッド層を形成する
のであるから、凹凸の周期を光の波長と比較して十分に
大きくすることにより、光伝播損失を大幅に低減するこ
とができる。

【０００９】請求項３のガラス光導波路の作製方法であ
れば、熱処理を施す前に、コア層に不純物をドープして
軟化点を低下させるのであるから、熱処理条件を緩和す
ることができ、ひいては熱処理後の冷却時にガラス基板
とコア層との間にクラックが生じるという不都合を未然
に防止することができる。即ち、ガラス基板とコア層と
の間で熱膨脹率が異なるのであるが、加熱温度を低くで
き、および／または加熱時間を短くできるのであるか
ら、熱処理に起因する熱膨脹を必要最小限に抑制するこ
とができ、この結果、熱処理後の冷却時にガラス基板と
コア層との間にクラックが生じるという不都合を未然に
防止することができる。

【００１０】

【実施例】以下、実施例を示す添付図面によってこの発
明を詳細に説明する。図１はこの発明のガラス光導波路
の作製方法を説明する概略図である。先ず、下部クラッ
ド層を構成するガラス基板１の上面にコアガラス層を形
成し、このコアガラス層の上面に所定のマスクパターン
を形成した状態でエッチング処理を施し、その後、マス
クパターンを除去することによりガラス基板１上にコア
層２を形成する（図１中Ａ参照）。

【００１１】この状態において熱処理を施すことによ
り、エッチング処理によりコア層２の側面に形成された
微小ピッチの微細な凹凸を軽減させ、凹凸のピッチを光
の波長に対して十分に大きい値にする（図１中Ｂ参
照）。その後、コア層２を覆うようにガラス粒子を堆積
させ、加熱してガラス化することにより上部クラッド層
３を形成する（図１中Ｃ参照）。

【００１２】以上において、ガラス基板１としては、例
えば石英ガラスからなるものを採用し、コアガラスとし
ては、所定の屈折率を得るために石英ガラスに対して所
定の不純物を混入してなるものを採用する。ただし、Ｇ
ｅ、Ｐなどをさらにドープすることにより、コアガラス
の軟化点をガラス基板１の軟化点よりも低くすることが
好ましい。この場合において、Ｇｅを５ｍｏｌ％程度ド
ープすれば軟化点が２０〜３０℃ほど低下し、Ｐを２〜
３ｍｏｌ％ドープすれば同様に軟化点が２０〜３０℃ほ
ど低下する。したがって、軟化点の低下の程度に合せて
Ｇｅ、Ｐなどのドープ量を設定すればよい。また、コア
ガラス層の形成に当っては、例えば、上記不純物、Ｇ
ｅ、Ｐなどが混入されてなるガラス粒子を堆積させ、次
いで熱処理を行ってガラス化する方法を採用することが
できる。

【００１３】また、エッチング処理としては、例えば反
応性イオンエッチング処理が採用され、熱処理条件は、
凹凸のピッチを光の波長の５〜６倍よりも大きくすべ
く、例えば、１，５００℃、１０分間に設定される。こ
の条件に設定すれば、石英ガラス基板の軟化点が１，６
００℃であるから、石英ガラス基板が軟化することはな
い。ただし、熱処理条件のうち、温度についてはガラス
基板１を軟化させず、コア層２のみを軟化させることが
できる温度であれば、任意に設定することができる。し
かし、温度を高くすれば時間を短くできる反面、温度を
低くすれば時間を長くしなければならない。

【００１４】具体的には、熱処理条件を１５８０℃、５
分間に設定した場合には散乱係数（ガラス光導波路の側
面散乱に起因する値）が０．７８（任意単位）であり、
熱処理条件を１５９２℃、５分間に設定した場合には散
乱係数が０．５３（任意単位）であり、熱処理を全く施
していない場合には散乱係数が２．５７（任意単位）で
あったのと比較して散乱係数を大幅に低減できているこ
とが分かる。なお、具体例における温度条件は、ガラス
光導波路の温度の測定が困難であるから、熱処理装置の
温度として示してある。

【００１５】また、熱処理条件を１５９５℃、５分間に
設定した場合には拡散係数が３．６０（任意単位）、１
５９４℃、１０分間に設定した場合には拡散係数が４．
０３（任意単位）であり、かえって散乱係数が大きくな
っている。これは、後者において温度が１℃低くなって
いるとともに、時間が２倍になっており、温度低下によ
る寄与と比較して時間増大による寄与が大きいことが原
因であると思われる。

【００１６】したがって、熱処理条件を１５８０℃、５
分間から１５９２℃、５分間の範囲に設定すればよい。
熱処理条件を１５９２℃、５分間に設定し、以上の方法
により作製されたガラス光導波路に光を供給して、上方
から顕微鏡で観察したところ、図２に示すように、コア
層２のエッジ部に１ｍｍ程度の間隔で発光点が認められ
た。これに対して、エッチングによりコア層を形成した
後、熱処理を施すことなく上部クラッド層を形成してな
るガラス光導波路に光を供給して、上方から顕微鏡で観
察したところ、図３に示すように、コア層のエッジ部に
密に発光点が認められた。

【００１７】この発光点は、コア層から光が漏出してい
る点であるから、図１の実施例によりガラス光導波路を
作製することにより、光の漏出を著しく低減でき、光伝
播損失を大幅に低減できていることが分かる。

【００１８】

【発明の効果】請求項１の発明は、凹凸の周期を光の波
長と比較して十分に大きくすることにより、光伝播損失
を大幅に低減することができるという特有の効果を奏す
る。請求項２の発明は、凹凸の周期を光の波長と比較し
て十分に大きくすることにより、光伝播損失を大幅に低
減することができるという特有の効果を奏する。

【００１９】請求項３の発明は、熱処理条件を緩和する
ことができ、ひいては熱処理後の冷却時にガラス基板と
コア層との間にクラックが生じるという不都合を未然に
防止することができるという特有の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のガラス光導波路の作製方法を概略的
に説明する図である。

【図２】図１の方法により作製されたガラス光導波路に
光を供給して上方から顕微鏡で観察した結果を示す図で
ある。

【図３】従来の方法により作製されたガラス光導波路に
光を供給して上方から顕微鏡で観察した結果を示す図で
ある。

【符号の説明】

１ ガラス基板 ２ コア層 ３ 上部クラッド層

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガラス基板（１）上にコア層（２）を形
   成し、コア層（２）を覆うように上部クラッド層（３）
   を形成してなるガラス光導波路であって、コア層（２）
   の側面の凹凸の周期が、エッチング処理直後の凹凸の周
   期よりも大きく設定されていることを特徴とするガラス
   光導波路。
2. 【請求項２】 ガラス基板（１）上にエッチング法によ
   りコア層（２）を形成し、次いで熱処理を施して、コア
   層（２）の側面の凹凸の周期を、エッチング処理直後の
   凹凸の周期よりも大きくし、その後、コア層（２）を覆
   うように上部クラッド層（３）を形成することを特徴と
   するガラス光導波路の作製方法。
3. 【請求項３】 熱処理を施す前に、コア層（２）に不純
   物をドープして軟化点を低下させる請求項２に記載のガ
   ラス光導波路の作製方法。