JPS61284704A - 石英系光導波路用ガラス多層膜及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は光導波路に供するためのガラス多層膜及びその
製造方法に関し、褥に亀裂の起こシにくい、構造の石英
系光導波路用ガラス多層膜及びこれの製造方法に係る。

（従来の技術） 従来、光導波路に供するための石英系ガラス多層膜にお
いては純石英ガラス等の基板上にこれよりも屈折率の高
いＧｅＯ！等のような純石英ガラスよりも屈折率の高い
酸化物ガラスを所要の組成比で石英ガラスに含有させた
薄膜ガラスを設けることによシ光導波層を形成させてい
た。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、Ｇｅ０１等の酸化物ガラスを成分に持つ
石英系ガラスで所要の屈折率差を得ようとする方法では
、組成比を変えて屈折率を上げようとすると同時に熱膨
張係数が大きく変化するので、高温下において積層形成
したガラス多層膜を冷却する過程で基板と導波層の収縮
度が大きく異なるため、層界面の剥離やガラス膜のワレ
、しビ及び亀裂が発生し易いという欠点があった。

これに対し、フッ素を含有する石英ガラスは屈折率は上
記の酸化物ガラスとは逆に純石英ガラスよりも小さく光
導波層としては使えないが、純石英ガラスとの屈折率差
を大きくしても熱膨張係数の差は小さいことが知られて
いた。

一方、薄層のガラス膜を、基板上に堆積させる方法とし
て従来酸水素バーナーを用い、ガラス原料、例えば５ｉ
Ｃｔ４及びＧｅ０１等を加水分解反応によシガラスを合
成し更に同時に火炎自身の加熱によ）吹きつけながら透
明ガラス化を行うものがあった。しかしこの方法でフッ
素を添加した石英ガラスを堆積させようと試みたが、光
導波層として十分な屈折率差を持ったガラスを堆積でき
ないことが判った。

本発明は上記のような現状に鑑み従来の酸化物組成のも
のにおいて問題でおった冷却時のワレ及びヒビを解決し
、更には従来作成不可能であったフッ素を添加した石英
ガラスを堆積した構造を具現することを目的としてなさ
れたものでおる。

（問題点を解決するための手段） 本発明者らは、鋭意検討を重ねることによシ、上記した
フッ素を含有する石英ガラスの上述の熱膨張と屈折率の
関係に鑑み、これあ利用した新規な導波路用ガラス多層
膜の構造及びその製造方法を開発することができた。

すなわち、本発明は金属シリコン又は耐火材からなる基
板の上に、フッ素を含有する溶融石英ガラスからなる第
１の薄層を設け、該第１の薄層の上に該第１の薄層より
も小さい濃度のフッ素を含有する溶融石英ガラス又は純
石英ガラスからなる第２の薄層を設けてなることを特徴
とする石英系光導波路用ガラス多層膜に関し、さらに上
記の石英系光導波路用ガラス多層膜を製造する方法とし
て高周波誘導プラズマを発生せしめたトーチにフッ素を
含有する溶融石英ガラスを生成する１つ以上の化学種か
らなる原料を投入して、少なくともその片側に実質的に
平面を具備する出発部材の該平面上に吹きつけて、フッ
素を含有する溶融石英ガラスからなる第１の薄層及び該
第１の薄層よりも小さい濃度のフッ素を含有する溶融石
英ガラス又は純石英ガラスからなる第２０薄層を形成す
ることを特徴とする石英系光導波路用ガラス多層膜の製
造方法にも関するものである。

また本発明の好ましい実施態様としては高周波誘導プラ
ズマを発生させる媒体としてアルゴンガスを用いる方法
が良い。

本発明において基板としては、金属シリコン、石英ガラ
ス、アルミナ、ジルコニア等の材質よシなる平板又はブ
ロックの片面の平面度を出したものを用いる。

上記基板の上に形成される第１の薄層としてはその比屈
折率が、第２の薄層よりも１％程度低くなる分量のフッ
素を含有した石英ガラスを用い、第２の範層としては、
実質的に純粋な石英ガラスかまたは少量のフッ素を含有
した石英ガラスを用いる。この構造とすることにより第
１及び第２の薄層の間の熱膨張率差を小さく抑えること
ができるので、冷却時に割れ、ヒビ、剥離が起こりにく
いという利点が生まれる。

以下に図面を参照して本発明について詳細に説明する。

第１図（ａ）に示すように本発明のガラス多層膜は、基
板１の上に形成したフッ素を含有した石英ガラスの第１
層２、更にその上に第１層よりもフッ素の含有量が小さ
い又は純石英のすなわち屈折率の高い第２層３によ多構
成される。

ここにおいて、第２層３は光を導く層であシ、光導波路
となった時にコアとなる部分である。

各層の厚みは、用途となる導波路の種類に依るが、例え
ばコア径５０μｍφのマルチモードファイバーとの接続
部分には第１層２は第２層３との屈折率差にもよるが５
μｍｔ以上あれば良く、第２層はファイバーとの光結合
効率の面から３０〜５０μｍｔである。第１図（ｂ）は
第１図（ａ）の構造のガラス多層膜の屈折率構造を示す
。第１図（ａ）と第１図し）の共通符番は同じ部分を意
味する。

第２層５と第１層２の屈折率差比４もまた用途によるが
曲率のある導波路で光のもれを抑えるために通常１Ｘ程
度でおる。この屈折率差を得るためには第１層２に含有
させるフッ素量を第２層１よりも重量比で約３％だけ大
きくしてやれば良い。例えば第２層にフッ素を含有しな
い純石英ガラスを用いる場合には第１層を約３重量パー
セントのフッ素を含有し九石英ガラスとすればよい。

以上で基本的に導波層構造を得るが、第２層３の外面が
露出してキズ等を生じ特性を劣化させる恐れのある場合
には第２図に示すように第２層の外側に更に第１層と同
程度のフッ素を含有する蕗３層５を設けると良い。

次に上述の導波路用ガラス多層膜を製造する方法につい
て述べる。第３図に示すよりに、石英ガラス製のトーチ
６にプラズマ発生用のガス７を流して、これらをとシ囲
むように配置した高周波コイル８に発振器９から高周波
電力を供給して高周波誘導プラズマ１０を発生させる。

次に、このプラズマ１０中にフッ素を含有する石英ガラ
スの原料１１を投入して、フッ素を含有した石英ガラス
膜１２をトーチ６の噴出口の前方に配置した基板１の上
に堆積させる。プラズマ発生用のガス７にはプラズマを
発生し易くかつ本方法において流す原料１１との反応が
なく不要な副生成物のないアルゴンガスを用いる。

フッ素と含有するガラスを堆積させるために用いる原料
としては、５ｉＣ４，ＳｉＣ／４Ｆ、　８１Ｃ４Ｆ、。

ＳｉＦ４．　ＳＦｓ、ＣＦａ、　ＣＣ−！ｗＦ意　等か
ら構成される気相原料または石英粉や液状の８１０７４
を上に列挙したフッ素系ガスと所定のフッ素含有率を与
える組成に混合して、用いる。

トーチ６は基板１の幅程度の外径のものを用い、長方形
の基板には、トーチを基板上でその長辺方向に往復させ
ながら堆積させる。このようにして順次原料の組成を変
えて所要の屈折率を持った各層を基板上に堆積させれば
光導波路用ガラス多層膜ができる。

従来の酸水素炎を用いる加水分解法では多量の水素・水
分が発生してフッ素がＨＦ　　となるため、フッ素添加
量に限界がちるに比べ、本発明の方法のようにプラズマ
トーチを用いると、よシ多量のフッ紮添加が可能である
。

（実施例） 外径５譚の石英トーチにアルゴンガス３５ｔ／分及び酸
素ガス４５Ｌ／分を投入してワークコイルにて周波数５
．４　ＭＨｚの電力９ＫＷ　を供給し誘導プラズマを発
生させてこれに四塩化珪素を気相で１ｌｌＬｓ７ｔ／分
及びフロン１２ガスをα３９ｔ／分混合し投入して、幅
５ｅＩＭ長さ２０５１厚さ５＋ｗの純石英ガラス板上に
ガラス膜を吹きつけた。このときガラス板はトーチ先端
から８国のととるでその長手方向に速度１５１／分で往
復させた。５０分間の堆積を行ったのちフロン１２ガス
の投入を停止し、四塩化珪素の投入量をα１５ｔ／分と
して１５分間堆積を行った。

続いて７０ン１２ガス０．５９ｔ１分、四塩化珪素ｌｌ
５７ｔ／分として更に２０分間堆積を行った。次に室温
にて自然冷却したところ、透明でワレ及びヒビのないガ
ラス多層膜が出来た。干渉法によシ各層の厚みと純粋石
英ガラスとの比屈折率差を測定したところ第１表のよう
に５０μｍ径のコアのグレーディトインデックス型ファ
イバーとの結合効率が良好なＭｌ及び第２層の厚みであ
シ、かつ導波層を形成するのに満足な屈折率構造であっ
た。

上によシ得られたガラス多層膜に波長［Ｌ５３μｍの光
を入射し、導波損失を測定したところ１８ｄＢ／ａｍと
良好な特性を有していた。

第１表 （比較例） 口径８ｗφのバーナーに水素９１７分、酸素５１７分を
流して火炎を形成し、気相の四塩化珪素［１Ｌ１ｔ／分
及びフロン１２ガス（Ｌ１５ｔ／分と実施例よ〕もフロ
ン１２ガス流量比を大きくしてバーナーに供給し、幅２
画、長さ５ｅｌＲの純石英ガラス板にガラス膜を堆積さ
せた。ガラス膜の比屈折率差を干渉法によシ測定したと
ころ−（１１２％と実施例に述べた本発明のものに比べ
１０分の１程度と小さく、光導波路には不十分な値であ
った。

（発明の効果） 以上述べたように本発明によればワレ、クラックのない
また光導波層として特性の良好なものが得られ効果大で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図（転）及び（ｂ）は本発明の光導波路用ガラス多
層膜の構造を示す図とその屈折率の構造の概略図である
。 第２図は、保護層を設けた本発明の光導波路用ガラス多
層膜の構造の概略図である。 第３図は、本発明のガラス多層膜作成方法の１例の概略
図である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属シリコン又は耐火材からなる基板の上に、フ
   ッ素を含有する溶融石英ガラスからなる第１の薄層を設
   け、該第１の薄層の上に該第１の薄層よりも小さい濃度
   のフッ素を含有する溶融石英ガラス又は純石英ガラスか
   らなる第２の薄層を設けてなることを特徴とする石英系
   光導波路用ガラス多層膜。
2. （２）第２の薄層の上に更に第１の薄層と同程度の量の
   フッ素を含有する第３の薄層を設けてなる特許請求の範
   囲第（１）項に記載の石英系光導波路用ガラス多層膜。
3. （３）高周波誘導プラズマを発生せしめたトーチにフッ
   素を含有する溶融石英ガラスを生成する１つ以上の化学
   種からなる原料を投入して、少なくともその片側に実質
   的に平面を具備する出発部材の該平面上に吹きつけて、
   フッ素を含有する溶融石英ガラスからなる第１の薄層及
   び該第１の薄層よりも小さい濃度のフッ素を含有する溶
   融石英ガラス又は純石英ガラスからなる第２の薄層を形
   成することを特徴とする石英系光導波路用ガラス多層膜
   の製造方法。
4. （４）高周波誘導プラズマを発生させる媒体のガスとし
   てアルゴンを用いる特許請求の範囲第（３）項に記載の
   石英系光導波路用ガラス多層膜の製造方法。