JPS63206709A - 埋込み型シングルモ−ド光導波路の製造方法 - Google Patents

埋込み型シングルモ−ド光導波路の製造方法

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JPS63206709A
JPS63206709A JP62039891A JP3989187A JPS63206709A JP S63206709 A JPS63206709 A JP S63206709A JP 62039891 A JP62039891 A JP 62039891A JP 3989187 A JP3989187 A JP 3989187A JP S63206709 A JPS63206709 A JP S63206709A
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ion
ions
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waveguide
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Masafumi Seki
雅文 関
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Nippon Sheet Glass Co Ltd
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    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/13—Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method
    • G02B6/134—Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method by substitution by dopant atoms
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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、イオン交換法による埋込み型シングルモード
光導波路作製方法に関し、特に電界印加を必要としない
シングルモード光導波PrT’A造方法に関する。
〔従来の技術〕
ムや光センサ−システムには、分岐合流や分波合波など
のために種々のシングルモード光デバイスが必要となる
。これらのデバイスをガラス基板上に作製する方法とし
ては、いくつかのイオン交換法が知られている。しかし
、実用上の効果を考えると、ガラス基板導波路は埋込み
型であって、しかもシングルモードファイバとの直接結
合の効率が良いように電界分布がほぼ一致したものが望
ましい。従来公知の技術で上述の導波路を作製できる方
法に近いものとしては、コ段N電界印加イオン交換法が
あった。この方法は、ガラス基板の上に金属などのマス
ク膜を積層した後、導波路の形状にパターニングし、電
界を印加した状態で溶融塩と接触させ該基板の表面付近
に屈折率の高い部分を形成し、次いでマスクを除去した
のち第2回目のイオン交換をするものである。
上記の方法については例えばSpringer−Ver
lag社刊の[Integrated 0ptics 
J第11頁に記験されているH、 Li1ienhof
らの論文に詳しく説明されている。
また特公昭l1l−j973号公報には、2段階のイオ
ン交換を行なってガラス基板中に、断面上で中心より周
辺に向かって徐々に屈折率の減少する光伝送路をつくる
方法が示されている。
〔発明が解決しようとする間頴点〕
電界印加を用いた導波路作製方決では、ガラス基板表裏
に接触させる溶炉′塩にうまく電界をかける必要があり
、イオン交換工程が複雑になるという問題点があった。
また特公昭lAl−3973号公報には、押込み型の導
波路の断面を円形ないし楕円形にするための条件、さら
にはシングルモード導波tとすることについて具体的に
示していない。
本発明は、電界印加を必要としない簡単な熱イオン交換
法で、断面が円形ないし楕円形に近い埋込み型シングル
モード光導波路を製造する方法を新規に提供しようとす
るものである。
〔問題点を解決するための手段〕
上記問題点を解決するために、本発明はイオン交換の工
程を第1段及び第2段とも熱イオン交換とし、さらに埋
込み型の断面が円形ないし楕円形に近い導波路を実現す
るために必要とされるイオン交換条件を第1段及び第2
段に対して明確に定めた。
すなわち、第1の熱イオン交換時の実効イオン交換定N
DIとイオン交換時間t1との積Dltlを、! <D
i tl<30 とし、 第2の熱イオン交換時の実効イオン交換定数D2とイオ
ン交換時間t2との!tiDzt2を、0.6<D2t
2<0.7jXDltlとする。
本発明に使用できるイオン交換用イオンとしては1価の
アルカリイオ>f5JちLi、Na、に、Rb、Osイ
オンの他1価のTA’イオン及びAgイオンがある。
またイオン交換用マスクとしてはTi+iの他、5i0
2などの誘電体Wi膜が使用できる。
〔作 用〕
ガラス基板と溶融塩との間のイオン交換はイオンの実効
的交換定数りと実効的交換時間tの積Dtで指定するこ
とができる。ここで言う実効的交換定数とは、2種のイ
オン間で交換が行われた時に、一方のイオンの移動が拡
散方程式で記述されるとした場合の見かけ上の拡散定数
である。
一般に実効的交換室vkDは温度の関数であるから、D
i積は厳密には積分で求められるものである。
そして第1段、第2段のイオン交換処理におけるDi積
を前述した範囲内とすることにより、断面が円形に近い
シングルモード光導波路が得られる。
〔実 施 例〕
第1図は本発明の一実施例を段階的に示す断面図である
。
lはガラス基板であり、イオン交換用に1価イオンとし
てNa及びKを合計/ J mode%含有し、510
g、BgO3を主たる網目形成酸化物とした研磨済みの
高品質ガラス板から成る。
ガラス基板lの片面にスパッタ法で厚さ1μm程度のT
1膜から成る被@膵2aを蒸着し、この被覆膜Jaにフ
ォトリングラフィとエツチング工程により所定の導波路
パターンの開口2Cを形成してマスク膜2bとする。
上記のマスク膜2bを施したガラス基板lは第1の溶計
塩<<a中に浸漬して第1段の熱イオン交換処理を行な
う。
図外の電気炉内に置かれたるつぼ3中に保持されている
第1の溶融塩ダaは、ガラス基板lの、マスク膜xby
c設けられた開ロコC付近の屈折率を増加させるために
用いるもので、7価のイオンからなる群より選ばれた少
なくとも1つの第1のイオンを含有する溶融塩である。
この溶融塩ダaとしては硫酸塩または硝酸塩の他に1イ
オン交換を均一にするため、またガラス基板の損傷を防
ぐために必要に応じて塩化塩が添加される。
上記の第2段熱イオン交換処理を終えた後、基板lの表
面からマスク膜2bを除去し、このマスク膜を除去した
基板lを第2の溶融塩lIb中に浸漬して第2段熱イオ
ン交換処理を行なう。
第2溶融廖Ilbは、ガラス基板lの表面付近の屈折率
を減少させるために用いるもので、7価のイオンからな
る群より選ばれた少なくとも1つの第2のイオンを含有
する溶融塩である。
ここで、第1のイオンと第一のイオンはガラス基板lに
対して屈折率を変化させる作用が、少なくとも互いに反
対でなければならない。
上記の第2段熱イオン交換処理を終了した後、ガラス基
板l内に埋込み型の導波路部5が形成される。
上述の実施例においては、第1のイオンとしてTlイオ
ンが、第2のイオンとしてにイオンが用いられた。第1
の溶融塩+aはTlイオンを含有する硝酸塩、第2の溶
融塩+bはにイオンを含有する硫酸塩である。イオン交
換を行なう温度は、イオン交換定数が大きく、シかもガ
ラス基板lに反りなどの変形が生じないガラス転移点付
近の1M度に設定した。
次に本発明におけるイオン交換条件について詳しく説明
する。
ガラス基板と溶融塩との間のイオン交換は、イオンの実
効的交換定PDと実効酌交ν時間tとの@Dtで指定す
ることができる。
ここで言う実効的交換定数とは、2種のイオン間で交換
が行われた時に、一方のイオンの移動が拡散方程式で記
述されるとした場合の見かけ上の拡散定数である。
一般に実効的交換定数りは温度の関数であるから、fa
t稍は厳密には積分で求められるものである。
実施例においては、第1表に示す組合せで第1段及び第
2段のイオン交換条件を実談じた(条件はDt積で表す
)。
第1表に示したように、試料厘/〜jでは導波路断面の
寸法が長軸/lI−、?/μm1短軸、r−13μmで
あるものが得られる。
この導波路寸法において最大屈折率差をo、ooq程度
に設定すると導波路がシングルモードとなり、しかもシ
ングルモード7アイパに対し比較的結合効率を良くする
ことができる。
試料屋6では導波路寸法が大きすぎシングルモード導波
路にすることが困難である。
試料屋7〜IOでは第2段のイオン交換が進みすぎ、導
波路寸法が小さくなると同時に、第1のイオンの最大濃
度領域が著しく小さくなってしまう。
即ち、試料A/から&6までは導波路の断面形状が概ね
適しているのに対し、試料A7からA / 0までは全
て不適当となった。
第2図に試料Ajで得られた導波路部5の屈折率分布を
示す。
実験条件の組合せを図表示すると第JrgJのようにな
る。図中の○印、Δ印、X印はそれぞれ「適」、「やや
不適」、「不適」を表している。
第1段イオン交換のDtは3以上でないと導波ト;の断
面寸法が小さすぎ(長軸がIOμmH度以下となる)、
また30以下でないと大きすぎる。
また第2段イオン交換のDtは第1段のDtの7!%よ
り小さくないと導波路部が実質上消失してしまうし、ま
た0、6より小さいと第2段イオン交換の効果がない、
すなわち埋込み型にならず半円形に近い導波路となって
しまう。
従って、第1の熱イオン交換時の実効イオン交換定数D
1とイオン交換時間tlとの積Di tlを、3くDl
tlく3Q とし、第2の熱イオン交換時の実効イオン交換定数D2
とイオン交換時間t2の積D2t2を、0.6 <p2
t2<0.7!;XDlt、1とすることが必要である
。
さらに望ましくは、第1のイオン交換においてj <D
ltl <、 / jの条件を満たすことが推奨される
。
以上で埋込み型で円形ないし楕円形の導波路が得られる
が、さらにシングルモード導波路とするためには、導波
路の屈折率差が0.00J〜o、oosである必要があ
ることが実験よりわかった。
なお、導波路の断面寸法が大きい場合は屈折率差は小さ
いこと、また導波路の断面寸法が小さい場合は屈折率差
は大きいことが、シングルモードファイバとの電界分布
マツチングの点で望ましい。
一般的には、望ましい導波路パラメータは、大体長軸径
10−.20μm1短軸、r−tsμm1屈折率差0.
00J〜o、oosである。
そして所定の屈折率差をつけるためには、ガラス基板の
アルカリ含有量と溶融塩組成を選択する必要がある。一
般にガラス基板のアルカリ含有量が多い場合には、溶融
塩組成の中の屈折率への寄与穴なるイオンの含有量を少
なくすることが望ましい。反対に、ガラス基板のアルカ
リ含有量が少ない場合には、溶融塩組成の中の屈折率へ
の寄与穴なるイオンの含有量を多くすることが望ましい
。
−例として、導波路径/fX10μm1屈折率差o、o
oIIが推奨される。
〔発明の効果〕
本発明によれば、従来不可能であった熱イオン交換法に
よる埋込み型シングルモード導波路が実現できる。
本発明方法は電界印加を必要としないのでイオン交換が
非常に簡単になるという利点のほか、電界印加法で発生
しがちなガラス表面のtklfMや導波路の不均一性が
減らせるという利点もある。
従って、本発明による埋込み型シングルモード光導波路
の製造方法は安価な大量生産に極めて適している。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を段階的に示す艶面図、第J
IiUは本発明方法で得られるイオン交換導波路のイオ
ン濃度分布の一例を示す断面図、第3図は第1段及び第
2段の実効イオン交換定数とイオン交換時間の積と導波
路寸法の適、不適を示す図である。 l・・・・・・ガラス基板 コb・・・・・・マスク膜
2C・・・・・・導波路パターン開口 ≠a・・・・・・第1の溶融塩 qb・・・・・・第2
の溶#!埴よ・・・・・・導波路 第1図 第2図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)イオン交換用イオンとして1価のアルカリイオン
    及び1価のTlイオン及びAgイオンからなる群より選
    ばれた1価イオンを含んだガラス基板にイオン交換制御
    用のマスク膜を形成する工程と、該マスク膜に所定の導
    波路パターンを形成する工程と、該ガラス基板の屈折率
    を変える第1の1価イオンを少なくとも1種含有する溶
    融塩中に該ガラス基板を高温時に浸漬し第1の熱イオン
    交換をする工程と、該ガラス基板の屈折率を該第1のイ
    オンとは反対の方向に変化させる第2の1価イオンを少
    なくとも1種含有する溶融塩中に、前記マスクを除去し
    たガラス基板を高温時に浸漬し第2の熱イオン交換をす
    る工程とからなる2段階熱イオン交換法であって、第1
    の熱イオン交換時の実効イオン交換定数D_1とイオン
    交換時間t_1の積D_1・t_1を 3≦D_1t_1≦30 とし、第2の熱イオン交換時の実効イオン交換定数D_
    2とイオン交換時間t_2の積D_2t_2を0.6≦
    D_2t_2≦0.75×D_1t_1とした埋込み型
    シングルモード光導波路の製造方法。
  2. (2)前記第1の1価イオンがTl又はCsイオンの少
    なくとも1つが含まれるイオンであり、該第2の1価イ
    オンがNa又はKイオンの少なくとも1つが含まれるイ
    オンである特許請求の範囲第1項記載の埋込み型シング
    ルモード光導波路の製造方法。
JP62039891A 1987-02-23 1987-02-23 埋込み型シングルモ−ド光導波路の製造方法 Granted JPS63206709A (ja)

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JPH0462644B2 JPH0462644B2 (ja) 1992-10-07

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5125946A (en) * 1990-12-10 1992-06-30 Corning Incorporated Manufacturing method for planar optical waveguides
US5139556A (en) * 1990-03-07 1992-08-18 Cselt - Centro Studi E Laboratori Telecomunicazioni S.P.A. Method of adjusting the operation characteristics of integrated optical devices
US5160360A (en) * 1989-11-06 1992-11-03 Nippon Sheet Glass Co., Ltd. Process for producing low-loss embedded waveguide
US5359682A (en) * 1990-03-07 1994-10-25 Cselt-Centro Studi E Laboratori Telecomunicazioni S.P.A. Method of adjusting the operation characteristics of integrated optical devices

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5139556A (en) * 1990-03-07 1992-08-18 Cselt - Centro Studi E Laboratori Telecomunicazioni S.P.A. Method of adjusting the operation characteristics of integrated optical devices
US5359682A (en) * 1990-03-07 1994-10-25 Cselt-Centro Studi E Laboratori Telecomunicazioni S.P.A. Method of adjusting the operation characteristics of integrated optical devices
US5125946A (en) * 1990-12-10 1992-06-30 Corning Incorporated Manufacturing method for planar optical waveguides

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JPH0462644B2 (ja) 1992-10-07

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