JPS63223712A - 光導波路およびその製造方法 - Google Patents

光導波路およびその製造方法

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JPS63223712A
JPS63223712A JP62056526A JP5652687A JPS63223712A JP S63223712 A JPS63223712 A JP S63223712A JP 62056526 A JP62056526 A JP 62056526A JP 5652687 A JP5652687 A JP 5652687A JP S63223712 A JPS63223712 A JP S63223712A
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optical
cladding
optical waveguide
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Katsuyuki Imoto
克之 井本
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    • 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
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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〕 本発明は光の伝搬方向に屈折率分布を有する光導波路お
よびその製造方法に関する。
〔従来の技術〕
光フアイバ通信の進展に伴い、光デバイスには。
１）大量生産性、２）高信頼性、３）結合の無調整化、
４）自動組立、５）低損失化などが要求されるようにな
り、これらの課題を解決するために導波路型の光デバイ
スが注目されるようになってきた。
従来、導波路型光デバイスを構成する光導波路には第１
１図に示すようなものが知られている（大魚、木村：光
通信、ｐ１４２．昭和５６年１８１月発行、コロナ社）
、これらの光導波路はその厚み方向および幅方向に階段
状、あるいは連続的な屈折率分布をもっているが、光の
伝搬方向には一定の屈折率である。
〔発明が解決しようとする問題点〕
第１１図に示した光導波路はいずれも光信号の伝搬方向
（光導波路の長さ方向）に対して一定の屈折率特性をも
っている。そのため、光信号の伝搬につれて、光信号ビ
ームを収束させたり、あるいは拡散させたりするような
機能がない。このような機能がないために、従来は光導
波路の途中にレンズを設けることが考えられている。し
かし。
数差が小さく、また所望の焦点距離のものを制御性良く
作ることは極めてむずかしかった。そのため、個別の光
部品を組合せて構成した光デバイスに比し、導波路型光
デバイスの光学特性（伝搬損失、チャネル間のアイソレ
ーションなど）は劣っており、まだ実用化までにいたっ
ていない。
本発明の目的は上記従来法の問題点を解決することがで
きる先導波路構成およびその製造方法を提供することに
ある。その結果、低損失化、高機能化を実現できると共
に、光デバイスの小型化も達成することができる。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的は、低屈折率層（屈折率ｎｂ）の上にコアとな
る導波路（屈折率ｎｃ　、　ｎｃ　＞ｎｂ　）を構成し
、そのコア導波路上に、光信号の伝搬方向に沿って屈折
率（ｎｃａｔ　ｎｂｃｉ＜ｎｃ　、　ｎｃ＊≠ｎｂ、）
が変化したクラッドを形成することにより、達成される
。上記クラッドの屈折率ｎｃｚの勾配は、光信号の伝搬
方向に沿って単調増大、単調減少、あるいは増大と減少
の両方をもったもの、などからなる、コア導波路として
は、直線導波路１曲線導波路、折れ曲がり導波路、Ｙ字
型導波路、などを含む。上記クラッドの屈折率分布形成
方法は、クラッドとして、低温ケミカルベーパデポジシ
ョン（低温ＣＶＤ）、低温蒸着、低温スパッタリング、
などによって形成した、いわゆるその後の高温熱処理に
よって屈折率が変化する膜を形成しておき、その後、光
信号の伝搬方向に沿って、ＣＯｚレーザビームの照射時
間、あるいは照射光量を変えることによって達成される
。
〔作用〕
本発明は１本発明者が初めて見いだした新しい現象を利
用することによって達成されるものである。すなわち、
本発明者は、３９０℃に加熱されたシリコン基板上に、
モノシランＳｉＨ４（Ｎｚで４％に希釈されたガス）、
Ｎｚ、０２ガスを流してシリコン基板上に数μｍのシリ
ケートガラス膜を形成させた。また、上記ガスにホスフ
ィンＰＨａ　　（Ｎｚで１％に希釈されたガス）を混合
してホスホシリケートガラス膜を形成させた。上記シリ
ケートガラス膜、あるいはホスホシリケートガラス膜に
ＣＯｚ　レーザ光源の光出力（約１．ＯＷ）をＧｅ製レ
ンズで約６ｗｍφのビームスポットサイズにしぼって照
射したところ、第１図に示すように、レーザビームの照
射時間によって上記膜の屈折率（測定波長０．６３　μ
ｍ）が変化することを見いだした。これは、膜の厚み測
定結果から、照射時間の増大に伴って膜のち密度が向上
し、膜厚減少によって生じたものであることがわかった
。
すなわち、これらの結果は、照射時間（あるいは照射光
量）を調節することによって屈折率をほぼ連続的に変え
ることができることを示している。
第１図の結果を利用した光導波路の基本構成図を第２図
に示す６同図（ａ）は光導波路の上面図、（ｂ）は側面
図である。基板１上に低屈折率層２が形成され、その上
にコア３が形成されている。
そして、クラッド４は高温熱処理によって屈折率の変化
する膜である。このクラッド上面に、Ｃ０２レーザビー
ム照射光５を照射させ、光信号の伝搬方向に沿って、矢
印６のととくＣ０２レーザビームを０から２方向へ速度
Ｖで移動させる（　ＣＯ２レーザビームを移動させる代
わりに光導波路を移動させてもよい）。そしてこの移動
速度Ｖをマイクロコンピュータなどを用いて、単調増加
、単調減少、あるいはそれらの両方を含んだ速度分布に
なるようにすれば、光信号の伝搬方向に対して。
クラッドが屈折率分布をもつようになる。このようにク
ラッドが屈折率分布を持てば、コアを伝搬している光信
号のフィールド分布が変わり、光信号の収束作用、ある
いは拡がり作用などのレンズ作用をもたせることができ
る。なお、第２図において、ｎｅ　＞ｎｂ　、　ｎＣ＞
ｎｃｍｅ　ｎｃｍ≠ｎ１である。これらの詳細は実施例
のところで述べる。
（実施例〕 第３図および第４図に本発明の屈折率分布型光導波路の
実施例を示す。これらの図において、同図（ａ）は上面
図、（ｂ）は側面図を示したものである。いずれも直線
導波路の例である。基板１（Ｓｉ、５ｉＯｚ　、ＬｉＮ
ｂ０ａ　、ＩｎＰ、ＧａＡｓなどを用いることができる
が、この実施例では５ｉｆｔである。）上に前記モノシ
ランガスによる低温ＣＶＤ　（３９０℃）でシリケート
ガラス膜の低屈折率層２とコア３となるホスホシリケー
トガラス膜を形成後、高温電気炉（約１０００℃）で約
１０時間熱処理をほどこし、均質でち密なガラス膜とし
た。第３図の場合には、その後でホトリソグラフィ、反
応性イオンエツチングなどのプロセスにより方形状のコ
ア導波路にバターニングを行なった１次に、第３図およ
び第４図共に、コア導波路上に、上記低温ＣＶＤ　（３
９０℃）によりシリケートガラス膜を形成させた。そし
てその後、第２図に示すように、ＣＯｚレーザビームの
照射時間（あるいは照射光ｆ）を変えてクラッドに屈折
率分布を生じさせた。第５図にその場合の屈折率分布の
実施例を示す、これらの図にはコア。
クラッドおよび低屈折率層の屈折率ｎｃ　、ｎｃＡおよ
びｎｂがそれぞれ示されている。同図（ａ）の場合には
ｎｃｍが光信号の伝搬方向に沿って増大する場合、（ｂ
）および（Ｑ）はｎｃｍが光導波路のほぼ中間付近Ｍで
増大しピーク値をもつ場合であるｅｎｃｆｉとｎ−との
間の大小関係は任意に設定することができる。またｎｃ
とｎｂおよびｎｃｍとの間の関係も同様である。
第６図は折り曲がり導波路に対して屈折率分布をもたせ
た場合の実施例である。第７図は第６図の光導波路の屈
折率分布特性の実施例を示したものである。折れ曲がり
部７付近のクラッドの屈折率を低くしておくと、この部
分での放射損を小さく抑えることができる。また折れ曲
がり角度を大きくとることもできるので種々の光デバイ
スの集積度向上に有効である。
第８図は本発明のＹ字型光導波路の実施例を示したもの
である。同図（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。
これは矢印９−１のようにコアに入射した光信号をＹ字
型部８で分岐し、一方はコア３−１に矢印９−２のごと
く、他方はコア３−２に矢印９−３のごとく分岐するも
のである。第９図は第８図のＹ字型光導波路の屈折率分
布特性の実施例を示したものである。Ｙ字型部８付近の
クラッドの屈折率ｎｃｍを増大させた場合であり、二九
により、低損失で分岐することが可能となり、また分岐
角θも大きくとることができる。そのため、短い分岐導
波路長で発受光素子などの半導体光素子などを実装する
ことができるので、低損失化が可能となる。
第１０図は本発明の分岐結合器の実施例を示したもので
ある。すなわち、矢印１１−１のごとくコア導波路に入
射した光信号をミキシング部１０で２つの光信号に分岐
し、コア３−４．３−２内へ矢印１１−２．１１−３の
ごとく分配させるようにしたものである。ここで、低損
失で等分配を実現させるために、第０図のごとく、ミキ
シング部のクラッドの屈折率を高めるようにする。この
ようにすると、ミキシング部１０の長さが短かくてよく
なり、低損失化が可能となる。また第８図と同様に分岐
角θを大きくとることができる。
本発明は上記実施例に限定されない、まず、低屈折率層
２．コア３．クラッド４の材質は、５ｉＣ）ｚ系のガラ
ス（Ｂ、Ｐ、Ｔｉ、Ｇｏなどのドーパントを少なくとも
１つ含んだもの）、アルカリ金属イオン、アルカリ土類
金属イオンを含んだガラス、などでもよい。先導波路の
構成はＳ曲線９円曲線などを含んだ導波路、方向性結合
器型導波路、テーバ型導波路、ジグザグ型導波路などを
含んでいてもよい。また種々の光導波路の組合Ｈ−ｉれ
た構成のものでもよい。クラッドは低温（熱処理′／８
Ａ度よりも低い温度＋１．５Ｑ′Ｙ−〜・９００での範
囲が好マ、シい３、）で形成され、それよりも高い温度
（ただし、膜の溶融温度程度まで）で熱処理されるが、
あまり高い温度で熱処理されると形状が変形するので、
変形を起とさ４ｃい程度の温度とする。基板ｌの屈折率
１１〜が低屈折率層２のそれとほぼ同じよ−）な値の場
合には、低屈折率層２は省略してもよい。なお１本発明
の実施例には半導体発光素子、受光素子、光変調素子２
光スイツチ素子などの光デバイスは図面の都合上記載さ
れていないが、これらは少なくとも１個は搭載されるこ
とは言うまでもないことである。また光ノ？イバも実装
されていないが、これも光導波路の入力喘、あるいは出
力端に接続されるものである。
〔発明の効果〕
本発明によれば、クラッドの屈折率を光信号の伝搬方向
に対して連続的に変化した分布の先導波、路を提供する
ことにより、低損失化、高機能化。
小形化を達成することができる７
【図面の簡単な説明】
第１−図は本発明者が見いだした低温ＣＶＤ膜のＣｏ２
ｔ／−ザビーム照射による屈折率変化特性図、第２図は
本発明の光導波路形成法の基本構成図、第コ３図、第４
図、第６図、第８図及び第１０図はそれぞれ本発明の光
導波路の実施例を示す図、第５図、第７図及び第９図は
そハぞれ本発明の光導波路の屈折率分布特性図、第】１
図は従来例を示す図である。 １・・・基板、２・・・低屈折率層、３・・・コア、４
・・・・クララ１ご。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、低屈折率層（屈折率ｎｂ）の上にコアとなる導波路
    （屈折率ｎｃ、ｎｃ＞ｎｂ）を形成し、そのコア導波路
    上に、光信号の伝搬方向に沿つて屈折率ｎｃａ（ｎｃａ
    ＜ｎｃ、ｎｃａ≠ｎｂ）が変化したクラッドを形成した
    光導波路。 ２、特許請求の範囲第１項において、上記コア導波路が
    直線導波路、曲線導波路、折れ曲がり導波路、Ｙ字型導
    波路、方向性結合器型導波路の少なくとも１個を含む光
    導波路。 ３、特許請求の範囲第１項又は２項において、上記クラ
    ッドはクラッド形成温度よりも高い温度で熱処理するこ
    とによつて屈折率が変化するものからなる光導波路。 ４、低屈折率層（屈折率ｎｂ）の上にコアとなる導波路
    （屈折率ｎｃ、ｎｃ＞ｎｂ）を形成し、そのコア導波路
    上に、光信号の伝搬方向に沿つて屈折率ｎｃａ（ｎｃａ
    ＜ｎｃ、ｎｃａ≠ｎｂ）が変化したクラッドを形成し、
    そのクラッド上面より、光導波路の光信号伝搬方向に沿
    つて熱エネルギを加えていくことによつて、上記クラッ
    ドの屈折率を光信号伝搬方向に沿つて変化させるように
    した光導波路の製造方法。 ５、特許請求の範囲第４項において、光導波路の光信号
    伝搬方向に沿つて順次加えていく熱エネルギの量を変化
    させるようにした光導波路の製造方法。 ６、特許請求の範囲第４項又は５項において、上記熱エ
    ネルギとしてＣＯ＿２レーザビーム光を用いた光導波路
    の製造方法。
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