JP2827657B2 - ガラス導波路及びその製造方法 - Google Patents

ガラス導波路及びその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は光集積回路など光通信シ
ステムにおける重要な光部品であるガラス導波路及びそ
の製造方法に係り、特にアイソレーションの改善を図っ
たガラス導波路及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】ガラス導波路は、軽量かつコンパクトな
パッシブデバイスあるいはモジュールを作製する上で重
要な光部品である。図2にガラス導波路1を用いた送受
信モジュールの一例を示す。図示するように、カプラ、
合分波回路等からなるガラス導波路1にレーザダイオー
ド3、レンズ4、フォトダイオード5、光ファイバ6が
実装されている。また、ガラス導波路1は図3に示すよ
うに、石英ガラス基板7上のクラッド層8に適宜パター
ンでコア2を形成したものである。
【0003】このモジュールでは、レーザダイオード3
から発せられた光は、レンズ4で集光されてガラス導波
路1のコア2に結合され、さらに光ファイバ6を通じて
送信される。一方、光ファイバ6からの光は、ガラス導
波路1によってフォトダイオード5へと伝送され、フォ
トダイオード5で受信される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、フォトダイ
オード5には、光ファイバ6からの受信光以外に、レー
ザダイオード3の光の一部が迷光となってフォトダイオ
ード5に受光される。この迷光が、フォトダイオード5
の受信に対してノイズとなる。受信光以外の迷光は、一
般に次式で示すアイソレーションAにより定義される。
【0005】A=−10log10(P2 /P1 ) ここで、P1 はレーザダイオード5が発振しているとき
のフォトダイオード5の出力、つまり迷光によるフォト
ダイオード5の出力であり、P2 はレーザダイオード5
が発振していないときの受信光によるフォトダイオード
5の出力である。
【0006】レーザダイオード3から発せられガラス導
波路1に結合された光はコア2内ばかりでなく、一部は
クラッド層8内を伝搬するが、クラッド層8内を伝搬す
る光は、石英ガラス基板7に漏れ出して石英ガラス基板
7内を乱反射し、その一部がフォトダイオード5に入射
する。このため、図3に示す従来のガラス導波路1で
は、クラッド層8から基板7への漏れ光によるアイソレ
ーションの低下が大きく、−35dB以上が望ましいに
もかかわらず、アイソレーションAの値は−15〜−2
0dBしか得られなかった。
【0007】本発明の目的は、上記の従来技術の欠点を
解消し、アイソレーションを大幅に向上させることがで
きるガラス導波路及びその製造方法を提供することにあ
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明のガラス導波路は、石英ガラスまたはシリ
コンからなる基板とクラッド層が被覆された石英系ガラ
スのコアとの間に、多孔質ガラス層を介設したものであ
る。
【0009】また、本発明のガラス導波路の製造方法
は、石英ガラスまたはシリコンからなる基板上に多孔質
ガラス層を形成し、多孔質ガラス層上に石英系ガラスの
第1クラッド層を形成し、第1クラッド層上に石英系の
ガラス膜を形成した後、このガラス膜から余分な部分を
除去してコアを形成し、コア及び第1クラッド層を覆う
ように石英系ガラスの第2クラッド層を形成するように
したものである。
【0010】本発明において、上記多孔質ガラス層のか
さ密度は1〜2g/cm3 とするのがよく、さらに多孔
質ガラスの軟化温度(ガラス転移温度)は上記コア、第
1及び第2クラッド層の軟化温度より高くするのが好ま
しい。また、上記石英系のガラス膜は電子ビーム蒸着ま
たはイオンスパッタリングを用いて第1クラッド層上に
形成するのがよい。
【0011】
【作用】ガラス導波路のクラッド層内を伝搬する光のう
ち一部は基板側へと漏れ出ようとするが、クラッド層と
基板との間には多孔質ガラス層が散乱体として存在する
ので、クラッド層から基板に漏れようとする光は多孔質
ガラス層で散乱され、基板への漏れ光は低減される。ま
た、基板に漏れて、基板内を乱反射し、再びクラッド層
に戻ろうとする光も多孔質ガラス層によって散乱され、
クラッド層への迷光の侵入は抑えられる。
【0012】多孔質ガラス層のかさ密度を1〜2g/c
3 としたのは、次の理由による。多孔質ガラス層のか
さ密度が1g/cm3 以下では、加熱処理によりクラッ
ド層を形成する際に、多孔質ガラス層が収縮しクラッド
層が均一に形成されなくなるからである。また、かさ密
度が2g/cm3 以上では、多孔質ガラス層の表面ない
し界面の凹凸がなくなると共に、多孔質ガラス層の空孔
部分が減少して、多孔質ガラス層の散乱性能が低下する
からである。
【0013】さらに、多孔質ガラス層の軟化温度をコア
やクラッド層の軟化温度よりも高くすると、例えば多孔
質ガラス層を純粋SiO2 とすると、多孔質ガラスを焼
結ガラス化してクラッド層やコアを形成する際に、多孔
質ガラス層が熱影響を受け難くなる。
【0014】また、コア用の石英系のガラス膜を電子ビ
ーム蒸着またはイオンスパッタリングにより第1クラッ
ド層上に形成すると、ドーパントが少なく軟化温度が高
い多孔質ガラスを透明ガラス化してコア用のガラス膜を
形成する場合に生じる、高温加熱によるガラス導波路の
変形などの問題がなくなる。
【0015】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。図1に、本発明のガラス導波路の一実施例を示す。
図示するように、このガラス導波路10は、石英ガラス
の基板11上に純粋のSiO2 の多孔質ガラス層12を
形成した後、多孔質ガラス層12上に石英系ガラスの第
1クラッド層13、コア15及び第2クラッド層16を
順次形成したものである。
【0016】次に、このガラス導波路10の製造方法を
図4に従って具体的に述べる。まず、石英ガラスの基板
11上に多孔質ガラス層12を形成する(図4
(A))。これは、バーナ(図示せず)に原料のSiC
4 および燃料を供給して、火炎加水分解反応によりS
iO2 を生成し、生成したSiO2 の微粒子を3インチ
径、厚さ1mmの石英ガラスの基板11上に50μmの
厚さとなるまで堆積させた。堆積した多孔質ガラスのか
さ密度は0.4g/cm3 であった。その後、この基板
11をHe雰囲気の電気炉内で加熱し、かさ密度が1.
5g/cm3 の多孔質ガラス層12を得た。
【0017】次いで、多孔質ガラス層12上に、火炎加
水分解反応を利用してP2 5 −B2 3 −SiO2
の多孔質ガラス膜を堆積形成させた後、これを電気炉で
熱処理し、厚さ20μmの第1クラッド層13を形成し
た(図4(B))。
【0018】次いで、第1クラッド層13上に、電子ビ
ーム蒸着法によりTiO2 −SiO2 系のガラス膜14
を形成した(図4(C))。これは、電子ビーム真空蒸
着装置(図示せず)内に基板11を保持すると共にTi
2 −SiO2 系ガラスのターゲットを設け、電子ビー
ムによりタブレットを加熱し、その蒸気を第1クラッド
層13上に付着堆積させて、8μm厚のTiO2 −Si
2 系のガラス膜14を形成したものである。
【0019】しかる後、ガラス膜14から余分な部分を
除去してコア15を形成した(図4(D))。これに
は、パターン形成装置を用い、導波路のパターンをフォ
トリソグラフィにより転写した後、反応性イオンエッチ
ングでガラス膜14の不用な部分を除去することによっ
て、導波路をパターン化してコア15を得た。
【0020】最後に、第1クラッド層13を形成したの
と同様な条件で、多孔質ガラスの堆積と透明ガラス化と
を行って、コア15及び第1クラッド層13を覆う30
μm厚でP2 5 −B2 3 −SiO2 系ガラスの第2
クラッド層16を形成した(図4(E))。
【0021】上記により製造した基板11をダイシング
によりガラス導波路素子を切りだし、その両端面を研磨
した後、ガラス導波路素子にレーザダイオード、フォト
ダイオード、光ファイバなどを実装してアイソレーショ
ンの測定を行った。測定結果はアイソレーションの値が
−38dBと非常に良好であった。なお、上記実施例に
おける多孔質ガラス層12をなくしたガラス導波路素子
では、アイソレーションは−18dBにすぎなかった。
【0022】また、上記実施例において、多孔質ガラス
層のかさ密度を1g/cm3 以下とすると、クラッド形
成中に多孔質ガラス層の収縮が起り、第2クラッド層の
ガラス膜が均一に形成されなかった。一方、かさ密度を
2g/cm3 以上とすると、多孔質ガラス層の表面の凹
凸がなくなり、また多孔質ガラス層内の散乱体となる空
孔が少なくなるため、アイソレーションが−28dB以
下に減少してしまった。
【0023】上記実施例では基板が石英ガラスの場合を
説明したが、基板にシリコンの基板を用い、上記と同様
に多孔質ガラス層を形成してガラス導波路素子を作製
し、アイソレーションの測定を行ったところ、−36d
Bと良好な結果を得た。
【0024】
【発明の効果】以上の説明により明らかなように、本発
明によれば次のような効果が得られる。
【0025】(1)請求項1に記載のガラス導波路によ
れば、基板とクラッド層(第1クラッド層)との間に散
乱体となる多孔質ガラス層を形成しているため、クラッ
ド層から基板に漏れようとする光は多孔質ガラス層で散
乱され、基板への漏れ光は大幅に減少する。また、たと
え基板へと漏れ出し基板内を乱反射して再びクラッド層
に戻ろうとする光があっても多孔質ガラス層で散乱を受
けるので、クラッド層への迷光の侵入は良好に抑制され
る。このため、ガラス導波路のアイソレーションを大幅
に向上させることができる。
【0026】(2)請求項2に記載のガラス導波路の製
造方法によれば、石英系ガラスのコア、第1及び第2ク
ラッド層は、通常、火炎加水分解反応を利用して多孔質
ガラス膜を堆積させ、これを加熱し透明ガラス化して形
成されるが、これらを形成するために用いる既存の装置
・技術により、散乱体として設けた多孔質ガラスも形成
でき、簡易に且つ信頼性をもって本発明のガラス導波路
を製造することができる。
【0027】(3)請求項3または4に記載のガラス導
波路またはその製造方法によれば、多孔質ガラス層のか
さ密度を1g/cm3 以上にすると、第1クラッド層等
を加熱処理により形成する際に、多孔質ガラス層を収縮
してクラッド層等に変形・歪みを与えることを防止でき
る。また、多孔質ガラス層のかさ密度を2g/cm3
下とすると、多孔質ガラス層の表面の凹凸や空孔を多く
保持でき、高い散乱性能の多孔質ガラス層が得られる。
【0028】(4)請求項5に記載のガラス導波路の製
造方法によれば、多孔質ガラス層の軟化温度をコアや第
1、第2クラッド層の軟化温度よりも高くすれば、多孔
質ガラスを焼結ガラス化してクラッド層やコアを形成す
る際に、多孔質ガラス層が熱影響を受け難くなり、確実
に所望の多孔質ガラス層を形成できる。
【0029】(5)請求項6に記載のガラス導波路の製
造方法によれば、石英系のガラス膜を電子ビーム蒸着ま
たはイオンスパッタリングを用いて第1クラッド層上に
形成すれば、ドーパントが少なく軟化温度の高い多孔質
ガラスを透明ガラス化してコア用のガラス膜を形成する
場合における高温によるガラス導波路の変形などの問題
を回避でき、軟化温度の高いコアを有するガラス導波路
を高精度に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るガラス導波路の一実施例を示す横
断面図。
【図2】従来のガラス導波路を用いた光送受信モジュー
ルを示す概略構成図。
【図3】図2のガラス導波路の横断面図。
【図4】図1のガラス導波路の製造方法の一実施例を示
す工程図。
【符号の説明】
1 ガラス導波路 2 コア 3 レーザダイオード 4 レンズ 5 フォトダイオード 6 光ファイバ 7 石英ガラス基板 8 クラッド層 10 ガラス導波路 11 基板 12 多孔質ガラス層 13 第1クラッド層 14 ガラス膜 15 コア 16 第2クラッド層
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G02B 6/12 - 6/138

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】石英ガラスまたはシリコンからなる基板と
    クラッド層が被覆された石英系ガラスのコアとの間に、
    多孔質ガラス層が介設されていることを特徴とするガラ
    ス導波路。
  2. 【請求項2】上記多孔質ガラス層のかさ密度が1〜2g
    /cm3 であることを特徴とする請求項1に記載のガラ
    ス導波路。
  3. 【請求項3】石英ガラスまたはシリコンからなる基板上
    に多孔質ガラス層を形成し、多孔質ガラス層上に石英系
    ガラスの第1クラッド層を形成し、第1クラッド層上に
    石英系のガラス膜を形成した後、このガラス膜から余分
    な部分を除去してコアを形成し、コア及び第1クラッド
    層を覆うように石英系ガラスの第2クラッド層を形成す
    るようにしたことを特徴とするガラス導波路の製造方
    法。
  4. 【請求項4】上記多孔質ガラス層のかさ密度を1〜2g
    /cm3 としたことを特徴とする請求項3に記載のガラ
    ス導波路の製造方法。
  5. 【請求項5】上記多孔質ガラス層の軟化温度が上記第1
    クラッド層、コア及び第2クラッド層の軟化温度よりも
    高いことを特徴とする請求項3または4に記載のガラス
    導波路の製造方法。
  6. 【請求項6】上記石英系のガラス膜を電子ビーム蒸着ま
    たはイオンスパッタリングにより上記第1クラッド層上
    に形成するようにしたことを特徴とする請求項3ないし
    5のいずれかに記載のガラス導波路の製造方法。
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