JPH0458204A

JPH0458204A - 光導波路の形成方法

Info

Publication number: JPH0458204A
Application number: JP16819090A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Murata; 明弘村田; Yasuharu Nakagawa; 中川　康晴
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1990-06-28
Filing date: 1990-06-28
Publication date: 1992-02-25

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）本発明は光導波路の形成方法に関する。

（従来の技術）光ＩＣ，光センサの基本素子として使用される光導波路
は、周囲を低屈折率の媒質で取り囲まれた領域の中を、
光（電磁波）がその境界面で全反射を繰返しながら伝搬
するような光伝送路である。

このような構造を実現するため、従来は、導波路材料に
応じて種々の形成方法を用いている。

例えば、ＬｉＮｂＯ３導波路の場合、基板表面にチタン
（Ｔｉ）を拡散し、その部分の屈折率を上げることで導
波路を形成している。第７図はＬｉｂ０３基板を用いた
分岐干渉型光変調器の一例を示す斜視図である。Ｌ　ｉ
　ＮｂＯ３基板３０に選択的にＴ１が拡散されて光導波
路３２が形成され、所定位置に電極３１が形成されてい
る。

また、ガラス導波路の場合、第８図〜第１２図に示され
るように、シリコン基板上に火炎堆積法と熱処理により
ガラス導波膜を形成し、フォトリソグラフィによりガラ
ス導波膜をパターニングして導波路を形成している。す
なわち、基板４０上に、多孔質ガラス膜を火炎堆積法に
より堆積し、加熱して透明化し、屈折率が順に、ｎ２．
ｎｌ、ｎ２であるガラス膜を形成する（第８図）。次に
、ａＳｔを反応性イオンエツチングを用いてパターニン
グしく第９図）、ａ−５ｉ４４をマスクとして用いて反
応性イオンエツチングによりガラス膜を除去しく第１０
図）、多孔質ガラスを火炎堆積法により堆積しく第１１
図）、加熱透明化する（第１２図）。先導波膜の厚み方
向の屈折率は火炎堆積法での膜形成時、コアとする部分
にＴ　ｉ　０２をドープすることで制御する。

（発明が解決しようとする課題）上述した従来の方法は、Ｔｉを拡散する等して部分的な
屈折率差を設けるため、適用できる材料に制限があり、
部分的な屈折率の変化か困難な材料（例えば、Ｔｉ−サ
ファイヤ単結晶）を使用することはできなかった。

本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたも
のであり、その目的は使用可能な導波路材の範囲を拡大
し、多様な導波路の形成を可能にする方法を提供するこ
とにある。

（課題を解決するための手段）本発明の導波路の代表的なものの概要は下記の通りであ
る。

先導波路にするための所望の板材の片面にその板材より
も低い屈折率の材料の膜（バッファ層）を形成し、この
バッファ層を介して機械的に硬い材料からなる基板と接
合し、接合面に対して傾斜して研磨する。次に、研磨面
上で適当な厚さになった部分の光導波路材を所望パター
ンにバターニングして先導波路を形成する。光導波路材
に対して基板材料の屈折率が低ければバッファ層は不要
となる。

（作用）金属の拡散等の化学的な手法を使わず、物理的な加工の
みを用いて所望の導波路を形成する。

すなわち、所望の光導波路材に低屈折率層を接合するこ
とにより光閉じ込め効果を有する構造が形成される。次
に、光導波路材を必要な厚さ（例えば、導波路をシング
ルモードファイバーとして使う場合には１０μｍ以下）
に加工する。この場合、全体を、その所望の厚みに一律
に研磨することも考えられるが、加工精度に限界があり
、所望の厚さを実現するのは困難である。そこで、接合
面に対して斜めに研磨する。この場合、所望の厚み範囲
にある領域が必ず形成されるため、バターニングにより
その領域のみを残存させることにより、必要な厚み（許
容範囲内）の導波路が得られる。

必要なら、その導波路を透明ガラス等で覆ってもよい。

傾斜研磨は高精度の治具があれば実現できる。本方法で
は、導波路材かバルクとして存在すれば、加工により確
実に導波路を形成でき、使用可能な材料の範囲を広げる
ことが可能となる。

（実施例）次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図〜第４図は本発明の光導波路の形成方法の一実施
例を示す工程断面図であり、第５図は完成した状態を示
す斜視図である。

本実施例では、光導波路材料としてＴｉ−サファイヤ単
結晶を用いている。このＴｉ−サファイヤは通常、可変
波長レーザーのレーザー媒質（バルク結晶）として使用
されるものであるが、単結晶薄膜の作製や部分的な屈折
率変化を実現するのがむづかしく、光導波路に使用する
ことは困難とされていたものである。

各工程の説明板形状の導波路材料（Ｔｉ−サファイヤ）単結晶板１の
片面に、低屈折率バッファ層（Ｔｉ−サファイアの屈折
率は１．７６であるため、例えば１．４６のＳｉＯ２膜
を使用する）２をスパッタリング等を用いて形成し、基
板３と貼り合わせる。基板材料はＴｉ〜ミルサファイヤ
ぼ同じ機械特性を有するサファイヤ基板とする（第１図
）。なお、接合は接着剤を用いたり、ガラス融着等によ
っても実現可能である。

貼り合わせの後、極めて浅い角度で研磨すると、研磨面
５上に、所望の導波路厚に相当する部分が導波路材１と
低屈折率バッファ層２との境界線４と平行に形成される
（第２図）。第３図は第２図のＡ部分の拡大断面図であ
る。この所望厚みを有する導波路材の領域を所望のパタ
ーンにイオンエツチング等でバターニングすることで、
Ｔｉ−サファイヤ導波路を形成できる（第４図、第５図
）。

導波路のサイズは単一モードの場合、１０μｍ以下であ
り、仮に断面が５μｍＸ５μｍの導波路を作製するには
、１°の角度で研磨し、バッファ層との境界線より２８
０〜２９０μｍ離れた位置でバターニングすればよい。

第６図は上述の実施例で作製されたＴｉ−サファイヤ導
波路を使用した可変波長レーザーの構成例を示す図であ
る。

励起光源２０よりレンズ２１を介してＴｉ−サファイヤ
導波路２３に励起光を入射させると、Ｔ３“イオン内電
子による反転準位が形成され、誘導放出光の発生と光共
振器（ミラー２２．２５、波長チューニング機構２４）
によりレーザー発振する。発振のためにはレーザー媒質
内（Ｔｉ−サファイヤ）の励起光のパワー密度があるし
きい値を越える必要があるが、バルク結晶の場合に比べ
、先導波路構造は高光パワー密度が得られ、このために
レーザー発振しきい値を大幅に低下できるものと期待さ
れる。このように、使用可能な光導波路材の範囲を広げ
ることが可能となる。

（発明の効果）以上説明したように本発明によれば、以下の効果が得ら
れる。

（１）導波路材料の薄膜形成や屈折率分布の形成の必要
がなく、バルク結晶が介在すれば導波路を形成できるた
め、適用できる材料か多い。

（２）研磨角度を浅くとることで所望の導波路の厚みの
領域を広い面積で得られ、導波路設計に対して高い自由
度が得られる。例えば、研磨角度０゜５°とすると、４
±１μｍ厚の導波路が形成できる領域の幅は４００μｍ
となり、現実に十分利用可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本発明の先導波路の形成方法の一実施
例を示す工程断面図、第５図は完成した状態を示す斜視図、第６図は第５図の先導波路を用いた可変波長レーザー装
置の一例の構成を示す図、第７図は従来の方法により作製された分布干渉型光変調
器の斜視図、第８図〜第１２図は従来の火炎堆積法と反応性イオンエ
ツチング法による石英系光導波路の製作工程を示す断面
図である。１・・・光導波路材（Ｔｉ−サファイヤ）２・・・バッ
ファ層（Ｓ１０２膜）３・・・基板　　　　　　　　４・・・接合面５・・・
斜面１１．１２・・・パターニングされた光導波路２０・・
・励起光源　　　　　　２１・・・レンズ２２・・・ミ
ラー２３・・・Ｔｉ−サファイヤ導波路２４・・・波長チューニング機構２５・・・ミラー　　　　　　　２６・・・レーザー光
第１図第２図す第３図ニーｌ第４図１り第図第図第図第１０図第１１図第１２図

Claims

【特許請求の範囲】

光導波路とするための導波路材（１）と該導波路材より
も低い屈折率を有する低屈折率層（２）とを接合し、前
記導波路材（１）を、前記接合の面に対して傾斜して研
磨し、研磨面上の所望厚みを有する光導波路材（１）の
領域を所望パターンにパターニングして光導波路（１１
、１２）を形成することを特徴とする光導波路の形成方
法。