JPS60140204A - 光導波路レンズ及びその製造方法 - Google Patents
光導波路レンズ及びその製造方法Info
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- JPS60140204A JPS60140204A JP24517783A JP24517783A JPS60140204A JP S60140204 A JPS60140204 A JP S60140204A JP 24517783 A JP24517783 A JP 24517783A JP 24517783 A JP24517783 A JP 24517783A JP S60140204 A JPS60140204 A JP S60140204A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- substrate
- optical waveguide
- refractive index
- layer
- waveguide layer
- Prior art date
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- G—PHYSICS
- 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
- G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
- G02B6/124—Geodesic lenses or integrated gratings
- G02B6/1245—Geodesic lenses
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- Physics & Mathematics (AREA)
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- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
- Lasers (AREA)
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［発明の属する技術分野］
本発明は回折格子を用いた光導波路レンズおよびその製
造方法に関する。
造方法に関する。
［発明の技術的背景］
近年、光を利用した情報通信や情報記録再生が注目され
ている。そしてこのような光情報の伝達を担う光部品と
して例えば光導波路と光ファイバとを結合したり、ある
いはコンパクト・ディスク等の光情報媒体から光学的に
情報を読出したり書込んだりする、所謂非接触形の光情
報入出力装置が種々開発されている。
ている。そしてこのような光情報の伝達を担う光部品と
して例えば光導波路と光ファイバとを結合したり、ある
いはコンパクト・ディスク等の光情報媒体から光学的に
情報を読出したり書込んだりする、所謂非接触形の光情
報入出力装置が種々開発されている。
光情報入出力装置のひとつとして、例えば特開昭５８−
１６９１０７号公報に記載された、平板型光導波路に不
等間隔曲線格子状の回折格子を設けたものがある。即ち
、第１図に断面図を示すように、誘電体１０の表面近傍
に誘電体光導波路層１２を形成し、この先導波路層、１
２上に更にクラッド層１４を設け、このクラッド層を微
細パターンにエツチングによって形成した不等間隔曲線
群からなる回折格子１６構造を有づるものである。光導
波路層１２を伝播する導光波１１を回折格子１６にて回
折させて外部光として取出し、焦点１９に収束させるも
のである。
１６９１０７号公報に記載された、平板型光導波路に不
等間隔曲線格子状の回折格子を設けたものがある。即ち
、第１図に断面図を示すように、誘電体１０の表面近傍
に誘電体光導波路層１２を形成し、この先導波路層、１
２上に更にクラッド層１４を設け、このクラッド層を微
細パターンにエツチングによって形成した不等間隔曲線
群からなる回折格子１６構造を有づるものである。光導
波路層１２を伝播する導光波１１を回折格子１６にて回
折させて外部光として取出し、焦点１９に収束させるも
のである。
［背景技術デの問題点］
上述の光導波路レンズは、光導波路層上にエツチングに
よって形成された所謂リリーフ型回折格子を設けたもの
であり、散乱損失が大きく、また光導波路の伝播損失も
大きいという問題がある。
よって形成された所謂リリーフ型回折格子を設けたもの
であり、散乱損失が大きく、また光導波路の伝播損失も
大きいという問題がある。
男にその表面を、表面波長を無視できる程度の平坦度と
することが困難であるために、例えばｉｕｍ前後の微小
スポットに光を収束させることができないという問題が
ある。また回折効率が低い欠点もあった。
することが困難であるために、例えばｉｕｍ前後の微小
スポットに光を収束させることができないという問題が
ある。また回折効率が低い欠点もあった。
なお、リリーフ型以外の回折格子としては、ホログラフ
ィックグレーテングがある。しかし、ホログラフィック
グレーティングは、形成に際し、光源レーザ波長が赤よ
りも短波長でなければならない事と、現像時にウェット
処シをするので、平坦度が損なわれるという欠点がある
“。また、読出し波長と書込み波長が異なれば、収差が
大になり、微小スポットに収束させることができない。
ィックグレーテングがある。しかし、ホログラフィック
グレーティングは、形成に際し、光源レーザ波長が赤よ
りも短波長でなければならない事と、現像時にウェット
処シをするので、平坦度が損なわれるという欠点がある
“。また、読出し波長と書込み波長が異なれば、収差が
大になり、微小スポットに収束させることができない。
また電子ビーム描画によって不等間隔曲線格子を光導波
路層に直接描画する方法もあるが、描画できる領域が非
常に狭く、屈折率の変化も小さいので、生産性がきわめ
て低くまた回折効率が非常に低い。
路層に直接描画する方法もあるが、描画できる領域が非
常に狭く、屈折率の変化も小さいので、生産性がきわめ
て低くまた回折効率が非常に低い。
［発明の目的］
本発明は、上記の問題点を全て解決した光導波路レンズ
及びその製造方法を提供するものである。
及びその製造方法を提供するものである。
［発明の概要］
本発明によれば、基板と、この基板上に形成された基板
よりも屈折率の高い物質からなる光導波路と、この光導
波路上に形成され光導波路層よりも屈折率の低い物質か
らなるクラッド層とを備え、前記光導波路層が光導波路
層と異なる屈折率を有する不等間隔曲線格子領域を有す
る光導波路レンズが提供される。本発明のレンズ←よれ
ば回折格子がエツチングバターニングによって形成され
たリリーフ型回折格子ではなく、光導波路層の表面は平
担となっていて散乱損失を小さくすることができるとい
う大きな特徴がある。従って面の歪（平坦度）により生
ずるレンズの収差が少なく、かつ回折効率の高い光導波
路レンズが提供される。
よりも屈折率の高い物質からなる光導波路と、この光導
波路上に形成され光導波路層よりも屈折率の低い物質か
らなるクラッド層とを備え、前記光導波路層が光導波路
層と異なる屈折率を有する不等間隔曲線格子領域を有す
る光導波路レンズが提供される。本発明のレンズ←よれ
ば回折格子がエツチングバターニングによって形成され
たリリーフ型回折格子ではなく、光導波路層の表面は平
担となっていて散乱損失を小さくすることができるとい
う大きな特徴がある。従って面の歪（平坦度）により生
ずるレンズの収差が少なく、かつ回折効率の高い光導波
路レンズが提供される。
また本発明によれば、上述の光導波路し゛ンズの製造方
法が提供される。これによれば光導波路層及び回折格子
がイオン交換法による基板の屈折率変化を利用しており
、屈折率変化が大きく、回折効率が大きくなり、また光
導波路の伝播損失を低くすることができる。また基板の
平坦度を高度に保つことができ、散乱損失を低く押えて
、微小スポットにレーザ光を収束させることができる。
法が提供される。これによれば光導波路層及び回折格子
がイオン交換法による基板の屈折率変化を利用しており
、屈折率変化が大きく、回折効率が大きくなり、また光
導波路の伝播損失を低くすることができる。また基板の
平坦度を高度に保つことができ、散乱損失を低く押えて
、微小スポットにレーザ光を収束させることができる。
［発明の実施例］
以下本発明を実施例を示す図面を参照して説明する。ま
ず、第２図に示すように底面の一辺を除去した例えばＬ
ｉＮｂ０ａからなる光学基板２０を用意し、基板の上面
にフォトレジスト膜２２を形成し、例えば面積１０ｍ＋
ｎＸ １０ａｕｎの領域に最小ピッチ０゜７Ｊｌｌｌ
、線幅０．３５Ｊ１１１１．本数３０００〜１００００
本の不等問隔曲線格子領域２３を有するフォトマスク２
４を介してフォトレジスト膜２２を露光する。次にフォ
トレジスト膜を現像し、残った不等間隔曲線格子状のフ
ォトレジスト膜２２の上から基板２０に、第３図に示す
ようにＯｒを１００ Ａ、 Ａｕを５００Ａ（７）厚さ
に蒸着してＣｒ−Ａｕ１ｌ１２６を形成する。この後リ
フト・オフ法によってフォトレジスト膜２２上のＣｒ−
Ａｕ膜を除去し、第４図に示すように、不等間隔曲線格
子領域の開孔２５を有するＣｒ−Ａｌ１膜を基板２０上
に残す− 次に、この基板を第５図に示すように、２１０〜３００
℃例えば２５０℃の安息香酸２８に１０〜２０分間浸し
、Ｑｒ−Ａｕ膜の開孔部より基板２０のＬｌ イオンの
一部と安息香酸のＨイオンの一部とをイオン交換し、基
板２０の表面の一部に基板よりも屈折率の＾い領域３０
を形成する。この後、基板表面のＣｒ −Ａｕ ＩＩを
剥離し、基板ヲ再度２１０〜３００℃の安息香酸に数分
間浸漬し、第６図に示すように、基板表面領域に基板よ
りも屈折率が高い光導波路層３４を例えば１μｍの厚さ
に形成する。次に安息香酸から基板を取出して乾燥後、
第１図に示すように先導波路層３４よりも屈折率の低い
材料えばＳｉＯ□ を数Ｊｊｌｌｌの厚さに先導波路層
３４上に被着し、クラッド層３６を形成して先導波路レ
ンズが形成される 上述のようにして形成された光導波路レンズは、イオン
交換法による基板の屈折率変化を応用しているので、屈
折率変化が大きく、また光導波路の伝播損失が低い。こ
のように基板ならびに光導波路中の屈折率変化を利用し
た所謂体積ホログラム型の回折格子の場合には、散乱損
失が少ないばかりでなく、回折効率そのものが非常に高
くなり、理想的には光導波路中を伝播している光の全部
（１００％）が基板側へ回折され、基板の側面を通して
三次元的に収束ビームを基板外へ取出すことができる。
ず、第２図に示すように底面の一辺を除去した例えばＬ
ｉＮｂ０ａからなる光学基板２０を用意し、基板の上面
にフォトレジスト膜２２を形成し、例えば面積１０ｍ＋
ｎＸ １０ａｕｎの領域に最小ピッチ０゜７Ｊｌｌｌ
、線幅０．３５Ｊ１１１１．本数３０００〜１００００
本の不等問隔曲線格子領域２３を有するフォトマスク２
４を介してフォトレジスト膜２２を露光する。次にフォ
トレジスト膜を現像し、残った不等間隔曲線格子状のフ
ォトレジスト膜２２の上から基板２０に、第３図に示す
ようにＯｒを１００ Ａ、 Ａｕを５００Ａ（７）厚さ
に蒸着してＣｒ−Ａｕ１ｌ１２６を形成する。この後リ
フト・オフ法によってフォトレジスト膜２２上のＣｒ−
Ａｕ膜を除去し、第４図に示すように、不等間隔曲線格
子領域の開孔２５を有するＣｒ−Ａｌ１膜を基板２０上
に残す− 次に、この基板を第５図に示すように、２１０〜３００
℃例えば２５０℃の安息香酸２８に１０〜２０分間浸し
、Ｑｒ−Ａｕ膜の開孔部より基板２０のＬｌ イオンの
一部と安息香酸のＨイオンの一部とをイオン交換し、基
板２０の表面の一部に基板よりも屈折率の＾い領域３０
を形成する。この後、基板表面のＣｒ −Ａｕ ＩＩを
剥離し、基板ヲ再度２１０〜３００℃の安息香酸に数分
間浸漬し、第６図に示すように、基板表面領域に基板よ
りも屈折率が高い光導波路層３４を例えば１μｍの厚さ
に形成する。次に安息香酸から基板を取出して乾燥後、
第１図に示すように先導波路層３４よりも屈折率の低い
材料えばＳｉＯ□ を数Ｊｊｌｌｌの厚さに先導波路層
３４上に被着し、クラッド層３６を形成して先導波路レ
ンズが形成される 上述のようにして形成された光導波路レンズは、イオン
交換法による基板の屈折率変化を応用しているので、屈
折率変化が大きく、また光導波路の伝播損失が低い。こ
のように基板ならびに光導波路中の屈折率変化を利用し
た所謂体積ホログラム型の回折格子の場合には、散乱損
失が少ないばかりでなく、回折効率そのものが非常に高
くなり、理想的には光導波路中を伝播している光の全部
（１００％）が基板側へ回折され、基板の側面を通して
三次元的に収束ビームを基板外へ取出すことができる。
上述の光導波路レンズは、例えば次の様にして用いられ
る。即ち、第８図に示すように、光導波路４０の入射側
端面４２に半導体レーザ４４の輻射端面を直接結合する
方法を示している。半導体レーザから射出された光は、
光導波路を伝播し、図示した不等間隔曲線回折格子４６
に到達してここで１００％基板側に回折され、基板端面
を経由して外部に取出され収束される。収束面には例え
ばコンパクト令ディスクやビデオ・ディスクを配置する
。
る。即ち、第８図に示すように、光導波路４０の入射側
端面４２に半導体レーザ４４の輻射端面を直接結合する
方法を示している。半導体レーザから射出された光は、
光導波路を伝播し、図示した不等間隔曲線回折格子４６
に到達してここで１００％基板側に回折され、基板端面
を経由して外部に取出され収束される。収束面には例え
ばコンパクト令ディスクやビデオ・ディスクを配置する
。
［他の実施例１
上述した実施例では、基板表面に不等間隔曲線格子状の
屈折率の高い領域を予め形成し、この後光導波路層を形
成したが、光導波路層を形成した後、光導波路層に光導
波路層よりも屈折率の高い不等間隔曲線格子状領域を形
成してもよい。
屈折率の高い領域を予め形成し、この後光導波路層を形
成したが、光導波路層を形成した後、光導波路層に光導
波路層よりも屈折率の高い不等間隔曲線格子状領域を形
成してもよい。
即ち例えば、Ｌｉ Ｎｂ Ｏａからなる基板を安息香酸
中で２１０〜３００℃、１０〜２０分間加熱し、基板の
Ｌｉイオンと安息香酸のＨイオンとをイ゛′オン交換し
、基板の表面に屈折率の高い一光導波路層を形成する。
中で２１０〜３００℃、１０〜２０分間加熱し、基板の
Ｌｉイオンと安息香酸のＨイオンとをイ゛′オン交換し
、基板の表面に屈折率の高い一光導波路層を形成する。
次に、上述の実施例と同様にして先導波路層上にフォト
レジストの塗布、露光、現像さらにＣｒ 、Ａｕ膜を蒸
着しまたリフト・オフ法によって、光導波路層上に不等
間隔曲線格子領域の開孔を有する０ｒ−Ａｕ膜を形成す
る。このｃｒ −Ａｕ膜の形成された基板を更に安息香
酸中で２１０〜３００℃で数分間加熱し、光導波路層中
にのＬｉイオンと安息香酸のＨイオンとをイオン交換し
、光導波路層中に光導波路層の屈折率よりも屈折率の高
い不等間隔曲線格子領域を形成する。この後、Ｃｒ−Ａ
ｕ膜を除去し、光導波路層上にクラッド層を形成して光
導波路レンズが形成される。
レジストの塗布、露光、現像さらにＣｒ 、Ａｕ膜を蒸
着しまたリフト・オフ法によって、光導波路層上に不等
間隔曲線格子領域の開孔を有する０ｒ−Ａｕ膜を形成す
る。このｃｒ −Ａｕ膜の形成された基板を更に安息香
酸中で２１０〜３００℃で数分間加熱し、光導波路層中
にのＬｉイオンと安息香酸のＨイオンとをイオン交換し
、光導波路層中に光導波路層の屈折率よりも屈折率の高
い不等間隔曲線格子領域を形成する。この後、Ｃｒ−Ａ
ｕ膜を除去し、光導波路層上にクラッド層を形成して光
導波路レンズが形成される。
上述の実施例では基板としてＬ ＋ Ｎ ｂ Ｏａを用
いたがＬｉＴａ０ａを用いてもよく、また被イオン交換
溶液として安息香酸を用いたがＡＱＮＯａ。
いたがＬｉＴａ０ａを用いてもよく、また被イオン交換
溶液として安息香酸を用いたがＡＱＮＯａ。
ＴＩ Ｎｏ、などの金属イオンを含む溶融塩としてもよ
い。
い。
また、第９図及び第１０図に示すように、°半導体レー
ザ５０．５４が結合される先導波路の入射側にさらに平
面導波路レンズ５２．５６を形成してもよい。
ザ５０．５４が結合される先導波路の入射側にさらに平
面導波路レンズ５２．５６を形成してもよい。
［発明の効果］
以上説明したように本発明によれば、回折格子がエツチ
ングパターニングによって形成されたリリーフ型回折格
子ではないので、光導波路層の表面は平担となっていて
散乱損失を小さくすることが罰−貴るという大きな特徴
がある。従って面の歪（平担度）により生ずるレンズの
収差の少なく、かつ回折効率の高い光導波路レンズが提
供される。
ングパターニングによって形成されたリリーフ型回折格
子ではないので、光導波路層の表面は平担となっていて
散乱損失を小さくすることが罰−貴るという大きな特徴
がある。従って面の歪（平担度）により生ずるレンズの
収差の少なく、かつ回折効率の高い光導波路レンズが提
供される。
また本発明の先導波路レンズの製造方法によれば、光導
波路層及び回折格子がイオン交換法による基板の屈折率
変化を利用しており、屈折率変化が大きく、回折効率が
大きくなり、また光導波路の伝播損失を低くすることが
できる。また基板の平担度を高度に保つことができ、散
乱゛損失を低く押えて、微小スポットにレーザ光を収束
させることができる。
波路層及び回折格子がイオン交換法による基板の屈折率
変化を利用しており、屈折率変化が大きく、回折効率が
大きくなり、また光導波路の伝播損失を低くすることが
できる。また基板の平担度を高度に保つことができ、散
乱゛損失を低く押えて、微小スポットにレーザ光を収束
させることができる。
第１図は従来の光導波路レンズを示す断面図、第２図乃
至第７図は本発明の実施例における光導波路レンズの製
造工程を示す図、第８図は本発明の光導波路レンズの使
用例を示す図、第９図乃至第１０図は他の実施例を示す
図である。 ２０・・・・・・基板、 ２２・・・・・・フォトレジ
スト２４・・・・・・フォト・マスク、２６・・・・・
・０ｒ−Ａｕ膜、２８・・・・・・安息香酸、 ３０・
・・・・・屈折率の高い領域、３４・・・・・・光導波
路層１、３６・・・・・・クラッド層。 代理人弁理士 則近 憲佑（他−名） 第 １ 図 第２図 第 ４ 図 第 ５ 図 第 ６ 図 第７図 第８図 第 ９ 図
至第７図は本発明の実施例における光導波路レンズの製
造工程を示す図、第８図は本発明の光導波路レンズの使
用例を示す図、第９図乃至第１０図は他の実施例を示す
図である。 ２０・・・・・・基板、 ２２・・・・・・フォトレジ
スト２４・・・・・・フォト・マスク、２６・・・・・
・０ｒ−Ａｕ膜、２８・・・・・・安息香酸、 ３０・
・・・・・屈折率の高い領域、３４・・・・・・光導波
路層１、３６・・・・・・クラッド層。 代理人弁理士 則近 憲佑（他−名） 第 １ 図 第２図 第 ４ 図 第 ５ 図 第 ６ 図 第７図 第８図 第 ９ 図
Claims (4)
- （１） 基板と、この基板上に形成された基板よりも屈
折率の“高い物質からなる先導波路と、この光導波路上
に形成され光導波路層よりも屈折率の低い物質からなる
クラッド層とを備え、前記光導波路層が光導波路層と異
なる屈折率を有する不等間隔曲線格子領域を有する光導
波路レンズ。 - （２） 前記不等間隔曲線格子領域が前記光導波路層の
屈折率よりも高い事を特徴とする特許請求の範囲第一項
記載の光導波路レンズ。 - （３） 光学材料からなる基板上に不等間隔曲線格子状
開孔を有するマスクを形成する工程と、上記マスクが形
−成された基板を被イオン交換溶液中で加熱し基板を構
成する物質のイオ゛□ンと溶液のイオンとをイオン交換
して基板の表面層に選択的に基板よりも屈折率の高い領
域を形成する工程と、前記基板から前記マスクを除去す
る工程と、前記マスクが除去された基板を被イオン交換
溶液中で加熱し、基板を構成する物質のイオンと溶液の
イオンとをイオン交換して基板の表面層に基板よりも屈
折率の高い光導波路層を形成する工程と、該光導波路層
上に光導波路層よりも屈折率の低い物質からなるクラッ
ド層を形成する工程とを備えた光導波路レンズの製造方
法。 - （４） 光学材料からなる基板を被イオン交換溶液で加
熱し基板を構成する物質のイオンと溶液のイオンとをイ
オン交換して基板の表面層に基板よりも屈折率の高い光
導波路層を形成する工程と、この後光導波路層上に不等
間隔曲線格子状開孔を有するマスクを形成する工程と、
マスクが形成された基板を被イオン交換溶液中で加熱し
て前記光導波路層を構成する物質のイオンと溶液のイオ
ンとをイオン交換して先導波路層に光導波路層よりも屈
折率の高い不等間隔曲線状領域を形成する工程と、前記
光導波路層上のマスクを除去する工程と、前記マスクが
除去された光導波路層上に光導波路層よりも屈折率の低
い物質からなるクラツド層を形成する工程とを備えた光
導波路レンズの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24517783A JPS60140204A (ja) | 1983-12-28 | 1983-12-28 | 光導波路レンズ及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24517783A JPS60140204A (ja) | 1983-12-28 | 1983-12-28 | 光導波路レンズ及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60140204A true JPS60140204A (ja) | 1985-07-25 |
Family
ID=17129752
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24517783A Pending JPS60140204A (ja) | 1983-12-28 | 1983-12-28 | 光導波路レンズ及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60140204A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS638721A (ja) * | 1986-06-30 | 1988-01-14 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 光スイツチ装置 |
| JP2020122984A (ja) * | 2016-05-06 | 2020-08-13 | マジック リープ， インコーポレイテッドＭａｇｉｃ Ｌｅａｐ，Ｉｎｃ． | 光を再指向させるための非対称格子を有するメタ表面および製造方法 |
| US11231544B2 (en) | 2015-11-06 | 2022-01-25 | Magic Leap, Inc. | Metasurfaces for redirecting light and methods for fabricating |
| US11243338B2 (en) | 2017-01-27 | 2022-02-08 | Magic Leap, Inc. | Diffraction gratings formed by metasurfaces having differently oriented nanobeams |
| US11681153B2 (en) | 2017-01-27 | 2023-06-20 | Magic Leap, Inc. | Antireflection coatings for metasurfaces |
-
1983
- 1983-12-28 JP JP24517783A patent/JPS60140204A/ja active Pending
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| APPL PHYS LETT=1983 * |
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