JPH0921922A - 光導波路の製造方法 - Google Patents
光導波路の製造方法Info
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- JPH0921922A JPH0921922A JP7173170A JP17317095A JPH0921922A JP H0921922 A JPH0921922 A JP H0921922A JP 7173170 A JP7173170 A JP 7173170A JP 17317095 A JP17317095 A JP 17317095A JP H0921922 A JPH0921922 A JP H0921922A
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- JP
- Japan
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- core
- layer
- optical waveguide
- core layer
- manufacturing
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- Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 光通信、光信号処理、光計測の分野におい
て、特に、１．３μｍ帯及び１．５μｍ帯における信号
光を増幅する機能を有する導波路型光増幅器に用いれば
大きな効果が期待できる導波路型光部品の製造方法を提
供する。 【解決手段】 平面基板上に形成された光を伝搬するコ
アと前記コアより屈折率の低いクラッドとから構成され
る石英系光導波路において、下部クラッド２にコア形成
用の溝２ａをフォト工程とエッチング工程とにより最初
に作製して、コアを形成する凹型プロセスを活用して、
光学活性物質であるＥｒ添加ガラス４をＥｒ無添加コア
ガラス７の中心部に添加する。
て、特に、１．３μｍ帯及び１．５μｍ帯における信号
光を増幅する機能を有する導波路型光増幅器に用いれば
大きな効果が期待できる導波路型光部品の製造方法を提
供する。 【解決手段】 平面基板上に形成された光を伝搬するコ
アと前記コアより屈折率の低いクラッドとから構成され
る石英系光導波路において、下部クラッド２にコア形成
用の溝２ａをフォト工程とエッチング工程とにより最初
に作製して、コアを形成する凹型プロセスを活用して、
光学活性物質であるＥｒ添加ガラス４をＥｒ無添加コア
ガラス７の中心部に添加する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信、光信号処
理、光計測の分野における導波路型光部品の製造方法に
関するものである。特に、１．３μｍ帯及び１．５μｍ
帯における信号光を増幅する機能を有する導波路型光増
幅器に用いれば大きな効果が期待できる。
理、光計測の分野における導波路型光部品の製造方法に
関するものである。特に、１．３μｍ帯及び１．５μｍ
帯における信号光を増幅する機能を有する導波路型光増
幅器に用いれば大きな効果が期待できる。
【０００２】
【従来の技術】最近、光通信に重要な１．５μｍ帯の信
号光を増幅する導波路型光増幅器の開発が盛んである。
この導波路型光増幅器は希土類元素であるＥｒの１．５
μｍ帯でのレーザ遷移を利用したものであり、光増幅に
より伝搬損失や分岐損失を補償することができるため、
極めて有用な光部品である。導波路型光増幅器を作製す
るには、従来の受動型光導波回路の作製方法と同様、凸
型プロセスと称する工程により作製される。
号光を増幅する導波路型光増幅器の開発が盛んである。
この導波路型光増幅器は希土類元素であるＥｒの１．５
μｍ帯でのレーザ遷移を利用したものであり、光増幅に
より伝搬損失や分岐損失を補償することができるため、
極めて有用な光部品である。導波路型光増幅器を作製す
るには、従来の受動型光導波回路の作製方法と同様、凸
型プロセスと称する工程により作製される。
【０００３】図５に凸型プロセスによる光増幅器用Ｅｒ
添加光導波路の製造方法を示す。まず、Ｓｉ基板１上に
火炎堆積法を用いて下部クラッドガラス層２を形成する
（図５（ａ）参照）。次にＰを共添加したＥｒ添加コア
ガラス層３を形成して、フォト工程とエッチングにより
Ｅｒ添加コアガラス４を矩形状に加工する（図５（ｂ）
及び（ｃ）参照）。さらに、コアを上部クラッドガラス
層５で埋め込むことにより（図５（ｄ）参照）、Ｅｒ添
加光導波路が作製されている。
添加光導波路の製造方法を示す。まず、Ｓｉ基板１上に
火炎堆積法を用いて下部クラッドガラス層２を形成する
（図５（ａ）参照）。次にＰを共添加したＥｒ添加コア
ガラス層３を形成して、フォト工程とエッチングにより
Ｅｒ添加コアガラス４を矩形状に加工する（図５（ｂ）
及び（ｃ）参照）。さらに、コアを上部クラッドガラス
層５で埋め込むことにより（図５（ｄ）参照）、Ｅｒ添
加光導波路が作製されている。
【０００４】この方法を用いると、任意の導波路パター
ンを形成することができる。従って、従来の導波路型光
部品に用いられている方向性結合器やリング共振器など
の光回路を精度よく、かつ、再現性よく作製することが
できる。
ンを形成することができる。従って、従来の導波路型光
部品に用いられている方向性結合器やリング共振器など
の光回路を精度よく、かつ、再現性よく作製することが
できる。
【０００５】ところで、希土類添加光導波路を用いた光
増幅器では、光ファイバ型光増幅器に比べて、伝搬損失
が高いため、希土類元素を高濃度に添加しなければなら
ず、高い励起光強度が必要となる。ところが、半導体レ
ーザを励起光源として用いて光増幅を行うには光源の光
出力に限界があるため、単位励起光強度に対する利得を
向上させ、高効率に動作させることが重要となる。高効
率化の手段として、Ｅｒ添加ファイバ型光増幅器におい
ては、Ｅｒをコア中心部に添加した光ファイバを用いる
方法が実現されている。これは、光強度の大きいコア中
心部にＥｒを添加することにより、単位励起光強度あた
りの増幅度を向上させるものである。光導波路において
も、同様に導波路のコア中心部にＥｒを添加すると、増
幅度の向上が期待できる。
増幅器では、光ファイバ型光増幅器に比べて、伝搬損失
が高いため、希土類元素を高濃度に添加しなければなら
ず、高い励起光強度が必要となる。ところが、半導体レ
ーザを励起光源として用いて光増幅を行うには光源の光
出力に限界があるため、単位励起光強度に対する利得を
向上させ、高効率に動作させることが重要となる。高効
率化の手段として、Ｅｒ添加ファイバ型光増幅器におい
ては、Ｅｒをコア中心部に添加した光ファイバを用いる
方法が実現されている。これは、光強度の大きいコア中
心部にＥｒを添加することにより、単位励起光強度あた
りの増幅度を向上させるものである。光導波路において
も、同様に導波路のコア中心部にＥｒを添加すると、増
幅度の向上が期待できる。
【０００６】従来の凸型プロセスでは、フォト工程とエ
ッチングの組み合わせでＥｒをコアの中心部に添加する
ことは実際状困難であり、特開平４−２７１３２８号公
報に記載されたように、はじめにＥｒ添加のコアよりな
る光導波路を作製し、光導波路作製後、加熱することに
よりコアの中から屈折率添加用の物質のある周囲のクラ
ッド部に拡散させることによりコア全体を拡大させ、結
果としてコア中心部のみＥｒが存在するようにする技術
が提案されている。
ッチングの組み合わせでＥｒをコアの中心部に添加する
ことは実際状困難であり、特開平４−２７１３２８号公
報に記載されたように、はじめにＥｒ添加のコアよりな
る光導波路を作製し、光導波路作製後、加熱することに
よりコアの中から屈折率添加用の物質のある周囲のクラ
ッド部に拡散させることによりコア全体を拡大させ、結
果としてコア中心部のみＥｒが存在するようにする技術
が提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た提案方法では、熱処理による拡散を利用していること
から、コア幅やコアの屈折率分布の制御性が悪いという
問題点があった。従って、光干渉を利用する光回路にお
いては、１μｍ以下のパターン精度が要求されるため、
方向性結合器、マッハツェンダ干渉系を再現性よく作製
することは困難であった。
た提案方法では、熱処理による拡散を利用していること
から、コア幅やコアの屈折率分布の制御性が悪いという
問題点があった。従って、光干渉を利用する光回路にお
いては、１μｍ以下のパターン精度が要求されるため、
方向性結合器、マッハツェンダ干渉系を再現性よく作製
することは困難であった。
【０００８】さらに特開平４−３５９２３０号公報、特
開平６−２８１９７７号公報等においても二層コアより
なる光導波路に関する技術が開示されているが、これら
はいずれも種類の異なるコアが垂直方向に積層されるも
のであり、水平方向にもコアの堆積が異なるように分布
されるものは提案されていない。
開平６−２８１９７７号公報等においても二層コアより
なる光導波路に関する技術が開示されているが、これら
はいずれも種類の異なるコアが垂直方向に積層されるも
のであり、水平方向にもコアの堆積が異なるように分布
されるものは提案されていない。
【０００９】本発明は、これらの問題点を鑑みてなされ
たものであり、その目的は、高効率で動作する光増幅器
用光導波路の製造方法を提供することにある。
たものであり、その目的は、高効率で動作する光増幅器
用光導波路の製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成する本発
明の光導波路の製造方法は、平面基板上に形成された光
を伝搬するコアと前記コアより屈折率の低いクラッドと
から構成される石英系光導波路において、下部クラッド
にコア形成用の溝をフォト工程とエッチング工程とによ
り最初に作製して、コアを形成する凹型プロセスを活用
することを特徴とする。
明の光導波路の製造方法は、平面基板上に形成された光
を伝搬するコアと前記コアより屈折率の低いクラッドと
から構成される石英系光導波路において、下部クラッド
にコア形成用の溝をフォト工程とエッチング工程とによ
り最初に作製して、コアを形成する凹型プロセスを活用
することを特徴とする。
【００１１】すなわち、本発明の第１の光導波路の製造
方法は、平面基板上に形成されたコア及び該コアを囲み
該コアより屈折率の低いクラッドよりなる光導波路の製
造方法において、（１）平面基板上に下部クラッド層を
形成する下部クラッド層形成工程と、（２）前記下部ク
ラッド層に第１の溝を形成する第１溝形成工程と、
（３）前記下部クラッド層上に前記下部クラッド層より
屈折率が高い第１のコア層を積層する第１コア層積層工
程と、（４）前記第１のコア層の前記第１の溝部分以外
を除去する第１コア部成形工程と、（５）前記第１のコ
ア層に下面及び側面を残して第２の溝を形成する第２溝
形成工程と、（６）前記第１のコア層と屈折率が等し
く、光学活性物質が添加された第２のコア層を前記下部
クラッド層及び前記第１のコア層の上に積層する第２コ
ア積層工程と、（７）前記第２のコア層を前記第２の溝
の上部に空間ができるように除去する第２コア部成形工
程と、（８）前記第１のコア層及び前記第２のコア層の
上に前記第１のコア層を再度積層する第３コア層積層工
程と、（９）前記第１のコア層の前記第１の溝部分以外
を除去する第３コア部成形工程と、（１０）前記下部ク
ラッド層及び前記第１のコア層の上に前記第１のコア層
より屈折率の低い上部クラッド層を形成する上部クラッ
ド層形成工程と、よりなることを特徴とする。
方法は、平面基板上に形成されたコア及び該コアを囲み
該コアより屈折率の低いクラッドよりなる光導波路の製
造方法において、（１）平面基板上に下部クラッド層を
形成する下部クラッド層形成工程と、（２）前記下部ク
ラッド層に第１の溝を形成する第１溝形成工程と、
（３）前記下部クラッド層上に前記下部クラッド層より
屈折率が高い第１のコア層を積層する第１コア層積層工
程と、（４）前記第１のコア層の前記第１の溝部分以外
を除去する第１コア部成形工程と、（５）前記第１のコ
ア層に下面及び側面を残して第２の溝を形成する第２溝
形成工程と、（６）前記第１のコア層と屈折率が等し
く、光学活性物質が添加された第２のコア層を前記下部
クラッド層及び前記第１のコア層の上に積層する第２コ
ア積層工程と、（７）前記第２のコア層を前記第２の溝
の上部に空間ができるように除去する第２コア部成形工
程と、（８）前記第１のコア層及び前記第２のコア層の
上に前記第１のコア層を再度積層する第３コア層積層工
程と、（９）前記第１のコア層の前記第１の溝部分以外
を除去する第３コア部成形工程と、（１０）前記下部ク
ラッド層及び前記第１のコア層の上に前記第１のコア層
より屈折率の低い上部クラッド層を形成する上部クラッ
ド層形成工程と、よりなることを特徴とする。
【００１２】また、前記第１の方法において、前記第１
溝形成工程及び前記第２溝形成工程が、フォト工程とエ
ッチング工程とよりなることを特徴とする。
溝形成工程及び前記第２溝形成工程が、フォト工程とエ
ッチング工程とよりなることを特徴とする。
【００１３】また、前記第１の方法において、前記第１
コア部成形工程，前記第２コア部成形工程及び第３コア
部成形工程が、エッチング工程よりなることを特徴とす
る。
コア部成形工程，前記第２コア部成形工程及び第３コア
部成形工程が、エッチング工程よりなることを特徴とす
る。
【００１４】一方、本発明の第２の光導波路の製造方法
は、平面基板上に形成されたコア及び該コアを囲み該コ
アより屈折率の低いクラッドよりなる光導波路の製造方
法において、（１）平面基板上に下部クラッド層を形成
する下部クラッド層形成工程、前記下部クラッド層に第
１の溝を形成する第１溝形成工程と、（２）前記下部ク
ラッド層より屈折率が高い第１のコア層原料、前記第１
のコア層と屈折率が等しく、光学活性物質が添加された
第２のコア層原料、前記第１のコア層原料をこの順に前
記下部クラッド層上に積層させるコア層原料積層工程
と、（３）焼結により前記第１のコア層原料及び前記第
２のコア層原料を焼結により第１のコア層及び第２のコ
ア層とするコア層焼結工程と、（４）前記第１のコア層
及び第２のコア層の前記第１の溝部分以外を除去するコ
ア部成形工程と、（５）前記下部クラッド層及び前記第
１のコア層及び前記第２のコア層上に前記第１のコア層
よりも屈折率の低い上部クラッド層を形成する上部クラ
ッド層形成工程とよりなることを特徴とする。
は、平面基板上に形成されたコア及び該コアを囲み該コ
アより屈折率の低いクラッドよりなる光導波路の製造方
法において、（１）平面基板上に下部クラッド層を形成
する下部クラッド層形成工程、前記下部クラッド層に第
１の溝を形成する第１溝形成工程と、（２）前記下部ク
ラッド層より屈折率が高い第１のコア層原料、前記第１
のコア層と屈折率が等しく、光学活性物質が添加された
第２のコア層原料、前記第１のコア層原料をこの順に前
記下部クラッド層上に積層させるコア層原料積層工程
と、（３）焼結により前記第１のコア層原料及び前記第
２のコア層原料を焼結により第１のコア層及び第２のコ
ア層とするコア層焼結工程と、（４）前記第１のコア層
及び第２のコア層の前記第１の溝部分以外を除去するコ
ア部成形工程と、（５）前記下部クラッド層及び前記第
１のコア層及び前記第２のコア層上に前記第１のコア層
よりも屈折率の低い上部クラッド層を形成する上部クラ
ッド層形成工程とよりなることを特徴とする。
【００１５】また、前記第２の方法において、コア層原
料積層工程が火炎堆積法であることを特徴とする。
料積層工程が火炎堆積法であることを特徴とする。
【００１６】また、前記第２の方法において、前記第１
溝形成工程がフォト工程とエッチング工程であることを
特徴とする。
溝形成工程がフォト工程とエッチング工程であることを
特徴とする。
【００１７】また、前記第２の方法において、前記光学
活性物質が希土類元素であることを特徴とする。
活性物質が希土類元素であることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、図面により本発明を実施す
る形態について詳細に説明する。
る形態について詳細に説明する。
【００１９】本発明によれば、コアの寸法精度は下部ク
ラッドに形成する溝の加工形状によって決定されること
から、方向性結合器など干渉を利用する光回路をパター
ンやせやコア変形なく作製することができ、かつ、屈折
率の高いコアの中心部に希土類元素を添加することが可
能となる。
ラッドに形成する溝の加工形状によって決定されること
から、方向性結合器など干渉を利用する光回路をパター
ンやせやコア変形なく作製することができ、かつ、屈折
率の高いコアの中心部に希土類元素を添加することが可
能となる。
【００２０】この製造方法は、フォト工程とエッチング
の組み合わせにより希土類元素をコア中心部に添加して
いることから、平坦なガラス膜が形成可能ならば、コア
ガラスの製造方法、コアガラス組成に関して制限はな
い。
の組み合わせにより希土類元素をコア中心部に添加して
いることから、平坦なガラス膜が形成可能ならば、コア
ガラスの製造方法、コアガラス組成に関して制限はな
い。
【００２１】例えば、本発明が有効なガラス膜製造方法
としては、火炎堆積法、ＣＶＤ法、スパッタ法を挙げる
ことができる。
としては、火炎堆積法、ＣＶＤ法、スパッタ法を挙げる
ことができる。
【００２２】また、ガラス組成に関しては、Ｐ，Ｇｅ，
Ｔｉ，Ｂなどを任意に選ぶことができる。
Ｔｉ，Ｂなどを任意に選ぶことができる。
【００２３】また、希土類元素としては、光通信で使用
される１．３μｍ帯および１．５μｍ帯にレーザ遷移を
有するＮｄ，Ｅｒのほか、Ｓｍ，Ｈｏを挙げることがで
き、さらにはＥｒの０．９８μｍ帯の吸収に対して増感
作用を有するＹｂも挙げることができる。
される１．３μｍ帯および１．５μｍ帯にレーザ遷移を
有するＮｄ，Ｅｒのほか、Ｓｍ，Ｈｏを挙げることがで
き、さらにはＥｒの０．９８μｍ帯の吸収に対して増感
作用を有するＹｂも挙げることができる。
【００２４】これらの希土類元素とＰ，Ｇｅなどの屈折
率を高める元素とは任意に組み合わせて適用することが
できる。
率を高める元素とは任意に組み合わせて適用することが
できる。
【００２５】特に、火炎堆積法を用いる場合、凹型に溝
加工した下部クラッドガラスの上に、希土類元素を含ま
ないコアガラススートを堆積し、次に希土類元素を含む
コアガラススートを堆積し、さらに、希土類元素を含ま
ないコアガラススートを堆積して、高温度中で焼結する
と、希土類元素は拡散量が小さいことからコア中心部に
のみ分布するようにコアガラススートが凹部に埋め込ま
れる。従って、３層からなるコアガラススートを形成す
れば、１回の焼結で希土類元素をコアの中心部に添加す
ることができ、フォト工程とエッチングはそれぞれ１回
用いるだけである。
加工した下部クラッドガラスの上に、希土類元素を含ま
ないコアガラススートを堆積し、次に希土類元素を含む
コアガラススートを堆積し、さらに、希土類元素を含ま
ないコアガラススートを堆積して、高温度中で焼結する
と、希土類元素は拡散量が小さいことからコア中心部に
のみ分布するようにコアガラススートが凹部に埋め込ま
れる。従って、３層からなるコアガラススートを形成す
れば、１回の焼結で希土類元素をコアの中心部に添加す
ることができ、フォト工程とエッチングはそれぞれ１回
用いるだけである。
【００２６】また、火炎堆積法を用いると、３層からな
るコアガラススートは、連続堆積により１回で形成する
ことができる。このことから、火炎堆積法が、製造工程
を簡略化できることから、希土類元素をコアの中心部に
添加する製造方法として好適である。
るコアガラススートは、連続堆積により１回で形成する
ことができる。このことから、火炎堆積法が、製造工程
を簡略化できることから、希土類元素をコアの中心部に
添加する製造方法として好適である。
【００２７】いずれの方法で作製しても、本願発明の方
法による光導波路は特開平４−２７１３２８号公報に開
示された光導波路と比較して、コアとクラッドの境界が
明確なため、導波特性に優れたものとなり、特開平４−
３５９２３０号公報，特開平６−２８１９７７号公報に
開示された光導波路と比べて、水平方向にも中心部のみ
に光学活性物質が分布しているため、光学活性特性の効
果が大きくなる。
法による光導波路は特開平４−２７１３２８号公報に開
示された光導波路と比較して、コアとクラッドの境界が
明確なため、導波特性に優れたものとなり、特開平４−
３５９２３０号公報，特開平６−２８１９７７号公報に
開示された光導波路と比べて、水平方向にも中心部のみ
に光学活性物質が分布しているため、光学活性特性の効
果が大きくなる。
【００２８】
【実施例】以下本発明の好適な実施例を図面を参照にし
て説明するが、本発明はこれに限定されるものではな
い。
て説明するが、本発明はこれに限定されるものではな
い。
【００２９】実施例１ 図１に本発明における光導波路の作製工程を示す。ここ
で、本実施例では、希土類元素としてＥｒを用いた。 （１）まず、Ｓｉ基板１上に、火炎堆積法により約３０
μｍ厚の下部クラッドガラス層２を作製する（図１
（ａ）参照）。 （２）次にコアを形成するための幅６μｍ，深さ６μｍ
である凹型の溝２ａをフォト工程及び反応性イオンエッ
チングにより形成する（図１（ｂ）参照）。 （３）次に、火炎堆積法によりＥｒを含有しておらず
Ｂ，Ｐ，Ｇｅを添加したコアガラススートを堆積する。 （４）コアガラススートを透明ガラス化するため、電気
炉中にて１３００℃で２時間保持して焼結する。 （５）Ｅｒ無添加コアガラス層６は膜厚１２μｍとした
（図１（ｃ）参照）。 （６）次に、反応性イオンエッチングを用いてＥｒ無添
加コアガラス層６を除去し、前記溝２ａにＥｒ無添加コ
アガラスを埋め込む（図１（ｄ）参照）。 （７）次に、Ｅｒ添加コアになる幅３μｍ，深さ４．５
μｍである凹型の溝７ａをフォト工程及び反応性イオン
エッチングにより形成する（図１（ｅ）参照）。 （８）次に、Ｅｒ添加Ｐ共添加コアガラススートを火炎
堆積法により堆積する。 （９）Ｅｒ添加Ｐ共添加コアガラススートを透明ガラス
化するため、電気炉中にて１２００℃で２時間保持して
焼結する。 （10）Ｅｒ添加コアガラス層３の膜厚は１２μｍとした
（図１（ｆ）参照）。 （11）次に、反応性イオンエッチングを用いてＥｒ添加
コアガラス層３を除去する（図１（ｇ）参照）。 （12）次に、フォト工程及びエッチングにより溝７ａ内
に形成されたＥｒ添加コアガラス４の上面のみを１．５
μｍ除去する（図１（ｈ）参照）。 （13）次に、火炎堆積法により、膜厚１２μｍであるＥ
ｒ無添加コアガラス層６を作製する（図１（ｉ）参
照）。 （13）次に、反応性イオンエッチングによりＥｒ無添加
コアガラス層６を取り除く（図１（ｊ）参照）。 （14）最後に、火炎堆積法を用いて下部クラッドガラス
層２と等しい屈折率を有するＢ及びＰを添加した上部ク
ラッドガラス層５を約３０μｍ火炎堆積法により形成す
る（図１（ｋ）参照）。 この実施例で作製した導波路は、コア寸法６μｍ×６μ
ｍ、コアクラッド間の屈折率差０．７５％、Ｅｒ添加領
域３μｍ×３μｍ，Ｅｒ濃度４０００ｐｐｍであり、Ｅ
ｒ添加ガラス４はＥｒ無添加コアガラス７の中心部に添
加されている。
で、本実施例では、希土類元素としてＥｒを用いた。 （１）まず、Ｓｉ基板１上に、火炎堆積法により約３０
μｍ厚の下部クラッドガラス層２を作製する（図１
（ａ）参照）。 （２）次にコアを形成するための幅６μｍ，深さ６μｍ
である凹型の溝２ａをフォト工程及び反応性イオンエッ
チングにより形成する（図１（ｂ）参照）。 （３）次に、火炎堆積法によりＥｒを含有しておらず
Ｂ，Ｐ，Ｇｅを添加したコアガラススートを堆積する。 （４）コアガラススートを透明ガラス化するため、電気
炉中にて１３００℃で２時間保持して焼結する。 （５）Ｅｒ無添加コアガラス層６は膜厚１２μｍとした
（図１（ｃ）参照）。 （６）次に、反応性イオンエッチングを用いてＥｒ無添
加コアガラス層６を除去し、前記溝２ａにＥｒ無添加コ
アガラスを埋め込む（図１（ｄ）参照）。 （７）次に、Ｅｒ添加コアになる幅３μｍ，深さ４．５
μｍである凹型の溝７ａをフォト工程及び反応性イオン
エッチングにより形成する（図１（ｅ）参照）。 （８）次に、Ｅｒ添加Ｐ共添加コアガラススートを火炎
堆積法により堆積する。 （９）Ｅｒ添加Ｐ共添加コアガラススートを透明ガラス
化するため、電気炉中にて１２００℃で２時間保持して
焼結する。 （10）Ｅｒ添加コアガラス層３の膜厚は１２μｍとした
（図１（ｆ）参照）。 （11）次に、反応性イオンエッチングを用いてＥｒ添加
コアガラス層３を除去する（図１（ｇ）参照）。 （12）次に、フォト工程及びエッチングにより溝７ａ内
に形成されたＥｒ添加コアガラス４の上面のみを１．５
μｍ除去する（図１（ｈ）参照）。 （13）次に、火炎堆積法により、膜厚１２μｍであるＥ
ｒ無添加コアガラス層６を作製する（図１（ｉ）参
照）。 （13）次に、反応性イオンエッチングによりＥｒ無添加
コアガラス層６を取り除く（図１（ｊ）参照）。 （14）最後に、火炎堆積法を用いて下部クラッドガラス
層２と等しい屈折率を有するＢ及びＰを添加した上部ク
ラッドガラス層５を約３０μｍ火炎堆積法により形成す
る（図１（ｋ）参照）。 この実施例で作製した導波路は、コア寸法６μｍ×６μ
ｍ、コアクラッド間の屈折率差０．７５％、Ｅｒ添加領
域３μｍ×３μｍ，Ｅｒ濃度４０００ｐｐｍであり、Ｅ
ｒ添加ガラス４はＥｒ無添加コアガラス７の中心部に添
加されている。
【００３０】次に、本実施例の光導波路製造方法を用い
て、励起光と信号光の合分波回路を集積した光増幅器を
作製した。図２に回路構成の概略を示す。図２中、符号
１０は信号光入力用光導波路、１１は励起光入力用光導
波路、１２ａ，１２ｂはマッハツェンダ干渉計、１３は
光増幅用光導波路、１４は信号光出力用光導波路、１５
は励起光出力用光導波路を各々図示する。本光増幅器全
体は上述した方法を用いて、Ｅｒをコアの中心部に添加
した光導波路により構成した。
て、励起光と信号光の合分波回路を集積した光増幅器を
作製した。図２に回路構成の概略を示す。図２中、符号
１０は信号光入力用光導波路、１１は励起光入力用光導
波路、１２ａ，１２ｂはマッハツェンダ干渉計、１３は
光増幅用光導波路、１４は信号光出力用光導波路、１５
は励起光出力用光導波路を各々図示する。本光増幅器全
体は上述した方法を用いて、Ｅｒをコアの中心部に添加
した光導波路により構成した。
【００３１】この光増幅器を動作するには、まず、波長
１．４７μｍの励起光及び波長１．５μｍの信号光を単
一モード光ファイバを用いて励起光入力用導波路１１及
び信号光入力用導波路１０に入射する。励起光は方向性
結合器Ｉ及び方向性結合器IIから構成されたマッハツェ
ンダ干渉計１２ａにより励起光入力用光導波路１１を伝
搬する光強度に対して９９％の光強度が光増幅用光導波
路１３に入射してＥｒイオンを励起し、信号光は信号光
入力用光導波路１０に対して９９％の光強度が光増幅用
光導波路１３に伝搬する。ここで、励起されたＥｒイオ
ンにより光増幅用光導波路１３を伝搬する信号光が増幅
される。
１．４７μｍの励起光及び波長１．５μｍの信号光を単
一モード光ファイバを用いて励起光入力用導波路１１及
び信号光入力用導波路１０に入射する。励起光は方向性
結合器Ｉ及び方向性結合器IIから構成されたマッハツェ
ンダ干渉計１２ａにより励起光入力用光導波路１１を伝
搬する光強度に対して９９％の光強度が光増幅用光導波
路１３に入射してＥｒイオンを励起し、信号光は信号光
入力用光導波路１０に対して９９％の光強度が光増幅用
光導波路１３に伝搬する。ここで、励起されたＥｒイオ
ンにより光増幅用光導波路１３を伝搬する信号光が増幅
される。
【００３２】さらに、該光増幅用光導波路１３を伝搬し
た励起光は、方向性結合器III 及び方向性結合器IVから
構成されるマッハツェンダ干渉計１２ｂにより方向性結
合器Ｉ及び方向性結合器IIから構成されたマッハツェン
ダ干渉計１２ａと同様な動作原理で９９％の結合率で分
波され励起光出力用光導波路１５に、光増幅用光導波路
１３で増幅された信号光は９９％の結合率で信号光出力
用光導波路１４にそれぞれ伝搬し、信号光のみが単一モ
ード光ファイバによって取り出される。
た励起光は、方向性結合器III 及び方向性結合器IVから
構成されるマッハツェンダ干渉計１２ｂにより方向性結
合器Ｉ及び方向性結合器IIから構成されたマッハツェン
ダ干渉計１２ａと同様な動作原理で９９％の結合率で分
波され励起光出力用光導波路１５に、光増幅用光導波路
１３で増幅された信号光は９９％の結合率で信号光出力
用光導波路１４にそれぞれ伝搬し、信号光のみが単一モ
ード光ファイバによって取り出される。
【００３３】この光増幅器を用いて、１．３μｍ帯の光
増幅実験を行ったところ、単一モード光ファイバの出射
端における励起光の光強度が３０ｍＷである場合、信号
光の光強度が３０ｄＢ増幅され、利得効率が１ｄＢ／ｍ
Ｗであることが明らかとなった。コアにＥｒを均一に添
加した場合の利得効率は０．３ｄＢ／ｍＷであることか
ら、本発明の製造方法によるＥｒ中心添加光導波路を用
いることで、利得効率を３倍改善できることが判明し
た。
増幅実験を行ったところ、単一モード光ファイバの出射
端における励起光の光強度が３０ｍＷである場合、信号
光の光強度が３０ｄＢ増幅され、利得効率が１ｄＢ／ｍ
Ｗであることが明らかとなった。コアにＥｒを均一に添
加した場合の利得効率は０．３ｄＢ／ｍＷであることか
ら、本発明の製造方法によるＥｒ中心添加光導波路を用
いることで、利得効率を３倍改善できることが判明し
た。
【００３４】本実施例では、ガラス膜作製に火炎堆積法
を用いたが、これは、この方法が、比較的厚く高品質な
ガラス膜の堆積に適しているからである。場合によって
は、別のガラス膜合成方法、例えばＣＶＤ法やスパッタ
法を一部または全部に用いることもできる。
を用いたが、これは、この方法が、比較的厚く高品質な
ガラス膜の堆積に適しているからである。場合によって
は、別のガラス膜合成方法、例えばＣＶＤ法やスパッタ
法を一部または全部に用いることもできる。
【００３５】実施例２ 図３に本発明における光導波路の作製工程を示す。ここ
で、希土類元素としてＥｒを用いた。 （１）まず、Ｓｉ基板１上に、火炎堆積法により約３０
μｍ厚の下部クラッドガラス層２を作製する（図３
（ａ）参照）。 （２）次にコアを形成するための幅６μｍ，深さ６μｍ
である凹型の溝２ａをフォト工程及び反応性イオンエッ
チングにより形成する（図３（ｂ）参照）。 （３）次に、火炎堆積法により、一層目としてＰを添加
したＥｒ無添加コアガラススート８を堆積し、次に二層
目としてＥｒ添加Ｐ共添加コアガラススート９を堆積
し、さらに三層目としてＰを添加したＥｒ無添加コアガ
ラススート８を堆積する（図３（ｃ）参照）。 （４）次に、コアガラススートを透明ガラス化するた
め、電気炉中にて１２００℃で２時間保持して焼結す
る。 （５）コアガラスは膜厚１２μｍであり、一層目のＥｒ
無添加コアガラス層６の膜厚を４．５μｍ，二層目のＥ
ｒ添加コアガラス層３の膜厚を３μｍ、三層目のＥｒ無
添加コアガラス層６の膜厚を４．５μｍとした（図３
（ｄ）参照）。 （６）次に、反応性イオンエッチングを用いて三層構造
であるコアガラス層を除去する（図３（ｅ）参照）。 （７）次に、火炎堆積法を用いて下部クラッドガラス層
２と等しい屈折率を有するＢ及びＰを添加したガラス膜
を約３０μｍ上部クラッドガラス層５として火炎堆積法
により形成する（図３（ｆ）参照）。
で、希土類元素としてＥｒを用いた。 （１）まず、Ｓｉ基板１上に、火炎堆積法により約３０
μｍ厚の下部クラッドガラス層２を作製する（図３
（ａ）参照）。 （２）次にコアを形成するための幅６μｍ，深さ６μｍ
である凹型の溝２ａをフォト工程及び反応性イオンエッ
チングにより形成する（図３（ｂ）参照）。 （３）次に、火炎堆積法により、一層目としてＰを添加
したＥｒ無添加コアガラススート８を堆積し、次に二層
目としてＥｒ添加Ｐ共添加コアガラススート９を堆積
し、さらに三層目としてＰを添加したＥｒ無添加コアガ
ラススート８を堆積する（図３（ｃ）参照）。 （４）次に、コアガラススートを透明ガラス化するた
め、電気炉中にて１２００℃で２時間保持して焼結す
る。 （５）コアガラスは膜厚１２μｍであり、一層目のＥｒ
無添加コアガラス層６の膜厚を４．５μｍ，二層目のＥ
ｒ添加コアガラス層３の膜厚を３μｍ、三層目のＥｒ無
添加コアガラス層６の膜厚を４．５μｍとした（図３
（ｄ）参照）。 （６）次に、反応性イオンエッチングを用いて三層構造
であるコアガラス層を除去する（図３（ｅ）参照）。 （７）次に、火炎堆積法を用いて下部クラッドガラス層
２と等しい屈折率を有するＢ及びＰを添加したガラス膜
を約３０μｍ上部クラッドガラス層５として火炎堆積法
により形成する（図３（ｆ）参照）。
【００３６】この実施例で作製した導波路は、コア寸法
６μｍ×６μｍ、コアクラッド間の屈折率差０．７５
％、Ｅｒ添加領域３μｍ×３μｍ，Ｅｒ濃度４０００ｐ
ｐｍであり、Ｅｒ添加ガラス４はＥｒ無添加コアガラス
７の中心部に添加されている。
６μｍ×６μｍ、コアクラッド間の屈折率差０．７５
％、Ｅｒ添加領域３μｍ×３μｍ，Ｅｒ濃度４０００ｐ
ｐｍであり、Ｅｒ添加ガラス４はＥｒ無添加コアガラス
７の中心部に添加されている。
【００３７】次に、本実施例の光導波路製造方法を用い
て、マッハツェンダ干渉計を用いた合分波回路を集積し
たリングレーザを作製した。
て、マッハツェンダ干渉計を用いた合分波回路を集積し
たリングレーザを作製した。
【００３８】図４に回路構成の概略を示す。図４中、符
号１１は励起光入力用光導波路、１２ｃはマッハツェン
ダ干渉計、１６は発振光出力用光導波路及び１７はリン
グ光導波路を各々図示する。本リングレーザは、上述し
た方法により得られたすべてＥｒをコアの中心部に添加
した光導波路を用いて構成した。
号１１は励起光入力用光導波路、１２ｃはマッハツェン
ダ干渉計、１６は発振光出力用光導波路及び１７はリン
グ光導波路を各々図示する。本リングレーザは、上述し
た方法により得られたすべてＥｒをコアの中心部に添加
した光導波路を用いて構成した。
【００３９】このリングレーザを動作するには、まず、
波長１．４７μｍの励起光を単一モード光ファイバを用
いて励起光入力用導波路１１に入射する。励起光は方向
性結合器Ｖ及び方向性結合器VIから構成されたマッハツ
ェンダ干渉計１２ｃにより励起光入力用光導波路１１を
伝搬する光強度に対して９９％の光強度がリング導波路
に入射してＥｒイオンを励起する。励起されたＥｒイオ
ンが緩和する際に発する自然放出光は方向性結合器Ｖ及
び方向性結合器VIから構成されたマッハツェンダ干渉計
１２ｃが１．５μｍ帯において９５％の高結合率を有す
ることからリング導波路の中に閉じ込められ、誘導放出
に至る。このリング導波路中を周回する発振光は、発振
出力用導波路１６を通過し単一モード光ファイバによっ
て取り出される。
波長１．４７μｍの励起光を単一モード光ファイバを用
いて励起光入力用導波路１１に入射する。励起光は方向
性結合器Ｖ及び方向性結合器VIから構成されたマッハツ
ェンダ干渉計１２ｃにより励起光入力用光導波路１１を
伝搬する光強度に対して９９％の光強度がリング導波路
に入射してＥｒイオンを励起する。励起されたＥｒイオ
ンが緩和する際に発する自然放出光は方向性結合器Ｖ及
び方向性結合器VIから構成されたマッハツェンダ干渉計
１２ｃが１．５μｍ帯において９５％の高結合率を有す
ることからリング導波路の中に閉じ込められ、誘導放出
に至る。このリング導波路中を周回する発振光は、発振
出力用導波路１６を通過し単一モード光ファイバによっ
て取り出される。
【００４０】このリングレーザを用いて、１．５μｍ帯
のレーザ発振実験を行ったところ、発振閾値が単一モー
ド光ファイバの出射端における励起光の光強度で１０ｍ
Ｗであり、励起光強度５０ｍＷにおいて発振光強度が１
０ｍＷであることが明らかとなった。コアにＥｒを均一
に添加した場合の発振閾値励起光強度及び励起光強度５
０ｍＷにおける発振光強度はそれぞれ２０ｍＷ及び５ｍ
Ｗであることから、本発明の製造方法によるＥｒ中心添
加光導波路を用いることで、利得効率を向上でき、レー
ザ発振特性の改善が図られることが判明した。
のレーザ発振実験を行ったところ、発振閾値が単一モー
ド光ファイバの出射端における励起光の光強度で１０ｍ
Ｗであり、励起光強度５０ｍＷにおいて発振光強度が１
０ｍＷであることが明らかとなった。コアにＥｒを均一
に添加した場合の発振閾値励起光強度及び励起光強度５
０ｍＷにおける発振光強度はそれぞれ２０ｍＷ及び５ｍ
Ｗであることから、本発明の製造方法によるＥｒ中心添
加光導波路を用いることで、利得効率を向上でき、レー
ザ発振特性の改善が図られることが判明した。
【００４１】以上により、本発明の光増幅器用光導波路
の製造方法では、Ｅｒをコア中心部に添加することがで
き、光増幅，レーザ発振に要する励起光強度を低減する
うえで有効であることが明らかとなった。
の製造方法では、Ｅｒをコア中心部に添加することがで
き、光増幅，レーザ発振に要する励起光強度を低減する
うえで有効であることが明らかとなった。
【００４２】以上の実施例１及び２では、光回路全体を
Ｅｒ中心添加光導波路を用いて構成したが、本発明は凹
型プロセスを用いており、異種の導波路を０．１ｄＢ以
下の低損失で接続可能なことから、光増幅を必要である
回路部を本発明のＥｒ中心添加光導波路で形成し、光増
幅が不要であり、かつ、信号光を低損失で伝搬させる必
要のある合分波回路などの回路部にＥｒを添加しない光
導波路で形成する回路構成は有用である。
Ｅｒ中心添加光導波路を用いて構成したが、本発明は凹
型プロセスを用いており、異種の導波路を０．１ｄＢ以
下の低損失で接続可能なことから、光増幅を必要である
回路部を本発明のＥｒ中心添加光導波路で形成し、光増
幅が不要であり、かつ、信号光を低損失で伝搬させる必
要のある合分波回路などの回路部にＥｒを添加しない光
導波路で形成する回路構成は有用である。
【００４３】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明の光導波
路の製造方法によれば、希土類元素をコアの中心部に添
加した光導波路を作製することができ、かつ、本質的に
コア変形などのゆらぎの小さい光導波路を作製すること
が可能である。従って、例えば希土類を添加して光増幅
に使用する場合、希土類添加部の励起光強度を高めるこ
とができ、より小さい励起光強度で動作する光増幅器、
レーザを高精度かつ再現性よく作製することができる。
路の製造方法によれば、希土類元素をコアの中心部に添
加した光導波路を作製することができ、かつ、本質的に
コア変形などのゆらぎの小さい光導波路を作製すること
が可能である。従って、例えば希土類を添加して光増幅
に使用する場合、希土類添加部の励起光強度を高めるこ
とができ、より小さい励起光強度で動作する光増幅器、
レーザを高精度かつ再現性よく作製することができる。
【図１】本発明の光導波路作製過程を示す導波路断面図
である。
である。
【図２】本発明の実施例１の励起光と信号光の合分波回
路を集積した光増幅器の回路構成を示す断面図である。
路を集積した光増幅器の回路構成を示す断面図である。
【図３】本発明の光導波路作製過程を示す導波路断面図
である。
である。
【図４】本発明の実施例２のマッハツェンダ干渉計を用
いた合分波回路を集積したリングレーザの回路構成を示
す断面図である。
いた合分波回路を集積したリングレーザの回路構成を示
す断面図である。
【図５】従来の凹型プロセスによる希土類添加光導波路
の作製過程を示す図である。
の作製過程を示す図である。
１ Ｓｉ基板 ２ 下部クラッドガラス層 ３ Ｅｒ添加コアガラス層 ４ Ｅｒ添加コアガラス ５ 上部クラッドガラス層 ６ Ｅｒ無添加コアガラス層 ７ Ｅｒ無添加コアガラス ８ Ｅｒ無添加コアガラススート ９ Ｅｒ添加コアガラススート １０ 信号光入力用光導波路 １１ 励起光入力用光導波路 １２ａ，１２ｂ，１２ｃ マッハツェンダ干渉計 １３ 光増幅用光導波路 １４ 信号光出力用光導波路 １５ 励起光出力用光導波路 １６ 発振光出力用光導波路 １７ リング光導波路 Ｉ，II，III ，IV，Ｖ，VI 方向性結合器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小熊 学 東京都千代田区内幸町一丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内
Claims (7)
- 【請求項１】 平面基板上に形成されたコア及び該コア
を囲み該コアより屈折率の低いクラッドよりなる光導波
路の製造方法において、 平面基板上に下部クラッド層を形成する下部クラッド層
形成工程と、 前記下部クラッド層に第１の溝を形成する第１溝形成工
程と、 前記下部クラッド層上に前記下部クラッド層より屈折率
が高い第１のコア層を積層する第１コア層積層工程と、 前記第１のコア層の前記第１の溝部分以外を除去する第
１コア部成形工程と、 前記第１のコア層に下面及び側面を残して第２の溝を形
成する第２溝形成工程と、 前記第１のコア層と屈折率が等しく、光学活性物質が添
加された第２のコア層を前記下部クラッド層及び前記第
１のコア層の上に積層する第２コア積層工程と、 前記第２のコア層を前記第２の溝の上部に空間ができる
ように除去する第２コア部成形工程と、 前記第１のコア層及び前記第２のコア層の上に前記第１
のコア層を再度積層する第３コア層積層工程と、 前記第１のコア層の前記第１の溝部分以外を除去する第
３コア部成形工程と、 前記下部クラッド層及び前記第１のコア部の上に前記第
１のコア部より屈折率の低い上部クラッド層を形成する
上部クラッド層形成工程と、よりなることを特徴とする
光導波路の製造方法。 - 【請求項２】 請求項１に記載の光導波路の製造方法に
おいて、 前記第１溝形成工程及び前記第２溝形成工程が、フォト
工程とエッチング工程とよりなることを特徴とする光導
波路の製造方法。 - 【請求項３】 請求項１乃至２に記載の光導波路の製造
方法において、 前記第１コア部成形工程，前記第２コア部成形工程及び
第３コア部成形工程が、エッチング工程よりなることを
特徴とする光導波路の製造方法。 - 【請求項４】 平面基板上に形成されたコア及び該コア
を囲み該コアより屈折率の低いクラッドよりなる光導波
路の製造方法において、 平面基板上に下部クラッド層を形成する下部クラッド層
形成工程と、 前記下部クラッド層に第１の溝を形成する第１溝形成工
程と、 前記下部クラッド層より屈折率が高い第１のコア層原
料、前記第１のコア層と屈折率が等しく、光学活性物質
が添加された第２のコア層原料、前記第１のコア層原料
をこの順に前記下部クラッド層上に積層させるコア層原
料積層工程と、 焼結により前記第１のコア層原料及び前記第２のコア層
原料を焼結により第１のコア層及び第２のコア層とする
コア層焼結工程と、 前記第１のコア層及び第２のコア層の前記第１の溝部分
以外を除去するコア部成形工程と、 前記下部クラッド層及び前記第１のコア部及び前記第２
のコア部上に前記第１のコア部よりも屈折率の低い上部
クラッド層を形成する上部クラッド層形成工程とよりな
ることを特徴とする光導波路の製造方法。 - 【請求項５】 請求項４に記載の光導波路の製造方法に
おいて、 コア層原料積層工程が、火炎堆積法であることを特徴と
する光導波路の製造方法。 - 【請求項６】 請求項４又は５に記載の光導波路の製造
方法において、前記第１溝形成工程が、フォト工程とエ
ッチング工程とよりなことを特徴とする光導波路の製造
方法。 - 【請求項７】 請求項１乃至請求項６に記載の光導波路
の製造方法において、 前記光学活性物質が希土類元素であることを特徴とする
光導波路の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17317095A JP3425734B2 (ja) | 1995-07-10 | 1995-07-10 | 光導波路の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17317095A JP3425734B2 (ja) | 1995-07-10 | 1995-07-10 | 光導波路の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0921922A true JPH0921922A (ja) | 1997-01-21 |
| JP3425734B2 JP3425734B2 (ja) | 2003-07-14 |
Family
ID=15955398
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17317095A Expired - Fee Related JP3425734B2 (ja) | 1995-07-10 | 1995-07-10 | 光導波路の製造方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3425734B2 (ja) |
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-
1995
- 1995-07-10 JP JP17317095A patent/JP3425734B2/ja not_active Expired - Fee Related
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