(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英ガラス基板上に形成した複数のコア導波路を該コア導波路よりも低屈折率のクラッド層で埋め込む石英ガラス系光導波路の製造方法において、屈折率を高くする金属元素を添加したＳｉＯ2 を成膜した後、１０００℃から１２００℃の範囲内の温度で熱処理してコアガラス膜を形成し、該コアガラス膜から、ホトリソグラフィー及び反応性イオンエッチングを用いて複数のコア導波路を形成し、該コア導波路の周りに、ドーパントを含まないＳｉＯ2ガラスを成膜した後に１０００℃から１２００℃の範囲内の温度で熱処理してクラッド層を形成することを特徴とする石英ガラス系光導波路の製造方法。
【請求項２】
上記コアガラス膜を形成するＳｉＯ２  に添加される金属元素は、ＴｉあるいはＧｅである請求項１記載の石英ガラス系光導波路の製造方法。
【請求項３】
上記コアガラス膜とクラッド層との成膜温度差の絶対値を５０℃以下とする請求項１記載の石英ガラス系光導波路の製造方法。
【請求項４】
上記コアガラス膜を、５００℃以下の温度で電子ビーム蒸着法、スパッタリング法あるいはプラズマＣＶＤ法を用いて成膜した後、屈折率が所望の値になるように１０００℃から１２００℃の範囲内で熱処理して形成する請求項１記載の石英ガラス系光導波路の製造方法。
【請求項５】
上記クラッド層を、５００℃以下の温度でスパッタリング法あるいはプラズマＣＶＤ法を用いて成膜した後、屈折率が所望の値になるように１０００℃から１２００℃の範囲内で熱処理して形成する請求項１記載の石英ガラス系光導波路の製造方法。
【請求項６】
上記石英ガラス基板は、純粋ＳｉＯ２  ガラスからなる合成石英基板である請求項１記載の石英ガラス系光導波路の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信部品分野に広範囲な応用をもつ石英ガラス系光導波路の製造方法に係り、特に偏波依存性を低減できる石英ガラス系光導波路の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図３に従来の石英ガラス系光導波路の構造を示す。
【０００３】
図３に示すように、従来の石英ガラス系光導波路は、石英ガラス基板１０上に形成された複数のコア導波路１１が、Ｂ及びＰの添加されたＳｉＯ２  ガラスよりなるクラッド層１２で覆い埋め込まれた構造が一般的である。
【０００４】
図４（ａ）から図４（ｅ）を用いてその製造方法について述べる。
【０００５】
まず、図４（ａ）に示すように、石英ガラス基板２０を用意し、図４（ｂ）に示すように、その石英ガラス基板上に、電子ビーム蒸着法により組成ＳｉＯ２  −ＴｉＯ２  のコア膜２１を形成する。次に、図４（ｃ）に示すように、コア膜をフォトリソグラフィー及び反応性イオンエッチングを用いて複数のコア導波路２２を形成させ、さらに図４（ｄ）に示すように、コア導波路の周りに、火炎堆積法によりＳｉＯ２  −Ｂ２  Ｏ３  −Ｐ２  Ｏ５  系多孔質ガラス層を堆積させる。次に、電気炉内に移してＨｅガス雰囲気中で熱処理を施し、図４（ｅ）に示すように、透明ガラス化してＳｉＯ２  −Ｂ２  Ｏ３  −Ｐ２  Ｏ５  系ガラスで構成されたクラッド層２４を形成する。この時の熱処理の温度は１３４０℃である。ここで、Ｂ２  Ｏ３  及びＰ２  Ｏ５  のドーパント剤は透明ガラス温度を下げる目的で添加するものであり、また、クラッド層２４の屈折率は、光学特性上、石英ガラス基板２０すなわちシリカと同等になるように、Ｂ及びＰの添加量を調整する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように、石英ガラス基板２０上に形成した複数のコア導波路２２をクラッド層２４で埋め込む場合、コア導波路２２上に火炎堆積法によりＢ、Ｐを添加した多孔質ガラス層２３を形成し、これに熱処理を施し、透明ガラス化する方法が一般的である。
【０００７】
この場合、石英ガラス系光導波路の重要な特性である偏波依存性を小さくするために、クラッド層２４に含まれるＢ、Ｐの添加量を極力小さくすることが望ましい。
【０００８】
しかしながら、火炎堆積法により複数のコア導波路２２間を隙間なくクラッド層２４で覆い埋め込むためには、ある一定以上のＢ、Ｐの添加量とある一定以上の多孔質ガラス層の熱処理温度が必要であり、具体的には１３００℃以上の温度がどうしても必要であり、この温度は基板である石英ガラス基板２０の熱変形が生じる温度を越えるものである。
【０００９】
これらを鑑みて、波長多重用の光合分波用ガラス導波路を作製した場合、偏光による中心波長のずれ量（以下、「偏波依存性」と定義する。）を０．０５ｎｍ以下とすることは不可能であった。
【００１０】
また、図４に示した製造方法により、２入力×１６出力の導波路型光スプリッタを試作し、この導波路型光スプリッタの１６個の出力ポートに、所定ピッチで形成されたＶ溝に光ファイバの端部を固定した光ファイバアレイを接続したところ、その接続損失が極めて大きなものが数多く存在し、歩留りが極めて悪いものであった。
【００１１】
その原因について検討した結果、製造工程中の高温処理によってコア導波路間ピッチが設計値に対して大幅に収縮していたことが、コア導波路と光ファイバアレイの光ファイバとの軸ずれを起こす要因であることが判明した。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、上記従来技術の欠点を解消し、偏波依存性あるいは、偏光依存性損失を大幅に減少させると共に光導波路と光ファイバの高精度な接続を可能とすることにより製造歩留りの向上及び低価格下を達成できる石英ガラス系光導波路の製造方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために請求項１の発明は、石英ガラス基板上に形成した複数のコア導波路をそのコア導波路よりも低屈折率のクラッド層で埋め込む石英ガラス系光導波路の製造方法において、屈折率を高くする金属元素を添加したＳｉＯ2 を成膜した後、１０００℃から１２００℃の範囲内の温度で熱処理してコアガラス膜を形成し、そのコアガラス膜から、ホトリソグラフィー及び反応性イオンエッチングを用いて複数のコア導波路を形成し、そのコア導波路の周りに、ドーパントを含まないＳｉＯ2ガラスを成膜した後に１０００℃から１２００℃の範囲内の温度で熱処理してクラッド層を形成する石英ガラス系光導波路のである。
【００１４】
請求項２の発明は、上記コアガラス膜を形成するＳｉＯ２  に添加される金属元素は、ＴｉあるいはＧｅである石英ガラス系光導波路の製造方法である。
【００１５】
請求項３の発明は、上記コアガラス膜とクラッド層との成膜温度差の絶対値を５０℃以下とする石英ガラス系光導波路の製造方法である。
【００１６】
請求項４の発明は、上記コアガラス膜を、５００℃以下の温度で電子ビーム蒸着法、スパッタリング法あるいはプラズマＣＶＤ法を用いて成膜した後、屈折率が所望の値になるように１０００℃から１２００℃の範囲内で熱処理して形成する石英ガラス系光導波路の製造方法である。
【００１７】
請求項５の発明は、上記クラッド層を、５００℃以下の温度でスパッタリング法あるいはプラズマＣＶＤ法を用いて成膜した後、屈折率が所望の値になるように１０００℃から１２００℃の範囲内で熱処理して形成する石英ガラス系光導波路の製造方法である。
【００１８】
請求項６の発明は、上記石英ガラス基板は、純粋ＳｉＯ２  ガラスからなる合成石英基板である石英ガラス系光導波路の製造方法である。
【００１９】
上記構成によれば、クラッド層が純粋ＳｉＯ２  であるために、石英ガラス基板との線膨張差が等しく、コア導波路に対する内部応力の発生が実質的に無くなるために、偏光による偏波依存性あるいは、偏光依存性損失が極めて小さい石英ガラス系光導波路を製造できる。また、コアガラス膜及びクラッド層の熱処理温度を最大１２００℃以下としたために、石英ガラス基板の収縮によるコア導波路のピッチ収縮も解消され、導波路と光ファイバの高精度な接続を可能とすることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の好適一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２１】
図２に本発明により製造された石英ガラス系光導波路の横断面図を示す。
【００２２】
図２に示すように、この石英ガラス系光導波路は、外径４インチ、厚さ１ｍｍの石英ガラス基板１上に、高さｈ1 と幅ｗ1 が６×６μｍの断面正方形状のコア導波路２，２が、２本並列して形成されていると共にこれら２本のコア導波路２，２の側面間距離ｄが９μｍに形成されている。すなわち、アスペクト比（ｄ／ｈ1）が１．５とされている。
【００２３】
さらに、それらコア導波路２，２の周りにクラッド層３が石英ガラス基板１上から３０μｍの厚さで形成されている。
【００２４】
石英ガラス基板１は、純粋ＳｉＯ２  からなる合成石英基板からなり、またコア導波路２は、その石英ガラス基板１よりも屈折率の高い金属元素を１種類添加したＳｉＯ２  からなる。この金属元素は、例えばＴｉやＧｅが用いられる。また、クラッド層３はドーパントを含まないＳｉＯ２  ガラスすなわち上述した石英ガラス基板と同様に純粋ＳｉＯ２  からなる。
【００２５】
次に、本発明にかかる石英ガラス系光導波路の製造方法を作用と共に図１を用いて説明する。
【００２６】
石英ガラス系光導波路を製造するに際しては、図１（ａ）に示すように、例えば外径４インチ、厚さ１ｍｍの石英ガラス基板３０を用意し、図１（ｂ）に示すように、その石英ガラス基板３０の上に、ＴｉＯ２  −ＳｉＯ２  のコアガラス膜３１を電子ビーム蒸着法で形成する。この時、成膜温度は３５０℃である。その後、コアガラス膜３１の屈折率を所望の値にするために、１１００℃酸素雰囲気中で熱処理を施す。これにより熱イオン交換が行われ、屈折率が調整されたコアガラス膜３１が形成される。
【００２７】
さらに、図１（ｃ）に示すように、このコアガラス膜をホトリソグラフィー及び反応性イオンエッチングを用いて加工し、複数のコア導波路３２，３２が形成される。
【００２８】
そして、図１（ｄ）に示すように、コア導波路３２，３２が形成された石英ガラス基板上に、プラズマＣＶＤ法により、純粋ＳｉＯ２  を成膜する。この時、成膜温度は約４００℃である。その後、純粋ＳｉＯ２  ガラスを所望の屈折率とするために、１１００℃酸素雰囲気中で熱処理を施す。これにより熱イオン交換が行われて屈折率が調整されたクラッド層が形成され、石英ガラス系光導波路が製造される。
【００２９】
以上説明したように、コアガラス膜３１とクラッド層３３の熱処理温度を１０００℃から１２００℃の範囲内とし、さらにこれらコアガラス膜３１とクラッド層３３との熱処理温度差の絶対値を５０℃以下とすることにより、熱処理の際に石英ガラス基板３０も加熱されるが、石英ガラス基板３０の融点がおよそ１３００℃なので溶解することはなく、石英ガラス基板３０の収縮によるコア導波路３２のピッチ収縮も解消される。これにより、導波路と光ファイバの高精度な接続を可能とすることができ、製造歩留りの向上及び低価格下を達成できる。
【００３０】
さらに、この石英ガラス系光導波路は、クラッド層３３が純粋ＳｉＯ２  であるために、石英ガラス基板３０との線膨張差が等しく、コア導波路３２に対する内部応力の発生が実質的に無くなり、本発明により、偏光による偏波依存性あるいは、偏光依存性損失が極めて小さい石英ガラス系光導波路を製造できる。
【００３１】
次に、本実施の形態で説明した石英ガラス系光導波路から、波長多重用の光合分波用ガラス導波路を製造し、その光学的特性を調べた。
【００３２】
その結果、偏光による偏波依存性は０．００１ｎｍ以下となり、従来の製造方法で作製したものと比べ約１／５０となり、偏光による偏波依存性完全に解消できたことを確認した。
【００３３】
次に、２入力×１６出力の導波路型光スプリッタを試作し、この導波路型光スプリッタの１６個の出力側ポートに、所定ピッチで形成されたＶ溝に光ファイバの端部を固定した光ファイバアレイを接続した。
【００３４】
その結果、接続損失は全てのポートに対し０．２ｄＢ以下であり、極めて良好な結果を得た。
【００３５】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、以下に示すような優れた効果を発揮する。
【００３６】
（１）偏光による偏波依存性あるいは、偏光依存性損失が極めて小さい石英ガラス系光導波路を製造できる。
【００３７】
（２）石英ガラス基板の収縮によるコア導波路のピッチ収縮が解消され、導波路と光ファイバの高精度な接続を可能とすることができる。
【００３８】
（３）製造歩留りの向上及び低価格下を達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を説明するための製造工程図である。
【図２】本発明により製造された石英ガラス系光導波路の横断面図である。
【図３】従来技術により製造された石英ガラス系光導波路の横断面図である。
【図４】従来技術を説明するための製造工程図である。
【符号の説明】
３０  石英ガラス基板
３１  コアガラス膜
３２  コア導波路
３３  クラッド層
【図１】
0003575342.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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