(57)【要約】【課題】  可視光付近のＳＣ光を発生することのできる光導波路を実現する。【解決手段】  シリコン基板１１上に設けた石英系ガラス膜１２のうち光ガイド部分１２ａが、光をガイドする機能を果たす。光ガイド部分１２ａの両側に沿う位置には、孔１３が形成されている。また、シリコン基板１１のうち、光ガイド部分１２ａの底面に臨む部分には、空隙１４が形成されており、この空隙１４は孔１３に繋がっている。この結果、光ガイド部分１２ａの上面全面は空気に、下面全面は空隙１４中の空気に、左右側面の殆どは光１３中の空気に囲まれる。よって、光ガイド部分１２ａがコアとなり空気がクラッドとなり、比屈折率差が極めて大きい光導波路となり、可視光付近のＳＣ光を発生することができる。【選択図】        図２
2006030733.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、該基板上に形成されたガラス膜とを備えた光導波路であり、
前記ガラス膜には、光をガイドする光ガイド部分の両側に沿う位置に、基板垂直方向に貫通した複数の孔が列をなして設けられており、
前記基板には、前記光ガイド部分の下面に臨む部分に、前記複数の孔と繋がる空隙が設けられていることを特徴とする光導波路。
【請求項２】
請求項１に記載の光導波路において、
前記ガラス膜の光ガイド部分の断面形状が、凸型になったリブ型構造となっていることを特徴とする光導波路。
【請求項３】
請求項２に記載の光導波路において、
リブ型構造となっている前記光ガイド部分の幅が、長手方向に沿ってなめらかに減少あるいは増加していることを特徴とする光導波路。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の光導波路において、
前記光導波路の入出力端で、前記ガラス膜の膜厚が端部に向かってなだらかに厚くなっていることを特徴とする光導波路。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の光導波路において、
前記基板がシリコン基板であり、前記ガラス膜が石英系ガラス膜であることを特徴とする光導波路。
【請求項６】
基板と、該基板上に形成されたガラス膜とを備えた光導波路を製造する光導波路の製造方法であり、
前記基板上にガラス膜を形成するガラス膜形成工程と、
前記ガラス膜のうち、光をガイドする光ガイド部分の両側に沿う位置に、基板垂直方向に貫通する複数の孔を列をなして形成する孔形成工程と、
前記複数の孔を通して、前記基板のうち前記光ガイド部分の下面に臨む部分に空隙を設ける空隙形成工程とを含むことを特徴とする光導波路の製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の光導波路の製造方法において、
前記ガラス膜形成工程と、前記孔形成工程との間に、前記ガラス膜をリブ型構造に加工する工程を含むことを特徴とする光導波路の製造方法。
【請求項８】
請求項６乃至請求項７の何れか一項に記載の光導波路の製造方法において、
前記ガラス膜形成工程と、前記孔形成工程との間に、ガラス膜の膜圧を端部に向かってなだらかに厚くあるいは薄くさせる工程を含むことを特徴とする光導波路の製造方法。
【請求項９】
請求項６乃至請求項８の何れか一項に記載の光導波路の製造方法において、
前記基板がシリコン基板であり、前記ガラス膜が石英系ガラス膜であることを特徴とする光導波路の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光導波路および光導波路の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光センシング技術の進展に伴い、可視光付近で広い波長範囲を出力可能な光源への要求が高まっている。
【０００３】
従来、このような広い波長範囲を出力可能な光源としては、光ファイバ中の光非線形を利用したスーパーコンティニウム光（以下ＳＣ光と略す）を利用するものが知られている。可視領域でのＳＣ光は、細径に加工した光ファイバや断面に空隙を有する光ファイバなどにより発生することができる。
【０００４】
図１はＳＣ光源として用いるための、従来の細径加工した光ファイバの構造を示している。通常の光ファイバを部分的に延伸して、光がコアに閉じ込められない程度にすると、コアガラス１０１およびクラッドガラス１０２がともにコアとして、空気１０３がクラッドとして作用することになり、結果的に比屈折率差が極めて高い導波路となる。このようにすると、波長分散が零による領域も可視光付近へとシフトし、同時に光閉じ込めが極めて強くなるので、可視光付近のＳＣ光を短い光ファイバ長で実現することができる。かかる技術は、非特許文献１にも記載されている。
【０００５】
【非特許文献１】「Supercontinuum generation in tapered fibers」T.A.Birks,W.J.Wadsworth,and P.St.J.Russell,OPTICS LETTERS Vol. 25, No 19, p.1415〜1417, 2000
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の細径加工した光ファイバでは以下に述べる問題があった。第一に、従来の細径加工した光ファイバでは、細く加工した部分の径を再現性良く調整することが難しい問題があった。第二に、従来の細径加工した光ファイバでは、細径加工した部分が脆く、取り扱いが難しい問題があった。
【０００７】
また、従来の空隙を有する光ファイバでは、作製工程が複雑で価格が高価である問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するための本発明の光導波路は、基板と、該基板上に形成されたガラス膜とを備えた光導波路であり、前記ガラス膜には、光をガイドする光ガイド部分の両側に沿う位置に、基板垂直方向に貫通した複数の孔が列をなして設けられており、前記基板には、前記光ガイド部分の下面に臨む部分に、前記複数の孔と繋がる空隙が設けられていることを特徴としている。
【０００９】
このような構造にすることで、安価で制御性及び取り扱い性に優れた、可視領域でのＳＣ光を発生しうる光導波路を提供することが可能となる。
【００１０】
また、前記孔の上部の前記ガラス膜が凸型に厚くなったリブ型構造とすれば、光閉じ込め性に優れた損失の少ない光導波路を提供することができる。
【００１１】
また、前記リブ型構造の幅が長手方向になめらかに減少あるいは増加させれば、波長分散を長手方向で制御し、フラットなＳＣ光を発生することが可能となる。
【００１２】
また、前記光導波路の入出力端で、前記ガラス膜の膜厚が端部に向かってなだらかに厚くなるようにすれば、通常の光ファイバとの接続性に優れた光導波路を提供できる。
【００１３】
また、前記基板をシリコン基板とし、前記ガラス膜を石英系ガラス膜とすれば、安定で加工性に優れた光導波路を提供できる。
【００１４】
上記のような光導波路は、基板上にガラス膜を形成するガラス膜形成工程と、前記ガラス膜のうち、光をガイドする光ガイド部分の両側に沿う位置に、基板垂直方向に貫通する複数の孔を列をなして形成する孔形成工程と、前記複数の孔を通して、前記基板のうち前記光ガイド部分の下面に臨む部分に空隙を設ける空隙形成工程とを含む光導波路の製造方法により製造することができる。
【００１５】
また、前記ガラス膜形成工程と、前記孔形成工程との間に、前記ガラス膜をリブ型構造に加工する工程を含むことで、前記リブ型構造を形成できる。
【００１６】
また、前記ガラス膜形成工程と、前記孔形成工程との間に、ガラス膜の膜圧を端部に向かってなだらかに厚くあるいは薄くさせる工程を含むことにより、前記ガラス膜の膜厚が端部に向かってなだらかに厚くなるような構造を実現できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の光導波路および光導波路の作製方法を用いれば、安価で制御性及び取り扱い性に優れた、可視領域でのＳＣ光を発生しうる光導波路を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本実施形態例において、同一機能を有する部分には同一符号を付し、その重複説明は省略する。
【００１９】
さらに、以下の実施形態では基板はシリコン基板であり、ガラス膜は石英系ガラス膜であるとした。これは、このような組合せにすると、安定で加工性に優れた光導波路を提供できるからである。しかしながら、本発明はこの組合せに限定されるものではなく、これ以外の基板およびガラス膜を用いても勿論構わない。
【００２０】
［第１実施形態］
図２は、本発明の第１実施形態にかかる光導波路の構造を示す図である。シリコン基板１１上には石英系ガラス膜１２が設けられており、石英系ガラス膜１２の光がガイドされる領域（光ガイド部分１２ａ）の左右には孔１３が設けられている。さらに、光がガイドされる領域（光ガイド部分１２ａ）の下部のシリコン基板１１には空隙１４が設けられており、この空隙１４は前述の孔１３と繋がっている。なお、図２では孔１３の形状として長方形であるとしたが、孔の形は楕円形でも円形でも構わない。
【００２１】
更に詳述すると、石英系ガラス膜１２は、光ガイド部分１２ａが光をガイドする部分として機能する。この石英系ガラス膜１２には、光ガイド部分１２ａを間に挟んで、この光ガイド部分１２ａに沿う位置に、孔１３が列をなして設けられている。つまり、一定間隔で設けられた右側の孔１３の列と、一定間隔で設けられた左側の孔１３の列とで、光ガイド部分１３ａを挟んでいる。各孔１３は、シリコン基板１１の垂直方向（石英系ガラス膜１２の厚さ方向）に沿い、石英系ガラス膜１２を貫通している。この結果、光ガイド部分１２ａの右側面及び左側面の大部分は、孔１３、即ち孔１３内の空気に接することとなる。また光ガイド部分１２ａの上面（シリコン基板１１とは反対側の面）は、全面が空気に接することになる。
【００２２】
シリコン基板１１には、光ガイド部分１２ａに沿う方向に伸びた、空隙１４が設けられている。即ち、シリコン基板１１のうち、光ガイド部分１２ａの下面に臨む部分には、空隙１４が形成されており、この空隙１４は、各孔１３に繋がっている。この結果、光ガイド部分１２ａの下面は、空隙１４、即ち空隙１４内の空気に接することとなる。
【００２３】
このような構造となっているため、光ガイド部分１２ａの上面及び下面は、全面が空気に接し、光ガイド部分１２ａの右側面及び左側面の大部分は、空気に接することになる。
このように、極細の光ガイド部分１２ａの周囲が、殆ど空気で囲まれることになるため、光ガイド部分１２ａがコアとして作用し、その周囲の空気がクラッドとして作用し、結果的に比屈折率差が極めて大きな光導波路となる。このように比屈折率差が大きく、且つ断面の小さな導波路を作ると、波長分散（光の波長による速度差）がゼロとなる波長が可視光域にシフトし、光の閉じ込めも非常に強くなるので（光の通る領域の断面積が小さいため）、可視光域で光非線形現象が強く生じて、スーパーコンティニューム光を発生することができる。
【００２４】
図３は、本発明の実施形態にかかる光導波路の作製方法を示す図である。シリコン基板１１上に石英系ガラス膜１２を堆積するガラス膜形成工程２１と、石英系ガラス膜１２を貫通する孔１３を作製する孔形成工程２２（工程２２ａと工程２２ｂを含む）と、石英系ガラス１２を貫通する孔１３を通してシリコン基板１１に空隙１４を設ける空隙形成工程２３（工程２３ａと工程２３ｂを含む）からなっている。
【００２５】
ここで、工程２１としては、火炎堆積法や物理蒸着法、化学蒸着法などを用いることができる。
【００２６】
また、工程２２としては、例えば、石英系ガラス膜１２にレジスト１５を塗布した後にフォトマスクなどを用いて部分的に除去する工程２２ａと、レジスト１５が除去された部分をプラズマエッチングなどにより加工する工程２２ｂとから実現することができる。しかしながら、本発明はこの例に限定されるものではなく、別の手段をもって石英系ガラス膜１２を貫通する孔１４を加工しても勿論構わない。
【００２７】
また、工程２３としては、例えば、前記の工程２２ｂに引き続いてガス種を変えたプラズマエッチングを行ってシリコン基板をエッチングする工程２３ａと、レジストを除去する工程２３ｂから実現することができる。しかしながら、本発明はこの例に限定されるものではなく、別の手段をもって石英系ガラス膜１２を貫通する孔１３を通してシリコン基板１１に空隙１４を設けても勿論構わない。
【００２８】
上述した工程を経ることにより、非常に薄い石英系ガラス膜１２に孔１３を明けて、この孔１３を通じてガラス膜１２の下側（シリコン基板１１のうち光ガイド部分１２ａに臨む部分）を削り取ることで、光ガイド部分１２ａの周囲が「ほぼ」空気に囲まれた構造を実現することができる。
この意味で、孔１３はガラス膜１２の下側をエッチングするための窓（エッチャントの通り道）であり、また隣接する孔１３の間に残ったガラス膜１２の部分は、光ガイド部分１２ａを支持する柱になっている。
【００２９】
図４には、図３の工程により作製される本発明の第１実施形態にかかる光導波路の、光フィールド分布を示している。ここで、石英系ガラス膜１２の高さは１ミクロンとし、孔１４により挟まれたガラス膜１２の幅は１ミクロンとした。しかしながら、本発明はこの数値に限定されるものではなく、別の値でも勿論構わない。図４より、光はほとんど、１ミクロン角の領域に閉じ込められていることが分かる。
【００３０】
図５は、図３の工程により作製される本発明の第１実施形態にかかる光導波路の、波長分散特性を示している。図に示すように、波長分散が０となる波長が０．７ミクロンとなっている。したがって、強く閉じ込められた光は可視光付近で位相整合条件を満たし、可視光領域でＳＣ光を発生することが可能となる。
【００３１】
［第２実施形態］
図６は、本発明の第２実施形態にかかる光導波路の構造を示す図である。シリコン基板１１上に石英系ガラス膜１２が設けられており、石英系ガラス膜１２は光を導波するためのリブ型構造１６が設けられている。石英系ガラス膜１２に設けられたリブ型構造１６の下部には、空隙１４が設けられており、またリブ型構造１６の近傍には石英系ガラス膜１２を貫いて空隙１４に至る孔１３が設けられている。なお、図６では孔１３は長方形としているが、本発明はこの例に限定されるものではなく、形は楕円形でも円形でも勿論構わない。第２実施形態では、石英系ガラス膜１２のうちリブ型構造１６の箇所が、光ガイド部分になっている。
【００３２】
図７は、本発明の実施形態にかかる光導波路の作製方法を示す図である。シリコン基板１１上に石英系ガラス膜１２を堆積する工程２１と、石英系ガラス膜１２をリブ型構造に加工する工程２４（工程２４ａと工程２４ｂを含む）と、リブ型構造に加工した箇所１６の近傍の石英系ガラス膜１２を貫通する孔１３を作製する工程２２（工程２２ａと工程２２ｂを含む）と、石英系ガラス膜１２を貫通する孔１３を通してシリコン基板１１に空隙１４を設ける工程２３（工程２３ａと工程２３ｂを含む）からなっている。
【００３３】
ここで、工程２１としては、火炎堆積法や物理蒸着法、化学蒸着法などを用いることができる。
【００３４】
また、工程２２としては、例えば、石英系ガラス膜１２にレジスト１５を塗布した後にフォトマスクなどを用いて部分的に除去する工程２２ａと、レジスト１５が除去された部分をプラズマエッチングなどにより加工する工程２２ｂとから実現することができる。しかしながら、本発明はこの例に限定されるものではなく、別の手段をもって石英系ガラス膜１２を貫通する孔１３を加工しても勿論構わない。
【００３５】
また、工程２３としては、例えば、前記の工程２２ｂに引き続いてガス種を変えたプラズマエッチングを行ってシリコン基板をエッチングする工程２３ａと、レジストを除去する工程２３ｂから実現することができる。しかしながら、本発明はこの例に限定されるものではなく、別の手段をもって石英系ガラス膜１２を貫通する孔１３を通してシリコン基板１１に空隙１４を設けても勿論構わない。
【００３６】
さらに、工程２４としては、例えば、石英系ガラス膜１２にレジスト１７を塗布した後にフォトマスクなどを用いてレジスト１７を部分的に除去する工程２４ａと、レジスト１７が除去された部分の石英系ガラス膜１２をエッチングなどにより除去する工程２４ｂとにより実現できる。しかしながら、本発明はこの例に限定されるものではなく、例えばレーザを用いた直接加工など、別の手段をもって石英系ガラス膜１２をリブ型構造に加工しても勿論構わない。
【００３７】
図８は、図７の工程により作製される本発明の第２実施形態の光導波路の、光フィールド分布を示している。ここで、リブ型構造１６の高さ及び幅は、それぞれ０．７ミクロン及び１ミクロンとし、リブ型構造１６以外の場所での石英系ガラス膜１２の厚さは０．３ミクロンとした。しかしながら、本発明はこの例に限定されるものではなく、リブ型構造１６の高さ及び幅、及びリブ型構造１６以外の場所での石英系ガラス膜１２の厚さは、別の値でも勿論構わない。図８より、光はほとんど、１ミクロン角の領域に閉じ込められていることが分かる。
【００３８】
本発明の第１実施形態にかかる光導波路は、孔１３によって光がガイドされるために、孔１３が存在しない部分や、作製過程で生じる孔１３の壁面揺らぎにより、光が散乱されやすいという課題があるが、本発明の第２実施形態にかかる光導波路では、光は横方向にはリブ型構造１６によりガイドされるので、散乱の少ない光導波路を提供できるという利点がある。
【００３９】
図９は、本発明の第２実施形態の変形にかかる光導波路の構造を示す図である。図６に示した光導波路の構造に加えて、リブ型構造１６の一部に、リブ型構造１６の幅を滑らかに変化させる横テーパ部１８を備えている。つまりリブ型構造１６の幅は、長手方向（光伝搬方向）に沿って滑らかに減少または増加している。このようにすると、長手方向で波長分散が０となる波長を滑らかに変化できるので、広い範囲でＳＣ光を発生することが可能となる。
【００４０】
図１０には、本発明の第２実施形態の第２の変形にかかる光導波路を示している。図６に示した光導波路の構造に加えて、光導波路の端部で、石英系ガラス膜１２の厚さが厚くなっている厚膜部１９を備えている。このようにすると、光ファイバなど通常の光部品との接続性に優れた光導波路を提供できる。
【００４１】
図１１は、本発明の第２実施形態の第２の変形にかかる光導波路の、作製工程を示している。シリコン基板上１１に堆積された石英系ガラス膜１２に対して、引き続きシャドウ堆積用冶具２０を用いて石英系ガラス膜を追加堆積することで、光導波路の左右の端部のみが厚くなった石英系ガラス膜を得ることができる。図７に示した光導波路の作製工程の工程２１と工程２４の間に、図１１に示した工程２５を挿入することで、図７に示す光導波路構造を得ることができる。
【００４２】
図１２は、本発明の第２実施形態の第２の変形にかかる光導波路の、端部における出力光フィールドを示している。図８との比較でも明らかなように、端部で石英系ガラス膜が厚くなった構造１９を用いることで、大きなスポットサイズを有する光フィールドを得ることができ、例えば光ファイバとの接続性を大きく改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】従来の可視領域ＳＣ光発生のための細径光ファイバの構造を表す斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態の光導波路の構造を表す斜視図である。
【図３】本発明の第１実施形態の光導波路の作製方法を表す説明図である。
【図４】本発明の第１実施形態の光導波路での光フィールド分布を表す特性図である。
【図５】本発明の第１実施形態の光導波路の波長分散特性を表す特性図である。
【図６】本発明の第２実施形態の光導波路の構造を表す斜視図である。
【図７】本発明の第２実施形態の光導波路の作製方法を表す説明図である。
【図８】本発明の第２実施形態の光導波路での光フィールド分布を表す特性図である。
【図９】本発明の第２実施形態の変形の光導波路の構造を表す斜視図である。
【図１０】本発明の第２実施形態の第２の変形の光導波路の構造を表す斜視図である。
【図１１】本発明の第２実施形態の第２の変形の光導波路の作製方法を表す説明図である。
【図１２】本発明の第２実施形態の第２の変形の光導波路での光フィールド分布を表す特性図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０１  コアガラス
１０２  クラッドガラス
１０３  空気
１１  シリコン基板
１２  石英系ガラス膜
１２ａ  光ガイド部分
１３  孔
１４  空隙
１５  レジスト
１６  リブ型構造
１７  レジスト
１８  横テーパ部
１９  厚膜部
２０  シャドウ堆積用冶具
【図１】
2006030733.tif 000003
【図２】
2006030733.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2006030733.tif 000009
【図８】
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【図９】
2006030733.tif 000011
【図１０】
2006030733.tif 000012
【図１１】
2006030733.tif 000013
【図１２】
2006030733.tif 000014