(57)【要約】本発明は集積化された光学素子に関する。該光学素子は、基板（７）に少なくとも１つの光ガイド・コア（１１）及び少なくとも１つの光クラッド（９）を含み、前記コアと前記クラッドは前記基板内で互いに独立しており、前記クラッドの少なくとも一部分は、前記コアと前記クラッドとの間に少なくとも１つのいわゆる相互干渉領域を限定するように、少なくとも１つのコアの少なくとも一部分を取り囲み、前記クラッドの屈折率は、前記コアの屈折率とは異なっており、そして少なくとも前記コアに近接する前記クラッドの部分において、及び少なくとも前記相互干渉領域において、前記コアの屈折率よりも小さくなっており、前記コア及び／または前記クラッドを通して前記相互干渉領域に光波が導入される。本発明は、例えばスペクトルまたは空間フィルタ、もしくはマッハ・ツェンダ型の干渉計、あるいは温度センサを生成するために、光学的遠隔通信の分野で特に適用可能である。
2005525594.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集積化された光学素子であって、該光学素子は、基板に少なくとも１つの光ガイド・コア（１１）及び少なくとも１つの光クラッド（９）を含み、前記コアと前記クラッドは前記基板内で互いに独立しており、前記クラッドの少なくとも一部分は、前記コアと前記クラッドとの間に少なくとも１つのいわゆる相互干渉領域を限定するように、少なくとも１つのコアの少なくとも一部分を取り囲み、前記クラッドの屈折率は、前記コアの屈折率とは異なっており、そして少なくとも前記コアに近接する前記クラッドの部分において、及び少なくとも前記相互干渉領域において、前記コアの屈折率よりも小さくなっており、前記コア及び／または前記クラッドを通して前記相互干渉領域に光波が導入される集積化された光学素子。
【請求項２】
前記クラッドの屈折率は、前記基板の屈折率よりも大きい請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記相互干渉領域は、前記コア及び／または前記クラッドに形成されたグレーティングを含む請求項１または２に記載の光学素子。
【請求項４】
前記光学素子は、第１及び第２の端部（１１ａ、１１ｂ）を有するガイド・コア（１１）と、光クラッド（９）と、前記コアの部分を取り囲む前記クラッドの部分によって形成された相互干渉領域（２０）と、を前記基板（７）内に含み、前記相互干渉領域はグレーティング（１３）を備え、光波は、前記端部の一方を通して前記コア内に導入され、かつ他方の端部を通して前記コアから出力に回収される請求項3に記載の光学素子。
【請求項５】
前記コアの前記2つの端部は、前記相互干渉領域の外側にある請求項４に記載の光学素子。
【請求項６】
前記光学素子は、前記基板（７）内に少なくとも２つのガイド・コア（５１、５３）を備え、該ガイド・コアはそれぞれ第１及び第２の端部を有し、該第１の端部の双方は、第１のＹジャンクション（Ｙ１）を通して互いに接続され、前記第２の端部の双方は、第２のＹジャンクション（Ｙ２）を通して互いに接続され、当該光学素子は、また、前記コアの一方（５１）の少なくとも一部分を取り囲む少なくとも１つのクラッド（５２）をも含む請求項１乃至５のいずれかに記載の光学素子。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の集積化された光学素子を製造するための方法であって、前記クラッドの屈折率が前記基板の屈折率から異なるように、そして少なくとも前記コアに近接する前記クラッドの部分において、及び少なくとも前記相互干渉領域において、前記コアの屈折率よりも小さいように、前記基板の屈折率を修正することにより、前記コア（１１）及び前記クラッド（９）がそれぞれ作られるようにしたことを特徴とする製造方法。
【請求項８】
前記基板の屈折率は、放射により及び／またはイオン種の導入により修正される請求項７に記載の製造方法。
【請求項９】
ａ）ステップｃ）の後に前記光クラッドを得るように前記基板に第１のイオン種を導入するステップと、
ｂ）ステップｃ）の後に前記ガイド・コアを得るように前記基板に第２のイオン種を導入するステップと、
ｃ）前記クラッド及び前記ガイド・コアを得るようにステップａ）及びｂ）において導入されるイオンを埋設するステップと、
を含んだ請求項８に記載の製造方法。
【請求項１０】
前記第１及び／または第２のイオン種は、イオン交換により、またはイオン・インプランテーションにより長所的に導入される請求項９に記載の製造方法。
【請求項１１】
前記基板はガラスから作られてＮａ＋イオンを含み、前記第１及び第２のイオン種は、Ａｇ＋及び／またはＫ＋イオンである請求項１０に記載の製造方法。
【請求項１２】
ステップａ）は、前記クラッドを生成するのに適したパターンを含む第１のマスク（６１）を生成するステップを含み、前記第１のイオン種はこの第１のマスクを通して導入され、ステップｂ）は、前記第１のマスクを除去して、前記コアを生成するのに適したパターンを含む第２のマスク（６５）を生成するステップを含み、前記第２のイオン種は、この第２のマスクを介して導入される請求項９に記載の製造方法。
【請求項１３】
ステップａ）は、前記クラッド及び前記コアを得るために用いられ得るパターンを有するマスクを生成するステップを含み、前記第１及び第２のイオン種はこのマスクを介して導入される請求項９に記載の製造方法。
【請求項１４】
前記相互干渉領域（２０）はグレーティング（１３）を含み、このグレーティングは、適切なパターンに従って、前記クラッド及び／または前記コアにおける前記基板の実効屈折率を修正することにより得られる請求項７乃至１３のいずれかに記載の製造方法。
【請求項１５】
前記適切なグレーティングのパターンは、前記コア及び／または前記クラッドを生成するためのマスクを通して、または特定のマスクを通して、イオン種を導入することにより得られる請求項１４に記載の製造方法。
【請求項１６】
前記グレーティングの前記適切なパターンは、局部の温度上昇を創成することにより得られる請求項１４に記載の製造方法。
【請求項１７】
前記グレーティングの前記適切なパターンは、前記相互干渉領域に近接した前記基板をエッチングすることにより得られる請求項１４に記載の製造方法。
【請求項１８】
前記第１のイオン種は、ステップｂ）の前に少なくとも部分的に埋設され、前記第１及び第２のイオン種はステップｂ）の後に埋設される請求項９に記載の製造方法。
【請求項１９】
前記第１のイオン種及び前記第２のイオン種は、ステップｂ）の後に埋設される請求項９に記載の製造方法。
【請求項２０】
前記埋設の少なくとも部分は、電界を印加するステップを含んで行われる請求項９乃至１９のいずれかに記載の製造方法。
【請求項２１】
前記埋設の少なくとも部分は、イオン浴槽において再拡散することにより行われる請求項９乃至２０のいずれかに記載の製造方法。
【請求項２２】
前記埋設のすべてまたは部分は、前記基板の表面上に少なくとも１つの層の物質を沈積することにより行われる請求項９乃至２１のいずれかに記載の製造方法。
【請求項２３】
前記第１のイオン種及び／または前記第２のイオン種は、電界の印加でもって導入される請求項９乃至２２のいずれかに記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光クラッドを含んだ集積化された光学素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
本発明は、光ガイドのコア内を伝播するモードの特性の変更及び／またはクラッド・モードの励起を必要とするすべての分野における応用、特に、例えば集積化された光学素子におけるスペクトル・フィルタまたは温度センサを作るための光学的遠隔通信の分野における応用のために用いられる。
【背景技術】
【０００３】
光クラッドは、特に光ファイバの分野において知られている。光クラッドは通常ファイバ・コアを取り囲んでおり、該コアの屈折率よりも小さい屈折率を有し、それにより、これらのファイバのコア内で光波の伝播を可能とする。
【０００４】
クラッドの屈折率の値を変更することにより、光ファイバのコア内における伝播モードの伝播特性は変更され得、特に、その案内特性が最適化され、明確な色彩分散は減少され得る。
【０００５】
ファイバのコアにおける1つまたはそれ以上の案内モードをファイバのクラッド・モードに結合するために、またはその逆のために、これらの光クラッドを光ファイバグレーティング（optical fibre gratings）で作ることによりクラッド・モードを使用する方法も知られている。これに関するさらなる情報は、例えば、米国特許第５，４３０，８１７号に与えられている。
【０００６】
すべての場合において、ファイバのコアは、光クラッド無しでは光波の正しい伝播を可能としない。クラッド及びコアは従属関係にあり、ファイバを形成する。
【０００７】
図1及び図2は、光ファイバグレーティングを有する、従来技術により用いられる光クラッドの例示的な実施形態を通しての、それぞれ斜視図及び断面図を概略的に示している。
【０００８】
このように、図１には、光波が案内される屈折率ｎｃを有するファイバのコア1が示され、光クラッド２は、屈折率ｎｇを有し、該屈折率をコアの屈折率から異ならせるように（ｎｃ＞ｎｇ）屈折率を変化させることによりこの光波を案内し、機械クラッド３は、アセンブリを保護する。図1においては、機械クラッドは、図を単純化するために、わざと部分的に取り除いてある。
【０００９】
グレーティング（grating）６は、ファイバのコア1内に形成され、図2の断面図において、灰色領域と白領域の交互によって表されている。このグレーティングは、コアの残りの領域（白領域）の屈折率よりも大きい屈折率を有する領域（灰色領域）をコア内に作ることにより形成される。
【００１０】
このグレーティングは、一組の同心の円参照４によって象徴的に表された案内モードを、案内モード4と同じ方向に光クラッド2内を伝播する１つまたは幾つかのクラッド・モード５に結合する手段を提供する。クラッド・モードもまた、一組の同心円参照5によって象徴的に表される。
【００１１】
異なったモード間の結合は、以下の既知の関係によって決定された波長λｊに対して起こる：
λｊ＝Λ ｘ （ｎ０−ｎｊ）        （１）
ここで、
ｎ０は、案内されるモード（４）の実効屈折率であり、
ｎｊは、クラッド・モード数ｊの実効屈折率であり、
λｊは、モードｊに結合するための共振波長であり、
Λは、グレーティング周期である。
【００１２】
一般に、実効屈折率ｎ０とｎｊとの間には小さい差（１０−２の数倍から１０−３の数倍）があり、光案内によって問題とされる波長範囲は、約１．５μｍである。従って、上記関係式（１）は、グレーティング周期がしばしば数十μｍから数千μｍの程度にあることを示す。
【００１３】
例えば、この型の要素はフィルタ素子として用いられる。
【００１４】
カップリングは、波長λｊに対し案内モード４とクラッド・モード5との間にエネルギ伝達を創成する。クラッド・モードにおいて結合されたエネルギは、次に、クラッド内でのモードの伝播に沿ってクラッドの外側で分散され、それにより、ガイド１からの出力において回復された光波は、“フィルタ”スペクトル帯上で波長λｊに対しエネルギ損失を有するパワースペクトルを有する。さらに、クラッド・モードにおける結合されたエネルギは、寄生反射に関してフィルタを孤立させるグレーティングにより影響されない。
【００１５】
集積化された光学素子では、通常、光波は、基板の１つまたはそれ以上の層内にコアを限定することによって、ガイドのコア内を案内され、これらの層は、コアの屈折率よりも小さい屈折率を有する。
【００１６】
さらに、米国特許第５，９４９，９３４号には、集積化された光学素子におけるガイドのコア内に形成されたグレーティングの各側で光クラッドを用いることが記載されており、このアセンブリは基板上に配列される。このクラッドは、層を重ねることにより作られ、該層間にコアが挟まれる。従って、この特許においては、コアが配列されている層無しではコアが存在することができないので、コアはクラッドに依存している。このように、この特許に記載されているクラッドは、クラッド・モードを誘起し、ガイド・コアに対する支持を提供することを可能とする。さらに、クラッドは普通、基板と同じ屈折率を有するので、クラッドは、基板と光学的に異なったものではない。
【００１７】
従って、現在のところ、集積化された光学素子における光ガイド・コアと関連しており、もしくはファイバ・コアとさえ関連しており、そしてこのコアから独立している、及びその逆の任意の光クラッドは存在しない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明の目的は、クラッドが関連されているガイド・コアから独立している少なくとも１つの光クラッドを有した集積化された光学素子を開示することである。コア及びクラッドの独立とは、それらが互いに独立して基板に存在し得るということを意味する。
【００１９】
本発明の他の目的は、特に、コア内を伝播するモードの少なくとも1つの特性を修正することができる、及び／またはこのクラッド内に1つ以上の伝播モードを誘起することができる、少なくとも１つの光ガイド・コアと関連した少なくとも1つの光クラッドを有した集積化された光学素子を製造することである。
【００２０】
特に、コア内を伝播するモードの特性は、実効屈折率、モード・サイズ及び／または位相であり得る。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
詳細には、本発明は、集積化された光学素子であって、該光学素子は、基板に少なくとも１つの光ガイド・コア及び少なくとも１つの光クラッドを含み、前記コアと前記クラッドは前記基板内で互いに独立しており、前記クラッドの少なくとも一部分は、前記コアと前記クラッドとの間に少なくとも１つのいわゆる相互干渉領域を限定するように、少なくとも１つのコアの少なくとも一部分を取り囲み、前記クラッドの屈折率は、前記コアの屈折率とは異なっており、そして少なくとも前記コアに近接する前記クラッドの部分において、及び少なくとも前記相互干渉領域において、前記コアの屈折率よりも小さくなっており、前記コア及び／または前記クラッドを通して前記相互干渉領域に光波が導入される集積化された光学素子に関する。
【００２２】
明らかに、基板は、単一の物質から作られ得るか、もしくは幾つかの層の物質を積み重ねることにより作られ得る。基板が幾つかの層の物質から作られる場合、クラッドの屈折率は、基板の屈折率と、少なくともクラッドに近接した層において異なっている。
【００２３】
好適な一実施形態によれば、クラッド及びコアは、従来技術におけるように層を転移させることによってではなく、基板の屈折率を変更することにより、基板から作られる。
【００２４】
本発明によれば、ガイドは、光が光の伝播方向を含む平面に限定される場合には平面ガイドであって良く、もしくは光が光の伝播方向と交差する２つの方向に限定される場合にはマイクロガイドであって良い。
【００２５】
ガイド・コア及びクラッドは、互いに独立しており、換言すれば、互いに独立して基板内に存在し得る。
【００２６】
また、本発明の１つの長所的な実施形態においては、クラッドはガイド・コアの一部分だけを取り囲む。従って、クラッドは、相互干渉領域においてのみガイド・コア内の光波の伝播に作用し、そしてクラッドは、コアとは独立して光波を案内しもしくは搬送する。
【００２７】
クラッドはコアから独立しているので、クラッド及びコアのパラメータは、必要とされる使用に対して容易に適合され得る。従って、寸法や屈折率の値、並びにガイド・コアの寸法や屈折率の値に対してクラッドの位置を変えることは容易である。このように、ガイド・コア内を伝播するモードの、及び／またはクラッドにおける１つ以上の伝播モードの少なくとも１つの特性が変更され得る。
【００２８】
長所的には、クラッドは、基板の屈折率よりも大きい屈折率を有し、それにより、クラッドの伝播モードが誘起され得る。
【００２９】
さらに、第１の実施形態によれば、光波は、これらのクラッド・モードを誘起するために、クラッド内に導入される。そして第１の実施形態と結合され得る第２の実施形態によれば、相互干渉領域は、ガイド・コア内に及び／またはクラッド内に形成されたグレーティングすなわち格子（grating）を含む。
【００３０】
この第２の実施形態によれば、光波がガイド・コア内に導入された場合、次に、ガイド・コアは、相互干渉領域における１つまたは幾つかのクラッド・モードに結合され、逆に、光波がクラッド内に導入された場合、クラッド・モードは、相互干渉領域におけるコアの案内されたモードに結合される。
【００３１】
グレーティングは、周期的であるかもしくは擬似周期的であり、一連のグレーティングから成っても良い。
【００３２】
幾つかの相互干渉領域を創成するよう、１つまたは幾つかのガイド・コアを１つまたは幾つかの光クラッドに結合することにより、多くの集積化された光学素子が作られ得、各相互干渉領域は、グレーティングを含んでも良くまた含まなくても良い。
【００３３】
従って、第１及び第２の端部を含むガイド・コアと、光クラッドと、コアの部分を取り囲むクラッドの部分によって形成される相互干渉領域と、を基板内に備えた素子を作ることが可能であり、相互干渉領域はグレーティングを備え、光波は、端部の一方を通してコア内に導入され、他方の端部を通してコアからの出力で回収される。
【００３４】
長所的には、コアの２つの端部は、相互干渉領域の外部にあり、このことは、光波の導入及び／または回収に対して良好な柔軟性を可能とし、この素子がフィルタとして用いられる場合には良好なフィルタリングを可能とする。
【００３５】
特に、この素子は、光フィルタを作るために用いられ得る：コア内に導入された光波の案内されたモードは、相互干渉領域において、グレーティングを介して、関係式（１）において定義された波長λｊに対する１つまたは幾つかのクラッド・モードに結合される。クラッド・モードにおける光波の結合された部分は、クラッドからの出力において回収されても良くまたは回収されなくても良く、そして光波の結合されない部分、換言すれば、波長λｊに対するフィルタリングされた光波は、コアからの出力において回収される。
【００３６】
同様に、グレーティングの無い本発明による素子を作ることもできる。
【００３７】
特に、本発明の素子は干渉計であって良く、第１及び第２の端部を有した少なくとも２つのガイド・コアを備える。第１の端部は、第１のＹ接合部（もしくはジャンクション）を介して互いに接続され、第２の端部は、第２のＹジャンクションを介して互いに接続される。この素子は、また、コアの一方の少なくとも一部分を取り囲む少なくとも１つのクラッドを備える。
【００３８】
長所的には、基板はガラスから作られる。
【００３９】
明らかに、基板は、他の材料、例えば、ＫＴＰまたはＬｉＮｂＯ３またはＬｉＴａＯ３型の結晶材料から作られても良い。
【００４０】
さらに、光クラッド及び／またはガイド・コア及び／またはグレーティングは、基板の屈折率を変更するために用いられ得る任意の技術の型を用いて作られて良い。特に、イオン交換があり、イオン・インプランテーションがあり、及び／または放射技術、例えばレーザ絶縁またはレーザ光書込みがある。
【００４１】
より一般的には、グレーティングは、基板の実効屈折率を変更することができる任意の技術によって作られ得る。従って、上述の技術に加えて、相互干渉領域に近接した基板をエッチングすることによりグレーティングを作るための技術を加えることが特に可能である。このエッチングは、相互干渉領域の上に行われ得るか、または、相互干渉領域におけるクラッドの部分において及び／またはおそらくは相互干渉領域のコア部分において行われ得る。
【００４２】
グレーティング・パターンは、放射が用いられる場合にはレーザ走査によって、またはマスクによってのいずれかによって得られる。マスクは、コア及び／またはクラッドを得るために用いられるマスクであって良く、または、グレーティングを作るための特別のマスクであって良い。
【００４３】
本発明は、また、基板に少なくとも１つの光ガイド・コア及び少なくとも１つの光クラッドを含み、前記コアと前記クラッドは前記基板内で互いに独立しており、前記クラッドの少なくとも一部分は、前記コアと前記クラッドとの間に少なくとも１つのいわゆる相互干渉領域を限定するように、少なくとも１つのコアの少なくとも一部分を取り囲む、集積化された光学素子を製造するための方法であって、前記クラッドの屈折率が前記基板の屈折率から異なるように、そして少なくとも前記コアに近接する前記クラッドの部分において、及び少なくとも前記相互干渉領域において、前記コアの屈折率よりも小さいように、前記基板の屈折率を修正することにより、前記コア及び前記クラッドがそれぞれ作られるようにした製造方法にも関する。
【００４４】
前記基板の屈折率は、特に放射により、例えばレーザ絶縁によりまたはレーザ光書込みにより、修正もしくは変更され、及び／またはイオン種の導入により修正もしくは変更される。
【００４５】
好適な一実施形態によれば、本発明による方法は、以下のステップ、
ａ）ステップｃ）の後に前記光クラッドを得るように前記基板に第１のイオン種を導入するステップと、
ｂ）ステップｃ）の後に前記ガイド・コアを得るように前記基板に第２のイオン種を導入するステップと、
ｃ）前記クラッド及び前記ガイド・コアを得るようにステップａ）及びｂ）において導入されるイオンを埋設するステップと、
を含む。
【００４６】
明らかに、ステップａ）及びｂ）の順番は逆にすることができる。
【００４７】
第１及び／または第２のイオン種は長所的にはイオン交換によりまたはイオン・インプランテーションにより導入される。
【００４８】
第１及び第２のイオン種は同じであっても良く、また異なっていても良い。
【００４９】
第１のイオン種及び／または第２のイオン種は、電界の印加で導入され得る。
【００５０】
イオン交換の場合、基板は、交換され得るイオン種を含まなければならない。
【００５１】
好適な一実施形態によれば、基板はガラスから作られて、予め導入されているＮａ＋イオンを含み、そして前記第１及び第２のイオン種は、Ａｇ＋及び／またはＫ＋イオンである。
【００５２】
第１の実施形態によれば、ステップａ）は、前記クラッドを生成するのに適したパターンを含む第１のマスクを生成するステップを含み、前記第１のイオン種はこの第１のマスクを通して導入され、ステップｂ）は、前記第１のマスクを除去して、前記コアを生成するのに適したパターンを含む第２のマスクを生成するステップを含み、前記第２のイオン種は、この第２のマスクを介して導入される。
【００５３】
第２の実施形態によれば、ステップａ）は、前記クラッド及び前記コアを得るために用いられ得るパターンを有するマスクを生成するステップを含み、ステップａ）及びｂ）における前記第１及び第２のイオン種はこのマスクを介して導入される。
【００５４】
本発明に用いられるマスクは、例えば、アルミニウム、クロミウム、アルミナまたは誘電材料から作られ得る。
【００５５】
ステップｃ）の第１の実施形態によれば、前記第１のイオン種は、ステップｂ）の前に少なくとも部分的に埋設され、前記第２のイオン種はステップｂ）の後に少なくとも部分的に埋設される。
【００５６】
ステップｃ）の第２の実施形態によれば、第１のイオン種及び第２のイオン種は、ステップｂ）の後に同時に埋設される。
【００５７】
ステップｃ）の第３の実施形態によれば、埋設は、クラッドの屈折率よりも長所的に小さい屈折率を有する物質の少なくとも１つの層を、基板の表面上に沈積するステップを含む。
【００５８】
明らかに、この実施形態は、先の２つの実施形態と結合され得る。
【００５９】
長所的に、前記埋設の少なくとも部分は、電界を印加するステップを含んで行われる。
【００６０】
一般に、電界及び／または層の沈積による埋設の前に、本発明による方法は、また、イオン浴槽において再拡散することによる埋設をも含む。
【００６１】
この再拡散ステップは、第１のイオン種におけるイオンを再拡散するために部分的にステップｂ）の前に行われ得、第１及び第２のイオン種におけるイオンを再拡散するために部分的にステップｂ）の後に行われ得る。この再拡散ステップは、また、第１及び第２のイオン種におけるイオンを再拡散するために、全体的にステップｂ）の後に行われても良い。
【００６２】
例えば、この再拡散は、基板に予め含まれているのと同じイオン種を含む浴槽に基板を浸すことにより得られる。
【００６３】
本発明の他の特徴及び長所は、添付図面を参照しながら為される以下の説明から一層明瞭となるであろう。この説明は、純粋に説明のために与えられるものであって、制限的な目的で為されるものではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６４】
これら図面のすべての説明を簡略化するために、ガイド・コア及びクラッドは、基板内に一定の埋設深さで示されているが、コア及びクラッドは、目標とする適用に依存して可変の深さで埋設され得ることは完全に自明である。簡略化のために一定の屈折率を有するクラッドが記載されるが、コアに近接するそれらの屈折率がコアの屈折率よりも小さいならば、本発明の範囲内で可変の屈折率を有するクラッドを用いることが全く可能であろうことは明瞭である。
【００６５】
同様に、基板は１つの層を含んでもまたは幾つかの層を含んでも良いが、これらのすべての図面では単一の層を有する基板が示されている。
【００６６】
図3及び図４は、基板７内の光ガイドのコア１１に作られた、グレーティング１３と関連した光クラッド９の、集積化された光学素子における例示的な実施形態の、それぞれ斜視図及び断面図を示す。図４を通した断面は、基板の表面と平行な、コア１１を含む平面内に為されている。
【００６７】
この図において、光クラッド９は、グレーティング１３を含むコア１１の部分を単に取り囲んでいる。クラッド及びガイド・コアを含む基板の領域は、相互干渉領域と呼ばれる。
【００６８】
これらの図においては、相互干渉領域の外側ではコアはもはやクラッド内に位置せず基板内にだけ位置し、このことはコアの光絶縁を可能とするので、コア１１はクラッド９と独立して存在するということが全く明瞭である。
【００６９】
従って、クラッドは、グレーティングを含んだコアの部分を少なくとも取り囲んで、コア及び基板とは独立して、基板内に人工的に創成される。
【００７０】
一般的に、人工的クラッドとは、本発明によって作られるこの型のクラッドを言い、かつ相互干渉領域がグレーティングを含む場合には人工的クラッドを有するグレーティングを言う。
【００７１】
この例示的な実施形態において、クラッドは、基板の屈折率とガイド・コアの屈折率との間の屈折率を有するように基板内に作られ、これにより、グレーティング１３の存在によりクラッド・モードを有することが可能である（図４の参照数字１５）。
【００７２】
相互干渉領域においてコア１１内に作られるグレーティング１３は、この例においてコア１１の分割化により形成された周期的もしくは擬似周期的パターンのシーケンスである。
【００７３】
従って、コア１１内を伝播する光波の案内されたモード参照１７が、グレーティング１３が設けられたこの場合においてクラッド９及びコア１１を含む基板の部分によって区画される相互干渉領域に到達するとき、案内されたモード１７は、１つまたは幾つかのクラッド・モード１５に結合されるであろう。
【００７４】
光波をクラッド１５に直接導入することも可能であったろうし、次に、クラッド・モードは、グレーティングを通してコアの案内されたモードに結合されたであろう。この導入を可能とするために、クラッドは、その端部の一方（参照数字１９）が例えば基板の側壁上に位置するように作られる。
【００７５】
クラッドはガイド・コアから独立しているので、コアのパラメータ（例えば、寸法、屈折率及び位置など）を目標の使用に適するように、クラッドのパラメータ（例えば、寸法、屈折率及び位置など）を適合させることが可能である。
【００７６】
案内されたモードと与えられたクラッド・モードとの間の結合力は、グレーティングの長さと結合係数κとの積を取ることにより得られる。この結合係数は、グレーティングプロフィルによって重み付けされた２つの結合されたモードの重なり積分に比例する。
【００７７】
案内されたモード及びクラッド・モードの横断プロフィルをそれぞれξ０及びξｊと記し、次に、グレーティングプロフィルΔｎ、結合係数κは、以下の型の関係によって与えられる：
【００７８】
κ ∝ ∬ξ０，ξｊ＊・Δｎ・ｄｓ        （２）
【００７９】
ここに、ｄｓは、基板の横断表面全体に渡る積分要素であり、換言すれば、波の伝播軸と垂直の平面における積分要素である。
【００８０】
図５は、コアにおける光波の伝播方向と交差する方向ｘに沿った相互干渉領域で得られる屈折率ｎを有したプロフィルの例を示す。屈折率ｎｇを有したクラッドのこの方向に沿った寸法Ｌｘ及び屈折率ｎｃを有したコアのこの同じ方向に沿った寸法ｌｘが、このプロフィル上に明瞭に見られ得る。基板の屈折率ｎｓが基準として用いられてきた。明らかに、他の屈折率プロフィルが、目標とする使用に依存させてクラッド及びコアのパラメータを変えることにより得られ得る。
【００８１】
このように、クラッドにおける寸法及び屈折率が増加するにつれ、伝播することができるクラッド・モードの数が増加し、従って、フィルタ使用における可能なフィルタ帯域の数も増加するであろう。これは、多数のフィルタが必要である場合、もしくはフィルタ・モードの選択に余裕が必要とされる場合に、利点であり得る。
【００８２】
逆に、結合され得るクラッド・モードの数を制限することが必要である場合、クラッドの光学幾何学的寸法を減少することが有用である。
【００８３】
他の干渉計の型の使用に対しては、クラッドの屈折率の選択は、それが、以下で関係式（３）において定義されるであろう屈折率の差を修正する手段を提供するので、非常に重要である。
【００８４】
ガイド・コアの寸法及び屈折率は、それの内部を伝播するモードの特性に影響を与え、例えば、ガイド・コアとファイバ・コアとの間の結合の場合にそれをファイバ・モードに適合させるのを可能とする。
【００８５】
さらに、コア、クラッド及び基板の屈折率間の差が増加するにつれ、関係式（１）によって示されるように、短いグレーティング周期の間に結合を有する可能性も増加する（与えられた共振波長において、周期は、案内されたモード及びクラッド・モード間の屈折率における差に逆比例する）。
【００８６】
ガイドのコア内に形成されたグレーティングを取り囲む光クラッドを備えた要素のための応用分野は、グレーティングを含む光ファイバのための応用分野と同じである。特に、適合されたスペクトルを有する損失フィルタ（例えば線形フィルタ）のような応用もしくはセンサの応用を述べておくことは価値がある。さらに、クラッドをコアから独立させることは、従来技術による概念では可能ではないであろう他の多くの応用を可能とする。
【００８７】
グレーティングの寸法は、目標とする使用にも適合され得る。従って、ブレーズドグレーティングもしくは傾斜ラインを有するグレーティングのような、長い周期（例えば、数十μｍから数千μｍ）を有するグレーティング及び短い周期（例えば、数μｍ以下）を有するグレーティングを用いることが可能である。
【００８８】
例えば、図６は、フィルタを形成するために本発明による要素の第１の適用例を通しての断面図を示す。
【００８９】
このように、図６は、基板７内に、ガイド・コア１１と、該コア内に作られたグレーティング１３を含む相互干渉領域２０においてコア１１を取り囲むクラッド９とを備えた集積化された光学素子を示す。この例示的実施形態において、ガイド・コアは、クラッドの一端を通して相互干渉領域においてクラッドを貫通し、相互干渉領域の後、ヘリ曲げの曲率によってクラッドの外に出る。従って、コアは、相互干渉領域の外側でクラッドから分離され、そしてクラッドは、ガイド・コア無しで基板内に存在したままである。
【００９０】
コア内を案内される信号の部分は、相互干渉領域におけるグレーティング１３において、クラッド・モード１５に結合されるか、もしくはその逆である。
【００９１】
従って、光波がコア１１の端部１１ａを通して要素内に導入されると、コアの案内されたモードは、次に、関係式（１）によってスペクトル的に定義された１つ以上のフィルタ帯域のためのグレーティングモードに、相互干渉領域においてグレーティング１３を通して結合される。相互干渉領域からの出力においてクラッド・モードに結合された波の部分は、クラッド内を伝播され、他方、初期の波の残りの部分はコア１１内を運ばれて、コアの端部１１ｂを通して回収され得る。
【００９２】
反対方向における動作を許容することも可能であったろう。光波は、次に、コアを含まないクラッドの端部１７においてクラッド内に導入されるであろう。相互干渉領域２０内への通過において、グレーティング１３のフィルタ帯域に対応する波のスペクトル部分は、ガイド・コア１１において結合され、それは、コアの端部１１ａを通して要素から抽出され得る。
【００９３】
上述したように、ガイド・コアの部分を局部的に取り囲む光クラッドを作ることは、グレーティングを通して結合する以外の多くの応用にとって有用であり得る。
【００９４】
本発明による光クラッドの使用は、コア内を伝播するモードの特性を修正することができる。
【００９５】
例えば、図７ａ及び７ｂは、マッハ・ツェンダ型干渉計を形成するための本発明による要素の第２の例示的な応用を示すもので、この要素は相互干渉領域において何等グレーティングを含まず、そしてそれぞれ斜視図、及び基板の表面と直角の、相互干渉領域を含む平面における断面図を示すものである。
【００９６】
この干渉計は、基板７内にガイド・コア５１とガイド・コア５３とを含み、両者の端部は、それぞれ参照数字Ｙ１及びＹ２で示された接合部Ｙに接続され、このように２つのアームを形成している。
【００９７】
１つのクラッド５２がコア５１の部分を取り囲んでおり、このように相互干渉領域を創成している。
【００９８】
従って、例えば接合部Ｙ１を通して干渉計に導入された光波は、干渉計の２つのアームに配分され、次に、接合部Ｙ２における出力で再結合される。２つのアーム間で累積された位相シフトΔφは、要素からの出力において得られる信号レベルを決定する。
【００９９】
クラッド５２がない場合、干渉計は平衡されてΔφ＝０である。
【０１００】
クラッド５２が存在する場合、波長λにおける位相シフトΔφは以下のように表現される：
Δφ＝（２π／λ）（ｎｅｆｆ１−ｎｅｆｆ２）ｘＬ        （３）
【０１０１】
ｎｅｆｆ１は、コア−基板領域における案内されたモードの実効屈折率であり、ｎｅｆｆ２は、コア−クラッド領域における案内されたモードの実効屈折率であり、Ｌは、本例においてはクラッドの長さである相互干渉領域の長さである。差（ｎｅｆｆ１−ｎｅｆｆ２）は１０−２の数倍までの値に等しくて良い。
【０１０２】
普通、当業者は、位相シフトをゼロでなくするためにコアの長さを変えるであろう。本発明によれば、クラッドの使用が、２つのコア間の位相シフトをゼロでなくする手段を提供し、これら２つのコアは同じ長さであることが可能であり、このことは、要素の製造を簡単にする。特に、これらの位相シフトはクラッド・パラメータだけを用いて調節されるので、異なった位相シフトを有することが可能な要素の全範囲を単一のコアのマスクでカバーすることができる。
【０１０３】
この干渉計の多くの可能な応用があり、特に、それは、スペクトル基準（フリンジ間のピッチの測定）もしくは幾つかの波長（フィルタ）における減衰器を作るために用いられ得る。
【０１０４】
また、温度センサを作るためにも用いられ得る。
【０１０５】
関係式３において、クラッドを有するもしくは有しない場合の案内されたモードの実効伝播屈折率間の差（ｎｅｆｆ１−ｎｅｆｆ２）は、特に温度に依存し、従って、要素からの出力における位相シフトは温度の関数でもある。
【０１０６】
図８ａから８ｂは、イオン交換技術から出発して本発明による要素を作る例示的な方法を示す図であり、基板の表面と直角で相互干渉領域を含む平面における断面図を示す。
【０１０７】
従って、図８ａは、イオンＢを含む基板７を示す。
【０１０８】
例えばフォトリソグラフィによって基板の面の一方の上に第１のマスク６１が形成され、このマスクは、得られるべきクラッドの寸法（幅、長さ）の関数として決定される開口を備える。
【０１０９】
次に、マスク６１の開口に近接して位置する領域において、基板に含まれるＢイオンとＡイオンとの間で第１のイオン交換が行われる。この交換は、例えば、マスクを有する基板を、Ａイオンを含む浴槽に浸すことによって、そしておそらくはマスクが位置する基板の面と反対の面との間に電界を印加することによって、得られる。このイオン交換が行われる基板領域はクラッド６３を形成する。
【０１１０】
このクラッドは、上述のように印加された電界の援助でもって、または該援助無しで、Ａイオンのための再拡散ステップを行うことによって埋設される。図８ｂは、クラッドの部分的な埋設ステップの後のクラッドを示す。マスク６１は普通このステップの前に除去される。
【０１１１】
従って、本発明によるクラッドの製造は、ガイド・コアの製造と類似しているが、寸法は異なる。図８ｃに示される次のステップは、例えばフォトリソグラフィによって、基板上に新しいマスク６５を形成することからなり、それはおそらくは該新しいマスクが形成される基板の面を洗浄した後に行われるであろう。このマスクは、ガイド・コア６７を作るために用いられるパターンを備え、特に、コア内にグレーティングが作られる場合には、マスク６５のパターンは、形成されるべきグレーティングのパターンに適合され得る。
【０１１２】
次に、基板のＢイオンと、Ａイオンと同じでも良いしまたは異なっていても良いＣイオンとの間で第２のイオン交換が行われる。このイオン交換は、上述したように、Ｃイオンを含む浴槽に基板を浸すことによって、そしておそらくは電界を印加することによって、行われ得る。
【０１１３】
最後に、図８ｄは、電界の援助で、もしくは該援助無しで、イオンＣの再拡散並びにクラッドの最終埋設によって得られるコア６７の埋設の後に得られる要素を示す。マスク６５は普通この埋設ステップの前に除去される。
【０１１４】
第１及び第２のイオン交換のための条件は、基板、クラッド及びコア間で必要とされる屈折率における差を得るように定義される。これらの差の調節パラメータは、特に、交換時間、浴槽温度、浴槽内のイオン濃度、並びに電界があるか否かである。
【０１１５】
例示的な実施形態として、基板７はＮａ＋イオンを含むガラスから作られ、マスク６１はアルミニウムから作られて約３０μｍ幅の開口（開口の長さは、目標となる使用に対して必要なクラッド長さに依存する）を有する。
【０１１６】
第１のイオン交換は、ほぼ２０％の濃度におけるＡｇ＋イオンを含む浴槽で、約３３０℃の温度で、約５分の交換時間で行われる。イオンの再拡散は、最初に、約３３０℃の温度の空気内で３０秒間行われ、次に、そのように形成されたクラッドが部分的にガラス内に埋設される。この埋設は、約２６０℃の温度のナトリウムの浴槽内で３分間、再拡散することにより行われる。
【０１１７】
マスク６５もアルミニウムから作られ、約３μｍ幅の開口パターン（パターンの長さは、目標となる使用に対して必要なコア長さに依存する）を有する。
【０１１８】
第２のイオン交換も、約２０％の濃度におけるＡｇ＋イオンを含む浴槽で、約３３０℃の温度で、約５分の交換時間で行われ、イオンの再拡散は、最初に、約３３０℃の温度の空気内で３０秒間行われる。次に、そのように形成されたコアは、約２６０℃の温度のナトリウムの浴槽内で３分間、再拡散することにより、部分的にガラス内に埋設される。
【０１１９】
クラッド及びコアの最後の埋設は、２つの浴槽（この例においてナトリウム）と接触させて基板の両面での電界下で行われ、それにより、これら２つの浴槽間の電位差が印加され得る。
【０１２０】
上述した方法の多くの変形例が生成され得る。特に、クラッドとコアとの埋設ステップは、２つの引き続くステップ中に上述したように行われ得るが、これらは同時に行われても良い。というのは、コアはクラッドよりも高いイオン濃度を有するので、クラッドよりも早く埋設されるようになるからであり、このようにすれば、クラッド内にコアを中心付けすることも可能とする。
【０１２１】
コアとクラッドとの間の濃度差は、普通、浴槽内でクラッドを形成するイオンの再拡散によって、もしくはステップａ）及びｂ）において導入されるイオンの濃度差によって得られる。
【０１２２】
さらに、クラッドを形成するために１つのマスクを用い、そしてガイド・コアを形成するために１つのマスクを用いる代わりに、コアとクラッドが同じ長さを有するならば、単一のマスクを用いることができる。
【０１２３】
これは、例えばフォトリソグラフィによって、基板上にマスクを作ることにより行われ得、このマスクは、目標とする使用に依存してグレーティング有りでまたは無しで形成されるべきコアのパターンを有する。
【０１２４】
第１のイオン交換はクラッドを形成するために行われ、次に、第２のイオン交換はコアを形成するために行われ、コア及びクラッドは埋設される。
【０１２５】
Ｎａ＋イオンを含むガラス基板７のためのこの実施形態の一例において、単一のマスクはアルミニウムから作られ、約３μｍ幅（パターンの長さはクラッド及びコアの必要とされる長さに依存する）の開口パターンを有する。
【０１２６】
第１のイオン交換は、ほぼ１％の低濃度でのＡｇ＋イオンを含む浴槽で、約３３０℃の温度で、約２０分の交換時間で、電界を印加することで行われる。ガラス内のイオンの再拡散は、約３３０℃の温度の空気内で３０秒間行われる。
【０１２７】
第２のイオン交換は、約２０％の濃度でのＡｇ＋イオンを含む浴槽で、約３３０℃の温度で、約８分の交換時間で行われる。ガラス内におけるイオンの再拡散は、約３３０℃の温度の空気内で３０秒間行われる。
【０１２８】
最後に、コア及びクラッドは、最初に、約２６０℃の温度のナトリウムの浴槽内で３分間、再拡散することにより、次に、基板の両面間に電界を印加することにより、埋設される。
【０１２９】
既に理解しているように、クラッド及びコアを埋設する方法の１つの変形例は、図８ｄに点線で示す物質６８の層を基板７上に沈積することからなる。光の案内を可能とするために、この物質は、クラッドの屈折率よりも小さい屈折率を長所的に有さなければならない。
【０１３０】
本発明による要素はイオン交換技術だけを用いて製造されるのではない。本発明による要素は、明らかに、基板の屈折率を修正するために用いられ得る任意の技術を用いて作られ得る。
【０１３１】
グレーティングの相互干渉領域に用いられる場合には、コア及びクラッドに対するグレーティングの周期、サイズ及び位置は、応用の関数として適合され得るパラメータである。
【０１３２】
グレーティングのパターンは、クラッドを生成するためのマスクに関して、及び／またはコアを生成するためのマスクに関して、もしくはクラッド及びコアを同時に生成するための単一のマスクに関して、またはグレーティングだけを生成するための特定のマスクに関して定義され得る。
【０１３３】
図９ａ乃至９ｄは、グレーティングを得るために用いられるマスクＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４の変形の実施形態の例を示す。これらの図は、マスクの上面図を示し、グレーティングを得るために用いられるマスクの部分だけを示す。マスクのパターンにおける白い領域は、マスクにおける開口に対応する。
【０１３４】
これらのマスクは、周期Λを有する周期的グレーティングを得るために用いられ得る。
【０１３５】
例えば、これらのマスクは、コア内に及び／またはクラッド内にグレーティングを生成するための特定のマスクであって良く、もしくはコア及び／またはクラッドを得るために用いられ得、次にグレーティングがコア及び／またはクラッドと同時に作られるマスクの部分であっても良い。
【０１３６】
上述の図４は、ガイド・コア内に形成される例示的なグレーティングを示す。
【０１３７】
図１０は、コア１１及びクラッド９に共通の相互干渉領域に作られるグレーティング３３の例示的な実施形態を示す。
【０１３８】
このように、図１０において、グレーティング３３（grating）は、光波の伝播方向に考慮される可変の幅を有する領域３４の周期Λでの交互配列によってクラッド９内に形成される。これらの領域は、これらの領域における屈折率変化に起因して、クラッドの残りの実効屈折率とは異なった実効屈折率を有する。さらに、コアは、少なくとも相互干渉領域においてクラッド内に含まれ、グレーティングはまたコア内に刻まれる。換言すれば、コアもまた、コアの残りの部分の屈折率とは異なる屈折率を有する領域を含む。
【０１３９】
グレーティングは、コアにおける及び／またはクラッドにおける基板の実効屈折率を局部的に修正するための任意の従来の技術によって形成されても良い。
【０１４０】
従って、それは、コア及び／またはクラッドを作るために用いられるイオン交換中に、もしくは特定のイオン交換中に行われ得る。しかし、また、それは、相互干渉領域において基板をエッチングすることにより、もしくは放射により、行われても良い。特に、コア及び／またはクラッドをＣＯ２タイプのレーザで日射することにより、グレーティングを得ることもできる。レーザは、局部温度上昇を創成することによりイオンを局部的に再拡散し、このように、グレーティングパターンを刻むことができる。
【０１４１】
例えば、基板は、必要とされたピッチでグレーティングの変調を導入するように、レーザ・ビームで、例えば振幅変調されたレーザ・ビームで走査され得る。
【０１４２】
グレーティングのパターンは、目的とする使用法に依存する。特に、グレーティングすなわちグレーティングは、可変の周期（チャープグレーティング）、もしくは可変の効率（アポダイズド（apodised）グレーティング）を有し得る。
【図面の簡単な説明】
【０１４３】
【図１】光ファイバのコア内に作られたグレーティングと関連した光クラッドを図式的に示す斜視図である。
【図２】光ファイバのコア内に作られたグレーティングを関連した光クラッドを図式的に示す断面図である。
【図３】光ガイドのコア内に作られたグレーティングと関連した本発明による光クラッドの例示的な実施形態を図式的に示す斜視図である。
【図４】光ガイドのコア内に作られたグレーティングと関連した本発明による光クラッドの例示的な実施形態を図式的に示す断面図である。
【図５】本発明による相互干渉領域で得られる屈折率ｎを有するプロフィルの例を図式的に示す図である。
【図６】フィルタを形成するための本発明による素子の第１の例示的な適用を図式的に示す断面図である。
【図７ａ】干渉計を形成するための本発明による素子の第２の例示的な適用を図式的に示す斜視図である。
【図７ｂ】干渉計を形成するための本発明による素子の第２の例示的な適用を図式的に示す断面図である。
【図８ａ】本発明による素子を作成するための例示的な方法を図式的に示す断面図である。
【図８ｂ】本発明による素子を作成するための例示的な方法を図式的に示す断面図である。
【図８ｃ】本発明による素子を作成するための例示的な方法を図式的に示す断面図である。
【図８ｄ】本発明による素子を作成するための例示的な方法を図式的に示す断面図である。
【図９ａ】コア内にグレーティングを得るためのマスク・パターンの変形的な実施形態を図式的に示す図である。
【図９ｂ】コア内にグレーティングを得るためのマスク・パターンの変形的な実施形態を図式的に示す図である。
【図９ｃ】コア内にグレーティングを得るためのマスク・パターンの変形的な実施形態を図式的に示す図である。
【図９ｄ】コア内にグレーティングを得るためのマスク・パターンの変形的な実施形態を図式的に示す図である。
【図１０】クラッド内にグレーティングを有した本発明による素子の変形的な実施形態を図式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【０１４４】
７・・・基板
９・・・光クラッド
１１・・・光ガイドのコア
１３・・・グレーティング
１５・・・クラッド・モード
１７・・・案内されたモード
１９・・・端部
【図１】
2005525594.tif 000003
【図２】
2005525594.tif 000004
【図３】
2005525594.tif 000005
【図４】
2005525594.tif 000006
【図５】
2005525594.tif 000007
【図６】
2005525594.tif 000008
2005525594.tif 000009
2005525594.tif 000010
2005525594.tif 000011
【図１０】
2005525594.tif 000012
【国際調査報告】
2005525594.tif 000013
2005525594.tif 000014
2005525594.tif 000015
2005525594.tif 000016
2005525594.tif 000017
2005525594.tif 000018
2005525594.tif 000019
2005525594.tif 000020