(57)【要約】  本発明の幾つかの実施形態では、導波路の断面に影響を与えるイオン交換プロセスを生じるように、導波路基板を横切って電界が印加される。本発明では、形成された電界により、それに沿って導波路のサイズ及び形状を制御し得る。
2008521051.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に光導波路を形成するための方法であって、
導波路上のイオン交換プロセスを活性化するように、基板を横切って導波路にほぼ垂直向きの電界を印加する工程と、
電界の印加の大きさ及び時間を制御して導波路の断面に生じる変化を制御する工程と、からなる方法。
【請求項２】
電界の大きさは導波路に沿って漸減するように制御される請求項１に記載の方法。
【請求項３】
電界の大きさの変化は導波路に沿って直線的である請求項２に記載の方法。
【請求項４】
電界の大きさの変化は導波路に沿って非直線的である請求項２に記載の方法。
【請求項５】
材料に光導波路を形成するための装置であって、
初期形状において形成された導波路を含む基板と、
基板を横切って導波路にほぼ垂直向きの電界を印加して導波路上のイオン交換プロセスを活性化し、電界の印加の大きさ及び時間に比例して導波路の初期断面を変化させるための電界発生器と、
電界の活性化の大きさ及び時間を制御するための制御手段と、からなる装置。
【請求項６】
電界は基板の２つの対向する側面に位置する電極によって基板に印加される請求項５に記載の装置。
【請求項７】
２つの対向する側面は導波路に沿って均一な電界を印加するように互いにほぼ平行である請求項６に記載の装置。
【請求項８】
２つの対向する側面は導波路に沿って不均一な電界を印加するように互いに対し角度をなす請求項６に記載の装置。
【請求項９】
導波路に沿って電界の大きさを直線的に変化させるように、２つの対向する側面の間の距離は導波路に沿って直線的に変化する請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
導波路に沿って電界の大きさを非直線的に変化させるように、２つの対向する側面の間の距離は導波路に沿って非直線的に変化する請求項８に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導波路のテーパ化及び最適化した導波路構造の形成を行う方法並びにプロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、波長分割多重（ＷＤＭ）光通信システムが用いられるに従い、ＷＤＭ光通信システムにおいて用いられる光学デバイスに対する要求は、著しく増大している。光ファイバは、通常、光通信における光学信号の転送経路として用いられる。しかしながら、マルチチャネル光カプラなどマルチチャネルを有するファイバデバイス及びＷＤＭデバイスの製造には、技術的な限界が存在する。したがって、ＷＤＭデバイスにおいては、光導波路及び多くのユニット光学デバイスが一体化された平面光導波回路（ＰＬＣ）が用いられる。
【０００３】
光通信システムは様々な位置間で信号を伝播するように構成される。そうした通信システムのうちの少なくとも一部を通じ、光学経路に沿って伝播される光として、信号が提供される。通信システムの光学経路に沿った様々な位置では、光学経路に沿って伝播する光のモードを再形成又はスケーリングすることが望ましい場合がある。例えば、モードは、通常、光学経路に沿って位置する光学部品のモードマッチ要件を満たすように再形成される。例えば、モードは光ファイバから一体化された光学部品への移行に適合するように再形成される。本明細書では、用語「モード」は、光学経路に垂直な配向の断面積に対する光の空間配置を表して用いられる。有効に接続するために、接続に用いられる導波路は比較的無損失であるとともに、２つの寸法間でのそのチャネル幅の変化にかかわらずシングルモード導波路のままである。後者を考慮するには、チャネルに沿った屈折率がその幾何構造とは反対に変化することが要求される。これらの要因によって問題が生じる。
【０００４】
詳細には、所望のチャネル幅の変化が、単に、標準的なフォトリソグラフィー手法によって、必要な２つの寸法の間で幅がテーパ化するチャネルを形成することにより達成される場合、チャネルの屈折率はテーパ化された領域の長さに沿って一様なままである傾向がある。これは、チャネルの屈折率変化を形成するために添加される不純物の濃度が、そうした領域の長さに沿って一様となる傾向があるためである。結果として、チャネルの幅はそうした長さに沿って変化するものの屈折率は長さに沿って一様なままであるので、テーパ領域に沿ったモードの特性は変化する。チャネル幅が変化する場合、長さに沿って本質的に一定のモードの特性を維持するために必要なのは、そうした長さに沿った屈折率の変化を補償することである。
【０００５】
この問題は、チャネルとその基板との間の大きな屈折率変化を用い、チャネルにエネルギーを緊密に閉じ込め（ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ）る導波路では、特に重要である。大きな屈折率変化は、集積回路デバイスにおいて有用な比較的狭いシングルモードチャネル導波路と、そうしたチャネル導波路に接続されることが多く、通常、より幅の広い光ファイバとの間に、大きなモードのミスマッチを生じる。
【０００６】
導波路の軸方向のテーパ化によるモードの特性の変換は、幾つかの情況において有用である。例えば、モードサイズ変換は、有効な入出力接続のため、導波路の異なる部分においてモードサイズの独立な最適化を可能とする。また、モードサイズ変換は、アウト接続モードの狭いファーフィールドを得るために用いられ得る。また、シングルモードからマルチモード導波路への断熱的なテーパは、マルチモード導波路の基底モードへのロバストな接続を可能とする。これは、広く区分された波長にてモード間の相互作用を伴う一定の
種類の非線形導波路デバイスでは重要である。
【０００７】
従来技術のモードマッチの解決策は、光ファイバ及びマイクロレンズ、例えば、球面レンズ又は屈折率分布型レンズを用いる。光ファイバ及びマイクロレンズは、出力部品（例えば、出力ファイバ）からの光の捕集を可能とする。また、光ファイバ及びマイクロレンズは、入力部品（例えば、入力ファイバ）への光の入力接続を提供する。そうした解決策を用いることの典型的な欠点には、入力モードを受取り、かつ、適切に再形成された出力モードを提供するように構成される部品の提供における設計の困難が含まれる。
【０００８】
また、テーパ化された光ファイバは、モードを再形成するために用いられている。テーパ化された光ファイバは、１つ以上のテーパ化された部分、即ち、それぞれの長さに沿って変化する断面積を有する部分を含む。これらのファイバのテーパ化された部分は、通常、制御された漸増的な加熱によって形成される。例えば、ファイバの一部分を加熱することによって、ファイバコアは膨張する傾向があるため、ファイバの断面積に局所的な増大を生じる。ファイバの加熱及び引張を同時に行うことは、クラッド材及びコアの寸法の減少を生じる。テーパ化された光ファイバを用いることの潜在的な欠点には、ファイバの機械的強度の減少が含まれる。
【０００９】
これに加えて、連続的なテーパ及び区分されたテーパを有する一体型の光導波路が、モードの再形成のために用いられている。本明細書では、用語「区分されたテーパ」は、誘電体境界によって画定される異なる光学特性を有する部分からなる、又はそれらの部分に分割される導波路テーパを表して用いられる。光伝播の軸に沿って見られるように、これらの誘電体境界は導波路部分及び基板材料の部分の間に形成される。用語「連続的なテーパ」は、光がその伝播の際、導波路部分及び基板材料の部分の間の誘電体境界を横断しない導波路テーパを表す。したがって、連続的なテーパを有する導波路では、テーパは連続的かつ断熱的に、その光学特性を変化させる。区分されたテーパを有する導波路は、２つの寸法のモードのテーパ化を提供することが可能である。しかしながら、これらの導波路は、通常、区分された導波路部分の間に形成された複数の誘電体境界による高損失を有する。これに加えて、技術的には区分の精密制御が伴われる。したがって、従来技術のこれらの欠点及び他の欠点のうちの１つ以上に対処するシステム及び方法の必要が存在することが認識され得る。
【００１０】
平面型の光学デバイスは、ガラス、半導体、アモルファスシリカ、及びポリマーなど、様々な材料から得られる。イオン交換（ＩＥ）及び他のイオン拡散手法は、ガラス及び他の材料においてチャネル光導波路を製作するための方法として、益々の注目を受けている。得られるチャネルガラス導波路の重要性は、光ファイバとの適合性、潜在的な低費用、低伝搬損、及び他の要因から生じる。ＩＥ（イオン交換）方法を用いて平面導波路を製造する方法の一例には、「埋め込み型導波路を製作するための方法（Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ
Ｆａｂｒｉｃａｔｉｎｇ  Ｂｕｒｉｅｄ  Ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ）」と題する特許文献１（１９９０年４月３日）、「光導波路を製作する方法（Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  Ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ）」と題する特許文献２（１９９１年７月３１日）、「低損失な埋め込み型導波路を製造するためのプロセス（Ｐｒｏｃｅｓｓ  ｆｏｒ  Ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ  Ｌｏｗ−ｌｏｓｓ  Ｅｍｂｅｄｄｅｄ  Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ）」と題する特許文献３（１９９２年１１月３日）、非特許文献１乃至３が含まれる。イオン交換手法の概説は、非特許文献４によって与えられる。
【００１１】
特許及び論文によって提案された、イオン交換方法を用いて平面導波路を製造する方法は、次のように要約される。プロセスは、低温（ガラス基板の変形点未満）にてガラス由来のネットワークモディファイアを他のイオンで置換することによって達成される、屈折率の局所的な変化に基づく。交換されるイオンは、ほとんどの場合ナトリウムである。拡
散されるイオンは、別のアルカリ金属（リチウム、カリウム、ルビジウム、及びセシウム）であってもよく、銀、タリウム若しくは銅など、別の１価又は２価のイオンであってもよい。最も一般的に用いられるイオンは、カリウム及び銀である。ナトリウムＩＥにおけるカリウムの場合、屈折率変化は主としてイオン半径における大きな差異から生じる応力によって引き起こされ、ナトリウムＩＥにおける銀の場合、屈折率変化はＡｇ＋イオンの高い分極性による。
【００１２】
交換イオンの源は、溶融塩又はガラス表面に堆積される金属層であり得る。交換は熱拡散又はエレクトロマイグレーションによって実行される。ＩＥの際、高いΔｎを得るには、アルカリ金属変化を通じて、ナトリウムに対して銀、ナトリウムに対してタリウムが好適である。銀のＩＥの別の利点は、応力がないため、複屈折のない製品が製造されることである。
【００１３】
イオン交換は、マスクと呼ばれる金属薄膜間のガラス表面が塩溶液と接触するとき、基板ガラス内の特定のイオン（主としてＮａ＋イオン）と、特定のイオン（Ｋ＋，Ａｇ＋，Ｃｓ＋，Ｌｉ＋，Ｒｂ＋，Ｔｌ＋イオンなど）を含有する塩溶液内のイオンとの間に生じる。この原理に基づき、高い屈折率を有する導波路が基板ガラスの所定の部分に形成される。
【００１４】
典型的な拡散プロセスは、１片のガラス又は別の適切な材料（ウエハ）が所望のイオンを含有する溶融物と接触する（例えば、浸漬する）イオン交換プロセスによって例示される。ウエハのものより高い分極性を有するように選択された溶融物のイオン、例えば、Ｔｉ＋，Ｃｓ＋，Ｋ＋，Ｌｉ＋，Ａｇ＋，Ｒｂ＋イオンは、ウエハ由来のイオン、通常、Ｎａ＋と交換される。イオン変換法の概説は、非特許文献４によって与えられる。一般に、この手法には、例えば、フォトリソグラフィーによって、ガラス基板上に作成されたスロットを有する金属マスクを堆積すること、選択されたカチオンを含有する溶融物と基板を接触させること、並びに、イオン交換及び拡散によって表面波線路が製作されると、随意で電磁界を印加しカチオンを表面の下へ動かして「埋め込まれた」導波路を製作すること、が含まれる。
【００１５】
屈折率は、３つの要因、即ち、ガラス密度の局所的な変化、局所的に交換されたイオンのより高い分極性、及び局所的な応力のため、基板において局所的に増大する。
より詳細には、ガラス基板又は別の適切な材料（ウエハ）の表面は、基板の表面にマスキング材料の層を堆積することによって最初にマスキングされ、フォトグラフィックプロセスによりマスキング材料の層をエッチングし、導波路経路が形成される開口部を残す。マスキングされた表面は、第１の溶融塩浴と接触する。ほとんどの場合、基板ガラスのナトリウムイオンは、Ｃｓ，Ａｇ，Ｒｕ，又はＴｌなど、ドーピングカチオンと交換される。この第１のイオン交換プロセス中に、電界が印加されることもある。
【００１６】
一代替の第１のイオン交換プロセス：ガラス基板又は別の適切な材料（ウエハ）の表面は、基板の表面に純金属の層又はドナー（銀）イオンを含む材料の層を堆積することによって最初にマスキングされ、フォトグラフィックプロセスにより適切な材料の層をエッチングし、導波路経路が形成される部分のみを残す。ガラスの元の（ナトリウム）イオンが高温にて拡散プロセスによってコーティングのドナー（銀）イオンと交換されるイオン交換プロセスが続き、この第１のイオン交換プロセス中に電界が印加されることもある。
【００１７】
この第１のイオン交換プロセスの結果は、通常、表面に隣接しているガラスにおける導波路であり、マスク設計に従って、比較的高いΔｎ、比較的一様なΔｎ、比較的薄い厚さ、及び幅を有する。
【００１８】
導波路経路は、マスクを除去し、オーブンにおいて基板を横切って外部電界を印加し、活性な側面を、例えば、Ｎａ，Ｋイオンなど、基板屈折率に対する寄与のより少ないイオンを含有する第２の溶融塩浴と接触させることによって、基板表面の下に埋め込まれ得る。２つの効果がこの第２のイオン交換プロセス、即ち、埋め込みプロセスに寄与する。
１．電場はイオン電流（電流はイオンのエレクトロマイグレーションを意味する）を生成し、より深い深さへ導波路を移動させる（引きずられ、移動）。
２．電流はガラスにおいて熱を発生し、オーブンの熱と共に、ドナー（銀）イオンの拡散速度を生成し、導波路の膨張を生じる。
【００１９】
この二重のイオン交換プロセスの結果、第１の基板の表面の下に、包囲する領域より高い屈折率を有し、プロセス設計に従って、比較的低いΔｎ、比較的大きな直径、及び円形形状を有する基板に埋め込まれた導波路の、信号搬送領域が形成される。
【００２０】
「導波路をテーパ化するためのプロセス（Ｐｒｏｃｅｓｓ  ｆｏｒ  ｔａｐｅｒｉｎｇ
ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ）」と題する特許文献４（１９８９年１２月１２日）は、チャネル導波路を形成するためのプロセスに関する。このプロセスでは、チャネルの幾何構造及びチャネル屈折率はチャネル長に沿って反対に変化し、チャネル導波路の一様でない加熱を用いるチャネルのモードの特性を一様に保持し、イオンをドープするチャネルの一様でない拡散を引き起こす。一実施形態では、異なる数のレーザパルスにチャネルを露出するように、チャネルは一様でないレートでレーザの下を通過される。
【００２１】
「導波路を組み込む光学系および製造方法（Ｏｐｔｉｃａｌ  ｓｙｓｔｅｍｓ  ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｎｇ  ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ  ａｎｄ  ｍｅｔｈｏｄｓ  ｏｆ  ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ）」と題する特許文献５（２００４年６月１５日）は、ほぼ平面な基板と、少なくとも部分的に基板に埋め込まれた、長尺の２方向にテーパ化された導波路チャネルとを含む光学系に関する。この特許文献５は、基板を提供することと、基板とのイオン交換の可能な材料からなる外形チャネルプリフォームを基板の上に堆積することと、チャネルプリフォームから基板の中へイオンを拡散させ、少なくとも部分的に基板に埋め込まれた導波路チャネルを形成することと、を含む光学系を形成するための方法に関する。
【００２２】
「イオン交換法を用いて平面導波路を製造する方法（Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  ａ  ｐｌａｎａｒ  ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  ｕｓｉｎｇ  Ｉｏｎ  Ｅｘｃｈａｎｇｅ  ｍｅｔｈｏｄ）」と題する特許文献６（２００４年８月３日）は、平面導波路を製造する方法に関する。この方法は３つの工程を含む。第１の工程は、イオン交換プロセスによって、ガラス基板より高い屈折率と、所与の厚さとを有する表面層をガラス基板上に作成する工程である。第２の工程は表面層内の導波路のパターンをガラス基板上に形成する工程である。また、第３の工程は、導波路を含む表面全体の上をクラッド層で被覆する工程である。この発明のプロセスでは、寸法制御および再現性に優れ、シャープな段の壁を有する導波路が製作可能である。
【特許文献１】米国特許第４，９１３，７１７号明細書
【特許文献２】米国特許第５，０３５，７３４号明細書
【特許文献３】米国特許第５，１６０，３６０号明細書
【特許文献４】米国特許第４，８８６，５３８号明細書
【特許文献５】米国特許第６，７５１，３９１号明細書
【特許文献６】米国特許第６，７６９，２７４号明細書
【非特許文献１】Ｔ．Ｐｏｓｚｎｅｒ，Ｇ．Ｓｃｈｒｅｉｔｅｒ，Ｒ．Ｍｕｌｌｅｒ、ガラスにおけるイオン交換によって製作されたマッチした屈折率プロフィールを有するストリップ導波路（Ｓｔｒｉｐ  Ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ  ｗｉｔｈ  Ｍａｔｃｈｅｄ  Ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ  Ｉｎｄｅｘ  Ｐｒｏｆｉｌｅｓ  Ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ  ｂｙ  Ｉｏｎ  Ｅｘｃｈａｎｇｅ  ｉｎ  Ｇｌａｓｓ）、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．、１９９１年、ｐ．１９６６〜１９７４。
【非特許文献２】Ｂ．Ｐａｎｔｃｈｅｖ，Ｐ．Ｄａｎｅｓｈ，Ｚ．Ｎｉｋｏｌｏｖ、ガラスにおけるフィールド補助イオン交換：マスクフィルムの効果（Ｆｉｅｌｄ−Ａｓｓｉｓｔｅｄ  Ｉｏｎ  Ｅｘｃｈａｎｇｅ  ｉｎ  Ｇｌａｓｓ：  ｔｈｅ  Ｅｆｆｅｃｔ  ｏｆ  Ｍａｓｋｉｎｇ  Ｆｉｌｍ）、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．、１９９３年、ｐ．１２１２〜１２１４。
【非特許文献３】Ｂ．Ｂｕｃｈｏｌｄ，Ｃ．Ｇｌｉｎｇｅｎｅｒ，Ｄ．Ｃｕｌｅｍａｎｎ，Ｅ．Ｖｏｇｅｓ、ガラスにおいてマルチプレクサを軋らせる分極無反応性イオン交換されたアレイ化導波路（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  Ｉｎｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  Ｉｏｎ−Ｅｘｃｈａｎｇｅｄ  Ａｒｒａｙｅｄ−Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  Ｇｒａｔｉｎｇ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒｓ  ｉｎ  Ｇｌａｓｓ）、ファイバアンドインテグレーテッドオプティクス（Ｆｉｂｅｒ  ａｎｄ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｏｐｔｉｃｓ）、１９９８年、ｐ．２７９〜２９８。
【非特許文献４】Ｒａｍａｓｗａｍｙら、Ｊ．ｏｆ  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、１９９８年６月、第６巻、第６号、ｐ．９８４〜１００２。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
導波路をテーパ化する及び最適化した導波路構造を形成する従来技術の方法並びにプロセスは、比較的複雑な手法により実行される。したがって、従来技術のそれらの欠点及び他の欠点のうちの１つ以上に対処する方法及びプロセスの必要が存在することが認識される。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明は、任意の所望の手法により幅及び深さが長さに沿って変化する、典型的には、短い長さを通じて比較的広い寸法から比較的狭い寸法へ連続的にかつ断熱的設計によりテーパ化することが可能であり、幾何構造の変化がそうした長さに沿って補償されるようにチャネルの屈折率が変化するチャネル導波路を形成する方法及びプロセスに関する。その結果として、チャネルのモードの特性は長さを通じて本質的に一様である。
【００２５】
このプロセスでは、幅及び深さが制御されるチャネルの部分は、そうした長さに沿ってドーピングイオン又は不純物の規定された一様でない拡散が行われるように、一定の時間、一定の温度で、その長さに沿って一様でない電界に晒される。
【００２６】
電界は、チャネルから外側へ不純物を拡散し、その幅及び深さを増大する傾向を有する。さらに、同じ量のドーピングイオン又は不純物がより広い導波路体積を通じて単に拡散されているので、体積の増大は対応する屈折率の減少によって補償される。
【００２７】
所望の一様でない電界を提供するために、様々な手法が実施可能である。好適な一実施形態では、基板長さに沿った局所的な一様でない電界は維持されるが、電極間の外部電界全体は固定され、基板長さに沿って一定である。
【００２８】
本発明の別の目的は、光回路及び導波路光増幅器の構造を改良することである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明が様々な用途において用いられてよいことは理解される。本発明の範囲はこの点に制限されていないが、本明細書に開示のデバイス及び方法は、光電子デバイス、ＬＡＳＥＲダイオード、光ダイオード、光ファイバなど、レーザダイオードとシングルモードファイバとの間のマッチングデバイス、シングルモードファイバとマルチモードファイバーとの間のマッチングデバイス、大きな光学スポットを小さな光学スポットへ集中させるこ
と、など、多くの装置において用いられてよい。特に別記しない限り、以下の記載から明白なように、明細書の記載を通じて、「処理」、「計算」、「算出」、「決定」などの用語の利用は、計算システムのレジスタ若しくはメモリ又はその両方内の、電子量など、物理量として表されるデータを、計算システムのメモリ、レジスタ又は他のそうした情報記憶、伝送若しくは表示デバイス内の物理量として同様に表される他のデータへの操作及び変換のうちの一方又は両方を行うコンピュータ若しくは計算システム又は同様の電子計算デバイスの動作若しくは処理又は、その両方を表すことが認められる。
【００３０】
本発明の実施形態には、本明細書における動作を実行するためのデバイスが含まれてよい。このデバイスは所望の目的のために特別に構成されてもよく、汎用の装置又はシステムを備えてもよい。
【００３１】
一様な電界（例えば、無限の平行板コンデンサにおいてなど）では、Ｅ＝Ｖ／ｄである。ここで、Ｅは電界強度であり、Ｖは電圧であり、ｄは板又は電極間の間隔である。
イオン交換（ＩＥ）プロセスの場合、同じ方程式によって、基板を横切る局所的な内部電界が与えられる。このとき、ｄは局所的な基板厚さであり、Ｖは導電性の溶融塩を含む２つの基板界面間の基板を横切る電圧である。
【００３２】
ここで図１を参照する。図１は、本発明の幾つかの実施形態によるイオン交換プロセスにおける基板１６を横切る内部電界の概略的な断面の記述である。示す記載では、溶融塩１４など導体材料と接触し、基板１４の対向する面と接触している電極１２に対する電圧Ｖの印加によって外部電界Ｅを印加することによって、これらは、互いから距離ｄにおいて対面する。生じる電界Ｅのため、基板１６のイオンは矢印１９に沿って位置１７から位置１８へ基板１４の内部で引っ張られ、導波路の初期のコア１７は長円形から円形１８の形状に成形される。
【００３３】
上述のプロセスに基づき、導波路の形状は、その長手軸方向に沿って所望の形状又は所望の複数の形状を有するように制御されてもよい。電界Ｅの大きさの制御は、本発明の幾つかの実施形態では、図１のように、電界を印加する電極間の距離が一定でないように画定することによって達成されてもよい。
【００３４】
楔型基板
ここで図２を参照する。図２は、本発明の一実施形態により機能する、導波路２２の長手軸方向に沿ったテーパ化デバイス２０の概略的な断面である。最初に、コアの、初期の導波路が、一次勾配電界の下で銀の導波路を埋め込むことによって、基板１６に形成され得る。次いで、面２４間の距離が基板１６に沿って直線的に変化するように楔のように形成された基板１６の面２４上に位置する電極に対し、電界（図示せず）が印加され得る。したがって、電界の大きさ（図２では、上側の電極２４から下側の電極２４へ基板１６を横切って向けられる）は直線的に変化し、基板１６の右側に近付くとより弱く、左側に近付くとより強くなる（図２）。導波路１６に沿って電界の大きさが異なるため、初期のコア形状（図示せず）に対する変化は基板１６の右側に近付くとより弱く、基板１６の左側に近付くとより強くなるため、導波路２２は左から右へテーパ化され得る。テーパ化された導波路は、一次勾配電界の下で銀の導波路を埋め込むことによって製造される。変化する電界条件の下では、テーパ化された導波路に対し次の２つの効果が寄与する。
１．強い電界によって、より大きなイオン電流が生成し、続いて、より深い埋め込み深さが生成する（大電流は、より速いイオンエレクトロマイグレーションを意味する）。
２．大きな電流はガラスにおいてより多くの熱を発生し、銀イオンの拡散速度は増大し、より多くの導波路膨張を生じる。
【００３５】
このプロセスの結果、一方の側面（弱い電界の側）には小さなＭＦＤ（モードフィール
ド径）及び浅い深さを有するテーパ化導波路が製作され、他方の側面（強い電界の側）には、ＭＦＤが大きく、深い導波路が製作される。
【００３６】
追加のダミー楔型基板−直線状
ここで図３を参照する。図３は、本発明の幾つかの実施形態により機能する、導波路２２の長手軸方向に沿ったテーパ化デバイス３０の概略的な断面の記載である。図２に関して記載したのと同様に、楔型のデバイス３０が構成されるが、この場合には、基板１６の面３３の隣にダミーの楔３２を取り付けることによって、電極３４間で次第に変化する距離が得られる。これによって、上述における図２に関する記載と同様の電界が生じる。
【００３７】
追加のダミー楔型ガラス基板−非直線状
ここで図４を参照する。図４は、本発明の幾つかの実施形態により機能する、導波路２２の長手軸方向に沿ったテーパ化デバイス４０の概略的な断面の記載である。図２，３に関して記載したのと同様に、楔型のデバイス４０が構成されるが、この場合には、基板１６の面４３の隣にダミーの楔４２を取り付けることによって、電極４４間で次第に変化する距離が得られる。図４に示す実施例では、電極４４間の距離は非直線的に変化し、それにしたがってそれらの電極間の電界が変化する。その結果として、導波路２２のテーパ化は非直線的であり得る。
【００３８】
追加のダミー楔型ガラス基板−直線又は湾曲した楔型のガラスの複合
ここで図５Ａ，５Ｂ，５Ｃを参照する。図５Ａ，５Ｂ，５Ｃは、本発明の幾つかの実施形態により機能する、導波路２２の長手軸方向に沿ったテーパ化デバイス５０の概略的な断面の記載である。図３，４に関して記載したのと同様に、デバイス５０が構成されるが、この場合には、基板１６の面５３の隣にそれぞれピース５２，５５，５７を取り付けることによって、電極５４間で変化する距離が得られる。ピース５２，５５，５７は、直線又は湾曲の複合した変化する外面を有してもよい。したがって、電極５４間の距離は複合的に変化するため、複合的にテーパ化された導波路２２を作成し得る。
【００３９】
ここで図６を参照する。図６は、本発明のテーパ化プロセスを用いて、上述の本発明の幾つかの方法によって製造され得る接続導波路の概略的な断面の記載である。写真６６，６８によってそれぞれ示すように、導波路６０は、より小さな、楕円の断面を有する第１の端部６２と、より大きな、ほぼ円形の断面を有する第２の端部６４を有し得る。導波路６３は、例えば、ＬＡＳＥＲダイオードを端部６２へ接続し、光ファイバを端部６４へ接続するための、アダプター又は光変換器として用いられてもよい。この構成は、例えば、製造工程を追加することなく、例えば、段階２を一意に制御することによって、円錐形テーパの簡単な一工程製造を可能とする。また、この構成は、入力部、出力部、及び入力部と出力部との間に配置されたテーパ部を有する導波路を含む、外部モードサイズ変換器の製造を可能とする。導波路の入力部と出力部との間の断面は、導波路の長さを通じて滑らかに変化することが可能である。光学デバイス間に外部モードサイズ変換器６０を配置することによって、光学デバイス間の接続は直接接続と比較して著しく改良される。例えば、レーザと光ファイバとの間に外部モードサイズ変換器を配置することによって、レーザからファイバへの接続は、それらの光学デバイス間の直接結合と比較して、著しく改良される。
【００４０】
当業者には、上述の導波路の製造のための方法及びデバイスが単なる例であることは明白である。基板において必要な導波路を形成するように電界が印加される限り、同じ発明解決策が他の多くの方法において用いられてよい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の幾つかの実施形態によるイオン交換プロセスにおける基板を横切った電界の概略的な断面図。
【図２】本発明の一実施形態によるテーパ化デバイスの概略的な断面図。
【図３】本発明の幾つかの実施形態により機能する、導波路の長手軸方向に沿ったテーパ化デバイスの概略的な断面図。
【図４】本発明の幾つかの実施形態により機能する、導波路の長手軸方向に沿ったテーパ化デバイスの概略的な断面図。
【図５Ａ】本発明の幾つかの実施形態により機能する、導波路の長手軸方向に沿ったテーパ化デバイスの概略的な断面図。
【図５Ｂ】本発明の幾つかの実施形態により機能する、導波路の長手軸方向に沿ったテーパ化デバイスの概略的な断面図。
【図５Ｃ】本発明の幾つかの実施形態により機能する、導波路の長手軸方向に沿ったテーパ化デバイスの概略的な断面図。
【図６】本発明の幾つかの実施形態により製作された接続導波路の概略的な断面図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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