(57)【要約】【課題】高い生産性を有する光導波路を提供することを目的とするものである。【解決手段】クラッド１１と、このクラッド１１の上に形成するコア１２と、このコア１２を覆うように形成するクラッド１３からなり、ガラス材料からなるコア１２とクラッド１１，１３との軟化点温度の差を６０℃以上として、クラッド１１，１３の軟化点温度を５００℃以下とした光導波路であり、コア１２の変形が抑制できると共にプレス金型の長寿命化が図れる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クラッドと、このクラッド上に形成するコアと、このコアを覆うように形成するクラッドからなり、前記コアおよびクラッドはガラス材料からなり、前記コアの軟化点温度がクラッドより６０℃以上高く、かつクラッドの軟化点温度が５００℃以下である光導波路。
【請求項２】
コアとして、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＦ３、Ｋ２Ｏからなるガラス材料とした請求項１に記載の光導波路。
【請求項３】
ガラス材料からなるコアとして、ＳｉＯ２の含有量を５１ｍｏｌ％〜５８ｍｏｌ％、Ｂ２Ｏ３の含有量を１５ｍｏｌ％〜２０ｍｏｌ％、ＳｉＯ２とＢ２Ｏ３の含有量を６７ｍｏｌ％〜７５ｍｏｌ％、Ａｌ２Ｏ３の含有量を１．５ｍｏｌ％〜４ｍｏｌ％、ＡｌＦ３の含有量を１２ｍｏｌ％、Ｋ２Ｏの含有量を１０ｍｏｌ％〜２０ｍｏｌ％とした請求項２に記載の光導波路。
【請求項４】
クラッドとして、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、ＡｌＦ３、ＮａＦ、Ｋ２Ｏからなるガラス材料とした請求項１に記載の光導波路。
【請求項５】
ガラス材料からなるクラッドとして、ＳｉＯ２の含有量を４２ｍｏｌ％〜５８ｍｏｌ％、Ｂ２Ｏ３の含有量を１８ｍｏｌ％〜３５ｍｏｌ％、ＳｉＯ２とＢ２Ｏ３の含有量を６８ｍｏｌ％〜８２ｍｏｌ％、ＮａＦの含有量を８ｍｏｌ％〜２０ｍｏｌ％、Ｋ２Ｏの含有量を４ｍｏｌ％〜１０ｍｏｌ％、ＮａＦとＫ２Ｏの含有量を１５ｍｏｌ％〜２６ｍｏｌ％、ＡｌＦ３の含有量を１０ｍｏｌ％とした請求項４に記載の光導波路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光信号を用いて通信する光通信に使用される光導波路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光導波路としては、図３に示すものがある。
【０００３】
図３は従来の光導波路の断面図である。石英ガラス基板２の上にＴｉＯ２−ＳｉＯ２のコアガラス膜を電子ビーム蒸着法で形成する。そしてコアガラス膜上にスパッタ法によりＷＳｉ膜を形成し、さらにホトレジストを塗布してマスクアライナーでコアパターンを転写し、ベーキングして余分な部分を除去する。次に反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により、ホトレジストのコアパターンをベースにＷＳｉのみをエッチングしてホトレジストを除去する。そして反応性イオンエッチングでコアガラスをエッチングし、コア１を形成する。このようにして形成した基板を高温に加熱したテーブルに置き、火炎堆積法を用いてＳｉＣｌ４とＢＣｌ３を酸水素バーナに供給し、Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２の第１多孔質クラッド層を形成する。そして酸水素バーナにＰＣｌ３を添加して、Ｐ２Ｏ５−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２の第２多孔質クラッド層を形成し、電気炉において１３００℃程度の温度で所定時間保持して透明ガラス化してガラスクラッド層３が形成され、光導波路が作製される。
【０００４】
なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば特許文献１が知られている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−３１４９４１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この従来の光導波路において、コア１およびガラスクラッド層３を火炎堆積法により堆積させるため、多大な工数や時間を要し生産性が低下するという問題を有していた。
【０００７】
本発明は高い生産性を有する光導波路を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を有する。
【０００９】
本発明の請求項１に記載の発明は、クラッドと、このクラッド上に形成するコアと、このコアを覆うように形成するクラッドからなり、前記コアおよびクラッドはガラス材料からなり、前記コアの軟化点温度がクラッドより６０℃以上高く、かつ前記クラッドの軟化点温度が５００℃以下である光導波路であり、コアの変形が抑制できると共にプレス金型の長寿命化が図れる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、コアとして、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＦ３、Ｋ２Ｏからなるガラス材料とした請求項１に記載の光導波路であり、所定の含有量にすることにより、軟化点温度が低くでき、コアの屈折率が石英系光ファイバのコアとほぼ同じとすることができるため、低損失の接続が可能となる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、ガラス材料からなるコアとして、ＳｉＯ２の含有量を５１ｍｏｌ％〜５８ｍｏｌ％、Ｂ２Ｏ３の含有量を１５ｍｏｌ％〜２０ｍｏｌ％、ＳｉＯ２とＢ２Ｏ３の含有量を６７ｍｏｌ％〜７５ｍｏｌ％、Ａｌ２Ｏ３の含有量を１．５ｍｏｌ％〜４ｍｏｌ％、ＡｌＦ３の含有量を１２ｍｏｌ％、Ｋ２Ｏの含有量を１０ｍｏｌ％〜２０ｍｏｌ％とした請求項２に記載の光導波路であり、所定の含有量にすることにより、軟化点温度が低くでき、かつクラッドの軟化点温度より高くできると共にコアの屈折率が石英光ファイバのコアとほぼ同じとすることができるため、低損失の接続が可能となる。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、クラッドとして、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、ＡｌＦ３、ＮａＦ、Ｋ２Ｏからなるガラス材料とした請求項１に記載の光導波路であり、所定の含有量にすることにより、軟化点温度が低くできるためプレス金型の長寿命化が図れる。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、ガラス材料からなるクラッドとして、ＳｉＯ２の含有量を４２ｍｏｌ％〜５８ｍｏｌ％、Ｂ２Ｏ３の含有量を１８ｍｏｌ％〜３５ｍｏｌ％、ＳｉＯ２とＢ２Ｏ３の含有量を６８ｍｏｌ％〜８２ｍｏｌ％、ＮａＦの含有量を８ｍｏｌ％〜２０ｍｏｌ％、Ｋ２Ｏの含有量を４ｍｏｌ％〜１０ｍｏｌ％、ＮａＦとＫ２Ｏの含有量を１５ｍｏｌ％〜２６ｍｏｌ％、ＡｌＦ３の含有量を１０ｍｏｌ％とした請求項４に記載の光導波路であり、所定の含有量にすることにより、軟化点温度が低くできるためプレス金型の長寿命化が図れる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図を用いて説明する。
【００１５】
以下、本発明の光導波路の構成について図１を用いて説明する。図１は本発明の光導波路の断面図である。ガラス基板からなるクラッド１１と、このクラッド１１の上に形成されたコア１２と、このコア１２を覆うように形成されたクラッド１３から構成される。クラッド１１，１３はコア１２の屈折率より低い材料からなり、コア１２の内部を伝搬する光信号を閉じ込めるためのものである。
【００１６】
次に、本発明の光導波路の製造方法について図２を用いて説明する。
【００１７】
図２（ａ）〜（ｇ）は本発明の光導波路の製造工程を示す断面図である。図２（ａ）に示すクラッド１１およびコア１２は、ＳｉＯ２、Ｈ３ＢＯ３、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＦ３、ＮａＦ、Ｋ２ＣＯ３を所定の組成にして総量２００ｇを温度１４００℃、３０分溶融し、金型に流してガラス化させガラス転移温度から室温まで２４時間かけて徐冷し、ガラスブロックとして作製する。そしてこのガラスブロックをコアおよびクラッド用ガラスとして切断、研磨加工を行い、厚さ１ｍｍの２０ｍｍ×２０ｍｍの基板ガラスとして形成し、さらにそれぞれの片面を鏡面研磨および洗浄を行い、クラッド１１およびコア１２として用いる。
【００１８】
図２（ａ）に示すクラッド１１およびコア１２の鏡面研磨面が接するように配置し、クラッド１１の軟化点温度よりほぼ１０℃高い温度で３０秒間熱プレスを行う。この熱プレスの代わりに分子間結合させる直接結合でも良い。
【００１９】
次に、図２（ｂ）に示すようにコア１２の厚みがほぼ８μｍ程度になるまでコア１２の表面を光学研磨する。そして図２（ｃ）に示すようにコア１２の研磨された表面にホトレジスト１４を形成して、図２（ｄ）に示すようにマスクパターンを重ねて露光および現像してパターン化されたレジスト１４を形成する。
【００２０】
次に、図２（ｅ）に示すようにパターン化されたレジスト１４をマスクとして反応性イオンエッチングを行い、断面形状がほぼ８μｍ角のコア１２が形成される。そして図２（ｆ）に示すようにレジスト１４を除去して、図２（ｇ）に示すようにクラッド１３の軟化点温度よりほぼ１０℃高い温度でコア１２の上から３０秒間クラッド１３を熱プレスして光導波路が作製される。この上部のクラッド１３の形成においては、熱プレス以外にクラッドと同一組成のガラスをスパッタリング等を用いて形成しても良い。
【００２１】
以下、コア１２およびクラッド１１，１３に必要な条件として、両者の線膨張係数が近いことが必要である。
【００２２】
光導波路の製造工程でコア１２とクラッド１１，１３との熱プレスまたは直接接合、コア１２をパターン化する反応性イオンエッチング、クラッドを形成する熱プレスおよびスパッタリングにおいて、コア１２とクラッド１１，１３の線膨張係数が大きく異なると、両者間の界面で剥離やクラック等が発生する場合がある。
【００２３】
また、コア１２またはクラッド１１，１３のいずれか一方の軟化点温度が５００℃以下でしかも一方が６０℃以上低いことが望ましい。これは軟化点温度が低くなると、熱プレスに用いる金型の寿命が長くなる。またコア１２の上にクラッド１３を熱プレスする場合、クラッド１３の軟化点温度がコア１２の軟化点温度より６０℃以上低ければコア１２が変形せず熱プレスすることができる。
【００２４】
そして、コア１２の屈折率はクラッド１１，１３の屈折率より高くする必要がある。これはコア１２より屈折率の低いクラッド１１，１３により上下左右のコア１２の内部を伝搬する光信号を閉じ込め伝搬させるためである。
【００２５】
コア１２の屈折率としては光ファイバとの接続の容易性やコア１２の伝搬損失を考慮すると０．３％〜１．５％程度クラッド１１，１３より高く設定することが望ましい。
【００２６】
以下、コア１２およびクラッド１１，１３のガラス組成について説明する。
【００２７】
コア１２およびクラッド１１，１３のガラスにおいてＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３はガラス酸化物として働き、その量が少ない場合はガラス化せずに結晶化する。しかし多すぎるとガラスとしての軟化点温度が高くなり、溶融しない場合がある。またＳｉＯ２に対してＢ２Ｏ３の量が少ないとガラスの溶融温度が上昇し均一なガラスを作製できなくなるが、Ｂ２Ｏ３が多すぎると耐水性の劣化または分相して結晶化する。
【００２８】
Ａｌ２Ｏ３はガラスの耐水性を高め、ガラス形成し易くなるが多すぎると軟化点温度を上昇させ溶融温度が高くなるため適度な組成配分に調整する必要がある。
【００２９】
Ｋ２Ｏはガラスの屈折率と線膨張係数を大きくし、溶融温度を低くする効果を有している。しかし多すぎると耐水性が劣化する。
【００３０】
ＮａＦはガラスの軟化点温度と溶融温度を低下させ、線膨張係数を大きくするが、多すぎるとガラスの結晶化が起こり易くなると共に耐水性も劣化する。
【００３１】
ＡｌＦ３はガラスの軟化点温度を低下させ屈折率を低くする効果を有するが、多すぎるとガラスの結晶化が起こり易くなる。
【００３２】
以上の効果を考慮して組成比を最適化することにより、所定のコアおよびクラッドが作製できる。
【００３３】
以下、コア１２について検討した組成を（表１）に示す。
【００３４】
【表１】
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【００３５】
各サンプルについて線膨張係数、軟化点温度を熱膨張計（ＴＭＡ）を用いて計測し、耐水性は厚さ２ｍｍ、１０ｍｍ×１０ｍｍのブロックに成形して表面を研磨したものを温度９５℃、湿度６５％ＲＨの高温高質試験装置に２４時間投入して、表面にヤケと呼ばれるガラス成分の溶出に起因する曇りの有無により判断した。結晶化については内部を目視により評価した。
【００３６】
（表１）に示すようにコア１２については、ＳｉＯ２の含有量が５１ｍｏｌ％以下では耐水性が劣化するかあるいは結晶化が生じる。また含有量が５８ｍｏｌ％以上ではガラスを均一に溶融することが困難である。
【００３７】
Ｂ２Ｏ３の含有量が１５ｍｏｌ％以下では溶融温度が高くなり均一なガラスを得ることができない。また２０ｍｏｌ％以上ではガラスの耐水性が劣化してヤケが発生する。
【００３８】
また、ＳｉＯ２とＢ２Ｏ３の含有量が６７ｍｏｌ％以下では溶融することができなくなるか耐水性が劣化する。また７５ｍｏｌ％以上ではガラスの溶融ができなくなる。
【００３９】
Ａｌ２Ｏ３の含有量が１．５ｍｏｌ％以下ではガラス内部に結晶が生じ、４ｍｏｌ％以上では未溶解のＡｌ２Ｏ３が残存する。
【００４０】
ＡｌＦ３の含有量が１２ｍｏｌ％以上では結晶化し、Ｋ２Ｏの含有量が１０ｍｏｌ％以下ではガラスの溶融ができなくなり、２０ｍｏｌ％以上では耐水性が劣化する。
【００４１】
クラッド１１，１３について検討した組成を（表２）に示す。
【００４２】
【表２】
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【００４３】
（表２）に示すようにクラッド１１，１３については、ＳｉＯ２の含有量が４２ｍｏｌ％以下では耐水性が劣化するか結晶化する。また含有量が５８ｍｏｌ％以上ではガラスを均一に溶融することができない。
【００４４】
Ｂ２Ｏ３の含有量が１８ｍｏｌ％以下では溶融温度が高くなり均一なガラスを得ることができない。また３５ｍｏｌ％以上ではガラスの耐水性が劣化してヤケが発生する。
【００４５】
また、ＳｉＯ２とＢ２Ｏ３の含有量の合計が６８ｍｏｌ％以下では耐水性が劣化する。また８２ｍｏｌ％以上ではガラスの溶融ができなくなる。
【００４６】
ＮａＦとＫ２Ｏの含有量が１５ｍｏｌ％以下では溶融ができなくなり、また両者の含有量の合計が２６ｍｏｌ％では耐水性が劣化する。さらに同時にＮａＦの含有量が８ｍｏｌ％〜２０ｍｏｌ％、かつＫ２Ｏの含有量が４ｍｏｌ％〜１０ｍｏｌ％の範囲にしない場合は耐水性が劣化する。またＡｌＦ３の含有量が１０ｍｏｌ％以上では結晶化する。
【００４７】
（表３）〜（表６）は（表１）、（表２）から抽出したコア１２およびクラッド１１，１３のサンプルを組み合わせて、熱プレス、直接接合、スパッタリング等を用いて作製したサンプルの界面についての評価結果を示す。
【００４８】
【表３】
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【００４９】
【表４】
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【００５０】
【表５】
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【００５１】
【表６】
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【００５２】
コア１２とクラッド１１，１３の熱膨張率差が９×１０−７Ｋ−１以上になると、コア１２とクラッド１１，１３を熱プレスまたは直接接合した後で界面またはコア１２およびクラッド１１，１３の内部にクラックが生じ易くなっている。またコア１２とクラッド１１，１３の軟化点温度の差が６０℃以下では熱プレスをするとコア１２が変形する場合がある。
【００５３】
【発明の効果】
以上のように本発明は、クラッドと、このクラッド上に形成するコアと、このコアを覆うように形成するクラッドからなり、ガラス材料からなるコアとクラッドとの軟化点温度の差を６０℃以上として、前記クラッドの軟化点温度を５００℃以下とした光導波路であり、コアの変形が抑制できると共にプレス金型の長寿命化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光導波路の断面図
【図２】（ａ）〜（ｇ）本発明の光導波路の断面を用いた製造工程図
【図３】従来の光導波路の断面図
【符号の説明】
１１  クラッド
１２  コア
１３  クラッド
１４  レジスト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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