(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
屈折率がｎbのコア層とその外側に設けられた該コア層よりも低い屈折率ｎcのクラッド層とを有し、
前記コア層は、その中心部に前記屈折率ｎbよりも０．２％から１％高くした高屈折率化領域を有し、前記コア層の屈折率分布を２段構造としたものであり、
前記高屈折率化領域は、１０００フェムト秒以下５０フェムト秒以上のパルス幅の超短パルスレーザービームがそのビームスポット径を３μｍ以下に集光して照射されて形成されたものであり、
前記コア層に、希土類元素が添加されており、
前記クラッド層、コア層、高屈折率化領域からなる光導波路がシングルモード伝送用であることを特徴とする光導波路。
【請求項２】
前記コア層の材質が、高屈折率添加物を含んだＳｉＯ2ガラス、あるいはポリシラン化合物からなるポリマであることを特徴とする請求項１に記載の光導波路。
【請求項３】
屈折率がｎbのコア層とその外側に設けられた該コア層よりも低い屈折率ｎcのクラッド層とを有する光導波路基板を準備し、
前記コア層の中心部に１０００フェムト秒以下５０フェムト秒以上のパルス幅の超短パルスレーザービームを、前記コア層を２５０℃よりも高い温度に加熱しながら、そのビームスポット径を３μｍ以下に集光して照射しつつ、前記超短パルスレーザービームを光伝搬方向に沿って移動して、前記コア層の中心部に前記屈折率ｎbよりも０．２％から１％高くした高屈折率化領域を形成し、
前記クラッド層、コア層、高屈折率化領域からなる光導波路がシングルモード伝送用であることを特徴とする光導波路の製造方法。
【請求項４】
前記光導波路基板は、基板上に前記コア層となるコア膜を形成する工程、
該コア膜を略矩形状の前記コア層に加工する工程、
該コア層を覆うように前記クラッド層を形成する工程により製造されたものであることを特徴とする請求項３に記載の光導波路の製造方法。
【請求項５】
基板上に屈折率がｎbのコア層となるコア膜を形成し、
該コア膜の中心部に１０００フェムト秒以下５０フェムト秒以上のパルス幅の超短パルスレーザービームを、前記コア膜を２５０℃よりも高い温度に加熱しながら、そのビームスポット径を３μｍ以下に集光して照射しつつ、前記超短パルスレーザービームを光伝搬方向に沿って移動して、前記コア膜の中心部に前記屈折率ｎbよりも０．２％から１％高くした高屈折率化領域を形成し、
前記コア膜を略矩形状の前記コア層に加工し、
該コア層を覆うように該コア層の屈折率ｎbよりも低い屈折率ｎcのクラッド層を形成し、
前記クラッド層、コア層、高屈折率化領域からなる光導波路がシングルモード伝送用であることを特徴とする光導波路の製造方法。
【請求項６】
前記超短パルスレーザーの波長が、２５０nmから１６００nmの範囲から選ばれることを特徴とする請求項３乃至請求項５のいずれかに記載の光導波路の製造方法。
【請求項７】
前記コア層又は前記コア膜の内部への前記超短パルスレーザーの照射が、２回以上繰り返されることを特徴とする請求項３乃至請求項６のいずれかに記載の光導波路の製造方法。
【請求項８】
前記コア層又は前記コア膜内にその入力端から信号光を入力し、出力端で前記信号光を取り出してモニタしつつ前記超短パルスレーザーを照射し、前記モニタ光に応じて前記超短パルスレーザーの照射エネルギーを調節することを特徴とする請求項３乃至請求項７のいずれかに記載の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、高屈折率のコア層内に超短パルスレーザービームを照射することにより、コア層内の屈折率をさらに高めた高屈折率領域を形成することにより、コア層内への光信号の閉じ込めを良くすると共に、コア層側面の荒れによる散乱損失を大幅に低減するようにした光導波路及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ガラス板の表面、あるいはその内部にフェムト秒パルスレーザービームを集光、照射させることにより、その照射された微小領域の屈折率を高め、その高屈折率領域をガラス板のＸ，Ｙ，あるいはＺ方向に連続的に形成する事によって光の伝搬する導波路を実現する方法が提案されている。上記ガラス板として、合成石英ガラス、フッ化物ガラス、光学ガラス等が用いられ、シングルモード伝送用の導波路の作成が試みられている。
【０００３】
また、従来から低屈折率層内に略矩形状の高屈折率のコア層を埋め込んだ埋め込み導波路が開発され実用に供されている。この埋め込み型導波路のコア層として、ガラス、あるいはポリマ材料が用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の導波路には次のような課題が残されている。
（１）従来の埋め込みガラス導波路は実用化されているが、まだ損失が大きい、という課題が有る。すなわち、略矩形状のコア層をフォトリソグラフィ、エッチングプロセスによって作成しているので、そのコア層の側面荒れに伴う散乱損失が大きい。
（２）ポリマ材料を用いた導波路はポリマ材料自身の損失が大きいために、ガラス導波路よりもさらに損失が大きい。また耐熱性にすぐれた低損失ポリマ導波路はまだ実現していない。
（３）上記埋め込み導波路はコア層とその周囲の低屈折率層との比屈折率差Δを大きくしていくと、損失が増大する。たとえば、ガラス導波路の場合、Δが０．３％程度では０．０１dB／cmが得られているが、Δを２％にすると、損失は増大し、０．１dB／cmになっている。この損失増大は、コア層側面の荒れに依存するものがΔを大きくするほど顕著になるためである。また、Δを上記よりもさらに大きくすることが難しい。なぜならば、コア層内に屈折率制御用添加物をたくさん添加して屈折率を高くしていくと、上記コア層と基板や低屈折率層等との熱膨張係数のミスマッチングが大きくなり、基板の反りが発生して導波路パターン精度が大幅に劣化してしまうからである。
（４）ガラス板の表面、あるいはその内部にフェムト秒パルスレーザービームを集光、照射させることにより作成した導波路はΔを大きくすることが難しく、現状では０．３％程度である。このようにΔが小さいと、導波路の小型化が難しい。また損失も現状では低くすることが難しい。
【０００５】
そこで、本発明の目的は前記した従来技術の問題点を解決し、コア層とクラッド層との比屈折率差Δが大きいにもかかわらず、コア層側面の荒れに依存する光損失が小さい新しい構造の光導波路及びその製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明の光導波路は、屈折率がｎbのコア層とその外側に設けられた該コア層よりも低い屈折率ｎcのクラッド層とを有し、前記コア層は、その中心部に前記屈折率ｎbよりも０．２％から１％高くした高屈折率化領域を有し、前記コア層の屈折率分布を２段構造としたものであり、前記高屈折率化領域は、１０００フェムト秒以下５０フェムト秒以上のパルス幅の超短パルスレーザービームがそのビームスポット径を３μｍ以下に集光して照射されて形成されたものであり、前記コア層に、希土類元素が添加されており、前記クラッド層、コア層、高屈折率化領域からなる光導波路がシングルモード伝送用であることを特徴とするものである。
【０００７】
また、上記コア層の材質は、Ｔｉ，Ｇｅ，Ｐ，Ａｌ，Ｓｎ，Ｔａ等の高屈折率添加物を含んだＳｉＯ2ガラス、あるいはポリシラン化合物からなるポリマであることが好ましい。
【０００８】
本発明の光導波路の製造方法は、屈折率がｎbのコア層とその外側に設けられた該コア層よりも低い屈折率ｎcのクラッド層とを有する光導波路基板を準備し、前記コア層の中心部に１０００フェムト秒以下５０フェムト秒以上のパルス幅の超短パルスレーザービームを、前記コア層を２５０℃よりも高い温度に加熱しながら、そのビームスポット径を３μｍ以下に集光して照射しつつ、前記超短パルスレーザービームを光伝搬方向に沿って移動して、前記コア層の中心部に前記屈折率ｎbよりも０．２％から１％高くした高屈折率化領域を形成し、前記クラッド層、コア層、高屈折率化領域からなる光導波路がシングルモード伝送用であることを特徴とする。
この場合、前記光導波路基板は、基板上に前記コア層となるコア膜を形成する工程、該コア膜を略矩形状の前記コア層に加工する工程、該コア層を覆うように前記クラッド層を形成する工程により製造されたものを用いることができる。
【０００９】
また、本発明の光導波路の製造方法は、基板上に屈折率がｎbのコア層となるコア膜を形成し、該コア膜の中心部に１０００フェムト秒以下５０フェムト秒以上のパルス幅の超短パルスレーザービームを、前記コア膜を２５０℃よりも高い温度に加熱しながら、そのビームスポット径を３μｍ以下に集光して照射しつつ、前記超短パルスレーザービームを光伝搬方向に沿って移動して、前記コア膜の中心部に前記屈折率ｎbよりも０．２％から１％高くした高屈折率化領域を形成し、前記コア膜を略矩形状の前記コア層に加工し、該コア層を覆うように該コア層の屈折率ｎbよりも低い屈折率ｎcのクラッド層を形成し、前記クラッド層、コア層、高屈折率化領域からなる光導波路がシングルモード伝送用であることを特徴とする。
【００１０】
また、上記超短パルスレーザーの波長は、２５０nmから１６００nmの範囲から選ばれることが望ましい。
【００１１】
また、上記コア層又は上記コア膜の内部への上記超短パルスレーザーの照射は、２回以上繰り返されてもよい。
【００１２】
また、上記コア層又は上記コア膜内にその入力端から信号光を入力し、出力端で上記信号光を取り出してモニタしつつ上記超短パルスレーザーを照射し、上記モニタ光に応じて上記超短パルスレーザーの照射エネルギーを調節することが望ましい。
【００１３】
【発明の実施の態様】
本発明は、１）例えば、コア層がガラス材料、あるいはポリマ材料からなる埋め込み型導波路の損失を大幅に低減することができる導波路構造、２）コア層とクラッド層との比屈折率差Δが大きい導波路、及び３）コア層内への光閉じ込めの良い導波路構造を実現することを狙いとして創出されたものである。
【００１４】
上記３つの従来にはない効果は、低屈折率層内に添加物を含んだ略矩形状の高屈折率のコア層の埋め込まれた導波路の該コア層の厚み及び幅方向の中心部に、パルス幅が１０００ｆｓ（フェムト秒）以下の超短パルスレーザービームをそのビームスポット径をコア層の断面積よりも十分に小さい面積の領域にしぼって集光して照射し、該コア層内の中心近傍の屈折率を高くすることによって得ることができる。なお、コア層全体をカバーするように照射すると、コア層の屈折率が全体的に高くなり、コア層側面の荒れが一層強調されて散乱損失がさらに大きくなるので好ましくない。
【００１５】
上記レーザービームを照射された領域のコア層の屈折率ｎaと照射されなかった領域のコア層の屈折率ｎbとの比屈折率差Δを０．２％よりも高くなるように整形することにより、照射されたコア層中心部の屈折率ｎaと低屈折率層の屈折率ｎcとの比屈折率差Δaは、照射前のコア層の屈折率ｎbと低屈折率層の屈折率ｎcとの比屈折率差Δbに比して大幅に大きくすることができる。
【００１６】
また、上記コア層の中心部領域の屈折率を超短パルスレーザービーム照射による光学的方法で高くすることにより、従来のフォトリソグラフィ、エッチングプロセスで形成したコア層側面の荒れに比して上記高屈折率領域の側面部の荒れは小さく、且つΔaが大きいので、光信号はコア層中心部の高屈折率領域に強く閉じ込められ、それにより、その領域での散乱損失を小さくすることができる。また、この高屈折率領域への光の閉じ込めが一層強くなることから、コア層周辺部のフォトリソグラフィ、ドライエッチング工程で作成した側面部での荒れによる散乱損失は支配的でなくなる。
【００１７】
本発明に用いるガラス、あるいはポリマ材料からなる埋め込み導波路のコア層用材料については下記に示すようなものを用いることができる。
【００１８】
まず、ガラス材料としては、ＳｉＯ2にＴｉ，Ｇｅ，Ｐ，Ａｌ，Ｓｎ，Ｔａ等の高屈折率添加物を少なくとも１種類添加したものを用いることができる。これらの添加物を含んだＳｉＯ2コア層はレーザービーム照射で緻密化されやすい状態になるように、予め成膜されていることが好ましい。たとえば、上記コア層の成膜温度、アニール温度は低い方が好ましい。また上記添加物には−Ｓｉ−Ｓｉ−結合系に結合しにくい添加物、たとえば、Ｔｉが好ましい。また上記結合系と結合しにくい成膜方法、低温成膜、低温アニールが好ましい。また上記ガラス中に希土類元素が少なくとも１種添加されていてもよい。希土類元素としては、Ｅｒ，Ｎｄ，Ｔｍ，Ｓｍ，Ｙｂ，Ｐｒ等である。このような希土類元素を共添加することにより、光増幅器用や光発信器用導波路を実現することができる。
【００１９】
次に、ポリマ材料としては、ポリシラン化合物にシリコーン化合物、あるいはシリコーン化合物と光酸発生剤を添加したもの等を用いることができる。
【００２０】
本発明においては、上記の超短パルスレーザービームを用いているので、照射されたガラス層、あるいはポリマ層は熱的なダメージを受けることなく、瞬間的に高い光強度を持ちながら平均強度が低いので、短時間で集光部分（コア層中心部）の狭い領域で屈折率変化を生じさせることができる。すなわち、短時間でコア層内部を更に高屈折率に変質させることが可能となる。なお、上記屈折率変化を起こさせる度合いは超短パルスレーザービームのパワー、被加工物（光導波路）と超短パルスレーザービームの相対的移動速度を調節することにより制御することができる。また同じ領域か少しずらした領域に超短パルスレーザービームを複数回照射するようにしてもよい。
【００２１】
また、光回路の光学特性のチェックを行ないながら超短パルスレーザービームを照射するようにしてもよい。すなわち、導波路のコア層内に光信号を入力させ、その出力側から光信号を検出しながらのインラインでモニタしつつ超短パルスレーザービーム照射量を調節するようにすることにより、種々の光回路パターンを形成した導波路型光回路の光学特性のチェック以外に、上記光回路のトリミングによる光学特性の改善も可能となる。
【００２２】
上記超短パルスレーザービームとして、波長は２５０nmから１６００nmの範囲から選び、パルス幅として、千ｆｓから数十ｆｓの範囲を選び、パルスの繰り返し周波数を１０Ｈｚから２００ｋＨｚの範囲から選ぶ。平均出力は数十ｍｗから数百ｍｗの範囲から選ぶのが好ましい。コア層がポリマ層の場合には、上記超短パルスレーザービームの波長は、上記ポリマ層の紫外線吸収波長から外れた波長域、可視及び近赤外域から選ぶのが好ましい。このようにコア層の中心部の屈折率を高くすることは、その領域、すなわち、光伝搬層内への光の閉じ込めを一層良好にすることができる。
【００２３】
またコア層にポリシラン化合物からなるポリマ材料を用いた場合には、上記超短パルスレーザービームを照射することにより、光伝搬層層内の有機物が取り除かれて無機化され、且つ高密度で光散乱中心の少ない光伝搬層層へ改質することができる。
【００２４】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図示した図面に基づいて詳細に説明する。
【００２５】
図１に本発明の光導波路の第１の実施例を示す。同図(a)は側面図、同図(b)は(a)のＢ−Ｂ線断面内屈折率分布、同図(c)は(a)のＡ−Ａ線断面内屈折率分布を示したものである。これは、基板１の上に形成された低屈折率層（クラッド層）２（屈折率ｎc）内に略矩形状の高屈折率のコア層３（屈折率ｎb）が埋め込まれた構造である。そして上記コア層３内の中心部には所望径Ｄ（３μｍ以下）の超短パルスレーザービームが照射されて屈折率が高くなった高屈折率領域４（屈折率ｎa）を有している。
【００２６】
ｎbとｎcとの比屈折率差Δｂは通常の方法では、低屈折率層２、コア層３の形成プロセス及び熱処理プロセスで生じる基板１の反りを考慮に入れると、２％程度が上限である。ところが、本発明の構成では、コア層３の中心部に超短パルスレーザービームを照射することにより、その照射された領域の屈折率を０．２％から１％程度高くすることができる。
【００２７】
この高屈折率化は上記レーザービームのエネルギーで制御することができる。たとえば、レーザーパワー、基板の移動速度、複数回の繰り返し照射等である。すなわち、コア層３の中心部の屈折率をｎbからｎaに高くすることができる。これにより、低屈折率層２と上記コア層中心部の高屈折率領域４との比屈折率差Δaを２．２％以上、３％程度にまで高くすることができる。その結果、この構造を用いた導波路型光回路を大幅に小型化することができる。
【００２８】
またコア層３の中心部の高屈折率領域４の側面部はレーザービーム照射により、滑らかな側面を形成し、散乱損失の低い導波路構造にすることができる。また高屈折率領域４への光の閉込め効果が増し、より低散乱損失で伝搬させることができる。またレーザービーム照射により、高屈折率領域４はより緻密な層になるので、吸収損失も低減させることができる。
【００２９】
図２は本発明の光導波路の第２の実施例を示したものである。同図(a)は側面図、同図(b)は(a)のＣ−Ｃ線断面内屈折率分布、同図(c)は(a)のＤ−Ｄ線断面内屈折率分布を示したものである。これは、基板１とコア層３、低屈折率層２との間に低屈折率nl（nl<nc）のバッファ層５を設けた構造である。このバッファ層５を設けることにより、コア層４内への光の閉じ込めを一層強くすることができる。
【００３０】
図３は本発明の光導波路の第３の実施例を示したものである。同図(a)は側面図、同図(b)は(a)のＥ−Ｅ線断面内屈折率分布、同図(c)は(a)のＦ−Ｆ線断面内屈折率分布を示したものである。これは、コア層３の中心部４内に超短パルスレーザービームを細径ビームスポット径（１μｍ以下）に集光して少しずつずらして照射したものである。上記複数回の照射は同じ領域を照射するか、少しずつずらして照射するようにしても良い。
【００３１】
図４は本発明の光導波路の第４の実施例を示したものである。同図(a)は側面図、同図(b)は(a)のＧ−Ｇ線断面内のコア層パターン図、同図(c)は(a)のＧ−Ｇ線断面内屈折率分布を示したものである。これは、光方向性結合器の実施例を示したものである。すなわち、２つのコア層３−１，３−２を所望の結合長ｌにわたって所望の間隔Ｓで平行結合させることにより、矢印７−１のごとく入射した光信号を矢印７−２，７−３のごとく光信号を等分配する回路である。そして、上記コア層３−１，３−２の中心部に超短パルスレーザービームを照射することにより、屈折率をｎbからｎaへ高屈折率化したものである。
【００３２】
図５は光方向性結合器のコアとクラッドとの比屈折率差を変化させたときの、コア間距離と完全結合長との関係を示す説明図である。上記のように、コア層の中心部を高屈折率化すると、完全結合長Ｌは短くなるため、結合長ｌをより短くすることができ、光回路の小型化を図ることができる。
【００３３】
図６に本発明の光導波路の製造方法の実施例を示す。これは、図２に示す光導波路の製造方法の工程を示したものである。まず(a)に示すように、基板１上に低屈折率層５、コア層３を順次成膜する。ついで(b)に示すように、上記コア層３を略矩形状に加工するプロセスを行なう。すなわち、コア層上にメタルマスク用のＷＳｉ膜をスパッタリング法で成膜する。そのＷＳｉ膜の上にフォトレジスト膜を塗布し、そのフォトレジスト膜上にフォトマスクを置いて紫外線照射により上記フォトマスクパターンをフォトレジスト膜上に転写する。ついで、焼き付け、現像処理により、フォトレジストパターンを得る。このフォトレジストパターンをマスクにして上記ＷＳｉ膜をドライエッチングする。その後、上記ＷＳｉパターンをマスクにして上記コア層をドライエッチングして略矩形状コアパターンを得る。次に(c)に示すように、上記略矩形状コアパターンを覆うように低屈折率の上部クラッド層２を形成する。ここまでは従来の導波路の製造方法である。その後に(d)に示すように、コア層中心部へコア層パターンに沿って超短パルスレーザービームを集光、照射することにより、コア層中心部の高屈折率化を行なう。以上の様にして、(e)に示すように、本発明の光導波路を実現することができる。
【００３４】
なお、図６において、コア層中心部へコア層パターンに沿って超短パルスレーザービームを集光して照射することにより、コア層中心部の高屈折率化を行なう工程をコア層をドライエッチングして略矩形状コアパターンを得た後に行なうようにしてもよい。このようにすると、レーザービーム照射時の雰囲気を制御することができるので、酸化性ガス雰囲気か不活性ガス雰囲気かによって添加物の価数を調製したり、フッ素化雰囲気で行なうことにより、脱ＯＨ基化させることもできる。またコア層内に含まれている不純物（たとえば、有機物）を除去することもできる。
【００３５】
なお、上記した各実施例において、基板１には、ガラス、セラミックス、プラスチック、半導体、強誘電体、ガラスとプラスチックの複合材、さらには上記材料の組み合わせ材料等を用いることができる。
【００３６】
低屈折率層２には、ＳｉＯ2, ＳｉＯ2にＧｅ，Ｐ，Ｔｉ，Ｂ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｔａ、Ｆ等の屈折率制御用ドーパントを少なくとも一種添加したもの、ポリマ層、有機と無機の複合層等を用いることができる。
【００３７】
ポリシラン化合物からなるポリマ層３については、ポリシラン化合物にシリコーン化合物、あるいはシリコーン化合物と光酸発生剤を添加したもの等を用いる。
【００３８】
ここで、まず本発明に適用できるポリシラン化合物について述べる。本発明のコア層に適用できるポリシラン化合物としては、直鎖型及び分岐型のポリシラン化合物を挙げることができる。分岐型と直鎖型は、ポリシラン中に含まれるＳｉ原子の結合状態によって区別される。すなわち、分岐型ポリシランとは、隣接するＳｉ原子と結合している数（結合数）が、３または４であるＳｉ原子を含むポリシランである。これに対して、直鎖型のポリシランは、Ｓｉ原子の、隣接するＳｉ原子との結合数は２である。通常、Ｓｉ原子以外に、炭化水素基、アルコキシ基または水素原子と結合している。このような炭化水素基としては、炭素数１〜１０のハロゲンで置換されていてもよい脂肪族炭化水素基、炭素数６１〜１４の芳香族炭化水素基が好ましい。脂肪族炭化水素基の具体例として、メチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基、オクチル基、デシル基、トリフルオロプロピル基及びノナフルオロヘキシル基等の鎖状のもの、及びシクロヘキシル基、メチルシクロヘキシル基のような脂環式のもの等が挙げられる。また芳香族炭化水素基の具体例としては、フェニル基、ｐ−トリル基、ビフェニル基及びアントラシル基等が挙げられる。アルコキシ基としては、炭素数１〜８のものが挙げられる。具体例としては、メトキシ基、エトキシ基、フェノキシ基、オクチルオキシ基等が挙げられる。合成の容易さを考慮すると、これらの中でメチル基及びフェニル基が特に好ましい。
【００３９】
分岐型ポリシランの場合には、隣接するＳｉ原子との結合数が３または４であるＳｉ原子は、分岐型ポリシラン中の全体のＳｉ原子数の２％以上であることがより好ましい。２％未満のものや直鎖型のポリシランは結晶性が高く、膜中で微結晶が生成し易いことにより光散乱の原因となり、光透明性が低下し易い。
【００４０】
上記したポリシラン化合物は、ハロゲン化シラン化合物をナトリウムのようなアルカリ金属の存在下、ｎ−デカンやトルエンのような有機溶媒中において８０℃以上に加熱することによる重縮合反応によって製造することができる。また電解重合法や、金属マグネシウムと金属塩化物を用いた方法でも合成可能である。
【００４１】
分岐型ポリシランの場合には、オルガノトリハロシラン化合物、テトラハロシラン化合物、及びジオルガノジハロシラン化合物からなり、オルガノトリハロシラン化合物及びテトラハロシラン化合物が全体量の２モル％以上であるハロシラン混合物を加熱して重縮合することにより、目的とする分岐型ポリシランが得られる。ここで、オルガノトリハロシラン化合物は、隣接するＳｉ原子との結合数が３であるＳｉ原子源となり、一方のテトラハロシラン化合物は、隣接するＳｉ原子との結合数が４であるＳｉ原子源となる。なお、ネットワーク構造の確認は、紫外線吸収スペクトルや珪素の核磁気共鳴スペクトルの測定により確認することができる。
【００４２】
ポリシラン化合物の原料として用いられるオルガノトリハロシラン化合物、テトラハロシラン化合物、及びジオルガノジハロシラン化合物がそれぞれ有するハロゲン原子は、塩素原子であることが好ましい。オルガノトリハロシラン化合物及びジオルガノハロシラン化合物が有するハロゲン原子以外の置換基としては、上記炭化水素基、アルコキシ基または水素原子が挙げられる。
【００４３】
次に本発明のポリシラン化合物に添加するシリコーン化合物としては、図７に示されるものを用いることが望ましい。ただし、式中、R1からR12は、炭素数１〜１０のハロゲンまたはグリシジルオキシ基で置換されていてもよい脂肪族炭化水素基、炭素数６〜１２の芳香族炭化水素基、炭素数１〜８のアルコキシ基からなる群から選択される基であり、同一でも異なっていてもよい。
【００４４】
図７中、ａ、ｂ、ｃ及びｄは０を含む整数であり、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ≧１を満たすものである。このシリコーン化合物が有する脂肪族炭化水素基の具体例として、メチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基、オクチル基、デシル基、トリフルオロプロピル基、グリシジルオキシプロピル基等のような脂環式のものが挙げられる。
【００４５】
またアルコキシ基の具体例としては、メトキシ基、エトキシ基、フェノキシ基、オクチルオキシ基、ｔｅｒ−ブトキシ基等が挙げられる。
【００４６】
上記のＲ１からＲ１２の種類及びａ、ｂ、ｃ、ｄの値は特に重要ではなく、ポリシラン及び有機溶媒と相溶し、膜が透明なものであれば特に限定されない。相溶性を考慮した場合には、使用するポリシランが有する炭化水素基と同じ基を有していることが好ましい。例えば、ポリシランとして、フェニルメチル系のものを使用する場合には、同じフェニルメチル系またはジフェニル系のシリコーン化合物を使用することが好ましい。またＲ１からＲ１２のうち、少なくとも２つが炭素数１〜８のアルコキシ系であるような、１分子中にアルコキシ基を２つ以上有するシリコーン化合物は、架橋材として利用可能である。そのようなものとしては、アルコキシ基を１５から３５重量％含んだメチルフェニルメトキシシリコーンやフェニルメトキシシリコーン等を挙げることができる。分子量としては、１００００以下、好ましくは３０００以下のものが好適である。
【００４７】
なお、膜中のＣＨ基やＯＨ基による光吸収を低減するために、ポリシラン化合物やシリコーン化合物に重水素化、あるいは一部または全てがハロゲン化、特にフッ素化したものを用いれば、上記吸収基による光損失を大幅に低減することができる。これにより、波長依存性の少ない低光損失のポリマ膜を実現可能となり、高性能導波路型光部品及び光デバイス用として幅広い範囲に用途を拡大することが可能となる。
【００４８】
またシリコーン化合物に架橋性、あるいはアルコキシ基からなるものを用いることによって分岐型ポリシラン化合物の中に均一に添加することができ、しかもトルエンのような有機溶媒中に容易に可溶してナノメータレベルの超微粒子状溶液となり、上記ポリマ溶液を用いることによって光散乱中心のない均一な構造体や膜を形成することができる。
【００４９】
次に上記低屈折率層２上へのポリマ層の成膜方法について説明する。上記ポリマ化合物を有機溶媒に溶かしてポリマ溶液とし、その溶液を上記低屈折率層２上へスピンコーテイング法、押し出しコーテイング法などで塗布する。ついで８０℃から１５０℃の温度範囲で２０分から４０分程度プリベークする。その後に２００℃から３００℃の温度範囲で２０分から６０分程度のポストベークを行ない、ポリマ層とする。なお、上記プリベーク及びポストベークはプログラム式温度制御型電気炉内で昇温、定温保持、昇温、定温保持、降温工程を連続的に行なうようにしても良い。
【００５０】
ここで、本実施例に用いる有機溶媒としては、炭素数５〜１２の炭化水素系、ハロゲン化炭化水素系及びエーテル系等が挙げられる。炭化水素の例としては、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、シクロヘキサン、ｎ−デカン、ｎ−ドデカン、ベンゼン、トルエン、キシレン、メトキシベンゼン等を用いることができる。ハロゲン化炭化水素系の例としては、四塩化炭素、クロロホルム、１，２−ジクロロエタン、ジクロロメタン、クロロベンゼン等を用いることができる。エーテル系の例としては、ジエチルエーテル、ジブチルエーテル、テトラハイドロフラン等を用いることができる。
【００５１】
また低屈折率層２及び上部クラッド層８については以下のような材料を用いて構成しても良い。すなわち、分岐度が２０％の分岐状ポリメチルフェニルシラン化合物にシリコーン化合物を５０ｗｔ％添加したポリマを有機溶媒トルエンに溶かしてフォトブリーチング用ポリマ溶液を作成し、この溶液に予め紫外線（１５０ｗ水銀キセノンランプからの光を直径２０mmのイメージファイババンドル内を伝搬させて出力させた光を約１０cm離して照射、その出力は約１２００ｍｗ／cm2）を１３５分照射することによって屈折率を低下（波長６３２．８nmにおける屈折率を紫外線照射前には１．６４５から１．６２に低下）させ、この溶液を基板１上に塗布し、１５０℃、２０分のプリベークの後に、２００℃、２０分のポストベークを行なって低屈折率層２用のポリマ層とする方法である。上部クラッド層８も同様の方法で形成することができる。
【００５２】
本発明は上記実施例に限定されない。たとえば、上記シリコーン化合物を添加したポリシラン化合物に光酸発生剤（融点１９２℃、最大吸収波長７７nmのパラメトキシスチルトリアジン）を２％から５％添加したポリマ層を用いてもよい。この場合には導波路損失は多少増加傾向にあったが、紫外線レーザービーム照射による低屈折率変化領域のパターンの深さ方向の均一性が一層良くなり、より寸法精度の良い矩形状コア層を実現することができた。上記光酸発生剤としては、トリアジン系のものが良いことが分かった。
【００５３】
上部クラッド層の上には紫外線カット層を設けて長期的にコア層５の屈折率が変化しない様にしてもよい。
【００５４】
本発明のコア層に用いるポリマ材料のポリシラン化合物、シリコーン化合物、トリアジン系化合物、光酸発生剤等は種々のものを適用することができる。例えば、ポリシラン化合物には分岐度が２％以上の分岐状ポリシラン化合物が光透明度の点から好ましい。光酸発生剤にはトリアジン系が好ましく、その中でも長波長での光透明度の高いもの、融点の高いものが好ましい。シリコーン化合物も光透明度の高いもの、融点の高いものなどが好ましい。
【００５５】
上記超短パルスレーザービームとして、波長は２５０nmから１６００nmの範囲（好ましくは８００nmの波長）から選び、パルス幅として、数千ｆｓから数十ｆｓの範囲から選び、パルスの繰り返しを１０Ｈｚから２００ｋＨｚの範囲から選ぶ。平均出力は数十ｍｗから数百ｍｗの範囲から選ぶのが好ましい。このようにコア層の中心部の屈折率を高くすることはコア層内への光の閉じ込めを一層強くし、且つ、上記超短パルスレーザービーム照射でコア層内の有機物が一層取り除かれて無機化され、且つ高密度で光散乱中心の少ない高均質なコア層へ改質することができる。なお、上記超短パルスレーザービームのパルス幅を狭くすればするほどそのパルス幅内のエネルギーは非常に高くなり、熱的なダメージを全く受けないで高屈折率化を実現することができる。また上記超短パルスレーザービームの照射は基板を少なくとも２５０℃よりも高い温度で加熱しながら行なうようにすることが望ましい。このようにすると、より低損失なコア層に改質させることができる。
【００５６】
【発明の効果】
以上のように、本発明は以下に示すような効果を奏することができる。
（１）コア層がガラス材料、あるいはポリマ材料からなる埋め込み型導波路の損失を大幅に低減することができる。
（２）コア層（高屈折率化領域）とクラッド層との比屈折率差Δが２％以上の高Δ導波路を実現することができる。
（３）コア層内への光閉じ込めの良い導波路構造を実現することができる。
（４）上記３つの従来にない効果は、低屈折率層内に添加物を含んだ略矩形状の高屈折率コア層の埋め込まれた導波路の該コア層の厚み及び幅方向の中心部に、パルス幅が１０００ｆｓ以下の超短パルスレーザービームをそのビームスポット径をコア層の断面積よりも十分に小さい面積の領域にしぼって集光、照射し、該コア層内の中心近傍の屈折率のみを高くすることによって得ることができる。なお、コア層全体をカバーするように照射すると、コア層の屈折率が全体的に高くなり、コア層側面の荒れに依存した散乱損失が一層大きくなるので、好ましくない。上記レーザービームを照射された領域のコア層の屈折率ｎaと照射されなかった領域のコア層の屈折率ｎbとの比屈折率差Δを０．２％よりも高くなるように整形することにより、照射されたコア層中心部の屈折率ｎaと低屈折率層の屈折率ｎcとの比屈折率差Δaは、照射前のコア層の屈折率ｎbと低屈折率層の屈折率ｎcとの比屈折率差Δbに比して大幅に大きくすることができる。
（５）上記コア層の中心部領域の屈折率を超短パルスレーザービーム照射による光学的方法で高くしてもその高屈折率領域の側面部の荒れは小さく、従来のフォトリソグラフィ、エッチングプロセスで形成したコア層側面の荒れに比してはるかに小さいので、この領域での散乱損失を小さくすることができる。また上記高Δaにより、この高屈折率領域への光の閉じ込めが一層強くなり、逆にフォトリソグラフィ、エッチングプロセスで形成したコア層側面近傍の光強度は弱まり、その側面荒れ部での散乱損失も極めて小さくなる。なお、本発明に用いるガラス材料としては、ＳｉＯ2にＴｉ，Ｇｅ，Ｐ，Ａｌ，Ｓｎ，Ｔａ等の高屈折率添加物を少なくとも１種類添加したものを用いるが、これらの添加物を含んだＳｉＯ2コア層はレーザービーム照射で緻密化されやすい状態になるように、予め成膜されていることが好ましい。たとえば、上記コア層の成膜温度、アニール温度は低い方が好ましい。また―Ｓｉ−Ｓｉ―結合系に結合しにくい添加物、たとえば、Ｔｉ添加物を用いるのがよい。また上記添加物が上記系に結合しにくい成膜方法が好ましい。またＥｒ，Ｎｄ，Ｔｍ，Ｓｍ，Ｙｂ，Ｐｒ等の希土類元素を共添加することにより、高効率な光増幅や光発振用導波路を構成することができる。
（６）ポリマ材料として、ポリシラン化合物にシリコーン化合物、あるいはシリコーン化合物と光酸発生剤を共添加したもの等を用いることにより、低コストな光回路を実現することができる。またコア層にポリシラン化合物からなるポリマ材料を用いた場合には、上記超短パルスレーザービーム照射で光伝搬層層内の有機物が取り除かれて無機化され、且つ高密度で光散乱中心の少ない光伝搬層層へ改質することができる。
（７）超短パルスレーザービームを用いているので、照射されたガラス層、あるいはポリマ層の熱的なダメージを受けることなく、瞬間的に高い光強度を持ちながら平均強度が低いので、短時間でコア層中心部の狭い領域の屈折率変化を生じさせることができる。すなわち、短時間で高屈折率のコア層に変質させることが可能となる。なお、上記屈折率変化を起こさせる度合いはレーザービームのパワー、被加工物（光導波路）と超短パルスレーザービームとの相対的移動速度を調節することにより制御することができる。また同じ領域に超短パルスレーザービームを複数回照射するようにして高屈折率化することも容易にできる。
（８）光回路の光学特性のチェックを行ないながら超短パルスレーザービーム照射をすることができる。すなわち、導波路のコア層（或いはコア膜）内に光信号を入力させ、その出力側から光信号を検出しながらのインラインでモニタしつつ超短パルスレーザービーム照射量を調節することが出来るので、光回路の光学特性のチェック以外に、その回路のトリミングによる光学特性の改善も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の光導波路の第１実施例を示す説明図である。
【図２】  本発明の光導波路の第２実施例を示す説明図である。
【図３】  本発明の光導波路の第３実施例を示す説明図である。
【図４】  本発明の光導波路の第４実施例を示す説明図である。
【図５】  光方向性結合器のコアとクラッドとの比屈折率差を変化させたときの、コア間距離と完全結合長との関係を示す説明図である。
【図６】  本発明の光導波路の製造方法の実施例を示す説明図である。
【図７】  本発明のポリシラン化合物コア層に添加するシリコーン化合物の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１  基板
２  クラッド層
３  コア層
４  高屈折率化領域
【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５】
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【図６】
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【図７】
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