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JPH06100694B2 - Method of forming optical waveguide - Google Patents
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JPH06100694B2 - Method of forming optical waveguide - Google Patents

Method of forming optical waveguide

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JPH06100694B2
JPH06100694B2 JP16495786A JP16495786A JPH06100694B2 JP H06100694 B2 JPH06100694 B2 JP H06100694B2 JP 16495786 A JP16495786 A JP 16495786A JP 16495786 A JP16495786 A JP 16495786A JP H06100694 B2 JPH06100694 B2 JP H06100694B2
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實 清野
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Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 電気光学結晶基板上に小さな曲率半径の光導波路を形成
する方法として、光導波路形成予定位置の内側に熱拡散
により屈折率の大きな弯曲した領域を形成し、この屈折
率勾配上に従来と同様に熱拡散により光導波路を形成す
る方法。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Outline] As a method of forming an optical waveguide having a small radius of curvature on an electro-optic crystal substrate, a curved region having a large refractive index is formed inside the optical waveguide formation planned position by thermal diffusion, A method of forming an optical waveguide on this refractive index gradient by thermal diffusion as in the conventional method.

〔産業上の利用分野〕[Industrial application field]

本発明は電気光学結晶基板上に小さな曲率半径の光導波
路を形成する方法に関する。
The present invention relates to a method of forming an optical waveguide having a small radius of curvature on an electro-optic crystal substrate.

光導波路としては、 透明石英をコア(芯)とし、これよりも低屈折率のガ
ラスをクラッド(鞘)とする光ファイバケーブル(光伝
送繊維)。
As the optical waveguide, an optical fiber cable (optical transmission fiber) that uses transparent quartz as the core and glass with a lower refractive index than this as the cladding.

屈折率の異なる透明なポリマー(高分子有機化合物)
をコアとクラッドに使用したプラスチック光ファイバケ
ーブル。
Transparent polymer with different refractive index (high molecular organic compound)
A plastic optical fiber cable with a core and a clad.

光学軸を表面に含む透明な電気光学結晶基板上に金属
を拡散させて基板よりも屈折率の高い線路を形成した光
導波路。
An optical waveguide in which a line having a higher refractive index than the substrate is formed by diffusing a metal on a transparent electro-optic crystal substrate including the optical axis on the surface.

ガラス基板上に金属膜よりなる線路を形成した後、溶
融塩中に浸漬してイオン交換を行って得た基板より高屈
折率の光導波路。
An optical waveguide with a higher refractive index than the substrate obtained by forming a line made of a metal film on a glass substrate and then immersing it in molten salt for ion exchange.

などがある。and so on.

ここで、光通信に使用する導波路としては主としての
光ファイバケーブルが用いられ、光スイッチ,偏光分離
素子,レンズなどの光学素子と組み合わせて使用されて
いる。
Here, an optical fiber cable is mainly used as a waveguide used for optical communication, and is used in combination with optical elements such as an optical switch, a polarization separation element, and a lens.

然し、これらの導波路と光学素子とは別個に形成されて
いるために相互の微細な位置合わせを必要とし、ミスマ
ッチングによる損失増加が避けられないだけでなく調整
のための工数増のため高価につく。
However, since these waveguides and optical elements are formed separately, they require fine alignment with each other, which increases the loss due to mismatching and cannot be avoided. Stick to

これを避けるために導波路と光学素子とを集積し、一体
化した光回路素子が実用化されている。
In order to avoid this, an optical circuit element in which a waveguide and an optical element are integrated and integrated is put into practical use.

ここで、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)やタンタル酸リチ
ウム(LiTaO3)のように透明な一軸性結晶基板を用いて
光回路素子が作られているが、LiNbO3は特に電気光学効
果が大きいので光回路素子の基板として用いられてい
る。
Here, an optical circuit element is made using a transparent uniaxial crystal substrate such as lithium niobate (LiNbO 3 ) or lithium tantalate (LiTaO 3 ), but since LiNbO 3 has a particularly large electro-optical effect, It is used as a substrate for optical circuit elements.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

LiNbO3を基板として用い、この上に複数の光学素子を形
成し、集積化することが行われている。
LiNbO 3 is used as a substrate, and a plurality of optical elements are formed and integrated on the substrate.

この場合、集積化して形成されるスイッチなどの光学素
子を相互に接続するための光導波路は接続長を短くする
ために光学素子まで弯曲してパターン形成する必要があ
る。
In this case, an optical waveguide for connecting optical elements such as integrated switches to each other needs to be bent to the optical element to form a pattern in order to shorten the connection length.

然し、低損失の伝送を行うには一定値以上の曲率半径が
必要であり、曲率半径が少ない場合には光は導波路外に
逸出するために損失が異常に増加すると云う問題があ
る。
However, in order to carry out low-loss transmission, a radius of curvature of a certain value or more is required, and when the radius of curvature is small, there is a problem that the light leaks out of the waveguide and the loss increases abnormally.

また、曲がり導波路の形成法として全反射を用いて行う
方法があるが、この場合にも反射面での散乱などにより
損失が大きくなる。
In addition, there is a method of using total reflection as a method of forming a curved waveguide, but in this case as well, loss increases due to scattering on the reflecting surface.

これらのことから光を低損失で伝送するには光導波路の
曲率半径を30〜40mmに保つことが必要で、そのため集積
度の向上には限界があった。
Therefore, in order to transmit light with low loss, it is necessary to keep the radius of curvature of the optical waveguide at 30 to 40 mm, which limits the improvement of the degree of integration.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

以上記したようにLiNbO3基板上に集積して形成してある
光学素子と結線する導波路は弯曲して形成することが必
要であるが、低損失で光を伝送するには曲率半径に制限
があり、そのために充分な集積化が行えないことが問題
である。
As described above, it is necessary to form the waveguide that is connected to the optical element that is integrated on the LiNbO 3 substrate to be curved, but in order to transmit light with low loss, the radius of curvature is limited. However, there is a problem that sufficient integration cannot be performed for that reason.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

上記の問題はLiNbO3基板上に拡散により導波路を形成す
る金属と同じ金属材料を用い、弯曲した導波路形成予定
位置の内側に該導波路と同じ曲率半径をもつ金属パター
ンを形成し、この金属を電気光学結晶基板に熱拡散して
屈折率の大きな弯曲した第1の拡散領域を形成した後、
この領域に生じた屈折率勾配に前記金属からなる導波路
パターンを設け、この金属を熱拡散させて第2の拡散領
域からなる光導波路を形成することにより解決すること
ができる。
The above problem uses the same metal material as the metal forming the waveguide by diffusion on the LiNbO 3 substrate and forms a metal pattern having the same radius of curvature as the waveguide inside the curved position where the waveguide is to be formed. After thermally diffusing the metal into the electro-optic crystal substrate to form the curved first diffusion region having a large refractive index,
The problem can be solved by providing a waveguide pattern made of the metal in the refractive index gradient generated in this region and thermally diffusing the metal to form an optical waveguide made of the second diffusion region.

〔作用〕[Action]

本発明は基板上の光導波路を弯曲して形成する領域に予
め拡散金属による屈折率勾配を設けておき、この勾配領
域に従来のように金属を拡散させるもので、これにより
弯曲部の外周部では光導波路との屈折率差が大きくな
り、そのため光の導波路からの逸出を防ぐものである。
According to the present invention, a refractive index gradient due to a diffusion metal is provided in advance in a region formed by bending an optical waveguide on a substrate, and metal is diffused in this gradient region as in the conventional case. In this case, the refractive index difference with the optical waveguide becomes large, and therefore, the escape of light from the waveguide is prevented.

第1図は本発明の原理図であって、弯曲した光導波路を
形成する位置の内側に予め光導波路形成金属と同じ金属
を熱拡散させておく。
FIG. 1 is a principle view of the present invention, in which the same metal as the optical waveguide forming metal is previously thermally diffused inside the position where the curved optical waveguide is formed.

この場合、金属原子は金属パターンを中心として放射線
状に拡散しており、この原子濃度は拡がるに従って減少
しているので、光導波路形成領域の下には屈折率の濃度
勾配1を生じている。
In this case, the metal atoms are radially diffused around the metal pattern, and the atomic concentration decreases as it expands, so that the concentration gradient 1 of the refractive index is generated below the optical waveguide formation region.

このような領域上に従来のように金属膜からなる導波路
パターンを形成した後、熱拡散させて図に示すように局
部的に屈折率の高い光導波路2を作ると、弯曲している
光導波路2の外周部は屈折率差が大きいので、光導波路
2からの光の逸出を抑制することが可能となる。
When a waveguide pattern made of a metal film is formed on such a region as in the prior art and then thermally diffused to form an optical waveguide 2 having a locally high refractive index as shown in the figure, a curved optical path is formed. Since the refractive index difference is large in the outer peripheral portion of the waveguide 2, it is possible to suppress the escape of light from the optical waveguide 2.

本発明はこのように屈折率勾配のある領域に更に高屈折
率の光導波路を形成して光を閉じ込めるものであるが、
これを行うためには屈折率の濃度勾配1をなるげく大き
くすることが必要である。
The present invention is to confine light by forming an optical waveguide having a higher refractive index in a region having such a refractive index gradient,
In order to do this, it is necessary to make the concentration gradient 1 of the refractive index as large as possible.

第2図は本発明の実施法を説明する平面図(A)とX−
X′線における断面図(B)であり、LiNbO3基板3の上
には第1のチタン(Ti)金属パターン4を先ず形成して
熱拡散を行い、第1の拡散領域を形成する。
FIG. 2 is a plan view (A) and X- for explaining a method for carrying out the present invention.
It is a cross-sectional view (B) taken along the line X ', in which the first titanium (Ti) metal pattern 4 is first formed on the LiNbO 3 substrate 3 and thermal diffusion is performed to form a first diffusion region.

次に、このようにして生じた屈折率勾配位置に第2のTi
金属パターン5を形成して熱拡散を行い、光導波路とな
る第2の拡散領域を形成するものである。
Next, the second Ti is placed at the refractive index gradient position generated in this way.
The metal pattern 5 is formed and thermal diffusion is performed to form a second diffusion region to be an optical waveguide.

第3図は第1の拡散領域の形成を具体的に説明する断面
図(A)と熱拡散により生じた屈折率プロフィル(B)
であって、第1のTi金属パターン4を熱処理するとTiイ
オンが破線に示すように拡散して第1の拡散領域6がで
き、同図(B)に示すような屈折率プロフィルをができ
あがる。
FIG. 3 is a cross-sectional view (A) specifically explaining formation of the first diffusion region and a refractive index profile (B) generated by thermal diffusion.
When the first Ti metal pattern 4 is heat-treated, Ti ions are diffused as shown by the broken line to form the first diffusion region 6, and the refractive index profile as shown in FIG.

そしての両側に屈折率の勾配7が現れる。本発明は第4
図に示すように、この勾配7の位置に第2のTi金属パタ
ーン5を設け、Tiを拡散させることにより光導波路とな
る第2の拡散領域8を形成するものである。
Then, a refractive index gradient 7 appears on both sides. The present invention is the fourth
As shown in the figure, the second Ti metal pattern 5 is provided at the position of this gradient 7 and the second diffusion region 8 to be an optical waveguide is formed by diffusing Ti.

〔実施例〕〔Example〕

第2図に示す実施例において、第1のTi金属パターン4
は電子ビーム蒸着法とリフトオフ法を用いて幅30μm,厚
さ800Åで5mmの曲率半径に形成した。
In the embodiment shown in FIG. 2, the first Ti metal pattern 4
Was formed by electron beam evaporation method and lift-off method with a width of 30 μm and a thickness of 800 Å and a radius of curvature of 5 mm.

そして湿った酸素(O2)雰囲気中で1050℃の温度で6時
間に亙って熱処理してTiを拡散せしめ、第1の拡散領域
6を形成した。
Then, heat treatment was performed at a temperature of 1050 ° C. for 6 hours in a moist oxygen (O 2 ) atmosphere to diffuse Ti and form a first diffusion region 6.

ここでLiNbO3の屈折率は2.14であるが、拡散領域の屈折
率は金属パターンの直下において約1%増加しており、
この拡散領域はこれを中心として広く拡がっている。
Here, the refractive index of LiNbO 3 is 2.14, but the refractive index of the diffusion region is increased by about 1% just below the metal pattern,
This diffusion region is widely spread around this.

次に同様に電子ビーム蒸着法とリフトオフ法を用いて幅
が7.5μmで厚さが700Åの第2のTi金属パターン5を形
成した。
Next, similarly, a second Ti metal pattern 5 having a width of 7.5 μm and a thickness of 700 Å was formed by using the electron beam evaporation method and the lift-off method.

なお、第2のTi金属パターン5と第1のTi金属パターン
4との間隔は2μm,0および−2μmの三種類とり、そ
れぞれ別の基板を用いて形成した。
It should be noted that the second Ti metal pattern 5 and the first Ti metal pattern 4 were formed with three types of intervals of 2 μm, 0 and −2 μm, and they were formed using different substrates.

ここで間隔0は両者が接する場合、また−2μmは2μ
mだけパターンが重複している場合である。
Here, the interval 0 is when both are in contact, and -2 μm is 2 μ.
This is the case when the patterns overlap by m.

そして先と同様に1050℃で6時間に亙って湿ったO2雰囲
気中で加熱してTi原子を拡散させ、光導波路を形成し
た。
Then, similarly to the above, heating was performed at 1050 ° C. for 6 hours in a moist O 2 atmosphere to diffuse Ti atoms, thereby forming an optical waveguide.

次に、光損失の評価法としては光導波路を形成してある
LiNbO3基板の入力側の端面に出力が1mWで波長が1.3μm
のレーザダイオード(LD)をセットし、出力側の端面に
パターメータをおいて光損失を測定した。
Next, as an evaluation method of optical loss, an optical waveguide is formed.
Output is 1 mW and wavelength is 1.3 μm on the input side end face of LiNbO 3 substrate.
The laser diode (LD) was set and the optical loss was measured by placing a parameter meter on the output side end face.

その結果、光導波路が直線の場合の損失は約1dBである
のに対し、本実験の結果は1.5〜2dBの範囲にバラツいた
光損失が得られたが、両パターンを接して形成した場合
に最も少ない損失を得ることができた。
As a result, while the loss when the optical waveguide is straight is about 1 dB, the result of this experiment shows that the optical loss varies in the range of 1.5 to 2 dB. We got the least loss.

なお、本発明を実施することなく形成した曲率半径5mm
の光導波路については損失は30dBであり、殆どの光は弯
曲部で逸出することを確認することができた。
A radius of curvature of 5 mm formed without carrying out the present invention
It was confirmed that the optical waveguide had a loss of 30 dB, and that most of the light escaped at the curved portion.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上記したように本発明の実施により従来必要であった
曲率半径30〜40mmを5mm以下にすることが可能となり、
光回路素子の集積度の向上が可能となる。
As described above, it becomes possible to reduce the previously required radius of curvature of 30 to 40 mm to 5 mm by implementing the present invention,
It is possible to improve the degree of integration of optical circuit elements.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の原理図、 第2図は本発明の実施例を説明する平面図(A)と断面
図(B)、 第3図は第1の拡散領域の形成を説明する断面図(A)
と屈折率プロフィル(B)、 第4図は第2の拡散領域の形成を説明する断面図(A)
と屈折率プロフィル(B)、 である。 図において、 1は屈折率の濃度勾配、2は光導波路、 4は第1のTi金属パターン、 5は第2のTi金属パターン、 6は第1の拡散領域、8は第2の拡散領域、 である。
FIG. 1 is a principle view of the present invention, FIG. 2 is a plan view (A) and a sectional view (B) illustrating an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a sectional view illustrating formation of a first diffusion region. (A)
And refractive index profile (B), and FIG. 4 is a cross-sectional view (A) for explaining the formation of the second diffusion region.
And the refractive index profile (B). In the figure, 1 is a concentration gradient of refractive index, 2 is an optical waveguide, 4 is a first Ti metal pattern, 5 is a second Ti metal pattern, 6 is a first diffusion region, 8 is a second diffusion region, Is.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】電気光学結晶基板上に拡散により導波路を
形成する金属と同じ金属材料を用い、弯曲した導波路形
成予定位置の内側に該導波路と同じ曲率をもつ金属パタ
ーンを形成し、熱処理により該金属を電気光学結晶基板
に拡散させて屈折率が大きく弯曲した第1の拡散領域を
形成した後、該領域に生じた屈折率勾配上に前記金属か
らなる導波路パターンを設け、該金属を熱拡散させて第
2の拡散領域を作り、導波路として使用することを特徴
とする光導波路の形成方法。
1. A metal material that is the same as a metal that forms a waveguide by diffusion on an electro-optic crystal substrate, and a metal pattern having the same curvature as that of the waveguide is formed inside a curved waveguide formation planned position. After the metal is diffused into the electro-optic crystal substrate by heat treatment to form a first diffusion region having a large refractive index, a waveguide pattern made of the metal is provided on the refractive index gradient generated in the region, A method for forming an optical waveguide, characterized in that a metal is thermally diffused to form a second diffusion region, which is used as a waveguide.
JP16495786A 1986-07-14 1986-07-14 Method of forming optical waveguide Expired - Lifetime JPH06100694B2 (en)

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JP5123528B2 (en) * 2007-01-11 2013-01-23 富士通オプティカルコンポーネンツ株式会社 Optical waveguide, optical device, and optical waveguide manufacturing method
WO2025173311A1 (en) * 2024-02-16 2025-08-21 株式会社フジクラ Optical waveguide

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