石英基光波导及其制造方法技术

一种石英基光波导，包括基本、其上形成的芯波导，和外包层部分，该外包层部分包括其中添加了折射率降低掺杂剂和折射率提高掺杂剂的石英基玻璃。其在基片上形成以盖住芯波导，且在其与基片和芯波导相接触的部分上形成含高浓度折射率提高掺杂剂的分隔层，以使其中由折射率提高掺杂剂引起的相对其外部分的折射率提高被该分隔层中折射率降低掺杂剂的添加量增加和／或其它折射率降低掺杂剂的添加而引起的折射率降低抵消。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及基片上带有芯波导和外包层部分的石英基光波导，该波导用于光通讯领域，本专利技术也涉及该波导的制造方法。人们已经知道，石英基光波导包括在由石英、硅等制成的基片上形成的、采用石英基玻璃制成的其横截面为矩形或方形的芯波导，该芯波导中添加了折射率提高掺杂剂如GeO2，具有较高的折射率，该波导还包括由石英基玻璃制成的外包层部分，其折射率低于在基片上形成的芯波导，从而盖住该芯波导。而且，该石英基光波导的外包层部分一般是通过采用火焰水解沉积法(FHD)，在设有芯波导的基片上堆积石英基玻璃微细颗粒，从而形成多孔石英基玻璃层，然后将其烧结而使其透明而形成的。为了防止在烧结多孔石英基玻璃层的时候芯波导会由于热作用而分解，向外包层部分中的SiO2添加例如P2O5和B2O3掺杂剂，以降低其软化温度，使得该外包层部分的软化温度低于芯波导的软化温度。该外包层部分的折射率应当低于芯波导的折射率，使其与基片的折射率基本相同，从而使P2O5提高折射率的作用与B2O3降低折射率的作用彼此相互抵消。对于该石英基光波导，由于基片和芯波导周围的外包层部分之间热膨胀系数的差异，在芯波导中产生各向异性的热变形，从而产生偏振依赖性。对于包括石英光波导的光学波长多路复用器和多路分解器，由于多路复用和多路分解特征根据它的偏振依赖性而改变，因此希望有具有最小偏振依赖性的石英基光波导。JP-A-6-27342和JP-A-7-318734公开了一种降低石英基光波导的偏振依赖性的方法。(此处“JP-A”用来指“未经审查的日本专利申请公开”)。在JP-A-6-27342中公开的方法是通过使在外包层部分中含有的P2O5和B2O3的掺杂总量为1％-3％而降低偏振依赖性的。在JP-A-7-318734中公开的方法是通过在外包层部分和基片或芯波导之间的边界表面上形成薄膜玻璃层而降低偏振依赖性的，其中该玻璃层的折射率比芯波导的小，而与基片的相同或比基片的大。但是，如果象JP-A-6-27342中所公开的将外包层部分中含有的P2O5和B2O3的掺杂总量降低，那么在芯波导和外包层部分之间的界面上可能会产生结晶。由于该晶体的产生给光波导带来了大量的负面效应导致传播损耗，因此这一点应当避免。根据JP-A-7-318734中公开的方法，薄膜玻璃层的折射率比外包层部分的大。因此如果该薄膜玻璃层的厚度大，则多个芯波导无法在光波导中彼此之间留有窄间隙地平行设置，所以难以降低该光波导的总尺寸。而且，如果靠降低P2O5的浓度来降低该薄膜玻璃层的折射率，那么在关于芯波导的界面上会产生结晶。因此，为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种几乎没有偏振依赖性的光波导，该光波导通过消除在芯波导和外包层部分之间的界面上产生的结晶，以及防止形成折射率比外包层部分中其它部分的折射率高的薄膜层，能够在芯波导和外包层部分之间的界面上实现芯波导的高密度配置；本专利技术还提供了该光波导的制造方法。本专利技术的石英基光波导，包括一基片、一形成在该基片上的芯波导，和一外包层部分，该外包层部分包括其中添加了折射率降低掺杂剂和折射率提高掺杂剂的石英基玻璃，该外包层部分在基片上形成以盖住芯波导，其中在外包层部分与基片和芯波导相接触的部分上形成含有高浓度折射率提高掺杂剂的分隔层，从而使在分隔层中由该折射率提高掺杂剂提供的相对于该外包层部分中分隔层之外的部分的至少部分折射率提高，被因为在该分隔层中折射率降低掺杂剂的添加含量增加和/或其它折射率降低掺杂剂的添加而引起的折射率下降所抵消。因此，由于含有高浓度折射率提高掺杂剂的分隔层在外包层部分与基片和芯波导相接触的部分上形成，从而抑制了晶体的生成。而且，由于该分隔层中至少部分折射率提高被因为折射率降低掺杂剂的添加含量增加和/或其它折射率降低掺杂剂的添加而引起的折射率下降所抵消，所以外包层部分与芯波导相接触的部分的折射率与该外包层部分的其它部分基本相同，由此即使是多个芯波导彼此之间留有窄间隙地高密度平行配置，透射光束彼此之间也几乎不会发生干涉。本专利技术优选的折射率提高掺杂剂是P2O5，优选的折射率降低掺杂剂是B2O3，其它折射率降低掺杂剂优选是氟。此外，本专利技术的光波导可以采用如下方法制造。首先，在基片上形成芯玻璃膜之后，通过光刻法、反应性离子刻蚀等方法，由该芯玻璃膜形成带有矩形或方形横截面的芯波导。通过在基片上采用FHD法聚集包括添加有折射率降低掺杂剂和P2O5的石英玻璃的玻璃微细颗粒，从而在使形成有芯波导的基片保持在500℃-700℃温度下的同时盖住芯波导，具有分隔层的多孔石英基玻璃层便被形成，其中该分隔层在与基片和芯波导相接触的部分上带有分隔的高浓度P2O5。然后，将该多孔石英基玻璃层在氟气氛中加热，以通过氟分隔导致的折射率降低来抵消分隔层中由P2O5分隔导致的折射率升高；随后该多孔石英基玻璃层被烧结，以提供透明的玻璃化外包层部分。另外，替代采用通过氟分隔导致的折射率降低来抵消由P2O5分隔导致的折射率升高，可以通过调整折射率降低掺杂剂在该部分中的材料供应量以增加掺杂剂的用量，通过增加折射率降低掺杂剂的用量来抵消由P2O5分隔导致的折射率升高。此外，可以通过同时既利用氟来抵消又利用增加折射率降低掺杂剂量来抵消的方法，来抵消由P2O5分隔导致的全部折射率升高。附图说明图1是本专利技术石英基光波导一个实施方案的横截面视图。图2A和2B是用来解释在P2O5分隔层中的折射率提高被所添加的氟抵消的情况下，掺杂剂浓度分布曲线和由于在外包层部分中的掺杂剂导致的折射率变化的曲线。图3A和3B是用来解释在P2O5分隔层中的折射率提高被B2O3量的增加所抵消的情况下，掺杂剂浓度分布曲线和由于在外包层部分中的掺杂剂导致的折射率变化的曲线。图4是表示在分隔层中P2O5的浓度与所产生的结晶量之间的关系曲线。图5是表示P2O5分隔层的厚度和在TE偏振和TM偏振中透射的中心波长的偏差(PDλ)之间关系的曲线。附图标记和符号的说明1 基片2 芯波导3 外包层部分3a 分隔层3b 外包层部分中分隔层之外的部分图1是本专利技术石英基光波导一个实施方案的横截面视图。标记1表示基片，2表示芯波导，3表示外包层部分，3a表示分隔层，3b表示外包层部分中分隔层之外的部分。基片1是一个包括石英玻璃或硅的平板，或是一个表面上形成有SiO2玻璃膜的平板。芯波导2是通过如下步骤提供的，即在基片1上采用等离子化学真空沉积法(CVD)、FHD法等方法形成包括石英玻璃的芯玻璃膜，该石英玻璃含有例如GeO2的用于提高折射率的掺杂剂，然后通过光刻法、反应性离子刻蚀等方法形成从该芯玻璃膜沿纵向延伸的带有矩形或方形横截面的回路。外包层部分3是在基片1上形成的包括石英玻璃作为主要成分的玻璃层，以盖住芯波导2，其折射率比芯波导2低，与基片1大致相同。该外包层部分3是通过如下步骤提供的玻璃层，即采用FHD方法通过聚集玻璃微细颗粒在基片1上形成多孔石英基玻璃层，该玻璃微细颗粒包括含有例如B2O3的折射率降低掺杂剂和例如P2O5的折射率升高掺杂剂，从而盖住芯波导2，然后烧结该多孔石英基玻璃以使光透射进入芯。另外，该多孔石英基玻璃层也可以采用CVD方法或等离子CVD方法形成。在该多孔石英基玻璃层的形成过程中，通过对设置有芯波导2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石英基光波导，包括一基片、一形成在该基片上的芯波导，和一外包层部分，该外包层部分包括其中添加了折射率降低掺杂剂和折射率提高掺杂剂的石英基玻璃，该外包层部分在基片上形成以盖住芯波导，其中在外包层部分与基片和芯波导相接触的部分上形成含有高浓度折射率提高掺杂剂的分隔层，从而使在分隔层中由该折射率提高掺杂剂提供的相对于该外包层部分中分隔层之外的部分的至少部分折射率提高，被因为在该分隔层中折射率降低掺杂剂的添加含量增加和／或其它折射率降低掺杂剂的添加而引起的折射率下降所抵消。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：佐佐木隆，平井茂，赤坂伸宏，田中茂，広濑智财，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]