[發明專利]階梯狀衍射光柵及光波導元件

無效

• 申請號: 00801600.3
• 申請日: 2000-08-01
• 公開（公告）號: CN1319191A
• 公開（公告）日: 2001-10-24
• 發明（設計）人: 中村浩一郎;堀雅宏;山本博章
• 申請（專利權）人: 日本板硝子株式會社
• 主分類號: G02B5/18
• 分類號: G02B5/18;G02B6/12
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 王以平

本發明涉及在基板表面上具有平行的溝型凹凸的光學元件，尤其涉及衍射光柵及光波導。

衍射光柵、光波導等光學部件將光聚集或發散，進行光的傳輸，將它們組合起來具有集成光學元件的功能。

關于衍射光柵，已公知有以下的(1)～(6)：

(1)將厚度差為d的玻璃板層疊得到階梯狀衍射光柵(參見)A.A.Michelson:Astrophys.J.第8號，第36頁，1893年)；

(2)用精密機械加工技術、硅的照相平版印刷技術和選擇蝕刻技術制造的衍射光柵(參見Donald?H.McMaon,Applied?Optics，第26期，第11號，第2188頁，1987年；日本專利特開昭63-33714；美國專利第4736360號)

(3)已有用以金屬醇化物為原料的水解溶液壓在轉印模上用光或熱硬化的方法(參見日本專利特開昭62-102445號公報、日本專利特開昭62-225273號公報、及特開平10-142410號公報)制造衍射光柵的方法。其中在日本專利特開昭62-102445號公報中記載了在玻璃板上涂敷含硅的醇鹽的溶液，壓上具有凹凸部分的成形模邊加壓邊加熱形成凹凸部分的所謂溶膠-凝膠法的制造方法。

(4)在基板上均勻鋪開紫外線硬化樹脂，壓上具有凹凸部分的成形模并向樹脂照射紫外線的方法(參見日本專利特開昭63-49702號公報)。

(5)在日本專利特開平6-242303號公報中記載了用溶膠-凝膠法形成厚為數微米以上的膜時，在基板上形成多個層的方法。此時，用溶液或溶膠將各層的構成成分展開，壓上成形模邊加壓加熱，然后在完全固化的層上繼續施加溶液或溶膠以形成上面的層。

(6)在J.Am.Ceram.Soc.，第81卷，第11期，第2849～2852頁，(1998)中公開了在基板上涂敷含甲基三乙氧基硅烷和四乙氧基硅烷的溶液，形成微細溝結構的光盤的制造方法。

另外，在光波導元件中，除使用無機材料以外，已知有用(7)PMMA(參見Ryoko?Yoshimura,J.of?Lightwave?Technology，第16卷，第16期，1988)、(8)聚酰亞胺、(9)硅系高分子(參見Mitsuo?Usui,J.ofLightwave?Technology，第14卷，第10期，1996)等有機材料，通過光刻和刻蝕法制造的技術。

但是，在上述現有技術中存在以下問題：

首先，上述方法(1)中，以良好精度層疊薄的玻璃板的技術是困難的，可以說生產率不會太好。另外也不可能在具有凹面狀光柵之類的透鏡功能的衍射光柵中使用。

方法(2)是利用光刻法的方法，必需繁瑣的工藝。而且得到的衍射光柵的表面形狀與形成衍射光柵的晶格的晶面有關，不能設定階梯高度的事實上限的范圍。

在方法(3)中，形成衍射光柵的膜的厚度為幾微米以下，且形成衍射光柵的凹凸周期和高度接近光通信用的光波長例如1.3μm、1.55μm，所以存在著衍射效率隨光的偏振狀態而增大的問題。若為了減少對偏振光的依賴性，具有形成比光的波長大的階梯高度的衍射光柵必需的膜厚，則容易產生裂紋等，存在耐熱性低劣的問題。

(4)中的紫外線硬化樹脂耐熱性低，在250℃以上時分解或變黃。因此，對于具有紫外線硬化樹脂的凹凸部的基板，不能進行鍵合連接等的加熱加工，難以裝配到裝置等中去。

而在方法(5)中，用依次形成有機聚硅氧烷層的多層化方法可以形成厚數十微米的、具有凹凸形狀的有機聚硅氧烷層。但是由于制造工藝長，成本的上升成為主要原因，而且由于下層完全硬化后才注入下一層，在成形模和溶液或溶膠之間容易進入不必要的空氣，降低凹凸的尺寸精度。

而且在方法(6)中，可以制造溶膠-凝膠膜的最大膜厚小于300nm的光盤。但是在形成500nm到幾微米的厚度如衍射光柵時，如果將形成的膜加熱到鍵合連接處理必需的溫度如350℃后冷卻，存在膜中產生裂紋等的問題。

另外，在光波導中用無機材料構成的光波導元件存在著可靠性、生產成本、批量等的問題。在采用上述(7)～(9)的有機材料的光波導元件中，滿足耐熱性的材料少，且為了形成傳輸光的芯部，必須采用光刻或蝕刻等的復雜工藝。

本發明正是鑒于這些現有技術中存在的問題而提出的。

因此，本發明的目的在于提供可以低成本制造的耐熱性優良的階梯狀衍射光柵。

本發明的另一目的在于提供耐熱性高、在近紅外波段的通信波長吸收少、滿足可靠性和光通信波段中低損失的光波導的簡單制造方法。

本發明的其它目的和優點通過下面的說明將更加清晰易見。