[发明专利]阶梯状衍射光栅及光波导元件

说明书

本发明涉及在基板表面上具有平行的沟型凹凸的光学元件，尤其涉及衍射光栅及光波导。

衍射光栅、光波导等光学部件将光聚集或发散，进行光的传输，将它们组合起来具有集成光学元件的功能。

关于衍射光栅，已公知有以下的(1)～(6)：

(1)将厚度差为d的玻璃板层叠得到阶梯状衍射光栅(参见)A.A.Michelson:Astrophys.J.第8号，第36页，1893年)；

(2)用精密机械加工技术、硅的照相平版印刷技术和选择蚀刻技术制造的衍射光栅(参见Donald H.McMaon,Applied Optics，第26期，第11号，第2188页，1987年；日本专利特开昭63-33714；美国专利第4736360号)

(3)已有用以金属醇化物为原料的水解溶液压在转印模上用光或热硬化的方法(参见日本专利特开昭62-102445号公报、日本专利特开昭62-225273号公报、及特开平10-142410号公报)制造衍射光栅的方法。其中在日本专利特开昭62-102445号公报中记载了在玻璃板上涂敷含硅的醇盐的溶液，压上具有凹凸部分的成形模边加压边加热形成凹凸部分的所谓溶胶-凝胶法的制造方法。

(4)在基板上均匀铺开紫外线硬化树脂，压上具有凹凸部分的成形模并向树脂照射紫外线的方法(参见日本专利特开昭63-49702号公报)。

(5)在日本专利特开平6-242303号公报中记载了用溶胶-凝胶法形成厚为数微米以上的膜时，在基板上形成多个层的方法。此时，用溶液或溶胶将各层的构成成分展开，压上成形模边加压加热，然后在完全固化的层上继续施加溶液或溶胶以形成上面的层。

(6)在J.Am.Ceram.Soc.，第81卷，第11期，第2849～2852页，(1998)中公开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，形成微细沟结构的光盘的制造方法。

另外，在光波导元件中，除使用无机材料以外，已知有用(7)PMMA(参见Ryoko Yoshimura,J.of Lightwave Technology，第16卷，第16期，1988)、(8)聚酰亚胺、(9)硅系高分子(参见Mitsuo Usui,J.ofLightwave Technology，第14卷，第10期，1996)等有机材料，通过光刻和刻蚀法制造的技术。

但是，在上述现有技术中存在以下问题：

首先，上述方法(1)中，以良好精度层叠薄的玻璃板的技术是困难的，可以说生产率不会太好。另外也不可能在具有凹面状光栅之类的透镜功能的衍射光栅中使用。

方法(2)是利用光刻法的方法，必需繁琐的工艺。而且得到的衍射光栅的表面形状与形成衍射光栅的晶格的晶面有关，不能设定阶梯高度的事实上限的范围。

在方法(3)中，形成衍射光栅的膜的厚度为几微米以下，且形成衍射光栅的凹凸周期和高度接近光通信用的光波长例如1.3μm、1.55μm，所以存在着衍射效率随光的偏振状态而增大的问题。若为了减少对偏振光的依赖性，具有形成比光的波长大的阶梯高度的衍射光栅必需的膜厚，则容易产生裂纹等，存在耐热性低劣的问题。

(4)中的紫外线硬化树脂耐热性低，在250℃以上时分解或变黄。因此，对于具有紫外线硬化树脂的凹凸部的基板，不能进行键合连接等的加热加工，难以装配到装置等中去。

而在方法(5)中，用依次形成有机聚硅氧烷层的多层化方法可以形成厚数十微米的、具有凹凸形状的有机聚硅氧烷层。但是由于制造工艺长，成本的上升成为主要原因，而且由于下层完全硬化后才注入下一层，在成形模和溶液或溶胶之间容易进入不必要的空气，降低凹凸的尺寸精度。

而且在方法(6)中，可以制造溶胶-凝胶膜的最大膜厚小于300nm的光盘。但是在形成500nm到几微米的厚度如衍射光栅时，如果将形成的膜加热到键合连接处理必需的温度如350℃后冷却，存在膜中产生裂纹等的问题。

另外，在光波导中用无机材料构成的光波导元件存在着可靠性、生产成本、批量等的问题。在采用上述(7)～(9)的有机材料的光波导元件中，满足耐热性的材料少，且为了形成传输光的芯部，必须采用光刻或蚀刻等的复杂工艺。

本发明正是鉴于这些现有技术中存在的问题而提出的。

因此，本发明的目的在于提供可以低成本制造的耐热性优良的阶梯状衍射光栅。

本发明的另一目的在于提供耐热性高、在近红外波段的通信波长吸收少、满足可靠性和光通信波段中低损失的光波导的简单制造方法。

本发明的其它目的和优点通过下面的说明将更加清晰易见。