JP4308050B2 - 光導波路 - Google Patents

Description

本発明は、光導波路に関するものである。

近年、インターネットのブロードバンド化が進む中で、ＦＴＴＨなどのアクセスを普及するためには、光通信用デバイスの大幅な低コストが必要である。光通信用デバイスとして、光を電気信号に変換する光送受信モジュールが光通信用機器の末端に用いられる。この光送受信モジュールの小型化及び低コスト化を図るために、モジュール内の部品である光導波路を有機高分子材料で形成する方法が提案されている（非特許文献１）。

例えば、基板上に下部クラッド層を形成し、この下部クラッド層の上に、有機高分子材料からなる光伝搬層を形成している。この光伝搬層は、フォトリソグラフィーを用い、ＲＩＥやＵＶ照射によりパターンを形成して、不要な部分を除去している。このようにして形成した光伝搬層の上に上部クラッド層が形成される。多くの場合、下部クラッド層及び上部クラッド層も有機高分子材料から形成される。
宮寺信生、光導波路用ポリマ材料、光アライアンス、p13、2、(1999）

本発明の第１の目的は、容易に製造することが可能な、端部にレンズ機能を有した光導波路を提供することにある。

本発明の第２の目的は、光伝搬特性を外部から容易に測定することができる光導波路を提供することにある。

本発明の第３の目的は、他の部品と接続する際の位置合わせが容易な光導波路を提供することにある。

本発明の第４の目的は、コア層周辺の上部クラッド層と下部クラッド層の間に形成される残留層の厚みを容易に制御することができる光導波路を提供することにある。

本発明の第１の局面に従う光導波路は、光伝搬領域となるコア層と、該コア層を覆う上部クラッド層及び下部クラッド層とを備え、コア層、上部クラッド層及び下部クラッド層が樹脂系材料から形成されている光導波路であり、コア層の端面近傍に、コア層を形成する材料より屈折率が大きい材料からなるマイクロレンズが配置されていることを特徴としている。

本発明の第１の局面に従えば、コア層内の端面近傍にマイクロレンズを配置し、コア層の形成と共に、マイクロレンズを所定箇所に固定することができる。従って、容易に製造することが可能な、レンズ機能を有した光導波路とすることができる。

第１の局面において、マイクロレンズは、実質的に球形または円柱形の形状を有していることが好ましい。コア層が、下部クラッド層または上部クラッド層に形成された溝内に形成されている場合、マイクロレンズを該溝内の少なくとも２つの内壁面と接触させることにより、マイクロレンズを位置決めすることができる。従って、このようにしてマイクロレンズを位置決めした状態で、コア層を形成し、マイクロレンズを固定することができる。

コア層を形成する溝の形状は、特に限定されるものではないが、矩形状、Ｖ字状及び五角形形状などが挙げられる。溝が矩形状である場合、溝の幅をマイクロレンズの直径とほぼ同程度にすることにより、その側壁面及び底面によってマイクロレンズを位置決めすることができる。また、溝が、Ｖ字形状や五角形形状のように、その底部が互いに付き合う傾斜面により形成されている場合、この２つの傾斜面と接することにより球形形状または円柱形状を有するマイクロレンズを位置決めすることできる。

第１の局面において用いるマイクロレンズとしては、コア層内に配置することができ、導波光に対し透明性を有するものであれば特に限定されるものではないが、例えば、樹脂やガラスから形成されたものを挙げることができる。例えば、粒度分布計やパーティクルカウンターの標準試料として用いられる真球状のポリスチレン粒子などが挙げられる。

本発明の第２の局面に従う光導波路は、光伝搬領域となるコア層と、該コア層を覆う上部クラッド層及び下部クラッド層とを備え、コア層、上部クラッド層及び下部クラッド層が樹脂系材料から形成されている光導波路であり、コア層の一部に、気泡または粒子を含有させた光散乱領域を形成し、該光散乱領域によってコア層内の導波光を散乱させ、その一部を光導波路の外部に取り出すことができるように構成されていることを特徴としている。

第２の局面に従えば、コア層内の導波光を光散乱領域により散乱させ、その一部を光導波路の外側に取り出すことができるので、これをフォトダイオードなどの光検出器によりモニターすることができる。従って、光導波路内の光伝搬特性を外部から容易に測定することができる。

第２の局面における気泡または粒子の直径は、効率的に導波光を散乱させるためには、導波光の波長以上であることが好ましい。

コア層内に含有される気泡は、気泡を含有したコア層形成材料をコア層の溝内に注入することにより形成することができる。気泡を含有したコア層形成材料は、コア層形成材料の領域中に、多孔質のフィルタを通して窒素ガスなどをバブリングさせることにより作製することができる。

光散乱領域に含有させる粒子としては、光を散乱させることができるものであれば特に限定されるものではないが、例えば、ガラス粒子、樹脂粒子、金属粒子などが挙げられる。粒子の直径は、上述のように、導波光の波長以上であることが好ましく、例えば、シングルモード導波路の場合２〜４μｍの範囲内が好ましく、マルチモード導波路の場合２〜１０μｍの範囲内が好ましい。

また、上記気泡の直径もこのような範囲内であることが好ましい。

本発明の第３の局面に従う光導波路は、光伝搬領域となるコア層と、該コア層を覆う上部クラッド層及び下部クラッド層とを備え、コア層、上部クラッド層及び下部クラッド層が樹脂系材料から形成されている光導波路であり、上部クラッド層及び／または下部クラッド層の一部に気泡または粒子を含有させた光散乱領域が形成されていることを特徴としている。

第３の局面においては、上部クラッド層及び／または下部クラッド層の一部に、光散乱領域が形成されている。上部クラッド層または下部クラッド層に光散乱領域を形成することにより、コア層内を伝搬する導波光の一部を外部に取り出すことができる。従って、これを検出することにより、第２の局面と同様に光導波路内の光伝搬特性を外部から容易に測定することができる。

また、上部クラッド層または下部クラッド層に光散乱領域を形成することにより、外部からこの光散乱領域を容易に認識することができるようになる。この光散乱領域をコア層の端部が認識し易い位置に形成しておくことにより、光導波路を他の部品と接続する際にコア層の位置合わせが容易になる。

第３の局面において光散乱領域に含有させる気泡は、気泡を含有したクラッド層形成用材料を光散乱領域を形成する所定箇所に注入することにより形成することができる。気泡を含有したクラッド層形成用材料は、第２の局面における気泡を含有したコア層形成用材料と同様にして作製することができる。

また、第３の局面における粒子は、第２の局面における粒子と同様のものを用いることができる。

クラッド層形成用材料中の気泡を所定箇所に凝集させる方法としては、例えば、上部クラッド層または下部クラッド層を硬化させる際、突起部を有する型でクラッド層を覆うことにより、突起部の周囲に気泡を凝集させる方法が挙げられる。

本発明の第４の局面に従う光導波路は、光伝搬領域となるコア層と、該コア層を覆う上部クラッド層及び下部クラッド層とを備え、コア層、上部クラッド層及び下部クラッド層が樹脂系材料から形成されている光導波路であり、コア層周辺の上部クラッド層と下部クラッド層の間にスペーサが配置されていることを特徴としている。

第４の局面に従い、コア層周辺の上部クラッド層と下部クラッド層の間にスペーサを配置することにより、コア層周辺の上部クラッド層と下部クラッド層の間に形成される残留層の厚みを容易に制御することができる。すなわち、スペーサの寸法及びスペーサの配置箇所を調整することにより、該残留層の厚みを容易に制御することができる。

第４の局面において、コア層を挟む両側の領域において、一方側の領域にのみスペーサを配置してもよい。特に、光導波路の曲線部においては、曲線部の外側に導波光が漏れ易いので、これを抑制するため、曲線部の内側の領域にのみスペーサを配置し、曲線部の外側の残留層の厚みを相対的に薄くし、曲線部の内側の残留層の厚みを相対的に厚くすることにより、曲線部外側への導波光の漏洩を抑制することができる。

第４の局面において用いるスペーサとしては、例えば、液晶ディスプレイにおいて対向する基板の間に挿入されるスペーサを用いることができる。このようなスペーサとしてはプラスチックスペーサ、ガラススペーサなどが知られており、その形状としては、粒状スペーサ、棒状スペーサなどが知られている。また、サイズの小さなスペーサを用いる場合には、第１の局面においてマイクロレンズとして例示した標準試料を用いることができる。

本発明の第１〜第４の局面において、コア層、上部クラッド層及び下部クラッド層は、樹脂系材料から形成されている。樹脂系材料としては有機無機複合体を用いることが好ましい。有機無機複合体を用いることにより、光伝搬特性に優れ、かつ耐熱性、耐薬品性及び機械的強度等に優れた光導波路とすることができる。

有機無機複合体は、例えば、有機重合体と金属アルコキシドから形成することができる。また、有機無機複合体は、少なくとも１種の金属アルコキシドから形成されてもよい。この場合、少なくとも２種の金属アルコキシドから形成されることが好ましい。

上記有機無機複合体においては、有機重合体と金属アルコキシドの組み合わせまたは少なくとも２種の金属アルコキシドの組み合わせを適宜調整することにより、最終的に形成される有機無機複合体の屈折率を調整することができる。

金属アルコキシドとしては、光（紫外線）または熱により重合する重合性基を有する金属アルコキシドを用いてもよい。この場合、光または熱により重合する重合性基を有する金属アルコキシドと、該重合性基を有しない金属アルコキシドを組み合わせて用いることが好ましい。上記重合性基としては、メタクリロキシ基、アクリロキシ基、ビニル基、及びスチリル基などが挙げられる。紫外線照射により硬化するクラッド層またはコア層が金属アルコキシドを含む有機無機複合体から形成される場合には、金属アルコキシドとして、光（紫外線）により重合する重合性基を有する金属アルコキシドが含まれていることが好ましい。

重合性基を有する金属アルコキシドを用いる場合には、光または熱により金属アルコキシドの重合性基が重合されていることが好ましい。

金属アルコキシドとしては、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｎｂなどのアルコキシドが挙げられる。特に、Ｓｉ、Ｔｉ、またはＺｒのアルコキシドが好ましく用いられる。従って、アルコキシシラン、チタンアルコキシド、ジルコニウムアルコキシド、ニオブアルコキシドが好ましく用いられ、特にアルコキシシランが好ましく用いられる。

アルコキシシランとしては、テトラエトキシシラン、テトラメトキシシラン、テトラ−ｎ−プロポキシシラン、テトライソプロポキシシラン、テトラ−ｎ−ブトキシシラン、テトライソブトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン（ＰｈＴＥＳ）、フェニルトリメトキシシラン（ＰｈＴＭＳ）、ジフェニルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシランなどが挙げられる。

上記重合性基を有するアルコキシシランとしては、３−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン（ＭＰＴＥＳ）、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン（ＭＰＴＭＳ）、３−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、３−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、ｐ−スチリルトリエトキシシラン、ｐ−スチリルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシランなどが挙げられる。

チタンアルコキシドとしては、チタンイソプロポキシド、チタンブトキシド等が挙げられる。ジルコニウムアルコキシドとしては、ジルコニウムイソプロポキシド、ジルコニウムブトキシド等が挙げられる。

ニオブアルコキシドとしては、ペンタエトキシニオブ等が挙げられる。

金属アルコキシドとしては、上述のものを用いることができるが、一般には、式Ｍ（ＯＲ）_n、Ｒ′Ｍ（ＯＲ）_n-1、及びＲ′₂Ｍ（ＯＲ）_n-2（ここで、Ｍは金属、ｎは２、３、４、または５、Ｒ及びＲ′は有機基を示す）で表わされる金属アルコキシドを用いることができる。有機基としては、アルキル基、アリール基、上記の重合性基を有する有機基などが挙げられる。Ｍとしては、上述のように、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｎｂ等が挙げられる。なお、アルキル基としては、炭素数１〜５のアルキル基が好ましい。

有機無機複合体を有機重合体と金属アルコキシドから形成する場合における、有機重合体は、金属アルコキシドと有機無機複合体を形成し得るものであれば特に限定されるものではない。有機重合体としては、例えば、カルボニル基を有する高分子重合体、ベンゼン環を有する高分子重合体、及びナフタレン環を有する高分子重合体を挙げることができる。

有機重合体の具体例としては、例えばポリビニルピロリドン、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、ポリアミド、ポリイミド、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロレン、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂等を挙げることができる。光学的透明性に優れた有機無機複合体を形成する観点からは、ポリビニルピロリドン、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン、エポキシ樹脂、及びこれらの混合物が好ましく用いられる。

有機無機複合体を光（紫外線）の照射により硬化させる場合、有機無機複合体に光重合開始剤が含有されていることが好ましい。光重合開始剤を含有することにより、僅かな光（紫外線）の照射量で硬化させることができる。

光重合開始剤の具体例としては、例えば、ベンジルケタール、α−ヒドロキシアセトフェノン、α−アミノアセトフェノン、アシルフォスフィンオキサイド、１−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトン、２−ベンジル−２−ジメチルアミノ−１−（４−モルフォリノフェニル）−ブタノン−１、トリクロロメチルトリアジン、ジフェニルヨードニウム塩、トリフェニルスルホニウム塩、イミドスルホネートなどが挙げられる。

本発明におけるコア層、上部クラッド層及び下部クラッド層は、ＵＶ硬化樹脂により形成してもよい。このようなＵＶ硬化樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂を主成分とするエポキシ系ＵＶ硬化樹脂、アクリル系ＵＶ硬化樹脂、エポキシアクリレート系ＵＶ硬化樹脂、ポリウレタン系等のＵＶ硬化樹脂を挙げることができる。

本発明の第１の局面によれば、容易に製造することが可能な、端部にレンズ機能を有した光導波路とすることができる。

本発明の第２の局面によれば、光伝搬特性を外部から容易に測定することができる光導波路とすることができる。

本発明の第３の局面によれば、光伝搬特性を外部から容易に測定することができる共に、他の部品と接続する際の位置合わせが容易な光導波路とすることができる。

本発明の第４の局面によれば、コア層周辺の上部クラッド層と下部クラッド層の間に形成される残留層の厚みを容易に制御することができる。

以下、本発明を実施例により説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能なものである。

図１は、本発明の第１の局面に従う一実施例の光導波路の製造工程を示す断面図である。本実施例の光導波路は、図１（ｅ）に示す構造を有している。すなわち、基板１の上には下部クラッド層２が設けられており、下部クラッド層２の上面中央部には光導波路の長手方向に沿って延びるコア層３が設けられている。コア層３は、下部クラッド層２の溝２ａ内に設けられている。溝２ａは、矩形形状の断面を有している。コア層３及び下部クラッド層２の上には、上部クラッド層４が設けられている。下部クラッド層２及び上部クラッド層４は、コア層３よりも低い屈折率を有する材料から形成されている。コア層３は、上部クラッド層４及び下部クラッド層２よりその周囲を覆われることにより、その内部において光を伝搬させることができる。

図１（ｅ）は、光導波路の端面近傍の断面を示しており、光導波路のコア層３の端面近傍には、マイクロレンズ５が配置されている。本実施例において、マイクロレンズ５は、実質的に球形の形状を有している。本実施例において、マイクロレンズ５は、球状のポリスチレン粒子から形成されている。

以下、図１（ｅ）に示す光導波路の製造工程を、図１（ａ）〜（ｄ）を参照して説明する。本実施例及び以下の実施例において、コア層、下部クラッド層及び上部クラッド層は、アルコキシシランから形成される有機無機複合体を用いて形成している。コア層形成用溶液及びクラッド層形成用溶液を以下のようにして調製した。

〔コア層形成用溶液の調製〕
３−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン５．５ｍｌ、フェニルトリエトキシシラン５．５ｍｌ、塩酸（２Ｎ）１．６５ｍｌ、及びエタノール２０．５ｍｌを混合した後、２４時間放置することにより、３−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン及びフェニルトリエトキシシランを加水分解し、重縮合させる。得られた重縮合物４ｍｌに重合開始剤として１−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトン１０ｍｌを加えた後、１００℃に加熱することにより、エタノールを蒸発除去し、粘性液体を得る。粘性液体１ｇに、トリエチルエトキシシラン３ｍｌ及び無水トリフルオロ酢酸０．８ｍｌを混合し、２４時間放置した後、１００℃に加熱乾燥することにより、過剰のトリエチルエトキシシラン及び無水トリフルオロ酢酸を蒸発除去し、コア層形成用溶液を得る。

このコア層形成用溶液で形成した有機無機複合体の屈折率は、１．５１９である。

〔クラッド層形成用溶液の調製〕
上記のコア層形成用溶液の調製において、３−メタクリロキシプロピルトリエトキシシランを５．５ｍｌとし、フェニルトリエトキシシランを４．５ｍｌとする以外は、上記と同様にしてクラッド層形成用溶液を調製する。この溶液から形成した有機無機複合体の屈折率は、１．５１５である。この溶液を用いて、上部クラッド層及び下部クラッド層を形成する。

〔光導波路の作製〕
図１（ａ）に示すように、ガラス基板１の上に、下部クラッド形成用溶液２を滴下し、次に図１（ｂ）に示すように、凸部６ａを有する型６を、下部クラッド形成用溶液２の層に押し当て、この状態で紫外線を基板１側から照射することにより、溶液を硬化させ、凸部６ａに対応した溝２ａを有する下部クラッド層２を形成する。凸部６ａの幅及び高さは、８〜９μｍである。従って、下部クラッド層２に形成された溝２ａの幅及び深さは８〜９μｍである。型６は、樹脂または金属から形成されている。下部クラッド層２の厚みは約５０μｍである。

次に、下部クラッド層２の溝２ａの端面近傍以外の領域に、コア層形成用溶液を滴下する。端面近傍の溝２ａには、マイクロレンズを含有したコア層形成用溶液をマイクロピペットで吸い上げ、顕微鏡で観察しながら、溝２ａの端面近傍にマイクロレンズ粒子が位置するようにマイクロピペットからマイクロレンズ粒子と共に溶液を滴下する。マイクロレンズとしては、標準粒子（ＪＳＲ社製「ＤＹＮＯＳＰＨＥＲＥＳ ＳＳ−０７２−Ｐ」、球状ポリスチレン粒子、平均粒径７〜８μｍ、屈折率１．５８６）を用いた。

図１（ｃ）は、上述のようにしてマイクロレンズ５を端面近傍に配置した状態を示す図である。次に、図１（ｄ）に示すように、平板７を下部クラッド層２の上に押し当て、荷重をかけながら、ガラス基板１側から紫外線（３６５ｎｍ）を照射し、コア層形成用溶液を硬化させて、コア層３を形成した。

次に、平板７を除去した後、上部クラッド形成用溶液を滴下し、その上に平板を載せ、数分間荷重をかけて溶液が全体に行き渡るようにし、その後ガラス基板１側から紫外線（３６５ｎｍ）を照射し、上部クラッド層形成用樹脂を硬化させ、上部クラッド層４を形成する。上部クラッド層４の厚みは約５０μｍである。

複数本の光導波路を１本にして同時に製造する場合には、上部クラッド層形成後、ダイシングによって光導波路を所定のサイズにカットして各光導波路を分離する。

図２は、本実施例における下部クラッド層２及び溝２ａの端面近傍に配置されたマイクロレンズ５を示す斜視図である。図２に示すように、本実施例においては、光導波路の端面１０の近傍にマイクロレンズ５が配置される。

図３は、本実施例の光導波路の端面近傍を示す側方断面図である。図３に示すように、下部クラッド層２と上部クラッド層４の間に位置するコア層３の端面１０近傍にマイクロレンズ５が配置されている。このようにマイクロレンズ５を端面近傍に配置することにより、光導波路３内を伝搬する導波光８を、端面近傍において集束し、集束光９とすることができる。

マイクロレンズ５は、端面１０近傍のコア層３内に配置されるが、好ましくは、マイクロレンズ５の先端部が、端面１０からマイクロレンズ５の半径に相当する距離離れた領域内に配置される。すなわち、マイクロレンズ５が光導波路の内側に配置される場合、マイクレンズ５の端面１０側の先端部が、端面１０からマイクロレンズ５の半径に相当する距離離れた位置から端面１０までの領域に位置するように配置されることが好ましい。また、マイクロレンズ５が端面１０から突き出て外側に配置される場合、マイクロレンズ５の先端部が端面１０からマイクロレンズ５の半径に相当する距離離れた領域内までの範囲に位置するように配置されることが好ましい。

図４は、従来のマイクロレンズの配置状態を示す側方断面図である。従来においては、図４に示すように、マイクロレンズ４０を光導波路の外部に設ける必要があり、マイクロレンズ４０を固定する手段が必要であった。また、マイクロレンズとコアの位置合わせにμｍオーダーの精度が必要であった。これに対し、本発明の第１の局面に従えば、マイクロレンズをコア層内に配置することができるので、コア層の形成と共に、マイクロレンズをコア層内に固定し一体化することができる。また、マイクロレンズとコアとの位置調整（光軸合わせ）を不要にすることができる。

上記実施例においては、マイクロレンズとして球形形状のものを示したが、第１の局面においてはこのような形状に限定されるものではない。例えば、図２７に示すように、非球面レンズ１４を用いてもよい。また、レンズ面が円筒状であるようなレンズやロットレンズなどの円柱状のレンズ、さらには四角柱形状のレンズであってもよい。

また、図２８に示すように、横方向に対して縦方向に長く延びたような、断面が楕円形状の球状レンズ１５を用いてもよい。この場合、クラッド層２の溝２ａの幅及び深さは、幅方向よりも深さ方向に長いものとなる。

また、図２９に示すように、断面が楕円形状の円柱状レンズ１６を用いてもよい。この場合も図２８と同様に、溝２ａは深さ方向が幅方向よりも長い溝となる。

図５は、本発明の第２の局面に従う一実施例の光導波路を示す平面方向の断面図である。本実施例においては、コア層３内に、気泡２０が形成されている。コア層３内に気泡２０を形成することにより、光散乱領域が形成されている。光導波路の端面１０から入射した導波光１１は、この光散乱領域の粒子により散乱され、その一部が光導波路の外部に取り出される。

図６は、光散乱領域が形成されている領域の光導波路の外側に光検出器１２を設置した状態を示す平面方向の断面図である。光散乱領域が形成される領域の光導波路の外側に光検出器１２を設けることにより、光散乱領域によって散乱された導波光の一部を検出することができる。従って、本発明の第２の局面によれば、コア層を伝搬する導波光の光強度等を簡易に測定することができる。

本実施例では、光散乱領域の長さを１ｍｍとしており、気泡のサイズを２〜３μｍとしている。また、気泡の量は長さ１ｍｍ中において２０〜３０個程度である。

上記実施例では、コア層中に気泡を形成しているが、気泡に代えて粒子を含有させてもよい。このような粒子としては、金属粒子、ガラス粒子、樹脂粒子などが挙げられる。

図７及び図８は、本発明の第２の局面に従う光導波路の製造工程を示す断面図である。

図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、基板１の上に、コア層形成のための溝２ａを有する下部クラッド層２を形成し、下部クラッド層２の上にコア層形成用溶液３を滴下して、層を形成する。

次に、図８（ｃ）に示すように、気泡を含有したコア層形成用溶液をマイクロピペットに吸い上げ、顕微鏡で観察しながら、光散乱領域を形成する部分の溝２ａ内に、この溶液を注入する。気泡を含有したコア層形成用溶液は、コア層形成用溶液に、多孔質（孔径１〜２μｍ）のフィルタを通して窒素ガスをバブリングすることにより作製する。コア層形成用溶液は粘度の高い溶液であるので、溝２ａ内に注入された気泡は溝２ａ内に留まる。なお、溝２ａの幅及び深さは６〜７μｍである。なお、上述のように、気泡を注入して形成する光散乱領域は長さ１ｍｍであり、気泡のサイズは２〜３μｍ、気泡の量は長さ１ｍｍ中に２０〜３０個程度である。

次に、図８（ｄ）に示すように、溶液３の上に平板７を載せ、荷重１３をかけて、溝２ａ内以外の溶液を押し出す。この状態で、紫外線（３６５ｎｍ）を基板１側から照射し、コア層形成用溶液を硬化させて、コア層３を形成する。図８（ｄ）に示すように、光散乱領域の部分にのみ気泡２０が含有された状態となる。

次に、図８（ｅ）に示すように平板７を取り外した後、上部クラッド層形成用溶液を滴下し、これに紫外線を照射して硬化させ、上部クラッド層を形成する。

図９は、本発明の第３の局面に従う一実施例の光導波路を示す平面方向の断面図である。図９に示す実施例においては、下部クラッド層２の一部の領域に気泡２０を含有させ、光散乱領域２１が形成されている。光散乱領域２１においては、多数の気泡２０が樹脂中に形成された状態となっている。コア層３を伝搬する導波光１１の一部は、コア層３から漏れ出て、光散乱領域２０によって散乱され、その一部が光導波路の外部に取り出される。図９に示す実施例においては、コア層３が曲線部を有しており、この曲線部の外側に光散乱領域２１を形成している。従って、曲線部から漏れた光を光散乱領域２１によって散乱させ、外部に設けたフォトダイオードなどのセンサーで検出することができるので、曲線部における損失を測定することができる。

図１０は、本発明の第３の局面に従う他の実施例の光導波路を示す平面方向の断面図である。本実施例では、光導波路の端面１０の近傍に気泡２０を含有した光散乱領域２１が形成されている。光導波路の端面１０に、光ファイバー３０の端面３０ａが接続されており、光ファイバー３０から導波光１１が光導波路に伝搬される。本実施例では、光ファイバー３０との結合損失により発生した放射光を光散乱領域２１で散乱し、光導波路の外側に設けたフォトダイオードなどのセンサーでこれを検出して、結合損失を評価することができる。

図１１に示すように、コア層３の両側に光散乱領域２１を形成し、それぞれの光散乱領域２１から放出された光を検出する光検出器１２を設けておくことにより、例えば、２個の光検出器１２の信号強度が等しくなるように調整して、光ファイバー接続の際の位置合わせを行うことが可能になる。

図１０及び図１１において、光散乱領域２１は、例えば端面１０から１００μｍ内側で、コア層３から２０μｍ程度離れた位置に形成することができる。光散乱領域のサイズは、例えば、一辺数ｍｍ程度の領域とすることができる。また、気泡の直径２〜３μｍ程度、気泡の量は１ｍｍ³中に２０〜３０個程度である。

図１２及び図１３は、本発明の第３の局面に従う一実施例の光導波路の製造工程を示す断面図である。

図１２（ａ）及び（ｂ）に示すように、基板１の上にクラッド層形成用溶液２を滴下して溶液層を形成し、この上に凸部６ａを有する型６を押し当てた状態で基板１側から紫外線を照射して硬化させ、コア層形成のための溝２ａを有するクラッド層２を形成する。

次に、図１２（ｃ）に示すように、コア層形成用溶液３を滴下し、この上に平板７を載せて、紫外線を基板１側から照射して溝２ａ内の溶液を硬化させ、コア層３を形成する。

次に、図１３（ｅ）に示すように、平板７を取り外し、光散乱領域を形成する部分の下部クラッド層をドライエッチングにより除去し、エッチング部分２ｂを、コア層３の両側に形成する。ドライエッチングは、エッチングしない領域の上に、リフトオフによりＮｉマスク（厚み５００ｎｍ）を形成した後、エッチングの深さが５〜１０μｍとなるように行う。ドライエッチングの条件は、ＣＦ₄ガス流量：１０ｓｃｃｍ、真空度：２５ｍＴｏｒｒ、ＲＦパワー：２００Ｗ、ＲＩＥモードとした。エッチング後、Ｎｉマスクを希塩酸により除去し、図１３（ｅ）に示すような状態とした。

次に、図１３（ｆ）に示すように、上記と同様にして作製した気泡を含有したクラッド層形成用溶液を下部クラッド層２及びエッチング部２ｂの上に滴下する。エッチング部２ｂ以外の領域の上に載った溶液をヘラで除去した後、図１３（ｇ）に示すように、平板７を載せ、荷重１３をかけながら、紫外線を基板１側から照射し、溶液を硬化させ、光散乱領域２１を形成する。

次に、平板７を取り外し、図１３（ｈ）に示すように、上部クラッド層４を形成する。

図１４は、本発明の第３の局面に従うさらに他の実施例の光導波路を示す断面図である。本実施例においては、上部クラッド層４に気泡２０を含有する光散乱領域２１が形成されている。上部クラッド層形成用溶液を滴下した後、上記と同様にして作製した気泡を含有したクラッド層形成用溶液をマイクロピペットで凸部３１ａが位置する周辺部分に滴下し、この部分に気泡を含有させる。次に、凸部３１ａを有する型３１を、上部クラッド層形成用溶液４の層の上に載せ、荷重をかけることにより、凸部３１ａの近傍に気泡２０を凝集させる。この状態で紫外線を照射し、溶液を硬化させることにより、上部クラッド層の上面近傍に気泡２０が凝集した光散乱領域２１を形成することができる。硬化後、型３１を取り外す。型３１の凸部３１ａの形状は、例えば、幅及び奥行きが２０〜５０μｍ程度で、高さは２０μｍ程度である。型３１は、例えば樹脂または金属などから形成することができる。

図１５は、図１４に示す方法で上部クラッド層４の上方に光散乱領域２１を形成した光導波路である。図１５に示すように、コア層３の端面近傍の両側に光散乱領域２１を形成することにより、導波路におけるコア層の端面の位置の目印となる。従って、光ファイバーなどとコア層とを接続する際、光散乱領域２１を位置合わせの目印として用いることができる。

図１６は、本発明の第３の局面に従うさらに他の実施例の光導波路を示す平面図である。本実施例においては、コア層３の領域以外の部分に多数の気泡２０を含有させ、コア層３の近傍以外の領域が光散乱領域によって認識しやすくさせている。光導波路内におけるコア層３の位置が容易に認識できるようになるので、光ファイバーを接続するなどの組み立て作業が容易になる。

図１７は、本発明の第３の局面に従うさらに他の実施例の光導波路を示す平面図である。本実施例では、コア層３以外の領域において、気泡２０を集中的に形成し、光散乱領域２１をコア層３以外の限定した領域に形成している。気泡２０を凝集させているので、気泡の密度が高くなっており、図１６に示す実施例に比べ、より認識しやすくなる。

図１８及び図１９は、本発明の第３の局面に従う実施例の光導波路を製造する工程を示す断面図である。

図１８（ａ）〜（ｄ）に示す工程は、図１２（ａ）〜（ｄ）に示す工程と同様であり、基板１の上に下部クラッド層２を形成し、下部クラッド層２の溝２ａ内にコア層３を形成する。

次に、図１９（ｅ）に示すように、光散乱領域の形成される部分において、ドライエッチングにより下部クラッド層２の両側をドライエッチングし、エッチング部分２ｃを形成する。ここでは、基板１が露出するまでドライエッチングを行っている。

次に、図１９（ｆ）に示すように、気泡２０を含有したクラッド層形成用溶液をマイクロピペットで滴下し、図１９（ｇ）に示すように、平板７を載せこの状態で、紫外線を基板１側から照射して溶液を硬化させ、気泡２０を含有した光散乱領域２１を形成する。

次に、図１９（ｈ）に示すように、下部クラッド層２、コア層３及び光散乱領域２１の上に上部クラッド層４を形成する。

図２０は、本発明の第４の局面に従う実施例の光導波路を示す断面図である。

図２０に示すように、コア層３周辺の上部クラッド層４と下部クラッド層２との間にスペーサ２５が配置されている。スペーサ２５を配置することにより、上部クラッド層４と下部クラッド層２の間に形成される残留層２６の厚みが制御されている。

本発明の第４の局面において用いるスペーサとしては、上述の液晶ディスプレイ用のスペーサや、本発明の第１の局面において用いる標準粒子などを用いることができる。本実施例では、微小シリカ粒子（宇部日東化成社製、商品名「ハイプレシカ」、平均粒子径０．２μｍ、屈折率１．３５〜１．４５）を用いている。スペーサ２５としては、屈折率の小さいスペーサが好ましい。屈折率の小さいスペーサを用いることにより、残留層２６からの光の漏れを少なくすることができる。本実施例において、コア層３の屈折率は１．５１９であり、上部クラッド層４及び下部クラッド層２の屈折率は１．５１５である。従って、スペーサ２５の屈折率は、コア層３、上部クラッド層４及び下部クラッド層２の屈折率よりも小さい。

本発明の第４の局面において、スペーサ２５は、コア層３から１０μｍ程度以上離れた領域に設けられることが好ましい。これは、コア層における光伝搬特性に影響を与えないようにするためである。

また、本発明の第４の局面に従えば、上述のようにスペーサ２５を配置することにより残留層２６の厚みを制御することができる。また、残留層２６の厚みはスペーサ２５により決定されるため、導波路基板内の残留層の厚みの均一性が向上するとともに、残留層の厚みの再現性が向上する。シングルモード導波路の場合、コア層３の幅及び深さは、５〜８μｍ程度であるので、残留層２６の厚みは、コア層３の近傍において１．０μｍ以下となるように制御されていることが好ましい。また、マルチモード導波路の場合は、コア層３の幅及び深さが５０μｍ程度であるので、コア層３の近傍において残留層２６の厚みは１０μｍ以下に制御されていることが好ましい。

図２１は、本発明の第４の局面に従うさらに他の実施例を示す平面図である。本実施例では、図２１に示すように、コア層３の曲線部の内側にのみスペーサ２５が配置されている。図２２は、スペーサが配置されている領域の縦方向の断面図である。図２２に示すように、コア層３を挟む両側の領域において、一方の領域のみにスペーサ２５が配置されている。このため、スペーサ２５が配置されている側の残留層２６の厚みが厚くなっており、反対側の残留層２６の厚みが薄くなっている。

図２３（ａ）に示すように、コア層３が直線状である場合、コア層３の両側における実効屈折率Ｎ_effは同等である。図２３（ｂ）に示すように、コア層３が曲線状である場合、曲線部内側の実効屈折率Ｎ_effは低くなるが、曲線部外側の実効屈折率Ｎ_effは高くなる。このため、曲線部外側において導波光の漏れが生じ、光の損失が発生する。

本実施例においては、曲線部の内側にのみスペーサを配置し、曲線部内側の残留層２６の厚みを厚くし、曲線部外側の残留層２６の厚みを薄くしている。すなわち、残留層２６の厚みを曲線部の内側から外側に薄くなるようにグレーデッドに変化させている。このため、図２２に示すように、曲線部外側における実効屈折率Ｎ_effを低くすることができる。従って、従来、曲線部外側において発生していた光の損失を低減することができる。

図２１及び図２２に示す実施例のように、コア層両側において一方側にのみスペーサを配置して残留層の厚みを一方側から他方側に薄くなるように制御する場合、スペーサはコア層から５０μｍ程度離れた位置に配置することが好ましい。また、この場合において用いるスペーサは比較的大きなものでもよく、従って液晶ディスプレイに用いられるスペーサでも十分に使用することができる。例えば、粒子径５〜１０μｍのシリカ製スペーサなどを用いることができる。

また、コア層の両側にスペーサを設置し、コア層の一方側と他方側とでスペーサの粒径を変えることにより、残留層の厚みをグレーデッドに制御してもよい。

図２４は、本発明の第４の局面に従うさらに他の実施例の光導波路を示す平面図である。光導波路４１の一方側の端面１０ａには、光導波路４２が結合されている。また、光導波路４１の他方側の端面１０ｂには、光導波路４３が結合されている。光導波路４１のコア層３の幅及び深さは８μｍであり、光導波路４２のコア層３３の幅及び深さは８μｍである。一方、光導波路４３のコア層３２の幅及び深さは９μｍであり、コア層３よりも大きくなっている。

光導波路４１においては、光導波路４３と結合する端面１０ｂ近傍のコア層３の両側の領域にスペーサ２５を配置している。このため、端面１０ｂ近傍において残留層の厚みが厚くなっている。一方、光導波路４２と結合する端面１０ａの近傍にはスペーサを配置していない。端面１０ｂの近傍領域にスペーサ２５を配置することにより、残留層の厚みを厚くすることができるので、端面１０ｂから出射される光の領域を広げることができ、コア層３より広いコア層３２との結合性を良好にすることができる。

図２４に示す実施例において、スペーサ２５は、コア層３から５０μｍ程度離れた領域に配置することが好ましく、スペーサ２５としては、粒子径５〜１０μｍのものを用いることが好ましい。

図２５及び図２６は、図２０に示す実施例の光導波路を製造する工程を示す断面図である。

図２５（ａ）に示すように、下部クラッド層形成用溶液２を基板上に滴下した後、この上に凸部６ａを有する型６を載せて荷重１３をかけ、この状態で紫外線を基板１側から照射する。凸６ａの幅及び高さは６〜７μｍである。図２５（ｂ）に示すように、コア層形成のための溝２ａを有した下部クラッド層２を形成し、図２５（ｃ）に示すように、下部クラッド層２の上にコア層形成用溶液３を滴下する。

不要なコア層形成用溶液３をヘラなどで除去した後、図２５（ｄ）に示すように、コア層３の上方をメタルマスク３４で覆う。メタルマスク３４は、コア層３の両側それぞれ１０μｍ程度の領域にスペーサが付着しないよう覆うためのカバーである。従って、メタルマスク３４は、２５〜３０μｍ程度の幅を有している。次に、メタルマスク３４の上方から、スペーサ２５を振りかけるようにして落下させ、メタルマスク３４で覆われていない下部クラッド層２の領域の上にスペーサ２５を付着させる。

次に、図２６（ｅ）に示すように、平板７をスペーサ２５の上に載せ、荷重１３をかけながら、基板１側から紫外線を照射し、コア層３及びスペーサ２５が配置されている残留層の部分を硬化させる。

次に、平板７を取り除き、図２６（ｆ）に示すように、コア層３及び残留層２６の上に、上部クラッド層４を形成する。

図２１、図２２及び図２４に示す実施例においても、それぞれの実施例において所定の位置だけにスペーサを配置するためのメタルマスクを用い、上記と同様の製造工程で製造することができる。

本発明の第１の局面に従う一実施例の光導波路の製造工程を示す断面図。 本発明の第１の局面に従う一実施例の光導波路における下部クラッド層及びマイクロレンズを示す斜視図。 本発明の第１の局面に従う一実施例の光導波路を示す側方断面図。 従来の光導波路を示す側方断面図。 本発明の第２の局面に従う一実施例の光導波路を示す平面方向の断面図。 本発明の第２の局面に従う他の実施例の光導波路を示す平面方向の断面図。 本発明の第２の局面に従う一実施例の製造工程を示す断面図。 本発明の第２の局面に従う一実施例の製造工程を示す断面図。 本発明の第３の局面に従う一実施例の光導波路を示す平面方向の断面図。 本発明の第３の局面に従う他の実施例の光導波路を示す平面方向の断面図。 本発明の第３の局面に従う他の実施例の光導波路を示す縦方向の断面図。 本発明の第３の局面に従う一実施例の光導波路の製造工程を示す断面図。 本発明の第３の局面に従う一実施例の光導波路の製造工程を示す断面図。 本発明の第３の局面に従うさらに他の実施例の光導波路を示す縦方向の断面図。 本発明の第３の局面に従うさらに他の実施例の光導波路を示す平面図。 本発明の第３の局面に従うさらに他の実施例の光導波路を示す平面図。 本発明の第３の局面に従うさらに他の実施例の光導波路を示す平面図。 本発明の第３の局面に従う実施例の製造工程を示す断面図。 本発明の第３の局面に従う実施例の製造工程を示す断面図。 本発明の第４の局面に従う一実施例の光導波路を示す断面図。 本発明の第４の局面に従う他の実施例の光導波路を示す平面図。 本発明の第４の局面に従う他の実施例の光導波路を示す断面図。 コア層の直線部及び曲線部における実効屈折率Ｎ_effの分布状態を示す図。 本発明の第４の局面に従うさらに他の実施例の光導波路を示す平面図。 本発明の第４の局面に従う一実施例の光導波路の製造工程を示す図。 本発明の第４の局面に従う一実施例の光導波路の製造工程を示す図。 本発明の第１の局面に従う他の実施例に光導波路を示す側方断面図。 本発明の第１の局面に従うさらに他の実施例の光導波路における下部クラッド層及びマイクロレンズを示す斜視図。 本発明の第１の局面に従うさらに他の実施例の光導波路における下部クラッド層及びマイクロレンズを示す斜視図。

符号の説明

１…基板
２…下部クラッド層または下部クラッド層形成用溶液
２ａ…下部クラッド層の溝
３…コア層またはコア層形成用溶液
４…上部クラッド層または上部クラッド層形成用溶液
５，１４，１５，１６…マイクロレンズ
６…型
７…平板
８…導波光
９…集束光
１０，１０ａ，１０ｂ…光導波路の端面
１１…導波光
１２…光検出器
１３…荷重
２０…気泡
２１…光散乱領域
２５…スペーサ
２６…残留層
３０…光ファイバー
３０ａ…光ファイバーの端面
４１，４２，４３…光導波路

Claims (3)

1. 光伝搬領域となるコア層と、該コア層を覆う上部クラッド層及び下部クラッド層とを備え、前記コア層、上部クラッド層及び下部クラッド層が樹脂系材料から形成されている光導波路であって、
   前記コア層は、前記上部クラッド層または下部クラッド層に形成された溝内に形成されており、端面近傍の該溝内のコア層内に、該コア層を形成する材料より屈折率が大きい材料からなるマイクロレンズが配置されたことを特徴とする光導波路。
2. 前記マイクロレンズが、外形の一部に曲面を有することを特徴とする請求項１に記載の光導波路。
3. 前記マイクロレンズが、実質的に球形の形状を有することを特徴とする請求項１に記載の光導波路。

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