(57)【要約】【課題】  光ファイバとの結合部における結合損失を低減するとともに、結合手段の簡易化を図ることができ、これにより、低伝搬損失であって、実装時を含むコスト性にも優れた光導波路を提供する。【解決手段】  コア層１と、溝部３を有するクラッド層２とを含み、信号光を入射−伝播−出射する光導波路１０である。コア層１の断面寸法が、入射側と出射側とにおいて異なる。好適には、コア層１の入射側の断面寸法が、出射側の断面寸法より大きい。コア層１の、入射側および出射側の断面形状は、矩形または略円形とすることが好ましい。【選択図】        図１
2006053243.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コア層と、溝部を有するクラッド層とを含み、信号光を入射−伝播−出射する光導波路において、前記コア層の断面寸法が、入射側と出射側とにおいて異なることを特徴とする光導波路。
【請求項２】
前記コア層の入射側の断面寸法が、出射側の断面寸法より大きい請求項１記載の光導波路。
【請求項３】
前記コア層の、入射側および出射側の断面形状が矩形である請求項１または２記載の光導波路。
【請求項４】
前記コア層の、入射側および出射側の断面形状が略円形である請求項１または２記載の光導波路。
【請求項５】
前記コア層の、厚さ方向中央部における屈折率が、上下面における屈折率よりも高い請求項３記載の光導波路。
【請求項６】
前記コア層の、前記略円形中心近傍における屈折率が、円周近傍における屈折率よりも高い請求項４記載の光導波路。
【請求項７】
前記コア層が添加剤を含み、かつ、該添加剤の濃度が、前記厚さ方向中央部と上下面とで異なっている請求項５記載の光導波路。
【請求項８】
前記コア層が添加剤を含み、かつ、該添加剤の濃度が、前記略円形中心近傍と円周近傍とで異なっている請求項６記載の光導波路。
【請求項９】
前記溝部が断面矩形状であり、かつ、該溝部の、入射側の断面寸法が出射側の断面寸法より大きい請求項３または５記載の光導波路。
【請求項１０】
前記溝部が、少なくとも一部に略半円形を含む断面形状を有し、かつ、該溝部の、入射側の断面寸法が出射側の断面寸法より大きい請求項４または６記載の光導波路。
【請求項１１】
前記入射側および出射側の双方で光ファイバーに接続される光導波路であって、前記コア層が、前記入射側では接続される光ファイバのコアより大きい断面寸法を有し、かつ、前記出射側では接続される光ファイバのコアより小さい断面寸法を有する請求項１〜１０のうちいずれか一項記載の光導波路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光導波路に関し、詳しくは、光ファイバとの結合部における結合損失を小さくすることで、伝搬損失の低減を図った光導波路に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の光通信技術の発展に伴い、光スイッチや光合分波器などの光通信用部品を構成する基本素子として、高性能の光導波路の開発が望まれている。光導波路は一般に、基板上に、直接または下部クラッド層を介して、コア層および上部クラッド層を順次形成してなる構造を基本構造とする。そのコア層の材料としては、従来より、光伝播損失が小さいなどの利点から、光ファイバと同様に主として石英ガラス等の無機材料が用いられているが、最近では、加工性やコスト性に優れる合成樹脂などの有機材料を用いたポリマー光導波路について、検討が進められてきている。
【０００３】
このような光導波路の製造方法としては、フォトリソグラフィーや反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等を用いてコア層をパターン形成する方法が一般的である（例えば、特許文献１、２等に記載）。即ち、図５に示すように、まず、（ａ）基板１０１上にクラッド層１０２およびコア層１０３を順次塗布形成した後、（ｂ）その上にマスク層１０４を形成し、（ｃ）フォトリソグラフィーにより所望のコア層形状にパターニングする。さらに、（ｄ）このマスク層１０４を用いてコア層１０３をＲＩＥ等により加工し、最後に（ｅ）マスク層１０４を除去することで、所望の形状のコア層１０３を得ることができる。
【０００４】
ところで、光導波路を光ファイバと結合する際には、結合部における光損失を抑えるために、高い結合精度が要求される。そのため、光導波路と光ファイバとの結合部構造や、その結合方法については、種々検討がなされてきている。例えば、特許文献３には、基板上に形成された光導波路と光ファイバとを光学的に接続するにあたり、前記光ファイバの先端面と対向する前記光導波路の端面を、前記光導波路の軸線に対して傾斜した平面とし、前記基板に、前記光導波路の軸線と前記光ファイバの軸心とが前記端面での光の屈折に応じた交差角度で前記端面において交わるように、前記光ファイバを位置決めするための案内溝を形成し、前記光ファイバを前記案内溝に嵌め込んで位置決めした状態で前記光ファイバと前記基板とを接合することで、光ファイバの位置決めを困難にすることなく結合損失を小さくした光導波路と光ファイバとの接続方法および光導波路型デバイスが記載されている。
【特許文献１】特開平６−３４７６５８号公報（段落［００１０］〜［００１２］等）
【特許文献２】特開平８−３０４６５０号公報（段落［０００９］等）
【特許文献３】特開平８−１２２５６１号公報（特許請求の範囲等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のように、光導波路と光ファイバとの結合部における結合損失の低減に関しては、種々検討されてきているが、複雑な設計や実装手段を要することなく、低コストでかつ簡易な接合手段で光ファイバとの結合を行うことのできる光導波路については、未だ実現されていなかった。
【０００６】
そこで本発明の目的は、光ファイバとの結合部における結合損失を低減するとともに、結合手段の簡易化を図ることができ、これにより、低伝搬損失であって、実装時を含むコストの低減にも寄与できる光導波路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは鋭意検討した結果、下記構成とすることにより、上述の問題を解決できることを見出して、本発明を完成するに至った。
【０００８】
即ち、本発明の光導波路は、コア層と、溝部を有するクラッド層とを含み、信号光を入射−伝播−出射する光導波路において、前記コア層の断面寸法が、入射側と出射側とにおいて異なることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明においては、前記コア層の入射側の断面寸法が、出射側の断面寸法より大きいことが好ましい。また、前記コア層の、入射側および出射側の断面形状は、好適には矩形または略円形である。断面形状が矩形の場合には、前記コア層の、厚さ方向中央部における屈折率が、上下面における屈折率よりも高いことが好ましく、この場合、前記コア層に添加剤を含有させ、かつ、該添加剤の濃度が、前記厚さ方向中央部と上下面とで異なっているものとすることができる。一方、断面形状が略円形の場合には、前記コア層の、前記略円形中心近傍における屈折率が、円周近傍における屈折率よりも高いことが好ましく、この場合、前記コア層が添加剤を含み、かつ、該添加剤の濃度が、前記略円形中心近傍と円周近傍とで異なっているものとすることができる。また、本発明においては、前記溝部が断面矩形状であり、かつ、該溝部の、入射側の断面寸法が出射側の断面寸法より大きいか、または、前記溝部が、少なくとも一部に略半円形を含む断面形状を有し、かつ、該溝部の、入射側の断面寸法が出射側の断面寸法より大きいものとすることも好ましい。本発明の光導波路は、信号光の伝搬する下手側の断面寸法が、上手側の断面寸法に対して、同じかそれ以上の断面寸法を持つように接続することが好ましい。
【００１０】
さらに、本発明の光導波路は、前記入射側および出射側の双方で光ファイバーに接続する際には、前記コア層が、前記入射側では接続される光ファイバのコアより大きい断面寸法を有し、かつ、前記出射側では接続される光ファイバのコアより小さい断面寸法を有するように接続を行うことが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、上記構成としたことにより、光ファイバとの結合部における結合損失を低減して、伝搬損失の少ない光導波路を得ることができる。また、本発明の光導波路は、フォトリソグラフィを用いた従来方法と比較して簡易な工程で、容易に製造することが可能であるとともに、光ファイバとの結合を容易に行うことができるため、コスト性にも優れるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の具体的な実施の形態につき詳細に説明する。
図１（ａ）に、本発明の光導波路の一好適例の一部切欠斜視図を示す。図１（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、図１（ａ）中の矢視Ａ（入射側）、Ｂ（出射側）方向から見た側面図である。図示するように、本発明の光導波路１０は、コア層１とクラッド層２とを含み、コア層１を介して信号光を入射−伝播−出射するものであり、コア層１の断面寸法が、入射側と出射側とにおいて異なっている。コア層１の断面寸法を入射側と出射側とにおいて異なるものとしたことで、入射側と出射側それぞれに結合される光ファイバのコア径に好適に対応可能とすることができる。ここで、本発明において断面寸法が異なっているとは、断面の実質的な大きさが異なることを意味し、その大小とは、一方の断面（小さな断面寸法）を他方の断面（大きな断面寸法）が包含し得る関係を意味するものとする。従って、本発明においては、断面形状の異同は問題とならない。
【００１３】
本発明の光導波路においては、図示するように、コア層１の、入射側の断面寸法ＳAを出射側の断面寸法ＳBより大きくすることが好ましく、これにより、入射側では接続する光ファイバのコアより大きい断面寸法を有し、即ち、光ファイバのコア断面を包含し、出射側では、接続する光ファイバのコアより小さい断面寸法を有し、即ち、光ファイバのコア断面に包含されるコア層１を有する光導波路とすることができ、入射側と出射側との双方において、光ファイバとの結合損失を効果的に低減することが可能となる。即ち、図示するような光導波路には通常、入射側と出射側との区別はないが、本発明においては、接続する光ファイバに対し断面寸法の大きい側を入射側、小さい側を出射側として光ファイバとの接続を行うことで、上記伝搬損失の低減効果を確実に得ることができるものである。
【００１４】
本発明において、コア層１の形状については特に制限されるものではないが、例えば、図示するような矩形の断面形状とすることができ、この場合には、コア層１の、厚さ方向中央部における屈折率を、上下面における屈折率よりも高くすることが好ましい。中でも、コア層の屈折率を厚さ方向中央部から上下面に向かい低くなるよう形成した光導波路を、コア層内において屈折率が一様な、いわゆるＳＩ（ステップインデックス）型光導波路に対し、ＧＩ（グレーデッドインデックス）型光導波路という。ＧＩ型光導波路は、伝播時間が光線の経路によらず一定であることから、広範な波長領域にわたり低損失であり、高速大容量伝送に好適であることが知られている。特には、コア層の屈折率を、厚さ方向中央部から上下面に向かい連続的に低くなるよう形成することが好ましく、これにより、より伝送損失の低い高性能の光導波路とすることができる。
【００１５】
このような断面矩形状のＧＩ型のコア層は、例えば、コア層の材料中に添加剤を含有させ、熱や光を用いて、厚さ方向中央部と上下面とでその含有濃度を変えることにより、作製することが可能である。また、屈折率の異なる２種類以上の有機材料を溶解させた溶液を、厚さ方向中央部の屈折率が最も高く、上下面に行くほど屈折率が小さくなるように、塗工、積層する方法を用いることも好適である。後者の方法については、具体的には、まず、屈折率の異なる２種類以上の有機材料を溶解させた溶液を作製して、かかる２種類以上、好適には３種類以上、更に好ましくは４種類以上の溶液を、最も屈折率の低いものから順次屈折率が高くなるよう塗工、積層する。最も屈折率の高い溶液を塗工した後、さらに、順次屈折率が低くなるよう塗工、積層することで、上記したようなコア層における屈折率の連続的な変化を形成することができる。
【００１６】
上記屈折率の異なる溶液は、屈折率の異なる２種類以上の有機材料を用いて、これら有機材料の混合比率を変えることにより、好適に作製することができる。また、光透過性等の必要性能に問題を生じない添加剤を用いることで、屈折率を調整することも可能である。かかる有機材料としては、特に制限されるものではなく、紫外線（ＵＶ）硬化材料、電子線（ＥＢ）硬化材料、熱硬化性材料、熱可塑性材料等の各種モノマー（溶液も含む）、オリゴマー（溶液も含む）、ポリマー溶液のうちから、透明性や耐熱性等のコア層としての要求特性や、混合する際に問題となる相溶性等の観点から、適宜組み合わせで選択して用いることができる。
【００１７】
上記のうちモノマーとしては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸およびこれらの低級アルコールエステル、下記一般式（１）、
2006053243.tif 000003
（式中、Ｒ1は水素原子またはメチル基を表し、Ｒ2は炭素数８〜２０のアルキル基を表す）で表される化合物、ジ（メタ）アクリルエステル、トリ（メタ）アクリルエステル、さらには、スチレン、ジビニルベンゼン等のスチレン系モノマーなどを挙げることができる。
【００１８】
アクリル酸およびメタクリル酸の低級アルコールエステルの低級アルコールとしては、炭素数１〜５、好ましくは１〜３の１価アルコール、より好ましくはメタノールが挙げられる。
【００１９】
また、前記一般式（１）で表される化合物において、炭素数８〜２０の高級アルキル基を示すＲ2の好ましい炭素数は１０〜１６、より好ましくは１２〜１４である。この高級アルキル基Ｒ2は、単独アルキル基であっても混合アルキル基であってもよいが、最も好ましくは炭素数１２と１３との混合アルキル基である。この場合、炭素数１２のアルキル基のものと炭素数１３のアルキル基のものとの割合、即ち、ドデシル（メタ）アクリレートとトリデシル（メタ）アクリレートとの割合は、重量比として通常２０：８０〜８０：２０であり、特に４０：６０〜６０：４０であることが好ましい。
【００２０】
ジ（メタ）アクリルエステルとしては、エチレングリコールと（メタ）アクリル酸とのジエステル、ポリエチレングリコールと（メタ）アクリル酸とのジエステル、アルキル鎖の炭素数が３〜６のジオールと（メタ）アクリル酸とのジエステルが挙げられる。また、トリ（メタ）アクリルエステルとしては、アルキル鎖の炭素数が３〜６のトリオールと（メタ）アクリル酸とのトリエステルが挙げられる。なお、ポリエチレングリコールと（メタ）アクリル酸とのジエステルを構成するポリエチレングリコールとしては、下記一般式（２）、
2006053243.tif 000004
において、ｎが１〜１５、特に１〜１０のものが好ましい。
【００２１】
上記モノマーを重合あるいは共重合させて層を形成するための方法としては、熱や光による硬化方法が一般的であるが、特に制限されるものではない。一般的には、熱硬化の場合には、ｔ−ブチルヒドロパーオキサイド、ジーｔ−ブチルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、ジミリスチルパーオキシジカーボネート、ｔ−ブチルパーオキシアセテート、ｔ−ブチルパーオキシ（２−エチルヘキサノエート）、クミルパーオキシオクトエートなどの有機過酸化物、アゾビスイソブチロニトリル、アゾビスシクロヘキサンニトリルなどのアゾ化合物等の重合開始剤を添加し、５０〜１２０℃で１〜２０時間重合させる方法を採用することができる。また、光硬化の場合の重合開始剤としては、ベンジルメチルケタール、アセトフェノンジエチルケタールなどのケタール系化合物、α−ヒドロキシケトン、ミヒラーズケトン、α−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトンなどのケトン系化合物、ベンゾフェノンなどのベンゾフェノン系化合物、メタロセンなどのメタロセン系化合物、ベンゾインイソプロピルエーテルなどのベンゾイン化合物などが好適に用いられる。
【００２２】
なお、上記モノマーとともに、リン酸エステル、芳香族カルボン酸エステル、脂肪族カルボン酸、脂肪族カルボン酸エステル、グリコール類及びグリコール（メタ）アクリレート類の１種または２種以上をブレンドして用いることが、高温高湿下に長期間放置した場合の白濁を防止する点から好ましい。
【００２３】
また、ポリマーとしては、例えば、（メタ）アクリル系樹脂（（メタ）アクリル酸のエステル）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等のポリエステル系樹脂（結晶、非結晶）、ポリシラン、ポリエーテルスルホン、ポリノルボルネン、エポキシ系樹脂、例えば、ビスフェノールＡ型、ノボラック型のエポキシ樹脂とポリアミノアミド、変性ポリアミノアミド、変性芳香族ポリアミン、変性脂肪族ポリアミン、変性脂環族ポリアミン，フェノールなどの活性水素を持つ硬化剤との混合硬化物、ポリアリール、ポリイミド（ＰＩ）、ポリカルボジイミド、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリエステルイミド、ポリアミド（ＰＡ）、ポリスチレン（ＰＳ）、アクリロニトリル−スチレン共重合体（ＡＳ）、メチルメタクリレート−スチレン共重合体（ＭＳ、ＭＭＡ−Ｓｔ）、スチレン−ブタジエンブロック共重合体（ＳＢＳ）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体（ＡＢＳ）等のスチレン系樹脂（中でも、ＳＢＳ、ＡＢＳは耐衝撃性に優れる利点を備える）、ポリフェニレンエーテル等のポリアリーレンエーテル、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリアセタール、ポリフェニレンスルフィド、ポリスルホン、ポリエーテルエーテルケトンやポリエーテルケトンケトン等のポリエーテルケトン類、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、スチレン−エチレン−ブタジエン−スチレンブロックポリマー（ＳＥＢＳ）、フッ化ビニリデン系樹脂、ヘキサフルオロプロピレン系樹脂、ヘキサフルオロアセトン系樹脂等のフッ素系樹脂などを挙げることができ、中でも、（メタ）アクリル系樹脂が好ましい。
【００２４】
透明樹脂としては、他に、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、シクロオレフィンポリマー（商品名：アートン（ＪＳＲ（株））、ゼオネックス（日本ゼオン（株）等）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）樹脂、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）、フェノール樹脂、ポリサルフォン（ＰＳＦ）樹脂等が挙げられる。上記のうち、モノマーあるいは低分子材料から出発できるものとしては、スチレン系樹脂、特にはＭＳ樹脂、（メタ）アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂がある。
【００２５】
さらに、アクリル酸、メタクリル酸およびこれらの低級アルコールエステルとスチレン系モノマーとの共重合体の他、前述したモノマー類の一部または全ての水素原子をフッ素原子または重水素に置き換えたモノマーを用いた透明樹脂などを用いることもできる。かかるコア層１の材料についても、単独または２種以上を適宜混合して使用することが可能である。
【００２６】
なお、上記塗工時においては、直前に塗工、形成された層が溶解可能な溶剤を用いて、その上層を塗工、形成することが好ましい。即ち、前の層を形成した後、その次の層を形成するに際し、乾燥速度を調整して、前に形成した層の表面が次の層の溶剤によって溶解されるようにする。これにより、各層間の界面で互いに接する層材料の相互拡散を促すことができ、コア層における屈折率変化の連続性をより高めることができる。また、同様の理由から、硬化型の材料を用いる場合には、最初の１層目を塗工した後、乾燥、硬化、セミ硬化した状態まで架橋して、その後に第２層を塗工し、２層目については、１層目の材料と２層目の材料とが界面近傍で相互拡散するように時間を置いてから、乾燥または硬化を行うことが好ましい。以下、同様にしてすべての層を塗工することにより、各層の界面において相互拡散が発生して、極めてスムースな屈折率変化を実現することができ、最も連続性に優れたコア層を形成することができる。
【００２７】
本発明においては、上述のようにして形成された断面矩形状のＧＩ型コア層を、入射側の断面寸法が出射側の断面寸法より大きくなるように、厚さについては変えずに、幅のみが変わるよう厚さ方向に裁断して、これをコア層１として用いることができる。
【００２８】
また、本発明に係るコア層の断面形状は、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、略円形とすることも好適である。図２（ａ）は、本発明の他の好適例の光導波路の平面図であり、図２（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、図２（ａ）中の矢視Ｃ（入射側）、Ｄ（出射側）方向から見た側面図である。図示する光導波路２０においても、コア層１１の、入射側の断面寸法ＳCが、出射側の断面寸法ＳDより大きく形成されている点は、図１に示す光導波路１０と同様である。
【００２９】
図示する断面略円形状のコア層１１の場合も、略円形中心近傍における屈折率を、円周近傍における屈折率よりも高くすることが好ましい。中でも、図１に示す断面矩形状のコア層の場合と同様に、コア層１１の屈折率を略円形中心近傍から円周近傍に向かい、特には連続的に低くなるよう形成したＧＩ型光導波路とすることがより好ましく、これにより、より伝送損失の低い高性能の光導波路を得ることができる。また、断面略円形状のコア層は、断面矩形状のコア層に比し、コア層内における信号の反射伝搬をより均等にすることができる利点を有するため、信号の鈍りを低減することができる効果も得ることができる。このような断面略円形状のＧＩ型のコア層１１は、断面矩形状のコア層１の場合と同様に、コア層の材料中に添加剤を含有させ、熱や光を用いて、略円形中心近傍と円周近傍とでその含有濃度を変えることにより、作製することが可能である。
【００３０】
また、上記ＧＩ型コア層１１は、屈折率の異なる２以上の層からなるものとすることも好適であり、このようなコア層１１は、例えば、多層押出しにより好適に形成することができる。この場合の各層間の屈折率の調整は、例えば、上記断面矩形状のコア層１の場合と同様に、添加剤の含有濃度を変えることにより行うことができ、また、各層の構成材料を変えることにより行うこともでき、特に制限されるものではない。
【００３１】
さらに、本発明に係るコア層は、例えば、図２（ｄ）、（ｅ）に示すように、入射側を断面矩形状、出射側を断面略円形状として、断面の外形を変えて形成することもできる。なお、図２（ｄ）、（ｅ）についてもそれぞれ、図２（ａ）中の矢視Ｃ（入射側）、Ｄ（出射側）方向から見た側面図に対応している。この場合も、コア層１１’の、入射側の断面寸法ＳC'が、出射側の断面寸法ＳD'より大きく形成されている点は、図１に示す光導波路１０と同様である。
【００３２】
本発明の光導波路においては、上記ＳＩ型またはＧＩ型のいずれの場合であっても、図示するようにクラッド層が溝部を有し、この溝部内にコア層が形成されている。従って本発明においては、図示するように、コア層の断面形状に対応して、溝部が、断面矩形状か、または、少なくとも一部に略半円形を含む断面形状を有し、かつ、溝部の、入射側の断面寸法が出射側の断面寸法より大きくなるよう形成されていることが好ましい。このような溝部は、図示するような上下クラッド層のいずれかに、例えば、射出成形法や、ブレード研磨法を用いて形成することができる。また、いわゆるインプリント法（ホットエンボス法またはナノインプリント法とも称する）を用いても、好適にコア層を形成することが可能である。
【００３３】
図３に、かかるインプリント法を用いた本発明の光導波路２０の製造工程の一例を示す。以下、図３に示す断面略円形状のコア層を有する光導波路について、インプリント法を用いた製造方法につき説明するが、断面矩形状の光導波路の場合も同様に行うことができる。図示する例では、（ａ）基板５上に下部クラッド層１２ｂを塗工した後、（ｂ）かかる下部クラッド層１２ｂに対し凹凸パターンが形成されたモールド６をプレスして、その凹凸パターンを下部クラッド層１２ｂ表面に転写することにより、溝部１３を形成している（インプリント工程）。その後、（ｃ）溝部１３内にコア層１１を塗工して、さらに、（ｄ）上部クラッド層１２ａを積層することにより、光導波路２０を製造することができる。なお、図示はしないが、溝部１３は、入射側の断面寸法が出射側の断面寸法より大きくなるよう形成されている。
【００３４】
上記のように、インプリント法を用いて溝部の形成を行うことにより、従来のリソグラフィー法に必要な現像作業が不要となり、簡易な工程で効率良く製造を行うことが可能となる。また、ビーム系が不要であるため装置コストが抑制でき、化学増幅系などの高価なレジスト材料が不要となる点でもコストの低減に寄与することができる。さらに、インプリント法では、パターンの形状をそのまま転写することができるため、設計通りの３次元形状を容易に得ることができるとともに、従来のリソグラフィー法では対応できなかった曲面などの多様な断面形状にも、光導波路を形成することが可能となるという利点もある。なお、図示する例では、断面略Ｕ字形状の凸部を有するモールド（テンプレート）６を用いているが、断面矩形状のコア層を形成する場合には断面矩形状の凸部を有するモールドを用いることができ、また、断面略円形状のコア層の場合も、半円形やＶ字形の凸部を有するモールドを用いてもよく、特に制限されるものではない。図示するような断面略Ｕ字形状の凸部であれば、より容易に略半円形の断面形状を有するコア層の形成が可能であるが、例えば、半円形やＶ字形などの場合でも、後述する溝部表面の接触角を利用する方法を用いることで、略半円形の断面形状を有するコア層を形成することが可能である。
【００３５】
ここで、上記インプリント工程においては、下部クラッド層１２ｂの材料として、熱可塑性材料または熱硬化性材料を用いる熱インプリント法、または、光硬化材料を用いる光インプリント法のいずれかを、好適に採用することができる。このうち、熱可塑性材料を用いる場合には、そのガラス転移点以上の温度でモールド６のプレスを行った後、モールド６からの離型前に下部クラッド層１２ｂの冷却硬化を行うことにより、形状精度良く溝部１３のパターンを形成した下部クラッド層１２ｂを形成することができる。また、熱硬化性材料を用いた場合には、プレス後、モールド６からの離型前に下部クラッド層１２ｂの熱硬化を行い、光硬化材料を用いた場合には、同様にプレス後、モールド６からの離型前に、下部クラッド層１２ｂの光硬化を行えばよい。いずれの場合においても、モールド６からの離型前に下部クラッド層１２ｂを硬化させることができるため、所望の形状の溝部１３のパターンを、歪みを生ずることなく形成することができる。
【００３６】
熱インプリント法に用いることのできる下部クラッド層１２ｂの材料としては、透明性に優れた熱可塑性材料および熱硬化性材料であればよく、特に制限されるものではない。例えば、熱可塑性材料としては、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）などが挙げられる。これらの材料は、単独もしくはブレンドして用いてもよく、ブレンドの場合には、ブレンドされる各々の材料の３次元網目構造が相互貫通している構造（ＩＰＮ（Ｉｎｔｅｒ  ｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇ  ｎｅｔｗｏｒｋｓ）構造）をとってもよい。上記材料の成分をブロックとして、共重合体としてもよい。また、上記材料に適量の溶剤を添加して、転写性を改良することも可能である。
【００３７】
また、熱硬化性材料としては、シリコン系材料、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアリレート樹脂、フッ素系樹脂、これら樹脂の重水素化物などが挙げられる。これらの材料は、単品もしくはブレンドして用いてもよく、ブレンドの場合には、ブレンドされる各々の材料の３次元網目構造が相互貫通している構造（ＩＰＮ構造）をとってもよい。上記材料の成分をブロックとして、共重合体としてもよい。
【００３８】
次に、光インプリント法は、一般的に材料の硬化速度が速いので、熱インプリント法と比較して、プロセス時間を短くできる利点がある。かかる光インプリント法に用いることのできる光硬化材料は、（ａ）重クロム酸塩系感光性樹脂、（ｂ）光分解型感光性樹脂、（ｃ）光二量化型感光性樹脂、（ｄ）光重合型感光性樹脂に分類される。
【００３９】
（ａ）重クロム酸塩系感光性樹脂としては、ゼラチン、グルー、卵白、アラビアゴム、セラミックなどの天然高分子、あるいは、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、ポリアクリルアミドのような合成高分子に、重クロム酸アンモニウムあるいは重クロム酸カリウムを加えたものを挙げることができる。また、（ｂ）光分解型感光性樹脂としては、芳香族ジアゾニウム塩系樹脂、ｏ−キノンジアジド類樹脂、アジド化合物含有樹脂があり、（ｃ）光二量化型感光性樹脂としては、桂皮酸エステル系樹脂が挙げられる。これらはいずれも、光インプリント法における下部クラッド層材料として用いることができる。
【００４０】
さらに、（ｄ）光重合型感光性樹脂としては、不飽和二重結合のラジカル重合反応を利用した光ラジカル重合系組成物、二重結合へのチオール基の付加反応を利用した光付加反応系組成物、および、エポキシ基の開環付加反応（カチオン重合）を利用した光カチオン重合系組成物等が挙げられる。このうち光ラジカル重合系組成物としては、（メタ）アクリロイル基、マレイン酸、フマル酸基を官能基として導入した不飽和ポリエステル、不飽和ポリウレタン、不飽和エポキシ樹脂、オリゴエステル（メタ）アクリレート、ポリエーテル（メタ）アクリレートなどが挙げられる。また、二重結合へのチオール基の付加反応を利用した光付加反応系組成物としては、ポリウレタンプレポリマーの末端イソシアネート基にアリルアルコールを反応結合させたポリエンにペンタエリスリトールテトラキス（β−メルカプトプロピオネート）のようなチオール基を持つ化合物が挙げられ、光カチオン重合系組成物としては、光の照射により、ＢＦ3、ＳｎＣｌ4、ＰＦ5などのルイス酸を放出する化合物を光カチオン重合開始剤として用いて、エポキシ基などを光開環重合させるものが挙げられる。また、アクリル系、エポキシ系、ポリシラン系等の感光性樹脂も挙げられる。これら光重合型感光性樹脂は、いずれも光インプリント法に使用可能である。
【００４１】
なお、インプリント法では、前述したように熱収縮や光硬化収縮により寸法変化が生ずるため、使用する材料に応じて変化量をあらかじめ予測して、光導波路を設計する必要がある。また、解像度がモールドで定まってしまう点、モールド内に樹脂の残膜が発生する場合がある点にも注意を要する。
【００４２】
インプリント法を用いる場合の、図３（ａ）、（ｄ）に示す下部クラッド層１２ｂおよび上部クラッド層１２ａの形成は、使用する材料に応じて慣用の塗工方法により行えばよく、特に制限されるものではない。例えば、スピンコート法、コンマ法、グラビア法等を用いることができる。また、所望に応じ別途作製したフィルム状のクラッド層を積層してもよい。また、図３（ｃ）に示す溝部１３内へのコア層１１の形成は、特に制限されるものではなく、例えば、スピンコート法、スクリーン印刷、オフセット印刷、グラビア印刷、インクジェット、ディスペンサー塗布、アプリケーター塗布等の、液状かまたは少なくとも流動性を有する材料を供給することが可能な慣用の方法を用いて行うことができ、特には、インクジェットまたはディスペンサー塗布、中でも、ディスペンサー塗布の手法を用いることが好適である。図３（ｄ）に示す上部クラッド層１２ａの塗工後には、熱ないし光（紫外線（ＵＶ）、電子線（ＥＢ）等）を適宜付与して、未硬化の部分を硬化させることにより、光導波路２０を得ることができる。なお、図３（ｃ）に示すコア層１１の塗工後にも、コア層をある程度硬化させて形状を保持するために、熱ないし光を付与することが可能である。特に、断面略円形状のコア層とする場合には、塗工後に熱ないし光硬化を行うことが好ましい。
【００４３】
ここで、溝部１３内において断面形状が略円形であるコア層１１を形成するための手法としては、例えば、コア層１１形成用材料の溝部１３表面に対する接触角を高く、例えば、９０〜１７０°の範囲内程度とする手法が挙げられる。かかる高接触角を有するコア層１１形成用材料を溝部１３内に塗工すると、図示するように、コア層１１形成用材料は、表面張力により断面略円形状に形成されることになる。その状態で硬化を行うことにより、溝部１３内において、図示するような断面略円形状のコア層１１を形成することができる。
【００４４】
この場合、コア層１１およびクラッド層１２の各材料の組み合わせを適宜選択することにより上記接触角を調整することも可能であるが、本発明においては、溝部１３の表面にフッ素含有化合物を含有させる手法を好適に用いることができる。フッ素含有化合物は、一般に、屈折率が低い上に撥水、撥油性が高いため、溝部１３の表面の少なくとも一部、図示する例では、少なくとも溝部１３表面のうち半円形の部分にフッ素含有化合物を含有させておくことで、その部分に対するコア層１１形成用材料の接触角を高めることができる。得られる接触角は、コア層１１形成用材料とフッ素含有化合物との組み合わせにより変わるが、例えば、１００〜１４０°程度である。かかるフッ素含有化合物としては、特に制限されるものではなく、汎用の材料から適宜選択して用いることができるが、例えば、フッ素化エポキシ樹脂、フッ素化アクリル樹脂、フッ素化アクリル酸エステル樹脂、フッ素化ポリイミド樹脂などのフッ素化された樹脂、ゴムや無機フッ素化合物、パーフルオロアルキル基含有アクリル酸エステル、メタクリル酸エステルの共重合体などのフッ素系界面活性剤などを挙げることができる。
【００４５】
溝部１３の表面にフッ素含有化合物を含有させる方法としては、溝部１３を設けたクラッド層１２を成形した後、その溝部１３表面の適宜箇所にフッ素含有化合物をスピンコート法、スプレー法、ディップ法などにより塗布する方法を用いてもよく、また、溝部１３を上述したインプリント法により形成する場合には、インプリント法に用いるモールドの、溝部１３に対応する適宜部分にフッ素含有化合物を塗布しておき、溝部１３の形成と同時に、その表面にフッ素含有化合物を含有させる方法を用いてもよい。また、クラッド層全体をフッ素含有化合物からなるものとしてもよく、さらに、クラッド層の形成後、引き続きクラッド層表面にフッ素含有化合物を塗工して、その後インプリント法による凹凸パターンの転写を行う手法を用いてもよい。
【００４６】
本発明の光導波路におけるコア層１およびクラッド層２の材料としては、特に制限されるものではなく、従来慣用の無機材料や有機材料のうちから適宜選択して用いることができるが、コア層は、上下クラッド層よりも高屈折率にて形成することが必要となるので、互いの層の材料との関連で選択することを要する。コア層１の材料としては、例えば、前述した材料を好適に用いることができるが、前述した多層押出しによりコア層１を形成する場合には、熱可塑性材料を用いることが好適である。また、下部クラッド層２ｂの材料としては、インプリント法を用いる場合には前述した材料が好適であり、上部クラッド層２ａについても、先に挙げた下部クラッド層２ｂと同様の材料を用いればよい。伝送損失の低減の観点からは、上下クラッド層２ａ、２ｂは同一の材料を用いて形成することが好ましい。
【００４７】
なお、図３に示す製造工程において使用する基板５としては、従来より知られているものから適宜選択して用いることができ、特に制限されるものではない。例えば、シリコン基板や石英基板、金属箔、ガラス板などの他、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの高分子フィルム等を用いることができる。但し、前述のインプリント工程において光インプリント法を用いる場合には、基板５側から、または、モールド側から光を照射して硬化を行う必要があるため、基板５またはモールドとして透明なものを用いることが必要となる。さらに、上記各層の塗工溶液の調製に用いる溶剤としては、特に制限されるものではなく、例えば、アセトン、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、酢酸エチル、酢酸セロソルブ、ジオキサン、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、ベンゼン、シクロヘキサノン等の慣用の有機溶剤から適宜選択して用いることができる。
【実施例】
【００４８】
従来例
断面形状が矩形のコア層を有する長さ３０ｍｍの光導波路に対し、コア径が１０００μｍのマルチモード用光ファイバを両側に接続する際の、光導波路のコア層の断面寸法に対する結合損失を、入力損失、出力損失および入出力損失として、それぞれ計算した。
【００４９】
入力損失はコア層の断面寸法が大きくなるほど減少し、断面寸法７００μｍ×７００μｍで入力損失２．０ｄＢであったものが、断面寸法１０００μｍ×１０００μｍのときには入力損失０．３ｄＢを示した。一方、出力損失はコア層の断面寸法が大きくなるほど増加し、断面寸法７００μｍ×７００μｍで出力損失１．２ｄＢであったものが、断面寸法１０００μｍ×１０００μｍのときには出力損失２．０ｄＢを示した。入出力損失では、断面寸法９００μｍ×９００μｍのとき最小値１．６ｄＢを示した。
【００５０】
実施例
一方、断面形状が矩形で、入射部の断面寸法が１１００μｍ×１１００μｍ、出射部の断面寸法が７００μｍ×７００μｍであるコア層を有する同じく長さ３０ｍｍの光導波路を用いて同様な測定を行ったところ、入力損失は０．２ｄＢ、出力損失は１．２ｄＢであり、入出力損失としては、１．２ｄＢという結果を示した。
【００５１】
以上の結果から、コア層の断面寸法を入射側と出射側とで変えた実施例の光導波路によれば、コア層の断面寸法が入射側と出射側とで同一である従来例の光導波路に比し、伝搬損失を低減できることが確かめられた。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】（ａ）は、本発明の光導波路の一好適例を示す斜視図であり、（ｂ）、（ｃ）は、（ａ）中の矢視方向から見た側面図である。
【図２】（ａ）は、本発明の光導波路の他の例を示す平面図であり、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）、（ｅ）は、それぞれ（ａ）中の矢視方向から見た側面図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の光導波路の製造方法の一例を示す製造工程図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）は、本発明の光導波路のさらに他の例を示す側面図である。
【図５】（ａ）〜（ｅ）は、従来の光導波路の製造方法の一例を示す製造工程図である。
【符号の説明】
【００５３】
１、１１、２１  コア層
２、１２、２２  クラッド層
２ａ、１２ａ、２２ａ  上部クラッド層
２ｂ、１２ｂ、２２ｂ  下部クラッド層
３、２３  溝部
２４  空気層
５、基板
６  モールド
１０、２０、３０  光導波路
【図１】
2006053243.tif 000005
【図２】
2006053243.tif 000006
【図３】
2006053243.tif 000007
【図４】
2006053243.tif 000008
【図５】
2006053243.tif 000009