(57)【要約】  コア領域（１２）、クラッド領域（１４）及びそれらの間に位置する屈折率差領域（１６）を含む導波路を形成する方法は、重合性複合材を基板（１８）上に付着させて層（２２）を形成し、上記層をパターニングして該層の露出域（２６）と非露出域（２８）を画成し、上記層の露出域を照射し、未硬化モノマーを揮発させて導波路を形成することを含んでおり、重合性複合材は、ポリマーバインダーと層の露出域に拡散して屈折率差領域を形成するのに充分な量の未硬化モノマーとを含む。得られた導波路は、コア領域及びクラッド領域よりも屈折率の低い屈折率差領域を含む。【選択図】    図５及び６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コア領域（１２）とクラッド領域（１４）とそれらの間に位置する屈折率差領域（１６）とを備える導波路を形成する方法であって、
基板（１８）上に重合性複合材を付着させて層（２２）を形成し、
上記層をパターニングして該層の露出域（２６）と非露出域（２８）とを画成し、
上記層の露出域を照射し、
未硬化モノマーを揮発させて導波路を形成する
ことを含み、上記重合性複合材が、ポリマーバインダーと上記層の露出域に拡散して屈折率差領域を形成するのに充分な量の未硬化モノマーとを含む方法。
【請求項２】
前記ポリマーバインダーがアクリレートポリマー、ポリエステル、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリエーテルケトン及びこれらの組合せの１種以上を含み、前記未硬化モノマーがアクリルモノマー、シアネートモノマー、ビニルモノマー、エポキシド含有モノマー又はこれらの組合せの１種以上を含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記パターニングが、１以上の屈曲部が画成されるように前記層をパターニングすることを含む、請求項１記載の方法。
【請求項４】
コア領域（１２）、クラッド領域（１４）及びそれらの間に位置する屈折率差領域（３１６）を備える導波路（１０）を形成する方法であって、
ポリマーバインダーと未硬化モノマーとを含む重合性複合材を準備し、
重合性複合材を基板（１８）上に付着させて層（２２）を形成し、
上記層をパターニングして該層の露出域（２６）と一部分がコア領域をなし別の部分が拡散源領域（２３）をなす非露出域（２８）とを画成し、
上記層の露出域を照射し、
未硬化モノマーを揮発させて導波路及び屈折率差領域を形成する
ことを含む方法。
【請求項５】
前記ポリマーバインダーがアクリレートポリマー、ポリエステル、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリエーテルケトン及びこれらの組合せの１種以上を含み、未硬化モノマーがアクリルモノマー、シアネートモノマー、ビニルモノマー、エポキシド含有モノマー又はこれらの組合せの１種以上を含む、請求項４記載の方法。
【請求項６】
拡散源領域の１以上の末端部（３６）が拡散源領域の中央部（３８）よりもコア領域から離れた位置にある、請求項４記載の方法。
【請求項７】
拡散源領域が２以上の拡散源領域を含む、請求項４記載の方法。
【請求項８】
クラッド領域（１１４）、コア領域（１１４）及び散乱領域（１３４）を備える導波路を形成する方法であって、
ポリマーバインダーと未硬化モノマーとを含む重合性複合材を準備し、
重合性複合材を基板（２２）上に付着させて層（１８）を形成し、
上記層をパターニングして該層の露出域（２６）と非露出域（２８）を画成し（ここで、露出及び非露出域の一部分がクラッド領域をなし、露出及び非露出域の部分がコア領域及び散乱領域をなす）、
上記層の露出域を照射し、
未硬化モノマーを揮発させて導波路を形成する
ことを含む方法。
【請求項９】
重合性複合材が、層の露出域に拡散し、揮発時にクラッド領域とコア領域の間に屈折率差領域を形成するのに充分な量の未硬化モノマーを含んでいる、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
ポリマーバインダーがアクリレートポリマー、ポリエステル、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリエーテルケトン及びこれらの組合せの１種以上を含み、未硬化モノマーがアクリルモノマー、シアネートモノマー、ビニルモノマー、エポキシド含有モノマー又はこれらの組合せの１種以上を含む、請求項８記載の方法。
【請求項１１】
コア領域（１２）と、
クラッド領域（１４）と、
それらの間に位置し、コア及びクラッド領域よりも屈折率の低い屈折率差領域（１６）と
を備えるポリマー層を含む導波路。
【請求項１２】
導波路がアクリレートポリマー、ポリエステル、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリエーテルケトン及びこれらの組合せの１種以上を含む、請求項１１記載の導波路。
【請求項１３】
コア領域が１以上の屈曲部を含む、請求項１１記載の導波路。
【請求項１４】
コア領域（１２）と、
拡散源領域（３２）と、
コア及び拡散源領域よりも屈折率の低いクラッド領域（１４）と、
コア領域と拡散源領域の間に位置し、クラッド領域よりも屈折率の低い屈折率差領域（３１６）と
を備えるポリマー層（２２）を備える導波路（１０）。
【請求項１５】
導波路がアクリレートポリマー、ポリエステル、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリエーテルケトン及びこれらの組合せの１種以上を含む、請求項１４記載の導波路。
【請求項１６】
拡散源領域の１以上の末端部（３６）が拡散源領域の中央部（３８）よりもコア領域から離れた位置にある、請求項１４記載の導波路。
【請求項１７】
拡散源領域が２以上の拡散源領域を含む、請求項１４記載の導波路。
【請求項１８】
コア領域（１１４）と、
散乱領域（１３４）と、
コア及び散乱領域よりも屈折率の低いクラッド領域（１１４）と
を備えるポリマー層を含む導波路。
【請求項１９】
さらに、クラッド領域とコア領域の間に屈折率差領域を含んでおり、屈折率差領域がクラッド領域よりも低い屈折率を有する、請求項１８記載の導波路。
【請求項２０】
散乱領域が櫛形からなる、請求項１８記載の導波路。
【請求項２１】
散乱領域が光成端に適したパターン及び位置を含む、請求項１８記載の導波路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に光導波路に関する。
【背景技術】
【０００２】
現代の高速通信システムでは、高帯域データの送受信用ファイバーを始めとする光導波路が使用される機会が増している。光導波路の可撓性並びに取扱い及び架設容易性に関する優れた特性は、ＦＴＴＨ、ローカルエリアネットワーク、高速演算及び自動車情報、診断、並びにエンターテインメントシステムのような高帯域短距離データ伝送用途におけるそれらの実用化に対する重要な原動力である。
【０００３】
いかなるタイプの光通信システムでも、異なる別個の部品を相互に接続する必要がある。これらの部品としては、例えばレーザー、検出器、ファイバー変調器及びスイッチのような能動素子、並びに例えばフィルター及びスプリッターのような受動素子が挙げられる。高分子導波路は、これらの部品を相互に接続する実行可能で潜在的に安価な手段を提供する。かかる導波路は良好な効率で光を結合し、かつ非常に低い伝搬損失で光信号を送ることができるべきであり、効率や伝搬損失は主としてポリマーの質、導波路の構造及び素子の境界によって決定される。
【０００４】
散乱損失の過度の増大を伴うことなく低い減衰と優れた環境安定性を示す高分子光導波路を作製するには、ポリマー材料の適切な選択が必要とされる。また、光閉じ込め又は光散乱素子の巧妙な導入は、高分子系光導波路における制御された光伝達の達成に潜在的に有用である。
【０００５】
導波路構造は幾つかの技術で形成できる。例えば、リッジ導波路は、下側クラッド及びコア層を基板上にコートし、エッチング又は現像によってコアをパターニングしてリッジを形成し、上側クラッド層でオーバーコートすることによって形成できる。別の例として、埋め込み又はチャネル導波路は、下側クラッド及びコア材料で基板をコートし、ＵＶ露光で導波路を画成し、その上に上側クラッド層を設けることによって形成できる。露光されていないコア層とその周囲のクラッド層の間で露光コア部への反応体の拡散が起こり、その屈折率（以下、「ＲＩ」ともいう）が変化して導波路が形成される。
【０００６】
光導波路の屈曲半径が小さ過ぎると光損失及びエネルギー漏洩が起こる。こうした損失の問題を解決するため、屈曲部で導波路を拡幅又はテーパー付けしたり、屈曲部にオフセット構造を形成したり、また不規則形状の屈曲部を形成したりするといった技術が提案されている。しかし、かかる技術は複雑な最適化と高価な設計プロセスを必要とし、しかもその改善はかなり限られている。
【特許文献１】米国特許第５１１３４７０号明細書
【特許文献２】国際公開第９１／０１５０５号パンフレット
【特許文献３】特開平０８−３０４６４４号公報
【特許文献４】特開平０９−０３６３３７号公報
【特許文献５】米国特許第３８０９７３２号明細書
【特許文献６】米国特許第４８７７７１７号明細書
【非特許文献１】Ｆ．Ｚｈａｏ  ｅｔ  ａｌ．  ”Ｏｐｔｉｃａｌ  ｅｌｅｍｅｎｔｓ  ｆｏｒ  ｍｉｘｉｎｇ  ｃｏｌｏｒｅｄ  ＬＥＤｓ  ｔｏ  ｃｒｅａｔｅ  ｗｈｉｔｅ  ｌｉｇｈｔ”，  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ＳＰＩＥ，  Ｖｏｌ．４７７６，  ２００２，  ｐｐ．２０６−２１４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、これらの損失を低減し、屈曲部を小さくできる新規導波路構造を得ることができれば望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
簡潔には、本発明の一実施形態では、コア領域とクラッド領域とそれらの間に位置する屈折率差（ｉｎｄｅｘ  ｃｏｎｔｒａｓｔ）領域とを備える導波路を形成する方法は、重合性複合材を基板上に付着させて層を形成し、上記層をパターニングして該層の露出域と非露出域を画成し、上記層の露出域を照射し、未硬化モノマーを揮発させて導波路を形成することを含んでおり、上記重合性複合材はポリマーバインダーと、上記層の露出域に拡散して屈折率差領域を形成するのに充分な量の未硬化モノマーとを含む。
【０００９】
本発明の別の実施形態では、コア領域とクラッド領域とそれらの間に位置する屈折率差領域とを備える導波路を形成する方法は、ポリマーバインダーと未硬化モノマーを含む重合性複合材を準備し、重合性複合材を基板上に付着させて層を形成し、上記層をパターニングして該層の露出域と非露出域を画成し（ここで、非露出域の一部分はコア領域をなし、非露出域の別の部分は拡散源領域をなす）、上記層の露出域を照射し、未硬化モノマーを揮発させて導波路と屈折率差領域を形成することを含む。
【００１０】
本発明の別の実施形態では、クラッド領域とコア領域と散乱領域とを備える導波路を形成する方法は、ポリマーバインダーと未硬化モノマーを含む重合性複合材を準備し、重合性複合材を基板上に付着させて層を形成し、上記層をパターニングして該層の露出域と非露出域を画成し（ここで、露出及び非露出域の一部分はクラッド領域をなし、露出及び非露出域の部分はコア領域と散乱領域をなす）、上記層の露出域を照射し、未硬化モノマーを揮発させて導波路を形成することを含む。
【００１１】
本発明の別の実施形態では、導波路はコア領域と、クラッド領域と、それらの間に位置し、コア領域及びクラッド領域よりも屈折率の低い屈折率差領域とを備えるポリマー層を含む。
【００１２】
本発明の別の実施形態では、導波路は、コア領域と、拡散源領域と、コア領域及び拡散源領域よりも屈折率の低いクラッド領域と、コア領域と拡散源領域の間に位置し、クラッド領域よりも屈折率の低い屈折率差領域とを備えるポリマー層を含む。
【００１３】
本発明の別の実施形態では、導波路はコア領域と、散乱領域と、コア領域及び散乱領域よりも屈折率の低いクラッド領域とを備えるポリマー層を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の上記その他の特徴、態様及び利点は添付の図面と併せて以下の詳細な説明を参照することによって明らかとなろう。図面において同様の部分は同様の番号で示す。
【００１５】
図１は従来技術の直線状導波路のコア２とクラッド４の平面図であり、図２は図１の導波路の有効屈折率を示すグラフである。有効屈折率は階段関数を表す。破線はこの導波路内での１以上の安定な伝搬モードを示しており、この実施形態での良好な導波を示唆している。一方、図３は従来技術の屈曲導波路のコア２とクラッド４の平面図であり、図４は図３の導波路の有効屈折率を示すグラフである。導波路の有効屈折率プロファイルは、導波路の幾何形状の変化（この場合、導波路は屈曲している）に応じて変化する（傾く）。その結果、先に図２に示した安定な導波モード（破線で示す）はこの導波路構造で保てなくなる。代わりに、図４に示すようなエネルギー漏洩が生じる。このエネルギー漏洩は、導波路の屈曲半径が有効屈折率プロファイルに関連した特定の臨界値を超えると起こる。
【００１６】
さらに対照的に、図５は本発明の一実施形態に係る屈折率差領域１６を含む屈曲導波路１０のコア１２とクラッド１４の平面図であり、図６は図５の導波路の予想有効屈折率を示すグラフである。導波路のコアとクラッドの間に（クラッド材料に比して）低屈折率材料を挿入すると、導波路のコアに沿って屈折率差が増して光エネルギーの閉じ込めが改善されるので、漏洩を低減又は解消することができる。
【００１７】
屈折率差領域１６を得るため、「増大」モノマー拡散源が与えられる。図５〜図１３は、コア領域が露出又は非露出のいずれかでよく、ポリマー／モノマーブレンド中のモノマー濃度を所望の屈折率変化を生ずるのに充分な量まで増大させることによって増大モノマー拡散源が達成される実施形態に関する。例えば、４０％以上のモノマー濃度は５μｍ程度の厚さのフィルムで有用な屈折率変化を生じさせるが、通例厚さ約２５μｍ程度のフィルムでは２５％以上の濃度で充分である。図１４〜図１９は、コア領域が露出されず、非露出モノマーの追加供給源を与えることによって増大モノマー拡散源が達成される別の実施形態に関する。所望により、コア領域が露出しない実施形態では、濃度増大と追加供給源の実施形態を併用してもよい。コア領域が露出した実施形態では、非露出モノマーの追加供給源は図１４〜図１９に示すようには利用できない。これらの「露出コア」実施形態は、拡散がコアの幅全体で起こり、コア全体で厚さの増大が起こる単一モード又はマルチモード設計に適する。
【００１８】
さらに具体的には、以下図７〜図９を参照して詳細に説明する本発明の一実施形態では、コア領域１２とクラッド領域１４とそれらの間に位置する（図５に示す）屈折率差領域１６を含む導波路１０を形成する方法は、重合性複合材を準備し、重合性複合材を基板１８上に付着させて層２２を形成し、該層をパターニングして該層の露出域２６と非露出域２８を画成し、上記層の露出域を照射し、未硬化モノマーを揮発させて導波路を形成することを含んでおり、上記重合性複合材は、ポリマーバインダーと、層の露出域に拡散して屈折率差領域を形成するのに充分な量の未硬化モノマーとを含む。
【００１９】
本明細書において、導波路は１以上の導波路を意味し、コア領域は１以上のコア領域を意味し、クラッド領域は１以上のクラッド領域を意味し、屈折率差領域は１以上の屈折率差領域を意味し、基板上とは基板に直接触れているか或いは基板の上方にあるが下部クラッド層２０のような中間層のため接触してはいないことを意味し、域とは物理的に接していても接していなくてもよい複数の領域その他の部分を包含し得る。
【００２０】
図７は、本発明の一実施形態に係る露出段階を示す側面図である。基板１８は構造的に適した材料であれば、どんなものでもよい。基板材料としては、例えば、ガラス、石英、プラスチック、セラミック、結晶性材料、若しくは、特に限定されないがケイ素、酸化ケイ素、ガリウムヒ素及び窒化ケイ素のような半導体材料又はこれらの組合せがある。一実施形態では、下部クラッド層２０が基板１８上に位置し、かつ重合性複合材２２の下にある。本出願人に譲渡された米国特許出願第１０／３０６４３９号及び同第１０／３０６４４０号（援用によって本明細書の内容の一部をなす）に記載されている通り、照射は紫外線照射によって達成でき、パターニングは例えばグレースケールマスクのようなマスク２４の使用によって達成できる。その他直描レーザーのような代替形態の照射も使用し得る。例として、コアが露出しない実施形態を示す。別の実施形態では、コアが露出する。
【００２１】
複合材のＲＩ（以下、「ＲＩｃｏｍｐｏｓｉｔｅ」という）は、以下の式（１）に示す通り、複合材ポリマーを構成する各ポリマー成分の量と各々の屈折率に依存する。
【００２２】
ＲＩｃｏｍｐｏｓｉｔｅ＝Σ（Ｗｎ×ＲＩｎ）      （式１）
式中、「Ｗｎ」は複合材ポリマーのｎ番目のポリマー成分の重量％を表し、「ＲＩｎ」は複合材ポリマーのｎ番目のポリマー成分のＲＩを表す。モノマーのＲＩ（以下、「ＲＩｍｏｎｏｍｅｒ」という）がポリマーバインダーのＲＩ（以下、「ＲＩｐｏｌｙｍｅｒ」という）よりも大きい場合、異なるトーンのグレースケールマスクを用いて重合性複合材の照射を行うと、重合性複合材のＲＩは重合性複合材の厚さの増加と共に増大する。一方、ＲＩｍｏｎｏｍｅｒがＲＩｐｏｌｙｍｅｒよりも低い場合、重合性複合材のＲＩは重合性複合材の厚さの増加と共に低下する。ＲＩｍｏｎｏｍｅｒがＲＩｐｏｌｙｍｅｒとほぼ等しい場合、重合性複合材のＲＩは厚さによっては比較的変化しない。このように、重合性複合材の調製と組成は、個々の光学素子のＲＩ要件を満足するように調整することができる。
【００２３】
図８は、照射には露出されない層部分（非露出域２８として示す）からの未硬化モノマーのベーキング及び拡散（以下、「揮発」ともいう）を示す側面図であり、図９〜図１１は、図８の実施形態の拡散段階（及び上部クラッド層３０の追加）後の導波路、クラッド及び屈折率差領域を対応する屈折率及び高さプロファイルと共に例示する図である。上部及び下部クラッド層は通例、例えば、光学ポリマー、ゾル−ゲル（シリカ粒子のコロイド懸濁液をゲル化して固体とする）、低温成長無機結晶又は半導体のような材料からなる。
【００２４】
拡散に際して、未硬化モノマーは、非露出域２８から垂直に拡散（及び蒸発）するとともに横方向に露出域２６（触媒活性域）に拡散してそこでモノマーが重合し、複合材ブレンドに最初に添加した量よりもクラッドにおける低ＲＩ組成物の量を高める。モノマー／ポリマーブレンドの化学組成（％及び比）、導波路の構造と幾何学（厚さ、幅、空間配置）及びプロセスで用いる条件（ポストベーキング、雰囲気又は真空）の適当な選択によって、側方クラッドへの低屈折率モノマーの含有量の増大並びに屈折率差の増強が約２０％を超えるようにし得る。
【００２５】
図１０にみられるように、硬化後の予想屈折率プロファイルはコア１２の領域で最も高く、屈折率差領域１６で最も低い。また、図１１に示す実測結果にみられるように、導波路を横断する表面トポロジーは真の化学組成のプロファイルを反映している。この場合、プロファイルが高いほどＲＩは低い。換言すれば、図１１に示す結果は、図１０に示す構造が実験で実現されたことを示している。
【００２６】
ポリマーバインダーは、モノマー蒸発段階で熱的に安定で、かつ選択したモノマーと相溶性のポリマーからなる。有用なポリマーバインダーの幾つかの具体例は、前掲の米国特許出願第１０／３０６４３９号及び同第１０／３０６４４０号に記載されている。例えば、ポリマーバインダーは通例、アクリレートポリマー、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリエーテルケトン及びこれらの組合せの１種以上を含む。さらに具体的な実施形態では、ポリマーバインダーはアクリレートポリマーを含み、アクリレートポリマーはポリ（メチルメタクリレート）、ポリ（テトラフルオロプロピルメタクリレート）、ポリ（２，２，２−トリフルオロエチルメタクリレート）、アクリレートポリマー由来の構造単位を含むコポリマー及びこれらの組合せの１種以上である。
【００２７】
未硬化モノマーは、ポリマーバインダーと相溶性で、露光によって重合でき、かつベーキング段階時にモノマー形態で蒸発するモノマーからなる。モノマーは単官能性（照射時に熱可塑性ポリマーを形成する）でも、或いは多官能性（照射時に熱硬化性ポリマーマトリックスを形成する）でもよい。有用な未硬化モノマー材料の幾つかの具体例も、前掲の米国特許出願第１０／３０６４３９号及び同第１０／３０６４４０号に記載されている。一実施形態では、未硬化モノマーは、アクリルモノマー、シアネートモノマー、ビニルモノマー、エポキシド含有モノマー及びこれらの組合せの１種以上を含む。さらに具体的な実施形態では、未硬化モノマーは、ベンジルメタクリレート、２，２，２−トリフルオロエチルメタクリレート、テトラフルオロプロピルメタクリレート、メチルメタクリレート、３−４−エポキシシクロヘキシルメチル−３，４−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、ビスフェノールＡジグリシジルエーテル、ビスフェノールＦジグリシジルエーテル、スチレン、アリルジグリコールカーボネート及びシアネートエステルの１種以上を含む。
【００２８】
前掲の米国特許出願第１０／３０６４３９号及び同第１０／３０６４４０号に詳細に記載されているように、重合性複合材は、１種類以上のポリマーバインダー及び１種の未硬化モノマーに加えて、さらに１種類以上の光触媒又は光開始剤、助触媒、酸化防止剤、添加剤、例えば、特に限定されないが、連鎖移動剤、光安定剤、増量剤、ラジカルスカベンジャー、コントラスト増強剤、ニトロン及びＵＶ吸収剤、並びに溶剤を含んでいてもよく、溶剤は基板上での重合性複合材のスピンコートを容易にするために存在する。一実施形態では、モノマーは好ましくは重合性複合材の約５〜約７０％をなす。
【００２９】
エポキシのような放射線重合性モノマーの重合に使用し得る光開始剤の非限定的な例としては、トリアリールスルホニウムヘキサフルオロアンチモン酸塩及びトリアリールスルホニウムヘキサフルオロリン酸塩（以下、「Ｃｙｒａｃｕｒｅ」ともいう）光開始剤があり、またアクリレートモノマー用には、１−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトン、２，２−ジメトキシ−１，２−ジフェニルエタン−１−オン若しくは２−メチル−１［４−（メチルチオ）フェニル］−２−モルホリノプロパン−１−オン（以下、「Ｉｒｇａｃｕｒｅ」ともいう）光開始剤がある。かかる実施形態では、各重合性複合材に存在する光開始剤は露光時に未硬化モノマーを重合させるのに充分な量で存在する。
【００３０】
前掲の米国特許出願第１０／３０６４３９号及び同第１０／３０６４４０号に記載されているように、上記放射線硬化性コンパウンドを紫外線硬化させる場合、特に限定されないが、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンジル（ジベンゾイル）、ジフェニルジスルフィド、テトラメチルチウラムモノスルフィド、ジアセチル、アゾビスイソブチロニトリル、２−メチル−アントラキノン、２−エチル−アントラキノン又は２−ｔｅｒｔ−ブチルアントラキノンのような光増感剤を、モノマー、オリゴマー若しくはポリマー成分又はその溶液に添加することによって、硬化時間の短縮が可能である。
【００３１】
実施例１
適当な清浄ガラス容器に、６０ｇの低カラーグレードのポリスルホンポリマー（Ｕｄｅｌ  Ｐ−３７０３、Ｓｏｌｖａｙ  Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｐｏｌｙｍｅｒｓ社（米国ジョージア州アルファレッタ）から市販）を、２００ｇの無水アニソールと共に加えた。このブレンドを約５０℃に加温し、約２４時間混合してポリマーを溶解させた。この混合物に、４０ｇのＣＹ１７９脂環式エポキシ樹脂（Ｖａｎｔｉｃｏ社（米国ニューヨーク州ブリュースター）から市販）、０．８ｇのＣｙｒａｃｕｒｅ  ＵＶＩ−６９７６  ＵＶ触媒（Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ社（米国ミシガン州ミッドランド）から市販）及び０．４ｇのＩｒｇａｎｏｘ  １０１０酸化防止剤（Ｃｉｂａ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ社（米国ニューヨーク州タリータウン）から市販）を添加した。混合物をブレンドして全ての成分を完全に混合し、使用前に公称０．５ミクロンのメンブランフィルターで濾過して重合性複合材を得た。この材料を３０００ｒｐｍで３０秒間スピンコートし、ホットプレート上で８０℃に４分間加熱して溶剤を除去することによって、ガラス基板上に重合性複合材の６ミクロン厚のフィルムを調製した。石英プレート上のパターン化クロム像を用いて露光し、フィルム上にパターンを画成したが、この際、コア領域は露光しなかった。Ｋａｒｌ  Ｓｕｓｓコンタクトプリンターを用いた１０秒露光を用いた。露光後、試料をホットプレート上で１０分間８０℃でベーキングし、１時間かけて１７５℃に加熱し、１７５℃に３０分間保った。得られた表面トポグラフィーの表面プロフィロメトリーを測定したところ、下方の非露光フィルム表面（４ミクロン厚）と上方の露光フィルム表面（６．２ミクロン厚）との間にほぼ２．２ミクロンの段差があることを示していた。全面ＵＶ露光した試料又は全く露光しなかった試料でベーキング段階後の重量損失を測定したところ、非露光域では約９９％のエポキシが失われ、露光域では５％未満のエポキシが失われた。露光域のＲＩは非露光域で測定した値よりも約２％低かった。
【００３２】
実施例２
真空下で密封できるガラス容器中で、１９ｇのテトラフルオロプロピルメタクリレートを蒸留し、次いで、５６ｇのメチルメタクリレート、９３ｇのシクロヘキサノン、０．１５ｇのＮ−ドデカンチオール及び０．１９ｇのベンゾイルペルオキシドを加えた。この混合物を脱気し、真空下で密封した。混合しながら約７５℃で約２４時間加熱した後、約８０℃で約２４時間さらに加熱し、得られた混合物を冷却し、５５．５ｇのアニソールで処理した。得られたブレンドは約７５％のポリ（メチルメタクリレート）と２５％のポリ（テトラフルオロプロピルメタクリレート）からなる粘稠で無色透明なアクリレートコポリマーであり、シクロヘキサノン−アニソール混合溶剤中で３３．５％の固形分として存在していた。このブレンド３５ｇに、さらに１０．７ｇのアニソール、８ｇのＣＹ１７９エポキシモノマー、０．１５ｇのＩｒｇａｎｏｘ  １０１０及び０．１３ｇのＣｙｒａｃｕｒｅ  ＵＶＩ−６９７６を添加した。得られた重合性複合材は約７０重量％のアクリレートポリマーと３０重量％のエポキシモノマーを含んでいた。コアを露光した点以外は実施例１に記載した手順を用いることによって、ガラス基板上に重合性複合材の６ミクロン厚のフィルムを調製した。このフィルムを実施例１に記載の通りパターニングし、照射し、ベーキングして得た複合ポリマー材料のフィルムのトポグラフィーの表面プロフィロメトリー測定によると、ＵＶ露光域のフィルム厚さは６．６ミクロン、非露光域のフィルム厚さは４ミクロンであった。露光域のＲＩは非露光域で測定されたＲＩよりも約１．５％高かった。
【００３３】
実施例１と実施例２の結果は、ベーキング段階後のＵＶ露光域と非露光域の組成が大きく異なることを示している。実施例１では、ＵＶ露光域において、複合ポリマー材料は約６０重量％のポリスルホンと４０重量％のＣＹ  １７９由来エポキシポリマー結合に相当する組成を示し、出発複合材料と類似している。しかし、ベーキング後の非露光域の複合ポリマー材料は約９５重量％のポリスルホンと５重量％のＣＹ  １７９由来エポキシポリマー結合に相当する組成を示す。
【００３４】
図１２は、図９の実施形態の予想屈折率プロファイルの等高線図である。図１２のモデルでは、幅６ミクロンの導波路が、実験１に記載したように上部及び下部クラッド層に使用したＣＹ１７９エポキシを有するポリスルホン／ＣＹ１７９ブレンドを用いて光画成されている。図にみられるように、クラッド領域１４のＲＩは１．５８、コア領域１２のＲＩは１．６、屈折率差領域１６のＲＩは１．５７であると予想される。
【００３５】
図１３は、従来のＳ字型屈曲導波路（ｘオフセット１００μｍに対する屈曲半径２．５ｍｍ）で予想される光出力を本発明の導波路実施形態で予想される光出力と対比したグラフである。図１３に示すシミュレーションの結果は、３倍以上の屈曲半径の改善が予想されることを示している。本発明の方法で製造した導波路では、エネルギーの閉じ込めに優れることが予想される。さらに、本発明を用いて導波路間のクロストークを低減でき、光導波路の密度（単位面積当たりの導波路の数）を増やすことができ、光集積回路のフットプリントを小型化できる。
【００３６】
図１４は、本発明の別の実施形態に係る屈折率差領域を含む屈曲した導波路１０のコア１２とクラッド１４の平面図である。図１４の実施形態は、屈曲半径の片側又は両側の近傍に追加のモノマー拡散源領域を設けることによって所定の触媒活性（露出）域へのモノマー拡散量を高めるように設計されている。図１４の実施形態では、一つのモノマー拡散源はコア１２自体からのものであり、第二のモノマー拡散源３２はコア周囲の側方クラッドに隣接する非露出領域からのものである。これら両方の拡散源は、例えばマスキングプロセスによって同時に製造することができる。
【００３７】
さらに具体的には、一実施形態は、コア領域１２とクラッド領域１４とそれらの間（少なくとも部分的にの意味であって、必ずしも導波路全体に及ぶ必要はない）に位置する屈折率差領域３１６とを含む導波路１０を形成する方法である。この方法は、ポリマーバインダーと未硬化モノマーとを含む重合性複合材を準備し、重合性複合材を基板１８上に付着させて層２２を形成し、上記層をパターニングして該層の露出域２６と非露出域２８を画成し（図８）（ここで、非露出域の一部分はコア領域をなし、非露出域の別の部分は拡散源領域３２をなす）、上記層の露出域を照射し、未硬化モノマーを揮発させて導波路と屈折率差領域を形成することを含む。本明細書では、拡散源領域とは１以上の拡散源領域を意味する。通例、図１４の実施形態に示すように、パターニングは、屈折率差領域３１６の近傍に拡散源領域３２を画成することを含む。
【００３８】
図１５は図１４の導波路１２の有効屈折率を示すグラフであり、図１６は図１４の導波路の高さプロファイルを示す実験結果のグラフである。これらの図は拡散源領域３２及び５３２の予想効果を表しているが、拡散源領域６３２及び６３３の予想効果は表していない。図１５にみられるように、導波路１２と拡散源領域３２及び５３２との間の領域３１６は、モノマーが片側のみからではなく両側から拡散してくるので、最低の屈折率を有すると予想される。また、図１６にみられるように、導波路１２と拡散源領域３２及び５３２との間の領域は最高の厚さを有すると予想される。
【００３９】
一実施形態では、拡散源領域は２つの拡散源領域を含む。本明細書では、２つの拡散源領域とは、２以上の拡散源領域を意味する。拡散源領域は、（領域５３２、６３２、６３３に示すように）コア領域の片側に位置していてもよいし、及び／又は（例えば領域３２及び６３２に示すように）コア領域の両側に位置していてもよい。さらに、（領域３２及び５３２に示すように）複数の拡散源領域が屈折率差領域に隣接して位置する。それ加えて又はその代替案として、一実施形態では、複数の拡散源領域の１以上５３２が、コア領域１２と複数の拡散源領域の他の１以上６３３との間に位置する（また、追加の屈折率差領域２１６がそれらの間に位置する）。拡散源領域３２及び５３２は屈曲部に対して幾分対称なものとして示すが、この配向は臨界的ではない。これらの実施形態のいずれにおいても、拡散源領域間の空間配置は個々の機能及び用途について周期的、正弦周期的又は半周期的のいずれであってもよい。
【００４０】
別の関連した実施形態では、拡散源領域は全方向反射器、ブラッグ格子、方向性結合器及びこれらの組合せからなる群から選択される１以上の装置を含む。かかる構造を用いて光導波路をさらに向上させることができる。例えば、準全方向反射器は通例高屈折率コアと低屈折率クラッドを必要とするが、これらは本発明を用いると、特に拡散源領域を（例えば、領域５３２及び６３２で示すように）コア領域の両側に並行に重ねた実施形態で容易に得ることができる。また、本発明の実施形態は、通過する光の帯域が狭く、準全方向反射器で必要とされる高屈折率差をもたないブラッグ反射器にも使用できる。方向性結合は近隣の導波路に対するチャネリングに関する。例えば、図１４の実施形態では、光は非露出域で形成された隣接導波路コア型領域間を通過できる。隣接導波路コア型領域３２が単なる拡散源にすぎない場合、隣接導波路コア型領域の長さは、最後のバウンスが光を最初の導波路コア１２に送り返すように選択することができる。或いは、隣接導波路コア型領域は、例えば光検出器（図示せず）のような別の装置に光を伝達することができる。
【００４１】
上述の通り、拡散源領域は非対称すなわち片側に位置していてもよい。図１７は、本発明の別の実施形態に係る拡散源領域３２を有する屈折率差領域１６、１１６及び１６を含む屈曲した導波路２１０のコア１２とクラッド１４の平面図であり、図１８は図１７の導波路の有効屈折率を示すグラフである。
【００４２】
図１９は本発明の別の実施形態に係る屈折率差領域を含む屈曲した導波路３１０のコアとクラッドの平面図であり、ここで拡散源領域１３２の１以上の末端部３６は、拡散源領域１３２の中央部３８よりもコア領域から離れた位置にある。さらに具体的には、図１９の実施形態は「扇形」設計でパターニングされた拡散源領域を示している。その結果、導波路内を伝搬する光信号は導波路の有効屈折率の穏やかな変化及び変調を受ける。拡散源領域は、導波路閉じ込めが徐々に増大する断熱モード変調器をなすようにパターニングすることができる。この場合、導波路の導波路閉じ込めの改善、漏洩パワーのさらなる低減、モード又は色分散特性の低減が実現できる。
【００４３】
図２０は、本発明の別の実施形態に係るグレースケールマスク２２４製造プロセスの側面図である。光源に露出される領域２６の画成に使用されるマスクは様々な形状、大きさ及び異なる程度のグレースケールを有することができる。異なるグレースケールは異なる組成のコア領域３１２と屈折率差領域４１６を生ずる。従って、グレースケールマスクを利用することによって、単層の重合性複合材の一回の露光で異なるトポグラフィー又は多数のトポグラフィーを生成することができる。
【００４４】
図２１は、クラッド領域１１４とコア領域１１２とコア領域間に位置する（少なくとも部分的にの意味であって、必ずしも導波路全体に及ぶ必要はない）散乱領域１３４とを含む導波路４１０アレイ１１１を形成する方法である本発明の別の実施形態に係る導波路４１０の平面図である。この実施形態の方法は、ポリマーバインダーと未硬化モノマーを含む重合性複合材を準備し、重合性複合材を基板１８上に付着させて層２２を形成し、上記層をパターニングして該層の露出域２６と非露出域２８を画成し（ここで、露出及び非露出域の一部分はクラッド領域をなし、露出及び非露出域の別の部分はコア領域及び散乱領域をなす）、上記層の露出域を照射し、未硬化モノマーを揮発させて導波路アレイを形成することを含む。本明細書では、２つのコア領域とは２以上のコア領域を意味し、散乱領域とは１以上の散乱領域を意味する。
【００４５】
これらの散乱領域は導波路間のクロストークの防止に有用である。さらに具体的には、これらの散乱領域は、導波路に直接隣接したクラッド域を通しての光の伝送を最小限に抑えるのに用いることができる。かかる光の伝送は、遮断しないと、信号にノイズが加わり、クロストークを誘発しかねない。これらの散乱領域は、追加の加工段階が必要とならないように、導波路と同時に製造し、コア領域の形成と一体化させる。図２１の実施形態では屈折率差領域１６（図５に示す）は必要とされないが、かかる領域は漏洩をさらに最小限に抑えるのに有用である。
【００４６】
一実施形態では、散乱領域は、クラッド域を通しての効率的な光の伝送を妨害するのに充分なＲＩ差を得るのに充分な任意の多角形設計からなる。櫛形パターンは有用な形状の一つである。形状又はパターンを選択する際の目標は、クラッドを通して伝搬する光が散乱領域に当たったときに散乱／吸収され、光に対してＲＩが急激に変化する領域となるようにすることである。コア内を進む光はその中心で変化しないＲＩ勾配で安定化されるが、クラッドでは適切なＲＩ勾配の欠如と散乱領域との両者によって伝送が妨げられる。かかる構造を、導波路のコア又は隣接クラッド領域の光路に配置すると、光の伝送を妨害する。散乱領域を組み込むと、クラッド領域に入る光が迅速に遮断されるので、コネクター、ファイバー及びレーザーダイオードと導波路コアとの位置合わせの正確さ配置が可能になる。この光遮断特性は、単一導波路の実施形態でも、特に散乱領域（本明細書では２以上の散乱領域を意味する）がコア領域の両側に位置する場合にも有用である。
【００４７】
また、かかる光遮断構造は、例えば図２４でコア５１２及び散乱領域３３４で示すような光成端器として使用するためパターニング及び配置することができる。かかる実施形態では、露出域と非露出域とを画成するパターニングは、光成端に適した散乱領域を画成することを含む。光成端器は、空の導波路又は導波路構造の末端でクラッド又は自由空間に光信号又は出力を分散させる必要がある場合に有用である。また、導波路末端での逆反射の低減にも特に有用である。
【００４８】
図２２は本発明のさらに別の実施形態に係る導波路アレイ２１１の平面図であり、図２３はグレースケールマスク製造プロセスの側面図である。この実施形態では、マスクによって、クラッド領域２１４が非露出域となり、コア領域２１２、４１２及び散乱領域２３４が露出される。そのためコアはクラッドよりも厚い。図２２の実施形態では屈折率差領域５１６は必要ないが、かかる領域が生じるように重合性複合材を選択すると、漏洩をさらに最小限に抑えるのに有用である。
【００４９】
説明の便宜上、主に方法に関して本発明の実施形態を説明してきた。以上の実施形態の材料と特徴を様々な組合せで含む方法によって独特な構造が生じる。
【００５０】
例えば、一実施形態では、導波路は、コア領域１２と、クラッド領域１４と、それらの間に位置し、コア領域及びクラッド領域よりも屈折率の低い屈折率差領域１６とを備えるポリマー層を含む。材料の例としては、方法の実施形態に関して上述したものがある。一実施形態では、コア領域は１以上の屈曲部を含む。
【００５１】
別の実施形態では、導波路１０は、コア領域１２と、拡散源領域３２と、コア領域及び拡散源領域よりも屈折率の低いクラッド領域１４と、コア領域と拡散源領域の間に位置しクラッド領域よりも屈折率の低い屈折率差領域３１６とを備えるポリマー層２２を含む。例示としての材料並びに拡散供給源の位置及び配置には、方法の実施形態に関して上述したものがある。
【００５２】
別の実施形態では、導波路４１０は、コア領域１１４と、散乱領域１３４と、コア領域及び散乱領域よりも屈折率の低いクラッド領域１１４とを備えるポリマー層を含む。別の関連した実施形態では、導波路アレイ１１１は、２つのコア領域１１４と、コア領域間に位置する散乱領域１３４と、コア領域及び散乱領域よりも屈折率の低いクラッド領域１１４とを備えるポリマー層を含む。別の関連した実施形態では、導波路は、コア領域１１４と、コア領域の両側に位置する散乱領域１３４と、コア及び散乱よりも屈折率の低いクラッド領域１１４とを備えるポリマー層を含む。これらの関連した実施形態のいずれかのさらに具体的な態様では、この層はさらに、コア領域とクラッド領域の間に位置し、クラッド領域よりも屈折率の低い屈折率差領域を含む。材料、パターン及び形状の例としては、方法の実施形態に関して上述したものがある。
【００５３】
以上、本発明の幾つかの態様についてのみ例示し説明してきたが、多くの修正及び変更は当業者には自明であろう。従って、特許請求の範囲は、かかるすべての修正及び変更を本発明の技術的思想に属するものとして包含することを意図したものである。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】従来技術の直線状導波路のコア及びクラッドの平面図。
【図２】図１の導波路の有効屈折率を示すグラフ。
【図３】従来技術の屈曲した導波路コア及びクラッドの平面図。
【図４】図３の導波路の有効屈折率を示すグラフ。
【図５】本発明の一実施形態に係る屈折率差領域を含む屈曲した導波路コア及びクラッドの平面図。
【図６】図５の導波路の予想有効屈折率を示すグラフ。
【図７】本発明の一実施形態に係る露出段階を示す側面図。
【図８】図７の実施形態に係る拡散段階を示す側面図。
【図９】図８の実施形態の拡散段階後の導波路、クラッド及び屈折率差領域を例示する側面図。
【図１０】図９の導波路の有効屈折率を示すグラフ。
【図１１】図９の導波路の高さプロファイルを示すグラフ。
【図１２】図９の実施形態の予想屈折率プロファイルの等高線図。
【図１３】従来の屈曲した導波路の予想光出力を本発明の実施形態の導波路の予想光出力と比較して示すグラフ。
【図１４】本発明の別の実施形態に係る屈折率差領域を含む屈曲した導波路のコアとクラッドの平面図。
【図１５】図１４の導波路の有効屈折率を示すグラフ。
【図１６】図１４の導波路の高さプロファイルを示すグラフ。
【図１７】本発明の別の実施形態に係る屈折率差領域を含む屈曲した導波路のコアとクラッドの平面図。
【図１８】図１７の導波路の有効屈折率を示すグラフ。
【図１９】本発明の別の実施形態に係る屈折率差領域を含む屈曲した導波路のコアとクラッドの平面図。
【図２０】本発明の別の実施形態に係るグレースケールマスク製造プロセスの側面図。
【図２１】本発明の別の実施形態に係る導波路の平面図。
【図２２】本発明のさらに別の実施形態に係る導波路の平面図。
【図２３】本発明のさらに別の実施形態に係るグレースケールマスク製造プロセスの側面図。
【図２４】本発明のさらに別の実施形態に係る導波路の平面図。
【符号の説明】
【００５５】
１０  導波路  
１２  コア領域
１４  クラッド領域
１６  屈折率差領域
１８  基板
２２  層
２６  露出域
２８  非露出域
３２  拡散源領域
３６  拡散源領域の末端部
３８  拡散源領域の中央部
１１２  コア領域
１１４  クラッド領域
１３４  散乱領域
３１６  屈折率差領域
【図１】
2007500365.tif 000003
【図２】
2007500365.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2007500365.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2007500365.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
2007500365.tif 000019
【図１８】
2007500365.tif 000020
【図１９】
2007500365.tif 000021
【図２０】
2007500365.tif 000022
【図２１】
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【図２２】
2007500365.tif 000024
【図２３】
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【図２４】
2007500365.tif 000026
【国際調査報告】
2007500365.tif 000027
2007500365.tif 000028
2007500365.tif 000029