(57)【要約】【課題】光導波路の光が入出射する端面と受光素子あるいは光ファイバの間の光結合損失を低コストで抑制できる光導波路を提供する。【解決手段】複数形成された第１の屈折率を有するコア１１と、第１の屈折率より低い第２の屈折率を有し、コア１１の外周に形成されたクラッド１２と、光が入出射する端面において、コア１１に接して設けられた凸状のレンズ１３とを有することを特徴とする光導波路を提供することにより上記課題を解決する。【選択図】  図１
2019124725.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の屈折率を有するコアと、
前記第１の屈折率より低い第２の屈折率を有し、前記コアの外周に形成されたクラッドと、
光が入出射する端面において、前記コアに接して設けられた凸状のレンズと
を有することを特徴とする光導波路。
【請求項２】
前記レンズとして、外形の異なる複数種類のレンズが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光導波路。
【請求項３】
複数形成された第１の屈折率を有するコアと、前記第１の屈折率より低い第２の屈折率を有し、前記コアの外周に形成されたクラッドとを有する光導波路の光が入出射する端面に、前記コアに接するレンズを形成する工程を有することを特徴とする光導波路の製造方法。
【請求項４】
前記レンズを形成する工程は、
前記端面において、前記レンズの形成領域に開口部を有するマスクを取り付ける工程と、
前記開口部に液状の樹脂を供給する工程と、
前記樹脂を固化する工程と
を有することを特徴とする請求項３に記載の光導波路の製造方法。
【請求項５】
前記レンズを形成する工程は、
前記端面にて、前記レンズの形成領域に開口部を有するマスクを取り付ける工程と、
前記マスクを取り付けた前記端面を液状の樹脂に浸漬する工程と、
前記樹脂を固化する工程と
を有することを特徴とする請求項３に記載の光導波路の製造方法。
【請求項６】
前記レンズを形成する工程は、
前記レンズの形状に対応する形状を有する成形型に液状の樹脂を供給する工程と、
前記光導波路を前記成形型に入れ、前記端面を前記液状の樹脂に浸漬する工程と、
前記成形型の内部で前記樹脂を固化する工程と
固化した前記樹脂と前記光導波路を前記成形型から離型する工程と
を有することを特徴とする請求項３に記載の光導波路の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波路及び光導波路の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータの高速化に伴い、信号の高速伝送化に対応可能な光信号を用いる光通信が普及してきている。光通信において、光信号の伝送は光ファイバや光導波路等を用いて行う。光導波路は、複数のコアと、コアの外周に形成されたクラッドとを有し、シート状の外形形状を有する。
【０００３】
光通信において、電気信号を光信号に変換する、あるいは光信号を電気信号に変換する光モジュールが用いられる。光モジュールは、筐体内に、電気信号を光信号に変換する発光素子、光信号を電気信号に変換する受光素子、発光素子を駆動する駆動ＩＣ（Integrated Circuit）、電流を電圧に変換するＴＩＡ（Trans Impedance Amplifier）等が設けられている。発光素子、受光素子、駆動ＩＣ、ＴＩＡ等は、筐体内部のプリント基板に搭載されており、発光素子と受光素子は、光導波路を介して光モジュールが接続されるコンピュータ等と光信号による情報の伝達を行う。
【０００４】
また、特許文献１には、シート状の光導波路の一方の面に発光素子と受光素子が搭載され、光導波路に入出力ミラー等が設けられた光導波路モジュールが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−１４５９０７号公報
【特許文献２】特開２０１３−２１７９８９号公報
【特許文献３】特開２０１４−０４１１８１号公報
【特許文献４】特開２０１４−０４８４９３号公報
【特許文献５】特開２０１５−１９７４５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、光導波路の端面から出射する光は放射角が大きく、この光を受光素子あるいは光ファイバに入射させようとしても、そのままでは入射しない成分が多くなり、光結合損失が大きくなってしまう。そこで、光導波路の端面と受光素子あるいは光ファイバの間にレンズを配置して、光導波路の端面から出射する光をレンズで集光して受光素子あるいは光ファイバに入射させる方法がある。
【０００７】
しかし、光導波路などと別部材のレンズを設ける場合、部品数が増加してコスト増加の要因となる。
【０００８】
発光素子あるいは光ファイバから出射する光を光導波路の端面に入射させる場合も同様であり、別部材のレンズを配置すると部品数が増加してコスト増加の要因となる。このため、光導波路に低コストでレンズを設けられるようにすることが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本実施形態の一観点の光導波路によれば、複数形成された第１の屈折率を有するコアと、前記第１の屈折率より低い第２の屈折率を有し、前記コアの外周に形成されたクラッドと、光が入出射する端面において、前記コアに接して設けられた凸状のレンズとを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
開示の光導波路によれば、低コストでレンズを設けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態の光導波路の斜視図（Ａ）、断面図（Ｂ）
【図２】第１実施形態の光導波路の説明図（Ａ）〜（Ｂ）
【図３】第１実施形態の光導波路の製造工程を示す模式断面図（Ａ）〜（Ｄ）
【図４】第２実施形態の光導波路の製造工程を示す模式断面図（Ａ）〜（Ｄ）
【図５】第３実施形態の光導波路の製造工程を示す模式断面図（Ａ）〜（Ｄ）
【図６】第４実施形態の光導波路の斜視図（Ａ）、上面図（Ｂ）
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明を実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００１３】
〔第１実施形態〕
次に、第１実施形態の光導波路について、図１及び図２を参照して説明する。図１（Ａ）は本実施形態の光導波路の斜視図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）中の破線Ｘで示す面での断面図である。
【００１４】
光導波路１０は、並列に複数（図面上は４本）形成された第１の屈折率を有するコア１１と、第１の屈折率より低い第２の屈折率を有し、コア１１の外周に形成されたシート状のクラッド１２を有する。第１の屈折率は例えば１．５５程度、第２の屈折率は例えば１．５程度である。コア１１とクラッド１２は、ノルボルネン樹脂等の樹脂から形成されている。コア１１は、コア１１の延伸方向に垂直な断面で、例えば１辺が１〜５００μｍ程度の大きさの四角形の形状を有する。コア１１の断面形状は、円形あるいは四角形以外の多角形でもよい。
【００１５】
光導波路１０のコア１１の延伸方向に垂直な表面は、光導波路１０の光が入出射する端面Ｔ１となる。光導波路の使用時には、端面Ｔ１において光導波路１０のコア１１に光が入射され、光導波路を伝搬する。あるいは、端面Ｔ１において光導波路１０のコア１１から、光導波路で伝搬された光が出射される。本実施形態の光導波路１０は、端面Ｔ１においてコア１１に接する凸状のレンズ１３が設けられている。レンズ１３は、端面Ｔ１におけるコア１１の大きさの１〜１０倍程度の大きさを有して、コア１１を覆っている。レンズ１３の外形は、端面Ｔ１において入出射する光の集光効率を高める範囲のレンズの大きさ（レンズの径）及びレンズの曲率を有しており、レンズ１３は入出射する光の集光効率を高める位置に形成されている。レンズ１３は、第１の屈折率と同程度以上、好ましくは第１の屈折率より大きい第３の屈折率を有する。第３の屈折率は例えば１．６以上である。
【００１６】
レンズ１３は、例えばアクリル樹脂（屈折率１．６６〜１．７２）、エポキシ樹脂（屈折率１．６０〜１．６３）、屈折率１．９以上の高屈折率ポリマー等から形成されている。レンズ１３がコア１１よりも屈折率が高いことで、端面Ｔ１において入出射する光の集光効率を高めることができる。また、レンズ１３の屈折率を第１の屈折率と同程度とすることで、レンズ１３とコア１１の界面での反射を低減できる。レンズ１３を高屈折率の樹脂により形成することにより、所定のレンズの大きさ（レンズの径）及びレンズの曲率を有する高屈折率のレンズを所定の位置に低コストで形成することができる。
【００１７】
図２（Ａ）は、端面Ｔ１から出射された光をフォトダイオード等の受光素子９０で受光する場合の光Ｌの広がりを示す説明図であり、図２（Ｂ）は、端面Ｔ１から出射された光をコア７１とクラッド７２を有する光ファイバ７０で受光する場合の光Ｌの広がりを示す説明図である。光導波路の端面から出射する光は放射角が大きいが、レンズ１３で集光して受光素子９０あるいはコア７１に入射させるため、光結合損失を抑制することができる。光導波路等とは別部材となっているレンズを用いることなく、光導波路の光が入出射する端面に直接レンズを設けることで、部品数の増加によるコスト増加を招くことなく、光結合損失を抑制できる。
【００１８】
図２（Ａ）において、受光素子９０の位置に発光素子が設けられている場合、あるいは、図２（Ｂ）において光ファイバ７０の端部から出射された光をコア１１に入射させる場合でも、発光素子あるいは光ファイバ７０からの光をレンズ１３で集光してコア１１に入射させることで、上記と同様に光結合損失を抑制することができる。
【００１９】
次に、本実施形態の光導波路の製造方法について、図３を参照して説明する。図３（Ａ）〜（Ｄ）は、本実施形態の光導波路の製造工程を示す模式断面図である。
【００２０】
まず、図３（Ａ）に示すように、端面Ｔ１に、コア１１の表面を含むレンズの形成領域に、開口部１４ａを有する金属製のマスク１４を位置合わせして取り付ける。本実施形態では、マスク１４に係止部１４ｂが設けられており、係止部１４ｂをクラッド１２の表面に係止させることで、マスク１４をコア１１に対して位置合わせする。このとき、例えば端面Ｔ１またはマスク１４の貼り合わせ面の全面もしくは一部に接着剤を塗布して、端面Ｔ１にマスク１４を固定する。接着剤は、後工程で剥離できる接着性の弱いものを用いる。マスク１４の次工程において液状の樹脂と接する部分には、液状の樹脂に対する濡れ性を低減する処理を予め施しておいてもよい。
【００２１】
次に、図３（Ｂ）に示すように、ディスペンサ等を用いてマスク１４の開口部１４ａに、液状の樹脂１３Ｌとして例えばアクリル樹脂を供給する。
【００２２】
次に、図３（Ｃ）に示すように、樹脂１３Ｌの表面張力を利用して樹脂を所定の曲率を有する状態とする。樹脂１３Ｌの供給量、粘度及び表面張力、マスク１４の開口部１４ａの大きさと高さ、マスク１４の樹脂１３Ｌに対する濡れ性等に依存して、樹脂１３Ｌの形状を調整することができる。上記の状態の樹脂１３Ｌに対して、紫外線硬化樹脂の場合には紫外線を照射し、熱硬化樹脂の場合には熱を印加する。紫外線照射または熱処理Ｅが施されることで樹脂１３Ｌは固化する。ここで、熱処理を行う場合には、光導波路１０の耐熱温度以下の熱処理を行う。例えば光導波路１０がノルボルネン樹脂で形成されている場合には、その耐熱温度である１２０℃以下の温度で熱処理を行う。
【００２３】
次に、図３（Ｄ）に示すように、マスク１４を接着剤の部分で端面Ｔ１から剥離して外す。これにより、コア１１に接する凸状のレンズ１３を端面Ｔ１に形成することができ、本実施形態に係る光導波路を製造することができる。
【００２４】
例えば、上記の光導波路の製造方法では、光導波路の光が入出射する端面に、樹脂の供給前に、端面とレンズとの接着性向上のためのエキシマＵＶ照射処理、あるいはプラズマ処理等の表面処理を施しておいてもよい。
【００２５】
本実施形態によれば、光導波路の光が入出射する端面での光結合損失を低コストで抑制することができる光導波路を製造することができる。
【００２６】
例えば、光ファイバやリボンファイバの場合、マスクなどを使用しなくても、その端部に液状の樹脂を滴下するだけで、レンズの凸状の頂部の位置がコアの中心に位置するように、ファイバの外形に沿った形状のレンズを形成することができ、これを固化してレンズを形成できる。また、ファイバの材料は石英であってその組成はＳｉ−Ｏを主としているため、樹脂との接着性は良好である。
【００２７】
一方、光導波路の場合、端面は一様な面となっているので、樹脂を滴下しただけではコアの中心に合わせてレンズを形成することは難しく、またレンズの外形及びレンズの位置を決めるために何らかの手段が必要となっている。レンズの外形とは、レンズの大きさ(レンズの径）、レンズの曲率）を含む。本実施形態においては、マスクを用いてレンズを得るので、コアに対して精度よく位置合わせをしてレンズを形成できる。ここで、マスクの開口部の大きさと高さによってレンズの外形（レンズの大きさ(レンズの径）、レンズの曲率）を調整することも可能である。また、光導波路は樹脂で形成されており、樹脂の組成はＣ−Ｈを主としているため、光導波路の端面は難接着性であるが、エキシマＵＶ照射処理、あるいはプラズマ処理等の表面処理を施すことで、樹脂との接着性を向上させることができる。
【００２８】
〔第２実施形態〕
次に、第２実施形態の光導波路の製造方法について、図４を参照して説明する。光導波路の構造は第１実施形態と同様である。図４（Ａ）〜（Ｄ）は、本実施形態の光導波路の製造工程を示す模式断面図である。
【００２９】
まず、図４（Ａ）に示すように、光導波路１０の光が入出射する端面Ｔ１において、端面Ｔ１とレンズ１３との接着性向上のための表面処理Ｐを施す。表面処理Ｐとしては、例えばエキシマＵＶ照射処理、あるいはプラズマ処理を行う。表面処理Ｐにより、端面Ｔ１に対する液状の樹脂の付着力を高めることができる。
【００３０】
次に、図４（Ｂ）に示すように、端面Ｔ１のコア１１の表面を含むレンズの形成領域に、開口部１４ａを有するマスク１４を、コア１１に対して位置合わせして取り付ける。マスク１４は例えば金属製である。マスク１４には係止部１４ｂが設けられており、係止部１４ｂをクラッド１２の表面に係止させることで、マスク１４をコア１１に対して位置合わせする。このとき、例えば、端面Ｔ１またはマスク１４の貼り合わせ面の全面もしくは一部に接着剤を塗布して、端面Ｔ１にマスク１４を固定する。接着剤は、後工程で剥離できる接着性の弱いものを用いる。マスク１４の次工程において液状の樹脂と接する部分には、樹脂に対する濡れ性を低減する処理を予め施しておいてもよい。
【００３１】
次に、図４（Ｃ）に示すように、マスク１４を取り付けた端面Ｔ１を液状の樹脂１３Ｌに浸漬する。ここでは、浸漬用の容器１６に樹脂１３Ｌを供給しておき、端面Ｔ１を下方に向けて樹脂１３Ｌに浸漬する。
【００３２】
次に、図４（Ｄ）に示すように、容器１６から光導波路１０を引き上げる。これにより、マスク１４の開口部１４ａに所定の量の樹脂１３Ｌが付着し、樹脂１３Ｌの表面張力を利用して樹脂を所定の曲率を有する状態とする。予め表面処理Ｐを施すことにより、端面Ｔ１に対する樹脂１３Ｌの付着力を高めることができる。樹脂１３Ｌの付着量、粘度及び表面張力、開口部１４ａの大きさと高さ、マスク１４の樹脂１３Ｌに対する濡れ性等に依存して、樹脂１３Ｌの形状を調整することができる。上記の状態の樹脂１３Ｌに紫外線照射または熱処理Ｅを施して樹脂１３Ｌを固化する。ここで、熱処理を行う場合には、光導波路１０の耐熱温度以下の熱処理を行う。
【００３３】
次に、図４（Ｅ）に示すように、接着剤の部分でマスク１４を端面Ｔ１から剥離して外す。これにより、コア１１に接する凸状のレンズ１３を端面Ｔ１に形成することができ、本実施形態に係る光導波路を製造することができる。
【００３４】
本実施形態によれば、光導波路の光が入出射する端面に光結合損失を抑制することができる光導波路を低コストで製造することができる。
【００３５】
〔第３実施形態〕
次に、第３実施形態の光導波路の製造方法について、図５を参照して説明する。光導波路の構造は第１実施形態と同様である。図５（Ａ）〜（Ｄ）は、本実施形態の光導波路の製造工程を示す模式断面図である。
【００３６】
まず、図５（Ａ）に示すように、レンズの凸状の形状に対応する形状の凹部１５ａが底部に設けられた成形型１５に液状の樹脂１３Ｌを供給する。
【００３７】
次に、必要に応じて、光導波路１０の端面Ｔ１に、端面Ｔ１とレンズ１３との接着性向上のためのエキシマＵＶ照射処理、プラズマ処理等の表面処理を施した後、図５（Ｂ）に示すように、凹部１５ａに対してコア１１を位置合わせして、光導波路１０を端面Ｔ１の側から成形型１５に入れ、端面Ｔ１を樹脂１３Ｌに浸漬する。本実施形態では、成形型１５に位置合わせ部１５ｂが設けられており、位置合わせ部１５ｂをクラッド１２の表面へ係止させることにより凹部１５ａをコア１１に対して位置合わせする。
【００３８】
次に、図５（Ｃ）に示すように、上記の状態の樹脂１３Ｌに対して、紫外線硬化樹脂の場合には紫外線を照射し、熱硬化樹脂の場合には熱を印加する。紫外線照射または熱処理Ｅがなされることで、成形型１５の内部で樹脂１３Ｌを固化する。ここで、熱処理を行う場合には、光導波路１０の耐熱温度以下の熱処理を行う。
【００３９】
次に、図５（Ｄ）に示すように、固化した樹脂１３Ｓと光導波路１０を成形型１５から離型する。必要に応じて、固化した樹脂１３Ｓの不要部分１３Ｒを除去する。これにより、端面Ｔ１に、コア１１に接する凸状のレンズ１３を形成することができ、本実施形態に係る光導波路を製造することができる。
【００４０】
本実施形態の光導波路の製造方法によれば、光導波路の光が入出射する端面において低コストで光結合損失を抑制することができる光導波路を製造することができる。
【００４１】
〔第４実施形態〕
次に、第４実施形態の光導波路について、図６を参照して説明する。図６（Ａ）は本実施形態の光導波路の斜視図であり、図６（Ｂ）は上面図である。
【００４２】
第１実施形態と同様に、光導波路１０は、並列に複数（図面上は４本）形成された第１の屈折率を有するコア１１ａ，１１ｂと、第１の屈折率より低い第２の屈折率を有し、コア１１ａ，１１ｂの外周に形成されたシート状のクラッド１２を有する。
【００４３】
光導波路１０のコア１１ａ，１１ｂの延伸方向に垂直な表面は、光導波路１０の光が入出射する端面Ｔ１となる。本実施形態の光導波路１０は、端面Ｔ１に、コア１１ａ，１１ｂに接する凸状のレンズ１３ａ，１３ｂが設けられている。
【００４４】
ここで、レンズ１３ａとレンズ１３ｂは、外形や位置が異なっている。レンズの外形とは、レンズの大きさ（レンズの径）及びレンズの曲率を含む。即ち、コア１１ａに設けられたレンズ１３ａの大きさは、コア１１ｂに設けられたレンズ１３ｂの大きさより小さくなっている。また、コア１１ａに設けられたレンズ１３ａの高さは、コア１１ｂに設けられたレンズ１３ｂの高さより低くなっている。これは、例えば、光信号の送信用と受信用とでレンズに求められる特性が異なっており、異なるレンズの大きさやレンズの高さが求められている場合に対応したものであり、特性の異なる複数種類のレンズが端面Ｔ１に形成されている。また、レンズ１３ａとレンズ１３ｂは、コア１１ａ，１１ｂに対するそれぞれの位置が異なっていてもよい。
【００４５】
上記を除いては、第１実施形態と同様である。また、第１〜第３実施形態と同様の工程によって、同時に寸法の異なる複数種類のレンズ１３ａ，１３ｂを形成することができる。例えば、樹脂１３Ｌの供給付着量、粘度及び表面張力、開口部１４ａの大きさと高さ、マスク１４の樹脂１３Ｌに対する濡れ性等を調整することで、所望の寸法の異なるレンズを同時に形成することができる。
【００４６】
上記においては光信号の送信用と受信用とで特性が異なるレンズを有する光導波路について説明したが、これに限らず、特性の異なる複数種類のレンズを有する光導波路であれば適用可能である。
【００４７】
以上、本発明を実施するための形態について詳述したが、本発明は斯かる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。また、例えば、第１〜第４実施形態に係る光導波路は、光導波路を用いた種々の光学装置に適用できる。
【符号の説明】
【００４８】
１０  光導波路
１１，１１ａ，１１ｂ  コア
１２  クラッド
１３，１３ａ，１３ｂ  レンズ
１３Ｌ  液状の樹脂
１３Ｓ  固化した樹脂
１４  マスク
１４ａ  開口部
１４ｂ  係止部
１５  成形型
１５ａ  凹部
１５ｂ  位置合わせ部
１６  容器
７０  光ファイバ
７１  コア
７２  クラッド
【図１】
2019124725.tif 000003
【図２】
2019124725.tif 000004
【図３】
2019124725.tif 000005
【図４】
2019124725.tif 000006
【図５】
2019124725.tif 000007
【図６】
2019124725.tif 000008