(57)【要約】【課題】コスト、量産性、信頼性に優れたミラー付き光導波路及びその製造方法を提供する。【解決手段】金属膜転写用治具９に金属１０を蒸着し、斜面４にコア３と同じ屈折率を有する接着剤１３を付着させ、該接着剤付きの斜面４に金属膜転写用治具９の金属１０を当てることにより、金属１０を転写させて斜面４に金属膜６を形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光導波路のコアに斜面を有し、該斜面に上記コアと同じ屈折率を有する接着剤層を有し、該接着剤層に、転写によって形成された金属膜を有することを特徴とするミラー付き光導波路。
【請求項２】
光導波路のコアに斜面を有し、該斜面に金属膜を有するミラー付き光導波路の製造方法であって、金属膜転写用治具に金属を蒸着し、上記斜面に上記コアと同じ屈折率を有する接着剤を付着させ、該接着剤付きの斜面に上記金属膜転写用治具の上記金属を当てることにより、上記金属を転写させて上記斜面に金属膜を形成することを特徴とするミラー付き光導波路の製造方法。
【請求項３】
上記斜面は、上記光導波路のオーバークラッドから上記コアへかけてミラー溝を形成することにより形成し、上記接着剤は、上記ミラー溝に滴下することにより上記斜面に付着させ、上記金属膜転写用治具は、上記ミラー溝に嵌合する形状に形成しておき、該金属膜転写用治具を上記ミラー溝に嵌合させ、上記接着剤が硬化した後、上記金属膜転写用治具を除去することにより、上記金属を転写させることを特徴とする請求項２記載のミラー付き光導波路の製造方法。
【請求項４】
上記光導波路がポリマ光導波路であることを特徴とする請求項２又は３記載のミラー付き光導波路の製造方法。
【請求項５】
上記金属膜転写用治具の表面粗さがＲａ０．０５μｍ以下であることを特徴とする請求項２〜４いずれか記載のミラー付き光導波路の製造方法。
【請求項６】
上記斜面は、上記コアから上記光導波路のアンダークラッドにかかるまでミラー溝を形成することにより形成することを特徴とする請求項２〜５いずれか記載のミラー付き光導波路の製造方法。
【請求項７】
光導波路のコアに斜面を有し、該斜面に金属膜を有するミラー付き光導波路の製造方法であって、金属膜転写用治具にあらかじめ離型剤からなる剥離層を設け、その剥離層に金属を蒸着し、上記斜面を、上記光導波路のオーバークラッドから上記コアへかけてミラー溝を形成することにより形成し、上記ミラー溝に上記コアと同じ屈折率を有する接着剤を滴下することにより上記斜面に上記接着剤を付着させ、上記金属膜転写用治具を上記ミラー溝に嵌合させることにより、上記接着剤付きの斜面に上記金属膜転写用治具の上記金属を当て、上記接着剤が硬化した後、上記金属膜転写用治具を除去することにより、上記金属を転写させて上記斜面に金属膜を形成することを特徴とするミラー付き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、コスト、量産性、信頼性に優れたミラー付き光導波路及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、インターネットに代表される情報通信技術の発達や情報処理装置の処理速度の飛躍的向上などに伴って、画像等の大容量データを送受信するニーズが高まりつつある。これら大容量データの伝送速度として、１０Ｇｂｐｓ以上の伝送速度が望まれており、さらに、電磁ノイズの影響が小さいことが望まれている。このような高速通信において、光を用いた通信技術に大きな期待が寄せられている。このため、従来一般的であった金属ケーブルや金属配線を用いた電気伝送か光ファイバや光導波路等の光伝送媒体を用いた光伝送へ移行しつつある。
【０００３】
光導波路を用いた光伝送では、実装時のコストメリットなどから、図４のようにコアと平行な面上に光素子（面発光素子や面受光素子）が搭載された構造の光導波路が検討されている。
【０００４】
このとき、コアと光素子とを光学的に結合するためには、光路を約９０°変換する必要があり、これを実現する手段として光導波路にダイシングなどによりＶ溝を形成し、そのＶ溝によるコアの斜面にミラーを作成する手段がある。例えば、光導波路に形成した斜面には何も付けず、空気と光導波路材料（コア材料）の屈折率差による全反射を利用してミラーを形成したり、上記斜面に金などの金属を蒸着して金属膜を形成することによりミラーを形成したりする。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−３００９６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ダイシングなどにより作成したミラーには、表面に荒れ（凹凸）が有り、反射効率が低下し、損失が大きくなるという問題がある。
【０００７】
一方、金属を蒸着する方法においては、光導波路のサイズが大きくなると蒸着釜に入る数が限られるのでコストがかかり、また、金属の蒸着が不要な部分はマスクが必要であるためコスト高になり、さらにマスキングの解像度に限界がある。
【０００８】
また、蒸着で形成した金属膜と光導波路材料との接着性が悪く、剥がれやすいといった問題がある。金属膜と光導波路材料との接着性を改善する方法としては、金属膜側から光を入射させて反射させる場合には、ＴｉＯ２などの接着層を金属膜と光導波路材料との間に用いることで接着性を改善する方法がある。しかし、上記光導波路のミラーのようにコア側（つまり光導波路材料側）から金属膜に光が入射して反射するミラーの場合には、ＴｉＯ２などの接着層を光が透過することになり、反射率を低下させてしまう問題がある。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、コスト、量産性、信頼性に優れたミラー付き光導波路及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために本発明のミラー付き光導波路は、光導波路のコアに斜面を有し、該斜面に上記コアと同じ屈折率を有する接着剤層を有し、該接着剤層に、転写によって形成された金属膜を有するものである。
【００１１】
また、本発明の製造方法は、光導波路のコアに斜面を有し、該斜面に金属膜を有するミラー付き光導波路の製造方法であって、金属膜転写用治具に金属を蒸着し、上記斜面に上記コアと同じ屈折率を有する接着剤を付着させ、該接着剤付きの斜面に上記金属膜転写用治具の上記金属を当てることにより、上記金属を転写させて上記斜面に金属膜を形成するものである。
【００１２】
上記斜面は、上記光導波路のオーバークラッドから上記コアへかけてミラー溝を形成することにより形成し、上記接着剤は、上記ミラー溝に滴下することにより上記斜面に付着させ、上記金属膜転写用治具は、上記ミラー溝に嵌合する形状に形成しておき、該金属膜転写用治具を上記ミラー溝に嵌合させ、上記接着剤が硬化した後、上記金属膜転写用治具を除去することにより、上記金属を転写させてもよい。
【００１３】
上記光導波路がポリマ光導波路であってもよい。
【００１４】
上記金属膜転写用治具の表面粗さがＲａ０．０５μｍ以下であってもよい。
【００１５】
上記斜面は、上記コアから上記光導波路のアンダークラッドにかかるまでミラー溝を形成することにより形成してもよい。
【００１６】
また、本発明の製造方法は、光導波路のコアに斜面を有し、該斜面に金属膜を有するミラー付き光導波路の製造方法であって、金属膜転写用治具にあらかじめ離型剤からなる剥離層を設け、その剥離層に金属を蒸着し、上記斜面を、上記光導波路のオーバークラッドから上記コアへかけてミラー溝を形成することにより形成し、上記ミラー溝に上記コアと同じ屈折率を有する接着剤を滴下することにより上記斜面に上記接着剤を付着させ、上記金属膜転写用治具を上記ミラー溝に嵌合させることにより、上記接着剤付きの斜面に上記金属膜転写用治具の上記金属を当て、上記接着剤が硬化した後、上記金属膜転写用治具を除去することにより、上記金属を転写させて上記斜面に金属膜を形成するものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００１８】
（１）ミラー付き光導波路は、コスト、量産性、信頼性に優れる。
【００１９】
（２）コスト、量産性、信頼性に優れたミラー付き光導波路が製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２１】
図１（ｅ）に示されるように、本発明に係るミラー付き光導波路１は、光導波路２のコア３に斜面４を有し、該斜面４に上記コア３と同じ屈折率を有する接着剤層５を有し、該接着剤層５に、転写によって形成された金属膜６を有するものである。ミラー付き光導波路１となる光導波路２は、互いに平行に伸びて順次重なり合うオーバークラッド７とコア３とアンダークラッド８とからなる。
【００２２】
このミラー付き光導波路１は、光導波路２とは別途に用意された金属膜転写用治具９から金属膜６を転写されて製造されることに特徴がある。
【００２３】
すなわち、その製造方法は、図１（ａ）〜図１（ｆ）に示されるように、金属膜転写用治具９に金属１０を蒸着し、コア３の斜面４にコア３と同じ屈折率を有する接着剤１３を付着させ、該接着剤付きの斜面４に金属膜転写用治具９の金属１０を当てることにより、金属１０を転写させて斜面４に金属膜６を形成するものである。
【００２４】
製造手順を詳細に説明すると、まず、図１（ａ）に示されるように、オーバークラッド７とコア３とアンダークラッド８とからなる光導波路２を形成する。光導波路２は、シングルモードの光導波路、接続容易性などにより低コストが期待できるマルチモード光導波路などである。
【００２５】
光導波路２は、ポリマ光導波路であることが望ましい。ポリマ光導波路は、後述するミラー溝１２と金属膜転写用治具９とに形状の違いがあっても、金属膜転写用治具９が嵌合されたときミラー溝１２が変形して平滑に嵌合することができる。例えば、ミラー溝１２が設計としてはＶ状であっても、荒れによる凸部が生じたり、形成誤差によってその最深部に微視的にＲ（曲面）ができてしまうと、逆Ｖ状の金属膜転写用治具９の稜線がＲに当たるなどして、面同士が密着した嵌合が達成されないことが考えられるが、これを緩和して面同士が密着する（＝平滑に嵌合する）にはミラー溝１２が変形するとよい。
【００２６】
ポリマ光導波路の材料には制限はなく、ゴム材料としてはシリコーン系、アクリル系が用いられ、樹脂材料としてはアクリル系、エポキシ系、シリコーン系、ポリイミド系などが例として挙げられる。
【００２７】
光導波路２は、基板のないフィルム状のポリマ光導波路であっても、基板のあるリジッドなポリマ光導波路であってもよい。基板の材料には、石英、シリコンなどがあるが、とくに制限はない。
【００２８】
図１（ｂ）に示されるように、光導波路２にダイシングなどによりミラー溝１２を形成する。ミラー溝１２は、例えば、コア３に対して４５°の傾斜を有するＶ溝である。
【００２９】
ミラー溝１２の作成方法としては、ダイシング、金型、レーザ加工いずれでも構わないが、光素子の光軸に対して４５°の傾斜面を有するダイシングブレードを用いてダイシングを行うと、複数個の光導波路２をダイシングブレードの移動方向に並べておいて各光導波路２のミラー溝１２を短時間に一括で容易に形成できる点で良い。
【００３０】
ミラー溝１２の形状は、Ｖ状に限らず、台形状など斜面４が形成できる形状であればよい。ただし、金属膜転写用治具９の稜線にチッピングなどによる１０〜２０μｍ程度の傷が生じたり丸みを帯びたりすることがあるので、その傷や丸みのある稜線がコア３にかからないよう、ミラー溝１２は、その最深部をコア３の底（アンダークラッド８との境界）よりも２０μｍ程度深めに形成するとよい。つまり、オーバークラッド７からコア３を経てアンダークラッド８にかかるまでミラー溝１２を形成することにより、コア３の途中で終わらない斜面４が形成される。このとき、ミラー溝１２の最深部の深さは、ミラー溝１２がアンダークラッド８を切断してしまわない深さであればよい。ダイシングの精度を考慮すると、アンダークラッド８の下面（光素子の搭載面）とミラー溝１２の最深部との距離が１０μｍ以上であるとよい。
【００３１】
次に、図１（ｃ）に示されるように、接着剤１３をミラー溝１２に適量、滴下する。これにより、斜面４に全面的に接着剤１３が付着する。接着剤１３としては、アクリル系、エポキシ系、シリコーン系などがあり、これらの種類は特に問わないが、光導波路２及び金属膜６との接着性がよく、また、フィラーなどが入って光散乱が生じることなく、透明で、さらに、使用する光の波長において透過率がよいことが必要である。また、接着剤１３は、コアと同程度の屈折率を有することが望ましい。
【００３２】
接着剤１３として、ＵＶ硬化性のものを用いると、オーバークラッド７の上面側からＵＶ光を照射してもＵＶ光が金属膜６に遮られて接着剤１３に当たらないので、アンダークラッド８の下面側からＵＶ光を照射して接着剤１３を硬化させることになる。よって、アンダークラッド８はＵＶ光を透過するものであることが必須となる。アンダークラッド８の下に基板が設けられる場合はその基板もＵＶ光を透過するものであることが必須となる。これに対し、基板としてシリコン基板を用いた光導波路やＵＶ光の吸収が非常に大きなポリイミド基板を用いた光導波路には、ＵＶ硬化性の接着剤は使用せず、熱硬化性の接着剤を使用するとよい。
【００３３】
図１（ｄ）に示されるように、光導波路２とは別途に金属膜転写用治具９を用意しておく。金属膜転写用治具９は、ミラー溝１２に嵌合するよう、逆Ｖ形状の山を形成したものである。具体的には、シリコンの角柱を金属膜転写用治具９とし、その稜線がミラー溝１２の最深部に当たるよう、角柱の対角線を光導波路２と平行に保持させる。
【００３４】
金属を転写する際には、逆Ｖ溝を有する抑え治具１４を金属膜転写用治具９に重ねて押し圧を付与するが、このときに金属膜転写用治具９の平滑面が変化することがないよう、金属膜転写用治具９の弾性率は光導波路２の材料の弾性率（１ＭＰａ〜１０ＧＰａ）よりも十分大きな弾性率であることが望ましい。このような材料として、具体的には、シリコン、石英、青板ガラスなどが挙げられる。なお、光導波路２の材料が弾性率が１ＭＰａ〜１０ＭＰａ程度のゴム材料の時には、金属膜転写用治具９に弾性率が１ＧＰａ〜１０ＧＰａの樹脂などの材料を用いることができる。
【００３５】
金属膜転写用治具９には金属１０を蒸着する。蒸着する金属１０としては、金、アルミ、銀などが挙げられるが、金を用いると、反射率が高く、耐腐食性に優れ、金属膜転写用治具９からの剥離性が良く、剥離層がなくてもよい。金属膜転写用治具９からの剥離性が良くない金属を用いるときは、金属膜転写用治具９の表面に剥離層（図示せず）を設け、その剥離層に金属を蒸着するとよい。剥離層は、フッ素系材料の離型剤で形成する。
【００３６】
抑え治具１４を光導波路２に向けて進出させると、金属膜転写用治具９がミラー溝１２に嵌合する。これにより、金属膜転写用治具９の金属１０が接着剤１３に接する（図２参照）。この状態で接着剤１３を硬化させる。
【００３７】
図１（ｅ）に示されるように、接着剤１３が硬化して接着剤層５となった後、金属膜転写用治具９を除去すると、金属１０は接着剤１３に接着したことにより、金属膜転写用治具９から剥離し、光導波路２に残る。つまり、金属１０が転写され斜面４に金属膜６が形成される。
【００３８】
転写によって金属膜６を形成した後、図１（ｆ）に示されるように、ミラー溝１２に接着剤（図示せず）を滴下し、さらにそのミラー溝１２に補強板１５を施すことで、ミラー溝１２を保護するとよい。特に、フィルムタイプの光導波路の場合、ミラー溝１２を形成した部分の厚さが非常に薄くなっており、強度が弱いので、この部分の保護が必要である。このとき用いる接着剤としては、種類は特に問わず、前述の接着剤１３のような透明性も特に必要ではない。
【００３９】
本発明によれば、光導波路２のコア３の斜面４にコア３と同じ屈折率を有する接着剤層５を有し、この接着剤層５に転写によって形成された金属膜６を有するので、図２（ａ）に示されるように、ダイシングにより生じた斜面４の荒れ２１の部分に、図２（ｂ）に示されるように、接着剤１３が入り込み、接着剤１３と金属１０（接着剤層５と金属膜６）が接する面が平滑化されるため、光反射損失の低減が図れる。つまり、ダイシングにより生じた斜面４の荒れの部分と接着剤層５との境界での屈折率差による光の散乱を小さくでき、これが光反射損失の低減につながる。
【００４０】
光反射損失の特性を良好にするには、金属膜転写用治具９のコア（斜面）と接する面の表面粗さが、表面荒れによる光の散乱の影響が小さくなるように、算術平均粗さＲａ０．０５μｍ以下であることが望ましい。
【００４１】
上記実施の形態のミラー付き光導波路１は、金属膜６を有するものとしたが、金属膜６の代わりに多層膜を用いてもよい。このとき、金属膜転写用治具には剥離層を用いることが必要である。この場合、膜厚精度が敏感なためこれまで困難であった導波路の４５°微細ミラー部に多層膜反射ミラーを形成できるメリットもある。
【００４２】
金属膜転写用治具９に金属１０を蒸着する代わりに、ミラー溝１２を形成した光導波路２と同形状に形成したＶ溝付きメス型転写用治具を形成し、このメス型転写用治具のＶ溝に金属を蒸着し、このメス型転写用治具に樹脂を塗布して硬化させることにより、逆Ｖ山を有するオス型転写用治具を形成し、メス型転写用治具からオス型転写用治具を剥離させるとき、金属を逆Ｖ山に付けたまま剥離させ、このオス型転写用治具をミラー溝１２を形成した光導波路２に押し付けることで斜面４の接着剤層５に金属膜６を転写させてもよい。
【００４３】
金属膜転写用治具９への金属の蒸着は、ミラー溝に臨む２面に蒸着してもよいが、必要とする１面だけ蒸着しても構わないし、あるいは全面に蒸着しても構わない。
【実施例】
【００４４】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００４５】
まず、実施例として、光素子の光軸に対してカット面が傾斜４５°のＶ形状となるように、２つの刃面が形成する角度が９０°のダイシングブレードを用いて、エポキシ系ポリマ導波路（屈折率：コア１．５７、クラッド１．５１）にＶ溝を形成し、ミラー溝とした。エポキシ系ポリマ導波路の構造は、コア径５０μｍ、アンダークラッド厚さ５０μｍ、オーバークラッド厚さ２０μｍ、基板無しである。
【００４６】
次いで、面の粗さがＲａ０．０２μｍ以下の平滑な面を有するシリコンからなる角柱を金属膜転写用治具とし、この金属膜転写用治具に厚さ０．３μｍとなるように金を蒸着した。ミラー溝のコア付近にディスペンサによりコアと同じ屈折率（１．５７）を有する熱硬化性のエポキシ系接着剤を滴下した。そのミラー溝へ金属膜転写用治具を金蒸着面がコアに接するように嵌合させ、抑え治具を用いて１ｋｇｆの圧力を加えると共に１２０℃１５ｍｉｎの熱を加えて接着剤を硬化させた。接着剤が硬化後、金属膜転写用治具を剥離させた。最後に、補強板をミラー溝を覆うように光導波路に貼り付けることにより、ミラー付き光導波路が完成した。
【００４７】
この実施例のミラー付き光導波路のミラー損失測定方法を図３（ａ）により説明する。
波長８５０ｎｍのＬＤ光源から出た光をＧＩ５０μｍの光ファイバによりミラー付き光導波路に入射させた。接続部にはマッチングオイルを用いた。ミラーによって反射した光をφ７５μｍのＰＤで受光し、光量Ｉ１を測定した。ＧＩ５０μｍの光ファイバから出た光を直接ＰＤで受光したときの光量Ｉ０を参照値として式（１）により全体の損失ＬＡを求めた。その値から式（２）のように光導波路の伝送損失ＬＰ、アンダークラッドと空気の間の屈折率差によるフレネル反射による損失ＬＦを引くことにより、ミラー損失ＬＭとした。
【００４８】
ＬＡ＝−１０＊ｌｏｇ（Ｉ１／Ｉ０）        （１）
ＬＭ＝ＬＡ−ＬＰ−ＬＦ                    （２）
なお、光導波路の伝送損失Ｌｐの測定方法を図３（ｂ）により説明する。ミラー溝を形
成する前の光導波路の一端に、コア径５０μｍのＧＩ光ファイバを光学的に接続し、光導波路の他端に光導波路から出射される信号光を受光する光検出器（ＰＤ）を光学的に接続する。このときＰＤで受光した光量をＩ２とすると、
ＬＰ＝−１０×Ｌｏｇ（Ｉ２／Ｉ０）
として、光導波路の伝送損失が求められる。
【００４９】
この結果、実施例のミラー付き光導波路のミラー損失は、０．５ｄＢと良好であった。
また、高温高湿試験（８５℃８５％ＲＨ１０００ｈ）、ヒートショック試験（−４０←→８５℃５００サイクル）後においてもミラー損失に変化はなかった。
【００５０】
一方、比較例として、光素子の光軸に対してカット面が傾斜４５°のＶ形状となるように、２つの刃面が形成する角度が９０°のダイシングブレードを用いて、エポキシ系ポリマ導波路（屈折率：コア１．５７、クラッド１．５１）にＶ溝を形成し、ミラー溝とした。そのミラー溝に金を蒸着し、補強板をミラー溝を覆うように光導波路に貼り付けることにより、従来構成のミラー付き光導波路が完成した。
【００５１】
比較例のミラー付き光導波路のミラー損失は、１．０ｄＢであった。また、高温高湿試験（８５℃８５％ＲＨ１０００ｈ）、ヒートショック試験（−４０←→８５℃５００サイクル）後には、金の剥離が生じていた。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】（ａ）〜（ｆ）は、本発明のミラー付き光導波路の製造手順を示す工程ごとの断面図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）は、斜面の拡大図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）は、ミラー付き光導波路及び光導波路の損失測定方法を示す図である。
【図４】光素子が搭載された光導波路の断面図である。
【符号の説明】
【００５３】
１  ミラー付き光導波路
２  光導波路
３  コア
４  斜面
５  接着剤層
６  金属膜
７  オーバークラッド
８  アンダークラッド
９  金属膜転写用治具
１０  金属
１２  ミラー溝
１３  接着剤
１４  抑え治具
【図１】
2008304615.tif 000003
【図２】
2008304615.tif 000004
【図３】
2008304615.tif 000005
【図４】
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