(57)【要約】【課題】樹脂基板の所望の位置に光導波路を形成することができる方法を提供する。【解決手段】樹脂材料を含む基体１５０における第１の領域１６２に第１の分布を有するエネルギーを与えるとともに、第１の領域１６２に含まれる第２の領域１６４に第２の分布を有するエネルギーを与え、第２の領域１６４の少なくとも一部において基体１５０の屈折率を変化させることにより光導波路１６０を形成する光導波路形成方法。第１の領域に第１の波長を有する光を照射することによりエネルギーを与え、第２の領域に第１の波長より短い第２の波長を有する光を照射することによりエネルギーを与えるのが望ましい。【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から所定のエネルギーを受けることにより屈折率が変化する樹脂材料を含む基体に光導波路を形成する光導波路形成方法であって、前記基体における第１の領域に第１の分布を有するエネルギーを与えるとともに、前記第１の領域に含まれる第２の領域に第２の分布を有するエネルギーを与え、前記第２の領域の少なくとも一部における前記基体の屈折率を変化させることにより前記光導波路を形成することを特徴とする光導波路形成方法。
【請求項２】
第１の波長を有する第１の光を前記第１の領域に照射することにより、前記第１の領域に前記第１の分布を有するエネルギーを与え、前記第１の波長より短い波長を有する第２の光を前記第２の領域に照射することにより、前記第２の領域に前記第２の分布を有するエネルギーを与えることを特徴とする請求項１に記載の光導波路形成方法。
【請求項３】
前記第１の光を所定の時間、前記第１の領域に照射し、前記第２の光を前記所定の時間より短い時間、前記第２の領域に照射することを特徴とする請求項２に記載の光導波路形成方法。
【請求項４】
前記樹脂材料は、二光子吸収する材料を含むことを特徴とする請求項１に記載の光導波路形成方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載された光導波路形成方法により形成された光導波路を有する光回路基板。
【請求項６】
請求項１ないし４のいずれかに記載された光導波路形成方法により形成された光導波路を有する電子機器。
【請求項７】
外部から光を受けることにより屈折率が変化する樹脂材料を含む基体に光導波路を形成する光導波路形成装置であって、
前記基体を載置するステージと、
第１の波長を有する第１の光を生成する第１の光源と、
前記第１の波長より短い第２の波長を有する第２の光を生成する第２の光源と、
前記第１の光を、前記基体における第１の領域に集光する第１の集光部と、
前記第２の光を、前記第１の領域に含まれる第２の領域に集光する第２の集光部と
を備えたことを特徴とする光導波路形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光導波路形成方法、光導波路形成装置、光回路基板、及び電子機器に関する。
【０００２】
【背景の技術】
従来、樹脂中に光を照射し硬化させることで光導波路を形成する方法として、例えば、特開２００２−２０２４２７号公報（特許文献１）に開示された方法がある。上記特許文献１には、光硬化樹脂中に微小径の光束を照射し硬化させることで屈折率の上昇した硬化樹脂部を形成することにより、光導波路を形成する方法が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−２０２４２７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１に開示された方法では、形成される光導波路の径を、照射される光束の径より小さくすることが困難であるため、微細な光導波路を形成するのが困難であるという問題が生じている。
【０００５】
よって、本発明は、上記の課題を解決することのできる光導波路形成方法、光導波路形成装置、光回路基板、及び電子機器を提供することを目的とする。この目的は特許請求の範囲における独立項に記載の特徴の組み合わせにより達成される。また従属項は本発明の更なる有利な具体例を規定する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の第１の形態によれば、外部から所定のエネルギーを受けることにより屈折率が変化する樹脂材料を含む基体に光導波路を形成する光導波路形成方法であって、基体における第１の領域に第１の分布を有するエネルギーを与えるとともに、第１の領域に含まれる第２の領域に第２の分布を有するエネルギーを与え、第２の領域の少なくとも一部における基体の屈折率を変化させることにより光導波路を形成することを特徴とする光導波路形成方法を提供する。これにより、基体にきわめて細い光導波路を形成することができる。
【０００７】
また、第１の波長を有する第１の光を第１の領域に照射することにより、第１の領域に第１の分布を有するエネルギーを与え、第１の波長より短い波長を有する第２の光を第２の領域に照射することにより、第２の領域に第２の分布を有するエネルギーを与えることが好ましい。また、第１の光を所定の時間、第１の領域に照射し、第２の光を所定の時間より短い時間、第２の領域に照射することが好ましい。これにより、基体に３次元的に位置精度よく、かつ均一に光導波路を形成することができる。
【０００８】
樹脂材料は、二光子吸収する材料を含んでもよい。これにより、基体に光導波路をさらに細く形成することができる。また、基体の深さ方向において光導波路の位置を精度よく形成できる。
【０００９】
本発明の第２の形態によれば、上記の光導波路形成方法により形成された光導波路を有する光回路基板及び電子機器を提供する。電子機器は、例えば、光信号を送信する送信機、光信号を受信する受信機、光信号を中継する中継器等の、光信号の受け渡しを行う光通信機器や、その他の機器を含む。また、電子機器は、例えば、ファクシミリ、パーソナルコンピュータ、ディジタルカメラ、表示装置、印刷装置、ゲーム機、チューナー等の、通信回線と接続され得る機器や、内部において光通信を行い得る機器を含む。また、電子機器は、当該光導波路を有する基板に、電気部品、機械部品その他の部品や、電気回路、電子回路、光回路その他の回路等が組み合わされた装置や部品等を含む。
【００１０】
本発明の第３の形態によれば、外部から光を受けることにより屈折率が変化する樹脂材料を含む基体に光導波路を形成する光導波路形成装置であって、基体を載置するステージと、第１の波長を有する第１の光を生成する第１の光源と、第１の波長より短い第２の波長を有する第２の光を生成する第２の光源と、第１の光を、基体における第１の領域に集光する第１の集光部と、第２の光を、第１の領域に含まれる第２の領域に集光する第２の集光部とを備えたことを特徴とする光導波路形成装置を提供する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態に係る光導波路形成装置１００を示す図である。光導波路形成装置１００は、第１の光源１２２及び第２の光源１２４と、集光部の一例である第１のレンズ部１３２及び第２のレンズ部１３４と、光導波路を形成する基体１５０を載置するステージ１４２と、光導波路形成装置１００の全体を制御する統括制御部１１０と、第１の光源１２２及び第２の光源１２４を制御する光源制御部１２０と、第１のレンズ部１３２及び第２のレンズ部１３４を制御するレンズ制御部１３０と、ステージ１４２を制御するステージ制御部１４０とを備える。
【００１３】
基体１５０は、外部からエネルギーを受けることにより屈折率を変化させる樹脂材料を含む。当該樹脂材料は、例えば、熱エネルギーを受けることにより硬化する熱硬化性樹脂、紫外線を受けることにより硬化する紫外線硬化性樹脂、光エネルギーと熱エネルギーの双方を受けることにより硬化する樹脂等を含む。また、基体１５０は、エネルギーを受けた領域の屈折率が、当該領域以外の領域や空気の屈折率より大きくなるような樹脂材料を含むことが望ましい。基体１５０は、基体１５０は、外部からエネルギーを受けることにより屈折率を変化させる樹脂材料から成ってもよい。
【００１４】
第１の光源１２２及び第２の光源１２４は、それぞれ異なるエネルギーを有する光を生成する。第１の光源１２２及び第２の光源１２４が生成する光のエネルギーの和は、基体１５０を形成する樹脂材料の屈折率を変化するのに必要なエネルギーより大きいことが望ましい。本実施形態において、第１の光源１２２及び第２の光源１２４は、半導体レーザであって、それぞれレーザ光ａ及び当該レーザ光ａより短い波長を有するレーザ光ｂを生成する。
【００１５】
光源制御部１２０は、第１の光源１２２及び第２の光源１２４を制御する。すなわち、光源制御部１２０は、第１の光源１２２及び第２の光源１２４が生成するレーザ光の波長、強度、照射時間等を制御する。また、光源制御部１２０は、レーザ光ａ及び／又はｂが、基体１５０にパルス状に照射されるように、第１の光源１２２及び／又は第２の光源１２４を制御してもよい。
【００１６】
第１のレンズ部１３２及び第２のレンズ部１３４は、それぞれレーザ光ａ及びｂを、基体１５０に集光する。また、レンズ制御部１３０は、第１のレンズ部１３２及び第２のレンズ部１３４を制御して、レーザ光ａ及びｂの基体１５０に対する焦点位置を制御する。また、レンズ制御部１３０は、レーザ光ａ及びｂの基体１５０における照射位置を制御してもよい。
【００１７】
ステージ１４２は、基体１５０を載置する。ステージ制御部１４０は、ステージ１４２を制御する。具体的には、ステージ制御部１４０は、ステージ１４２を制御して、基体１５０を水平方向に移動させることにより、レーザ光ａ及びｂに対する基体１５０の相対的な位置を移動させる。また、ステージ制御部１４０は、ステージ１４２を制御して、基体１５０を垂直方向に移動させることにより、レーザ光ａ及びｂの基体１５０に対する焦点位置を移動させてもよい。
【００１８】
統括制御部１１０は、光源制御部１２０、レンズ制御部１３０、及びステージ制御部１４０を含む制御系を統括的に制御する。例えば、統括制御部１１０は、基体１５０に形成すべき光導波路の形成パターンに基づいて、制御系に指示を与える。
【００１９】
図２は、レーザ光ａ及びｂが照射されている基体１５０を示す図である。図２（ａ）は、基体１５０の上面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡＡ’における基体１５０の断面図である。図１及び図２を参照して、光導波路形成装置１００の動作について説明する。
【００２０】
ステージ制御部１４０は、統括制御部１１０からの指示に基づき、ステージ１４２に載置された基体１５０の所定の位置にレーザ光ａ及びｂが照射されるように、ステージ１４２を移動させる。すなわち、図２を参照して、基体１５０における第１の領域１６２にレーザ光ａが照射され、また、第１の領域１６２に含まれる第２の領域１６４にレーザ光ｂが照射されるように、ステージ制御部１４０は、ステージ１４２を移動させる。ステージ制御部１４０は、レーザ光ａ及びｂを基体１５０に照射している間、ステージ１４２を連続的に移動させてもよく、また、間欠的に移動させてもよい。
【００２１】
レンズ制御部１３０は、第１の光源１２２が発したレーザ光ａが、第１の領域１６２に集光されるように第１のレンズ部１３２を制御して、レーザ光ａの焦点を調整する。また、レンズ制御部１３０は、第２の光源１２４が発したレーザ光ｂが、第２の領域１６４に集光されるように第２のレンズ部１３４を制御して、レーザ光ｂの焦点を調整する。すなわち、レンズ制御部１３０は、レーザ光ａ及びｂの焦点が、基体１５０の深さ方向における光導波路を形成すべき位置に合うように、第１のレンズ部１３２及び第２のレンズ部１３４を制御する。この場合、レンズ制御部１３０は、レーザ光ａ及びｂの焦点が、基体１５０の表面に合うように、第１のレンズ部１３２及び第２のレンズ部１３４を制御してもよい。
【００２２】
光源制御部１２０は、第１の光源１２２及び第２の光源１２４に、所定の波長を有するレーザ光ａ及びｂを生成するよう指示する。当該指示に基づいて、第１の光源１２２は、所定の波長を有するレーザ光ａを生成し、第２の光源１２４は、当該所定の波長より短い波長を有するレーザ光ｂを生成する。
【００２３】
生成されたレーザ光ａ及びｂは、第１のレンズ部１３２及び第２のレンズ部１３４により集光され、それぞれ基体１５０における第１の領域１６２及び第２の領域１６４に照射される。すなわち、第２の領域１６４には、レーザ光ａ及びｂの双方が照射される。そして、所定の時間、レーザ光ａ及びｂを、それぞれ第１の領域１６２及び第２の領域１６４に照射する。これにより、レーザ光ａ及びｂのエネルギーの和が、基体１５０を形成する樹脂材料の屈折率が変化する変化エネルギーを超えた領域である第３の領域１６６において光導波路１６０が形成される。
【００２４】
レーザ光ａ及びｂが照射されることにより、基体１５０の所定の領域に光導波路１６０が形成されると、統括制御部１１０は、ステージ制御部１４０に対して、基体１５０において光導波路１６０を次に形成すべき領域にレーザ光ａ及びｂが照射されるように、ステージ１４２を移動させるよう指示する。ステージ制御部１４０は、当該指示に基づき、ステージ１４０を所定の位置に移動させる。そして、当該領域にレーザ光ａ及びｂを照射し、当該領域における樹脂材料の屈折率を変化させることにより、光導波路１６０を形成（延長）する。以上の動作を繰り返すことにより、基体１５０の所望の位置に、所望のパターンを有する光導波路１６０を形成することができる。
【００２５】
本実施形態においては、ステージ１４０を移動させることにより、基体１５０の所望の領域にレーザ光ａ及びｂを照射しているが、レーザ光ａ及びｂを基体１５０に対して走査させることにより、基体１５０の所望の領域にレーザ光ａ及びｂを照射してもよい。また、ステージ１４０を移動させるとともに、レーザ光ａ及びｂを基体１５０に対して走査させることにより、基体１５０にレーザ光ａ及びｂを照射してもよい。
【００２６】
光導波路１６０を次に形成すべき領域にレーザ光ａ及びｂが照射されるようにステージ１４０を移動している間、光源制御部１２０は、第１の光源１２２及び第２の光源１２４がレーザ光ａ及びｂを生成する動作を制限してもよい。具体的には、例えば、第１の光源１２２及び第２の光源１２４のレーザ光ａ及びｂの生成を停止したり、レーザ光ａ及びｂのレベルを下げたりする。
【００２７】
図３は、基体１５０においてレーザ光が照射される領域と、基体１５０が当該レーザ光から受けるエネルギーとの関係を示す図である。図３（ａ）は、レーザ光ａ及びｂが照射される領域と、基体１５０がレーザ光ａ及びｂのそれぞれから受けるエネルギーとの関係を示す図である。図３（ｂ）は、レーザ光ａ及びｂが照射される領域と、基体１５０がレーザ光ａ及びｂから受けるエネルギーの和との関係を示す図である。
【００２８】
基体１５０が当該レーザ光ａ及びｂのそれぞれから受けるエネルギーは、基体１５０の屈折率が変化する変化エネルギーと略等しいか、当該変化エネルギーより小さいことが好ましい。また、第１の領域１６２及び第２の領域１６４の中心からの距離に対する、基体１５０が当該レーザ光ａ及びｂのそれぞれから受けるエネルギーの分布は、連続した曲線分布であることが好ましい。また、レーザ光ａ及びｂの一方が基体１５０に与えるエネルギーの分布は、他方が基体１５０に与えるエネルギーの分布より急峻であることが好ましい。
【００２９】
本実施形態において、レーザ光ａ及びｂは、それぞれ第１の領域１６２及び第２の領域１６４の中心からの距離（すなわち、レーザ光ａ及びｂの焦点からの距離）に対する、基体１５０がレーザ光ａ及びｂから受けるエネルギー分布は、ガウシアン分布を示す。ここで、基体１５０がレーザ光ａ及びｂから受けるエネルギーとは、光エネルギー及び熱エネルギーを含む。すなわち、基体１５０に外部から光エネルギー及び熱エネルギーの双方を含むエネルギーを与えて屈折率を変化させてもよく、また、光エネルギー又は熱エネルギーのいずれかを与えて屈折率を変化させてもよい。また、レーザ光ａの波長は、レーザ光ｂの波長より長くすることにより、レーザ光ｂが基体１５０に与えるエネルギーの分布は、レーザ光ａが基体１５０に与えるエネルギーの分布より急峻となっている。
【００３０】
第２の領域１６４に、焦点からの距離に対するエネルギー分布がガウシアン分布を示すレーザ光ａ及びｂを照射することにより、第２の領域１６４において基体１５０が受けるエネルギーの分布を、レーザ光ａ又はｂのエネルギー分布より急峻にすることができる。これにより、レーザ光ｂ及び／又はａのみを基体１５０に照射した場合に、基体１５０が当該レーザ光ｂ及び／又はａから受けるエネルギーが変化エネルギーを超える領域より、基体１５０がレーザ光ａ及びｂから受けるエネルギーが変化エネルギーを超える領域（本実施形態における第３の領域１６６）を小さくすることができる。すなわち、レーザ光ｂ及び／又はａのみを基体１５０に照射した場合より、基体１５０に光導波路を細く形成することができる。
【００３１】
本実施形態においては、レーザ光ａ及びｂという２つの光を基体に照射することにより、基体１５０に光導波路１６０を形成しているが、３以上のレーザ光を基体１５０に照射することにより、基体１５０に光導波路１６０を形成してもよい。これにより、光導波路１６０をさらに細く形成することができる。
【００３２】
基体１５０は、二光子吸収する樹脂材料を含んでもよい。基体１５０を構成する樹脂材料の屈折率が変化する確率は、一般に、一光子吸収の場合は焦点からの距離の２乗に反比例するのに対して、二光子吸収の場合は焦点からの距離の４乗に反比例する。すなわち、基体１５０を二光子吸収する材料を含むように構成することにより、図３（ｂ）におけるエネルギー分布をさらに急峻にすることができるため、基体１５０に光導波路をさらに細く形成することができる。
【００３３】
基体１５０は、アゾ系の色素等の、所定のエネルギーを受けることにより色素吸収端が長波長側又は短波長側にシフトする色素を含んでもよい。例えば、基体１５０は、所定の波長を有するレーザ光が照射されることにより酸化され、色素吸収端が長波長側にシフトする色素を含んでもよい。これにより、第３の領域１６６においてさらに容易に屈折率を変化させることができる。
【００３４】
また、基体１５０は、レーザ光が照射されることにより酸化され、色素吸収端が短波長側にシフトする色素を含んでもよい。この場合、クラッドとなる領域において当該レーザ光を照射する。これにより、酸化された色素を含む領域の屈折率を、レーザ光が照射されていない領域より小さくすることができるため、当該レーザ光が照射されない色素を含む領域をコアとする光導波路を形成することができる。この場合、当該色素は、基体１５０に分散して含ませてもよく、また、コアを形成する領域の周囲にのみ含ませてもよい。また、当該色素を、コアを形成する領域の周囲に塗布してもよい。
【００３５】
図４は、本発明の光導波路を有する光回路基板を備えた電子機器の一例である光通信装置１０を示す図である。光通信装置１０は、光回路基板の一例である、光導波路１６０−１及び１６０−２が形成された基体１５０と、光伝送路１７０−１及び１７０−２と、発光素子１８０と、受光素子１８２と、制御回路１８４とを備える。
【００３６】
制御回路１８４は、発光素子１８０を制御する電気信号を出力する。制御回路１８４は、例えば、受光素子１８２から受け取った電気信号に基づいて、発光素子１８０を制御する電気信号を出力する。また、制御回路１８４は、他の回路からの指示に基づき、電気信号を出力してもよい。発光素子１８０は、半導体レーザ等の光を発する素子であり、制御回路１８４から受け取った電気信号に基づいて、光信号を生成する。光導波路１６０−１は、発光素子１８０が生成した光信号を伝送する。光伝送路１７０−１は、光導波路１６０−１から受け取った光信号を、他の光通信装置に伝送する。
【００３７】
光伝送路１７０−２は、他の光通信装置において生成された光信号を伝送する。光導波路１６０−２は、光伝送路１７０−２から受け取った光信号を伝送する。受光素子１８２は、フォトダイオード等の素子であり、光導波路１６０−２から受け取った光に基づいて、電気信号を生成する。そして、制御回路１８４は、受光素子１８２から電気信号を受け取り、当該電気信号に基づいて所定の処理を行う。
【００３８】
図５は、本発明の光導波路を有する光回路基板を備えた電子機器の一例であるパーソナルコンピュータ１０００の構成を示す斜視図である。図８において、パーソナルコンピュータ１０００は、表示パネル１００２と、キーボード１００４を有する本体部１００６とを備える。当該パーソナルコンピュータ１０００の本体部１００６の内蔵基板間や本体部１００６と表示パネル１００２との通信には、本発明の光導波路を有する光回路基板が利用されている。
【００３９】
上記発明の実施の形態を通じて説明された実施例や応用例は、用途に応じて適宜に組み合わせて、又は変更若しくは改良を加えて用いることができ、本発明は上述した実施形態の記載に限定されるものではない。そのような組み合わせ又は変更若しくは改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る光導波路形成装置１００を示す図である。
【図２】レーザ光ａ及びｂが照射されている基体１５０を示す図である。
【図３】基体１５０においてレーザ光が照射される領域と、当該レーザ光のエネルギーとの関係を示す図である。
【図４】本発明の光導波路を有する光回路基板を備えた光通信装置１０を示す図である。
【図５】本発明の光導波路を有する光回路基板を備えた電子機器の一例であるパーソナルコンピュータ１０００の構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０・・・光通信装置、１００・・・光導波路形成装置、１１０・・・統括制御部、１２０・・・光源制御部、１２２・・・光源、１２４・・・光源、１３０・・・レンズ制御部、１３２・・・レンズ部、１３４・・・レンズ部、１４０・・・ステージ、１４０・・・ステージ制御部、１４２・・・ステージ、１５０・・・基体、１６０・・・光導波路、１６２・・・領域、１６４・・・領域、１６６・・・領域、１７０・・・光伝送路、１８０・・・発光素子、１８２・・・受光素子、１８４・・・制御回路、１０００・・・パーソナルコンピュータ、１００２・・・表示パネル、１００４・・・キーボード、１００６・・・本体部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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