(57)【要約】【課題】光導波路および光ファイバを含むユニット全体としての光のロスが低減された光伝送ユニットの提供。【解決手段】基板上に設けられた、両端部を有し、その間を延在するコア部と、該コア部の周りに形成される、該コア部よりも低屈折率の材料からなるクラッド部を有する光導波路と、前記光導波路のコア部のいずれか一方、または両方の端部に光学的に接続される、実質的にＣ−Ｈ結合を含まない非結晶性の含フッ素重合体を成分として含む光ファイバからなることを特徴とする光伝送ユニット。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に設けられた、両端部を有し、その間を延在するコア部と、該コア部の周りに形成される、該コア部よりも低屈折率の材料からなるクラッド部を有する光導波路と、
前記光導波路のコア部のいずれか一方、または両方の端部に光学的に接続される、実質的にＣ−Ｈ結合を含まない非結晶性の含フッ素重合体を構成要素として含む光ファイバからなることを特徴とする光伝送ユニット。
【請求項２】
前記光導波路は、基板上に形成された平膜状の第１のクラッド部と、該第１のクラッド上に形成されたコア部と、該コア部上に形成された平膜状の第２のクラッドで構成される３層構造のシート形状をした光導波路であることを特徴とする、請求項１に記載の光伝送ユニット。
【請求項３】
前記シート形状をした光導波路が複数積層された構造を有し、個々の該光導波路のコア部の一方または両方の端部には、前記Ｃ−Ｈ結合を含まない非結晶性の含フッ素重合体を構成要素とする光ファイバが光学的に接続されることを特徴とする請求項２に記載の光伝送ユニット。
【請求項４】
前記光導波路のコア部およびクラッド部は、それぞれ異なる屈折率の実質的にＣ−Ｈ結合を含まない非結晶性の含フッ素重合体からなることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の光伝送ユニット。
【請求項５】
前記光ファイバは、ステップインデックス型光ファイバであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の光伝送ユニット。
【請求項６】
前記光ファイバは、屈折率分布型の光ファイバであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の光伝送ユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光導波路と光ファイバとを光学的に接続した光伝送ユニットに関する。具体的には、従来の光伝送ユニットでは実現が困難であった近赤外領域の高い透明性と耐熱性を合わせ持った光伝送ユニットに関する。本発明の光伝送ユニットは、光導波路、特に光シートバスや光バックプレーンバスなどを用いた光分波や光合波に適する。
【０００２】
【従来の技術】
光機能装置の構成要素をなす光シートバス、光バックプレーンユニット等は、光伝送経路をなす光導波路と、光導波路と光学的に接続され、光導波路への光の導入および、光導波路から光を取り出しに使用される光ファイバとで構成される。
従来光導波路の材料としては、光伝送特性に優れているとともに、機械特性、耐候性等にも優れ、かつ加工が容易であることが必要であることから、ガラス、石英等の無機材料や、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）などのアクリル系重合体、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリイミド、ノルボルネンなどの光伝送特性に優れたプラスチックが使用されている。これらの中でも、取り扱い性に優れ、加工が容易であることから、プラスチック製の光導波路が注目されており、プラスチック製の光導波路としては、上記した材料の中でもポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）などのアクリル系重合体をコアとする光導波路が広く使われている。また、このようなプラスチック製の光導波路として、含フッ素重合体をコアとする光導波路が特許文献１に開示されている。
【０００３】
従来光ファイバの材料についても、光導波路と同様の材料が使用されており、特に光ファイバの場合は、その特性上可撓性に優れることが要求されるため、プラスチック製の光ファイバへの関心が高く、実際に多くのプラスチック製光ファイバが使用されている。プラスチック製光ファイバとしては、、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）などのアクリル系重合体、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリイミド、ノルボルネン等を材料とするものが知られているが、これらの中でもポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）などのアクリル系重合体をコアとする光導波路および光ファイバが広く使われている。
【０００４】
光シートバスや光バックプレーンバスにおいて、光導波路と光ファイバとを光学的に接続する方法として、様々な方法が検討され、実用化されているが、最も簡単かつ一般的な方法は、たとえば特許文献２に開示されているような、光導波路の延長線上に形成されたＶ溝に光ファイバを挿入し、光ファイバの一端面と光導波路の端面と対向させて固定する方法である。
【０００５】
ＰＭＭＡなどのアクリル系重合体は、光学的特性に優れ、機械的性質と耐熱性の物性バランスに優れ、かつ耐候性に優れているため、上記したように光ファイバの材料として広く使用されている。しかし、ＰＭＭＡなどのアクリル系重合体で作製した光ファイバは、Ｃ−Ｈ結合の伸縮振動倍音吸収のために、近赤外領域では伝送損失が大きいため光伝送に支障をきたすことがあった。
このため、Ｃ−Ｈ結合に実質的に含まないプラスチック材料で光ファイバを作製することが試みられており、たとえば、有機重合体中のＣ−Ｈ結合をＣ−Ｆ結合に置換することで、Ｃ−Ｈ結合を実質的に含まない含フッ素重合体製の光ファイバが、特許文献３および特許文献４に開示されている。
しかし、このような含フッ素重合体製の光ファイバを光導波路に光学的に接続して使用した例はなく、光導波路と光ファイバを含めたユニット全体としての光伝送特性に優れた光伝送ユニットはこれまで知られていない。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−８１５１９号公報
【特許文献２】
特開平５−１８８２３４号公報
【特許文献３】
特開平４−１７０４号公報
【特許文献４】
特開平８−５８４８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明では、上記の問題を解決するため、光導波路と光ファイバを含めたユニット全体としての光伝送特性に優れた光伝送ユニットを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の目的を達成するため、基板上に設けられた、両端部を有し、その間を延在するコア部と、該コア部の周りに形成される、該コア部よりも低屈折率の材料からなるクラッド部を有する光導波路と、
光導波路のコア部のいずれか一方、または両方の端部に光学的に接続される、実質的にＣ−Ｈ結合を含まない非結晶性の含フッ素重合体を構成要素として含む光ファイバからなることを特徴とする光伝送ユニットを提供する。
【０００９】
本発明の光伝送ユニットにおいて、光導波路は、基板上に形成された平膜状の第１のクラッド部と、該第１のクラッド上に形成されたコア部と、該コア部上に形成された平膜状の第２のクラッドで構成される３層構造のシート形状をした光導波路であることが好ましい。
本発明の光伝送ユニットは、シート形状をした光導波路が複数積層された構造を有し、個々の該光導波路のコア部の一方または両方の端部には、Ｃ−Ｈ結合を含まない非結晶性の含フッ素重合体を構成要素とする光ファイバが光学的に接続されていてもよい。
【００１０】
本発明の光伝送ユニットにおいて、光導波路のコア部およびクラッド部は、それぞれ異なる屈折率の実質的にＣ−Ｈ結合を含まない非結晶性の含フッ素重合体からなることが好ましい。
【００１１】
本発明の光伝送ユニットにおいて、光ファイバは、ステップインデックス型光ファイバであることが好ましい。
本発明の光伝送ユニットにおいて、光ファイバはまた、屈折率分布型の光ファイバであることが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の光伝送ユニットは、光導波路と、該光導波路に光学的に接続されており、該光導波路に光を導入し、または該光導波路から光を取り出す光ファイバとで構成される。
【００１３】
本発明において光導波路とは、石英ガラス基板やシリコン基板などの半導体基板上に設けられた光機能装置の基本構成要素であり、各種の受動型光部品を構成できる。したがって、一般的な意味において、光導波路は光ファイバを含むが、本発明における光導波路は、光ファイバを含まず、後述するシート状の光導波路等のような実質的に形状が変形しないものを指す。光導波路は、両端部を有し、その間を延在するコア部と、該コア部の周りに形成されるクラッド部と、を有する。
光導波路は、光がコア部を伝搬するため、クラッド部がコア部よりも低屈折率の材料で製造されることが必要である。これにより導波路を伝搬する光は、導波路のコア部内に閉じ込められる。光導波路は、その機能により光の合波器、分波器等の変調を伴わないもの、光変調器、光スイッチ、波長選択装置、光集積回路などの変調を伴うものに分類される。
【００１４】
光導波路は、通常、基板上に形成された平膜状の第１のクラッド部と、この第１のクラッド部上に形成されたコア部と、このコア部上に形成された平膜状の第２のクラッド部と、からなる３層構造のシート形状を基本単位とした、コア部をクラッド部で上下方向から挟み込んだ構造のスラブ型の光導波路である。このようなスラブ型の場合は、光シートバスや光バックプレーンバスとして、多対多のマルチノード通信やブロードキャスト通信、あるいはまた、光の合波器、分波器などに適している。
【００１５】
このようなシート形状をした光導波路は、平膜状の１層の全体がその上下層のクラッド部に挟まれた単独のコア部をなしており、一方の端部から入射した光が拡散板により拡散され、コア部内を全反射により伝播する構成であってもよいが、平膜状の１層内に曲線または直線の単数または複数のコア部を形成し、個々のコア部がクラッド部に囲まれている構成であってもよい。このように、平膜の１層内にコア部を形成する方法としては、平板状の基板上にクラッド部を形成し、このクラッド部上にコア部を形成した後、コア部の不要部分をエッチングして除去し、残ったコア部上にクラッド部を形成することによりコア部の周囲がクラッド部で囲まれた構成とすることができる。
上記の構成において、コア部は光導波路の両端部の間を直線状に延びていてもよいが、曲線であってもよい。また、途中に分岐を有していて、１つのコア部から複数のコア部に分かれていてもよい。
コア部の両端部は、いずれか一方または両方の端部で光ファイバと光学的に接続することで、光を光導波路に導入するための入射部または、光を光導波路から取り出すための出射部をなす。
【００１６】
本発明の光伝送ユニットは、上記したシート形状をした光導波路と、光導波路の一方または両方の端部に光学的に接続される光ファイバとで構成される単層の光伝送経路を有するものであってもよいが、各々一方の端部または両方の端部に光ファイバが光学的に接続されたシート形状をした光導波路を、複数重ねることで、上下方向に複数の光伝送路を有する積層型の光伝送ユニットであってもよい。このような積層型の光伝送ユニットにおいて、上記した３層構造のシート形状した光導波路をそのまま積層させることは必要ではなく、クラッド−コア−クラッドの単位が繰り返されるように光導波路を積層されればよい。
【００１７】
本発明の光伝送ユニットにおいて、光導波路は他の形状であってもよく、たとえば断面が四角形あるいは円形のコアをクラッドが取り囲む構造の埋め込み型でもよいし、リッジ型でもよい。
【００１８】
本発明において、光導波路の材料は、クラッド部がコア部よりも低屈折率の材料である限り、光導波路の材料として使用可能な材料を広く含み、たとえば、ガラス、石英等の無機系材料であってもよく、ＰＭＭＡなどのアクリル系重合体やポリカーボネート、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリイミド、ノルボルネンなどの炭化水素系の重合体であってもよい。ただし、Ｃ−Ｈ結合の振動および変角運動に起因する波長吸収を防止するため、少なくともコア部は、実質的にＣ−Ｈ結合を含まない材料であることが好ましい。このような実質的にＣ−Ｈ結合を含まない材料としては、具体的には、ガラス、石英、または有機化合物の重合体中のＣ−Ｈ結合をフッ素で置換した実質的にＣ−Ｈ結合を含まない非結晶性の含フッ素重合体である。
【００１９】
本発明では、上記した実質的にＣ−Ｈ結合を含まない材料の中でも、取り扱い性および成形性の点から実質的にＣ−Ｈ結合を含まない非結晶性の含フッ素重合体が好ましい。本発明において、含フッ素重合体は、実質的にＣ−Ｈ結合を有さない非結晶性の含フッ素重合体であれば特に限定されないが、含フッ素環構造を含むものが好ましい。含フッ素環構造としては具体的に、環員エーテル結合を含んでいてもよい含フッ素脂環構造（以下単に含フッ素脂環構造と略称することもある）、含フッ素イミド環構造、含フッ素トリアジン環構造または含フッ素芳香族環構造などが挙げられる。
【００２０】
上記含フッ素環構造のうちでも、環員エーテル結合を含んでいてもよい含フッ素脂環構造および含フッ素ポリイミド環構造が好ましく、前者がより好ましい。
また特に、上記含フッ素環構造を主鎖に有する含フッ素重合体が好ましく、さらには該環構造を含む主鎖構成単位が、実質的に線状構造を形成して溶融成形可能なものが好ましい。とりわけ主鎖に含フッ素脂環構造を有する含フッ素重合体が好ましい。
以下にはまず、特に好ましい含フッ素重合体である含フッ素脂環構造を主鎖に有する含フッ素重合体について具体的に説明する。
【００２１】
主鎖に含フッ素脂環構造を有する含フッ素重合体は、主鎖が炭素原子の連鎖からなり、かつその主鎖に含フッ素脂環構造を有する含フッ素重合体である。
主鎖に含フッ素脂環構造を有するとは、脂環を構成する炭素原子の１以上が主鎖を構成する炭素連鎖中の炭素原子であり、かつ脂環を構成する炭素原子の少なくとも一部にフッ素原子またはフッ素含有基が結合している構造を有することを意味する。
【００２２】
本発明に係る含フッ素重合体の好ましい態様である含フッ素脂環構造を有する主鎖構成単位としては、たとえば下記のような構造が挙げられる。
【化１】
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【００２３】
上記各式中、ｌは０〜５、ｍは０〜４、ｎは０〜１、ｌ＋ｍ＋ｎは１〜６、ｏ、ｐ、ｑはそれぞれ０〜５、ｏ＋ｐ＋ｑは１〜６であり、Ｒ１  、Ｒ２  およびＲ３  はそれぞれ独立に、Ｆ、Ｃｌ、ＣＦ３  、Ｃ２  Ｆ５  、Ｃ３  Ｆ７  またはＯＣＦ３  であり、Ｘ１  およびＸ２  は独立にＦまたはＣｌである。
【００２４】
含フッ素脂環構造を有する重合体としては、具体的に、
（ｉ）含フッ素脂環構造を有する単量体（環を構成する炭素原子と環を構成しない炭素原子間に重合性二重結合を有する単量体、または環を構成する炭素原子２個間に重合性二重結合を有する単量体）を重合して得られる重合体、
（ｉｉ）２個以上の重合性二重結合を有する含フッ素単量体を環化重合して得られる主鎖に含フッ素脂環構造を有する重合体が好適である。
【００２５】
上記含フッ素脂環構造を有する単量体は１個の重合性二重結合を有する単量体が好ましく、上記環化重合しうる含フッ素単量体は２個の重合性二重結合を有しかつ含フッ素脂環構造を有さない単量体が好ましい。
なお、以下含フッ素脂環構造を有する単量体と環化重合しうる含フッ素単量体以外の共重合性単量体を「他のラジカル重合性単量体」という。
【００２６】
含フッ素重合体の主鎖を構成する炭素原子は単量体の重合性二重結合の２個の炭素原子から構成される。したがって、重合性二重結合を１個有する含フッ素脂環構造を有する単量体では、重合性二重結合を構成する２個の炭素原子の一方または両方の炭素原子が脂環を構成する原子となる。脂環を有さない、かつ２個の重合性二重結合を有する含フッ素単量体は、一方の重合性二重結合の１個の炭素原子と他方の重合性二重結合の１個の炭素原子が結合して環を形成する。結合した２個の炭素原子とそれらの間にある原子（ただし、側鎖の原子を除く）によって脂環が形成され、２個の重合性二重結合の間にエーテル性酸素原子が存在する場合は含フッ素脂肪族エーテル環構造が形成される。
【００２７】
含フッ素脂環構造を有する単量体を重合して得られる主鎖に含フッ素脂環構造を有する重合体は、ペルフルオロ（２，２−ジメチル−１，３−ジオキソール）（ＰＤＤと略称する）、ペルフルオロ（２−メチル−１，３−ジオキソール）、ペルフルオロ（２−エチル−２プロピル−１，３−ジオキソール）、ペルフルオロ（２，２−ジメチル−４メチル−１，３−ジオキソール）などのジオキソール環員炭素にフッ素、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、ヘプタフルオロプロピル基などのフッ素置換アルキル基を有するペルフルオロジオキソール類、ペルフルオロ（４−メチル−２−メチレン−１，３−ジオキソラン）（ＭＭＤと略称する）、ペルフルオロ（２−メチル−１，４−ジオキシン）などの含フッ素脂環構造を有する単量体を重合することにより得られる。
【００２８】
またこの単量体とＣ−Ｈ結合を含まない他のラジカル重合性単量体とを共重合させることにより得られた主鎖に含フッ素脂環構造を有する重合体も用いられる。他のラジカル重合性単量体の重合単位の割合が多くなると含フッ素重合体の光の透過性が低下する場合があるので、含フッ素重合体としては、含フッ素脂環構造を有する単量体の単独重合体やその単量体の重合単位の割合が７０モル％以上の共重合体が好ましい。
【００２９】
Ｃ−Ｈ結合を含まない他のラジカル重合性単量体としては、テトラフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン、ペルフルオロ（メチルビニルエーテル）などが挙げられる。
このようなタイプの市販の実質的にＣ−Ｈ結合を有さない非晶質の含フッ素重合体としては、上記ペルフルオロ−２，２−ジメチル−１，３−ジオキソール重合体（商品名：テフロン（登録商標）ＡＦ：デュポン社製）、（商品名：ＨＹＦＬＯＮ  ＡＤ：アウジモント社製）などがある。
【００３０】
また、２個以上の重合性二重結合を有する含フッ素単量体を環化重合して得られる、主鎖に含フッ素脂環構造を有する重合体は、特開昭６３−２３８１１１号公報、特開昭６３−２３８１１５号公報などにより知られている。すなわち、ペルフルオロ（３−オキサ−１，５−ヘキサジエン）、ペルフルオロ（３−オキサ−１，６−ヘプタジエン）（ＰＢＶＥと略称）などの単量体を環化重合することにより、またはこのような単量体とテトラフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン、ペルフルオロ（メチルビニルエーテル）などのＣ−Ｈ結合を含まない他のラジカル重合性単量体とを共重合させることにより主鎖に含フッ素脂環構造を有する重合体が得られる。上記ＰＢＶＥの環化重合では、２，６−位炭素の結合により前記式（Ｉ）で示される５員環エーテル構造を主鎖に有する重合単位が形成される。
【００３１】
また２個以上の重合性二重結合を有する含フッ素単量体としては、上記以外にもたとえばＰＢＶＥの飽和炭素に置換基を有する単量体も好ましく、具体的にペルフルオロ（４−メチル−３−オキサ−１，６−ヘプタジエン）（ＰＢＶＥ−４Ｍと略称）、ペルフルオロ（４−クロロ−３−オキサ−１，６−ヘプタジエン）（ＰＢＶＥ−４Ｃｌと略称）、ペルフルオロ（４−メトキシ−３−オキサ−１，６−ヘプタジエン）（ＰＢＶＥ−５ＭＯと略称）、ペルフルオロ（５−メチル−３−オキサ−１，６−ヘプタジエン）なども好ましい。他のラジカル重合性単量体の重合単位の割合が多くなると含フッ素重合体の光の透過性が低下する場合があるので、含フッ素重合体としては、２個以上の重合性二重結合を有する含フッ素単量体の単独重合体やその単量体の重合単位の割合が４０モル％以上の共重合体が好ましい。
このようなタイプの実質的にＣ−Ｈ結合を有さない非晶質の含フッ素重合体の市販品としては「サイトップ（登録商標）」（旭硝子社製）がある。
【００３２】
また、ペルフルオロ（２，２−ジメチル−１，３−ジオキソール）などの含フッ素脂環構造を有する単量体とペルフルオロ（３−オキサ−１，５−ヘキサジエン）、ペルフルオロ（３−オキサ−１，６−ヘプタジエン）（ＰＢＶＥ）などの２個以上の重合性二重結合を有する含フッ素単量体とを共重合させることによっても主鎖に含フッ素脂環構造を有する含フッ素重合体が得られる。この場合も組み合わせによっては光の透過性が低下する場合があるので、２個以上の重合性二重結合を有する含フッ素単量体の重合単位の割合が３０モル％以上の共重合体が好ましい。
【００３３】
含フッ素脂環構造を有する重合体は、主鎖に環構造を有する重合体が好適であるが、環構造を有する重合単位を２０モル％以上、好ましくは４０モル％以上含有するものが透明性、機械的特性等の面から好ましい。
【００３４】
また、含フッ素脂環構造を有する重合体はペルフルオロ重合体であることが好ましい。すなわち、炭素原子に結合する水素原子のすべてがフッ素原子に置換された重合体であることが好ましい。
しかし、ペルフルオロ重合体の一部のフッ素原子は塩素原子、重水素原子などの水素原子以外の原子に置換されていてもよい。塩素原子の存在は重合体の屈折率を高める効果を有することより、塩素原子を有する重合体は特に含フッ素重合体として使用できる。
【００３５】
上記含フッ素重合体は、光導波路が耐熱性を奏し、高温にさらされても軟化しにくくしたがって光の伝送性能が低下することなどのない十分な分子量を有することが望ましい。またこのような特性を発現するための含フッ素重合体の分子量は、溶融成形可能な分子量を上限とするが、３０℃ペルフルオロ（２−ブチルテトラヒドロフラン）（ＰＢＴＨＦ）中で測定される固有粘度［η］で、通常好ましくは０．１〜１ｄｌ／ｇ程度、より好ましくは０．２〜０．５ｄｌ／ｇ程度である。また該固有粘度に相当する数平均分子量は、通常１×１０４  〜５×１０６  程度、好ましくは５×１０４  〜１×１０６  程度である。
また上記含フッ素重合体は、成形性の点から、含フッ素重合体の２００〜３００℃で溶融した含フッ素重合体の溶融粘度は、１×１０２  〜１×１０５  Ｐａ・ｓ程度であることが好ましい。
【００３６】
上記した含フッ素脂環構造を有する含フッ素重合体は、後述する含フッ素イミド環構造、含フッ素トリアジン環構造または含フッ素芳香族環構造を有する含フッ素重合体に比べ、熱延伸または溶融紡糸によりファイバ化加工してもポリマー分子が配向しにくく、したがって光の散乱を起しにくいなどの理由から特に好ましい。とりわけ含フッ素脂肪族エーテル環構造を有する含フッ素重合体が好ましい。
【００３７】
上記の主鎖に含フッ素脂環構造を有する含フッ素重合体は、本発明の好ましい含フッ素重合体であるが、前述したように本発明の含フッ素重合体はこれに限定されるものではない。
たとえば、特開平８−５８４８号公報に記載されている、実質的にＣ−Ｈ結合を有さない、主鎖に含フッ素脂環構造以外の含フッ素環構造を有する非結晶性の含フッ素重合体を使用することができる。具体的にはたとえば含フッ素イミド環構造、含フッ素トリアジン環構造、含フッ素芳香族環構造などの含フッ素環構造を主鎖に有する非結晶性の含フッ素重合体を使用することができる。これら重合体の溶融粘度あるいは分子量は、前記した主鎖に含フッ素脂環構造を有する含フッ素重合体のものと同等範囲にあるものが好ましい。
【００３８】
本発明の好ましい含フッ素重合体である含フッ素イミド環構造を主鎖に有する含フッ素重合体としては、具体的には下記の一般式で示される繰り返し単位を有するものが例示される。
【００３９】
【化２】
2004258452.tif 000004
（上記式中、Ｒ１  は下記から選ばれ、
【化３】
2004258452.tif 000005
Ｒ２  は下記から選ばれる。
【化４】
2004258452.tif 000006
ここで、Ｒｆ  はフッ素原子、パーフルオロアルキル基、パーフルオロアリール基、パーフルオロアルコキシ基、パーフルオロフェノキシ基から選ばれ、これらは各々同一であっても異なっていてもよい。Ｙは下記から選ばれる。
【化５】
2004258452.tif 000007
ここで、Ｒ’ｆ  はパーフルオロアルキレン基、パーフルオロアリーレン基から選ばれ、これらは各々同一であっても異なっていてもよい。ｒは１〜１０である。Ｙと２つのＲｆ  が炭素をはさんで環を形成してもよく、その場合、環は飽和環でも不飽和環でもよい。）
【００４０】
さらに本発明では、含フッ素芳香族環構造を有する含フッ素重合体として、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエステルなどの側鎖または主鎖に芳香環を有するポリマーのフッ素置換体が挙げられる。これらは全フッ素置換されたペルフルオロ体でもよく、フッ素置換残部を塩素などで置換したものでもよい。さらにトリフロロメタン置換基などを有していてもよい。
また上記含フッ素重合体中のフッ素原子は、屈折率を高めるために一部塩素原子で置換されていてもよい。さらに屈折率を高めるための物質を本発明の含フッ素重合体中に含ませてもよいが、コア全体で実質的にＣ−Ｈ結合を含まないことが肝要である。
【００４１】
光導波路は、クラッド部も上記の含フッ素重合体で製造されることが好ましい。コア部とクラッド部いずれも上記した含フッ素重合体で製造すれば、コアクラッド間の密着性が高く、またコア・クラッド間での界面不整が生じにくい。ただし、クラッド部の含フッ素重合体は、コア部の含フッ素重合体よりも低屈折率のものを選択することが必要である。ここで屈折率は、ナトリウムＤ線に対する屈折率であり、クラッド部の材料は、コア部の材料よりも屈折率が０．００１以上低いものを選択することが好ましい。
【００４２】
光導波路と光学的に接続する光ファイバは、上記した実質的にＣ−Ｈ結合を含まない非結晶性の含フッ素重合体を構成要素として含む光ファイバである。光ファイバは、実質的にＣ−Ｈ結合を含まない非結晶性の含フッ素重合体を構成要素として含む限り、その導波原理、構造等は特に制限されない。したがって、高屈折率のコア材料を、コア材料よりも低屈折率のクラッド材料で包囲したコアクラッド構造を有する光ファイバであってもよく、または低屈折率の空孔部を含む構造であって、全反射によって光が導波する全反射型導波型ホーリーファイバであってもよく、空孔部がフォトニック結晶構造を構成するように周期的に配列され、該配列の周期性をやぶる欠陥が存在することでフォトニックバンドギャップ理論により光を導波するフォトニックバンドギャップ光ファイバであってもよい。コアクラッド構造を有する光ファイバは、さらにコア部とクラッド部とで屈折率が段付きで変化するステップインデックス型（屈折率段階型）の光ファイバであってもよく、または軸心から円周方向に向かう半径方向で材料分布させることにより屈折率を減衰させた屈折率分布型であってもよい。これらの光ファイバの中でも、コアクラッド構造を有する光ファイバが、製造が容易であり、通常広く使用されているため好ましい。
また、光ファイバは、シングルモードのものであってもよく、または高次モードのものであってもよい。また、光ファイバは、複数のコアを含んだマルチコア光ファイバであってもよい。
【００４３】
上記いずれの導波原理の光ファイバであっても、コア部は、実質的にＣ−Ｈ結合を含まない非結晶性の含フッ素重合体で構成される。具体的には、上記したコアクラッド構造の光ファイバでは、少なくともコア部が実質的にＣ−Ｈ結合を含まない非結晶性の含フッ素重合体で構成される。上記した空孔を含む光ファイバでは、光ファイバ全体、または少なくとも空孔が存在することによって生じる全反射理論またはフォトニックバンドギャップ理論において、光が伝播すると想定される部分が、実質的にＣ−Ｈ結合を含まない含フッ素重合体で構成される。これにより、近赤外領域での吸収損失が抑制され、光伝送ユニット全体での伝送損失の抑制に寄与する。
非結晶性の含フッ素重合体の具体的な内容および好適な含フッ素重合体については、光導波路で説明した含フッ素重合体と同様である。
【００４４】
光ファイバにおいて、コア部以外の部分、たとえば、コアクラッド構造を有する光ファイバのクラッド部は、光ファイバに通常使用される材料から広く選択することができ、例えば、ガラス、石英等の無機系材料、ＰＭＭＡなどのアクリル系重合体、ポリカーボネート、ポリスチレン、ノルボルネン等の炭化水素系の重合体や、含フッ素重合体であってよい。ただし好ましくは、全体が、すなわち上記コアクラッド構造の光ファイバの場合には、クラッド部分も、実質的にＣ−Ｈ結合を含まない含フッ素重合体で構成される。
【００４５】
本発明の光伝送ユニットでは、光導波路のコア部の一方の端部、または両方の端部に光ファイバが光学的に接続されており、光ファイバを介して導波路への光の導入、または導波路からの光の取り出しが可能である。
図１に光導波路と光ファイバとが光学的に接続された本発明の光伝送ユニットの一例の斜視図を示し、図２に図１の光伝送ユニットの横断面図を示す。
図１および図２に示す光伝送ユニット１では、光導波路２の両端部に形成されたＶ字状の溝５、６に光ファイバ３、４がはめ込まれている。Ｖ字状の溝５、６にはめ込まれた光ファイバ３、４の端面は、それぞれ対向する光導波路２のコア部（図示してない）の端面と一致するように、端面同士が突き当てられている。すなわち、図１に示す光伝送ユニット１では、光導波路２のコア部と、光ファイバ３、４と端面同士で直接接続する。ここで、光導波路２のコア部の端面と、光ファイバ３、４の端面とは、単に突き当てられていてもよいが、より確実な接続を保障するため、光ファイバ３、４をＶ字状の溝５、６に接着剤等により接着してもよく、または光ファイバ３、４の端面と、光導波路２のコア部の端面とを接着剤等により接着してもよい。
本発明の光伝送ユニット１は、通常の光導波路における随意の構成要素である拡散板を含んでもよく、むしろ含むことが好ましい。
【００４６】
光導波路の端部と、光ファイバとの接続は、図１に示す方法が操作が容易であることから好ましいが、光を伝播する際に接続損失が少なく、光学的に両者を結合できる限りいずれの方法で接続してもよい。たとえば、入射ビームをレンズで光導波路の端面に集束して合わせて、光ファイバの端面と光導波路の端面とを直接結合する方法、光導波路上にプリズムをおき、プリズムから導波路への全反射臨界角を導波路の等価屈折率と合わせることにより、光ファイバと導波路とを接続するプリズム接続法、プリズム法とほぼ同様であるが、プリズムの代わりに回折格子を用いる回折格子法がある。
光導波路および光ファイバのどちらも上記した実質的にＣ−Ｈ結合を含まない含フッ素重合体で製造した場合、接続時に光導波路と光ファイバの接着性が優れている。
【００４７】
本発明の光伝送ユニットで使用する光導波路および光ファイバは、それぞれ通常の方法で製造することができる。
【００４８】
【実施例】
（合成例１）  重合体Ａ（ＰＢＶＥ）
内容積５Ｌのガラスフラスコにペルフルオロ（３−オキサ−１，６−ヘプタジエン（ＰＢＶＥ）（ＣＦ２  ＝ＣＦＯＣＦ２  ＣＦ２  ＣＦ＝ＣＦ２  ）を７５０ｇ、イオン交換水（以下水ともいう）を４ｋｇ、メタノールを２６０ｇ、及びジイソプロピルパーオキシジカーボネートを３．７ｇ仕込んだ。系内を窒素で置換した後、４０℃で２２時間懸濁重合を行い、数平均分子量約５×１０４  の重合体を６９０ｇ得た。この重合体をフッ素／窒素混合ガス（フッ素ガス濃度２０容量％）雰囲気中で２５０℃、５時間処理することにより光透過性及び熱安定性の良好な重合体（以下、重合体Ａという）を得た。重合体Ａの固有粘度［η］は、ＰＢＴＨＦ中３０℃で０．２５であった。重合体ＡのＴｇは１０８℃であり、室温では高い強度を有し、透明なガラス状の重合体であった。また屈折率は１．３４２であった。さらに、重合体Ａの１０ｇをペルフルオロトリブチルアミン９０ｇに溶解して、重合体Ａ溶液を調製した。
【００４９】
（合成例２）  重合体Ｂ（ＰＤＤ／ＴＦＥｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）
ペルフルオロ（２，２−ジメチル−１，３−ジオキソール（ＰＤＤ））とテトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）を質量比８０：２０でＰＢＴＨＦを溶媒として用いてラジカル重合し、Ｔｇが１６０℃で数平均分子量が約１．７×１０５  の重合体を得た。この重合体をフッ素／窒素混合ガス（フッ素ガス濃度２０容量％）雰囲気中で２５０℃、５時間処理することにより光透過性及び熱安定性の良好な重合体（以下、重合体Ｂという）を得た。重合体Ｂは無色透明であり、屈折率は１．３０５であった。さらに、重合体Ｂの１０ｇをペルフルオロトリブチルアミン９０ｇに溶解して、重合体Ｂ溶液を調製した。
【００５０】
（合成例３）  重合体Ｃ（ＢＶＥ−４Ｍ）
ガラスアンプル中にペルフルオロ（４−クロロ−３−オキサ−１，６−ヘプタジエン（ＰＢＶＥ−４Ｍ）（（ＣＦ２  ＝ＣＦＣＦ２  ＣＦ（ＣＦ３  ）ＯＣＦ＝ＣＦ２  ）を２ｇとジイソプロピルパーオキシジカーボネートを６．２ｍｇ仕込み、液体窒素中で凍結、真空脱気後封管した。４０℃、２０時間オーブン中で加熱後、固化した内容物を取り出して、２００℃で１時間乾燥した。この重合体をフッ素／窒素混合ガス（フッ素ガス濃度２０容量％）雰囲気中で２５０℃、５時間処理することにより光透過性及び熱安定性の良好な重合体（以下、重合体Ｃという）を得た。重合体Ｃの一部をＰＢＴＨＦに溶解して固有粘度を測定したところ、０．４４であった。重合体の数平均分子量（Ｍｎ）は１３１５００であった。重合体の屈折率は１．３３、また、Ｔｇは１２４℃であった。本重合体の引張特性を測定したところ引張弾性率１４３０ＭＰａ、降伏応力３６ＭＰａ、破断伸度４．２％であった。また、回転式溶融粘弾性測定装置により２３０℃におけるゼロシェア粘度を測定したところ、８９０００Ｐａ・ｓであった。さらに、重合体Ｃの１０ｇをペルフルオロトリブチルアミン９０ｇに溶解して、重合体Ｃ溶液を調製した。
【００５１】
（合成例４）  重合体Ｄ（ＰＢＶＥ−４Ｃｌ）
ガラスアンプル中にペルフルオロ（４−クロロ−３−オキサ−１，６−ヘプタジエン）（ＢＶＥ−４Ｃｌ）（ＣＦ２  ＝ＣＦＯＣＦＣｌＣＦ２  ＣＦ＝ＣＦ２  ）を５ｇとジイソプロピルパーオキシジカーボネートを１２．５ｍｇ仕込み、液体窒素中で凍結、真空脱気後封管した。４０℃、２０時間オーブン中で加熱後、固化した内容物を取り出して、２００℃で１時間乾燥した。この重合体をフッ素／窒素混合ガス（フッ素ガス濃度２０容量％）雰囲気中で２５０℃、５時間処理することにより光透過性及び熱安定性の良好な重合体（以下、重合体Ｄという）を得た。重合体の一部をペンタフルオロプロパンに溶解して固有粘度を測定したところ、０．２０であった。この重合体の数平均分子量（Ｍｎ）は１２１５００であった。重合体の屈折率は１．３６９、また、Ｔｇは１２６℃であった。本重合体の引張特性を測定したところ引張弾性率１７００ＭＰａ、降伏応力５０ＭＰａ、降伏伸度３．８％であった。さらに、重合体Ｄの１０ｇをペルフルオロトリブチルアミン９０ｇに溶解して、重合体Ｄ溶液を調製した。
【００５２】
（合成例５）
重合体Ｂを２００℃のプレスにより厚み５０μｍ、１０ｃｍ角のフィルムを作製した。同様に重合体Ａをプレスして厚み１．２ｍｍ、５ｃｍ角のフィルムを作製し、重合体Ｂで重合体Ａのフィルムを上下に挟み込み、さらに２００℃のプレスで３枚のフィルムを熱融着した。できあがりのフィルムはコアとなる重合体Ａの厚みは９８０μｍであった。４ｃｍ角に切断し、各端面を研磨し、３層構造のシート形状をした光導波路Ｅを得た。
【００５３】
（合成例６）
厚み１ｍｍの石英板に重合体Ａ溶液をディップコートした後、温度２５０℃で６０分間加熱して、厚み１０μｍの重合体Ａのコーティングを施した。４ｃｍ角に切断し、各端面を研磨し、光導波路Ｆを得た。
【００５４】
（合成例７）
シリコン基板上にスピンコート法で重合体Ｃ溶液を塗工し、温度２５０℃で６０分間加熱して、これを繰り返して５０μｍ厚のクラッド部（下部クラッド部）を形成し、重合体Ｃ塗布基板を得た。この基板上に重合体Ｄ溶液をスピンコートし、温度２５０℃で６０分間加熱し、この操作を繰り返して重合体Ｄの厚さ５０μｍの層を形成し、次いでレジストを重合体Ｄの層上にＹ字状に塗布し、プリベーク、露光、現像、アフターベークを行い。重合体Ｄの層上にＹ字にパターニングされたレジスト層を得た。レジスト層に保護されていない重合体Ｄの層をドライエッチングにより除去し、残ったレジストをウエットエッチングにて除去することでＹ字状のコア部を形成し、この上に重合体Ｃ溶液を用いて前記下部クラッド部形成と同様にしてクラッド部（上部クラッド部）を形成し光導波路Ｇを得た。この光導波路において、クラッド部、コア部の屈折率は、それぞれ１．３２８、１．３６９であった。この光導波路に、半導体レーザの光源を用いて光導波路の伝搬損失を測定したところ、波長６５０ｎｍの光で０．１ｄＢ／ｃｍ以下、波長１３００ｎｍの光で０．１１ｄＢ／ｃｍ、波長１５５０ｎｍの光で０．１７ｄＢ／ｃｍであり、可視光から紫外光までの光を良好に伝達できる光導波路であった。
【００５５】
（合成例８）
重合体Ｂのみからなる中空円筒管を溶融成形により作成し、この円筒管中空部に円柱状に成形した重合体Ａを挿入し２３０℃に加熱して合体させることにより中実のプリフォームを得た。このプリフォームを２５０℃で溶融紡糸することによりステップインデックス型の光ファイバーを紡糸した。得られた光ファイバーＨの外径は１０００μｍ、コア径は９８０μｍであった。光ファイバーＨの光伝送特性は、６５０ｎｍで６２／ｋｍ、８５０ｎｍで２０／ｋｍ、１３００ｎｍで２２Ｂ／ｋｍであり、可視光から近赤外光までの光を良好に伝達できる光ファイバーであることを確かめた。
【００５６】
（合成例９）
重合体Ａおよびペルフルオロ（１，３，５−トリフェニルベンゼン）の混合物［後者を混合物中１０重量％含む］をガラス封管中に仕込み、２５０℃で溶融成形し円柱状の成形体ａを得た。成形体ａの屈折率は１．３６５、Ｔｇは８０℃であった。
次に、重合体Ａのみからなる中空円筒管を溶融成形により作成し、この円筒管中空部に成形体ａを挿入し２００℃に加熱して合体させることにより中実のプリフォームを得た。このプリフォームを２３０℃で溶融紡糸することにより屈折率が中心部から周辺部に向かって徐々に低下する屈折率分布型の光ファイバＩが得られた。コア径は５０μｍであった。光ファイバＩの光伝送特性は、６５０ｎｍで６３ｄＢ／ｋｍ、８５０ｎｍで２３ｄＢ／ｋｍ、１３００ｎｍで２０ｄＢ／ｋｍであり、可視光から近赤外光までの光を良好に伝達できる光ファイバであることを確かめた。
【００５７】
（実施例１）
光導波路Ｅの両端部に各々４本のＶ字状の溝を形成し、各溝に対応するように、一方の端部につき４本の光ファイバＨをＶ字状の溝にはめ込んで、光導波路の端面と、光ファイバの端面と拡散板を介して接続した。ファイバの長さは１０ｍであった。一方の端面側（入射側）のファイバ１本から８５０ｎｍの信号を送ると、他方の端面側（出射側）の４本各々にほぼ同じ強度の信号が送られていることを確認した。また、この光ユニットの挿入損失を測定したところ、各々のファイバで２〜２．５ｄＢと損失が低いことを確認した。
【００５８】
（実施例２）
光導波路Ｆの両端部に各々４本のＶ字状の溝を形成し、各溝に対応するように、一方の端部につき４本の光ファイバＨをＶ字状の溝にはめ込んで、光導波のコア部の端面と、光ファイバの端面とを拡散板を介して接続した。ファイバの長さは１０ｍであった。一方の端面側（入射側）のファイバ１本から８５０ｎｍの信号を送ると、他方の端面側（出射側）の４本各々にほぼ同じ強度の信号が送られていることを確認した。また、この光ユニットの挿入損失を測定したところ、各々のファイバで３〜３．５ｄＢと損失が低いことを確認した。
【００５９】
（実施例３）
光導波路Ｇの一方の端部（Ｙ字状のコア部の枝分かれしている側（入射側））に２本、別の一方の端部（（Ｙ字状のコア部の枝分かれしていない側（出射側））に１本のＶ字状の溝を形成し、各Ｖ字状の溝に対応するように、入射側端部に２本、出射側端部に１本の光ファイバＩをＶ字状の溝にはめ込んで、光導波路のコア部の端面と、光ファイバの端面とを端面同士をつきあわせて接続した。ファイバの長さは１００ｍである。入射側の各々のファイバから７８０ｎｍと８５０ｎｍの光を入射し、出射側のファイバ出口で伝送損失を測定したところ、２波長が合波され、また、挿入損失が１．２ｄＢと低いことを確認した。
【００６０】
（比較例）
光ファイバとしてコア径９８０μｍのＰＭＭＡ製のステップインデックス型光ファイバを用いた以外には、実施例１と同様の実験を行った。この光ユニットの挿入損失を８５０ｎｍの波長で測定したところ、各々のファイバで１０〜１５ｄＢと損失が大きかった。
【００６１】
【発明の効果】
本発明の光伝送ユニットは、光導波路のコアにガラスや石英、または実質的にＣ−Ｈ結合を含まない非結晶性の含フッ素重合体を用いることにより、近赤外領域の吸収損失を抑え、また、該導波路への光の導入および、光の取出しに実質的にＣ−Ｈ結合を含まない非結晶性の含フッ素重合体を成分として含む光ファイバを光学的に接続することにより、近赤外領域での光の吸収を抑え、また、含フッ素重合体特有の低屈折率のため、端面反射が低減することにより光導波路と光ファイバを組み合わせた光伝送ユニット全体としての光のロスを低減することができる。
本発明の光伝送ユニットにおいて、光導波路および光ファイバの両方を実質的にＣ−Ｈ結合を含まない非結晶性の含フッ素重合体で製造すれば、光導波路と光ファイバとの接着性が優れている。
本発明の光伝送ユニットは、光シートバスや光バックプレーンバスを用いた光分岐または光分配コネクタ、光スイッチ、波長選択装置、光集積回路等の共有キャッシュメモリ等、半導体の基板上に設けられる光機能装置の基本要素として好適に使用される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による光伝送ユニットの１例を示す斜視図である。
【図２】図１に示す光伝送ユニットの横断面図である。
【符号の簡単な説明】
１  光伝送ユニット
２  光導波路
３，４  光ファイバ
５，６  Ｖ字状の溝
【図１】
2004258452.tif 000008
【図２】
2004258452.tif 000009