(57)【要約】【課題】高分子材料に光導波路などを簡便に作製する製造方法および簡便に製作された３次元化も容易な光導波路を提供すること。【解決手段】一つの高分子材料の内部にレーザ光を集光照射することにより、屈折率の異なるコアとクラッド層を形成する光導波路およびグレーテイング、レンズ、フォトニック結晶の製造方法であって、レーザー光が照射される側の表面が、最大表面粗度Ｒｍａｘが５μｍ未満である光導波路およびグレーテイング、レンズ、フォトニック結晶の製造方法によって、特に、レーザー光としてピーク出力値が高いパルスレーザーを照射することによって上記課題を解決しうる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光の集光照射により屈折率が変化した部分が高分子材料の内部に連続して形成されている光導波路およびグレーテイング、レンズ、フォトニック結晶であって、レーザー光が照射される側の表面が、最大表面粗度Ｒｍａｘが５μｍ未満である光導波路およびグレーテイング、レンズ、フォトニック結晶。
【請求項２】
一つの高分子材料の内部にレーザ光を集光照射することにより、屈折率の異なるコアとクラッド層が形成された光導波路およびグレーテイング、レンズ、フォトニック結晶であって、レーザー光が照射される側の表面が、最大表面粗度Ｒｍａｘが５μｍ未満である光導波路およびグレーテイング、レンズ、フォトニック結晶。
【請求項３】
高分子材料がポリイミドである請求項１または２に記載の光導波路およびグレーテイング、レンズ、フォトニック結晶。
【請求項４】
ポリイミドが一般式（１）
【化１】
2004309683.tif 000004
の構造を含むことを特徴とする請求項３に記載の光導波路およびグレーテイング、レンズ、フォトニック結晶。
【請求項５】
高分子材料に、ラジカル反応性あるいはイオン反応性を有するオリゴマーおよび／またはモノマーを含有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光導波路およびグレーテイング、レンズ、フォトニック結晶。
【請求項６】
前記ラジカル反応性またはイオン反応性を有するオリゴマーおよび／またはモノマーがエポキシ基、オキセタン基、シアン酸エステル基、マレイミド基から選択される少なくとも一種以上の官能基を有する請求項５に記載の光導波路およびグレーテイング、レンズ、フォトニック結晶。
【請求項７】
高分子材料の高分子の主鎖および／または側鎖にラジカルまたはイオン反応性基を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の光導波路およびグレーテイング、レンズ、フォトニック結晶
【請求項８】
前記ラジカルまたはオン反応性基が、エポキシ基、オキセタン基、シアン酸エステル基、マレイミド基から選択される少なくとも一種以上の官能基であることを特徴とする請求項７記載の光導波路およびグレーテイング、レンズ、フォトニック結晶。
【請求項９】
高分子材料をレーザー光照射後加熱処理したことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の光導波路およびグレーテイング、レンズ、フォトニック結晶。
【請求項１０】
高分子材料が熱可塑性ポリイミドを介して基板に積層されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の光導波路およびグレーテイング、レンズ、フォトニック結晶。
【請求項１１】
高分子材料の厚みが５０μ以上であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の光導波路およびグレーテイング、レンズ、フォトニック結晶。
【請求項１２】
一つの高分子材料の内部にレーザ光を集光照射することにより、屈折率の異なるコアとクラッド層を形成する光導波路およびグレーテイング、レンズ、フォトニック結晶の製造方法であって、レーザー光が照射される側の表面が、最大表面粗度Ｒｍａｘが５μｍ未満である光導波路およびグレーテイング、レンズ、フォトニック結晶の製造方法。
【請求項１３】
前記レーザー光の集光照射を、高分子材料の内部で集光点を相対移動させることによって行い、連続した屈折率変化層を形成する請求項１２記載の光導波路およびグレーテイング、レンズ、フォトニック結晶の製造方法。
【請求項１４】
前記レーザー光が、光誘起屈折率変化を起こすエネルギー量をもつレーザー光である請求項１２または１３に記載の光導波路およびグレーテイング、レンズ、フォトニック結晶の製造方法。
【請求項１５】
前記レーザー光のパルス幅が５００ｐ秒以下である請求項１２〜１４のいずれか一項に記載の光導波路およびグレーテイング、レンズ、フォトニック結晶の製造方法。
【請求項１６】
前記レーザー光の集光点におけるピークパワー強度が１０３〜Ｗ／ｃｍ２以上であるでる請求項１２〜１４のいずれか一項に記載の光導波路およびグレーテイング、レンズ、フォトニック結晶の製造方法。
【請求項１７】
レーザー光の集光にアキシコンレンズまたはシリンドリカルレンズを使用する請求項１２〜１６のいずれか一項に記載の光導波路およびグレーテイング、レンズ、フォトニック結晶の製造方法。
【請求項１８】
前記レーザー光の  繰返し周波数が０．５ＫＨｚ  以上である請求項１２〜１７のいずれか一項に記載の光導波路およびグレーテイング、レンズ、フォトニック結晶の製造方法。
【請求項１９】
前記高分子材料に、ラジカル反応性あるいはイオン反応性を有するオリゴマーおよび／またはモノマーを含有することを特徴とする請求項１８記載に記載の光導波路およびグレーテイング、レンズ、フォトニック結晶の製造方法。
【請求項２０】
前記ラジカル反応性またはイオン反応性を有するオリゴマーおよび／またはモノマーがエポキシ基、オキセタン基、シアン酸エステル基、マレイミド基から選択される少なくとも一種以上の官能基を有する請求項１９に記載の光導波路およびグレーテイング、レンズ、フォトニック結晶の製造方法。
【請求項２１】
前記高分子材料として、主鎖および／または側鎖にラジカルまたはイオン反応性基を有する高分子を用いることを特徴とする請求項１２〜２０のいずれか一項に記載の光導波路およびグレーテイング、レンズ、フォトニック結晶の製造方法。
【請求項２２】
前記ラジカルまたはオン反応性基が、エポキシ基、オキセタン基、シアン酸エステル基、マレイミド基から選択される少なくとも一種以上の官能基であることを特徴とする請求項２１記載の光導波路およびグレーテイング、レンズ、フォトニック結晶の製造方法。
【請求項２３】
レーザ光の集光点に対し高分子材料を連続的に移動させる請求項１２〜２２  の何れかに記載の光導波路およびグレーテイング、レンズ、フォトニック結晶の製造方法。
【請求項２４】
高分子材料の内部でレーザ光の集光点を連続的に移動させる請求項１２〜２２の何れかに記載の光導波路およびグレーテイング、レンズ、フォトニック結晶の製造方法。
【請求項２５】
高分子材料に接続された光ファイバーよりレーザー光を照射し光導波路およびグレーテイング、レンズ、フォトニック結晶を作製すること特徴とする請求項１２〜２２記載の光導波路およびグレーテイング、レンズ、フォトニック結晶の製造方法
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザ照射によって高分子材料の内部に屈折率変化領域が連続して形成された光導波路およびグレーテイング、レンズ、フォトニック結晶およびその作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年急速に関心の高まりつつある光通信において重要な光部品としては、光分岐結合器（光カプラ）、光合分波器、光アイソレータ、光ファイバーアンプ、等があるが、最近では導波路型素子が有望視されている。現在のところ最も高性能で信頼性の高い受動型光導波路素子はガラス導波路であるが、製造工程に１０００℃以上の高温のプロセスを含む等、加工性に問題がある。そこで、レーザ光の集光照射により屈折率が変化した部分がガラス材料の内部に連続して形成されている光導波路が特許文献１に開示されているがガラスに導波路を作製するためフレキシビリティーが無かったり、割れやすい等の問題がある。そこで、ポリマー材料を用いて光導波路を作製するための検討が数多くなされている。
【０００３】
このなかでも、近赤外領域（１．２〜１．６μｍ）での光損失が小さい点、また、高耐熱性、低吸湿性等の優れた性質を備えている点で、含フッ素ポリイミド樹脂が光導波路用材料として脚光を浴びており、該含フッ素ポリイミド樹脂を用いた製造方法が種々提案されている（例えば、特許文献２、特許文献３等）。しかしながら、これらの方法では、何れも、導波路パターンのレリーフ構造を作製するのに、例えばポリイミド樹脂層の上に感光性樹脂でパターンを形成し、ＲＩＥ（リアクティブイオンエッチング）等でエッチングし、余分な感光性樹脂を剥離するという複雑な手法を用いている。このため、光導波路を作製するプロセスのステップ数が多くなり、製造コストや歩留りに悪影響を及ぼすという問題点を有している。
【０００４】
またレーザーの照射により高分子材料に光導波路を形成する方法としては特許文献４にはフォトポリマーを使用したレーザーによる光導波路作製が開示されている。しかしこの方法は光の照射により重合度が上昇して屈折率が変化するフォトポリマーを使用している為ポリマーに汎用性がなくまたコアとクラッドを別々に形成するため３回の塗布等による積層工程が生じ煩雑である。また、ここで使用されるレーザーは、重合度を上昇させる程度のものが使用されるので、高分子材料に照射して屈折率を変化させることは困難である。
【０００５】
一方、特許文献５に記載されるように高分子にエキシマーレーザーなどを当てた場合、アブレーションとよばれる高分子の分解除去による加工法がなどに示されているが、当加工方法では屈折率を変化させて光導波路を作製することは困難である。
【０００６】
また特許文献６などに開示される方法では屈折率の増加がなく光導波路にならなかったり、表面の荒れのために集光部分が不安定になり良好な光導波路にならないという問題点があった。また、表面荒れのためにパワーをうまく調整してもアブレーションがおこり光導波路を形成できないという問題点があった。
【０００７】
【特許文献１】
特開平９−３１１２３７
【０００８】
【特許文献２】
特開平２−２８１０３７号公報
【０００９】
【特許文献３】
特開平４−８７３４号公報
【００１０】
【特許文献４】
特開平９−３１８８３１公報
【００１１】
【特許文献５】
特開平５−１８５２６９公報
【００１２】
【特許文献６】
特開２００２−３５０６６４公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
以上の従来技術の問題点を解決すべく、高分子材料に光導波路などを簡便に安定的に作製する製造方法および簡便に製作された３次元化も容易な光導波路を提供することにある。
【００１４】
クレームを入れる
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の光導波路およびグレーテイング、レンズ、フォトニック結晶は、その目的を達成するため、レーザ光の集光照射により屈折率が変化した部分が高分子材料の内部に安定して連続して形成されていることを特徴とする。すなわち本発明は以下の新規な光導波路およびその製造方法により上記課題を解決しうる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の光導波路およびグレーテイング、レンズ、フォトニック結晶は、高分子材料の内部にレーザ光を集光照射することにより、屈折率の異なる領域を形成するので、光導波路のコア層とクラッド層を各々に形成する必要がなく、一つの高分子材料で、屈折率を変化させて、コア層としたい部分にレーザー光を集光照射することによって、容易に光導波路を作成することが可能である。
【００１７】
しかし、この際にレーザー光の照射側の表面があれていることによって、集光部のパワーや、光路が安定せず導波路としての損失が大きくなるという不具合があった。また表面荒れによってアブレーションがおこるという不具合点もあった。
【００１８】
本発明では用いる高分子材料のレーザー光の照射する側の表面が、最大表面粗度Ｒｍａｘが５μｍ未満であることが必要であり２μｍ未満、さらには１μｍ未満であることが好ましい。５μｍをこえると集光部のパワーや、光路が安定せず導波路としての損失が大きくなるという不具合があった。また、レーザーパワーを調節してもアブレーションがおこってしまう場合があった。
【００１９】
表面粗度を小さく抑えるには種々の方法がある。例えば揮発性の低い高沸点の溶媒に、固形分（用いる高分子材料に対応する高分子あるいは、オリゴマーやモノマー）を溶解し、必要なら減圧下さらには真空中で溶媒を飛ばす際に徐々に温度を段階的に上げる方法がある。この際、一挙に温度をあげると表面が荒れ表面粗度が大きくなる場合がある。高沸点の溶媒として、ジメチルスルホキシド、ジエチルスルホキシド等のスルホキシド系溶媒、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチルホルムアミド等のホルムアミド系溶媒、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチルアセトアミド等のアセトアミド系溶媒、Ｎ−メチル−２−ピロリドン等のピロリドン系溶媒、フェノール、ｏ−，ｐ−，ｍ−またはｐ−クレゾール、キシノール、ハロゲン化フェノール、カテコール等のフェノール系溶媒、あるいはヘキサメチルホスホルアミド、γ−ブチロラクトンなどがる。
【００２０】
また、沸点が低い溶媒を使用する場合、減圧等にせずに、必要により試料を密閉状態にし、溶媒の揮発を抑える等の方法で表面粗度を小さくすることができる。この場合も段階的に温度を上げることが表面粗度を小さくする事が可能で好ましい。
【００２１】
また、スピンコート法で表面粗度を下げることは一般的であるが厚みの厚い（例えば１２０μ以上）の試料の場合、上記のような作製方法を実施しないと表面粗度が大きくなる場合がある。
【００２２】
本発明に使用されうる、高分子材料に照射されるレーザー光としては、屈折率変化をもたらすことができるレーザー光であれば特に限定されないが、例えば光導波路の場合必要な、屈折率が変化した領域、すなわちコア層として機能しうる領域が連続して形成されるためには、エネルギーの高いレーザー光であることが好ましい。
【００２３】
このようなレーザー光としては、パルス幅が５００ｐ秒以下のレーザー光が好ましく、さらには１ｐ秒以下、さらには５００ｆｔ秒以下が好ましい。５００ｐよりパルス幅が広い場合は所望の屈折率変化をともなわない場合がある。また１５０ｆｔ秒以下、特には５０〜５ｆｔ秒のパルスではレーザー光強度をアンプで増幅せずに使用できるため装置が簡便になりより好ましい。
【００２４】
レーザーのパルス幅を狭くすることで高いピーク出力が得られると、例えば１０ＫＨｚ  以上の繰返し周波数をもつパルスレーザにおいても、高分子材料にレーザ光の集光点で屈折率が変化する現象を確認した。この条件下では、高分子の固有吸収波長以外の波長をもつパルスレーザであっても、同様に集光点において高分子の光誘起屈折率を変化させる現象が発生する。例えば８００ｎｍの波長で光吸収の無い高分子を使用して、８００ｎｍの波長を持つレーザーで光屈折率変化を起こした場合、集光点では光誘起屈折率変化が起き集光点までのレーザー光路でレーザー光損失が無く好ましい。
【００２５】
また、集光点におけるピークパワー強度は、１０３  Ｗ  ／ｃｍ  ２、さらには１０５Ｗ  ／ｃｍ  ２  さらには以上であることが好ましい。高分子の固有吸収波長に一致する波長をもつパルスレーザであっても、吸収が弱く、例えば集光点における１０３  Ｗ  ／ｃｍ  ２  以  上のピークパワー強度が確保されると光誘起屈折率変化が生じる。屈折率が変化する現象は、発生メカニズムが不明であるが、光導波路の作製に有効に利用される。また、繰返し周期が速いことから、高分子材料を連続的に走査することにより、集光部分の軌跡に連続的な屈折率変化領域を形成できる。また、場合によっては１０１４Ｗ  ／ｃｍ  ２以上になるとアブレーションや集光部が劣化する等の問題がおこる場合があり、適切なピークパーワー強度に調節することが必要である。
【００２６】
滑らかな導波路構造を形成させる上では、パルス間隔を狭く、つまり繰返し周期を速くし、第１パルスと第２パルスが可能な限り同時に照射される必要がある。このことから、本発明ではパルスレーザの繰返し周波数を好ましくは０．５ＫＨ以上、さらには１ＫＨｚ以上、１０ＫＨｚ，より好ましくは１００ＫＨｚ以上に設定する。繰返し周波数が小さいとレーザ光が離散的に照射され、導波路の形成に必要な連続的な屈折率変化が得られない。なお、繰返し周波数が小さい場合であっても、高分子材料又はレーザ光の集光点の走査速度を遅くすることにより、高分子材料に対して連続的にレーザ光を照射できる。しかし、この場合は第１パルス照射後に一定の時間をおいて第２パルスが重なった状態で照射されるため、繰返し周波数が小さすぎると、第１パルスで形成された屈折率変化が第２パルスにより再変化を起こし、十分な屈折率変化が得られない。一方、繰返し周波数の上限は、繰返し周波数が無限大の限りなく連続レーザに近いものである。しかし、繰返し周波数を大きくすると、一般に１パルス当りのエネルギーが弱くなる。そのため、実際には高分子材料が屈折率変化を起こす閾値と、使用するレーザの出力によって繰返し周波数の上限が設定される。光導波路のコア径は、照射するパルスレーザのパワーや集光スポット径を変えることにより制御可能である。パルスレーザのパワー又は集光スポット径が大きくなるほど、コア径も大きくなる。また、パルスレーザの走査回数によってコア部分の屈折率の変化量を制御することでき、走査回数を多くするほど、コア径一定のままで屈折率の変化量を大きくすることができる。
【００２７】
レーザー照射による屈折率の変化率は０．２％〜３％が好ましく、０．３％〜２％の変化率がより好ましい。屈折率変化が０．２％より小さい場合未照射部分との屈折率差が小さすぎ光導波路などとして機能しない場合がある。３％以上の屈折率変化は高分子にクラックが生じる場合がある。
【００２８】
高分子材料へのレーザ光の照射は、集光点に対し高分子材料を連続的に移動させる方法、高分子材料の内部でレーザ光の集光点を連続的に移動させる方法により行うことが好ましい。
【００２９】
また集光の一部または全部にアキシコンレンズ、シリンドリカルレンズを使用することにより、照射部分の集光点が任意に調節でき、光導波路の形状を制御することができる。
【００３０】
また、光ファイバーを高分子材料に取り付けておき、光ファイバーよりレーザー光を照射することにより光ファイバーから連続して光導波路を作製することができる。この場合、光ファイバーとの接続を別におこなう必要がなく有用である。
【００３１】
材料となる高分子材料の例は、ポリイミド、ポリマレイミド、ポリアリレート、ポリカーボネート、ポリウレタン、ポリスルフィド、ポリスルフォン、ポリアミド、ポリイミン、ポリ尿素、ポリシラン、ポリシラザン、ポリベンゾオキサゾール、ポリオキサジアゾール、ポリベンゾチアゾール、ポリベンズイミダゾール、ポリスチレン、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸エステル、ポリメタクリル酸、ポリメタクリル酸エステル、ポリアクリルアミド、ポリメタクリルアミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエステル、ポリシロキサン、ポリノルボルネン、ポリシラン、ポリ塩化ビニル、エポキシ樹脂、セルロース系樹脂、シリコーン樹脂、シアナートエステル樹脂、フッ素系樹脂があげられる。
【００３２】
光学特性が優れているものとしてポリイミド、ポリカーボネート、フッ素系樹脂特にはフッ素系脂肪族環構造含有重合体、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、シアナートエステル樹脂が好ましい。
【００３３】
フッ素系脂肪族環構造含有重合体は、例えば２以上の重合性二重結合を有するフッ素系単量体が環化重合して生成する重合単位、および、フッ素系脂肪族環構造含有単量体が重合して生成する重合単位、から選ばれる少なくとも１種の重合単位を有する重合体である。特には２以上の重合性二重結合を有するフッ素系単量体がペルフルオロ（アリルビニルエーテル）またはペルフルオロ（ブテニルビニルエーテル）であり、フッ素系脂肪族環構造含有単量体がペルフルオロ（２，２−ジメチル−１，３−ジオキソール）である。
【００３４】
シリコン樹脂としては、ポリシロキサン、変成シリコーン樹脂、アクリルシリコーン樹脂などがあるが、好ましくは（Ａ）ＳｉＨ基と反応性を有する炭素−炭素二重結合を１分子中に少なくとも２個含有する有機系骨格からなる有機化合物、（Ｂ）１分子中に少なくとも２個のＳｉＨ基を含有するケイ素化合物、（Ｃ）ヒドロシリル化触媒、を必須成分としてなるシリル基含有有機樹脂である。
【００３５】
特にポリイミドは耐熱性の点で好ましく、フッ素を含有している事が光学的特性、吸湿性の点で好ましい。またポリイミドが一般式（１）
【００３６】
【化２】
2004309683.tif 000002
の構造を含む場合、添加するモノマー、オリゴマーとの相溶性および屈折率の増加がおこりやすいなど好ましい。
【００３７】
中でも２，２−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）ヘキサフルオロプロパン二無水物およびピロメリット酸二無水物を縮合した構造を持つものや、２，２′−ビス（トリフルオロメチル）−４，４′−ジアミノビフェニルを縮合した構造を持つものが吸湿性、光学特性の点で好ましい。
【００３８】
またレーザー光照射部の屈折率を増加させるためにオリゴマーおよび／またはモノマーを含有させることが好ましい。屈折率の増加の観点からオリゴマーおよび／またはモノマーがラジカル反応性、イオン反応性であることが好ましく特にはイオン反応性であることが好ましく、オリゴマー、モノマーがエポキシ基、オキセタン基、シアン酸エステル基、マレイミド基を持つことが特に好ましい。
【００３９】
マレイミド基を持つものとして、例えば１，２−ビスマレイミドエタン、１，３−ビスマレイミドベンゼン、１，６−ビスマレイミドヘキサン、１，４−ビスマレイミドベンゼン、２，４−ビスマレイミドトルエン、４，４’−ビスマレイミドジフェニルエーテル、４，４’−ビスマレイミドジフェニルメタン、３，３’−ビスマレイミドジフェニルスルホン、４，４’−ビスマレイミドジフェニルスルホン、４，４’−ビスマレイミドジシクロヘキシルメタン、２，６−ビスマレイミドピリジン、１，３−ビス（マレイミドメチル）シクロヘキサン、３，５’−ビス（４−マレイミドフェニル）ピリジン、１，３−ビス（マレイミドメチル）ベンゼン、１，１−ビス（４−マレイミドフェニル）シクロヘキサン、１，３−ビス（ジクロルマレイミド）ベンゼン、２，２−ビス（４−マレイミドフェニル）プロパン、４，４’−ビスシトラコンイミドジフェニルメタン、１−フェニル−１，１−ビス（４−マレイミドフェニル）エタン、α，α−ビス（４−マレイミドフェニル）トルエン、３，５−ビスマレイミド−１，２，４−トリアゾールがあげられ、これらの水素原子の一部または全部を重水素、フッ素で置き換えたもの、またこれらを反応させオリゴマー化させたものでもよい。
【００４０】
エポキシ基をもつモノマー、オリゴマーとしては、例えばビスフェノールＡ型エポキシ、ビスフェノールＦ型エポキシ、フェノールノボラック型エポキシ、クレゾールノボラック型エポキシ、グリシジルエーテル型エポキシ、ナフタレン型エポキシ、脂環式エポキシ等の種々のエポキシを用いることができる。屈折率の変化しやすさから脂環式エポキシが好ましい。またこらのこれらの水素原子の一部または全部を重水素、フッ素で置き換えたものが使用できる。
【００４１】
オキセタン基をもつモノマー、オリゴマーとしては例えば３，３−ビス（クロルメチル）オキセタン、３，３−ビス（ヨードメチル）オキセタン、３，３−ビス（メトキシメチル）オキセタン、３−メチル−３−クロルメチルオキセタン、３，３−ビス（フェノキシメチル）オキセタン、３，３−ビス（アセトキシメチル）オキセタン、３，３−ビス（フルオロメチル）オキセタン、３，３−ビス（ブロモメチル）オキセタン、３，３−ジメチルオキセタン、３−エチル−３−ヒドロキシメチルオキセタン、１，４−｛［（３−エチル−３−オキセタニル）メトキシ｝ベンゼン、ジ［１−エチル（３−オキセタニル）］  メチルエーテル、３−エチル−３−（２−エチルヘキシロキシメチル）オキセタン、３−エチル−３−｛［３−（トリエトキシシリル）プロポキシ］メチル｝オキセタン、オキセタニルシルセスキオキサン、フェノールノボラックオキセタン等がある。これらの水素原子の一部または全部を重水素、フッ素で置き換えたもの、またこれらを反応させオリゴマー化させたものでもよい。
【００４２】
シアン酸エステル基をもつモノマー、オリゴマーとしては、例えば１，３−又は１，４−ジシアノベンゼン、２−テトラブチル−１，４−ジシアノベンゼン、２，４−ジメチル−１，３−ジシアノベンゼン、２，５−ジ−テトラブチル−１，４−ジシアノベンゼン、４−クロロ−１，３−ジシアノベンゼン、１，３，５−トリシアノベンゼン、２，２’−又は４，４’−ジシアノビフェニル、３，３’，５，５’−テトラメチル−４，４’−ジシアノビフェニル１，３−、１，４−、１，５−、１，６−、１，８−、２，６−又は２，７−ジシアナトナフタレン、１，３，６−トリシアナトナフタレン、４，４’−ジシアナトジフェニルメタン、ビス（３−メチル−４−シアナトフェニル）メタン、ビス（３，５−ジメチル−４−シアナトフェニル）メタン、ビス（３，５−ジブロモ−４−シアナトフェニルメタン、ビス（３，５−ジクロロ−４−シアナトフェニル）メタン、ビス（４−シアナトフェニル）エタン、２，２−ビス（４−シアナトフェニル）プロパン、２，２−ビス（３，５−ジメチル−４−シアナトフェニル）プロパン、２，２−ビス（３−メチル−４−シアナトフェニル）プロパン、４，４’−ジシアナトジフェニルチオエーテル、２，２−ビス（４−シアナトフェニル）パーフルオロプロパン、１，１−ビス（４−シアナトフェニル）エタン、２，２−ビス（３，５−ジクロロ−４−シアナトフェニル）プロパン、２，２−ビス（３，５−ジブロモ−４−シアナトフェニル）プロパン、ビス（４−シアントフェニル）ケトン、ビス（４−シアントフェニル）スルホン、トリス（４−シアナトフェニル）ホスファイトおよびトリス（４−シアントフェニル）ホスフェートなどおよびこれらの水素原子の一部またはすべてをフッ素原子または重水素化したものがある。またこれらのモノマーを反応させたオリゴマーを使用しても良い。
【００４３】
また、高分子にラジカル反応性基やイオン反応性基を導入しても良い。この基としてはエポキシ基、オキセタン基、シアン酸エステル基、マレイミド基から選択される少なくとも一種以上の官能基が好ましい。反応性基の導入方法は、反応性基を持つモノマーを重合したりするとよい。
【００４４】
材料となる高分子のガラス点移転温度（Ｔｇ）は１２０℃以上が好ましく、１５０℃以上がより好ましい。Ｔｇが１２０℃より低い場合はアブレーションがおこりやすく光導波路を形成しにくい場合がある。また、長期の安定性に欠ける場合がある。
【００４５】
材料となる高分子は波長が６００ｎｍ〜１６００ｎｍでのいづれかでの光損失が１ｄＢ／ｃｍ以下である事が好ましい。１ｄＢ／ｃｍより大きい場合、光導波路として損失が大きく使用に耐えない場合があり、またレーザー光の波長範囲で吸収があることは、アブレーションが起こりやすくこの点でも好ましく無い。
【００４６】
また、レーザー光を照射後、高分子材料を加熱する事が好ましい。加熱することにより光導波路が消えることもなく、耐熱安定性が向上し好ましい。コアとクラッドの屈折率差が増す場合もあり好ましい。加熱する温度は通常添加したモノマー、オリゴマーが硬化する温度で１００℃〜２５０℃である。モノマー、オリゴマーが硬化する温度は例えばＤＳＣ（示差走査熱量測定）にて発熱反応を始める温度で確認することができる。熱分析にて窒素、ヘリウム等の不活性ガス下か真空中でおこなうのが、光導波路の損失を少なくする点で好ましい。
【００４７】
また高分子材料の厚みは３０μｍ以上、さらには５０μｍ以上、さらには１００μ以上が好ましい。３０μｍより小さい場合表面でのアブレーションがおこりやすく好ましくない。
【００４８】
また本発明の光導波路は基板上に積層されている事も好ましい。用いる基板は板上、フィルム状などを問わない。材料はシリコンウエハー、金属基板、セラミック基板、高分子基板等である。高分子基板の材質はポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリケトン系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、フッ素樹脂、ポリアリレート樹脂、液晶ポリマー樹脂、エポキシ樹脂、シアナート樹脂等が挙げられる。耐熱性の点や光導波路材料との接着性、線膨張係数が近いなどの点からポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、シアナート樹脂が好ましい。また基板上に電気配線をすることも可能で、光導波路と電気配線が一つの積層板上に配置される光電気混合基板として使用することは好ましい。
【００４９】
光導波路と基板は直接接着剤を介さないで積層することも可能であるし、接着剤を介して積層することも可能である。接着剤を使用する場合、熱可塑性ポリイミドを使用することが耐熱性、接着性の点で好ましい。特に光導波路部材や基板材料にポリイミドを使用する場合、接着性が良好で線膨張係数の差が小さいため反りが少ない等で好ましい。熱可塑性ポリイミドは例えば特開２００２−３２２２７６や特開２０００−２５６５３６、特開２０００−１０９６４５などに開示されているものが接着性の点で特に好ましい。
【００５０】
また、光導波路より光学素子を作製することが可能で例えば光分岐結合器（光カプラ）、光合分波器、光アイソレータ、等が作製可能である。
また光学部品としてグレーテイング（回折格子）、レンズアレイ、フルネルレンズまたはフォトニック結晶等を同様の方法で作製することも可能である。
【００５１】
例えば、グレーティングの場合、光通信においての波長フィルター等に使用されるし、ＣＤ光学系におけるピックアップ等にも使用されている。またレンズアレイも液晶プロジェクター用途など種々の用途で使用されている。また異なる屈折率媒質が多次元周期的に配列された人工構造であるフォトニック結晶は、光の伝搬を高度に制御可能であることから、超小型光集積回路等の次世代の光デバイスへの応用が期待されている。
【００５２】
【実施例】
使用原料は市販品を必要により精製し使用した。各原料の入手先を示す。２，２′−ビス（トリフルオロメチル）−４，４′−ジアミノビフェニル（セントラルガラス社製）、ジメチルアセトアミド（和光純薬社製）、ジメチルホルムアミド（和光純薬社製）、ピロメリット酸二無水物（和光純薬社製）、２，２−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）ヘキサフルオロプロパン酸二無水物（クラリアントジャパン社製）、  イソプロパノール（和光純薬社製）、β−ピコリン（和光純薬社製）、無水酢酸（和光純薬社製）、４，４‘−ビスマレイミドジフェニルエタン（和光純薬社製）、ジ［１−エチル（３−オキセタニル）］  メチルエーテル（東亜合成）を使用した。
表面荒さ：接触式の表面荒さ計ｓｕｒｆｃｏｍ１５００Ａ（東京精密社製）にて測定した。
【００５３】
微少部分の屈折率測定：ビームプロファイル反射率測定法により波長６７５ｎｍ、ビームスポット１μｍ、高精度膜厚計Ｏｐｔｉ−Ｐｒｏｂｅ２０００（サーマウェーブ社製）にて測定した。
ポリイミド（１）の作製
窒素雰囲気下の容器中で２，２′−ビス（トリフルオロメチル）−４，４′−ジアミノビフェニル（３．２０ｇ、１０ｍｍｏｌ）をジメチルアセトアミド（３６．９ｇ）に溶解した後、２，２−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）ヘキサフルオロプロパン二無水物（２．２２ｇ、５．０ｍｍｏｌ）とピロメリット酸二無水物（１．０９ｇ、５．０ｍｍｏｌ）を加え容器を氷冷しながら５時間撹拌した。次に室温まで上げてさらに５時間攪拌しポリアミド酸（Ｉ）（固形分１５重量％）を得た。この溶液にβ−ピコリン０．９３ｇ（１０ｍｍｏｌ）と無水酢酸６．１３ｇ（６０ｍｏｌ）を加えよく撹拌した後、溶液を８０℃に保ちさらに３時間撹拌した。この溶液をメタノールに滴下し、白色の固体をえた。固体をイソプロパノールで１２時間ソックスレイ抽出を行い、６０℃２４時間の真空乾燥をおこないポリイミド（１）を得た。
ポリイミド（２）の作製
窒素雰囲気下の容器中で２，２′−ビス（トリフルオロメチル）−４，４′−ジアミノビフェニル（３．２０ｇ、１０ｍｍｏｌ）をジメチルアセトアミド（４３．３ｇ）に溶解した後、２，２−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）ヘキサフルオロプロパン二無水物（４．４４ｇ、１０．０ｍｍｏｌ）を加え容器を氷冷しながら５時間撹拌した。次に室温まで上げてさらに５時間攪拌しポリアミド酸（Ｉ）（固形分１５重量％）を得た。この溶液にβ−ピコリン０．９３ｇ（１０ｍｍｏｌ）と無水酢酸６．１３ｇ（６０ｍｏｌ）を加えよく撹拌した後、溶液を８０℃に保ちさらに３時間撹拌した。この溶液をメタノールに滴下し、白色の固体をえた。固体をイソプロパノールで１２時間ソックスレイ抽出を行い、６０℃２４時間の真空乾燥をおこないポリイミド（１）を得た。
試料（１ａ）の作製
ポリイミド（１）を固形分濃度２０重量％となるようにジメチルホルムアミドに溶解させた。この溶液２ｇに４，４’−ビスマレイミドジフェニルメタン０．２ｇを添加し均一になるまで攪拌したのち、ガラス基板上にキャストし真空中で、４０℃で３時間、さらに６０℃で３時間、さらに８０℃で３時間加熱することにより溶媒を除去し厚さ２００μｍの試料（１ａ）を得た。表面は目視で鏡面状の荒れのない状態であった。
試料（１ｂ）の作製
ポリイミド（１）を固形分濃度２０重量％となるようにジメチルホルムアミドに溶解させた。この溶液２ｇにジ［１−エチル（３−オキセタニル）］  メチルエーテルを０．２ｇ添加し均一になるまで攪拌したのち、ガラス基板上にキャストし真空中で、４０℃で３時間、６０℃で３時間、さらに８０℃で３時間加熱することにより溶媒を除去し厚さ２００μｍの試料（１ｂ）を得た。表面は目視で鏡面状の荒れのない状態であった。
試料（１ｃ）の作製
ポリイミド（１）を固形分濃度２０重量％となるようにジメチルホルムアミドに溶解させた。この溶液０．２ｇに４，４’−ビスマレイミドジフェニルメタン０．０２ｇを添加し均一になるまで攪拌したのち、ガラス基板上にキャストし真空中で、４０℃で３時間、６０℃で３時間、さらに８０℃で３時間加熱することにより溶媒を除去し厚さ２０μｍの試料（１ｃ）を得た。表面は目視で鏡面状の荒れのない状態であった。
試料（１ｄ）の作製
ポリイミド（１）を固形分濃度２０重量％となるようにジオキソランに溶解させた。この溶液２ｇに４，４’−ビスマレイミドジフェニルメタン０．２ｇを添加し均一になるまで攪拌したのち、ガラス基板上にキャストし真空中で、８０℃で３時間加熱することにより溶媒を除去し厚さ２００μｍの試料（１ｄ）を得た。表面は目視で凸凹があり荒れていた。
試料（２）の作製
ポリイミド（２）を固形分濃度２０重量％となるようにジメチルホルムアミドに溶解させた。この溶液２ｇにジ［１−エチル（３−オキセタニル）］  メチルエーテルを０．２ｇ添加し均一になるまで攪拌したのち、ガラス基板上にキャストし真空中で、６０℃で３時間分、さらに８０℃で３時間加熱することにより溶媒を除去し厚さ２００μｍの試料（２）を得た。表面は目視で鏡面状の荒れのない状態であった。
【００５４】
（実施例１）
試料として試料（１ａ）に、図１に示すようにパルスレーザ光１をレンズ２で集光して照射した。パルスレーザ光１としては、アルゴンレーザ励起のＴｉ：Ａｌ２Ｏ３レーザから発振されたパルス幅１５０フェムト秒，繰返し周波数２００ＫＨｚ，波長８００ｎｍ  ，平均出力２００ｍＷ  のレーザを光学フィルターによって平均出力８ｍＷにおとして使用した。パルスレーザ光１をレンズ２で集光し、試料（１ａ）の内部に集光点４が生じるように照射させると、集光点４の屈折率が上昇した。そこで、試料台を連続的に直線移動し、図２に示すように試料（１ａ）の内部に直線状の屈折率が高い領域、すなわち光導波路６が安定的に形成した。
【００５５】
光導波路が形成されていることは、実際に可視光を試料に入射し、屈折率変化を起こしている部分のみに光が伝達されていることで確認した。またサンプルの断面を研磨し、微少部分の屈折率を測定したところ、非照射部分は１．５８５であり照射部分のもっとも屈折率の高い部分は１．５９５であり０．６％の屈折率増加となった。また照射部の中央ほど屈折率が高かった。
【００５６】
得られた光導波路は、コアとクラッドとの間に明確な界面が存在しないことから界面損失が極めて少なく、光集積回路等における微細な導波路形成法としての活用が期待される。また手で曲げると屈曲するためガラス材料では無理な多様な形態を取る事が可能である。
【００５７】
また、安定性を増すために真空中でさらに２００℃１時間加熱した。このとき非照射部分は１．６２０であり照射部分のもっとも屈折率の高い部分は１．６５０であり１．８％の屈折率差となった。
【００５８】
（実施例２）
試料として試料（１ｂ）に、図１に示すようにパルスレーザ光１をレンズ２で集光して照射した。パルスレーザ光１としては、アルゴンレーザ励起のＴｉ：Ａｌ２Ｏ３レーザから発振されたパルス幅１５０フェムト秒，繰返し周波数２００ＫＨｚ，波長８００ｎｍ  ，平均出力２００ｍＷ  のレーザを光学フィルターによって平均出力８ｍＷにおとして使用した。パルスレーザ光１をレンズ２で集光し、試料（１ｂ）の内部に集光点４が生じるように照射させると、集光点４の屈折率が上昇した。そこで、試料台を連続的に直線移動し、図２に示すように試料（１ｂ）の内部に直線状の屈折率が高い領域、すなわち光導波路６が安定的に形成した。
【００５９】
これを、真空下で２００℃１時間加熱した。このサンプルの断面を研磨し、微少部分の屈折率を測定したところ、非照射部分は１．５５５であり照射部分のもっとも屈折率の高い部分は１．５６０であり０．３％の屈折率増加となった。また照射部の中央ほど屈折率が高かった。光導波路が形成されていることは、実際に可視光を試料に入射し、屈折率変化を起こしている部分のみに光が伝達されていることで確認した。
【００６０】
得られた光導波路は、コアとクラッドとの間に明確な界面が存在しないことから界面損失が極めて少なく、光集積回路等における微細な導波路形成法としての活用が期待される。また手で曲げると屈曲するためガラス材料では無理な多様な形態を取る事が可能である。
（実施例３）
試料として試料（１ｃ）に、図１に示すようにパルスレーザ光１をレンズ２で集光して照射した。パルスレーザ光１としては、アルゴンレーザ励起のＴｉ：Ａｌ２Ｏ３レーザから発振されたパルス幅１５０フェムト秒，繰返し周波数２００ＫＨｚ，波長８００ｎｍ  ，平均出力２００ｍＷ  のレーザを光学フィルターによって平均出力８ｍＷにおとして使用した。パルスレーザ光１をレンズ２で集光し、試料（１ｃ）の内部に集光点４が生じるように照射させると、集光点４の屈折率が上昇した。そこで、試料台を連続的に直線移動し、に示すように試料（１ｃ）の内部に直線状の屈折率が高い領域、すなわち光導波路６を形成した。
【００６１】
しかし、サンプルがうすいため試料の端部の一部がアブレーションにより光導波路が形成できなかった。
（実施例４）
試料として試料（２）に、図１に示すようにパルスレーザ光１をレンズ２で集光して照射した。パルスレーザ光１としては、アルゴンレーザ励起のＴｉ：Ａｌ２Ｏ３レーザから発振されたパルス幅１５０フェムト秒，繰返し周波数２００ＫＨｚ，波長８００ｎｍ  ，平均出力２００ｍＷ  のレーザを光学フィルターによって平均出力８ｍＷにおとして使用する。パルスレーザ光１をレンズ２で集光し、試料（２）の内部に集光点４が生じるように照射させると、集光点４の屈折率が上昇する。そこで、試料台を連続的に直線移動し、図２に示すように試料（２）の内部に直線状の屈折率が高い領域、すなわち光導波路６を安定的に形成する。
【００６２】
光導波路が形成されていることは、実際に可視光を試料に入射し、屈折率変化を起こしている部分のみに光が伝達されていることで確認する。
【００６３】
得られた光導波路は、コアとクラッドとの間に明確な界面が存在しないことから界面損失が極めて少なく、光集積回路等における微細な導波路形成法としての活用が期待される。また手で曲げると屈曲するためガラス材料では無理な多様な形態を取る事が可能である。
（比較例１）
試料として試料（１ｄ）に、図１に示すようにパルスレーザ光１をレンズ２で集光して照射した。パルスレーザ光１としては、アルゴンレーザ励起のＴｉ：Ａｌ２Ｏ３レーザから発振されたパルス幅１５０フェムト秒，繰返し周波数２００ＫＨｚ，波長８００ｎｍ  ，平均出力２００ｍＷ  のレーザを光学フィルターによって平均出力８ｍＷにおとして使用した。パルスレーザ光１をレンズ２で集光し、試料（１ｄ）の内部に集光点４が生じるように照射させた。そこで、試料台を連続的に直線移動したが、表面が荒れているため、変化部分が安定せず、表面でアブレーションがおきたり変化部分が黒く変色したりし、良好な光導波路部分は得られなかった。
【００６４】
上記結果を表１にまとめる。
【００６５】
【表１】
2004309683.tif 000003
実施例１〜４は表面荒さが小さく総合的に良好な光導波路が作製できた。一方比較例は表面荒さが大きく良好な光導波路が作製できない。
【００６６】
実施例１は良好な結果であり加熱後も屈折率差が大きい。実施例２と添加するオリゴマーをオキセタン系のものに変えても良好に導波路が形成できる。実施例３は厚みが２０μｍとうすいため端部でアブレーションがおこる場合がる。また、実施例４のように高分子の構造を変えても良好に導波路が作製できている。
【００６７】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明においては、ピーク出力値が高いパルスレーザをポリイミド等の高分子材料に照射し、集光点の屈折率を変化させることにより、表面荒さＲｍａｘが５μｍ未満のが高分子材料の内部に光導波路を書き込んでいる。この方法は、複雑な工程を経ることなく、しかも簡単に光導波路を形成できる利点をもっており高分子材料を使用している為にフレキシブルな光導波路を得る事もできる。また、パルスレーザの光軸方向に対する高分子材料の走査方向、或いは高分子材料に対する集光点の移動方向を変えることで光導波路の形状も任意に制御でき、複雑な回路構造をもつ光集積回路等に適した三次元的な光導波路も容易に作製される。
【図面の簡単な説明】
【図１】試料にパルスレーザ光を照射する際の簡易断面図
【図２】試料内部に作製した直線光導波路の斜視図
【符号の説明】
１  ：パルスレーザー光
２  ：集光レンズ
３  ：試料
４  ：集光点
５：試料台
６：光導波路
【図１】
2004309683.tif 000005
【図２】
2004309683.tif 000006