(57)【要約】【課題】フレキシブルで低損失なフィルム状ガラス導波路及びその製造方法を提供する。【解決手段】フィルム状部材１２の上に形成されたガラス膜１０中にガラス膜１０より屈折率の高い光伝搬層としてのコア１１を形成することにより、フレキシブルなフィルム状ガラス導波路を得ることができ、フェムト秒オーダの超短パルスレーザビームの集光、照射によりコア１１が形成されるので、低損失化を図ることができる。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィルム状部材上に所定の厚さのガラス膜が設けられ、該ガラス膜内に超短パルスレーザビームが集光、照射されてその集光部に高屈折率層パターンからなる光伝搬層が二次元状に形成されたことを特徴とするフィルム状ガラス導波路。
【請求項２】
厚さが５０μｍから２００μｍまでの範囲のフィルム状部材に温度が３００℃から４６０℃の範囲で形成されたガラス膜が設けられ、該ガラス膜内に波長が７００ｎｍから９００ｎｍの範囲でパルス幅が１０フェムト秒以上１０００フェムト秒以下、その繰り返し周波数が１ｋＨｚ以上４００ｋＨｚ以下の超短パルスレーザビームが集光、照射されてその集光部に高屈折率層パターンからなる光伝搬層が二次元状に形成されたことを特徴とするフィルム状ガラス導波路。
【請求項３】
上記フィルム状部材として、ゾルゲル法で作製したガラスフィルム、あるいはポリイミド、ポリエチレンテレフタレート等のポリマフィルムを用いた請求項１または２に記載のフィルム状ガラス導波路。
【請求項４】
上記ガラス膜は気相化学反応法で形成した膜、ゾルゲル法で形成した膜、スパッタリング法で形成した膜のいずれかを用いた請求項１から３のいずれかに記載のフィルム状ガラス導波路。
【請求項５】
上記ガラス膜は多層構造を有する請求項１から４のいずれかに記載のフィルム状ガラス導波路。
【請求項６】
上記ガラス膜の厚さは１０μｍから１００μｍの範囲内にある請求項１から５のいずれかに記載のフィルム状ガラス導波路。
【請求項７】
光伝搬層を有するガラス膜は厚さが５０μｍから２００μｍの範囲のフィルム状部材でサンドイッチ状に挟まれている請求項１から６のいずれかに記載のフィルム状ガラス導波路。
【請求項８】
厚さが５０μｍから２００μｍの範囲のフィルム状部材に３００℃から４６０℃の温度範囲で膜を形成する成膜工程、該膜内に波長が７００ｎｍから９００ｎｍの範囲でパルス幅が１０フェムト秒以上１０００フェムト秒以下、その繰り返し周波数が１ｋＨｚ以上４００ｋＨｚ以下の超短パルスレーザビームを集光、照射しながら上記フィルム状部材か上記超短パルスレーザビームのいずれかの相対移動で上記膜内に二次元の高屈折率層パターンからなる光伝搬層を形成する光伝搬層形成工程からなることを特徴とするフィルム状ガラス導波路の製造方法。
【請求項９】
光伝搬層を有するガラス膜を厚さが５０μｍから２００μｍの範囲のフィルム状部材でサンドイッチ状に挟み、上記フィルム状部材にガラス膜を気相化学反応法、ゾルゲル法、スパッタリング法のいずれかを用いて形成する請求項８に記載のフィルム状ガラス導波路の製造方法。
【請求項１０】
上記ガラス膜を多層構造に形成する請求項７から９のいずれかに記載のフィルム状ガラス導波路の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フィルム状ガラス導波路及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８はガラス導波路の従来例を示す断面図である。
【０００３】
同図に示すガラス導波路は、Ｓｉ、あるいは石英ガラス等の厚い（厚さ：０．４ｍｍから１ｍｍ程度）基板１上に形成されており、略矩形断面形状のコア層２を、コア層２よりも屈折率の低いクラッド層３で埋め込む、埋め込み型構造に形成されたものである。このため、従来のガラス導波路は硬い平板状のものであり、フレキシブルに曲げることはできなかった。この種のガラス導波路は半導体プロセスを用いて成膜、フォトリソグラフィ、ドライエッチング、成膜等の工程を経て作製されていた。
【０００４】
また、最近、ガラス導波路を簡単な方法で実現する方法として、図９（ａ）、（ｂ）に示す方法が提案されている。
【０００５】
図９（ａ）はガラス導波路の従来例を示す説明図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）に示したガラス導波路の厚さ方向の屈折率を示す図である。図９（ｂ）において横軸は屈折率を示し、縦軸は厚さ方向の位置を示す。
【０００６】
図９（ａ）に示すように、超短パルスレーザビーム４−１をレンズ５で集光し、集光したレーザビーム４−２を低屈折率のガラスブロック６内に照射することにより、照射部を図９（ｂ）に示すような高屈折率層パターンからなる光伝搬層（「光伝播層」とも言う。）に改質する方法である。
【０００７】
超短パルスレーザビーム４−１には２００フェムト秒以下の狭いパルス幅のレーザビームが用いられ、２００ｋＨｚ程度の速い繰り返し周波数で照射され、ガラスブロックを矢印７方向に移動させることにより、所望の光伝搬層のパターンが形成される。
【０００８】
図１０は従来のフレキシブル導波路でボード間を接続した状態を示す図である。
【０００９】
２枚のボード８−１、８−２を接続するフレキシブル導波路９は、ポリマフィルム上にポリマ材料を用いて構成したポリマ導波路フィルムである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図８〜図１０に示す従来の光導波路には以下のような課題があった。
（１）いずれのガラス導波路も硬い平板構造であるため、フレキシブルに曲げることはできない。
（２）ガラス導波路を小型のパッケージ内に実装することは困難であり、パッケージサイズが大きい。
（３）超短パルスレーザビーム照射によって形成されたガラス導波路もＳｉ基板上やガラス基板上、あるいはガラスブロック内にあり、（１）、（２）のような問題点を抱えている。
（４）ポリマ導波路フィルムはフレキシブルに曲げることができるが、損失が大きいと、熱安定性が悪い。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、フレキシブルで低損失なフィルム状ガラス導波路及びその製造方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、フィルム状部材上に所定の厚さのガラス膜が設けられ、ガラス膜内に超短パルスレーザビームが集光、照射されてその集光部に高屈折率層パターンからなる光伝搬層が二次元状に形成されたものである。
【００１３】
請求項２の発明は、厚さが５０μｍから２００μｍまでの範囲のフィルム状部材に温度が３００℃から４６０℃の範囲で形成されたガラス膜が設けられ、ガラス膜内に波長が７００ｎｍから９００ｎｍの範囲でパルス幅が１０フェムト秒以上１０００フェムト秒以下、その繰り返し周波数が１ｋＨｚ以上４００ｋＨｚ以下の超短パルスレーザビームが集光、照射されてその集光部に高屈折率層パターンからなる光伝搬層が二次元状に形成されたものである。
【００１４】
請求項３の発明は、請求項１または２に記載の構成に加え、フィルム状部材として、ゾルゲル法で作製したガラスフィルム、あるいはポリイミド、ポリエチレンテレフタレート等のポリマフィルムを用いるのが好ましい。
【００１５】
請求項４の発明は、請求項１から３のいずれかに記載の構成に加え、ガラス膜は気相化学反応法で形成した膜、ゾルゲル法で形成した膜、スパッタリング法で形成した膜のいずれかを用いるのが好ましい。
【００１６】
請求項５の発明は、請求項１から４のいずれかに記載の構成に加え、ガラス膜は多層構造を有してもよい。
【００１７】
請求項６の発明は、請求項１から５のいずれかに記載の構成に加え、ガラス膜の厚さは１０μｍから１００μｍの範囲内にあるのが好ましい。
【００１８】
請求項７の発明は、請求項１から６のいずれかに記載の構成に加え、光伝搬層を有するガラス膜は厚さが５０μｍから２００μｍの範囲のフィルム状部材でサンドイッチ状に挟まれていてもよい。
【００１９】
請求項８の発明は、厚さが５０μｍから２００μｍの範囲のフィルム状部材に３００℃から４６０℃の温度範囲で膜を形成する成膜工程、膜内に波長が７００ｎｍから９００ｎｍの範囲でパルス幅が１０フェムト秒以上１０００フェムト秒以下、その繰り返し周波数が１ｋＨｚ以上４００ｋＨｚ以下の超短パルスレーザビームを集光、照射しながらフィルム状部材か超短パルスレーザビームのいずれかの相対移動で膜内に二次元の高屈折率層パターンからなる光伝搬層を形成する光伝搬層形成工程からなるものである。
【００２０】
請求項９の発明は、請求項８に記載の構成に加え、光伝搬層を有するガラス膜を厚さが５０μｍから２００μｍの範囲のフィルム状部材でサンドイッチ状に挟み、フィルム状部材にガラス膜を気相化学反応法、ゾルゲル法、スパッタリング法のいずれかを用いて形成するのが好ましい。
【００２１】
請求項１０の発明は、請求項７から９のいずれかに記載の構成に加え、ガラス膜を多層構造に形成してもよい。
【００２２】
請求項１の発明によれば、フィルム状部材上に所定の厚さのガラス膜を形成し、そのガラス膜に超短パルスレーザビームを集光、照射してその集光部に屈折率の高い光伝搬層を二次元状に形成したフレキシブルなものであるため、自由に折り曲げることができ、導波路を三次元的に光実装を行うことができる。その結果、小さいパッケージ内での光実装が可能となる。
【００２３】
請求項２の発明によれば、厚さが５０μｍから２００μｍの範囲のフィルム状部材に３００℃から４６０℃の温度範囲で形成したガラス膜内に波長が７００ｎｍから９００ｎｍの範囲でパルス幅が１０フェムト秒以上１０００フェムト秒以下、その繰り返し周波数が１ｋＨｚ以上４００ｋＨｚ以下の超短パルスレーザビームを集光、照射してその集光部に屈折率の高い光伝搬層パターンを二次元状に形成したフレキシブルなものであるため、自由に折り曲げることができ、導波路を三次元的に光実装を行うことができる。その結果、小さいパッケージ内での光実装が可能となる。
【００２４】
また、高さの異なる部品や装置の間の短い三次元光配線も可能となる。しかも光信号の伝搬するコア層がフェムト秒オーダのレーザビーム照射により緻密に高度化されているので、従来のガラス導波路の高温熱処理（約１２００℃での熱処理）を施したコア層と同程度の低損失特性を得ることが可能である。
【００２５】
請求項３の発明によれば、フィルム状部材として、ゾルゲル法で作製したガラスフィルムあるいはポリイミド、ポリエチレンテレフタレート等のポリマフィルムを用いることにより、最小曲げ半径１０ｍｍ程度で導波路を曲げることができる。この結果、上記に示したような効果を期待することができる。
【００２６】
請求項４の発明によれば、３００℃から４６０℃の温度範囲で成膜することがきるガラス成膜法として、気相化学反応法（ＣＶＤ法）で形成した膜、ゾルゲル法で形成した膜、スパッタリング法で形成した膜のいずれかを用いることができるので、低損失特性を期待することができる。
【００２７】
請求項５の発明によれば、ガラス膜を多層状に形成しておき、その中の略中心の膜内にレーザビームを照射して高屈折率化すれば、光信号をその高屈折率の膜内に効率よく閉じ込めて伝搬させることが可能となり、より低損失化を期待することができる。
【００２８】
請求項６の発明によれば、ガラス膜の厚さを１０μｍから１００μｍの範囲にすることにより、フレキシブルなフィルム状特性を保持すると共に低損失特性を得ることが可能となる。
【００２９】
請求項７の発明によれば、光伝搬層を有するガラス膜を厚さ０．２ｍｍ以下（５０ｎｍ〜２００ｎｍ）のフィルム状部材でサンドイッチ状に挟んで対称構造とすることにより、温度変化に対する偏光依存性の少ない導波路が得られる。
【００３０】
請求項８の発明によれば、厚さが５０μｍから２００μｍの範囲のフィルム状部材に３００℃から４６０℃の温度範囲で膜を形成する成膜工程、膜内に波長が７００ｎｍから９００ｎｍの範囲でパルス幅が１０フェムト秒以上１０００フェムト秒以下、その繰り返し周波数が１ｋＨｚ以上４００ｋＨｚ以下の超短パルスレーザビームを集光、照射しながらフィルム状部材かレーザビームのいずれかの相対移動で膜内に二次元の高屈折率層パターンを形成するパターン形成工程を用いることにより、フレキシブルなフィルム状ガラス導波路を容易、かつ低コストで製造することができる。
【００３１】
請求項９の発明によれば、フィルム状部材にガラス膜を３００℃以上４６０℃以下の温度範囲で気相化学反応法、ゾルゲル法、スパッタリング法のいずれかを用いて形成することにより、低損失でフレキシブルなフィルム状ガラス導波路を得ることができる。
【００３２】
請求項１０の発明によれば、ガラス膜を多層状に形成することにより、低損失で光閉じ込めが良く、折り曲げても損失の小さいフィルム状ガラス導波路を製造することができる。
【００３３】
以上において、本発明によれば、フィルム状部材の上に形成されたガラス膜中にガラス膜より屈折率の高い光伝搬層を形成することにより、フレキシブルなフィルム状ガラス導波路を得ることができ、フェムト秒オーダの超短パルスレーザビームの集光、照射によりコアが形成されるので、低損失化を図ることができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００３５】
図１は本発明のフィルム状ガラス導波路の製造方法を適用したフィルム状ガラス導波路の一実施の形態を示す外観斜視図である。
【００３６】
図１に示すフィルム状ガラス導波路は、フィルム状部材１２の上に、クラッドとしてのガラス膜１０が設けられ、そのガラス膜１０にガラス膜１０より屈折率が高いコア（光伝搬層）１１が形成されたものである。
【００３７】
本フィルム状ガラス導波路の第１の特徴は、フレキシブルに曲げることができる点にあり、最小曲率半径１０ｍｍ程度の曲率で曲げることができる。
【００３８】
第２の特徴は、ガラス膜１０及びコア１１がＳｉＯ２あるいはＳｉＯ２にＧｅ、Ｐ、Ｔｉ、Ｂ、Ｆ、Ｔａ、Ｓｎ等の屈折率制御用ドーパントを少なくとも１種類添加したガラスで構成されているので、低損失であり、熱安定性にも優れている点である。また、後述するように、コア１１が超短パルスレーザビーム照射で高密度化されると共に、高屈折率化されているので、長期的にも外部からＯＨイオンがコア１１内に拡散、進入してきて損失を増大させるおそれが少ない。
【００３９】
このフィルム状ガラス導波路は以下のようにして形成される。
【００４０】
フィルム状部材１２には厚さが０．２ｍｍ以下のゾルゲル法で作製したガラスフィルム、あるいはポリイミド、ポリエチレンテレフタレート等のポリマフィルムを用いる。
【００４１】
このポリマフィルムの表面に気相化学反応法で形成した膜、ゾルゲル法で形成した膜、スパッタリング法で形成した膜のいずれかを４６０℃以下の温度で形成する。すなわち、フィルムの耐熱性を考慮し、膜の透過率特性及び屈折率の安定性を考慮に入れた温度として３００℃から４６０℃の範囲が好ましい。この成膜温度で形成した膜は密度の低い膜であり、この膜の内部に波長が７００ｎｍから９００ｎｍの範囲、パルス幅が１０フェムト秒以上１０００フェムト秒以下、その繰り返し周波数が１ｋＨｚ以上４００ｋＨｚ以下の超短パルスレーザビームを集光、照射する。
【００４２】
その結果、レーザビームの集光部が高密度化されて屈折率の高い光伝搬層となり、その光伝搬層のパターンを膜内に二次元状に形成することにより、光信号の伝搬するコア層とする。
【００４３】
図２は本発明のフィルム状ガラス導波路の製造方法を適用したフィルム状ガラス導波路の他の実施の形態を示す外観斜視図である。
【００４４】
図２に示すフィルム状ガラス導波路は、フィルム状部材１５上に設けられたガラス膜１３内にガラス膜１３より屈折率が高い複数（図では５本であるが限定されない。）のコア１４−１〜１４−５をアレイ状に配置したガラス導波路フィルムアレイである。このような低損失のフィルム状ガラス導波路アレイはデバイス間、装置間等を光結合するのに使用することができ、例えば、光ファイバアレイの代わりに用いることができる。
【００４５】
図３は本発明のフィルム状ガラス導波路の製造方法を適用したフィルム状ガラス導波路の他の実施の形態を示す断面図である。
【００４６】
図１に示したフィルム状ガラス導波路との相違点は、フィルム状部材１８の上に設けられたガラス膜１６に、ガラス膜１６より屈折率が高いコア１７が形成され、ガラス膜１６の上に被覆膜１９が設けられた点である。
【００４７】
フィルム状部材１８の厚さは０．２ｍｍ以下、好ましくは０．１ｍｍ前後のものを用いる。ガラス膜１６はＣＶＤ法で成膜する場合、３０μｍ以下、好ましくは１０μｍから２０μｍの範囲のものを用いる。ガラス膜１６の上部に設けられた被覆膜（膜厚は２μｍ以上５０μｍ以下）１９はガラス膜１６の屈折率よりも低い材質のガラス膜か、ポリマ膜を用いる。被覆膜１９としてガラス膜（若しくはポリマ膜）を用いた場合にはガラス膜１６を形成した後に連続して形成する。また、被覆膜１９としてポリマ膜を用いた場合には、コア１７を形成した後に塗布、吹き付け法等により形成する。
【００４８】
このようなフィルム状ガラス導波路においても図１に示したフィルム状ガラス導波路と同様の効果が得られる。
【００４９】
図４は本発明のフィルム状ガラス導波路の製造方法を適用したフィルム状ガラス導波路の他の実施の形態を示す断面図である。
【００５０】
図１に示したフィルム状ガラス導波路との相違点は、内部にガラス膜２０より屈折率の高いコア２１を形成したガラス膜２０が、複数層（図では４層であるが限定されない。）の被覆膜２２−１ａ、２２−１ｂ、２２−２ａ、２２−２ｂでサンドイッチ状に挟まれ、フィルム状部材２３上に設けられている点である。
【００５１】
このようなフィルム状ガラス導波路においても図１に示したフィルム状ガラス導波路と同様の効果が得られる。
【００５２】
図５は本発明のフィルム状ガラス導波路の製造方法を適用したフィルム状ガラス導波路の他の実施の形態を示す断面図である。
【００５３】
図１に示したフィルム状ガラス導波路との相違点は、ガラス膜２４より屈折率が高いコア２５が形成されたガラス膜２４を両面からフィルム状部材２６−１、２６−２で挟んだ対称構造を有する点である。
【００５４】
このような構造にすることにより、熱的に光学特性が変動するのを抑えることができ、曲げに対する安定性も向上する。
【００５５】
図６は本発明のフィルム状ガラス導波路の製造方法の一実施の形態を示す説明図である。
【００５６】
同図は、厚さが０．２ｍｍ以下のフィルム状部材２７の上にガラス膜２８を４６０℃で形成する成膜工程を経た後、そのガラス膜２８内に波長が７００ｎｍから９００ｎｍの範囲でパルス幅が１０フェムト秒以上１０００フェムト秒以下、その繰り返し周波数が１ｋＨｚ以上４００ｋＨｚ以下の超短パルスレーザビーム２９−１をレンズ３０で集光し、集光したレーザビーム２９−２をガラス膜２８に照射しながらガラス膜２８をレーザビーム２９−１と直交する方向（矢印３１方向）に所望速度で移動しつつガラス膜２８の内部に二次元のコア２８０を形成する高屈折率層パターンからなる光伝搬層を形成する光伝搬層形成工程を示す。
【００５７】
フィルム状部材２７にはレーザビーム２９−２がデフォーカス状態で照射されるので、フィルム状部材２７の急激な温度上昇はなく、高屈折率層パターン形成工程中でも化学的変化は生じない。
【００５８】
図７は本発明のフィルム状ガラス導波路の製造方法の他の実施の形態を示す説明図である。
【００５９】
図６に示した製造方法との相違点は、図２に示したような長尺状のフィルム状ガラス導波路アレイを製造するようにした点である。
【００６０】
図７において、フィルム状部材２７（図６参照）の上にガラス膜２８（図６参照）を形成した導波路形成用フィルム３２が巻き回された供給ドラム３３を準備し、この供給ドラム３３から巻き取りドラム３４に矢印３５〜３７方向に所望速度で巻き取る。導波路形成用フィルム３２を巻き取る際に、走行中の導波路形成用フィルム３２の上に、レーザビーム３８−１をレンズ３９で集光したレーザビーム３８−２を照射することにより、ガラス膜２８（図６参照）内にＸ軸方向の所望パターンの光伝搬層が形成される。
【００６１】
次に両ドラム３３、３４を逆回転させて導波路形成用フィルム３２を所望速度で矢印４０〜４２方向に巻き戻す際にレーザビーム３８−２の集光、照射位置を図示しない移動手段によりＹ軸方向にシフトさせて集光、照射してガラス膜２８（図６参照）の内部にＹ軸方向の光伝搬層を所望パターンに形成する。
【００６２】
以下、同様の操作を繰り返すことにより、図２に示した光伝搬層を４本有するフィルム状ガラス導波路アレイを製造することができる。
【００６３】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、フレキシブルで低損失なフィルム状ガラス導波路及びその製造方法の提供を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のフィルム状ガラス導波路の製造方法を適用したフィルム状ガラス導波路の一実施の形態を示す外観斜視図である。
【図２】本発明のフィルム状ガラス導波路の製造方法を適用したフィルム状ガラス導波路の他の実施の形態を示す外観斜視図である。
【図３】本発明のフィルム状ガラス導波路の製造方法を適用したフィルム状ガラス導波路の他の実施の形態を示す断面図である。
【図４】本発明のフィルム状ガラス導波路の製造方法を適用したフィルム状ガラス導波路の他の実施の形態を示す断面図である。
【図５】本発明のフィルム状ガラス導波路の製造方法を適用したフィルム状ガラス導波路の他の実施の形態を示す断面図である。
【図６】本発明のフィルム状ガラス導波路の製造方法の一実施の形態を示す説明図である。
【図７】本発明のフィルム状ガラス導波路の製造方法の他の実施の形態を示す説明図である。
【図８】ガラス導波路の従来例を示す断面図である。
【図９】（ａ）はガラス導波路の従来例を示す説明図であり、（ｂ）は（ａ）に示したガラス導波路の厚さ方向の屈折率を示す図である。
【図１０】従来のフレキシブル導波路でボード間を接続した状態を示す図である。
【符号の説明】
１０　ガラス膜（クラッド）
１１　光伝搬層（コア）
１２　フィルム状部材
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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