(57)【要約】      （修正有）【課題】作製が容易で、簡易な構成で良好なクラッドモード抑制の効果を有する平面型高分子光導波路を提供する。【解決手段】平面型高分子光導波路１０は、通過光の波長が８５０ｎｍ付近に設定された光導波路であって、それぞれ、高分子有機化合物からなる、膜厚２０μｍの平板状のコア層１１、及びコア層１１を上下から挟む平板状のクラッド層１２を備える。クラッド層１２が、導波させる波長が８５０ｎｍ付近の光に対して、コア層１１を構成する高分子有機化合物の吸収係数より大きい吸収係数を有することを特徴とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ、高分子有機化合物からなる、コア層、及びコア層を包む、又は挟むクラッド層を備えた平面型高分子光導波路において、
クラッド層が、導波させる光の波長に対して、コア層を構成する高分子有機化合物の吸収係数より大きい吸収係数を有する別の高分子有機化合物からなることを特徴とする平面型高分子光導波路。
【請求項２】
クラッド層が、紫外線照射により硬化する特性を有する高分子有機化合物で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の平面型高分子光導波路。
【請求項３】
それぞれ、高分子有機化合物からなる、下部クラッド層、中間クラッド層、中間クラッド層内に帯状に形成されているコア層、及び上部クラッド層を備えた平面型高分子光導波路において、
中間クラッド層が、コア層と同じ高分子有機化合物を、紫外線照射によりコア層の屈折率より小さな屈折率を有するように変性された高分子有機化合物で成膜され、
下部及び上部クラッド層が、導波させる光の波長に対して、コア層を構成する高分子有機化合物の吸収係数より大きい吸収係数を有する高分子有機化合物からなることを特徴とする平面型高分子光導波路。
【請求項４】
コア層は並列して延在する請求項３に記載の平面型高分子光導波路。
【請求項５】
基板上に下部クラッド層を形成し、
下部クラッド層上に、特定の波長の光に対して、下部クラッド層を構成する高分子有機化合物の吸収係数より大きい吸収係数を有する高分子有機化合物でコア形成層を形成し、
コア形成層上に帯状のコア層パターンを有するフォトマスクを載せ、紫外線照射を行い、紫外線照射領域の屈折率を下げて中間クラッド層とし、紫外線非照射領域をコア層とし、
中間クラッド層及びコア層上に下部クラッド層と同じ高分子有機化合物からなる上部クラッド層を形成することを特徴とする平面型高分子光導波路の作製方法。
【請求項６】
並列して延在するコア層を形成する請求項５に記載の平面型高分子光導波路の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、平面型高分子光導波路及びその作製方法に関し、更に詳細には、光インタコネクションや光通信に用いられ、作製が容易で、簡易な構成で良好なクラッドモード抑制の効果を有する平面型高分子光導波路及びその作製方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光インタコネクションや光通信の機器では、光素子又は光学部品と光導波路との光結合効率を高めることが重要である。光源からの光をできるだけ光導波路のコア層のみに入射させるように、光源からの光をレンズなどで十分に精度良く絞り、高い光結合効率を示すように光導波路と光源とを配置することが必要である。光源からの光をコア層にのみ入射させるには、高精度の技術が要求されるので、実際には実現困難であり、光がコア層だけでなくクラッド層にも漏れて入射されることがある。
クラッド層に漏れて入射された光は、クラッドモードとして光導波路中を伝搬し、不要光として出射端から取り出される。この不要光は所望の信号を得る上でのノイズとなるため、クラッドモードを抑制する光導波路が必要とされている。
【０００３】
特に、複数本の光導波路が並列して配置される並列光導波路などでは、入射させるビームの数が多いため、レンズなどの多くの光学部品が必要となり、アライメントが容易ではない。このため、部品点数を増加させない簡易な構成でクラッドモードを抑制することにより、コストアップを招かないようにする必要がある。
【０００４】
このような要求に応ずるべく、特開平４−６７１０３号公報は、添加剤が含有されたクラッド層を採用し、クラッドモードを吸収又は散乱させることにより、クラッドモードを抑制する光導波路を開示している。
ここで、図４を参照して、前掲公報に開示されている光導波路の構成及びその作製方法を説明する。図４は、前掲公報に開示されている光導波路の構成を示す断面図である。
前掲公報によれば、光導波路３０を作製する際に、まず、添加剤３４をクラッド３１の材料に分散させ、溝形状を有するようにクラッド３１を形成する。
次いで、この溝形状の部分にコアの材料を充填させてコア３２を形成する。
続いて、コア３２が充填されたクラッド３１上を、添加剤３４を分散させたクラッド被覆材３３で覆うことにより、図４に示す光導波路３０を得る。
同公報では、このような作製方法により、クラッドモードを排除し得る光導波路を、簡単に提供できるものとしている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平４−６７１０３号公報（第２−３頁）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特開平４−６７１０３号公報によれば、光導波路を形成するに当たり、事前にクラッド３１及びクラッド被覆材３３の材料に添加剤を分散させる必要がある。
しかし、このような添加剤３４の分散は、同公報中にも指摘されているように、添加剤３４を液状のクラッド材料中で一様に分散させるには問題があった。また、添加剤３４がクラッド材料中で均等に混ざらないと、クラッドモード抑制の効果が乏しく、良好な光導波路が得られない場合があるという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、簡易な構成で良好なクラッドモード抑制の効果を有する平面型高分子光導波路及びその作製方法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】
本発明者は、上記問題を解決するために、以下のように考えた。光導波路の各層の複素屈折率はｎ＋ｋｉで表される。ここで、複素屈折率の実数部分ｎは、いわゆる屈折率である。虚数部分ｋは、吸収係数と比例関係にあり、光の吸収を意味し、光の伝搬による減衰を表す。
即ち、本発明者は、クラッド層の成膜材料として、複素屈折率の実数部分ｎだけでなく、吸収に関与する虚数部分ｋをも考慮し、コア層より屈折率が小さいだけでなく、吸収係数が大きい高分子有機化合物を採用することにより、クラッドモードを減衰させ、抑制することを着想し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
そこで、上記目的を達成するために、上述の知見に基づいて、本発明に係る平面型高分子光導波路（以下、第１発明と言う）は、それぞれ、高分子有機化合物からなる、コア層、及びコア層を包む、又は挟むクラッド層を備えた平面型高分子光導波路において、クラッド層が、導波させる光の波長に対して、コア層を構成する高分子有機化合物の吸収係数より大きい吸収係数を有する別の高分子有機化合物からなることを特徴としている。
【００１０】
第１発明では、クラッド層が、導波させる光の波長に対して、コア層を構成する高分子有機化合物の吸収係数より大きい吸収係数を有する別の高分子有機化合物からなることにより、クラッド層を伝搬する光、即ちクラッドモードを減衰させ、抑制することができる。つまり、従来と同様の構造で、高分子有機化合物の選択によりクラッドモードを減衰させることが可能である。これにより、光導波路の出射端から取り出される信号に混在するノイズを減少させることができる。これらの平面型高分子光導波路を構成する材料として、例えば、フッ素化ポリイミド（ＮＴＴアドバンステクノロジ株式会社製、日立化成工業株式会社製）、グラシア（ポリシラン）（日本ペイント株式会社製）、オキセタン樹脂（ソニーケミカル株式会社製）などを挙げることができる。第１発明では、クラッド層が、紫外線照射により硬化する特性を有する高分子有機化合物で成膜されるようにしてもよい。
【００１１】
第１発明では、例えば、波長が８５０ｎｍ付近の導波光に対し、コア層にグラシアを、クラッド層にフッ素化ポリイミドを採用することができる。フッ素化ポリイミドは、波長が８５０ｎｍ付近の導波光に対して、グラシアより小さな屈折率を有し、かつ大きな吸収係数を有するため、第１発明の平面型高分子光導波路に好適に適用できる。
【００１２】
本発明に係る別の平面型高分子光導波路（以下、第２の発明と言う）は、それぞれ、高分子有機化合物からなる、下部クラッド層、中間クラッド層、中間クラッド層内に帯状に形成されているコア層、及び上部クラッド層を備えた平面型高分子光導波路において、
中間クラッド層が、コア層と同じ高分子有機化合物を、紫外線照射によりコア層の屈折率より小さな屈折率を有するように変性された高分子有機化合物で成膜され、
下部及び上部クラッド層が、導波させる光の波長に対して、コア層を構成する高分子有機化合物の吸収係数より大きい吸収係数を有する高分子有機化合物からなることを特徴としている。
【００１３】
第２発明では、下部及び上部クラッド層が、導波させる光の波長に対して、コア層を構成する高分子有機化合物の吸収係数より大きい吸収係数を有する高分子有機化合物であることにより、下部及び上部クラッド層を伝搬するクラッドモードを減衰させ、抑制することができる。また、中間クラッド層がコア層の屈折率より小さな屈折率を有するため、良好な横方向の光閉じ込め効果を得ることができる。第２発明では、横方向に反射して伝搬するクラッドモードに対して、中間クラッド層の吸収係数はコア層の吸収係数に等しく、小さいものの、上記構成により光導波路の出射端から取り出される信号に混在するノイズを十分に減少させることができる。
【００１４】
本発明の第２発明の好適な実施態様では、コア層が並列して延在することにより、光導波路の高密度化を実現できる。
【００１５】
本発明に係る平面型高分子光導波路の作製方法は、基板上に下部クラッド層を形成し、
下部クラッド層上に、特定の波長の光に対して、下部クラッド層を構成する高分子有機化合物の吸収係数より大きい吸収係数を有する高分子有機化合物でコア形成層を形成し、
コア形成層上に帯状のパターンを有するフォトマスクを載せ、紫外線照射を行い、紫外線照射領域の屈折率を下げて中間クラッド層とし、紫外線非照射領域をコア層とし、
中間クラッド層及びコア層上に下部クラッド層と同じ高分子有機化合物からなる上部クラッド層を形成することを特徴としている。
【００１６】
本発明方法では、帯状のパターンを有するフォトマスクを用い、紫外線照射によりコア層及び中間クラッド層を形成するため、光導波路を容易に作製することができる。また、第２の発明と同様の効果を得ることができる。
【００１７】
第２発明及び本発明方法では、例えば、波長が８５０ｎｍ付近の導波光に対し、コア形成層にグラシアを、下部及び上部のクラッド層にフッ素化ポリイミドを採用することができる。フッ素化ポリイミドは、波長が８５０ｎｍ付近の導波光に対して、グラシアより小さな屈折率を有し、かつ大きな吸収係数を有する。また、グラシアは、波長が８５０ｎｍ付近の導波光に対し、紫外線照射により屈折率が低下するため、第２発明及び本発明方法に好適に適用することができる。
【００１８】
本発明方法では、並列して延在するコア層を形成することができる。これにより、光ファイバの高密度化を実現ができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に、添付図面を参照して、実施形態例に基づいて本発明をより詳細に説明する。
実施形態例１
本実施形態例は、本発明に係る平面型高分子光導波路の実施形態の一例である。図１は、本実施形態例に係る平面型高分子光導波路の構成を示す側面断面図である。
本実施形態例の平面型高分子光導波路１０は、導波光の波長が８５０ｎｍ付近に設定された光導波路であって、図１に示すように、それぞれ、高分子有機化合物からなる、膜厚２０μｍの平板状のコア層１１、及びコア層１１を上下から挟む平板状のクラッド層１２を備えた平面型高分子光導波路である。
【００２０】
本実施形態例では、コア層１１はグラシアからなり、クラッド層１２はフッ素化ポリイミドからなる。コア層１１のグラシアの屈折率は１．５８であり、クラッド層１２のフッ素化ポリイミドの屈折率は１．５２である。コア層１１のグラシアの屈折率は、クラッド層１２のフッ素化ポリイミドの屈折率より３．８％程度大きく、コア層１１への入射光は、コア層１１の境界面を全反射して進行する。
また、波長が８５０ｎｍ付近の光に対して、グラシアの伝搬損失は０．１ｄＢ／ｃｍであり、フッ素化ポリイミドの伝搬損失は２．５ｄＢ／ｃｍである。この伝搬損失は、吸収係数に比例する。よって、グラシアの吸収係数は、フッ素化ポリイミドの吸収係数より小さい。
【００２１】
本実施形態例では、クラッド層１２の吸収係数が大きいため、クラッド層１２に入射されたクラッドモードを減衰させ、抑制することができる。
本実施形態例の平面型高分子光導波路１０を適用することにより、光学系のアライメント精度が粗く、光源と光導波路の光結合性が低いときでも、クラッド層１２に漏れて入射されたクラッドモードは減衰し、ノイズを減らすことができる。
尚、このようなクラッドモード抑制の効果は、マルチモード及びシングルモードに限らず得ることができる。
【００２２】
本実施形態例の平面型高分子光導波路１０の作製方法は、まず、ポリイミド、ガラス、石英、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、又はＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）などからなる基板（図示なし）上に、フッ素化ポリイミドを塗布してフッ素化ポリイミド膜を成膜する。次いで、フッ素化ポリイミド膜を紫外線照射及びポストベークにより硬化させ、下部クラッド層１２ａとする。
【００２３】
続いて、下部クラッド層１２ａ上にグラシアを塗布してグラシア膜を成膜する。続いて、ベークにより硬化させ、コア層１１とする。
【００２４】
続いて、コア層１１上に、フッ素化ポリイミドを塗布してフッ素化ポリイミド膜を成膜し、フッ素化ポリイミド膜を紫外線照射及びポストベークにより硬化させ、上部クラッド層１２ｂとする。続いて、基板を除去する等の工程を経ることにより、本実施形態例の平面型高分子光導波路１０を完成することができる。なお、基板は、除去せずに取り付けたままにしてもよい。
【００２５】
本実施形態例の光導波路の作製方法によれば、本発明に特定した高分子有機化合物の選択によって、従来と同様の作製方法を用いて容易に本実施形態例の光導波路を作製することが可能である。尚、所定形状のマスクパターンを有するフォトマスクを用い、コア層１１の所定領域のみに紫外線を照射し、屈折率を低下させ、Ｙ分岐やＳ字カーブなどの複雑な形状の光導波路の作製も可能である。
【００２６】
図５に示すように、光導波路１０が出射端１４付近でＳ字状にカーブしているときには、従来、光導波路１０から漏れ出した光１３の一部は、クラッド層１２中を伝搬し、出射端１４から取り出され、ノイズとなっていた。しかし、本実施形態例の平面型高分子光導波路１０を適用することにより、クラッド層１２を伝わるノイズ光１３を減衰させ、ノイズを減らすことができる。
【００２７】
実施形態例２
本実施形態例は、本発明に係る平面型高分子光導波路の実施形態の一例である。図２は、本実施形態例に係る平面型高分子光導波路の構成を示す斜視図である。
本実施形態例の平面型高分子光導波路２０は、導波光の波長が８５０ｎｍ付近に設定され、複数のコア層が面内に並列に配置された平面型並列光導波路であって、図２に示すように、それぞれ、高分子有機化合物からなる、下部クラッド層２１、膜厚２０μｍの中間クラッド層２３、中間クラッド層２３内に帯状に形成されている複数のコア層２２、及び上部クラッド層２４を備えた平面型高分子光導波路である。
【００２８】
本実施形態例では、コア層２２及び中間クラッド層２３はグラシアからなり、下部クラッド層２１及び上部クラッド層２４はフッ素化ポリイミドからなる。コア層２２の屈折率は、下部クラッド層２１及び上部クラッド層２４の屈折率より３．８％大きい。中間クラッド層２３の屈折率は、紫外線照射によりコア層２２よりも１．０％小さい。このため、コア層２２への入射光は、コア層２２の境界面を全反射して進行する。
また、波長が８５０ｎｍ付近の光に対して、グラシアの伝搬損失は０．１ｄＢ／ｃｍであり、フッ素化ポリイミドの伝搬損失は２．５ｄＢ／ｃｍである。この伝搬損失は、吸収係数に比例する。よって、グラシアの吸収係数は、フッ素化ポリイミドの吸収係数より小さい。
【００２９】
本実施形態例では、下部クラッド層２１及び上部クラッド層２４が大きな吸収係数を有するため、下部クラッド層２１及び上部クラッド層２４に入射した光は減衰する。このため、縦方向に空気、導波路を反射して伝搬するクラッドモードを抑制させることができる。本実施形態例では横方向に反射して伝搬するクラッドモードに対して、中間クラッド層２３の吸収係数は小さいものの、このような構成により十分ノイズを減少させることができる。
【００３０】
本実施形態例の平面型高分子光導波路２０の作製方法は、まず、図３（ａ）に示すように、ポリイミド、ガラス、石英、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、又はＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）などからなる基板２５上に、フッ素化ポリイミドを塗布してフッ素化ポリイミド膜を成膜する。次いで、フッ素化ポリイミド膜を紫外線照射及びポストベークにより硬化させ、下部クラッド層２１とする。
【００３１】
続いて、下部クラッド層２１上に、グラシアを塗布してグラシア膜を成膜し、コア形成層２２ａとする。
続いて、図３（ｂ）に示すように、コア形成層２２ａ上に、紫外線に対して透明な領域２６ａと不透明な領域２６ｂからなる帯状のパターンを有するフォトマスク２６を載せ、照度２５０Ｗ、照射量３０分の紫外線照射を行う。紫外線照射により、図３（ｃ）に示すように、紫外線が照射された領域２６ａの下部のコア形成層２２ａは、屈折率が下がって中間クラッド層２３となり、紫外線が照射されなかった領域２６ｂの下部のコア形成層２２ａはコア層２２となる。続いて、ポストベークを行う。
【００３２】
続いて、図３（ｄ）に示すように、フォトマスク２６を除去し、コア層２２及び中間クラッド層２３上に、フッ素化ポリイミドを塗布してフッ素化ポリイミド膜を成膜する。続いて、フッ素化ポリイミド膜を紫外線照射及びポストベークにより硬化させ、上部クラッド層２４とする。続いて、基板２５を除去する等の工程を経ることにより、本実施形態例の平面型高分子光導波路２０を完成することができる。なお、基板２５は除去せずに取り付けたままにしてもよい。
【００３３】
本実施形態例に係る平面型高分子光導波路の作製方法では、下部クラッド層２１及び上部クラッド層２４に、波長が８５０ｎｍ付近の光に対してグラシアより小さな屈折率を有し、かつ大きな吸収係数を有するフッ素化ポリイミドを採用する。また、コア形成層２２ａにグラシアを採用し、コア形成層２２ａに対してフォトマスク２６を用いた紫外線照射を行い屈折率を下げ、コア層２２及び中間クラッド層２３を形成することにより、本実施形態例に係る平面型高分子光導波路を容易に作製することができる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の平面型高分子光導波路によれば、クラッド層にコア層よりも吸収係数が大きい高分子有機化合物を採用したことにより、クラッドモードを減衰させ、抑制することができる。このため、光源と光導波路とのアライメント精度が多少粗くても、ノイズを減らすことができる。また、簡易な構成によりクラッドモードの抑制を可能とし、低コストな光インタコネクション機器や光通信機器を実現することができる。
本発明の平面型高分子光導波路の作製方法によれば、本発明に特定した高分子有機化合物を選択することにより、従来と同様の作製方法を用いて容易に本発明の光導波路を作製することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態例１に係る平面型高分子光導波路の構成を示す側面断面図である。
【図２】実施形態例２に係る平面型高分子光導波路の構成を示す斜視図である。
【図３】（ａ）から（ｄ）は、実施形態例２に係る平面型高分子光導波路の作製方法をそれぞれ示す断面図である。
【図４】特開平４−６７１０３号公報に記載の光導波路の構成を示す断面図である。
【図５】実施形態例１に係る平面型高分子光導波路の光出射端付近を示す断面図である。
【符号の説明】
１０・・・・・実施形態例１の平面型高分子光導波路、１１・・・・・・コア層、１２・・・・・・クラッド層、１２ａ・・・・・・下部クラッド層、１２ｂ・・・・・・上部クラッド層、１３・・・・・・コア層１２から漏れ出した（ノイズ）光、１４・・・・・・出射端、２０・・・・・・実施形態例２の平面型高分子光導波路、２１・・・・・・下部クラッド層、２２・・・・・・コア層、２２ａ・・・・・・コア形成層、２３・・・・・・中間クラッド層、２４・・・・・・上部クラッド層、２５・・・・・・基板、２６・・・・・・フォトマスク、２６ａ・・・・・・紫外線に対して透明な領域、２６ｂ・・・・・・紫外線に対して不透明な領域、３０・・・・・・特開平４−６７１０３号公報に記載の光導波路、３１・・・・・・クラッド、３２・・・・・・コア、３３・・・・・・クラッド被覆部、３４・・・・・・添加剤。
【図１】
2004170830.tif 000003
【図２】
2004170830.tif 000004
【図３】
2004170830.tif 000005
【図４】
2004170830.tif 000006
【図５】
2004170830.tif 000007