(57)【要約】【課題】光導波路の高速伝送性に優れたオキセタン樹脂系高分子光導波路を提供する。【解決手段】本光導波路１０は、シリコン基板１２上に形成された平面型オキセタン樹脂系高分子光導波路であって、オキセタン樹脂からなるクラッド１４内に屈折率がクラッド１４よりも１．６％大きいオキセタン樹脂からなるコア１６を相互に平行に延在させている。コアは、波長８５０ｎｍの光を４０ＭＨｚ以上８ＧＨｚ以下の周波数範囲に変調したとき、周波数特性が４０ＭＨｚ以上８ＧＨｚ以下の周波数範囲で１ｄＢ以下の減衰にて平坦性を有するオキセタン樹脂で形成されている。これにより、小さい伝送損失で〜１０Ｇｂｐｓの高速で光信号を伝送することができるので、チップ間光インタコネクション用光導波路として最適な光導波路になる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
オキセタン樹脂からなるクラッドと、
クラッドを形成するオキセタン樹脂より屈折率が大きいオキセタン樹脂で形成され、クラッド内に延在するコアと
を備え、
コアを形成するオキセタン樹脂は、波長８５０ｎｍ帯の光を４０ＭＨｚ以上８ＧＨｚ以下の周波数範囲の周波数に変調した変調光を導波させたとき、変調光の減衰特性が４０ＭＨｚ以上８ＧＨｚ以下の周波数範囲にわたり１ｄＢ以下の平坦性を示すことを特徴とする光導波路。
【請求項２】
コアを形成するオキセタン樹脂の屈折率の、クラッドを形成するオキセタン樹脂の屈折率に対する比屈折率差が０．２％以上３．０％以下であることを特徴とする請求項１に記載の光導波路。
【請求項３】
光導波路として請求項１に記載の光導波路を有し、光導波路の一方の端部を光信号の送信端部とし、他方の端部を光信号の受信端部とすることを特徴とする光インタコネクション装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光導波路及び光インタコネクション装置に関し、更に詳細には、ＧＨｚオーダーでの信号光の高速伝送に適した光導波路及び光インタコネクション装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
コンピュータの性能向上に伴い、ＣＰＵやメモリなどのチップ間で大量のデータを伝送するために、チップ間でデータを授受する配線の大容量化・高速化が要求されているものの、従来からバスとして用いられている電気配線は、システムの高速化に伴い高周波応答性に限界が生じている。
そこで、大容量のデータを高速で授受するシステムでは、従来の電気配線に代わり、データとして光信号を伝達する高速光配線が注目され、光導波路として高速光配線を備えた次世代光インタコネクション装置が、研究、開発されつつある。
【０００３】
高速光配線を実現するためには、面発光型半導体レーザ素子、フォトダイオード等の光素子と光配線とを集積化したシステムが、１０Ｇｂｐｓ程度の速度で動作することが要求されている。
そして、光集積デバイスを構成する面発光型半導体レーザ素子やフォトダイオードなどの光素子は、１０Ｇｂｐｓを超える速度で動作することが既に確認されているので、高速で動作する光素子を接続して高速で大量のデータを授受する高速光配線、つまりチップ間光インターフェイスを実現するために、低コストの材料で形成できる光導波路の開発が必要になっている。
【０００４】
ところで、従来の石英系光導波路は、光導波損失が小さい光導波路であるものの、光素子との光結合が難しいということ、シングルモードで大容量のデータの伝送には適当でないこと、及び高価であるという問題がある。
そこで、高速光配線として、従来のシングルモード石英系光導波路に代わって、材料コストが低く、面発光型半導体レーザ素子等の光素子との光結合な容易なマルチモード光導波路が求められている。
例えば、光素子との光結合が容易で、安価な光導波路として、高分子有機化合物の一つであるオキセタン樹脂で形成されたマルチモード光導波路が、特開２０００−２３５１２７号公報に開示されている。
【０００５】
また、オキセタン樹脂を用いて光導波路を作製する方法は、特開２０００−３５６７２０号公報に詳述されている。
前掲公報を参照して、オキセタン樹脂を簡単に説明すると、オキセタン樹脂は、オキセタン環を有するオキセタン化合物と、オキシラン環を有するオキシラン化合物と、連鎖反応によりオキセタン化合物の重合を開始させるカチオン重合開始剤とを含み、紫外線等のエネルギービームを照射することにより硬化する樹脂成分であって、例えばソニーケミカル（株）から販売されている。
【０００６】
オキセタン化合物として、例えばジ［１−エチル（３−オキセタニル）］メチルエーテル（室温で液体）、１，４−ビス｛［（３−エチル−３−オキセタニル）メトキシ］メチル｝ベンゼンとジ［４−（１−エチル−３−オキセタニルメトキシメチル）］ベンジルエーテルとの混合物（以下、キシレンジオキセタンともいう。）（室温で液体）、フェノールノボラックオキセタン（室温で固体）、オキセタニルシルセスキオキセタン（室温で液体）等が挙げられる。
【０００７】
オキシラン化合物として、例えばリモネンジオキサイド、多官能脂肪族環状エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂とビスフェノールＦ型エポキシ樹脂との混合物（混合比約１：１）、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、二官能脂肪族環状エポキシ樹脂、多官能脂肪族環状エポキシ樹脂等が挙げられる。
また、カチオン重合開始剤は、例えば４−４′ビス［ジ（βヒドロキシエトキシ）フェニルスルフォニオ］フェニルスルフィド−ビス−ヘキサフルオロアンチモネート（旭電化社製）である。
【０００８】
オキセタン化合物の屈折率（２５℃、ナトリウムＤ線）は、オキセタン化合物の種類によって異なり、例えばジ［１−エチル（３−オキセタニル）］メチルエーテルで１．４５４４、またフェノールノボラックオキセタンで１．５７程度である。
また、オキシラン化合物の屈折率（２５℃、Ｄ線）は、例えばリモネンジオキサイドで１．４６５６、またビスフェノールＡ型エポキシ樹脂で１．５６８３である。
【０００９】
オキセタン樹脂は、オキセタン化合物及びオキシラン化合物の種類並びに配合比を調整することにより、屈折率を調節することができる。
例えば、光導波路のコア部を形成するためには、クラッド部との屈折率の差が安定して得られるように、屈折率が１．５未満のものを１０〜３０重量％含み、屈折率が１．５以上のものを４０〜６０重量％含み、残部がオキシラン化合物であるオキセタン樹脂を使用する。また、クラッド部を形成するためには、屈折率が１．５未満のオキセタン化合物を４０重量％よりも多く含み、残部がオキシラン化合物であって、屈折率が１．５以上のオキセタン化合物を含まないオキセタン樹脂を使用する。
【００１０】
具体的には、例えば、キシレンジオキセタン１０重量部、フェノールノボラックオキセタン２０重量部、二官能脂肪族環状エポキシ樹脂３０重量部、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂とビスフェノールＦ型エポキシ樹脂との混合物２０重量部、およびビスフェノールＡ型エポキシ樹脂２０重量部を混合し、９０℃で２時間加熱して溶解した後、カチオン重合開始剤２重量部を配合し、更に、フィルタリングを行ってダストなどを除去することにより、光導波路コア形成用のオキセタン樹脂を得ることができる。
【００１１】
また、ジ［１−エチル（３−オキセタニル）］メチルエーテル２２重量部、オキセタニルシルセスキオキセタン１３重量部、多官能脂肪族環状エポキシ樹脂３５重量部、および二官能脂肪族環状エポキシ樹脂３０重量部を混合し、９０℃で２時間加熱して溶解した後、カチオン重合開始剤２重量部を配合し、更に、フィルタリングを行ってダストなどを除去することにより、光導波路クラッド形成用のオキセタン樹脂を得ることができる。
【００１２】
【特許文献１】
特開２０００−３５６７２０号公報（図１）
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、今後、コア及びクラッドをオキセタン樹脂で形成した光導波路（以下、オキセタン樹脂系高分子光導波路と言う）を光インタコネクション装置の高速光配線として使用するには、オキセタン樹脂系高分子光導波路が周波数ＧＨｚオーダーの信号光の高速応答に適していることが必要である。
しかし、特開２０００−３５６７２０号公報は、オキセタン樹脂系高分子光導波路が、ステップインディックス型マルチモード光導波路として機能するものの、高速光配線に要求される伝送特性、例えば〜１０Ｇｂｐｓの高速の光信号を減衰することなく伝送できる性能を有するかどうか、また伝送特性が高分子材料の非線形性により、或いはコアとクラッドとの界面のフラフネスなどにより影響されるかどうかについて言及していない。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、高速伝送性に優れたオキセタン樹脂系高分子光導波路を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、大容量の光信号を高速で送受信できるオキセタン樹脂系光導波路を実現するために、種々の実験を繰り返して、特定の性質を有するオキセタン樹脂を使用することにより、所望の高速応答性を実現できるオキセタン樹脂系高分子光導波路を作製できることを実証し、本発明を発明するに到った。
上記目的を達成するために、上述の知見に基づいて、本発明に係る光導波路は、オキセタン樹脂からなるクラッドと、
クラッドを形成するオキセタン樹脂より屈折率が大きいオキセタン樹脂で形成され、クラッド内に延在するコアと
を備え、
コアを形成するオキセタン樹脂は、波長８５０ｎｍ帯の光を４０ＭＨｚ以上８ＧＨｚ以下の周波数範囲の周波数に変調した変調光を導波させたとき、変調光の減衰特性が４０ＭＨｚ以上８ＧＨｚ以下の周波数範囲にわたり１ｄＢ以下の平坦性を示すことを特徴としている。
【００１６】
本発明で、波長８５０ｎｍ帯の光とは、波長８４０ｎｍから８６０ｎｍの光を言う。
オキセタン樹脂は、上述のように、オキセタン環を有するオキセタン化合物と、オキシラン環を有するオキシラン化合物と、連鎖反応によりオキセタン化合物の重合を開始させるカチオン重合開始剤とを含み、紫外線等のエネルギービームを照射することにより硬化した樹脂成分である。
本発明では、コアを形成するオキセタン樹脂として、波長８５０ｎｍ帯の光を４０ＭＨｚ以上８ＧＨｚ以下の周波数範囲の周波数に変調した変調光を導波させたとき、変調光の減衰特性が４０ＭＨｚ以上８ＧＨｚ以下の周波数範囲にわたり１ｄＢ以下の平坦性を示すオキセタン樹脂を使用する。
好適には、コアは、クラッドを構成するオキセタン樹脂よりも屈折率が０．２〜３．０％大きいオキセタン樹脂で構成されている。
【００１７】
本発明では、上述の伝送特性を有するオキセタン樹脂をコアとして使用することにより、〜１０Ｇｂｐｓの信号光を伝送できる光導波路、及びそのような光導波路を光導波路として備え、光導波路の一方の端部を光信号の送信端部とし、他方の端部を光信号の受信端部とする光インタコネクション装置を実現している。
【００１８】
【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。
光導波路の実施形態例
本実施形態例は本発明に係る光導波路の実施形態の一例であって、図１は本実施形態例の光導波路の構成を示す断面図である。
本実施形態例の光導波路１０は、シリコン基板１２上に形成された平面型オキセタン樹脂系高分子光導波路であって、図１に示すように、オキセタン樹脂からなるクラッド１４内に屈折率がクラッド１４よりも１．６％大きいオキセタン樹脂からなる複数本（図１では３本を表示）のコア１６を相互に平行に延在させている。
光導波路１０の長さＬは３ｃｍである。コア１６は、縦Ｈが４０μｍ、横Ｗが６０μｍであって、配列のピッチＰは２５０μｍである。
【００１９】
本実施形態例では、コアとして使用しているオキセタン樹脂はソニーケミカル（株）が販売している商品番号９８Ａ２７Ｘ−７であり、また、クラッドとして使用しているオキセタン樹脂はソニーケミカル（株）が販売している商品番号９８Ａ２６Ｘ−７である。
双方とも、紫外線照射条件は、照度が２０．３ｍＷ／ｃｍ２  、積算光量が１０００ｍＪ／ｃｍ２  である。また、加熱減量条件として、１３５°×１ｈｒ後の重量減少率がコア材及びクラッド材で１％以下、コア材及びクラッド材の粘度が３０８０ｍＰａ・ｓ及び３０５０ｍＰａ・ｓである。
以上のオキセタン樹脂の仕様により、以下に説明するように、波長８５０ｎｍの光を４０ＭＨｚ以上８ＧＨｚ以下の周波数範囲に変調したとき、周波数特性が４０ＭＨｚ以上８ＧＨｚ以下の周波数範囲で１ｄＢ以下の減衰にて平坦性を有するコアを形成することができる。
【００２０】
本実施形態例でコア１６に使用しているオキセタン樹脂の周波数特性を以下のようにして確認した。
ドイツＵＬＭ  ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ製面発光型半導体レーザ装置を光源として使用し、出力２ｍＷで駆動して、本実施形態例の光導波路１０にレーザ光を直接入射させ、光導波路１０からの出力光をコア径１２５μｍのマルチモード光ファイバを介して受光して、周波数特性を測定した。測定では、変調周波数の範囲を４０ＭＨｚから８ＧＨｚとして、小信号特性Ｓ２１を測定し、その測定結果は図２に示す通りであった。尚、使用した面発光型半導体レーザ素子は、発振波長が８５０ｎｍ、しきい値が１．５ｍＡ、ビーム角が１８°の直接変調方式の面発光型半導体レーザ装置である。
【００２１】
測定結果では、図２から判るように、小信号特性Ｓ２１は、４０ＭＨｚから８ＧＨｚにわたる周波数範囲における損失差は−０．６ｄＢであった。
従って、本実施形態例の光導波路１０は、４０ＭＨｚ以上８ＧＨｚ以下の高速信号に対してほぼ同じ伝送特性を示すことができる。
【００２２】
尚、本実施形態例の光導波路１０を作製する際には、既知の方法、例えば特開２０００−３５６７２０号公報に記載されている光導波路の形成方法に従って作製することにより、本実施形態例の光導波路１０を容易に作製することができる。
【００２３】
次いで、本実施形態例の光導波路１０の伝送性能を評価するために、図３に示すアイパターン測定装置２０を使って、本実施形態例の光導波路１０を導波した３Ｇｂｐｓの光信号に対するアイパターンを測定した。
アイパターン測定装置２０は、図３に示すように、電気信号としてパルス信号を発生するパルスパターンジェネレータ（ＰＰＧ）２２と、ＰＰＧ２２で発生したパルス信号でＮＲＺ方式により変調された３Ｇｂｐｓの信号光を被検体である光導波路１０に出力する面発光型半導体レーザ素子２４と、マルチモード光ファイバ２６を介して、光導波路１０を導波した信号光を受光し、信号光のパターンを測定する光オシロスコープ２８とを備えている。
面発光型半導体レーザ素子２４は、バイアスティー３０を介して直流電源（図示せず）から駆動電流を注入され、パルス信号で変調された信号光を２ｍＷの出力で出射する。一方、光オシロスコープ２８には、ＰＰＧ２２からトリガ信号としてパルス信号が直接入力される。尚、光ファイバ２６、及び光オシロスコープ２８の帯域は、３Ｇｂｐｓの速度で伝送される測定信号光を充分に上回るものである。
【００２４】
アイパターンの測定では、ＰＰＧ２２で発生させたＰＲＢＳ（Ｐｓｅｕｄｏ  Ｒａｎｄｏｍ  Ｂｉｎａｒｙ  Ｓｅｑｕｅｎｃｅ  、疑似ランダム信号）Ｎ＝２７  −１のパルス信号で面発光型半導体レーザ素子２４の波長８５０ｎｍのレーザ光を変調し、３Ｇｂｐｓで光信号を出力させた。
先ず、リファレンス測定として、光導波路１０をバイパスした変調光、つまり光源の面発光型半導体レーザ素子２４から出射された変調光のアイパターンを測定した。観測波形は、図４（ａ）に示すようなアイダイアグラムであった。
また、光導波路１０を導波した後の変調光のアイパターンの観測波形は、図４（ｂ）に示すように、図４（ａ）とほぼ同様な、良好なアイパターンを示すアイダイアグラムであって、３Ｇｂｐｓの速度での光信号の伝送に関して良好な特性であった。
なお、図４（ａ）及び（ｂ）に示すアイパターンは、双方とも、オーバーシュートしているが、これは、本実験に使用した面発光型半導体レーザ素子２４の特性や、面発光型半導体レーザ素子２４と光導波路１０との光学的な結合に起因するものであって、図４（ａ）もオーバーシュートを示していることから、明らかに、光導波路１０の伝送特性によるものではない。
【００２５】
また、本実施形態例の光導波路１０の伝搬損失を評価するために、波長８５０ｎｍの光に対する実施形態例１の光導波路１０の伝搬損失をカットバック法により求めたところ、極めて小さく、０．５ｄＢ／ｃｍであった。
【００２６】
従って、本実施形態例のオキセタン樹脂系高分子光導波路１０は、０．５ｄＢ／ｃｍの小さい伝送損失で〜１０Ｇｂｐｓの速度で光信号を伝送することができるので、チップ間光インタコネクション用光導波路として最適な光導波路である。
【００２７】
光インタコネクション装置の実施形態例
本実施形態例は本発明に係る光インタコネクション装置の実施形態の一例であって、図５は本実施形態例の光インタコネクション装置の構成を示す透視斜視図である。
本実施形態例の光インタコネクション装置４０は、実施形態例の光導波路１０を光導波路とする光集積デバイスである。光導波路１０の両端部がそれぞれ４５°傾斜ミラー４２Ａ、Ｂとして形成され、一方の端部の４５°傾斜ミラー４２Ａには光信号の送信端部として面発光型半導体レーザ素子４４が装着され、他方の端部の４５°傾斜ミラー４２Ｂには光信号の受信端部としてフォトダイオード４６が装着されている。
本実施形態例の光インタコネクション装置４０では、高速伝送性に優れた光導波路１０が送信端部と受信端部との間の光導波路として設けられているので、高速光インタコネクション装置として好適である。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、波長８５０ｎｍ帯の光を４０ＭＨｚ以上８ＧＨｚ以下の周波数範囲の周波数に変調した変調光を導波させたとき、変調光の減衰特性が４０ＭＨｚ以上８ＧＨｚ以下の周波数範囲にわたり１ｄＢ以下の平坦性を示すオキセタン樹脂でコアを形成することにより、光信号を〜１０Ｇｂｐｓの高速で、かつ良好な波形で、しかも小さい伝送損失で伝送できる光導波路を実現している。
また、本発明に係る光導波路を光導波路として使用することにより、チップ間光インタコネクションとして最適な高速の光インタコネクション装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態例の光導波路の構成を示す斜視図である。
【図２】本実施形態例の光導波路のコアに使用したオキセタン樹脂の周波数とＳ２１との関係を示すグラフである。
【図３】アイパターン測定装置の構成を示すフローシートである。
【図４】図４（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、実施形態例の光導波路をバイパスした変調光及び実施形態例の光導波路を導波した変調光のアイパターンである。
【図５】光インタコネクション装置の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
１０……光導波路、１２……シリコン基板、１４……クラッド、１６……コア、２０……アイパターン測定装置、２２……ＰＰＧ（パルスパターンジェネレータ）、２４……面発光型半導体レーザ素子、２６……光ファイバ、２８……光オシロスコープ、３０……バイアスティー、４０……本実施形態例の光インタコネクション装置、４２……４５°傾斜ミラー、４４……面発光型半導体レーザ素子、４６……フォトダイオード。
【図１】
2004334118.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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