(57)【要約】【課題】多数かつ任意の点を結ぶコアを作製するのに適した構造を提供する。【解決手段】複数のコアがクラッドで狭持された光導波路であって、第１のコアに含まれる２の直線導波路の延伸方向と、他のコアに含まれる直線導波路の延伸方向を略一致させる。また、直線導波路の交差部にそれらを接続する面内ミラーが設けられ、かつ、導波路端に外部素子と接続する斜めミラーが設ける。これにより、方向転換に必要な面積を小さくできる。直線導波路群の方向を２種類に限定することで、面内ミラーおよび斜めミラーの向きを各４種類に限定でき、加工が容易になる。面内ミラーや斜めミラーの幅を大きくすることにより、損失を低減できるという効果を奏する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のコアがクラッドで狭持された光導波路であって、第１のコアは少なくとも２方向に延長され、かつ、交差部に設けられた面内ミラーで接続される複数の直線導波路を含み、他のコアは前記第１のコアに含まれる直線導波路の少なくとも１の延長方向と略一致する直線導波路を含むことを特徴とする光導波路。
【請求項２】
上記面内ミラーのコアを入射側直線導波路に直交する面に投影した幅が、入射側直線導波路のコアの幅よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の光導波路。
【請求項３】
上記面内ミラーのコアを入射側直線導波路に直交する面に投影した幅が、入射側直線導波路のコアの幅よりも大きく、面内ミラーのコアを出射側直線導波路に直交する面に投影した幅が、出射側直線導波路のコアの幅以下であることを特徴とする請求項１〜２の何れかに記載の光導波路。
【請求項４】
上記直線導波路の端部に外部素子と接続する斜めミラーが設けられていることを特徴とする請求項１記載の光導波路。
【請求項５】
上記斜めミラーのコアの幅が、直線導波路のコアの幅よりも大きいことを特徴とする請求項４に記載の光導波路。
【請求項６】
上記斜めミラーのうち、光出射ミラーのコアの幅が、直線導波路のコアの幅よりも大きいことを特徴とする請求項４〜５の何れかに記載の光導波路。
【請求項７】
複数の直線導波路のパターンと、直線導波路を接続する面内ミラーのパターンを有するフォトマスクを用い、コアのパターンを形成することを特徴とする光導波路の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光インターコネクション等に使用する光導波路及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光通信技術の進展によって、光の優位性が実証されてきた。また、ＬＳＩ等の信号の高速化に伴い、電気信号を光信号に置き換える技術の研究開発が進められている。その伝送媒体として、光導波路が期待されている。
【０００３】
近年開発が進められている高分子光導波路は、大面積に形成することが可能であり、１ｃｍ〜１ｍのオーダーの光インターコネクションへの適用が図られている。即ち、信号伝達方式として電気配線の代わりに光配線を用いることが試みられており、光配線として光導波路が用いられている。
【０００４】
従来の光導波路では、直線導波路、曲線導波路、導波路端の斜めミラーが用いられてきた（例えば非特許文献１参照）。基本的には直線導波路が用いられ、光配線の位置や向きを変える目的で曲線導波路が、面状光素子または受光素子（併せて外部素子という）との接続のために斜めミラーが用いられている。
【０００５】
しかし、コア（光配線）の数が増え、回路が複雑になると、多くの光配線を任意の位置に設けることが必要になるが、そのためには、直線導波路と曲線導波路の組み合わせでは限界がある。なぜなら、曲線導波路の曲率半径が小さいほど損失が大きくなるので、曲率半径はあまり小さくできない。そして、一定の曲率半径以上で方向を変えるには大面積が必要になり、実装密度を上げられないからである。
【０００６】
【非特許文献１】
電子情報通信学会誌Ｖｏｌ．８４  Ｎｏ．９  ｐｐ．６５６−６６２  ２００１年９月（ｐ．６６１、図８）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、係る従来技術の状況に鑑みてなされたもので、多数かつ任意の点を結ぶコアを作製するのに適した構造を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を達成するために、まず請求項１の発明は、複数のコアがクラッドで狭持された光導波路であって、第１のコアは少なくとも２方向に延長され、かつ、交差部に設けられた面内ミラーで接続される複数の直線導波路を含み、他のコアは前記第１のコアに含まれる直線導波路の少なくとも１の延長方向と略一致する直線導波路を含むことを特徴とする光導波路である。
請求項２の発明は、上記面内ミラーのコアを入射側直線導波路に直交する面に投影した幅が、入射側直線導波路のコアの幅よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の光導波路である。
請求項３の発明は、上記面内ミラーのコアを入射側直線導波路に直交する面に投影した幅が、入射側直線導波路のコアの幅よりも大きく、面内ミラーのコアを出射側直線導波路に直交する面に投影した幅が、出射側直線導波路のコアの幅以下であることを特徴とする請求項１〜２の何れかに記載の光導波路である。
請求項４の発明は、上記直線導波路の端部に外部素子と接続する斜めミラーが設けられていることを特徴とする請求項１記載の光導波路である。
請求項５の発明は、上記斜めミラーのコアの幅が、直線導波路のコアの幅よりも大きいことを特徴とする請求項４に記載の光導波路である。
請求項６の発明は、上記斜めミラーのうち、光出射ミラーのコアの幅が、直線導波路のコアの幅よりも大きいことを特徴とする請求項４〜５の何れかに記載の光導波路である。
請求項７の発明は、複数の直線導波路のパターンと、直線導波路を接続する面内ミラーのパターンを有するフォトマスクを用い、コアのパターンを形成することを特徴とする光導波路の製造方法である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、以下詳細に説明する。
本発明の一つは、図１のように、第１のコアＡに含まれる少なくとも２の直線導波路７の延長方向と、他のコアＢに含まれる直線導波路の延長方向の少なくとも１が略一致することである。ここで、延長方向が略一致するとは、方向の差異が１０°以内に収まることをいう。また、第１のコアの２の直線導波路の交差部にはそれらを接続する面内ミラー５が設けられ、好ましくは、導波路端に外部素子と接続する斜めミラー５が設けられる。
【００１０】
このような構造には、以下のメリットがある。第１に、面内ミラー５を用いることで、方向転換に必要な面積を小さくできる。第２に、直線導波路７の方向を例えば２種類に限定することで、面内ミラー５の向きを４種類に、変換角を２種類に限定できる。直線導波路７の延長方向をＸ方向とＹ方向とすれば（図２）、面内ミラー５は＋Ｘ⇔＋Ｙ、＋Ｘ⇔−Ｙ、−Ｘ⇔＋Ｙ、−Ｘ⇔−Ｙの４種類である。変換角は、＋Ｘ⇔＋Ｙと−Ｘ⇔−Ｙ、＋Ｘ⇔−Ｙと−Ｘ⇔＋Ｙで等しいので２種類になる。また、斜めミラー４も＋Ｘ、−Ｘ、＋Ｙ、−Ｙの４種類に限定できる。
【００１１】
Ｘ方向とＹ方向は必ずしも直交していなくてよいが、直交していれば（図３）面内ミラー５の変換角は１種類（９０゜）になる。
【００１２】
このような構造によって、面内ミラー相当面５’や斜めミラー相当面４’の加工が容易になる。例えばミラー相当面をレーザで一括加工する場合、面内ミラー相当面５’について４回、斜めミラー相当面４’について４回の計８回の加工で完了する。（面内ミラー相当面５’を他の方法で加工する場合、レーザ加工は４回で済む。）ミラー相当面をレーザで１か所ずつポイント加工する場合でも、試料のセッティングが８回（面内ミラー相当面５’を他の方法で加工する場合、セッティングは４回）で済む。パターンによってはそれ以下で済むことは言うまでもない。例えば図１では、面内ミラー４種類、斜めミラー３種類であるから、その原型を作製するためのレーザ加工あるいはセッティングは７回（面内ミラー相当面５’を他の方法で加工する場合、レーザ加工あるいはセッティングは３回）となる。
【００１３】
一方、図１１のような従来パターンでは、曲線導波路４０を用いるので面積が大きくなり、斜めミラー４の向きもバラバラなのでレーザ加工回数あるいはセッティング回数が多くなってしまう。
【００１４】
本発明の２点めは、面内ミラー５のコア幅に関するものである。第１クラッド２上にコア１を形成し、コア１の導波路端の斜めミラー４となる部分と、直線導波路の交差の面内ミラー５となる部分に反射膜６を形成後、第２クラッド３で覆うという導波路作製法の場合（図８）、ミラー形状が重要である。この時、図４のように、面内ミラー５のコアを入射側直線導波路７ｉに直交する面に投影した幅ｂを、入射側直線導波路７ｉのコアの幅ａよりも大きくしておくと、面内ミラー５での損失を低減できる。さらに、図５のように、出射側直線導波路７ｏのコアの幅ｄを、面内ミラー５のコアを出射側直線導波路７ｏに直交する面に投影した幅ｃ以上に大きくしてもよい。
【００１５】
その原理を説明する。導波路では、光の大部分はコア内に入っているが、一部はクラッドにしみ出して導波している。面内ミラー５のコアを入射側直線導波路７ｉに直交する面に投影した幅ｂが、入射側直線導波路７ｉのコア幅ａと等しい場合、クラッドにしみ出した分は光路変換されず、損失もしくはクロストークになってしまう。本発明のように、面内ミラー５のコアを入射側直線導波路７ｉに直交する面に投影した幅ｂが、入射側直線導波路７ｉのコアの幅ａよりも大きい形状にしておくと、クラッドにしみ出して導波していた分も一時的にコアに入り、面内ミラー５で光路変換されるので損失が小さい。
【００１６】
また、別の作用もある。コアのパターンをフォトリソグラフィー法に基づいて作製する場合、フォトマスク３２の面内ミラーのパターン５”を入射側直線導波路に投影した幅ｂ”が入射側直線導波路７ｉ”の幅ａ”と等しいような設計であっても（図９（ａ））、原型３０では、導波路折れ部に位置する面内ミラー相当面５’の投影幅ｂ’は直線導波路幅ａ’よりも小さくなる傾向がある（図９（ｂ））。そのため、コア１の面内ミラー面５の投影幅ｂも、直線導波路幅ａより小さくなる（図９（ｃ））。この現象は、露光ボケや、折れ部で現像が進みやすいことによる。フォトマスク３２のコアのパターンを、面内ミラー５”のコアを入射側直線導波路７ｉ”に直交する面に投影した幅ｂ”が、入射側直線導波路７ｉ”のコアの幅ａ”よりも大きい形状にしておけば（図４、５）、この効果をうち消すことができる。なお、フォトリソグラフィー法によるコアのパターンの形成には、複数の直線導波路のパターンと、直線導波路を接続する面内ミラーのパターンを有するフォトマスクを用いることが好ましい。
【００１７】
本発明の３点めは、斜めミラー４のコア幅に関するものである。第１クラッド２上にコア１を形成し、コア１のミラー部分４、５に反射膜６を形成後、第２クラッド３で覆うという導波路作製法の場合（図８）、コア１のミラー形状が重要である。この時、図６のように、斜めミラー４のコアの幅ｆを、直線導波路７のコアの幅ｅよりも大きくしておくと、斜めミラー４での損失を低減できる。これは、図７のように、出射側ミラー４ｏのみに行うだけでもよい。
【００１８】
その原理を説明する。導波路では、光の大部分はコア内に入っているが、一部はクラッドにしみ出して導波している。斜めミラー４のコアの幅ｆが、直線導波路７のコア幅ｅと等しい場合、クラッドにしみ出した分は光路変換されず、損失もしくはクロストークになってしまう。本発明のように、斜めミラー４のコアの幅ｆが、直線導波路７のコアの幅ｅよりも大きい形状にしておくと、クラッドにしみ出して導波していた分も一時的にコアに入り、斜めミラー４で光路変換されるので損失が小さい。
【００１９】
また、別の作用もある。コアのパターンをフォトリソに基づいて作製する場合、フォトマスク３２の斜めミラーのパターン４”の幅ｆ”が直線導波路７”の幅ｅ”と等しいような設計であっても（図１０（ａ））、原型３０では、導波路端に位置する斜めミラー相当面４’の投影幅ｆ’は直線導波路幅ｅ’よりも小さくなる傾向がある（図１０（ｂ）〜（ｃ））。そのため、コア１の斜めミラー４の投影幅ｆも、直線導波路幅ｅより小さくなる（図１０（ｄ））。この現象は、露光ボケや、端部で現像が進みやすいことによる。フォトマスクのコアのパターンを、斜めミラー４”のコアの幅ｆ”が、直線導波路７”のコアの幅ｅ”よりも大きい形状にしておけば（図６、７）、この効果を打ち消すことができる。
【００２０】
【実施例】
＜実施例１＞
［プロセス］
本発明の実施例について、図８を用いて説明する。なお、図８は、図１のような光導波路の１のコアを示すものである。まず、基板３１（ガラス）上に４０μｍ厚のドライフィルムレジストを貼り合わせ、複数の直線導波路のパターン（延長方向は直交する）と、直線導波路を接続する面内ミラーのパターンを有する（すべてのコアのパターンを有する）フォトマスクを用いて露光・現像することにより、感光性樹脂パターン３３として直線導波路相当７’および面内ミラー相当面５’を有する凸パターンを形成した（図８（ａ））。
【００２１】
次に、レーザ光を斜め照射することにより、斜めミラー相当面４’を作製し、原型３０とした（図８（ｂ））。
【００２２】
そして、原型３０に液状のシリコーン樹脂３４を重ねて硬化させ、剥離することにより凹型１０を作製した（図８（ｃ））。
【００２３】
次に、基板２０（ガラス）を用意し、クラッド２として３０μｍ厚のエポキシ樹脂層を形成した上に、上記シリコーン凹型１０を用いてエポキシ樹脂のコア１を形成した（図８（ｄ））。
【００２４】
そして、ミラー４，５に反射膜６としてアルミニウムをマスク蒸着した（図８（ｅ））。さらに第２クラッド３としてエポキシ樹脂層を形成し（図８（ｆ））、基板から剥離することによって導波路７が完成した。
【００２５】
＜実施例２＞
［導波路１］
実施例１のプロセスによって、図１の導波路を作製した。原型を作製する際、面内ミラー相当面５’はフォトリソによって形成し、斜めミラー相当面４’をレーザの斜め照射によって形成した。斜めミラーの向きが３種類のみなので、試料のセッティングは３回で済んだ。完成した導波路の斜めミラー４に近接させたシングルモードファイバから波長０．８５μｍの赤外光を入射し、他端の斜めミラー４から赤外光が出射することを確認した。
【００２６】
＜実施例３＞
［面内ミラー１］
実施例１のプロセスによって、図４の面内ミラー５を作製した。ａが４０μｍ、ｂが５０μｍである。導波路端に近接させたシングルモードファイバから波長０．８５μｍの赤外光を入射し、他端からの光をハードポリマークラッドファイバで受光した。面内ミラー５を有する導波路の損失から、同じ長さの導波路の損失を差し引くことにより、面内ミラー５での損失は１ｄＢ程度と見積もられた。
【００２７】
＜実施例４＞
［面内ミラー２］
実施例１のプロセスによって、図５の面内ミラー５を作製した。ａが４０μｍ、ｂが５０μｍ、ｃが５０μｍ、ｄが５０μｍである。導波路端に近接させたシングルモードファイバから波長０．８５μｍの赤外光を入射し、他端からの光をハードポリマークラッドファイバで受光した。面内ミラー５を有する導波路の損失から、同じ長さの導波路の損失を差し引くことにより、面内ミラー５での損失は１ｄＢ程度と見積もられた。
【００２８】
＜比較例１＞
［面内ミラー３］
実施例１のプロセスによって、図９の面内ミラー５を作製した。ａが４０μｍ、ｂが３５μｍであった。導波路端に近接させたシングルモードファイバから波長０．８５μｍの赤外光を入射し、他端からの光をハードポリマークラッドファイバで受光した。面内ミラー５を有する導波路の損失から、同じ長さの導波路の損失を差し引くことにより、面内ミラー５での損失は２ｄＢ程度と見積もられた。
【００２９】
＜実施例５＞
［斜めミラー１］
実施例１のプロセスによって、図６の斜めミラー４を作製した。ａが４０μｍ、ｂが５０μｍである。導波路端に近接させたシングルモードファイバから波長０．８５μｍの赤外光を入射し、他端の斜めミラー４からの光をハードポリマークラッドファイバで受光した。斜めミラー４を出射側として測定した損失から、同じ長さの導波路の損失を差し引くことにより、斜めミラー４での損失は１ｄＢ程度と見積もられた。
【００３０】
＜比較例２＞
［斜めミラー２］
実施例１のプロセスによって、図１０の斜めミラー４を作製した。ａが４０μｍ、ｂが３５μｍであった。導波路端に近接させたシングルモードファイバから波長０．８５μｍの赤外光を入射し、他端の斜めミラー４からの光をハードポリマークラッドファイバで受光した。斜めミラー４を出射側として測定した損失から、同じ長さの導波路の損失を差し引くことにより、面内ミラー４での損失は２ｄＢ程度と見積もられた。
【００３１】
＜実施例６＞
［斜めミラー２］
実施例１のプロセスによって、図７の斜めミラー４を作製した。ａが４０μｍ、ｂが５０μｍである。斜めミラー４に近接させたシングルモードファイバから波長０．８５μｍの赤外光を入射し、他端の斜めミラー４からの光をハードポリマークラッドファイバで受光した。設計方向に光を通した場合の損失に比較して、逆方向の場合の損失は１ｄＢ程度大きくなった。
【００３２】
【発明の効果】
以上の説明から理解できるように、本発明には、以下の効果がある。
第１に、面内ミラーを用いることで、方向転換に必要な面積を小さくできる。第２に、直線導波路群の方向を数種類に限定することで、面内ミラーおよび斜めミラーの向きを限定（方向を２とした場合、４つ）でき、加工が容易になる。第３に、面内ミラーや斜めミラーの幅を大きくすることにより、損失を低減できる。
【００３３】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光導波路の一例を示す斜視図。
【図２】本発明の面内ミラーおよび斜めミラーの種類を示す説明図。
【図３】本発明の面内ミラーおよび斜めミラーの種類を示す説明図。
【図４】本発明の面内ミラー形状の一例を示す斜視図。
【図５】本発明の面内ミラー形状の他の例を示す斜視図。
【図６】本発明の斜めミラー形状の一例を示す斜視図。
【図７】本発明の斜めミラー形状の他の例を示す斜視図。
【図８】本発明の光導波路の製造方法の一例を示す説明図。
【図９】通常の面内ミラー形状の一例を示す斜視図。
【図１０】通常の斜めミラー形状の一例を示す斜視図。
【図１１】従来の光導波路の一例を示す斜視図。
【符号の説明】
１    …  コア
２    …  第１クラッド
３    …  第２クラッド
４    …  斜めミラー
４ｉ  …  入射側斜めミラー
４ｏ  …  出射側斜めミラー
４’  …  斜めミラー相当面
４ｉ’…  入射側斜めミラー相当面
４ｏ’…  出射側斜めミラー相当面
４”  …  フォトマスクの斜めミラーのパターン
４ｉ”…  フォトマスクの入射側斜めミラーのパターン
４ｏ”…  フォトマスクの出射側斜めミラーのパターン
５    …  面内ミラー面
５’  …  面内ミラー相当面
５”  …  フォトマスクの面内ミラーのパターン
６    …  反射膜
７    …  直線導波路
７ｉ  …  入射側直線導波路
７ｏ  …  出射側直線導波路
７’  …  直線導波路相当部
７ｉ”…  フォトマスクの入射側直線導波路のパターン
７ｏ”…  フォトマスクの出射側直線導波路のパターン
８    …  光路
１０  …  凹型
２０  …  基板
３０  …  凸型
３１  …  基板
３２  …  フォトマスク
３３  …  感光性樹脂パターン
３４  …  シリコーン樹脂
４０  …  曲線導波路
【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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【図１１】
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