(57)【要約】【課題】基板に対してコアを軟らかい樹脂材料が形成した場合、端面の研磨時に研磨レートの違いから面ダレが発生し、鏡面加工ができないという課題があった。【解決手段】基板１上に形成されたコアと、基板１のコアが形成されていない面の端面に、コアと平行に段差部４を形成し、コアの端面が、基板１の段差部４を形成しない端面と同一面上に在るように形成し、硬い基板の切り屑の発生量を減らすと同時に、砥石等の切削工具のコア材料への切り込み量を深くすることで、コアの形成面に対して平行方向に引きちぎる力の発生を抑える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成されたコアと、
前記基板の前記コアが形成されていない面の端面に、前記コアと平行に形成された段差部を有し、
前記コアの端面が、前記基板の前記段差部を形成しない端面と同一面上に在ることを特徴とする光導波路。
【請求項２】
前記基板第１部分の膜厚が前記コアを含む層の膜厚の３倍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】
前記基板に形成された前記段差部の段差の幅寸法が１０μｍ以上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４】
前記コアを形成する材料のヤング率が１×１０１０Ｐａ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５】
前記コアを形成する材料がポリシラン系樹脂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６】
請求項１に記載の光導波路を用いた光デバイスであって、前記光導波路の段差方向が光軸に平行な対向方向であって、前記対向方向のコアの端面に光を入出力する入射部と出射部で構成されることを特徴とする光デバイス。
【請求項７】
請求項１に記載の光導波路を用いた光デバイスであって、前記光導波路の段差方向が光軸に垂直な対向方向であって、前記光軸に平行な方向のコアの端面に光を入出力する入射部と出射部で構成されることを特徴とする光デバイス。
【請求項８】
前記基板の前記光導波路の光軸に平行な方向にも段差があることを特徴とする請求項７に記載の光デバイス。
【請求項９】
前記入射部と前記出射部が光ファイバーで構成され、前記光ファイバーを光導波路に光軸合せをする溝を有する台を具備することを特徴とする請求項６〜請求項８に記載の光デバイス。
【請求項１０】
前記コアが膜厚方向に屈折率分布を有することを特徴とする請求項１に記載の光導波路。
【請求項１１】
前記コアの屈折率分布が膜厚方向において中心付近で極大を有し、前記極大部分からの距離にしたがって増加しないことを特徴とする請求項１０に記載の光導波路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コアと基板をクラッドとする光導波路に関し、特に、コア材料がクラッド材料よりも軟らかい場合にコア端面を鏡面にすることができる光導波路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光導波路は、コアとクラッドが同じ材質で構成されている場合は、同条件でコアとクラッドを切断あるいは研磨しても同様の断面状態（例えば、鏡面）が得られるが、クラッドを兼ねるガラス基板上にガラスよりも軟らかい樹脂製コアを形成した場合には、コアの鏡面端面を得ることは困難であった。すなわち、光導波路の端面の鏡面化方法としては、まず、研磨が挙げられるが、硬さの異なる樹脂製コアとガラス基板を並列に研磨すると研磨レートの早い軟らかい樹脂製コアの面ダレが発生し、鏡面は得られない。面ダレを防止する方法として、目の細かい、例えば＃４０００以上の砥石による切断が挙げられるが、エポキシ系のように樹脂の中でも比較的硬い樹脂の場合は、目の細かい砥石で切断すればガラス基板と同時に切断してもある程度の滑らかさは得られるが、ポリシランのように軟らかい場合はガラス基板と同時にコアを切断すると、硬いガラス基板の切り屑が軟らかいコア端面に付着するためコア端面が付着したガラスの切り屑によって荒らされるので、いくら目の細かい砥石を使用しても鏡面を得ることはできない。また、ガラス基板と樹脂コアを個別に切断する場合は、エポキシ系の場合は鏡面を得られるが、ポリシランの場合は、羊羹のように樹脂自体が面に平行な方向に引きちぎられるように切断されるので逆効果である。そこで、樹脂に面に平行な方向に引き裂く力が加わらないようにコア高さ程度のガラス基板を使用して一緒に切断すると、コアを切断する力方向の面に対する角度が大きくなるので、樹脂が引きちぎられることも無く、さらに、ガラスの削りクズの量も激減するので、コアにほぼ鏡面端面が得られる。しかし、ガラス基板がコア高さ程度のように薄い場合は、樹脂硬化時の収縮などでガラス基板が割れる。
【０００３】
従来の光導波路の端面処理方法は、光導波路の上下クラッド層の片側のクラッド層の一部を除去して露出したコアとの段差部分にレンズの役割をする高屈折率樹脂を供給し、前記高屈折率樹脂を介して光ファイバーからの光を側面からコアに結合する（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、基板上にコア材料のＬｉＮｂＯ３の薄膜を形成した後、コア部分以外をエッチングによりコアの側面に段差をつけたチャネル型導波路もある（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
また、クラッドがコアの周囲に形成された光導波路の端をクラッドに段差ができるようにコアとクラッドの端面をエッチングにより形成したものもある（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】特開昭６３−１１０４０７号公報（第２〜３頁、第１図）
【特許文献２】特開平４−１４５４１９号公報
【特許文献３】特開平７−１７６８３２号公報（第１１〜１２頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の従来の方法では、片側のクラッドの一部をコアが露出するまで除去してコアとクラッドの境界に段差を設け、前記段差部分に形成したレンズの役割をする高屈折率樹脂を介してコアの側面からの結合を行うのでコア端面の鏡面化は必要ないが、端面を鏡面化して直線的に結合する方法に比べて結合ロスが大きいという課題を有していた。
【０００７】
また、特許文献２の従来の方法は、コア側面にエッチングにより段差を形成し、入出力端面は研磨で鏡面化するリッジ型チャネル導波路で、コア材質としてＬｉＮｂＯ３結晶を使用しているので研磨で鏡面端面が得られるが、軟らかい樹脂の場合は固い基板との研磨レートの差により面ダレが生じるという課題を有していた。
【０００８】
また、特許文献３の従来の方法は、導波路端面をエッチングにより端面とクラッド部分の段差を形成した構造を有するが、コアとクラッドは同様に半導体材料で構成されるのでエッチレートは大差ないので平坦化が可能であるが、コア材料が軟らかい樹脂でクラッドがガラス基板の場合は、エッチング液が異なるので同時にエッチングすることができないという課題を有していた。
【０００９】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、研磨をせずに目の細かい砥石による切断だけでコアが軟らかい材質であっても端面が鏡面となる光導波路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記従来の課題を解決するために第１の本発明は、基板と、
前記基板上に形成されたコアと、
前記基板の前記コアが形成されていない面の端面に、前記コアと平行に形成された段差部を有し、
前記コアの端面が、前記基板の前記段差部を形成しない端面と同一面上に在ることを特徴とする光導波路である。
【００１１】
また、第２の本発明は、前記基板第１部分の膜厚が前記コアを含む層の膜厚の３倍以下であることを特徴とする第１の本発明に記載の光導波路である。
【００１２】
また、第３の本発明は、前記基板に形成された前記段差部の段差の幅寸法が１０μｍ以上であることを特徴とする第１の本発明に記載の光導波路である。
【００１３】
また、第４の本発明は、前記コアを形成する材料のヤング率が１×１０１０Ｐａ以下であることを特徴とする第１の本発明に記載の光導波路である。
【００１４】
また、第５の本発明は、前記コアを形成する材料がポリシラン系樹脂であることを特徴とする第１の本発明に記載の光導波路である。
【００１５】
また、第６の本発明は、第１の本発明に記載の光導波路を用いた光デバイスであって、前記光導波路の段差方向が光軸に平行な対向方向であって、前記対向方向のコアの端面に光を入出力する入射部と出射部で構成されることを特徴とする光デバイスである。
【００１６】
また、第７の本発明は、第１の本発明に記載の光導波路を用いた光デバイスであって、前記光導波路の段差方向が光軸に垂直な対向方向であって、前記光軸に平行な方向のコアの端面に光を入出力する入射部と出射部で構成されることを特徴とする光デバイスである。
【００１７】
また、第８の本発明は、前記基板の前記光導波路の光軸に平行な方向にも段差があることを特徴とする第７の本発明に記載の光デバイスである。
【００１８】
また、第９の本発明は、前記入射部と前記出射部が光ファイバーで構成され、前記光ファイバーを光導波路に光軸合せをする溝を有する台を具備することを特徴とする第６〜第８の本発明に記載の光デバイスである。
【００１９】
また、第１０の本発明は、前記コアが膜厚方向に屈折率分布を有することを特徴とする第１の本発明に記載の光導波路である。
【００２０】
また、第１１の本発明は、前記コアの屈折率分布が膜厚方向において中心付近で極大を有し、前記極大部分からの距離にしたがって増加しないことを特徴とする第１０の本発明に記載の光導波路である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の光導波路によれば、コア部のヤング率が１×１０１０Ｐａ以下の軟らかい樹脂材料であっても、研磨を必要としない目の細かい砥石による切断だけでコアの端面の鏡面化が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００２３】
（実施の形態１）
図１は、樹脂製ＧＩ型スラブと段差付きガラス基板で構成された光導波路の構成概要図である。図２は、ポリシラン製ＧＩ型シートの作製方法の概要図、図３は、光導波路作製方法の概要図である。
【００２４】
また、図４は、基板のクラッド部分の膜厚とコア切断面の面粗さ（Ｒａ）の関係の概要図である。
【００２５】
図５は、樹脂製ＧＩ型スラブと段差付きガラス基板で構成された光導波路と光ファイバーとＶ溝付き台で、パッシブアラインメントした光デバイスの構成概要図である。
【００２６】
図６は、樹脂製コアを含む層と入出力方向に段差の付いたガラス基板で構成されたチャネル型光導波路の構成概要図である。
【００２７】
図７は、樹脂製ＧＩ型スラブを上下から段差付き基板で挟み込んだ光導波路の構成概要図である。
【００２８】
図１に示すように、ヤング率が１×１０１０Ｐａ以下のポリシラン系樹脂でできたＧｒａｄｅｄ−Ｉｎｄｅｘ（ＧＩ）型スラブ５と、前記ＧＩ型スラブの光軸方向と光軸に垂直な方向（幅方向）の２対の端面に幅が１０μｍ以上の段差４を有し、前記ＧＩ型スラブ１と直接接し、ＧＩ型スラブの端面１０と同一平面上に端面を有する広面積ので厚みが前記ＧＩ型スラブの膜厚の３倍以下であるクラッド部分３と、前記ＧＩ型スラブの端面から５０μｍ以上セットバックした狭面積で厚みのある台部分２で構成された前記ポリシラン（硬化後）よりも硬い、例えばガラスなど、基板で構成されたＧＩ型スラブ導波路であって、前記ＧＩ型スラブ１は、膜厚方向においてほぼ中心で極大部分を有し、前記極大部分からの距離に従ってほぼ放物線状に低下する屈折率分布を有する。
【００２９】
次に、段差付きガラス基板を使用したポリシラン系樹脂製ＧＩ型スラブ導波路の作製方法を図２と図３を用いて説明する。
【００３０】
まず、ＧＩ型スラブ１の元になるポリシラン製ＧＩ型シート１２の作製方法は、図２に示すように、ポリシラン９はＵＶ（紫外線）露光や熱処理によって起こる硬化時の酸化により高屈折率のポリシラン構造７が低屈折率のシロキサン構造８に変化するので、ＵＶ照射している硬化の起こる側から酸化が起こりシロキサン構造が生成されて酸素が消費されるので、ＵＶ光源から離れるのにしたがって酸素濃度が減少する結果、低屈折率のシロキサン構造は酸素濃度に比例するようにＵＶ光源から離れるにしたがって減少する分布となる。このように、酸素濃度に比例するように酸化しないポリシラン構造部分と酸化により発生するシロキサン構造部分が分布するので、ＵＶ照射の仕方で自由に屈折率分布を形成することができる。ただし、ポリシランの膜厚が小さい場合は雰囲気中の酸素を消費することができるが、ポリシランの膜厚が大きい場合やポリシランが基板などで直接空気に触れない場合には、雰囲気中の酸素以外に、予め硬化前のポリシラン内部に酸素あるいは酸化物を拡散させておくとことで、雰囲気の酸素が及ばない内部にまで屈折率分布を形成することができる。
【００３１】
例えば、図２のように膜厚方向に中心で極大を有し、中心からの距離にしたがって屈折率が低下する屈折率分布を形成する場合は、スラブ状のポリシラン９の上下からＵＶ照射すればよい。ただし、ＵＶ露光で硬化する場合に基板側から露光する場合は、ＵＶに対して透明な材料、例えば、石英やほう珪酸ガラスなどのガラスやＵＶを透過する樹脂やＬｉＮｂＯ３やＬｉＴａＯ３などの結晶性基板を使用する。
【００３２】
次に、膜厚５０μｍのＧＩ型シート１２から段差付き基板１で構成されるＧＩ型スラブ導波路を作製する方法は、図３に示すように、まず、前記ＧＩ型シート切断時に使用する第２砥石（図示せず）の膜厚よりも２０μｍ以上厚い第１砥石（図示せず）を使用し、ＧＩ型シートから１００μｍの厚さを残してガラス基板のＧＩ型シートの反対側から切断線に沿って溝を付ける。そして、今度は、第２砥石を使用して前記溝の中心線（切断線に一致）に沿ってＧＩ型シートと前記第１砥石で切断されなかったクラッド部分をまとめて切断する。第２砥石で切断する場合、ＧＩ型シート側から切断しても良いし、溝の付いた基板側から切断しても良い。そして、第２砥石でＧＩ型シートを切断すると、図１に示す段差付きの基板を具備したＧＩ型スラブ導波路が作製できる。ただし、第１砥石と第２砥石のアラインメントの誤差は１０μｍ以下なので、第１砥石と第２砥石の膜厚差を２０μｍ以上とすれば、第２砥石が第１砥石の切断面に触れることはない。したがって、ＧＩ型スラブの光軸方向と光軸に垂直な方向（幅方向）の２対の端面に幅が１０μｍ以上の段差を設けているので、第１砥石と第２砥石のアラインメントの誤差を許容できる。また、第１砥石と第２砥石の切断時の回転数は１００００ｒｐｍ以上である。
【００３３】
このように、結果的に基板に段差ができるように予め基板に幅広の溝１５を入れておくことでポリシラン製ＧＩ型シート切断時に生じる硬いガラス基板の切り屑の発生量を減らすと同時に、第２砥石のＧＩ型シートへの切り込み量を深くできるのでＧＩ型シートに対して面に平行方向に引きちぎる力が加わらないので、ＧＩ型スラブの端面を荒らすことなく、鏡面を得ることができる。
【００３４】
なお、ポリシラン製ＧＩ型シートの膜厚が５０μｍの場合の基板のクラッド部分の膜厚（切り残し厚）と第２砥石によるコアの切断面の面粗さ（Ｒａ）の関係を図４に示す。図４に示すように、基板のクラッド部分の膜厚がポリシラン製ＧＩ型シートの膜厚の３倍である１５０μｍ以下であればＲａ＜３０[ｎｍ]の鏡面が得られることが分かる。なお、Ｒａは単なる荒さの目安であって、光導波路の用途によってＲａ＞３０［ｎｍ］で合っても十分であることもある。
【００３５】
また、前記ＧＩ型スラブ導波路を外部光導波路、例えば、光ファイバー１７に結合して光デバイスを構成する場合は、図５に示すように、光ファイバーをＧＩ型スラブ導波路の入力端と出力端に光軸合せをするＶ溝２０を有する台を使用する。なお、図５はＧＩ型スラブ側を前記Ｖ溝付き光軸調整台２１に固定しているが、段差付き基板側を前記Ｖ溝付き台に固定しても光ファイバーとの結合が取れれば問題無い。ただし、光ファイバーはコア径１０μｍ程度のシングモード光ファイバーからコア径５０μｍ〜１０００μｍのマルチモード光ファイバーまで存在するので、各種光ファイバーのコア径に応じてＧＩ型スラブ導波路のコア厚を変化させると結合ロスを最小にすることができる。
【００３６】
なお、導波路がスラブ型でなく、図６に示すように、コア２２の幅方向がクラッド２３により挟まれ、コア端面が幅方向に露出しないようなチャネル型の場合は、外部光導波路と接続する入力端と出力端のみ鏡面であれば良いので、基板の段差も光軸方向のみとなる。
【００３７】
なお、以上は基板の反対側が空気に露出した光導波路の例を示したが、当然、基板の反対側にも固体の上クラッド２４が在っても良い。しかし、その場合、基板の反対側のクラッド層は、図７に示すように、基板と同様の段差が必要である。なお、上記ＧＩ型スラブのところをＳｔｅｐ-Ｉｎｄｅｘ型スラブとしても良い。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明の光導波路は、コアが軟らかい場合に鏡面端面を得る構造として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施の形態１のＧＩ型スラブ導波路の構成概要図
【図２】本発明の実施の形態１に使用のＧＩ型シートの作製方法の概要図
【図３】本発明の実施の形態１のＧＩ型スラブ導波路の作製方法の概要図
【図４】本発明の実施の形態１のＧＩ型スラブ導波路の基板のクラッド部分の膜厚とコア切断面の面粗さ（Ｒａ）の関係の概要図
【図５】本発明の実施の形態１のＧＩ型スラブ導波路を外部導波路にパッシブアラインメントする場合の構成概要図
【図６】本発明の実施の形態１のチャネル導波路の構成概要図
【図７】本発明の実施の形態1の上クラッドがある場合の構成概要図
【符号の説明】
【００４０】
１    基板
２    基板のクラッド部分
３    基板の台部分
４    段差
５    ＧＩ型スラブ導波路
６    入射光
７    ポリシラン構造
８    シロキサン構造
９    ポリシラン
１０    鏡面端面
１１    ガラス基板
１２    ＧＩ型シート
１３    切断線
１４    溝入線
１５    溝
１６    溝間隔
１７    光ファイバー
１８    コア
１９    クラッド
２０    Ｖ溝
２１    光軸調整台
２２    （チャネル導波路）コア
２３    （チャネル導波路）側クラッド
２４    上クラッド
【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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