(57)【要約】    【課題】  基板１の厚み等の影響を受けることなく、屈折率が一定になるようにクラッド層３，５及び／またはコア層４を形成することができる光導波路及びその製造方法を提供する。    【解決手段】  光伝搬領域となるコア層４と、該コア層４を覆う上部クラッド層５及び下部クラッド層３とを備える光導波路において、下部クラッド層３の下、下部クラッド層３と上部クラッド層５との界面、及び上部クラッド層５の上のいずれか一箇所に、紫外線の入射を抑制するための紫外線制御領域２が設けられていることを特徴としている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光伝搬領域となるコア層と、該コア層を覆う上部クラッド層及び下部クラッド層とを備える光導波路であって、
前記下部クラッド層の下、前記下部クラッド層と前記上部クラッド層との界面、及び前記上部クラッド層の上のいずれか一箇所に、紫外線の入射を抑制するための紫外線制御領域が設けられていることを特徴とする光導波路。
【請求項２】
前記紫外線制御領域の少なくとも片側の面に凹凸が形成されてい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】
前記紫外線制御領域に、光吸収成分及び光散乱成分の少なくともいずれか一方が含有されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光導波路。
【請求項４】
前記紫外線制御領域が、屈折率の異なる２層以上の薄膜を積層して形成されてい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】
前記紫外線制御領域が、該紫外線制御領域と接する層と異なる屈折率の薄膜から形成されてい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】
前記紫外線制御領域が、有機無機複合体から形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光導波路。
【請求項７】
前記紫外線制御領域が、金属薄膜から形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光導波路。
【請求項８】
前記コア層、前記上部クラッド層、及び前記下部クラッド層のうちの少なくとも１層が有機無機複合体から形成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の光導波路。
【請求項９】
光導波路が基板上に形成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の光導波路。
【請求項１０】
光伝搬領域となるコア層と、該コア層を覆う上部クラッド層及び下部クラッド層とを備え、前記下部クラッド層の下に、紫外線入射を抑制するための紫外線制御領域が設けられている光導波路を基板上に形成して製造する方法であって、
前記基板上に前記紫外線制御領域を形成するための材料からなる流動性を有する層を形成する工程と、
凹凸面を有する型の該凹凸面を前記流動性を有する層の表面に押し当てた状態で紫外線を照射し、前記流動性を有する層を硬化させて表面に凹凸を有する紫外線制御領域を形成する工程と、
前記紫外線制御領域の上の前記型を取り外した後、前記紫外線制御領域上に流動性を有するクラッド材料層を形成する工程と、
コアパターンに対応した凸部を有する型を前記クラッド材料層に押し当てた状態で紫外線を照射し、前記クラッド材料層を硬化させて、前記凸部に対応したコアパターンの溝を有する下部クラッド層を形成する工程と、
前記下部クラッド層の前記溝内にコア層を形成する工程と、
前記コア層及び前記下部クラッド層の上にクラッド材料を塗布し、紫外線を照射して硬化させ、上部クラッド層を形成する工程とを備えることを特徴とする光導波路の製造方法。
【請求項１１】
光伝搬領域となるコア層と、該コア層を覆う上部クラッド層及び下部クラック層とを備え、前記下部クラッド層と前記上部クラッド層との界面に、紫外線の入射を抑制するための紫外線制御領域が設けられている光導波路を基板上に形成して製造する方法であって、
前記基板上に流動性を有するクラッド材料層を形成する工程と、
コアパターンに対応した凸部を有する型を前記クラッド材料層に押し当てた状態で紫外線を照射し、前記クラッド材料層を硬化させ、前記凸部に対応したコアパターンの溝を有する下部クラッド層を有する工程と、
前記下部クラッド層上及び前記下部クラッド層の溝内にコア材料を塗布して流動性を有するコア材料層を形成する工程と、
凹凸面を有する型の該凹凸面を前記コア材料層の表面に押し当てた状態で紫外線を照射し、前記コア材料層を硬化させて、コア層を前記下部クラッド層の前記溝内に形成するとともに、表面に凹凸を有するコア材料からなる紫外線制御領域を前記下部クラッド層上に形成する工程と、
前記紫外線制御領域の上にクラッド材料を塗布し、紫外線を照射して硬化させ、上部クラッド層を形成する工程とを備えることを特徴とする光導波路の製造方法。
【請求項１２】
光伝搬領域となるコア層と、該コア層を覆う上部クラッド層及び下部クラック層とを備え、前記上部クラッド層の上に、紫外線の入射を抑制するための紫外線制御領域が設けられている光導波路を、上部基板の上に、上部クラッド層、コア層、下部クラッド層の順で形成して製造する方法であって、
前記上部基板の上に、前記紫外線制御領域を形成するための材料からなる流動性を有する層を形成する工程と、
凹凸面を有する型の該凹凸面を前記流動性を有する層の表面に押し当てた状態で紫外線を照射し、前記流動性を有する層を硬化させて、表面に凹凸を有する紫外線制御領域を形成する工程と、
前記紫外線制御領域上の前記型を取り外した後、前記紫外線制御領域上にクラッド材料層を塗布し、紫外線を照射して硬化させ、上部クラッド層を形成する工程と、
前記上部クラッド層の上にコア層を所定のパターンで形成する工程と、
前記コア層及び前記上部クラッド層の上にクラッド材料を塗布し、紫外線を照射して硬化させ、下部クラッド層を形成する工程とを備えることを特徴とする光導波路の製造方法。
【請求項１３】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の光導波路または請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の方法で製造された光導波路を光信号の送信及び／または受信のための媒体として用いたことを特徴とする光通信用デバイス。
【請求項１４】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の光導波路または請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の方法で製造された光導波路を光信号の分岐または結合の媒体として用いたことを特徴とする光通信用デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波路及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、インターネットのブロードバンド化が進む中で、ＦＴＴＨなどのアクセスを普及するためには、光通信用デバイスの大幅な低コストが必要である。光通信用デバイスとして、光を電気信号に変換する光送受信モジュールが光通信用機器の末端に用いられる。この光送受信モジュールの小型化及び低コスト化を図るために、モジュール内の部品である光導波路を有機高分子材料で形成する方法が提案されている（非特許文献１）。
【０００３】
例えば、基板上に下部クラッド層を形成し、この下部クラッド層の上に、有機高分子材料からなる光伝搬層を形成している。この光伝搬層は、フォトリソグラフィーを用い、ＲＩＥやＵＶ照射によりパターンを形成して、不要な部分を除去している。このようにして形成した光伝搬層の上に上部クラッド層が形成される。多くの場合、下部クラッド層及び上部クラッド層も有機高分子材料から形成される。
【０００４】
光伝搬層となるコア層、並びに下部クラッド層及び上部クラッド層を、光（紫外線）硬化性樹脂から形成する場合、紫外線の照射量により各層の屈折率が変化するため、照射する紫外線の量を高い精度で制御する必要がある。しかしながら、本発明者らは、クラッド層またはコア層を紫外線照射により硬化させる際、基板の厚み等の影響を受け、硬化後のクラッド層またはコア層の屈折率が変動するという問題を見い出した。
【０００５】
例えば、上部クラッド層に紫外線を照射して硬化させる際、上部クラッド層に照射した紫外線の一部は、下部クラッド層を通り基板内に浸入し、基板の底面で反射し、再び下部クラッド層を通り上部クラッド層に到達する。このように基板内で反射した光が上部クラッド層に到達するため、この紫外線によっても上部クラッド層の硬化が進行する。このため、基板の厚みが異なることにより、基板で反射して上部クラッド層に到達する紫外線の量が変化し、これによって上部クラッド層に照射される紫外線量が変化する。この結果、上部クラッド層の硬化状態が異なり、その屈折率にばらつきが生じる。このため、基板の厚みのばらつき等の影響を受け、クラッド層またはコア層の屈折率にばらつきが生じ、各層を所定の設計通りの屈折率に設定することができないという問題が生じる。
【非特許文献１】宮寺信生、光導波路用ポリマ材料、光アライアンス、p13、2、(1999）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、基板の厚み等の影響を受けることなく、屈折率が一定となるようにクラッド層及び／またはコア層を形成することができる光導波路及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の光導波路は、光伝搬領域となるコア層と、該コア層を覆う上部クラッド層及び下部クラッド層とを備える光導波路であり、下部クラッド層の下、下部クラッド層と上部クラッド層との界面、及び上部クラッド層の上のいずれか一箇所以上に、紫外線の入射を抑制するための紫外線制御領域が設けられていることを特徴としている。
【０００８】
本発明に従い紫外線制御領域を設けることにより、樹脂を硬化させるため紫外線を照射する際、紫外線が紫外線制御領域より下層に入射するのを抑制することができる。このため、例えば、下部クラッド層の下に紫外線制御領域を設けることにより、紫外線制御領域の下に存在している基板に、紫外線が入射するのを抑制することができる。このため、従来問題となった基板底面で反射した紫外線による硬化の影響を低減することができる。従って、下部クラッド層を紫外線照射して硬化させる際、下部クラッド層に基板底面で反射した紫外線が入射するのを抑制することができ、基板の厚み等の影響を受けることなく、屈折率が一定となるように下部クラッド層を硬化させることができる。また、上部クラッド層またはコア層を硬化させる際にも、下部クラッド層を通り基板底面で反射する紫外線の量を抑制することができるので、基板の厚み等の影響を受けることなく、屈折率が一定となるように上部クラッド層またはコア層を硬化させることができる。
【０００９】
下部クラッド層と上部クラッド層との界面に紫外線制御領域を設ける場合には、上部クラッド層を紫外線照射により硬化させる際に、下部クラッド層を通り基板の底面で反射する紫外線の量を抑制することができるので、上部クラッド層の屈折率が一定となるように上部クラッド層を硬化させることができる。
【００１０】
上部基板を用い、上部基板の上に、上部クラッド層、コア層、下部クラッド層を順次形成する場合には、上部クラッド層の上に紫外線制御領域を設けることにより、上部クラッド層に紫外線を照射して硬化させる際、上部基板の上面で反射する紫外線の量を抑制することができるので、上部クラッド層の屈折率が一定となるように上部クラッド層を硬化させることができる。同様に、下部クラッド層を形成させる際にも、上部クラッド層を通り上部基板の上面で反射する紫外線の量を抑制することができるので、下部クラッド層の屈折率が一定になるように下部クラッド層を形成することができる。また、コア層を形成する場合にも、同様に屈折率が一定になるようにコア層を形成することができる。また、下地に紫外線制御領域を形成することが難しい場合には基板や下地となる層への熱的なダメージを与えない温度範囲で、上部クラッド層、コア層、下部クラッド層の一部を熱により硬化させて紫外線制御領域を形成してもよい。具体的には、基板や下地となる層のガラス転移温度以下であれば加熱により硬化できる。
【００１１】
本発明において、紫外線制御領域の少なくとも片側の面には、凹凸が形成されていることが好ましい。このような凹凸を形成することにより、紫外線をより効率良く紫外線制御領域の表面で散乱させ、紫外線の入射を抑制することができる。このような凹凸を形成することにより、紫外線制御領域との界面での屈折率の差が０．０１以下の場合であっても、効率的に紫外線を散乱させることができる。凹凸としては、２５０μｍの長さ当たりの表面粗さＲｚ（ＪＩＳ  Ｂ０６０１）が５０ｎｍ以上であることが好ましく、さらに好ましくは１００ｎｍ以上であり、さらに好ましくは４００ｎｍ以上である。
【００１２】
また、本発明においては、紫外線制御領域に、光吸収成分及び光散乱成分の少なくともいずれか一方が含有されていてもよい。光吸収成分としては、例えば炭素粒子を挙げることかできる。また、光散乱成分としては、ガラス粒子などの紫外線制御領域の屈折率と異なる屈折率を有する粒子が挙げられる。光吸収成分または光散乱成分を含有させることにより、紫外線を吸収または散乱させることができ、紫外線の入射をさらに抑制することができる。
【００１３】
本発明において、紫外線制御領域は、屈折率の異なる２層以上の薄膜を積層して形成されていてもよい。屈折率の異なる２層以上の薄膜を積層させることにより、その界面において紫外線を反射または散乱させることができる。屈折率は、０．００２以上異なることが好ましい。また、屈折率は紫外線入射側の層の方が低いことが好ましい。
【００１４】
また、本発明において、紫外線制御領域は、該紫外線制御領域と接する層と異なる屈折率の薄膜から形成されていてもよい。このように屈折率の異なる薄膜から紫外線制御領域を形成することにより、上層と紫外線制御領域との界面において、紫外線を反射または散乱させることができる。この場合、屈折率は、上層よりも０．００２以上高いことが好ましい。
【００１５】
また、本発明において、紫外線制御領域は、金属薄膜から形成してもよい。紫外線制御領域を金属薄膜から形成することにより、紫外線をほぼ全反射することができる。このような金属薄膜としては、例えば、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｄ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｓｎなどが挙げられる。
【００１６】
本発明において、紫外線制御領域の厚みは、１００ｎｍ〜２μｍの範囲内であることが好ましく、さらには５００ｎｍ〜２μｍの範囲内であることが好ましい。紫外線制御領域の厚みが薄すぎると、その効果が低くなるために、紫外線の照射量を一定にすることが難しい。また、厚みが厚すぎると、均一な膜厚を形成することが難しく、膜厚の分布等に起因して紫外線の照射量を一定にすることが難しくなる。
【００１７】
本発明においては、コア層、上部クラッド層及び下部クラッド層のうちの少なくとも１層が有機無機複合体から形成されていることが好ましい。有機無機複合体から形成することにより、光導波路を容易に作製することができる。
【００１８】
本発明において、有機無機複合体は、例えば、有機重合体と金属アルコキシドから形成することができる。また、有機無機複合体は、少なくとも１種の金属アルコキシドから形成されてもよい。この場合、少なくとも２種の金属アルコキシドから形成されることが好ましい。
【００１９】
上記有機無機複合体においては、有機重合体と金属アルコキシドの組み合わせまたは少なくとも２種の金属アルコキシドの組み合わせを適宜調整することにより、最終的に形成される有機無機複合体の屈折率を調整することができる。
【００２０】
金属アルコキシドとしては、光（紫外線）または熱により重合する重合性基を有する金属アルコキシドを用いてもよい。この場合、光または熱により重合する重合性基を有する金属アルコキシドと、該重合性基を有しない金属アルコキシドを組み合わせて用いることが好ましい。上記重合性基としては、メタクリロキシ基、アクリロキシ基、ビニル基、及びスチリル基などが挙げられる。紫外線照射により硬化するクラッド層またはコア層が金属アルコキシドを含む有機無機複合体から形成される場合には、金属アルコキシドとして、光（紫外線）により重合する重合性基を有する金属アルコキシドが含まれていることが好ましい。
【００２１】
重合性基を有する金属アルコキシドを用いる場合には、光または熱により金属アルコキシドの重合性基が重合されていることが好ましい。
【００２２】
金属アルコキシドとしては、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｎｂなどのアルコキシドが挙げられる。特に、Ｓｉ、Ｔｉ、またはＺｒのアルコキシドが好ましく用いられる。従って、アルコキシシラン、チタンアルコキシド、ジルコニウムアルコキシドが好ましく用いられ、特にアルコキシシランが好ましく用いられる。
【００２３】
アルコキシシランとしては、テトラエトキシシラン、テトラメトキシシラン、テトラ−ｎ−プロポキシシラン、テトライソプロポキシシラン、テトラ−ｎ−ブトキシシラン、テトライソブトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン（ＰｈＴＥＳ）、フェニルトリメトキシシラン（ＰｈＴＭＳ）、ジフェニルジメトキシシラン（ＤＰｈＤＭＳ）などが挙げられる。
【００２４】
上記重合性基を有するアルコキシシランとしては、３−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン（ＭＰＴＥＳ）、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン（ＭＰＴＭＳ）、３−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、３−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、ｐ−スチリルトリエトキシシラン、ｐ−スチリルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシランなどが挙げられる。
【００２５】
チタンアルコキシドとしては、チタンイソプロポキシド、チタンブトキシド等が挙げられる。ジルコニウムアルコキシドとしては、ジルコニウムイソプロポキシド、ジルコニウムブトキシド等が挙げられる。ニオブアルコキシドとしては、ペンタエトキシニオブなどが挙げられる。
【００２６】
金属アルコキシドとしては、上述のものを用いることができるが、一般には、式Ｍ（ＯＲ）n、Ｒ′Ｍ（ＯＲ）n-1、及びＲ′2Ｍ（ＯＲ）n-2（ここで、Ｍは金属、ｎは２、３、４、または５、Ｒ及びＲ′は有機基を示す）で表わされる金属アルコキシドを用いることができる。有機基としては、アルキル基、アリール基、上記の重合性基を有する有機基などが挙げられる。Ｍとしては、上述のように、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｚｎ等が挙げられる。なお、アルキル基としては、炭素数１〜５のアルキル基が好ましい。
【００２７】
有機無機複合体を有機重合体と金属アルコキシドから形成する場合における、有機重合体は、金属アルコキシドと有機無機複合体を形成し得るものであれば特に限定されるものではない。有機重合体としては、例えば、カルボニル基を有する高分子重合体、ベンゼン環を有する高分子重合体、及びナフタレン環を有する高分子重合体を挙げることができる。
【００２８】
有機重合体の具体例としては、例えばポリビニルピロリドン、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、ポリアミド、ポリイミド、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロレン、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂等を挙げることができる。光学的透明性に優れた有機無機複合体を形成する観点からは、ポリビニルピロリドン、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン、エポキシ樹脂、及びこれらの混合物が好ましく用いられる。
【００２９】
有機無機複合体を光（紫外線）の照射により硬化させる場合、有機無機複合体に光重合開始剤が含有されていることが好ましい。光重合開始剤を含有することにより、僅かな光（紫外線）の照射量で硬化させることができる。
【００３０】
光重合開始剤の具体例としては、例えば、ベンジルケタール、α−ヒドロキシアセトフェノン、α−アミノアセトフェノン、アシルフォスフィンオキサイド、１−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトン、２−ベンジル−２−ジメチルアミノ−１−（４−モルフォリノフェニル）−ブタノン−１、トリクロロメチルトリアジン、ジフェニルヨードニウム塩、トリフェニルスルホニウム塩、イミドスルホネートなどが挙げられる。
【００３１】
本発明におけるコア層、上部クラッド層及び下部クラッド層は、ＵＶ硬化樹脂により形成してもよい。このようなＵＶ硬化樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂を主成分とするエポキシ系ＵＶ硬化樹脂、アクリル系ＵＶ硬化樹脂、エポキシアクリレート系ＵＶ硬化樹脂、ポリウレタン系等のＵＶ硬化樹脂を挙げることができる。
【００３２】
本発明の光導波路は、基板上に形成されていることが好ましい。
【００３３】
本発明の製造方法の第１の局面は、光伝搬領域となるコア層と、該コア層を覆う上部クラッド層及び下部クラッド層とを備え、下部クラッド層の下に、紫外線の入射を抑制するための紫外線制御領域が設けられている光導波路を基板上に形成して製造する方法であり、基板上に紫外線制御領域を形成するための材料からなる流動性を有する層を形成する工程と、凹凸面を有する型の該凹凸面を流動性を有する層の表面に押し当てた状態で紫外線を照射し、流動性を有する層を硬化させて表面に凹凸を有する紫外線制御領域を形成する工程と、紫外線制御領域上の型を取り外した後、紫外線制御領域上に流動性を有するクラッド材料層を形成する工程と、コアパターンに対応した凸部を有する型をクラッド材料層に押し当てた状態で紫外線を照射し、クラッド材料層を硬化させて、凸部に対応したコアパターンの溝を有する下部クラッド層を形成する工程と、下部クラッド層の溝内にコア層を形成する工程と、コア層及び下部クラッド層の上にクラッド材料を塗布し、紫外線を照射して硬化させ、上部クラッド層を形成する工程とを備えることを特徴としている。
【００３４】
本発明の製造方法の第２の局面は、光伝搬領域となるコア層と、該コア層を覆う上部クラッド層及び下部クラッド層とを備え、下部クラッド層と上部クラッド層との界面に、紫外線の入射を抑制するための紫外線制御領域が設けられている光導波路を基板上に形成して製造する方法であり、基板上に流動性を有するクラッド材料層を形成する工程と、コアパターンに対応した凸部を有する型をクラッド材料層に押し当てた状態で紫外線を照射し、クラッド材料層を硬化させて、凸部に対応したコアパターンの溝を有する下部クラッド層を形成する工程と、下部クラッド層上及び上部クラッド層の溝内にコア材料を塗布して流動性を有するコア材料層を形成する工程と、凹凸面を有する型の該凹凸面をコア材料層の表面に押し当てた状態で紫外線を照射し、コア材料層を硬化させて、コア層を下部クラッド層の溝内に形成するとともに、表面に凹凸を有するコア材料からなる紫外線制御領域を下部クラッド層上に形成する工程と、紫外線制御領域の上にクラッド材料を塗布し、紫外線を照射して硬化させ、上部クラッド層を形成する工程とを備えることを特徴としている。
【００３５】
本発明の製造方法の第３の局面は、光伝搬領域となるコア層と、該コア層を覆う上部クラッド層及び下部クラッド層とを備え、上部クラッド層の上に、紫外線の入射を抑制するための紫外線制御領域が設けられている光導波路を、上部基板の上に、上部クラッド層、コア層、下部クラッド層の順で形成して製造する方法であり、上部基板の上に、紫外線制御領域を形成するための材料からなる流動性を有する層を形成する工程と、凹凸面を有する型の該凹凸面を流動性を有する層の表面に押し当てた状態で紫外線を照射し、流動性を有する層を硬化させて表面に凹凸を有する紫外線制御領域を形成する工程と、紫外線制御領域上の型を取り外した後、紫外線制御領域上にクラッド材料層を塗布し、紫外線を照射して硬化させ、上部クラッド層を形成する工程と、上部クラッド層の上にコア層を所定のパターンで形成する工程と、コア層及び上部クラッド層の上にクラッド材料を塗布し、紫外線を照射して硬化させ、下部クラッド層を形成する工程とを備えることを特徴としている。
【００３６】
本発明の光通信用デバイスの第１の局面は、上記本発明の光導波路または上記本発明の方法により製造された光導波路を光信号の送信及び／または受信のための媒体として用いたことを特徴としている。
【００３７】
本発明の光通信用デバイスの第２の局面は、上記本発明の光導波路または上記本発明の方法により製造された光導波路を光信号の分岐または結合の媒体として用いたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００３８】
本発明によれば、基板の厚み等の影響を受けることなく、屈折率が一定になるようにクラッド層及び／またはコア層を形成することができる。このため、本発明の光導波路を光通信用デバイス等に用いた場合、挿入損失のばらつきを少なくすることができる。
【００３９】
本発明の光導波路は、送受信モジュールや光スイッチ、光変調器等の光通信デバイス、光ファイバー、レンズアレイ等の光伝搬路構造及びそれらを含むビームスプリッタ等の光デバイス、インテグレーターレンズ、マイクロレンズアレイ、反射板、導光板、投射用スクリーン等の表示デバイス（ディスプレイまたは液晶プロジェクター等）関連光素子、眼鏡、ＣＣＤ用光学系、レンズ、光学フィルタ、回折格子、干渉計、光結合器、光合分波器、光センサー、ホログラム光学素子、その他の光学部品、コンタクトレンズ、発光ダイオード等に用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下、本発明を実施例により説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能なものである。
【００４１】
図１は、本発明に従う一実施例の光導波路を示す断面図である。図１に示すように、基板１の上には、紫外線制御領域２が設けられている。紫外線制御領域２の上には、下部クラッド層３が設けられている。下部クラッド層３の中心部には、溝３ａが形成されており、溝３ａ内に光伝搬領域となるコア層４が形成されている。コア層４及び下部クラッド層３の上には、上部クラッド層５が設けられている。下部クラッド層３及び上部クラッド層５は、コア層４よりも低い屈折率を有する材料から形成されている。コア層４は、上部クラッド層５及び下部クラッド層３によりその周囲を覆われることにより、その内部において光を伝搬させることができる。
【００４２】
紫外線制御領域２と基板１との界面には、凹凸２ｂが形成されている。また、下部クラッド層３との界面には凹凸２ａが形成されている。凹凸２ａ及び凹凸２ｂは、図６に示すような凸部２ｃを有する凹凸である。すなわち、凸部２ｃが縦方向及び横方向にマトリックス状に配置された凹凸形状を有している。紫外線制御領域２は、下部クラッド層３より高い屈折率を有する材料から形成されている。従って、下部クラッド層３側から入射する紫外線を下部クラッド層３との界面において反射させることができる。また、界面に凹凸２ａが形成されているので、この凹凸２ａによって紫外線を散乱させることができる。このため、紫外線が基板１に入射するのを抑制することができる。さらに、紫外線制御領域２と基板１との界面にも凹凸２ｂが形成されているので、この凹凸２ｂでも紫外線を散乱させることができ、紫外線が基板１に入射するのをさらに抑制することができる。
【００４３】
以上のように、本実施例では、紫外線制御領域２が、基板１と下部クラッド層３の間に設けられているので、この紫外線制御領域２により、紫外線が基板１に入射するのを抑制することができる。このため、下部クラッド層３を硬化させるため、下部クラッド層３に紫外線を照射した際、紫外線が基板１に入射するのを抑制することができる。従って、本実施例の光導波路の構造によれば、下部クラッド層３を硬化させる際、基板から反射してくる紫外線の影響を少なくすることができる。このため、基板１の厚み等による影響を受けることなく、下部クラッド層３を硬化させることができ、下部クラッド層３の屈折率を一定にすることができる。
【００４４】
同様に、コア層４及び上部クラッド層５を紫外線照射により硬化させて形成する場合も、基板１で反射した紫外線の影響を少なくすることができ、基板の厚み等による影響を受けることなく、屈折率を一定にすることができる。
【００４５】
図８及び図９は、図１に示す実施例の光導波路の製造工程を示す断面図である。
【００４６】
図８（ａ）に示すように、ガラス基板１の上には、紫外線制御領域２の凹凸２ｂに対応した凹凸１ａが形成されている。次に、図８（ｂ）に示すように、紫外線制御領域２の凹凸２ａに対応した凹凸６ａを有する型６を用意し、ガラス基板１の上に有機無機複合体の前駆体である液体を滴下した後、この型６の凹凸面６ａを押し当て、この状態で紫外線を照射し、硬化させて紫外線制御領域２を形成する。紫外線照射領域２の基板１との界面には凹凸２ｂが形成され、その表面には凹凸２ａが形成される。なお、本実施例において用いた型６は、Ｓｉから形成されている。
【００４７】
次に、図８（ｃ）に示すように、紫外線制御領域２の上に、有機無機複合体の前駆体であるクラッド材料液を滴下した後、型７を押し当て、この状態で紫外線を照射して下部クラッド層３を形成する。型７には、コア層のパターンに対応した凸部７ａが形成されており、下部クラッド層３には、この凸部７ａに対応した溝３ａが形成される。なお、本実施例における型７は、シリコーンゴムから形成されている。
【００４８】
次に、図９（ｄ）に示すように、下部クラッド層３の溝３ａにコア材料の液体を流し込み、これに紫外線を照射して硬化させ、コア層４を形成する。次に、図９（ｅ）に示すように、コア層４及び下部クラッド層３の上にクラッド材料液を塗布し、これに紫外線を照射して硬化させ、上部クラッド層５を形成する。
【００４９】
図１０は、以上のようにして作製した光導波路の端部を切断する状態を示す側方断面図である。図１０に示すように、光導波路の端部をダイシングソー８により切断することにより、良好な端面を露出させることができる。
【００５０】
上述のように、本実施例においては、基板１と下部クラッド層３の間に紫外線制御領域２が設けられているので、紫外線制御領域２により基板１に紫外線が入射するのを抑制することができる。このため、下部クラッド層３、コア層４、及び上部クラッド層５を紫外線照射により硬化させる際に、基板１で反射した紫外線の影響を少なくすることができる。このため、基板１の厚み等による影響を受けることなく、各層の屈折率を一定にして形成することができる。
【００５１】
図２は、本発明に従う他の実施例の光導波路を示す断面図である。図２に示す実施例においては、紫外線制御領域２の下に基板１が設けられていない。このような構造の光導波路は、例えば、図１に示す実施例において、紫外線制御領域２、下部クラッド層３、コア層４、及び上部クラッド層５を形成した後、基板１を紫外線制御領域２から取り外すことにより形成することができる。このような実施例においても、下部クラッド層３、コア層４、及び上部クラッド層５を紫外線照射により硬化させる際、基板１の厚み等の影響を受けることなく、屈折率が一定となるように形成することができる。
【００５２】
図３は、本発明に従うさらに他の実施例の光導波路を示す断面図である。図３に示す実施例においては、上部クラッド層５の上に上部基板１１が設けられている。上部基板１１としては、石英、テンパックス、パイレックス（登録商標）ガラス、フッ素化ポリイミド等からなる基板が挙げられる。
【００５３】
図３に示す実施例の光導波路は、例えば、図１に示す実施例の製造工程において、上部クラッド層５を硬化させる前に、上部基板１１を載せ、その後上部クラッド層５を硬化させる方法により得ることができる。
【００５４】
図３に示す実施例においても、紫外線制御領域２を設けることにより、下部クラッド層３、コア層４、及び上部クラッド層５を紫外線照射して硬化させる際、基板１の厚み等による影響を受けることなく、各層の屈折率が一定になるように形成することができる。
【００５５】
図４は、本発明に従うさらに他の実施例の光導波路を示す断面図である。図４に示す実施例においては、上部基板１１と上部クラッド層５の間に紫外線制御領域２が設けられている。また、下部クラッド層３の下には基板が設けられていない。このような光導波路は、例えば、上部基板１１の上に紫外線制御領域２、上部クラッド層５、コア層４、及び下部クラッド層３を順に形成させることにより製造することができる。
【００５６】
図１１及び図１２は、図４に示す実施例の光導波路の製造工程を示す断面図である。
【００５７】
図１１（ａ）に示すように、上部基板１１の表面には、紫外線制御領域２の凹凸２ａに対応した凹凸１１ａが形成されている。次に、図１１（ｂ）に示すように、上部基板１１の上に有機無機複合体の前駆体からなる液体を滴下した後、型６を押し当てた状態で、紫外線を照射し紫外線制御領域２を硬化させる。型６には、紫外線制御領域２の凹凸２ｂに対応した凹凸６ａが形成されている。本実施例において、型６はＳｉから形成されている。
【００５８】
次に、図１１（ｃ）に示すように、紫外線制御領域２の上に、有機無機複合体の前駆体からなる液体を滴下し、スピンコートした後、紫外線を照射して硬化させ、上部クラッド層５を形成する。
【００５９】
次に、図１２（ｄ）に示すように、上部クラッド層５の上に、有機無機複合体の前駆体からなる溶液を滴下した後、コア層のパターンに対応した溝１８ａが形成された型１８を押し当て、溝１８ａ内に紫外線を照射して硬化させ、コア層４を形成する。次に、型１８を取り外し、図１２（ｅ）に示すように、コア層４及び上部クラッド層５の上に、有機無機複合体の前駆体からなる溶液を滴下し、スピンコートした後、紫外線を照射して下部クラッド層３を形成する。
【００６０】
本実施例においては、上部基板１１と上部クラッド層５の間に紫外線制御領域２が設けられているので、上部クラッド層５、コア層４、及び下部クラッド層３に紫外線を照射して硬化させる際、上部基板１１で反射し再び入射してくる紫外線を抑制することができる。このため、上部基板１１の厚み等の影響を受けることなく、屈折率が一定となるように各層を形成することができる。
【００６１】
図５は、本発明に従うさらに他の実施例の光導波路を示す断面図である。本実施例においては、下部クラッド層３と上部クラッド層５との界面に紫外線制御領域２が形成されている。紫外線制御領域２の上部クラッド層５と接する面には、凹凸２ａが形成されている。コア層４及び下部クラッド層３の上に紫外線制御領域２が設けられているので、上部クラッド層５に紫外線を照射して硬化させる際、紫外線がコア層４、下部クラッド層３、及び基板１に入射するのを抑制することができる。従って、上部クラッド層５を硬化させる際、基板１の厚み等の影響を受けることなく、屈折率が一定になるように上部クラッド層５を硬化させることができる。
【００６２】
図１３及び図１４は、図５に示す実施例の光導波路の製造工程を示す断面図である。
【００６３】
図１３（ａ）に示す基板１の上に、有機無機複合体の前駆体からなる液体を滴下した後、図１３（ｂ）に示すように、コアパターンに対応して形成された凸部７ａを有する型７を、押し当てた状態で、紫外線を照射して硬化させ、下部クラッド層３を形成する。下部クラッド層３には、型７の凸部７ａに対応した溝３ａが形成される。
【００６４】
次に、図１３（ｃ）に示すように、下部クラッド層の溝３ａ内及び下部クラッド層３の上に有機無機複合体の前駆体からなる液体を滴下する。
【００６５】
次に、図１４（ｄ）に示すように、紫外線制御領域２の凹凸２ａに対応した凹凸６ａを有する型６を押し当てた状態で紫外線を照射して硬化させ、コア層４及び紫外線制御領域２を形成する。従って、本実施例においては、紫外線制御領域２は、コア層４と同じ材料から形成される。紫外線制御領域２の表面には、型６の凹凸６ａに対応した凹凸２ａが形成される。本実施例において、型６は、Ｓｉから形成されている。
【００６６】
次に、図１４（ｅ）に示すように、紫外線制御領域２の上に有機無機複合体の前駆体からなるクラッド材料を滴下し、スピンコートした後、紫外線を照射して硬化させ、上部クラッド層５を形成する。
【００６７】
本実施例においては、紫外線制御領域２がコア層４及び下部クラッド層３の上に設けられているので、上部クラッド層５を硬化させる際、紫外線がコア層４、下部クラッド層３及び基板１に入射するのを抑制することができる。従って、上部クラッド層５を硬化させる際、基板１から反射する紫外線の影響を抑制することができ、屈折率が一定となるように上部クラッド層５を形成することができる。
【実施例】
【００６８】
以下の実施例において各層を形成するのに用いる有機無機複合体を形成するための溶液は、以下のようにして調製した。
【００６９】
〔クラッド層形成用溶液〕
３−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン（ＭＰＴＥＳ）５．５ｍｌ、エタノール２０．５ｍｌ、塩酸（２Ｎ）１．６５ｍｌ、及びフェニルトリメトキシシラン４．５ｍｌを混合し、２４℃で７２時間放置した後、紫外線硬化を促進させるために光重合開始剤である１−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトンを１重量％添加した。これを小瓶に４ｍｌ小分けした後、１００℃で１時間加熱して１ｇの粘性液体を得た。この粘性液体に
トリメチルエトキシシラン：３ｍｌ
無水トリフルオロ酢酸：０．８ｍｌ
を混合し、２４時間放置した後、１００℃に加熱乾燥することにより、過剰のトリメチルエトキシシラン及び無水トリフルオロ酢酸を蒸発除去し、クラッド層形成用溶液Ａを得た。
【００７０】
図２５（ａ）に示すように、溶液Ａを１．１ｍｍの厚みのテンパックスガラス１９に滴下し、３０μｍのスペーサ２０を置いて、同じ厚みのテンパックスガラス１９で挟み込んだ。次に、それを２４℃の窒素雰囲気中で３６５ｎｍの中心波長を有する強度１５０ｍＷ／ｃｍ2の紫外線ランプを用いて３０分間照射して硬化させた。その後、一方のテンパックスガラスを取り除き、図２５（ｂ）に示すように有機無機複合体２１を形成し、その屈折率を波長６３０ｎｍで測定したところ、１．５１５であった。
【００７１】
〔コア層形成用溶液〕
３−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン（ＭＰＴＥＳ）５．５ｍｌ、エタノール２０．５ｍｌ、塩酸（２Ｎ）１．６５ｍｌ、及びフェニルトリメトキシシラン５．７５ｍｌを混合し、２４℃で７２時間放置した後、紫外線硬化を促進させるために光重合開始剤である１−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトンを１重量％添加した。これを４ｍｌの小瓶に小分けした後、１００℃で１時間加熱して１ｇの粘性液体を得た。この粘性液体に
トリメチルエトキシシラン：３ｍｌ
無水トリフルオロ酢酸：０．８ｍｌ
を混合し、２４時間放置した後、１００℃に加熱乾燥することにより、過剰のトリメチルエトキシシラン及び無水トリフルオロ酢酸を蒸発除去し、クラッド層形成用溶液Ｂを得た。
【００７２】
上記と同様にして、溶液Ｂから形成した有機無機複合体の屈折率を測定したところ、１．５１９であった。
【００７３】
〔紫外線制御領域形成用溶液１〕
３−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン（ＭＰＴＥＳ）５．５ｍｌ、エタノール２０．５ｍｌ、塩酸（２Ｎ）１．６５ｍｌ、及びフェニルトリメトキシシラン６．０ｍｌを混合し、２４℃で７２時間放置した後、紫外線硬化を促進させるために光重合開始剤である１−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトンを１重量％添加した。これを４ｍｌの小瓶に小分けした後、１００℃で１時間加熱して１ｇの粘性液体を得た。この粘性液体に
トリメチルエトキシシラン：３ｍｌ
無水トリフルオロ酢酸：０．８ｍｌ
を混合し、２４時間放置した後、１００℃に加熱乾燥することにより、過剰のトリメチルエトキシシラン及び無水トリフルオロ酢酸を蒸発除去し、紫外線制御領域形成用溶液Ｃを得た。
【００７４】
上記と同様にして、溶液Ｃから形成した有機無機複合体の屈折率を測定したところ、１．５２２であった。
【００７５】
〔紫外線制御領域形成用溶液２〕
３−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン（ＭＰＴＥＳ）５．５ｍｌ、エタノール２０．５ｍｌ、塩酸（２Ｎ）１．６５ｍｌ、及びフェニルトリメトキシシラン７．０ｍｌを混合し、２４℃で７２時間放置した後、紫外線硬化を促進させるために光重合開始剤である１−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトンを１重量％添加した。これを４ｍｌの小瓶に小分けした後、１００℃で１時間加熱して１ｇの粘性液体を得た。この粘性液体に
トリメチルエトキシシラン：３ｍｌ
無水トリフルオロ酢酸：０．８ｍｌ
を混合し、２４時間放置した後、１００℃に加熱乾燥することにより、過剰のトリメチルエトキシシラン及び無水トリフルオロ酢酸を蒸発除去し、紫外線制御領域形成用溶液Ｄを得た。
【００７６】
上記と同様にして、溶液Ｄから形成した有機無機複合体の屈折率を測定したところ、１．５２４であった。
【００７７】
＜実施例１＞
〔屈折率の測定〕
図１に示す実施例において、紫外線制御領域２を設けたことによる下部クラッド層３における屈折率制御の効果を評価するため、図１に示す実施例において、厚みの異なる基板１を用い、各基板１の上に紫外線制御領域２を形成し、この上に下部クラッド層３を形成し、下部クラッド層３の屈折率を測定した。具体的には、基板１として、厚み０．５ｍｍ、１．１ｍｍ、１．６ｍｍ、及び２．１ｍｍの基板をそれぞれ用いた。基板１の表面に、ダイシングソーを用いて４００ｎｍの幅及び深さの溝を４００ｎｍのピッチで形成することにより、凹凸１ａ（図８（ａ）を参照）を形成した。この上に、溶液Ｃを滴下した後、図８（ｂ）に示すように、２５０μｍの長さ当たりの表面粗さＲｚが１００ｎｍである凹凸６ａを有する型６を押し当てて、３６５ｎｍの中心波長を有する強度１５０ｍＷ／ｃｍ2の紫外線ランプを用いて３０分間紫外線を照射して硬化させ、紫外線制御領域２を形成した。なお、紫外線硬化は窒素雰囲気中で行った。以下説明する工程における紫外線硬化は、いずれも窒素雰囲気中で行った。紫外線制御領域２の厚みは２μｍであった。
【００７８】
紫外線制御領域２の表面の表面粗さを、触針式表面粗さ測定器を用いて測定した結果、２５０μｍの長さ当たりの表面粗さＲｚは１００ｎｍであった。
【００７９】
次に、紫外線制御領域２の上に溶液Ａを滴下し、３６５ｎｍの中心波長を有する強度１５０ｍＷ／ｃｍ2の紫外線ランプを用いて３０分紫外線を照射して硬化させ、下部クラッド層３を形成した。下部クラッド層３の厚みは３０μｍであった。
【００８０】
以上のようにして下部クラッド層３を形成した各サンプルについて、屈折率を測定したところ、厚みの異なるいずれのサンプルにおいても屈折率は１．５１５５であり一定であった。
【００８１】
比較として、紫外線制御領域２を形成せずに、基板１の上に直接溶液Ａを用いて下部クラッド層３を形成したサンプルを作製した。下部クラッド層３の厚みが上記と同様に３０μｍとした。得られた各サンプルについて屈折率を測定した結果、基板の厚みが２．１ｍｍのサンプルでは１．５１５５、基板の厚みが１．６ｍｍのサンプルでは１．５１５３、基板の厚みが１．１ｍｍのサンプルでは１．５１５０、基板の厚みが０．５ｍｍのサンプルでは１．５１４８であった。従って、紫外線制御領域２を設けない場合、基板の厚みにより、屈折率にばらつきが生じることが確認された。
【００８２】
以上の結果から、紫外線制御領域を設けることにより、基板の厚みによる影響を受けるうことなく、下部クラッド層の屈折率を一定に制御できることがわかった。
【００８３】
〔４分岐光導波路の作製〕
上記と同様にして、異なる厚みの基板の上に紫外線制御領域２を形成した後、この紫外線制御領域２の上に溶液Ａを滴下し、図１５に示すようにコア層のパターン７ａが４分岐パターンである型７を押し当てて下部クラッド層３を形成した。下部クラッド層３は、上記と同様の条件で紫外線を照射し硬化させた。下部クラッド層３には、図８（ｃ）に示すように、凸部パターン７ａに対応する溝３ａのパターンが形成された。
【００８４】
次に、図９（ｄ）に示すように、下部クラッド層３の溝３ａに、溶液Ｂを流し込み、３６５ｎｍの中心波長を有する強度１５０ｍＷ／ｃｍ2の紫外線ランプを用いて３０分間紫外線を照射して硬化させ、コア層４を形成した。
【００８５】
次に、図９（ｅ）に示すように、コア層４及び下部クラッド層３の上に溶液Ａを滴下した後、３６５ｎｍの中心波長を有する強度１５０ｍＷ／ｃｍ2の紫外線ランプを用いて３０分間紫外線を照射して硬化させ、上部クラッド層５を形成した。
【００８６】
以上のようにして、図１に示す断面を有し、かつ図１５に示す凸部７ａと同様のコアパターンを有する４分岐光導波路を作製した。紫外線制御領域２の厚みは２μｍ、下部クラッド層３及び上部クラッド層５の厚みは３０μｍ、コア層４の厚みは７μｍ、コア層４の幅は７μｍであった。
【００８７】
〔挿入損失の測定〕
上記の４分岐光導波路について、挿入損失を測定した。図１６に示すように、フォトダイオード１６から波長１３００ｎｍの光を光ファイバー１５ａを用いて４分岐光導波路１４に入射し、出射される光を光ファイバー１５ｂを用いてフォトダイオード１７で検出し、出力を測定した。この結果、４分岐光導波路１４の挿入損失は、８．３ｄＢから８．５ｄＢであり、各分岐ごとのばらつきは０．２ｄＢであった。
【００８８】
比較として、図２４に示す構造を有する光導波路を作製した。すなわち、紫外線制御領域２を形成しない以外は、上記と同様にして４分岐光導波路を厚みの異なる基板をそれぞれ用いて作製した。得られた光導波路について、上記と同様にして挿入損失を測定した。その結果、挿入損失の各分岐ごとのばらつきは基板の厚みが２．１ｍｍの光導波路では０．６ｄＢ、基板の厚みが１．６ｍｍの光導波路では０．４ｄＢ、基板の厚みが１．１ｍｍの光導波路では０．２ｄＢ、基板の厚みが０．５ｍｍの光導波路では０．４ｄＢであった。
【００８９】
以上の結果から、下部クラッド層３の下に紫外線制御領域２を設けることにより、基板の厚み等の影響を受けることなく、屈折率が一定になるようにクラッド層を形成することができ、その結果として、光導波路の挿入損失も一定にできることがわかった。
【００９０】
＜実施例２＞
実施例１において、紫外線制御領域２の表面に凹凸を形成するための型６として、表面粗さＲｚが４００ｎｍの凹凸を有する型６を用いる以外は、実施例１と同様にして４分岐光導波路を作製した。
【００９１】
作製した４分岐光導波路について光学顕微鏡で観察した結果、基板表面、及び下部クラッド層と紫外線制御領域との界面における凹凸は、いずれも２５０μｍの長さでの表面粗さＲｚは４００ｎｍであった。
【００９２】
また、実施例１と同様にして４分岐光導波路の挿入損失を測定したところ、いずれの厚みの基板を用いた場合にも挿入損失の各分岐ごとのばらつきは０．２ｄＢであった。
【００９３】
以上の結果から、紫外線制御領域と下部クラッド層の界面における凹凸を表面粗さＲｚ４００ｎｍにした場合にも、実施例１と同様の効果が得られることがわかった。
【００９４】
＜実施例３＞
紫外線制御領域２の表面に凹凸を形成するための型６として、図７に示すようなストライプ状の凸部２ｄを有するストライプ状の凹凸形状の型を用いた。なお、この凹凸の表面粗さＲｚは１００ｎｍであった。
【００９５】
上記の型６を用いる以外は、実施例１と同様にして４分岐光導波路を作製した。作製した光導波路について光学顕微鏡で観察した結果、下部クラッド層と紫外線制御領域との界面における凹凸の２５０μｍの長さでの表面粗さＲｚは、１００ｎｍであった。
【００９６】
実施例１と同様にして、４分岐光導波路の挿入損失を測定したところ、厚みの異なるいずれの基板においても挿入損失の各分岐間のばらつきは０．２ｄＢであった。
【００９７】
以上のことから、紫外線制御領域と下部クラッド層の界面の凹凸形状をストライプ状にした場合にでも、実施例１と同様の効果を得ることができることがわかった。
【００９８】
＜実施例４＞
上部クラッド層と下部クラッド層の界面に紫外線制御領域が形成された図５に示す断面構造を有する光導波路を作製した。
【００９９】
実施例１と同様の厚みの異なる基板を用いた。なお、これらの基板１の上には凹凸が形成されていない。基板１の上に、溶液Ａを滴下した後、図１５に示す凸部７ａのパターンを有する型７を用いて、図１３（ｂ）に示すように型７を押し当てて、３６５ｎｍの中心波長を有する強度１５０ｍＷ／ｃｍ2の紫外線ランプを用いて３０分間紫外線を照射して硬化させ、下部クラッド層３を形成した。
【０１００】
次に、図１３（ｃ）に示すように、下部クラッド層３及び溝３ａ内に溶液Ｂを滴下し、次に図１４（ｄ）に示すように、２５０μｍの長さでの表面粗さＲｚが１００ｎｍである凹凸６ａを有する型６を押し当てた状態で、３６５ｎｍの中心波長を有する強度１５０ｍＷ／ｃｍ2の紫外線ランプを用いて３０分紫外線を照射して硬化させ、紫外線制御領域２及びコア層４を形成した。この実施例においては、コア層の材料と紫外線制御領域の材料は同じものを用いた。
【０１０１】
次に、図１４（ｅ）に示すように、紫外線制御領域２の上に溶液Ａを滴下した後、３６５ｎｍの中心波長を有する強度１５０ｍＷ／ｃｍ2の紫外線ランプを用いて３０分間紫外線を照射して硬化させ、上部クラッド層５を形成した。
【０１０２】
得られた４分岐光導波路において、紫外線制御領域２の厚みは２μｍ、下部クラッド層３及び上部クラッド層５の厚みは３０μｍ、コア層４の厚みは７μｍ、コア層４の幅は７μｍであった。
【０１０３】
得られた４分岐光導波路について光学顕微鏡で観察した結果、紫外線制御領域２と上部クラッド層５の界面に形成された凹凸の２５０μｍの長さでの表面粗さＲｚは、１００ｎｍであった。
【０１０４】
得られた４分岐光導波路について、実施例１と同様にして挿入損失を測定したところ、厚みの異なる基板のいずれについても、挿入損失の各分岐間のばらつきは０．２ｄＢであった。
【０１０５】
以上の結果から、紫外線制御領域２を下部クラッド層３と上部クラッド層５の界面に設けた場合にも、実施例１と同様の効果が得られることがわかった。
【０１０６】
＜実施例５＞
図４に示す断面構造を有する４分岐光導波路を以下のようにして作製した。
【０１０７】
上部基板として、厚みが０．５ｍｍ、１．１ｍｍ、１．６ｍｍ、２．１ｍｍである４種類の基板を用い、基板１１の表面にダイシングソーを用いて４００ｎｍの幅及び深さの溝を４００ｎｍのピッチで形成した。このような基板１１の凹凸面の上に溶液Ｃを滴下した後、図１１（ｂ）に示すように、２５０μｍ長さでの表面粗さＲｚが１００ｎｍである凹凸６ａを有する型６を押し当て、この状態で３６５ｎｍの中心波長を有する強度１５０ｍＷ／ｃｍ2の紫外線ランプを用いて３０分間紫外線を照射して硬化させ、紫外線制御領域２を形成した。
【０１０８】
次に、図１１（ｃ）に示すように、紫外線制御領域２の上に溶液Ａを滴下し、スピンコートした後、上記と同様の紫外線ランプを用いて３０分間紫外線を照射して硬化させ、上部クラッド層５を形成した。
【０１０９】
次に、図１２（ｄ）に示すように、上部クラッド層５の上に溶液Ｂを滴下した後、コアパターンの溝１８ａが形成された型１８を押し当て、上記と同様の紫外線ランプを用いて３０分間紫外線を照射して硬化させ、コア層４を形成した。なお、型１８の溝１８ａは、図１５に示す型７の凸部７ａと同様のコアパターンで形成されている。
【０１１０】
次に、図１２（ｅ）に示すように、コア層４及び上部クラッド層５の上に溶液Ａを滴下した後、上記紫外線ランプを用いて３０分間紫外線を照射して硬化させ、下部クラッド層３を形成した。
【０１１１】
以上のようにして作製した４分岐光導波路において、紫外線制御領域２の厚みは２μｍ、下部クラッド層３及び上部クラッド層５の厚みは３０μｍ、コア層４の厚みは７μｍ、コア層４の幅は７μｍであった。
【０１１２】
得られた４分岐光導波路について光学顕微鏡で観察した結果、上部基板表面の凹凸の２５０μｍの長さでの表面粗さＲｚは４００ｎｍであり、紫外線制御領域と上部クラッド層との界面の凹凸の２５０μｍの長さでの表面粗さＲｚは１００ｎｍであった。
【０１１３】
実施例１と同様にして４分岐光導波路の挿入損失を測定したところ、基板の厚みに関係なくいずれの場合も挿入損失の各分岐間のばらつきは０．２ｄＢであった。
【０１１４】
以上の結果から、紫外線制御領域を上部クラッド層と基板との間に設けた場合にも、実施例１と同様の効果が得られることがわかった。
【０１１５】
＜実施例６＞
図１７に示す実施例の４分岐光導波路を作製した。
【０１１６】
実施例１と同様の厚みの異なる基板１の上に、直径１μｍのガラス粒子を１ｍｇ／ｍｌとなるように添加した溶液Ｃを滴下して、スピンコートした後、上記紫外線ランプを用いて３０分間紫外線を照射し、硬化させて、光散乱成分としてのガラス粒子９を含有した紫外線制御領域２を形成した。
【０１１７】
下部クラッド層３、コア層４、及び上部クラッド層５は、実施例１と同様の方法で形成した。
【０１１８】
作製した４分岐光導波路において、紫外線制御領域２の厚みは２μｍ、下部クラッド層３及び上部クラッド層５の厚みは３０μｍ、コア層４の厚みは７μｍ、コア層４の幅は７μｍであった。
【０１１９】
実施例１と同様にして、挿入損失を測定したところ、基板の厚みが異なっても挿入損失の各分岐間のばらつきは０．２ｄＢで一定であり、基板の厚みによる影響は認められなかった。
【０１２０】
＜実施例７＞
図１８に示す実施例の４分岐光導波路を作製した。炭素粒子１３を１ｍｇ／ｍｌとなるように添加した溶液Ｃを用いて形成する以外は、上記実施例６と同様にして４分岐光導波路を作製した。
【０１２１】
実施例１と同様にして挿入損失の各分岐間のばらつきを測定したところ、基板の厚みによる影響はなく、０．２ｄＢと一定であった。
【０１２２】
＜実施例８＞
図１９に示す実施例の４分岐光導波路を作製した。
【０１２３】
実施例１と同様の厚みの異なる基板を用い、紫外線制御領域２を、２つの層２ｅ及び２ｆから形成した。１層目の層２ｆは溶液Ｃから形成し、２層目の層２ｅは溶液Ｄから形成した。それぞれの厚みは２μｍであった。
【０１２４】
その他は上記実施例６と同様にして４分岐光導波路を作製した。挿入損失を測定したところ、基板の厚みの影響を受けることなく、挿入損失の各分岐間のばらつきが０．２ｄＢと一定であった。
【０１２５】
＜実施例９＞
図２０に示す実施例の４分岐光導波路を作製した。
【０１２６】
紫外線制御領域２を溶液Ｃから形成する以外は、上記実施例と同様にして光導波路を作製した。紫外線制御領域２の厚みは２μｍであった。
【０１２７】
作製した４分岐光導波路について挿入損失の各分岐間のばらつきを測定したところ、基板の厚みによる影響はなく、全て０．２ｄＢであり一定であった。
【０１２８】
＜実施例１０＞
図２１に示す実施例の４分岐光導波路を作製した。
【０１２９】
紫外線制御領域２を、厚み１μｍのアルミニウム蒸着膜から形成する以外は、上記実施例６と同様にして作製した。
【０１３０】
作製した４分岐光導波路の挿入損失の各分岐間のばらつきを測定したところ、基板の厚みの影響を受けることなく、全て０．２ｄＢと一定であった。
【０１３１】
＜実施例１１＞
市販の紫外線硬化型エポキシ樹脂を用いて、下部クラッド層、コア層、上部クラッド層、及び紫外線制御領域を形成し、実施例１と同様の構造の４分岐光導波路を作製した。
【０１３２】
クラッド層形成用溶液Ａとしては、硬化物の屈折率が１．４９４である市販の紫外線硬化型エポキシ樹脂を用いた。コア層形成用溶液Ｂとしては、硬化物の屈折率が１．４９８である市販の紫外線硬化型エポキシ樹脂を用いた。紫外線制御領域形成用溶液Ｃとしては、硬化物の屈折率が１．５２０である市販の紫外線硬化型エポキシ樹脂を用いた。
【０１３３】
溶液Ａ〜Ｃとして上記溶液を用い、紫外線照射時間を１０分間とする以外は、実施例１と同様にして４分岐光導波路を作製した。
【０１３４】
作製した４分岐光導波路について、光学顕微鏡で観察した結果、基板表面及び下部クラッド層と紫外線制御領域との界面の凹凸の２５０μｍの長さでの表面粗さＲｚは、１００ｎｍであった。
【０１３５】
また、実施例１と同様にして挿入損失の各分岐間ばらつきを測定したところ、基板の厚みに関係なく、全て０．２ｄＢであった。
【０１３６】
以上の結果から、ＵＶ硬化エポキシ樹脂を用いて作製した場合も、実施例１と同様の効果が得られることがわかった。
【０１３７】
＜実施例１２＞
本実施例では、紫外線硬化型アクリル樹脂を用いて、下部クラッド層、コア層、上部クラッド層、及び紫外線制御領域を形成した。
【０１３８】
クラッド層形成用溶液Ａとしては、硬化物の屈折率が１．４９４である市販の紫外線硬化型アクリル樹脂を用いた。コア層形成用溶液Ｂとしては、硬化物の屈折率が１．４９８である市販の紫外線硬化型アクリル樹脂を用いた。紫外線制御領域形成用溶液Ｃとしては、硬化物の屈折率が１．５２０である市販の紫外線硬化型アクリル樹脂を用いた。
【０１３９】
溶液Ａ〜Ｃとして上記溶液を用いる以外は、実施例１１と同様にして４分岐光導波路を作製した。
【０１４０】
作製した４分岐光導波路について光学顕微鏡で観察した結果、基板表面及び下部クラッド層と紫外線制御領域との界面の凹凸の２５０μｍの長さでの表面粗さＲｚは、１００ｎｍであった。
【０１４１】
作製した４分岐光導波路について、実施例１と同様にして挿入損失の各分岐間のばらつきを測定したところ、基板の厚みに関係なく、全て０．２ｄＢであった。
【０１４２】
以上の結果から、ＵＶ硬化アクリル樹脂を用いて４分岐光導波路を作製しても、実施例１と同様の効果が得られることがわかった。
【０１４３】
＜実施例１２−１＞
本実施例では、実施例１のフェニルトリメトキシシランをジフェニルジメトキシシランに変更した。
【０１４４】
クラッド層形成用溶液はフェニルトリメトキシシラン４．５ｍｌをジフェニルジメトキシシラン３．７ｍｌに変更した。屈折率は１．５４３であった。
【０１４５】
コア層形成用溶液はフェニルトリメトキシシラン７．０ｍｌをジフェニルジメトキシシラン４．６４ｍｌに変更した。屈折率は１．５４７であった。その他の工程は実施例１の〔４分岐光導波路の作製〕と同様である。
【０１４６】
この結果、実施例１の挿入損失の測定と同様の結果が得られた。
【０１４７】
〔ガラス転移点温度測定〕
実施例１及び実施例１２−１で作製した下部クラッド層をサンプルとして用い、ガラス転移点温度の測定を行った。
【０１４８】
動的粘弾性測定装置を用いて、ガラス転移点温度を評価した結果、実施例１の下部クラッド層では３００℃以上の高いガラス転移点を有することがわかった。また、実施例１２−１の下部クラッド層でも２５０℃以上の高いガラス転移点を有することがわかった。
【０１４９】
従って、この材料を用い、真空蒸着法やスパッタ法等において基板加熱を行うことにより、膜特性が良好で、高い付着力を持つ金属層や誘電体材料を積層することができ、この積層によって反射防止膜を形成することができる。また、半田の融点以上の耐熱性を有していることから電気回路も形成可能であり、本発明の光導波路は電気回路と複合化することもできる。
【０１５０】
＜実施例１３＞
図２２に示す２分岐光導波路１４ａ及び１４ｂを、実施例１と同様にして作製した。これらを光送受信モジュール１４ａ及び１４ｂとして用い、図２２に示すように、光送信モジュール１４ａにそれぞれレーザーダイオード１６ａ及びフォトダイオード１７ａを接続し、光送受信モジュール１４ｂにも同様にしてレーザーダイオード１６ｂ及びフォトダイオード１７ｂを接続し、光送受信モジュール１４ａと１４ｂの間を光ファイバー１５で接続した。
【０１５１】
光送受信モジュール１４ａのレーザーダイオード１６ａから１００ｋＨｚのパルス波を入射したところ、光送受信モジュール１４ｂのフォトダイオード１７ｂからパルス波を再現することができた。また、レーザーダイオード１６ｂからの信号も、フォトダイオード１７ａで受信することができた。従って、本発明の光導波路が光送受信モジュールとして機能することが確認された。
【０１５２】
＜実施例１４＞
図２３に示すように、実施例１で作製した４分岐光導波路１４を媒体として光カプラモジュールを作製した。具体的には、レーザーダイオード１６と光ファイバーアレイ１８を光ファイバー１５で接続し、この光ファイバーアレイ１８を４分岐光導波路の入力側に接続した。また、４分岐光導波路の出力側に光ファイバーアレイ１８を接続し、光ファイバーアレイ１８の４つの出力端に光ファイバー１５を介してフォトダイオード１７をそれぞれ接続した。
【０１５３】
レーザーダイオード１６から波長１３００ｎｍの光を入射したところ、４つのフォトダイオード１７でそれぞれ検出することができた。従って、入射した光を４つに分波することができた。
【０１５４】
本発明の光導波路は、紫外線硬化樹脂材料を用い、高精度な屈折率制御が必要な素子に広く応用できる。例えば、インテグレータレンズ、マイクロレンズアレイ、反射板、導光板、投影用スクリーン等の表示デバイス（ディスプレイまたは液晶プロジェクター等）関連光素子、眼鏡、ＣＣＤ用光学系、レンズ、光学フィルタ、回折格子、干渉計、光センサ、ホログラム光学素子、その他の光学部品、コンタクトレンズ等に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１５５】
【図１】本発明に従う一実施例の光導波路を示す断面図。
【図２】本発明従う他の実施例光導波路を示す断面図。
【図３】本発明に従うさらに他の実施例の光導波路を示す断面図。
【図４】本発明に従うさらに他の実施例の光導波路を示す断面図。
【図５】本発明に従うさらに他の実施例の光導波路を示す断面図。
【図６】紫外線制御領域に形成する凹凸の一例を示す斜視図。
【図７】紫外線制御領域に形成する凹凸の他の例を示す斜視図。
【図８】図１に示す実施例の製造工程を示す断面図。
【図９】図１に示す実施例の製造工程を示す断面図。
【図１０】図１に示す実施例の光導波路の端部をダイシングソーで切断する状態を示す側方断面図。
【図１１】図４に示す実施例の製造工程を示す断面図。
【図１２】図４に示す実施例の製造工程を示す断面図。
【図１３】図５に示す実施例の製造工程を示す断面図。
【図１４】図５に示す実施例の製造工程を示す断面図。
【図１５】本発明の実施例における４分岐光導波路を作製する際に用いる型を示す平面図。
【図１６】４分岐光導波路の挿入損失を測定する装置を示す模式図。
【図１７】本発明に従うさらに他の実施例の光導波路を示す断面図。
【図１８】本発明に従うさらに他の実施例の光導波路を示す断面図。
【図１９】本発明に従うさらに他の実施例の光導波路を示す断面図。
【図２０】本発明に従うさらに他の実施例の光導波路を示す断面図。
【図２１】本発明に従うさらに他の実施例の光導波路を示す断面図。
【図２２】本発明の光導波路を用いた光送受信モジュールの一例を示す模式図。
【図２３】本発明の光導波路を用いた光カプラモジュールの一例を示す模式図。
【図２４】従来の光導波路を示す断面図。
【図２５】有機無機複合体の屈折率を測定する方法を説明するための断面図。
【符号の説明】
【０１５６】
１…基板
２…紫外線制御領域
２ａ，２ｂ…紫外線制御領域に形成される凹凸
３…下部クラッド層
３ａ…下部クラッド層の溝
４…コア層
５…上部クラッド層
６…型
６ａ…型に形成される凹凸
７…型
７ａ…コアパターンの凸部
８…ダイシングソー
９…光散乱成分
１１…上部基板
１２…金属薄膜
１３…光吸収成分
１４…４分岐光導波路
１４ａ，１４ｂ…２分岐光導波路
１５，１５ａ，１５ｂ…光ファイバー
１６，１６ａ，１６ｂ…レーザーダイオード
１７，１７ａ，１７ｂ…フォトダイオード
１８…光ファイバーアレイ
１９…テンパックスガラス
２０…３０μｍのスペーサ
２１…有機無機複合体
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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