(57)【要約】      （修正有）【課題】同一波長の光源を用いて、発光素子、受光素子の双方に迷光が入力しないような構成を採ることが可能な双方向通信用光導波路を提供すること。【解決手段】本発明の双方向通信用光導波路１００は、クラッド用基材１２０の表面に、曲線部Ｐを有する主導波路コア１０と、副導波路コア５０とを備えている。主導波路コア１０は、曲線部Ｐを境に、矢印Ａ方向の光軸を持つ曲線前主導波路コア２０と矢印Ｂ方向の光軸を持つ曲線後主導波路コア３０とにより構成される。曲線後主導波路コア３０は曲線状に形成されている。主導波路コア１０には、曲線部Ｐの凸側面には主結合面１２が設けられている。副導波路コア５０には、副傾斜面５２が設けられている。主導波路コア１０と副導波路コア５０とは、対向するように近接して配置されている。曲線前主導波路コア２０は、主導波路コア側面から漏れ出さないように、主結合面より小さな曲率で形成される必要がある。【選択図】        図１
2007047320.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光路の途中に連続的に光軸方向が変化する曲線部を有し、前記曲線部の一部に入射した光を結合する主結合面を設け、前記主結合面の曲率よりも小さい曲率で入射した光を導波する構造を備えた主導波路コアと、
一方の端部に前記主結合面と対向して前記主結合面と近接又は接続される副傾斜面を有し、屈折率が前記主導波路コアと同等もしくは低い副導波路コアと、
を有し、
前記主導波路コアが、光ファイバーからの双方向の光信号の入出力を行う第１コア端部及び受光素子と接続する第３コア端部を有し、前記第１コア端部からの入力光を前記曲線部を経由して前記第３コア端部まで導く構造を有し、
前記副導波路コアが、前記副傾斜面とは反対側の端部に発光素子と接続する第２コア端部を有し、該発光素子からの出力光を前記副傾斜面で全透過させて前記主導波路コアに伝搬させる構造を有することを特徴とする双方向通信用光導波路。
【請求項２】
前記主導波路コア及び前記副導波路コアが前記曲線部で近接し、前記主結合面と前記副傾斜面とがクラッド部を挟んで対向し、
前記曲線部の曲率半径Ｒ、主導波路コア幅Ｄ1、前記副傾斜面と副導波路コアの光軸とのなす角度をθとし、主導波路コアの屈折率をｎ1、副導波路コアの屈折率をｎ2及びクラッド部の屈折率をｎ0としたとき、これらが下記式（１）〜（３）の関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載の双方向通信用光導波路。
式（１）：  ｓｉｎθ／（√（ｎ22−ｎ02）／ｎ2）＞１
式（２）：  √（２×Ｄ1／Ｒ）／（√（ｎ12−ｎ02）／ｎ1）＜１
式（３）：  ｃｏｓ（β＋γ）／（√（ｎ12−ｎ02）／ｎ1）＜１
但し、β＝ｓｉｎ-1（（ｎ2／ｎ1）ｃｏｓθ）、γ＝（Ｄ1／Ｒ）ｔａｎβ
【請求項３】
前記主導波路コア及び前記副導波路コアが前記曲線部で近接し、前記主結合面と前記副傾斜面とが直接接続し、
前記曲線部の曲率半径Ｒ、主導波路コア幅Ｄ1、前記副傾斜面と副導波路コアの光軸とのなす角度をθとし、主導波路コアの屈折率をｎ1、副導波路コアの屈折率をｎ2及びクラッド部の屈折率をｎ0としたとき、これらが下記式（１）’〜（３）’の関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載の双方向通信用光導波路。
式（１）’：  ｎ2＞ｎ0
式（２）’：  √（２×Ｄ1／Ｒ）／（√（ｎ12−ｎ22）／ｎ1）＜１
式（３）’：  ｃｏｓ（β＋γ）／（√（ｎ12−ｎ02）／ｎ1）＜１
但し、β＝ｓｉｎ-1（（ｎ2／ｎ1）ｃｏｓθ）、γ＝（Ｄ1／Ｒ）ｔａｎβ
【請求項４】
前記主導波路コア及び前記副導波路コアが前記曲線部で近接し、前記主結合面と前記副傾斜面とが一定間隔をおいて対向しており、前記主導波路コアの幅をＤ1、前記主結合面中心の接線と前記副傾斜面との間隔をＤcとしたとき、これらが下記式（４）の関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載の双方向通信用光導波路。
式（４）：  ０．１Ｄ1＜Ｄc＜Ｄ1
【請求項５】
前記主導波路コアの幅をＤ1、前記副導波路コアの幅をＤ2としたとき、これらが下記式（５）の関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載の双方向通信用光導波路。
式（５）：  ０．１Ｄ1≦Ｄ2≦Ｄ1
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の双方向通信用光導波路の製造方法であって、
少なくとも、１）鋳型形成用硬化性樹脂の硬化樹脂層から形成され、少なくとも厚み方向に主導波路コア及び副導波路コアに相当する凹部と、該凹部の樹脂進入端及び樹脂排出端にそれぞれ連結される貫通孔とが設けられた鋳型を準備する工程、２）前記鋳型にクラッド用基材を密着させる工程、３）前記主導波路コア及び副導波路コアに相当する凹部の樹脂進入端に連結される貫通孔にコア形成用硬化性樹脂を充填し、該コア形成用硬化性樹脂を前記樹脂進入端に接触させて前記主導波路コア及び副導波路コアに相当する凹部に進入させる工程、及び４）進入させたコア形成用硬化性樹脂を硬化させる工程を含むことを特徴とする双方向通信用光導波路の製造方法。
【請求項７】
前記鋳型において、前記副導波路コアの相当する凹部の樹脂排出端が前記主導波路コアに相当する凹部側の先端に設けられ、該樹脂排出端から前記貫通孔まで直線状の連通路に相当する凹部が形成されており、
前記副傾斜面と副導波路コアの光軸とのなす角度をθとし、前記直線状の連通路に相当する凹部と前記副導波路コアに相当する凹部とのなす角をαとしたとき、αを下記式（６）の範囲とすることを特徴とする請求項６に記載の双方向通信用光導波路の製造方法。
式（６）：  θ＜α≦９０°
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバーを用いて双方向に光信号を伝達するための送受信モジュールを構成する双方向通信用光導波路及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、１本の光ファイバーを利用して双方向に光信号を送受信するためのモジュールとしては、上りと下りで別の波長の光を用いてモジュール内に波長選択性のある反射板を挿入して、上りと下りとの信号を分離する方法がよく用いられている。しかし、この構成は集光レンズのほかに波長選択性をもつ反射板を別途設けなければならないため、モジュールとしてのコストアップが避けられない。さらに、上りと下りで用いられる波長に合わせて専用の受光素子、発光素子の組み合わせを備えた送受信モジュールが必要となるため、煩雑な上コストアップの要因となる。
【０００３】
このような問題を回避する方法としては、双方向の信号を同一波長としてしまうことが考えられる。このような方法としては、例えば面発光素子の同心円上に受光素子をおいて、双方向通信を行う構成が提案されているが（例えば、特許文献１参照）、この方法では、発光素子からの送信光が光ファイバーの端面で反射して同一モジュール側の近接する受光素子に戻ることが避けられない構成になっているため、受信感度の点で問題が多い。
【０００４】
また、導波路を用いて同一波長を用いた双方向通信を実現する技術も開示されている（例えば、特許文献２参照）。この方法では、発光素子からの送信光が同一モジュール側の受光素子に戻る問題は生じない。しかし、光ファイバーからの入力光が発光素子側にもある程度迷光として入力してしまう。また、この技術では、主導波路より副導波路を細くして迷光の入力を防止しようとしているが、若干の迷光入力は避けられない。このような迷光がある場合、発光素子として半導体レーザーを用いると出力が不安定になり、光信号のレベルが変化するという問題が発生する。この問題は、端面発光型レーザーだけでなくＶＣＳＥＬ（面発光型レーザー）でも発生する。
【０００５】
このように、簡易な構成の同一波長の光信号を用いた双方向通信を実現する送受信モジュールを実現するためには、光ファイバーからの入出力信号を安定して損失なく伝播させるモジュールが不可欠であるが、そのようなモジュールを構成するための技術は十分でない。
【特許文献１】特開昭５８−１９１５４３号公報
【特許文献２】特開平１１−２７１５４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、前記のごとき問題点に鑑みてなされたものであり、同一波長の光源を用いて、なおかつ、発光素子、受光素子の双方に迷光が入力しないような構成を採ることが可能な双方向通信用モジュールを実現する双方向通信用光導波路を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題は、以下の本発明により達成される。すなわち本発明は、
＜１＞  光路の途中に連続的に光軸方向が変化する曲線部を有し、前記曲線部の一部に入射した光を結合する主結合面を設け、前記主結合面の曲率よりも小さい曲率で入射した光を導波する構造を備えた主導波路コアと、
一方の端部に副傾斜面を有し、当該副傾斜面が前記主結合面と対向して前記主結合面と近接又は接続され、屈折率が前記主導波路コアと同等もしくは低い副導波路コアと、
を有し、
前記主導波路コアが、光ファイバーからの双方向の光信号の入出力を行う第１コア端部及び受光素子と接続する第３コア端部を有し、前記第１コア端部からの入力光を前記曲線部を経由して前記第３コア端部まで導く構造を有し、
前記副導波路コアが、前記副傾斜面とは反対側の端部に発光素子と接続する第２コア端部を有し、該発光素子からの出力光を前記副傾斜面で全透過させて前記主導波路コアに伝搬させる構造を有することを特徴とする双方向通信用光導波路。
【０００８】
＜２＞  前記主導波路コア及び前記副導波路コアが前記曲線部で近接し、前記主結合面と前記副傾斜面とがクラッド部を挟んで対向し、
前記曲線部の曲率半径Ｒ、主導波路コア幅Ｄ1、前記副傾斜面と副導波路コアの光軸とのなす角度をθとし、主導波路コアの屈折率をｎ1、副導波路コアの屈折率をｎ2及びクラッド部の屈折率をｎ0としたとき、これらが下記式（１）〜（３）の関係を満たすことを特徴とする＜１＞に記載の双方向通信用光導波路。
式（１）：  ｓｉｎθ／（√（ｎ22−ｎ02）／ｎ2）＞１
式（２）：  √（２×Ｄ1／Ｒ）／（√（ｎ12−ｎ02）／ｎ1）＜１
式（３）：  ｃｏｓ（β＋γ）／（√（ｎ12−ｎ02）／ｎ1）＜１
但し、β＝ｓｉｎ-1（（ｎ2／ｎ1）ｃｏｓθ）、γ＝（Ｄ1／Ｒ）ｔａｎβ
【０００９】
＜３＞  前記主導波路コア及び前記副導波路コアが前記曲線部で近接し、前記主結合面と前記副傾斜面とが直接接続し、
前記曲線部の曲率半径Ｒ、主導波路コア幅Ｄ1、前記副傾斜面と副導波路コアの光軸とのなす角度をθとし、主導波路コアの屈折率をｎ1、副導波路コアの屈折率をｎ2及びクラッド部の屈折率をｎ0としたとき、これらが下記式（１）’〜（３）’の関係を満たすことを特徴とする＜１＞に記載の双方向通信用光導波路。
式（１）’：  ｎ2＞ｎ0
式（２）’：  √（２×Ｄ1／Ｒ）／（√（ｎ12−ｎ22）／ｎ1）＜１
式（３）’：  ｃｏｓ（β＋γ）／（√（ｎ12−ｎ02）／ｎ1）＜１
但し、β＝ｓｉｎ-1（（ｎ2／ｎ1）ｃｏｓθ）、γ＝（Ｄ1／Ｒ）ｔａｎβ
【００１０】
＜４＞  前記主導波路コア及び前記副導波路コアが前記曲線部で近接し、前記主結合面と前記副傾斜面とが一定間隔をおいて対向しており、前記主導波路コアの幅をＤ1、前記主結合面中心の接線と前記副傾斜面との間隔をＤcとしたとき、これらが下記式（４）の関係を満たすことを特徴とする＜１＞に記載の双方向通信用光導波路。
式（４）：  ０．１Ｄ1＜Ｄc＜Ｄ1
【００１１】
＜５＞  前記主導波路コアの幅をＤ1、前記副導波路コアの幅をＤ2としたとき、これらが下記式（５）の関係を満たすことを特徴とする＜１＞に記載の双方向通信用光導波路。
式（５）：  ０．１Ｄ1≦Ｄ2≦Ｄ1
【００１２】
＜６＞  ＜１＞〜＜５＞のいずれか１項に記載の双方向通信用光導波路の製造方法であって、
少なくとも、１）鋳型形成用硬化性樹脂の硬化樹脂層から形成され、少なくとも厚み方向に主導波路コア及び副導波路コアに相当する凹部と、該凹部の樹脂進入端及び樹脂排出端にそれぞれ連結される貫通孔とが設けられた鋳型を準備する工程、２）前記鋳型にクラッド用基材を密着させる工程、３）前記主導波路コア及び副導波路コアに相当する凹部の樹脂進入端に連結される貫通孔にコア形成用硬化性樹脂を充填し、該コア形成用硬化性樹脂を前記樹脂進入端に接触させて前記主導波路コア及び副導波路コアに相当する凹部に進入させる工程、及び４）進入させたコア形成用硬化性樹脂を硬化させる工程を含むことを特徴とする双方向通信用光導波路の製造方法。
【００１３】
＜７＞  前記鋳型において、前記副導波路コアの相当する凹部の樹脂排出端が前記主導波路コアに相当する凹部側の先端に設けられ、該樹脂排出端から前記貫通孔まで直線状の連通路に相当する凹部が形成されており、
前記副傾斜面と副導波路コアの光軸とのなす角度をθとし、前記直線状の連通路に相当する凹部と前記副導波路コアに相当する凹部とのなす角をαとしたとき、αを下記式（６）の範囲とすることを特徴とする＜６＞に記載の双方向通信用光導波路の製造方法である。
式（６）：  θ＜α≦９０°
【発明の効果】
【００１４】
本発明の双方向通信用光導波路によれば、同一波長の発光素子、受光素子を接続するすべての通信モジュールに適用できるため、拡張性に富み、さらにコストダウンを図ることが可能である。また、波長選択フィルターやハーフミラーなどの別部品を必要とせず、さらに、発光素子への戻り光を最小にして安定した発光状態で双方向に送受信することができる。また、本発明の双方向通信用光導波路の製造方法によれば、光導波路を作る工程に余計な手間がかからないため、コストダウンを図ることができるだけでなく、高品質の光導波路を簡易に作製することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を詳細に説明する。
＜双方向通信用光導波路＞
本発明の双方向通信用光導波路は、光路の途中に連続的に光軸方向が変化する曲線部を有し、前記曲線部の一部に入射した光を結合する主結合面を設け、前記主結合面の曲率よりも小さい曲率で入射した光を導波する構造を有する主導波路コアと、一方の端部に副傾斜面を有し、当該副傾斜面が前記主結合面と対向して前記主結合面と近接又は接続され、屈折率が前記主導波路コアと同等もしくは低い副導波路コアと、を有し、前記主導波路コアが、光ファイバーからの双方向の光信号の入出力を行う第１コア端部及び受光素子と接続する第３コア端部を有し、前記第１コア端部からの入力光を前記曲線部を経由して前記第３コア端部まで導く構造を有し、前記副導波路コアが、前記副傾斜面とは反対側の端部に発光素子と接続する第２コア端部を有し、該発光素子からの出力光を前記副傾斜面で全透過させて前記主導波路コアに伝搬させる構造を有することを特徴とする。
【００１６】
まず、本発明の双方向通信用光導波路の構造を図面を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明の双方向通信用光導波路（以下、単に「光導波路」という場合がある）の構成の一例と、これに光ファイバー、受光素子及び発光素子が接続された双方向通信用モジュールを示す概略構成図（平面図）である。図５は、本発明の双方向通信用光導波路の構成例における主導波路コア曲線部周辺を示す部分拡大平面図である。
【００１７】
ここで、導波路コアはグラッドで覆われて構成されるが、わかり易くするために図中では導波路コアを実線で示す。
【００１８】
図１及び図５に示すように、本発明の双方向通信用光導波路１００は、クラッド用基材１２０の表面に、光路の途中に矢印Ｂ方向に連続的に光軸方向が変化する曲線部Ｐを有する主導波路コア１０と、クラッド部４０を介し主導波路コア１０に近接する副導波路コア５０とを備えている。また、主導波路コア１０は、曲線部Ｐを境に、矢印Ａ方向の光軸を持つ曲線前主導波路コア２０と矢印Ｂ方向の光軸を持つ曲線後主導波路コア３０とにより構成される。曲線前主導波路コア２０は、副導波路から入射した光が高次モードを励起して主導波路端部までに達するまでに主導波路コア側面から漏れ出さないように、主結合面より小さな曲率で形成される必要がある。本例では直線（曲率０）とした。即ち、主結合面の曲率よりも小さい曲率で入射した光を導波する構造が曲線前主導波路コア２０に相当する。曲線後主導波路コア３０は連続的に光軸方向が変化するように曲線状に形成され、本例ではＳ字状に形成されている。
【００１９】
前記主導波路コア１０には、曲線部Ｐの凸側の面（曲率半径が大きい外周面側）に所定の曲率半径を持ち、入射した光を結合する主結合面１２が設けられている。副導波路コア５０の一方の端部には、副導波路コア５０の光軸（矢印Ｃ方向の軸）と傾斜角θ（°）をなす副傾斜面５２が設けられている。主導波路コア１０と副導波路コア５０とは、主結合面１２と副傾斜面５２とがクラッド部４０を介して対向するように近接して配置されている。この場合、主結合面１２はクラッド部から入社した光を導波することとなる。
【００２０】
このとき副傾斜面５２は主結合面１２中心の接線Ｑ2と概ね平行の関係になる。この結果両者はクラッド部４０を介して対向するように近接して配置されている。主結合面１２は、対向した副傾斜面５２の両端（面幅方向の両端、以下同様）から当該面と垂直な仮想線Ｑ1を引いたとき、当該線で囲まれる主導波路コア１０における曲線部Ｐ側面領域である。そして、当該曲線部Ｐ側面領域である円弧状の主結合面１２の中心とは、面の幅、厚みがそれぞれ半分である箇所を示す。
【００２１】
本発明においては、主導波路コア１０と副導波路コア５０とは、図１及び図５に示すように主結合面１２と副傾斜面５２とを介して一定間隔をおいて近接されていてもよいし、図６に示すように主結合面１２と副傾斜面５２とを接触させて接続されていてもよい。
【００２２】
前記主導波路コア１０は、通信用の光ファイバー１５０と接続して双方向の光信号の入出力を行う曲線前主導波路コア端部２２（第１コア端部）及び受光素子７０と接続する曲線後主導波路コア端部３２（第３コア端部）を有している。光ファイバー１５０と曲線前主導波路コア端部２２間、あるいは、受光素子７０と曲線後主導波路コア端部３２とは、直接対向あるいは集光レンズや短い導光路等を介して接続することができる。光ファイバー１５０から矢印Ｅ方向で伝搬される入力光は、曲線前主導波路コア端部２２から矢印Ａ方向に曲線前主導波路コア２０内を伝搬し、主結合面１２に到達する。
【００２３】
この入力光の光軸（主導波路コア１０の光軸）と主結合面１２とは、前記曲線部Ｐの曲率半径Ｒ、主導波路コアの幅Ｄ1、前記副傾斜面と副導波路コアの光軸とのなす角度をθとし、主導波路コアの屈折率をｎ1、副導波路コアの屈折率をｎ2及びクラッド部の屈折率をｎ0としたとき、
式（２）：  √（２×Ｄ1／Ｒ）／（√（ｎ12−ｎ02）／ｎ1）＜１
となる関係を満たせば前記主結合面１２に到達した入力光が主結合面１２でもれることなく、曲線後主導波路コア３０内を矢印Ｂ方向に受光素子７０と接続する曲線後主導波路コア端部３２まで導くことができる。
【００２４】
ここで、曲線部Ｐの曲率半径Ｒとは、主結合面１２、即ち、対向した副傾斜面５２の両端から当該面と垂直な仮想線Ｑ1を引いたとき、当該線で囲まれる主導波路コア１０における曲線部Ｐ領域の平均曲率半径を示す。
【００２５】
一方、主導波路コア１０と独立して設けられる副導波路コア５０は、発光素子６０と接続する副導波路コア端部５４（第２コア端部）を有し、発光素子６０より発した矢印Ｃ方向の出力光は前記曲線前主導波路コア２０の光軸と平行な方向に導かれ、クラッド部４０を挟んで副傾斜面５２に到達する。
【００２６】
上記出力光の光軸も副傾斜面５２と角度θの傾斜角をなしているが、副導波路コア５０の屈折率をｎ2としたとき下記式（１）となるように屈折率を選択すると、前記副傾斜面５２に到達した出力光は副傾斜面５２を全透過する。そして、さらに、下記式（３）を満たすことにより、前記出力光は主導波路にとどまることになり、曲線前主導波路コア２０内を矢印Ｄ方向に光ファイバー１５０と接続する曲線前主導波路コア端部２２まで導かれ、最終的に光ファイバー１５０との接続端面を通して光ファイバー１５０に出力され、矢印Ｆ方向で伝搬される。
【００２７】
式（１）：  ｓｉｎθ／（√（ｎ22−ｎ02）／ｎ2）＞１
式（３）：  ｃｏｓ（β＋γ）／（√（ｎ12−ｎ02）／ｎ1）＜１
但し、β＝ｓｉｎ-1（（ｎ2／ｎ1）ｃｏｓθ）、γ＝（Ｄ1／Ｒ）ｔａｎβ
【００２８】
なお、本発明において、前記「全反射」「全透過」とは、もちろん入射した光が１００％反射あるいは１００％透過する場合を含むが、それ以外に入射した光が５１％以上反射あるいは透過する場合をも含む意味である。
【００２９】
本発明の光導波路においては、前記のように、光ファイバー１５０からの入力光を主結合面１２で全反射させ、かつ、発光素子６０からの出力光を副傾斜面５２で全透過させることにより、光ファイバー１５０、発光素子６０への戻り光や主導波路コア１０から副導波路コア５０への入力光の漏れをほとんどなくし、双方向の送受信を効率的に行うことができるものである。
【００３０】
そして、本発明のような双方向通信用光導波路において、上記を達成するための基本的条件として、本発明においては副導波路コア５０の屈折率ｎ2が主導波路コア１０の屈折率ｎ1より同じかもしくは低くすることが必要である（ｎ2≦ｎ1）。副導波路コア５０の屈折率ｎ2が主導波路コア１０の屈折率ｎ1を超える（ｎ2＞ｎ1）条件であると、最終的に得られる本発明の双方向通信用光導波路において、光ファイバー１５０からの入力光を受光素子７０に反射させることができず、また発光素子６０の出力光を光ファイバー１５０に伝搬することがきわめて難しくなる。
【００３１】
ここで、前記式（２）の左辺は、主導波路コア１０の閉じ込め限界角度に対する光ファイバー１５０からの光の伝搬角度の比率をあらわす。また前記式（３）の左辺は、主導波路コア１０の閉じ込め限界角度に対する副導波路コア５０からの光の伝播角度の比率をあらわす。よって両者の左辺はなるべく１より小さいことが望ましい。０．９以下が望ましく、０．８３以下がさらに望ましい。
【００３２】
また、前記式（１）の左辺は、副導波路コア５０の閉じ込め限界角度に対する発光素子６０からの光の伝搬角度の比率をあらわす。よってなるべく１より大きいことが望ましい。１．１以上が望ましく、１．２以上がさらに望ましい。
【００３３】
なお、図１及び図５には主結合面１２と副傾斜面５２との間にクラッド部４０が挟まれた構成が示されているが、本発明においては、図６に示すように主結合面１２と副傾斜面５２とが接触した状態、すなわち主導波路コア１０と副導波路コア５０とが直接接続された状態でも、式（１）〜（３）に換えて下記の関係、すなわち下記（１）’〜（３）’の関係を満たすならば、前記のような優れた特性を得ることができる。
【００３４】
ここで、図６に示すような主導波路コア１０と副導波路コア５０とが直接接続された場合、副傾斜面５２は、主導波路コア１０と副導波路コア５０との平面状の接合面５２Ａを示す。また、主結合面１２は、副導波路コア５０との接合部における主導波路コア１０の側面形状の仮想面１２Ａを示す。そして、曲線部Ｐの曲率半径Ｒは、接合面５２Ａの両端で囲まれる領域での主導波路コア１０の曲線部側面、即ち仮想面１２Ａの平均曲率半径を示す。また、副傾斜面５２と副導波路コア５０の光軸とのなす角度をθは、接合面５２Ａと副導波路コア５０の光軸とのなす角度を示す。
【００３５】
式（１）’：  ｎ2＞ｎ0
式（２）’：  √（２×Ｄ1／Ｒ）／（√（ｎ12−ｎ22）／ｎ1）＜１
式（３）’：  ｃｏｓ（β＋γ）／（√（ｎ12−ｎ02）／ｎ1）＜１
但し、β＝ｓｉｎ-1（（ｎ2／ｎ1）ｃｏｓθ）、γ＝（Ｄ1／Ｒ）ｔａｎβ
【００３６】
また、クラッド部４０は、後述するように、上部クラッド層を形成する際に上部クラッド層に用いると同一材料で上部クラッド層と一体的に形成されることが好ましいが、クラッド部４０は主導波路コアや副導波路コアより低い屈折率であれば特に上部クラッド層と異なる材料で形成されてもよい。
【００３７】
以上のような基本構成によると、曲線前主導波路コア２０を通信用光ファイバー１５０から伝搬してきた入力光は、発光素子６０側に漏れることなく受光素子７０に到達し、一方、発光素子６０からの出力光は、受光素子７０側に漏れることなく通信用光ファイバー１５０へ到達させることが可能になる。そして、これは使用する光の波長に関係なく実現可能なので、入力光と出力光とを同一波長にすることが可能になる。特に、主結合面１２を曲線状に構成することで、屈曲させる場合に比べて、副導波路コア５０に対する光の漏れ出しが少なくなる。
【００３８】
また、上記基本構成に加えて、本発明においては、前記曲線前主導波路コア端部には該光信号を伝送する光ファイバーの端面が対向配置される場合、すなわち集光レンズ等を用いずに直接光接続する場合、主導波路コアの開口数ＮＡ１と光ファイバーの開口数ＮＡｆが概ね等しくなることが好ましい。すなわち、主導波路コア１０の開口数ＮＡ１を接続する通信用光ファイバー１５０の開口数ＮＡｆ以上に定めれば、例えば通信用光ファイバー１５０をレンズを介さずに直接主導波路コアに結合しても、光ファイバー１５０から伝搬される入力光の接続損失を最小にすることができる。
【００３９】
一方、発光素子６０からの出力光は、主導波路コア１０によってその広がり角度が大きくなってしまう可能性があるが、その広がり角度の増加量は曲線前主導波路コア２０の長さが１０ｍｍ以下ならばほとんど無視できるため、光ファイバー１５０への出力光の損失増加には寄与しない。
【００４０】
なお、上記主導波路コア１０の開口数ＮＡ１は、主導波路コア１０の屈折率をｎ1、クラッド部４０の屈折率をｎ0としたとき、
式：ｓｉｎ-1√（ｎ12−ｎ02）
として表される値であり、光ファイバー１５０の開口数ＮＡｆが既知であれば主導波路コア１０やクラッド部４０の屈折率を調整することにより、ＮＡ１とＮＡｆとを前記範囲とすることができる。
【００４１】
したがって、前記曲線の角度は（２±０．５）θ°であることがより好ましく、２θであることが特に好ましい。
なお、もちろん、曲線後主導波路コア３０の下流部は、途中で曲げ要素などを導入して導波路全体の大きさ（幅）を小さくすることも可能である。
【００４２】
図２は、図１に示す双方向通信用モジュールに用いた本発明の双方向通信用光導波路の構成をより詳細に示す平面図である。
図２においては、図１において接続されていた光ファイバー、発光素子及び受光素子が外され、各々ポート１、ポート２及びポート３として示されている。
【００４３】
本発明においては、さらに、図２及び図５に示すような前記主導波路コア１０及び前記副導波路コア５０が曲線部Ｐで近接し、主結合面１２と副傾斜面５２とが間隔Ｄcをおいて対向しているような構成の場合、この間隔Ｄcを充分小さくすることによって副導波路コア５０から主導波路コア１０に伝搬する出力光の散乱損失を最小にすることができる。ここで、間隔Ｄcは、主結合面１２の中心の接線Ｑ2と副傾斜面５２との間隔を示す。
【００４４】
しかし、導波路作製工程の観点からは、前記間隔Ｄcは大きいほうが作りやすいのは言うまでもない。そこで、本発明においては、主結合面１２の中心の接線Ｑ2と副傾斜面５２との間隔をＤc（μｍ）、主導波路コア１０の幅（通常、曲線前主導波路コア２０及び曲線後主導波路コア３０で同一値）をＤ1（μｍ）としたとき、これらが下記式（４）の関係を満たすことにより、損失を最小に抑えつつ光導波路の製造を容易にならしめることを見出した。
式（４）：  ０．１Ｄ1＜Ｄc＜Ｄ1
【００４５】
前記Ｄcは０．２Ｄ1≦Ｄc≦０．５Ｄ1であることがより好ましい。Ｄcが０．１Ｄ1以下とすることは、実際の製造上困難な場合がある。ＤcがＤ1以上となると、副導波路コア５０からの出力光の主導波路コア１０への伝搬損失が著しく増加するおそれがある。
【００４６】
また、本発明においては、主導波路コア１０の幅をＤ1（μｍ）とし、副導波路コア５０の幅をＤ2（μｍ）としたとき、これらが下記式（５）の関係を満たし、副導波路コア５０の光軸と曲線前主導波路コア２０における光軸とが、互いに一直線上に揃うように主導波路コア１０に対し副導波路コア５０を近接又は接続させることが好ましい。
式（５）  ０．１Ｄ1≦Ｄ2≦Ｄ1
【００４７】
上記Ｄ2は、０．２Ｄ1≦Ｄ2≦０．８Ｄ1であることがより好ましい。このような構成をとることによって、光ファイバー１５０から伝搬される入力光のうち、主結合面１２を反射しないで透過してしまい迷光として副導波路コア５０に入り込む光量を減少させることが可能になる。ただし、Ｄ2をむやみに小さくすると、発光素子との結合における位置公差が厳しくなったり、結合効率が低下したりするため、これらのバランスを勘案して決める必要がある。
【００４８】
またここまでの説明では、前記副導波路コア５０をほぼ直線のみで構成した例を説明したが、受光素子及び発光素子、又は光ファイバーの配置にあわせて導波光の曲げ損失が無視できる範囲で適宜曲げ要素を挿入しても問題ないことは言うまでもない。
【００４９】
以上説明した本発明の双方向通信用光導波路は、通常、クラッド用基材（場合によっては基板上にクラッド層を設けたもの）の表面に、所望の形状の導波路コアを形成し、さらにその表面に上部クラッド層を形成することによって作製される。導波路コアの材料としては、石英などの無機系やポリイミドなどのポリマー系のいずれを用いてもよい。
なお、クラッド用基材等の詳細については後述する。
【００５０】
前記導波路コアの形成は、一般によく用いられるフォトリソグラフィやＲＩＥ（反応性イオンエッチング）を利用した製法でも作製可能であるが、一般にコスト高になる問題点がある。特に、本発明では２種類の屈折率をもつコア形状を作製することが望ましいため、さらにコスト高になる問題がある。このため、本発明の双方向通信用光導波路の作製には、例えば、後述するような本発明者ら既に提案している特開２００４−２９５０７号公報に記載の高分子光導波路の製造方法を応用した製法を用いることが低コスト化の観点から好ましい。
【００５１】
＜双方向通信用光導波路の製造方法＞
本発明の双方向通信用光導波路の製造方法は、前記本発明の双方向通信用光導波路の製造方法であって、
少なくとも、１）鋳型形成用硬化性樹脂の硬化樹脂層から形成され、少なくとも厚み方向に主導波路コア及び副導波路コアに相当する凹部と、該凹部の樹脂進入端及び樹脂排出端にそれぞれ連結される貫通孔とが設けられた鋳型を準備する工程、２）前記鋳型にクラッド用基材を密着させる工程、３）前記主導波路コア及び副導波路コアに相当する凹部の樹脂進入端に連結される貫通孔にコア形成用硬化性樹脂を充填し、該コア形成用硬化性樹脂を前記樹脂進入端に接触させて前記主導波路コア及び副導波路コアに相当する凹部に進入させる工程、及び４）進入させたコア形成用硬化性樹脂を硬化させる工程を含むことを特徴とする。
【００５２】
このような製造方法により光導波路を作製することにより、屈折率の異なる導波路コアを同時に形成することができ、製造の効率化、低コスト化が図れるだけでなく、エッチング法等の場合のように何回にも分けて異なる導波路コアを形成しなくてよいため、形成済みの導波路コアを他の導波路コア形成工程で傷めることがなく、高品質の光導波路を作製することができる。
【００５３】
まず、本発明の双方向通信用光導波路の製造方法の基本プロセスについて、概略を導波路コアを１本設ける場合により説明する。
【００５４】
図３（Ａ）〜（Ｇ）は、前記光導波路の製造の各工程を表す概念図である。図３（Ａ）は原盤２００を示し、２２０は導波路コアに相当する凸部（以下、「導波路コア用凸部」ということがある）である。この原盤２００の凸部形成面に、鋳型形成用硬化性樹脂を塗布又は注型した後硬化させる（図３（Ｂ）参照）。図３（Ｂ）中、３００ａは硬化樹脂層である。その後硬化樹脂層３００ａを剥離すると、導波路コアに相当する凹部（以下、「導波路コア用凹部」ということがある）が形成された硬化樹脂層３００ａが得られる（図示せず）。導波路コア用凹部３２０が形成された硬化樹脂層３００ａに、導波路コア用凹部３２０に連通する貫通孔３６０及び３８０を凹部両端に打ち抜き等により形成して鋳型３００（図３（Ｃ）参照）を得る。なお、鋳型３００において、導波路コア用凹部３２０の貫通孔３６０側の端部は樹脂入力端３７０となり、貫通孔３８０側の端部は樹脂出力端３９０となる。
【００５５】
次に、図３（Ｄ）が示すように、鋳型３００にクラッド用基材４００を密着させる。その後鋳型に形成されている貫通孔３６０にコア形成用硬化性樹脂を入れ樹脂入力端３７０に該樹脂を接触させ、毛細管現象あるいは貫通孔３８０を通じて樹脂出力端３９０から減圧吸引して、鋳型の導波路コア用凹部３２０にコア形成用硬化性樹脂を充填する。その後該樹脂を硬化させ鋳型を剥離すると、図３（Ｅ）に示されるように、クラッド用基材４００の上に導波路コア４２０が形成される。
【００５６】
この後、上部クラッド層５００を形成し（図３（Ｆ）参照）、最後に貫通孔３６０及び３８０内で硬化した樹脂部分をダイサー等で切り落として光導波路とする１１０（図３（Ｇ）参照）。
【００５７】
なお、上記例では鋳型３００を用いて導波路コアを形成した後に、鋳型３００を剥離して上部クラッド層５００を設けているが、本発明においては、鋳型の材質によっては後述するように前記鋳型３００を剥離せず、鋳型をそのまま上部クラッド層として用いることもできる。
【００５８】
以下、本発明の双方向通信用光導波路の製造方法の一例を、図４を用いて工程順に説明する。なお、図４（Ａ）〜（Ｅ）は、図２に示した双方向通信用光導波路を作製する工程を順に示した概略図（平面図）である。以下、図４（Ａ）〜（Ｅ）では、説明をわかりやすくするために、導波路コア、及びそれ作製するための凹部、凸部を実線で示し、他の部分（部材）は省略して示す場合がある。
【００５９】
（鋳型を準備する工程）
鋳型の作製は、前記のように導波路コアに相当する凸部を形成した原盤を用いて行うのが好ましいが、これに限定されるものではない。以下では、原盤を用いる方法を説明する。
【００６０】
まず、図４（Ａ）に示すように、シリコン基板２０２上に前記主導波路コア用凸部２２２及び副導波路コア用凸部２２４に加えて、さらに副導波路コアの相当する凹部の樹脂出力端を設けるために、副導波路コア用凸部２２４の主導波路コア用凸部側の先端に直線状の空気抜き通路（連通路）用凸部２２６を加えたものを原盤２１０として準備する。
【００６１】
上記凸部を形成した原盤２１０の作製には、従来の方法、たとえばフォトリソグラフィー法やＲＩＥ法、機械加工法などを特に制限なく用いることができる。原盤に形成される導波路コアに対応する凸部の大きさ（コア径）は、一般的に５〜５００μｍ程度、好ましくは４０〜２００μｍ程度であり、光導波路の用途等に応じて適宜決められる。例えばシングルモード用の光導波路の場合には１０μｍ角程度のコアを、マルチモード用の光導波路の場合には４０〜１５０μｍ角程度のコアが一般的に用いられるが、ＰＯＦ対応等の用途によっては数百μｍ程度と更に大きなコア部を持つ光導波路も利用される。
【００６２】
空気抜き通路用凸部２２６の寸法は、最終的に完成した光導波路において、この部分から光が散逸する恐れがあるため、望ましくは副導波路コアに相当する副導波路コア用凸部２２４より充分に細いことが望ましい。これにより、後述するようにこの部分から吸引してコア形成用の樹脂を進入させる場合、この部分に該樹脂が充填されにくくなる利点がある。
【００６３】
鋳型となる硬化樹脂層は、前記のようにして作製した原盤の導波路コアに対応する凸部が形成された面に、鋳型形成用硬化性樹脂を塗布したり注型したりして、また必要に応じ乾燥処理をした後、該樹脂を硬化させ、次いでその硬化樹脂層を剥離して作製される。
【００６４】
図４（Ｂ）に、作製された鋳型を前記剥離面と反対側から見た状態を示す。この硬化樹脂層からなる鋳型３１０には、それぞれのコアに対応する主導波路コア用凹部３２２及び副導波路コア用凹部３２４に加えて、さらに副導波路コアの相当する凹部の樹脂出力端を設けるために、副導波路コア用凹部３２４の主導波路コア用凹部３２２側の先端に直線状の空気抜き通路用凹部３２６（連通路３２６）が形成されている。
【００６５】
ここで、空気抜き通路用凹部３２６に対して、若干はコア形成用の樹脂が充填されることが考えられるが、この場合でも、この部分の散乱損失を最小にすることが好ましい。このため、副傾斜面と副導波路コアの光軸とのなす角度をθとし、直線状の連通路に相当する凹部（空気抜き通路用凹部３２６）と副導波路コアに相当する凹部（副導波路コア用凹部３２４）とのなす角をαとしたとき、αを下記式（６）の範囲とすることが好ましい。図中、α、θは、対応する凹部でのなす角度を示している。
式（６）：  θ＜α≦９０°
【００６６】
前記αが９０°、すなわち副導波路側面に直交する場合は、空気抜き通路を設けたことによる副導波路側面の欠陥の大きさを最小にすることができる。また角度が副傾斜面の角度θに近づく場合は、副傾斜面先端の形状鈍りを最小に抑えることができる。よって、前記αはこの間の角度を選択することが望ましい。なお、空気抜き通路用凹部３２６の径は、上記目的と製造の容易性とを勘案して適切な寸法、形状を選ぶことができる。
【００６７】
また、硬化樹脂層からなる鋳型３１０には、上記各凹部にコア形成用硬化性樹脂を充填するための樹脂進入端、及び前記各凹部から前記硬化性樹脂を排出させるための樹脂排出端が形成されているが、これらを形成する方法としては、図４（Ｂ）に示すように、硬化樹脂層における凹部の両端（及び連通路用凹部の端部）に貫通孔３６２、３６４、３８２、３８４を設けることが有効である。
【００６８】
これらの貫通孔を設けることにより、同時に前記樹脂進入端及び樹脂排出端が形成され、さらに樹脂進入端側の貫通孔は液（樹脂）溜まりとして利用でき、樹脂排出端の貫通孔は減圧吸引管をその中に挿入して凹部内部を減圧吸引装置に接続することができる。また、樹脂進入端側の貫通孔をコア形成用硬化性樹脂の注入管に連結して該樹脂を加圧注入することも可能である。
【００６９】
前記鋳型形成用硬化性樹脂としては、その硬化物が原盤から容易に剥離できること、鋳型（繰り返し用いる）として一定以上の機械的強度・寸法安定性を有すること、凹部形状を維持する硬さ（硬度）を有すること、クラッド用基材との密着性が良好なことが好ましい。鋳型形成用硬化性樹脂には、必要に応じて各種添加剤を加えることができる。
【００７０】
鋳型形成用硬化性樹脂の未硬化状態では、原盤の表面に塗布や注型等することが可能で、また、原盤に形成された個々の光導波路のコア部に対応する凸部を正確に写し取らなければならないので、ある適正の粘度、たとえば、５００〜７０００ｍＰａ・ｓの範囲程度を有することが好ましい。（なお、本発明において用いる「鋳型形成用硬化性樹脂」の中には、硬化後、弾性を有するゴム状体となるものも含まれる。）また、粘度調節のために溶剤を他の部材に悪影響が出ない程度に加えることもある。
【００７１】
前記鋳型形成用硬化性樹脂としては、前記のような剥離性、機械強度・寸法安定性、硬度、クラッド用基材との密着性の点から、シリコーンゴム（シリコーンエラストマー）又はシリコーン樹脂となる硬化性オルガノポリシロキサンが好ましく用いられる。前記硬化性オルガノポリシロキサンは、分子中にメチルシロキサン基、エチルシロキサン基、フェニルシロキサン基を含むものが好ましい。また、前記硬化性オルガノポリシロキサンは、一液型のものでも硬化剤と組み合わせて用いる二液型のものでもよく、また、熱硬化型のものでも室温硬化型（例えば空気中の水分で硬化するもの）のものでもよく、更に他の硬化（紫外線硬化等）を利用するものであってもよい。
【００７２】
前記硬化性オルガノポリシロキサンとしては、硬化後ゴム状態となるものが好ましく、これには通常液状シリコーンゴム（「液状」の中にはペースト状のように粘度の高いものも含まれる）と称されているものが用いられ、硬化剤と組み合わせて用いる二液型のものが好ましく、中でも付加型の液状シリコーンゴムは、表面と内部が均一にかつ短時間に硬化し、またその際副生成物が無く又は少なく、かつ離型性に優れ収縮率も小さいので好ましく用いられる。
【００７３】
前記液状シリコーンゴムの中でも、特に液状ジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）ゴムが密着性、剥離性、強度及び硬度の制御性から好ましい。また、液状ジメチルシロキサンゴムの硬化物は、一般に屈折率が１．４３程度と低いために、これから作った鋳型としての硬化樹脂層は、クラッド基材から剥離させずに、そのまま上部クラッド層として利用することができる。この場合には、硬化樹脂層と、充填したコア形成用樹脂及びクラッド用基材とが剥がれないような工夫が必要になる。
【００７４】
前記液状シリコーンゴムの粘度は、光導波路のコア部に対応する凸部を正確に写し取り、かつ気泡の混入を少なくして脱泡し易くする観点と、数ミリの厚さの鋳型形成の点から、５００〜７０００ｍＰａ・ｓの範囲程度のものが好ましく、さらには、２０００〜５０００ｍＰａ・ｓの範囲程度のものがより好ましい。
【００７５】
硬化樹脂層からなる鋳型３１０の硬度は、ショアＡ硬度で１０〜５０の範囲が好ましい。このような柔らかいゴム状特性の硬化樹脂層を用いることで、コア部形成後の剥離の成型特性を上げ、精密なコア形成能力を付与させることができる。なお、硬化樹脂層の厚さとしては、高精度で、コア形成用硬化性樹脂の注入時の振動や圧力変化に対して成形精度を維持できるような適正値を選択できる。
なお、上記鋳型３１０の硬度（ショアＡ硬度）は、デュロメーターを用いてＪＩＳ  Ｋ  ６２５３にしたがって測定することができる。
【００７６】
また、硬化樹脂層からなる鋳型３１０の表面エネルギーは、７〜３０ｍＮ／ｍの範囲が好ましく、１２〜２１ｍＮ／ｍの範囲がより好ましい。表面エネルギーが上記範囲にあることが、クラッド基材との密着性とコア形成用硬化性樹脂の浸透速度の点からみて好ましい。
本発明において、上記表面エネルギーはＺｉｓｍａｎ法による臨界表面張力を算出する手法により測定される。
【００７７】
さらに、硬化樹脂層からなる鋳型３１０の凹部の算術平均粗さＲａは、０．１μｍ以下とすることが好ましく、より好ましくは０．０５μｍ以下である。凹部の表面粗さを上記範囲にすることにより、形成されたコア部の光導波特性において光損失を大幅に低減できる。
なお、本発明において上記算術平均粗さＲａは、ＪＩＳ（Ｂ０６０１）の条件で測定することができる。
【００７８】
（鋳型をクラッド用基材に密着させる工程）
本発明において用いるクラッド用基材はシリコン基板又は電子回路基板などであり、その基材としては、シリコンウェハー、ガラス基材、セラミック基材、プラスチック基材等のものが制限なく用いられる。
【００７９】
また、屈折率が適正な基材の場合はそのままクラッド用基材として用いるが、屈折率制御を必要するものは、前記クラッド用基材に全面又は部分的にクラッド層として樹脂コートや無機材料をＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法で着膜したものも用いられる。なお本発明においては、上記クラッド層を設けた基材もクラッド用基材という。
【００８０】
本発明におけるクラッド用基材（前記クラッド層を設ける場合にはクラッド層）の屈折率は、１．５５より小さいことが好ましく、１．４９より小さいことがより好ましい。特に、導波路コアの屈折率より０．０１以上小さいことが必要である。
なお、上記各基材や層の屈折率は、プリズムカップラーやエリプソメータ、アッベ屈折率計を用いて測定される（他のコア部等の屈折率の測定も同様である）。
【００８１】
また、クラッド用基材の特性としては、平滑性において表面の算術平均粗さＲａが０．１μｍ以下で、鋳型（硬化樹脂層）との密着性に優れ、両者を密着させた場合、鋳型の凹部以外に空隙が生じないものが好ましい。また、クラッド基材が鋳型及び／又はコア部との密着性が余り良好でない場合には、オゾン雰囲気による処理、波長３００ｎｍ以下の紫外線照射処理を行って、鋳型等との密着性を改善することが好ましい。
【００８２】
クラッド用基材として、前記プラスチック基材の中でもフレキシブルなフィルム基材を用いた光導波路は、カプラー、ボード間の光配線や光分波器等としても使用できる。前記フィルム基材は、作製される高分子光導波路の用途に応じ、その屈折率、光透過性等の光学的特性、機械的強度、表面平滑性、耐熱性、鋳型との密着性、フレキシビリティー（可撓性）等を考慮して選択される。
【００８３】
前記フィルム基材の材料としては、アクリル系樹脂（ポリメチルメタクリレート等）、脂環式アクリル樹脂、スチレン系樹脂（ポリスチレン、アクリロニトリル・スチレン共重合体等）、オレフィン系樹脂（ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン・プロピレン共重合体等）、脂環式オレフィン樹脂、塩化ビニル系樹脂、塩化ビニリデン系樹脂、ビニルアルコール系樹脂、ビニルブチラール系樹脂、アリレート系樹脂、含フッ素樹脂、ポリエステル系樹脂（ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等）、ポリカーボネート系樹脂、二又は三酢酸セルロース、アミド系樹脂（脂肪族、芳香族ポリアミド等）、イミド系樹脂、スルホン系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂、ポリエーテルエーテルケトン系樹脂、ポリフェニレンスルフィド系樹脂、ポリオキシメチレン系樹脂、又は前記樹脂のブレンド物等が挙げられる。
【００８４】
前記脂環式オレフィン樹脂としては主鎖にノルボルネン構造を有するもの、及び主鎖にノルボルネン構造を有しかつ側鎖にアルキルオキシカルボニル基（アルキル基としては炭素数１から６のものやシクロアルキル基）等の極性基をもつものが挙げられる。中でも前記のごとき主鎖にノルボルネン構造を有しかつ側鎖にアルキルオキシカルボニル基等の極性基をもつ脂環式オレフィン樹脂は、低屈折率（屈折率が１．５０近辺であり、コア・クラッド間の屈折率の差を確保できる）及び高い光透過性等の優れた光学的特性を有し、鋳型との密着性に優れ、さらに耐熱性に優れているので特に高分子光導波路の作製に適している。
【００８５】
前記フィルム基材の厚さは、フレキシビリティーと剛性や取り扱いの容易さ等とを考慮して適切に選ばれ、一般的には０．０３ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲程度が好ましい。
また、用いるフィルム基材表面の平滑性は、算術平均粗さＲａで１０μｍ以下が好ましく、より好ましくは１μｍ以下、更に好ましくは０．１μｍ以下である。
【００８６】
（鋳型の凹部にコア形成用硬化性樹脂進入させる工程）
鋳型の凹部にコア形成用硬化性樹脂を進入させるには、鋳型に鋳型より一回り大きいサイズのクラッド用基材を密着させ、凹部の樹脂進入端にコア形成用硬化性樹脂を少量垂らし毛細管現象を利用して充填したり、凹部の樹脂進入端にコア形成用硬化性樹脂を加圧充填したり、凹部の樹脂排出端を減圧吸引したり、あるいは該加圧充填と減圧吸引との両方を行うなどにより充填することができる。
【００８７】
図４（Ｃ）に、前記ＰＤＭＳゴムで作製された鋳型を用いて、導波路コア用凹部にコア形成用硬化性樹脂を進入させている状態を示す。図４（Ｃ）においては、クラッド用基材としてのフィルム基材４１０に密着させた鋳型３１０の貫通孔３６２、３６４に各々屈折率が異なるコア形成用硬化性樹脂を充填し、貫通孔３８２、３８４から減圧吸引することにより、図における左側の２つの樹脂進入端から、主導波路コア用凹部３２２及び副導波路コア用凹部３２４に一度に前記樹脂を進入させている。
【００８８】
この場合、特に副導波路コア用凹部３２４については、連通路３２６（空気抜き通路用凹部３２６）側から吸引する必要がある。最終的に形成される副導波路コアの主導波路側の先端部は、特に発光素子の出力光が漏れないような形状精度が要求される。したがって、前記先端部（樹脂排出端）には、図に示すように連通路３２６（空気抜き通路用凹部３２６）のような細い吸引口を設け、この部分に樹脂が到達しても連通路３２６には該樹脂がごく一部にしか充填されないようにすることが望ましい。
【００８９】
このように、副導波路コア用凹部３２４の先端側の樹脂排出端に、細い連通路３２６を設け吸引を行い副導波路コアを形成することにより、副導波路コアの先端の連通路と交わる部分に若干の形状欠陥が発生するが（図４（Ｄ）参照）、その大きさを１０μｍ以下にすることができるため、大きな損失要因とならないようにすることができる。
なお、上記連通路３２６の幅は、副導波路コアの幅Ｄ2に対して０．５Ｄ2以下とすることが好ましい。
【００９０】
コア形成用硬化性樹脂としては、放射線硬化性、電子線硬化性、熱硬化性等の樹脂を用いることができ、中でも紫外線硬化性樹脂及び熱硬化性樹脂が好ましく用いられる。前記コア形成用の紫外線硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂としては、紫外線硬化性又は熱硬化性のモノマー、オリゴマー若しくはモノマーとオリゴマーとの混合物が好ましく用いられる。特に、オリゴマーの混合は硬化の速度を助けたり、形状の精度向上に役に立つ。
前記紫外線硬化性樹脂としてエポキシ系、ポリイミド系、アクリル系紫外線硬化性樹脂が好ましく用いられる。
【００９１】
コア形成用硬化性樹脂は、鋳型とクラッド用基材との間に形成された空隙（鋳型の凹部）に充填させることが可能なように十分低粘度であることが必要である。前記コア形成用硬化性樹脂の未硬化時の粘度は、好ましくは５０ｍＰａ・ｓ〜２０００ｍＰａ・ｓの範囲、より好ましく１００ｍＰａ・ｓ〜１０００ｍＰａ・ｓの範囲、更に好ましくは３００ｍＰａ・ｓ〜７００ｍＰａ・ｓの範囲にするのが、充填速度、コア形状の良さ及び光損失の少なさの点から望ましい。
【００９２】
この他に、原盤に形成された導波路コアに相当する凸部が有する元の形状を高精度に再現するため、前記硬化性樹脂の硬化前後の体積変化が小さいことが必要である。例えば、体積が減少すると導波損失大の原因になる。したがって、前記硬化性樹脂としては体積変化ができるだけ小さいものが望ましく、好ましくは１０％以下、より好ましくは０．０１〜４％の範囲にあることが望ましい。溶剤を用いて低粘度化することは、硬化前後の体積変化が大きいのでできれば避ける方が好ましい。
【００９３】
コア形成用硬化性樹脂の硬化後の体積変化（収縮）を小さくするため、前記樹脂にポリマーを添加することができる。前記ポリマーはコア形成用硬化性樹脂との相溶性を有し、かつ該硬化性樹脂の屈折率、弾性率、透過特性に悪影響を及ぼさないものが好ましい。またポリマーを添加することにより体積変化を小さくする他、粘度や硬化樹脂のガラス転移点を高度に制御できる。
前記ポリマーとしては、例えばアクリル系、メタクリル酸系、エポキシ系のものが用いられるが、これらに限定されるものではない。
【００９４】
コア形成用硬化性樹脂の硬化物の屈折率は、好ましくは１．２０〜１．６０の範囲、より好ましくは１．４〜１．６の範囲である。本発明においては、副導波路コアの屈折率を主導波路コアの屈折率以下にする必要がある。
【００９５】
コア形成用硬化性樹脂の硬化物の屈折率は、クラッド用基材（又はクラッド層、さらにクラッド部）より大きいことが必要である。コアとクラッド用基材との屈折率の差は、マルチモード導波路かシングルモード導波路かによって異なるが、マルチモード導波路の場合で０．０１以上、好ましくは０．０２以上である。また光ファイバーを接続する主導波路コアの場合は、その光ファイバーの開口数とマッチングが取れるようにコアとクラッドの屈折率差を定めるのが望ましい。
【００９６】
また、この工程において、毛細管現象によるコア形成用硬化性樹脂の鋳型凹部への充填を促進するために、系全体を減圧（常圧に対して−０．１〜−１００ｋＰａ程度）することが望ましい。
また、前記充填を促進するため、前記系の減圧に加えて、鋳型の進入口から充填するコア形成用硬化性樹脂を加熱することにより、より低粘度化することも有効な手段である。
【００９７】
（進入させたコア形成用硬化性樹脂を硬化させる工程）
本工程では、進入させたコア形成用硬化性樹脂を種々の手段により硬化させる。紫外線硬化性樹脂を硬化させるには、紫外線ランプ、紫外線ＬＥＤ、ＵＶ照射装置等が用いられる。また、熱硬化性樹脂を硬化させるには、オーブン中での加熱等の硬化を加速させる手段も有効である。
【００９８】
本発明においては、必要により以下のような工程を設けることができる。
（鋳型をクラッド用基材から剥離する工程）
本工程は、コア形成用硬化性樹脂を硬化させる工程の後、鋳型をクラッド用基材から剥離する工程である。なお前述のように、前記各工程で用いる鋳型としての硬化樹脂層は、屈折率等の条件を満たせばそのまま上部クラッド層として用いることも可能で、この場合は、鋳型を剥離する必要はなくそのまま上部クラッド層として利用する。この場合、鋳型と導波路コアとの接着性を向上させるために鋳型をオゾン処理することが好ましい。
【００９９】
本発明においては、鋳型を繰り返し使用することが低コスト化等の観点から好ましく、本工程及び下記上部クラッド層形成工程が通常行われる。
図４（Ｄ）に、鋳型が剥離された状態の導波路コアが形成されたクラッド用基材の平面図を示す。図に示すように、フィルム基材４１０上には前記貫通孔内で硬化した樹脂部分１７、５７が端部に残った状態の主導波路コア１６及び副導波路コア５６が、クラッド部４２を介して近接して形成されている。なお、前述のように副導波路コアの主導波路側先端には、拡大図で示すように、若干の形状欠陥（凸部）が見られる。
【０１００】
（コア部が形成されたクラッド用基材上に上部クラッド層を形成する工程）
本工程では、導波路コアが形成されたクラッド用基材上に上部クラッド層を形成するが、上部クラッド層としてはフィルム
（たとえば前記クラッド用基材の基材が同様に用いられる）や、クラッド用硬化性樹脂を塗布して硬化させた層、高分子材料の溶液を塗布して乾燥して得られる高分子膜等が挙げられる。前記クラッド用硬化性樹脂としては、紫外線硬化性樹脂や熱硬化性樹脂が好ましく用いられ、例えば、紫外線硬化性又は熱硬化性のモノマー、オリゴマー若しくはモノマーとオリゴマーとの混合物が用いられる。
【０１０１】
前記クラッド形成用硬化性樹脂の硬化後の体積変化（収縮）を小さくするために、該硬化性樹脂と相溶性を有し、また該樹脂の屈折率、弾性率、透過特性に悪影響を及ぼさないポリマー（例えばメタクリル酸系、エポキシ系）を該樹脂に添加することができる。
【０１０２】
上部クラッド層としてフィルムを用いる場合は、接着剤を用いて貼り合わされるが、その際、接着剤の屈折率が該フィルムの屈折率と近いことが望ましい。用いる接着剤としては、紫外線硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂が好ましく用いられ、例えば、紫外線硬化性又は熱硬化性のモノマー、オリゴマー若しくはモノマーとオリゴマーとの混合物が用いられる。また、前記紫外線硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂の硬化後の体積変化（収縮）を小さくするために、上部クラッド層に添加するポリマーと同様のポリマーを添加することができる。
【０１０３】
なお、本発明においては、図４（Ｄ）に示すように前記主導波路コア１６と副導波路コア５６とが近接し、主結合面と副傾斜面との間にクラッド部４２が設けられる場合には、前記上部クラッド層形成時に同時にクラッド部４２に硬化性樹脂等を充填することができる。この場合、クラッド部４２に充填される樹脂は、前記上部クラッド層と同一の樹脂であってもよいし、異なる樹脂であってもよい。また、上部クラッド層をフィルムとしクラッド部４２を空気層としてもよい。
【０１０４】
前記クラッド用基材と上部クラッド層との屈折率差は小さい方が好ましく、その差は好ましくは０．１以内、より好ましくは０．０５以内、更に好ましくは０．００１以内であり、差がないことが光の閉じ込めの点からみて最も好ましい。
【０１０５】
以上説明した光導波路の製造において、特に、鋳型形成用硬化性樹脂として硬化してゴム状になる液状シリコーン樹脂、中でも液状ジメチルシロキサン液を用い、クラッド用基材として主鎖にノルボルネン構造を有しかつ側鎖にアルキルオキシカルボニル基等の極性基をもつ脂環式オレフィン樹脂を用いる組み合わせは、両者の密着性が特に高く、また、鋳型凹部構造の変形がなく、さらに凹部構造の断面積が極めて小さくても（たとえば１０×１０μｍの矩形）、素早く凹部に硬化性樹脂を充填することができる。
【０１０６】
この後、図４（Ｅ）に示すように、最後に貫通孔内で硬化した樹脂部分１７、５７をダイサー等で切り落として曲線後主導波路コア端部３４、副導波路コア端部５８を形成し、さらに曲線前主導波路コア端部２４を形成して光導波路１１１とする。なお、切り落として形成された各端部のコア端面は鏡面平滑性を有している。
【実施例】
【０１０７】
以下に、実施例を示し本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
＜実施例１＞
（双方向通信用光導波路の作製）
図２に示すような全体の長さが３ｍｍ、幅が１ｍｍの双方向通信用光導波路を作製した。
【０１０８】
−鋳型の作製−
図４（Ａ）示すような、シリコン基板２０２上に厚膜レジスト（マイクロケミカル（株）製、ＳＵ−８）をスピンコート法で塗布した後、８０℃でプリベークし、フォトマスクを通して露光し、現像して、双方向通信用導波路の主導波路コア用凸部２２２（幅Ｄ1：５０μｍ、高さ：５０μｍ）、副導波路コア用凸部２２４（幅Ｄ2：５０μｍ、高さ：５０μｍ）、及び副導波路コア用凸部２２４の主導波路用コア側の先端に直角につながる空気抜き（連通路）用凸部２２６（幅２０μｍ、高さ５０μｍ）を形成した。これを１２０℃でポストベークし、光導波路コア作製用の原盤２１０を作製した。
【０１０９】
なお、上記において副導波路コア用凸部における直線方向（光軸）と副傾斜面に相当する面との角度θは９°とし、この角度θが接線となるような主導波路コア用凸部の曲線部側面の主結合面に近接するように配置した。そのとき、主結合面に相当する面の中心の接線と副傾斜面に相当する面との間隔Ｄcが、１２μｍとなった。また、主結合面の曲率半径Ｒは４となった。
【０１１０】
次に、この原盤２１０に離型剤を塗布した後、熱硬化性ジメチルシロキサン樹脂（ダウコウニングアジア社製：ＳＹＬＧＡＲＤ１８４）及びその硬化剤を流し込み、１２０℃で３０分間加熱して硬化させた。硬化後、硬化樹脂層を剥離して、主導波路コア、副導波路コア及び空気抜き用穴に対応する凹部を持った型（厚さ：５ｍｍ）を作製した。
【０１１１】
さらに、図４（Ｂ）に示すように、前記主導波路コア用凹部３２２の両端が露出するように鋳型に直径３ｍｍの貫通孔３６２、３８２を開け、また、前記副導波路コア用凹部３２４の副傾斜面のない側の端部及び空気抜き通路用凹部３２６（連通路３２６）の端部にも同様に貫通孔３６４、３８４を開け、下記コア形成用硬化性樹脂の樹脂入力端及び樹脂排出端を作り鋳型３１０とした。
【０１１２】
−導波路コア及び上部クラッド層の形成−
図４（Ｃ）に示すように、この鋳型３１０と膜厚１８８μｍのフィルム基材４１０（アートンフイルム、ＪＳＲ（株）製、屈折率１．５１０）とを密着させた。次に、鋳型３１０に形成されている主導波路コア用凹部３２２の一つの貫通孔３６２に、粘度が８００ｍＰａ・ｓの紫外線硬化性樹脂（硬化後の屈折率：１．５３５）を充分に満たして、逆側にある貫通孔３８２からダイヤフラム式吸引ポンプ（最大吸引圧：−３３．２５ｋＰａ）を用い、−２０ｋＰａの吸引力で吸引したところ、前記主導波路コア用凹部３２２に紫外線硬化性樹脂が充填された。
【０１１３】
同時に、鋳型に形成されている副導波路コア用凹部３２４の一つの貫通孔３６４に、粘度が１７００ｍＰａ・ｓの紫外線硬化性樹脂（硬化後の屈折率：１．５２）を充分に満たして、空気抜き通路（連通路）用凹部３２６に連結される貫通孔３８４からダイヤフラム式吸引ポンプ（最大吸引圧：−３３．２５ｋＰａ）を用い、−２０ｋＰａの吸引力で吸引したところ、空気抜き用穴を除く前記副導波路コア用凹部３２４に紫外線硬化性樹脂が充填された。このときの充填時間は約２０秒で行われた。
【０１１４】
次いで、光強度が５０ｍＷ／ｃｍ２のＵＶ光を前記アートンフイルム側から５分間照射して紫外線硬化性樹脂を硬化させた後、型を剥離し、もう１枚の上部クラッド層としてのアートンフィルムを用意し、屈折率が１．５１０の紫外線硬化性樹脂を接着剤として、前記導波路コアを挟むようにして接着した。なおこのとき、前記主導波路コアと副導波路コアとの隙間部分にも前記接着剤を充填した。
【０１１５】
その後、光強度が５０ｍＷ／ｃｍ2のＵＶ光を５分間照射して硬化させ、最後に導波路フィルム端部をダイサーにより切断して、図４（Ｅ）に示すような双方向通信用光導波路を得た。
【０１１６】
この光導波路の構成、特性を表１に示す。なお、表１において、Ｒは主導波路コアにおける曲線部（主結合面）の曲率半径、θは副傾斜面と副導波路コアの光軸とのなす角度、Ｄ1は主導波路コアの幅、Ｄ2は副導波路コアの幅、主導波路コアにおける主結合面中心の接線と副傾斜面との間隔をＤc、ｎ1は主導波路コアの屈折率、ｎ2は副導波路コアの屈折率、ｎ0はクラッド部の屈折率を各々示す。
【０１１７】
このようにして作製した双方向通信用導波路は、副傾斜面に向かい合った直線部分に１０μｍの不要な曲面が追加されるが、大きな損失は無く、前記実施例で示したように良好な性能を発揮できた。
【０１１８】
（双方向通信用光導波路の評価）
図１に示すように、作製した双方向通信用光導波路の曲線前主導波路コア端部２２に、通信用光ファイバー１５０としてコア径が６２．５μｍ、開口数ＮＡｆが０．２７５のＧＩ型マルチモードファイバーを近接させて双方向光入出力を行った。
【０１１９】
双方向通信用デバイスとしては、副導波路コア端部５４には発光素子６０（ＬＤ）としてＶＣＳＥＬ（富士ゼロックス製、ＡＭ−０００１、発光波長：８５０ｎｍ）を、曲線後主導波路コア端部３２には受光素子７０としてフォトディテクタ（ＰＤ）を光学接着剤で取り付けた。ここでは、損失評価のため測定用光ファイバーを近接させて、それぞれの光ファイバーからの入出力光を測定した。なお、測定に際しては光ファイバー１５０と導波路間にマッチングオイルを使用し、また、光ファイバー１５０からの入力光波長を８５０ｎｍとした。
【０１２０】
上記条件で双方向光入出力を行ったときの光損失を表２に示す。なお、表２の損失Ｐに関しては、通信用光ファイバー側の導波路コア端部（曲線前主導波路コア端部）を添字１、発光素子側の導波路コア端部（副導波路コア端部）を添字２、受光素子側の導波路コア端部（曲線後主導波路コア端部）を添字３で表し、「Ｐｘｙ」のうち光の入力位置をｘ、出力位置をｙとしてこれらの添字により入出力を表し、光損失をｄＢ表示（数字が大きいほど減衰が大きい）で表した。
【０１２１】
＜実施例２〜実施例８、比較例１〜比較例３＞
副導波路コアの幅（Ｄ2）、クラッド部の幅（Ｄc）、主導波路コア、副導波路コアの屈折率の屈折率（ｎ1、ｎ2）を各々表１に示すように変更した以外は、実施例１と同様にして双方向通信用光導波路を作製し、同様の評価を行った。
評価結果をまとめて表２に示す。
【０１２２】
【表１】
2007047320.tif 000003
【０１２３】
【表２】
2007047320.tif 000004
【０１２４】
表２に示す結果より明らかなように、本発明の双方向通信用導波路を用いた実施例１〜８では、発光素子（ＬＤ）側から隣接する受光素子（ＰＤ）側に達する迷光成分であるＰ２３、発光素子（ＬＤ）自身への戻り光成分Ｐ２２、入力光の発光素子（ＬＤ）側に達する迷光成分Ｐ１２、及び通信用光ファイバーへの戻り光成分Ｐ１１とも一定以上の数値であり、きわめて迷光や戻り光が低いレベルに収まっているため、発光素子、受光素子ともに誤動作の恐れがない。しかも、発光素子から通信用光ファイバーへの損失を示すＰ２１、及び通信用光ファイバーから受光素子への損失を示すＰ１３の値はごく小さく、損失の少ない送受信が可能であることがわかる。
【０１２５】
一方、主導波路コアと副導波路コアとが直接結合され、両者のコア屈折率が同一である比較例１では、たとえ副導波路コアのコア径を小さくしても通信用光ファイバーから、発光素子の出力を不安定にするレベルの迷光が発光素子側に入り込むことが避けられない。これは先行技術である特開平１１−２７１５４８号公報でもほぼ同様である。
【０１２６】
また、主導波路コアと副導波路コアとを分離した形式でも、両者のコア屈折率が同一ならば、発光素子からの光が副傾斜面で全反射してしまって通信用光ファイバーに到達しないか（比較例２）、あるいは、通信用光ファイバーからの入力光成分が主結合面でほとんど反射しないため、受光素子まで到達しない上に発光素子側に迷光として入り込み発光素子出力を不安定にすることがわかる（比較例３）。
【図面の簡単な説明】
【０１２７】
【図１】本発明の双方向通信用光導波路を含む双方向通信用モジュールの一例を示す概略構成図である。
【図２】本発明の双方向通信用光導波路の構成例を示す平面図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｇ）は、導波路の作製プロセスを示す概念図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｅ）は、本発明の双方向通信用光導波路の製造プロセスの一例を示す概略図である。
【図５】本発明の双方向通信用光導波路の構成例における主導波路コア曲線部周辺を示す部分拡大平面図である。
【図６】本発明の双方向通信用光導波路の他の構成例における主導波路コア曲線部周辺を示す部分拡大平面図である。
【符号の説明】
【０１２８】
１０、１６    主導波路コア
１２   主結合面
２０   曲線前主導波路コア
２２、２４    曲線前主導波路コア端部
３０   曲線後主導波路コア
３２、３４    曲線後主導波路コア端部
４０、４２    クラッド部
５０、５６    副導波路コア
５２Ａ 接合面
５２   副傾斜面
５４、５８    副導波路コア端部
６０   発光素子
７０   受光素子
１００ 双方向通信用光導波路
１１１ 光導波路
１２０ クラッド用基材
１５０ 光ファイバー
２００、２１０       原盤
２０２ シリコン基板
２２２ 主導波路コア用凸部
２２４ 副導波路コア用凸部
２２６ 空気抜き（連通路）用凸部
３００ａ      硬化樹脂層
３００、３１０       鋳型
３２０ 導波路コア用凹部
３２２ 主導波路コア用凹部
３２４ 副導波路コア用凹部
３２６ 空気抜き用凹部（連通路）
３６０、３６２、３６４      貫通孔
３７０ 樹脂入力端
３８０、３８２、３８４      貫通孔
３９０ 樹脂出力端
４００ クラッド用基材
４１０ フィルム基材
４２０ 導波路コア
５００ 上部クラッド層
【図１】
2007047320.tif 000005
【図２】
2007047320.tif 000006
【図３】
2007047320.tif 000007
【図４】
2007047320.tif 000008
【図５】
2007047320.tif 000009
【図６】
2007047320.tif 000010