(57)【要約】【課題】光学素子又は光ファイバと低損失で結合することのできる光導波路を提供すること。【解決手段】下部クラッド層、コアパターン、及び上部クラッド層を順に有する光導波路であって、該コアパターンが光入射部と光出射部を有し、光入射部から光出射部に向かって広がるようにテーパ形状を少なくとも一部に有することを特徴とする光導波路である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部クラッド層、コアパターン、及び上部クラッド層を順に有する光導波路であって、該コアパターンが光入射部と光出射部を有し、光入射部から光出射部に向かって広がるようにテーパ形状を少なくとも一部に有することを特徴とする光導波路。
【請求項２】
前記コアパターンが厚み方向にテーパ形状を有するか、幅方向にテーパ形状を有するか、またはいずれの方向にもテーパ形状を有する請求項１に記載の光導波路。
【請求項３】
前記光入射部に光ファイバが接合される請求項１又は２に記載の光導波路。
【請求項４】
前記コアパターンの光入射部における幅及び厚みが、いずれも光入射用の光ファイバのコアの直径以上である請求項３に記載の光導波路。
【請求項５】
前記光出射部に光ファイバが接合される請求項１〜４のいずれか１項に記載の光導波路。
【請求項６】
前記コアパターンの光出射部における幅及び厚みが、いずれも光出射用の光ファイバのコアの直径以下である請求項５に記載の光導波路。
【請求項７】
前記コアパターンに光路変換用のミラー部を有する請求項１〜６のいずれかに記載の光導波路。
【請求項８】
前記光導波路がポリマー光導波路である請求項１〜７のいずれか１項に記載の光導波路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光導波路に関し、特に、光ファイバや受発光素子との結合損失の小さい光導波路に関する。
【背景技術】
【０００２】
光導波路は、光学製品のデバイスとして用いられる際、他の光学素子や光ファイバと接続して用いられることが多く、接続部において光結合効率が悪化するという課題があった。この課題に対して、光導波路の光入出力部分およびその近傍部分の光導波路の幅を他の部分の幅よりも狭く形成するリッジ型光導波路の製造方法が提案されている（特許文献１参照）。
ところが、特許文献１に開示されるリッジ型光導波路は、これと接続する光ファイバが単一モード導波路を持たない場合に、光結合効率が低下するという課題があったことから、リッジ型光導波路の入力部あるいは出力部の少なくとも一方のリッジの幅がカットオフ以下になるように端部に向かって漸次減少するテーパ状に形成された光導波路をもつ光学素子が提案された（特許文献２参照）。
【０００３】
ところで、レーザーダイオード（以下「ＬＤ」と記載することがある）などの光学素子から光導波路を経由して光ファイバに光を出射する場合に、ＬＤの光ビーム及び光ファイバから出力される光ビームは大きな広がり角を持つため、出力光を如何に効率的にファイバ等に結合するかは重要な課題である。この課題に対して、上述のような、入力部から出力部に向けて、コアの幅を漸次減少するテーパ状に形成された光導波路を用い、ビーム径を絞ることで結合効率を上げる試みがなされている。
また、クラッド層により囲まれた光導波路層を有し、光導波路層の先端部が露出する光出射端面を有する光学素子が提案されており、出力光の広がり角を小さくしてファイバ等への結合効率向上を可能としたとしている（特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２７７１１６２号公報
【特許文献２】特開２００１−４２１４９号公報
【特許文献３】特開平９−３３１１０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のように、光導波路と光学素子又は光ファイバを結合するに際し、結合効率を向上させるためには、従来、光導波路の入射部から出射部にかけて、コアの幅を狭くする方法が試みられてきた。これらの方法は、光導波路と光学素子又は光ファイバの接続が近距離で行われる場合には有効な方法である。
しかしながら、光導波路と光学素子又は光ファイバとの距離が一定以上離れている場合には、上記方法は必ずしも有効ではない。
また、コアとクラッドの屈折率差の大きい光学素子から光導波路に光が入射され、該光導波路からコアとクラッドの屈折率差の小さい光ファイバに出射されるような場合においても、上記方法は必ずしも有効ではない。特に、近年、小型化・低消費電力化を可能とし、電子回路との集積化が可能なシリコンフォトニクスなど、コアとクラッドの屈折率差の大きな材料が注目されており、これらの光学素子と光ファイバを低損失で結合する技術が切望されているが、従来のコア形状を有する光導波路では必ずしも十分と言えるものではなかった。
本発明は、これらの課題を解決するためになされたもので、光導波路と光学素子又は光ファイバとを低損失で結合し得る光導波路を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、従来の考え方とは逆の発想により、すなわち、光導波路の光入射部から光出射部に向かって広がるようにテーパ形状を設けることで、上記課題を解決し得ることを見出し、本発明に至った。
具体的には、本発明は、下部クラッド層、コアパターン、及び上部クラッド層を順に有する光導波路であって、該コアパターンが光入射部と光出射部を有し、光入射部から光出射部に向かって広がるようにテーパ形状を少なくとも一部に有することを特徴とする光導波路を提供するものである。
なお、本明細書において、従来の光出射部から光入射部に向かって広がるテーパ形状を「順テーパ形状」、本発明の、光入射部から光出射部に向かって広がるテーパ形状を「逆テーパ形状」と称する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、光学素子又は光ファイバと低損失で結合することのできる光導波路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の光導波路を示す斜視図である。
【図２】本発明の光導波路を示す投影図である。
【図３】光の伝搬を示す概念図である。
【図４】本発明の光導波路の製造過程を示す図である。
【図５】本発明の光導波路の製造過程を示す図である。
【図６】本発明の光導波路の製造過程を示す図である。
【図７】本発明の光導波路の製造過程を示す図である。
【図８】本発明の光導波路を示す斜視図である。
【図９】評価方法を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の光導波路は、下部クラッド層、光入射部から光出射部に向かってテーパ形状を少なくとも一部に有するコアパターン、及び上部クラッド層を順に有する光導波路である。以下、本発明の光導波路を、図１及び図２を用いて説明する。
図１は本発明の光導波路の好ましい態様を示す斜視図である。また、図２は図１に示す光導波路を上から見た投影図である。
本発明の光導波路１は、基材１３上に、下部クラッド層１４、コアパターン１１、上部クラッド層１５をこの順に有する。本発明の光導波路は、コアパターンが光入射部２３と光出射部２１を有し、光入射部２３から光出射部２１に向かって広がるようにテーパ形状を有することが特徴である。従来は、上述のように、光導波路の入射部から出射部にかけて、コアの幅を狭くするテーパ形状を設ける方法がとられてきたが、従来とは逆のテーパ形状をとることによって、本発明の課題を解決するものである。
【００１０】
本発明の効果を奏するメカニズムについて、図３を用いて説明する。図３は光導波路のコア内を光が伝搬する様子を示す概念図であり、図３の左側から光が入射され、右側に光が出射されるものである。図３（ａ）は通常のテーパ形状を有さないコア形状であり、（ｂ）は本発明で特徴とするテーパ形状を有するコアを示すものである。図３（ａ）に示すようなテーパ形状を有さないコアパターンの場合、入射光がＸの角度をもって入射されると、光はコア内をほぼ全反射しながら伝搬するため、出射光の角度もほぼ同様のＸとなる。したがって、（ａ）のコア形状の場合、光導波路の出射部と近接した部分に受光素子や光ファイバ等を配置することができれば、伝搬する光をほぼ全量受けることができるので、光損失を抑えることができる。しかしながら、受光素子又は光ファイバを光導波路の出射部と離れて設置せざるを得ない場合には、光損失が大きくなる。
これに対し、本発明のコア形状を有する場合には、入射光が全反射しながら伝搬するに際し、徐々に反射角が大きくなっていき、出射光の角度（広がり角）Ｙは、入射光の角度Ｘよりも小さくなる。また、図３（ｂ）に示されるように、出射光の焦点距離が長くなるため、受光素子又は光ファイバを光導波路の光出射部と離れた位置に設置しても、光損失を抑えることができる。
【００１１】
本発明の光導波路の投影図を示す図２では、光導波路のコアパターン１１は光入射部２３から光出射部２１に向かって広がるようにテーパ形状を有する。図２に示す態様では、光入射部２３の幅がＢ２であり、光出射部２１の幅がＢ１であり、そのほぼ中央部分の幅がＢである。本発明の光導波路では、テーパ形状をコアパターンの中の少なくとも一部に有していればよいが、図２に示すように、Ｂ２＜Ｂ＜Ｂ１の順に、コアパターンの幅が漸増していく形状（コア形状３１）を有することが、伝搬する光の波形の乱れを生じさせない点から好ましい。
【００１２】
また、図１に示す光導波路では、コアパターン１１が厚み方向及び幅方向のいずれにもテーパ形状を有するが、テーパ形状はいずれか一方であってもよい。すなわち、本発明の光導波路におけるコアパターンの形状は、厚み方向にテーパ形状を有していてもよいし、幅方向にテーパ形状を有していてもよい。なお、図１に示すように、厚み方向及び幅方向のいずれの方向にもテーパ形状を有していることが効果の点から好ましい。
また、本発明の好ましい態様として、光導波路の光入射部に光ファイバが接合される場合があるが、この場合には、光入射部におけるコアパターンの幅及び厚みがいずれも光入射用の光ファイバのコアの直径以上であることが、結合損失を低減できる点から好ましい。
一方、光導波路の光出射部に光ファイバが接合される場合も本発明の好ましい態様の一つであるが、光出射部におけるコアパターンの幅及び厚みがいずれも光出射用の光ファイバのコアの直径以下であることが、結合損失を低減できる点から好ましい。
【００１３】
本発明の光導波路は、加工の容易性、柔軟性などの観点から、ポリマー光導波路であることが好ましい。以下、本発明の光導波路を構成する各層について説明する。
（クラッド層及びクラッド層形成用樹脂フィルム）
以下、本発明で使用される下部クラッド層１４及び上部クラッド層１５について説明する。下部クラッド層１４及び上部クラッド層１５としては、クラッド層形成用樹脂又はクラッド層形成用樹脂フィルムを用いることができる。
【００１４】
本発明で用いるクラッド層形成用樹脂としては、コアパターン１１より低屈折率で、光又は熱により硬化する樹脂組成物であれば特に限定されず、熱硬化性樹脂組成物や感光性樹脂組成物を好適に使用することができる。より好適にはクラッド層形成用樹脂が、（Ａ）ベースポリマー、（Ｂ）光重合性化合物及び（Ｃ）光重合開始剤を含有する樹脂組成物により構成されることが好ましい。なお、クラッド層形成用樹脂に用いる樹脂組成物は、下部クラッド層１４及び上部クラッド層１５において、該樹脂組成物に含有する成分が同一であっても異なっていてもよく、該樹脂組成物の屈折率が同一であっても異なっていてもよい。
【００１５】
ここで用いる（Ａ）ベースポリマーはクラッド層を形成し、該クラッド層の強度を確保するためのものであり、該目的を達成し得るものであれば特に限定されず、フェノキシ樹脂、エポキシ樹脂、（メタ）アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリエーテルアミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホン等、あるいはこれらの誘導体などが挙げられる。これらのベースポリマーは１種単独でも、また２種以上を混合して用いてもよい。上記で例示したベースポリマーのうち、耐熱性が高いとの観点から、主鎖に芳香族骨格を有することが好ましく、特にフェノキシ樹脂が好ましい。また、３次元架橋し、耐熱性を向上できるとの観点からは、エポキシ樹脂、特に室温で固形のエポキシ樹脂が好ましい。さらに、後に詳述する（Ｂ）光重合性化合物との相溶性が、クラッド層形成用樹脂の透明性を確保するために重要であるが、この点からは上記フェノキシ樹脂及び（メタ）アクリル樹脂が好ましい。なお、ここで（メタ）アクリル樹脂とは、アクリル樹脂及びメタクリル樹脂を意味するものである。
【００１６】
フェノキシ樹脂の中でも、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＡ型エポキシ化合物又はそれらの誘導体、及びビスフェノールＦ、ビスフェノールＦ型エポキシ化合物又はそれらの誘導体を共重合成分の構成単位として含むものは、耐熱性、密着性及び溶解性に優れるため好ましい。ビスフェノールＡ又はビスフェノールＡ型エポキシ化合物の誘導体としては、テトラブロモビスフェノールＡ、テトラブロモビスフェノールＡ型エポキシ化合物等が好適に挙げられる。また、ビスフェノールＦ又はビスフェノールＦ型エポキシ化合物の誘導体としては、テトラブロモビスフェノールＦ、テトラブロモビスフェノールＦ型エポキシ化合物等が好適に挙げられる。ビスフェノールＡ／ビスフェノールＦ共重合型フェノキシ樹脂の具体例としては、東都化成（株）製「フェノトートＹＰ−７０」（商品名）が挙げられる。
【００１７】
室温で固形のエポキシ樹脂としては、例えば、東都化学（株）製「エポトートＹＤ−７０２０、エポトートＹＤ−７０１９、エポトートＹＤ−７０１７」（いずれも商品名）、ジャパンエポキシレジン（株）製「エピコート１０１０、エピコート１００９、エピコート１００８」（いずれも商品名）などのビスフェノールＡ型エポキシ樹脂が挙げられる。
【００１８】
次に、（Ｂ）光重合性化合物としては、紫外線等の光の照射によって重合するものであれば特に限定されず、分子内にエチレン性不飽和基を有する化合物や分子内に２つ以上のエポキシ基を有する化合物などが挙げられる。
分子内にエチレン性不飽和基を有する化合物としては、（メタ）アクリレート、ハロゲン化ビニリデン、ビニルエーテル、ビニルピリジン、ビニルフェノール等が挙げられるが、これらの中で、透明性と耐熱性の観点から、（メタ）アクリレートが好ましい。
（メタ）アクリレートとしては、１官能性のもの、２官能性のもの、３官能性以上の多官能性のもののいずれをも用いることができる。なお、ここで（メタ）アクリレートとは、アクリレート及びメタクリレートを意味するものである。
分子内に２つ以上のエポキシ基を有する化合物としては、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂等の２官能又は多官能芳香族グリシジルエーテル、ポリエチレングリコール型エポキシ樹脂等の２官能又は多官能脂肪族グリシジルエーテル、水添ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂等の２官能脂環式グリシジルエーテル、フタル酸ジグリシジルエステル等の２官能芳香族グリシジルエステル、テトラヒドロフタル酸ジグリシジルエステル等の２官能脂環式グリシジルエステル、Ｎ，Ｎ−ジグリシジルアニリン等の２官能又は多官能芳香族グリシジルアミン、アリサイクリックジエポキシカルボキシレート等の２官能脂環式エポキシ樹脂、２官能複素環式エポキシ樹脂、多官能複素環式エポキシ樹脂、２官能又は多官能ケイ素含有エポキシ樹脂などが挙げられる。これらの（Ｂ）光重合性化合物は、単独で又は２種類以上組み合わせて用いることができる。
【００１９】
次に（Ｃ）成分の光重合開始剤としては、特に制限はなく、例えば（Ｂ）成分にエポキシ化合物を用いる場合の開始剤として、アリールジアゾニウム塩、ジアリールヨードニウム塩、トリアリールスルホニウム塩、トリアリルセレノニウム塩、ジアルキルフェナジルスルホニウム塩、ジアルキル−４−ヒドロキシフェニルスルホニウム塩、スルホン酸エステルなどが挙げられる。
【００２０】
また、（Ｂ）成分に分子内にエチレン性不飽和基を有する化合物を用いる場合の開始剤としては、ベンゾフェノン等の芳香族ケトン、２−エチルアントラキノン等のキノン類、ベンゾインメチルエーテル等のベンゾインエーテル化合物、ベンゾイン等のベンゾイン化合物、ベンジルジメチルケタール等のベンジル誘導体、２−（ｏ−クロロフェニル）−４，５−ジフェニルイミダゾール二量体等の２，４，５−トリアリールイミダゾール二量体、２−メルカプトベンゾイミダゾール等のベンゾイミダゾール類、ビス（２，４，６−トリメチルベンゾイル）フェニルフォスフィンオキサイド等のフォスフィンオキサイド類、９−フェニルアクリジン等のアクリジン誘導体、Ｎ−フェニルグリシン、Ｎ−フェニルグリシン誘導体、クマリン系化合物などが挙げられる。また、ジエチルチオキサントンとジメチルアミノ安息香酸の組み合わせのように、チオキサントン系化合物と３級アミン化合物とを組み合わせてもよい。なお、コア層及びクラッド層の透明性を向上させる観点からは、上記化合物のうち、芳香族ケトン及びフォスフィンオキサイド類が好ましい。
これらの（Ｃ）光重合開始剤は、単独で又は２種類以上組み合わせて用いることができる。
【００２１】
（Ａ）ベースポリマーの配合量は、（Ａ）成分及び（Ｂ）成分の総量に対して、５〜８０質量％とすることが好ましい。また、（Ｂ）光重合性化合物の配合量は、（Ａ）及び（Ｂ）成分の総量に対して、９５〜２０質量％とすることが好ましい。
この（Ａ）成分及び（Ｂ）成分の配合量として、（Ａ）成分が５質量％以上であり、（Ｂ）成分が９５質量％以下であると、樹脂組成物を容易にフィルム化することができる。一方、（Ａ）成分が８０質量％以下あり、（Ｂ）成分が２０質量％以上であると、（Ａ）ベースポリマーを絡み込んで硬化させることが容易にでき、光導波路を形成する際に、パターン形成性が向上し、かつ光硬化反応が十分に進行する。以上の観点から、この（Ａ）成分及び（Ｂ）成分の配合量として、（Ａ）成分１０〜８５質量％、（Ｂ）成分９０〜１５質量％がより好ましく、（Ａ）成分２０〜７０質量％、（Ｂ）成分８０〜３０質量％がさらに好ましい。
（Ｃ）光重合開始剤の配合量は、（Ａ）成分及び（Ｂ）成分の総量１００質量部に対して、０．１〜１０質量部とすることが好ましい。この配合量が０．１質量部以上であると、光感度が十分であり、一方１０質量部以下であると、露光時に感光性樹脂組成物の表層での吸収が増大することがなく、内部の光硬化が十分となる。さらに、光導波路として使用する際には、重合開始剤自身の光吸収の影響により光伝搬損失が増大することもなく好適である。以上の観点から、（Ｃ）光重合開始剤の配合量は、０．２〜５質量部とすることがより好ましい。
また、このほかに必要に応じて、クラッド層形成用樹脂中には、酸化防止剤、黄変防止剤、紫外線吸収剤、可視光吸収剤、着色剤、可塑剤、安定剤、充填剤などのいわゆる添加剤を本発明の効果に悪影響を与えない割合で添加してもよい。
【００２２】
本発明においては、クラッド層の形成方法は特に限定されず、例えば、クラッド層形成用樹脂の塗布又はクラッド層形成用樹脂フィルムのラミネートにより形成すればよい。
塗布による場合には、その方法は限定されず、例えば、前記（Ａ）〜（Ｃ）成分を含有する樹脂組成物を常法により塗布すればよい。
また、ラミネートに用いるクラッド層形成用樹脂フィルムは、例えば、前記樹脂組成物を溶媒に溶解して、支持体フィルムに塗布し、溶媒を除去することにより容易に製造することができる。
【００２３】
下部クラッド層１４及び上部クラッド層１５の厚みに関しては、乾燥後の厚みで、５〜５００μｍの範囲が好ましい。５μｍ以上であると、光の閉じ込めに必要なクラッド厚みが確保でき、５００μｍ以下であると、膜厚を均一に制御することが容易である。以上の観点から、下部クラッド層１４及び上部クラッド層１５の厚みは、さらに１０〜１００μｍの範囲であることがより好ましい。
また、コアパターン１１を埋め込むために、上部クラッド層１４の厚みは、コアパターン１１の厚みよりも厚くすることが好ましい。
【００２４】
（コア層形成用樹脂及びコア層形成用樹脂フィルム）
本発明においては、下部クラッド層１４に積層するコアパターン１１の形成方法は特に限定されず、例えば、コア層形成用樹脂の塗布又はコア層形成用樹脂フィルムのラミネートによりコア層を形成し、エッチングによりコアパターン１１を形成すればよい。コアパターン１１がテーパを有する形状にする方法については、導波路の製造方法として、後に詳述する。
【００２５】
コアパターン１１に用いるコア層形成用樹脂は、クラッド層１４及び１５より高屈折率であるように設計され、活性光線によりコアパターンを形成し得る樹脂組成物を用いることができる。
パターン化する前のコア層の形成方法は限定されず、前記樹脂組成物を常法により塗布する方法等が挙げられる。
【００２６】
コア層形成用樹脂フィルムの厚みについては特に限定されず、乾燥後のコア層の厚みが、通常は１０〜１００μｍとなるように調整される。該フィルムの厚みが１０μｍ以上であると、光導波路形成後の受発光素子又は光ファイバとの結合において、位置合わせトレランスが拡大できるという利点があり、１００μｍ以下であると、光導波路形成後の受発光素子又は光ファイバとの結合において、結合効率が向上するという利点がある。以上の観点から、該フィルムの厚みは、さらに３０〜７０μｍの範囲であることが好ましい。
また、クラッド層形成用樹脂フィルム及びコア層形成用樹脂フィルムはキャリアフィルム上に形成するとよい。キャリアフィルムの種類としては、柔軟性及び強靭性のあるキャリアフィルムとして、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル、ポリエーテルサルファイド、ポリアリレート、液晶ポリマー、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリイミドが好適に挙げられる。支持体フィルムの厚みは、５〜２００μｍであることが好ましい。５μｍ以上であると、支持体フィルムとしての強度が得やすいという利点があり、２００μｍ以下であると、パターン形成時のマスクとのギャップが小さくなり、より微細なパターンが形成できるという利点がある。以上の観点から、支持体フィルムの厚みは１０〜１００μｍの範囲であることがより好ましく、１５〜５０μｍであることが特に好ましい。
【００２７】
（基材）
基材１３の材質としては、特に制限はなく、例えば、ガラスエポキシ樹脂基板、セラミック基板、ガラス基板、シリコン基板、プラスチック基板、金属基板、樹脂層付き基板、金属層付き基板、プラスチックフィルム、樹脂層付きプラスチックフィルム、金属層付きプラスチックフィルムなどが挙げられる。
基材１３として柔軟性及び強靭性のある基材、例えば、前記クラッド層形成用樹脂フィルム及びコア層形成用樹脂フィルムのキャリアフィルムを基材として用いることで、フレキシブルな光導波路としてもよい。
【００２８】
また、基材１３と下部クラッド層１４に密着性が無い場合には、その間に接着層を設けてもよい。
接着層の種類としては特に限定されないが、両面テープ、ＵＶまたは熱硬化性接着剤、プリプレグ、ビルドアップ材、電気配線板製造用途に使用される種々の接着剤が好適に挙げられる。
【００２９】
（光導波路の製造方法）
図４〜図８を参照しつつ、光導波路１の作製方法の概要を説明する。なお、本実施形態における光導波路１の構成には、光ファイバは含まない。
図４に示すように、まず、基材１３であるポリイミドフィルム上に矩形状のクラッド層形成用樹脂フィルムから下部クラッド層１４を形成し、下部クラッド層１４の表面に、光入射部側より光出射部側の横幅及び厚さが大きいネガ型フォトマスクを用いて、第１コア１１１を形成する。
次に、図５に示すように、第１コア１１１の光出射部側及び光出射部側から光入射部側に向かって所定の範囲の第１コア１１１の側壁を覆うようなコの字型の第１上部クラッド層１５１を形成する。
次に、図６に示すように、第１コア１１１を覆うように、かつ、コの字型の第１上部クラッド層１５１の凹んだ部分を埋めるように、光出射部側が光入射部側よりも横幅が広い第２コア１１２のネガ型フォトマスクを用いて、下部クラッド層１４の表面に第２コア１１２を形成する。
【００３０】
次に、図７に示すように、第１上部クラッド層１５１及び第２コア１１２を覆うように、第２上部クラッド層１５２を形成する。
その後、図８に示すように、第２コア１１２の光出射部側２１及び光入射部側２３が露出するように、第１上部クラッド層１５１、第１コア１１１及び第２コア１１２を、切断機を用いて切断し、光導波路１を得る。このとき、切断された第１上部クラッド層１５１及び第２上部クラッド層１５２は上部クラッド層１５とされる。また、切断された第１コア１１１及び第２コア１１２は光出射部側２１及び光入射部側２３を形成する。
【００３１】
本発明の光導波路は、光路変換用のミラー部をコア層に有していてもよい。ミラー部は、例えば基板面に対して平行方向の光信号を基板面に垂直な方向に光路変換する構造であれば特に限定はなく、４５°に切り欠きを形成した空気反射ミラーであっても良いし、切り欠き部に反射金属層を形成した金属反射ミラーであっても良い。
ミラー部の形成方法としては、公知の方法を適用することができる。例えば、ダイシングソー等を用いて、コア層を切削することにより形成することができる。また、ミラー部に反射金属層を設ける手段としては、例えば、蒸着装置を用いて、金等の金属を蒸着する方法がある。
【００３２】
〔光入射用光ファイバ〕
本発明の光導波路と接合するための光入射用光ファイバは、光導波路に入射できれば、特に限定されないが、光入射部２３との接合部分において、光入射部２３の対角線の長さ以下の直径のコアを有する光ファイバであれば光損失を低減できるため好ましく、特に本発明の光導波路のコアパターンの光入射部における幅及び厚さが、いずれも光ファイバのコアの直径以上であることがより好ましい。
【００３３】
〔光出射用光ファイバ〕
使用する光出射用光ファイバは、光出射部２１との接合部分において、光導波路から出射された光を受光可能な光ファイバであれば特に制限はないが、光出射部２１の対角線の長さ以上の直径であるコアを有する光ファイバであれば光損失を低減できるため好ましく、特に本発明の光導波路のコアパターンの光出射部における幅及び厚さが、いずれも光ファイバのコアの直径以下であることがより好ましい。
【実施例】
【００３４】
以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はその要旨を越えない限り、以下の実施例に限定されない。
実施例１（図１の光導波路の製造）
［クラッド層形成用樹脂フィルムの作製］
［（A）ベースポリマー；（メタ）アクリルポリマー（Ｉ）の作製］
撹拌機、冷却管、ガス導入管、滴下ろうと、及び温度計を備えたフラスコに、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート４６質量部及び乳酸メチル２３質量部を秤量し、窒素ガスを導入しながら撹拌を行った。液温を６５℃に上昇させ、メチルメタクリレート４７質量部、ブチルアクリレート３３質量部、２−ヒドロキシエチルメタクリレート１６質量部、メタクリル酸１４質量部、２，２’−アゾビス（２，４−ジメチルバレロニトリル）３質量部、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート４６質量部、及び乳酸メチル２３質量部の混合物を３時間かけて滴下後、６５℃で３時間撹拌し、さらに９５℃で１時間撹拌を続けて、（メタ）アクリルポリマー（Ｉ）溶液（固形分４５質量％）を得た。
[重量平均分子量の測定］
（メタ）アクリルポリマー（Ｉ）の重量平均分子量（標準ポリスチレン換算）をＧＰＣ（東ソー（株）製「ＳＤ−８０２２」、「ＤＰ−８０２０」、及び「ＲＩ−８０２０」）を用いて測定した結果、３．９×１０4であった。なお、カラムは日立化成工業（株）製「Ｇｅｌｐａｃｋ  ＧＬ−Ａ１５０−Ｓ」及び「Ｇｅｌｐａｃｋ  ＧＬ−Ａ１６０−Ｓ」を使用した。
［酸価の測定］
（メタ）アクリルポリマー（Ｉ）溶液の酸価を測定した結果、７９ｍｇＫＯＨ／ｇであった。なお、酸価は（メタ）アクリルポリマー（Ｉ）溶液を中和するのに要した０．１ｍｏｌ／Ｌ水酸化カリウム水溶液量から算出した。このとき、指示薬として添加したフェノールフタレインが無色からピンク色に変色した点を中和点とした。
【００３５】
［クラッド層形成用樹脂ワニスの調合］
（Ａ）ベースポリマーとして、前記（メタ）アクリルポリマー（Ｉ）溶液（固形分４５質量％）８４質量部（固形分３８質量部）、（Ｂ）光重合性化合物として、ポリエステル骨格を有するウレタン（メタ）アクリレート（新中村化学工業（株）製「Ｕ−２００ＡＸ」）３３質量部、及びポリプロピレングリコール骨格を有するウレタン（メタ）アクリレート（新中村化学工業（株）製「ＵＡ−４２００」）１５質量部、（Ｄ）熱硬化成分として、ヘキサメチレンジイソシアネートのイソシアヌレート型三量体をメチルエチルケトンオキシムで保護した多官能ブロックイソシアネート溶液（固形分７５質量％）（住化バイエルウレタン（株）製「スミジュールＢＬ３１７５」）２０質量部（固形分１５質量部）、（Ｃ）光重合開始剤として、１−［４−（２−ヒドロキシエトキシ）フェニル］−２−ヒドロキシ−２−メチル−１−プロパン−１−オン（チバ・ジャパン（株）製「イルガキュア２９５９」）１質量部、ビス（２，４，６−トリメチルベンゾイル）フェニルホスフィンオキシド（チバ・ジャパン（株）製「イルガキュア８１９」）１質量部、及び希釈用有機溶剤としてプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート２３質量部を攪拌しながら混合した。孔径２μｍのポリフロンフィルタ（アドバンテック東洋（株）製「ＰＦ０２０」）を用いて加圧濾過後、減圧脱泡し、クラッド層形成用樹脂ワニスを得た。
上記で得られたクラッド層形成用樹脂組成物を、ＰＥＴフィルム（東洋紡績（株）製「コスモシャインＡ４１００」、厚み５０μｍ）の非処理面上に、前記塗工機を用いて塗布し、１００℃で２０分乾燥後、カバーフィルムとして表面離型処理ＰＥＴフィルム（帝人デュポンフィルム（株）製「ピューレックスＡ３１」、厚み２５μｍ）を貼付け、クラッド層形成用樹脂フィルムを得た。このときの樹脂フィルムの厚さは、塗工機のギャップを調節することで任意に調整可能であり、本実施例で使用したクラッドの厚さに付いては、実施例中に記載する。なお、実施例中に記載するクラッド層形成用樹脂フィルムの膜厚は塗工後の膜厚とする。
【００３６】
［コア層形成用樹脂フィルムの作製］
（Ａ）ベースポリマーとして、フェノキシ樹脂（商品名：フェノトートＹＰ−７０、東都化成（株）製）２６質量部、（Ｂ）光重合性化合物として、９，９−ビス［４−（２−アクリロイルオキシエトキシ）フェニル］フルオレン（商品名：Ａ−ＢＰＥＦ、新中村化学工業（株）製）３６質量部、及びビスフェノールＡ型エポキシアクリレート（商品名：ＥＡ−１０２０、新中村化学工業（株）製）３６質量部、（Ｃ）光重合開始剤として、ビス（２，４，６−トリメチルベンゾイル）フェニルフォスフィンオキサイド（商品名：イルガキュア８１９、チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製）１質量部、及び１−［４−（２−ヒドロキシエトキシ）フェニル］−２−ヒドロキシ−２−メチル−１−プロパン−１−オン（商品名：イルガキュア２９５９、チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製）１質量部、有機溶剤としてプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート４０質量部を用いたこと以外は上記製造例と同様の方法及び条件でコア層形成用樹脂ワニスＢを調合した。その後、上記製造例と同様の方法及び条件で加圧濾過し、さらに減圧脱泡した。
上記で得られたコア層形成用樹脂ワニスＢを、ＰＥＴフィルム（商品名：コスモシャインＡ１５１７、東洋紡績（株）製、厚み：１６μｍ）の非処理面上に、上記製造例と同様な方法で塗布乾燥し、次いで保護フィルムとして離型ＰＥＴフィルム（商品名：ピューレックスＡ３１、帝人デュポンフィルム（株）製、厚み：２５μｍ）を離型面が樹脂側になるように貼り付け、コア層形成用樹脂フィルムを得た。このときの樹脂フィルムの厚さは、塗工機のギャップを調節することで任意に調整可能であり、本実施例で使用したコア層形成用樹脂フィルムの厚さに付いては、実施例中に記載する。なお、実施例中に記載するコア層形成用樹脂フィルムの膜厚は塗工後の膜厚とする。
【００３７】
［光導波路の形成］
図４〜図８を用いて、実施例１に係る光導波路１の作製方法を示す。
（工程１）下部クラッド層の作製
３０μｍ厚のクラッド層形成用樹脂フィルムを２０ｃｍ×１７ｃｍに切断し、保護フィルムを剥離した後、真空加圧式ラミネータ（商品名：ＭＶＬＰ−５００、（株）名機製作所製）を用いて、５００Ｐａ以下に真空引きした後、圧力０．４ＭＰａ、温度１２０℃、加圧時間３０秒の条件でポリイミドフィルム（基材１３、商品名：カプトンＥＮ、東レ・デュポン（株）製、厚さ：５０μｍ）に加熱圧着した。その後、紫外線露光機（商品名：ＥＶ−８００、日立ビアメカニクス（株）製）でキャリアフィルム側から紫外線を４０００ｍＪ／ｃｍ2照射することによって下部クラッド層１４を得た。
【００３８】
（工程２）第１コアの作製
次に、下部クラッド層のＰＥＴフィルムを剥離し、下部クラッド層上にロールラミネータ（商品名：ＨＬＭ−１５００、日化設備エンジニアリング（株）製）を用いて、圧力０．５ＭＰａ、温度５０℃、ラミネート速度０．２ｍ／ｍｉｎの条件で保護フィルムを剥離した５０μｍ厚のコア層形成用樹脂フィルムをラミネートし、次いで、上記の真空加圧式ラミネータ（商品名：ＭＶＬＰ−５００、（株）名機製作所製）を用いて５００Ｐａ以下に真空引きした後、圧力０．４ＭＰａ、温度７０℃、加圧時間３０秒の条件で加熱圧着した。その後、第１コア１１１（光出射部側パターン幅３１０μｍ、光入射部側パターン幅１８０μｍ、パターン長さ５ｍｍ）のネガ型フォトマスクを介し、上記紫外線露光機（商品名：ＥＶ−８００、日立ビアメカニクス（株）製）でコア層形成用樹脂フィルム側から紫外線を８００ｍＪ／ｃｍ2照射し、次いで、８０℃で５分間加熱を行った。その後、コア層形成用樹脂フィルムのＰＥＴフィルムを剥離し、現像液（プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート／Ｎ、Ｎ−ジメチルアセトアミド＝８／２、質量比）を用いて、第１コア１１１をエッチングした。その後、洗浄液（イソプロパノール）を用いて洗浄し、１００℃で１０分間加熱乾燥させて、第１コア１１１を形成した（図４参照）。
【００３９】
（工程３）第１上部クラッド層の作製
次に、保護フィルムから剥離した９０μｍ厚のクラッド層形成用樹脂フィルムを第１コア１１１面側から真空加圧式ラミネータ（商品名：ＭＶＬＰ−５００、（株）名機製作所製）を用い、５００Ｐａ以下に真空引きした後、圧力０．４ＭＰａ、温度１２０℃、加圧時間３０秒の条件で加熱圧着してラミネートした。その後、第１コアパターンの光出射部側及び光出射部側から光入射部側に向かって１ｍｍの部分までの第１コア１１１の側壁を覆うようなコの字型の第１上部クラッド層１５１（パターン幅１００μｍ）のネガ型フォトマスクを介し紫外線露光機（商品名：ＥＶ−８００、日立ビアメカニクス（株）製）で紫外線を２００ｍＪ／ｃｍ2照射し、次いで、クラッド層形成用樹脂フィルムのＰＥＴフィルムを剥離した後、現像液（１％炭酸カリウム水溶液）を用いて第１上部クラッドパターンをエッチングした。その後、水洗浄を行い、上記紫外線露光機（表品名：ＥＶ−８００、日立ビアメカニクス（株）製）で紫外線を４０００ｍＪ／ｃｍ2全面に照射し、次いで、１７０℃で１時間加熱乾燥させて硬化させることにより第１上部クラッド層１５１を得た（図５参照）。
【００４０】
（工程４）第２コアの作製
次に、第１上部クラッド層１５１のパターン面にロールラミネータ（商品名：ＨＬＭ−１５００、日化設備エンジニアリング（株）製）を用いて、圧力０．５ＭＰａ、温度５０℃、ラミネート速度０．２ｍ／ｍｉｎの条件で保護フィルムを剥離した５０μｍ厚のコア層形成用樹脂フィルムをラミネートした後、上記の真空加圧式ラミネータ（商品名：ＭＶＬＰ−５００、（株）名機製作所製）を用いて５００Ｐａ以下に真空引きし、次いで、圧力０．４ＭＰａ、温度７０℃、加圧時間３０秒の条件で加熱圧着した。その後、第２コア１１２（光出射部側パターン幅３１０μｍ、光入射部側パターン幅５０μｍ、パターン長さ１０ｍｍ）のネガ型フォトマスクを介し、上記紫外線露光機（商品名：ＥＶ−８００、日立ビアメカニクス（株）製）でコア層形成用樹脂フィルム側から紫外線を８００ｍＪ／ｃｍ2照射し、次いで、８０℃で５分間加熱を行った。その後、コア層形成用樹脂フィルムのＰＥＴフィルムを剥離し、現像液（プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート／Ｎ、Ｎ−ジメチルアセトアミド＝８／２、質量比）を用いて、第２コア１１２をエッチングした。その後、洗浄液（イソプロパノール）を用いて洗浄し、１００℃で１０分間加熱乾燥させて、第２コア１１２を形成した（図６参照）。
【００４１】
（工程５）第２上部クラッド層の作製
次に、保護フィルムから剥離した１１２μｍ厚のクラッド層形成用樹脂フィルムを第２コア１１２面側から真空加圧式ラミネータ（商品名：ＭＶＬＰ−５００、（株）名機製作所製）を用い、５００Ｐａ以下に真空引きした後、圧力０．４ＭＰａ、温度１２０℃、加圧時間３０秒の条件で加熱圧着してラミネートした。その後、紫外線露光機（商品名：ＥＶ−８００、日立ビアメカニクス（株）製）を用いてクラッド層形成用樹脂フィルム側から紫外線を４０００ｍＪ／ｃｍ2全面に照射した。次に、クラッド層形成用樹脂フィルムのＰＥＴフィルムを剥離し、１７０℃で１時間加熱乾燥させて硬化させることで第２上部クラッド層１５２を形成し、本発明の逆テーパ形状のコアパターンを有する光導波路を得た（図７参照）。
そして、ダイシングソー（商品名：ＤＡＤ−３４１、（株）ディスコ製）を用いて幅１．５ｍｍ、長さ１０ｍｍの光導波路１を切り出した（図８参照）。
【００４２】
実施例２
実施例１において、（工程３）及び（工程４）を行わなかったこと、基材及び各層の厚みを以下のように変更したこと以外は実施例１と同様にして光導波路を作製した。すなわち、（工程２）によって、第１コアを作製した後、（工程５）第２上部クラッド層を作製することで、幅方向のみに、光入射部から光出射部に向かって広がるテーパ形状（逆テーパ形状）を有する光導波路を得た。ここで、光入射部のコアの幅を５５μｍとし、光出射部のコアの幅が４５μｍとなるように、光入射部から光出射部に向けて幅が漸増するようなコア形状とした。
基材１３としてのポリイミドフィルムの厚み；２５μｍ
コアパターン１１の厚み；４０μｍ
上部クラッド層の厚み；３０μｍ
【００４３】
（評価）
上記方法にて作製した光導波路に図９に示すようなミラー部１７を設けた。該ミラー部１７が形成される部分のコアの幅は４０μｍであった。光出射部に、直径５０μｍの開口を持つ遮光部３０を設け、光出射部から１ｍｍ離れた場所に受光部４０を設置した。当該遮光部３０と受光部４０の距離によって、広がり角１１．５４度で受光部４０に光が入るようにした。なお、１１．５４度は、光ファイバのクラッドが全反射し得る限界の角度である。
ミラー部１７に、ポリイミドフィルムの表面側から４０μｍの位置に光源５０として、ＳＩ光ファイバ（N．A．；０．２）を設置し、４５度の角度で光導波路のポリイミドフィルム（基材１３）側から光を入射した。受光部４０として、ＧＩ６２．５光ファイバ（N．A．；０．２８）を用い（表中では「ＧＩ」と標記する。）、受光した光の損失を測定した。結果を第１表に示す。
また、上記実施例１において、受光部をフォトダイオード（受光径：φ６０μｍ、表中では「ＰＤ」と標記する。）として同様の測定を行った。結果を第１表に示す。
【００４４】
比較例１
実施例２において、コアの形状にテーパ形状を付与しなかったこと（表中では「ストレート」と記す。）以外は、実施例２と同様にして光導波路を作製し、実施例２と同様に評価した。結果を第１表に示す。
【００４５】
比較例２〜４
実施例２において、テーパ形状を光出射部から光入射部に向かって広がるようにし、出射部及び入射部の幅を第１表に示すものとしたこと以外は、実施例２と同様にして光導波路を作製し、実施例２と同様に評価した。結果を第１表に示す。
【００４６】
【表１】
2013142717.tif 000003
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明の光導波路は、そのコア形状が光入射部から光出射部に向かって広がるテーパ形状を有することにより、光学素子又は光ファイバと低損失で結合することができる。このため、例えば、光ファイバと光導波路の接続機器用のデバイスや、光導波路と電気配線板が複合されたデバイスとして有用である。
特に、本発明の光導波路は、出射光の広がり角を入射光の広がり角より小さくすることができ、出射光の焦点距離が長くなるため、受光素子又は光ファイバを光導波路の光出射部と離れた位置に設置しても、光損失を抑えることができる。
本発明の方法は、コアとクラッドの屈折率差の大きな光学素子や光導波路から、屈折率差の小さい光導波路に光が入射され、該光導波路からコアとクラッドの屈折率差のより小さい光ファイバに出射されるようなデバイスに対して、光導波路と光学素子又は光ファイバとを低損失で結合することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１：光導波路
１１：コアパターン
１３：基材
１４：下部クラッド層
１５：上部クラッド層
１７：ミラー部
２１：光入射部
２３：光出射部
３０：遮光部
３１：コア形状
４０：受光部
５０：光源
１１１：第１コア
１１２：第２コア
１５１：第１上部クラッド層
１５２：第２上部クラッド層
【図２】
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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１】
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【図３】
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【図９】
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