(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
母材に光波又は電磁波を集束させて照射することにより、この集束照射領域でこの母材の屈折率が変化されてコア領域が形成され、かつこのコア領域が連続して形成された光導波路において、光波又は電磁波としてパルス幅が１０-12秒よりも短い短パルスレーザ光が用いられ、母材中の集光点における短パルスレーザ光の強度密度が１０12〜１０14Ｗ／ｃｍ2であり、母材が下記構造式（ａ）又は構造式（ｂ）で示されるフッ素を構成元素に含む高分子材料からなり、この母材が集束照射領域に照射される短パルスレーザ光の波長域に光吸収を有さず、かつその波長の半波長域及び１／３波長域に光吸収を有さないか、あるいは短パルスレーザ光の波長域から紫外線域まで光吸収を有さないものであることを特徴とする光導波路。
【化１】
0004284889.tif 000008
（式中のｘ及びｙの値はｘ／ｙ＝６５／３５〜７０／３０の範囲）
【化２】
0004284889.tif 000009
（式中のｘは０又は１、ｙは０又は１、ｚは０、１又は２であり、ｎの値は５００００〜１０００００の範囲）
【請求項２】
母材が、高分子材料を溶媒に溶解された状態から溶媒を揮発させて成形されたもの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】
コア領域を母材内部に並列に複数設けて成ることを特徴とする請求項１又は２に記載の光導波路。
【請求項４】
コア領域を、母材内部に三次元的に設けて成ることを特徴とする請求項１又は２に記載の光導波路。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の光導波路にて構成されていることを特徴とする光配線板。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれかに記載の光導波路にて構成されていることを特徴とする電気・光混載回路基板。
【請求項７】
下記構造式（ａ）又は構造式（ｂ）で示されるフッ素を構成元素に含む高分子材料からなる母材を可動台上に固定し、この母材に向けて集光レンズを通過させたパルス幅が１０-12秒よりも短い短パルスレーザ光を母材中の任意の箇所に集光点が配置されると共に母材中の集光点における短パルスレーザ光の強度密度が１０12〜１０14Ｗ／ｃｍ2となるように照射し、可動台もしくは短パルスレーザ光の照射位置及び集光レンズの配置位置を移動させることにより母材内部における集光点の配置位置を一定速度で移動させて、母材内部に連続したコア領域を形成するものであり、前記母材が、母材に照射される短パルスレーザ光の波長域に光吸収を有さず、かつその波長の半波長域及び１／３波長域に光吸収を有さないか、あるいは短パルスレーザ光の波長域から紫外線域まで光吸収を有さないものであることを特徴とする光導波路の製造方法。
【化３】
0004284889.tif 000010
（式中のｘ及びｙの値はｘ／ｙ＝６５／３５〜７０／３０の範囲）
【化４】
0004284889.tif 000011
（式中のｘは０又は１、ｙは０又は１、ｚは０、１又は２であり、ｎの値は５００００〜１０００００の範囲）
【請求項８】
フッ素を構成元素に含む高分子材料の溶媒溶解物から溶媒を揮発させて母材を形成する工程を有することを特徴とする請求項７に記載の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、有機材料の内部に屈折率変化領域からなるコア領域が連続的に形成され、光通信用部品はもとよりメタル配線に代わる光配線板および光・電気混載配線板にも応用できる光導波路及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光通信部品や光配線板等においては、光信号伝送部分に一般に低損失の光ファイバや石英ガラス基板上に形成された光導波路が用いられていた。
【０００３】
光ファイバは主に光信号を低損失で長距離を伝送させる目的で用いられ、また光導波路は合分波機能や電気工学効果を利用した光スイッチなど様々な光デバイスを作製する際に利用される。また両者の中間的存在として、例えば通信機器間（いわゆるボード間）を光接続するために、通常光ファイバが用いられるが、この光ファイバを複数本まとめてシート法に埋め込み成形した光ファイバ配線板なども用いられつつある。
【０００４】
前記の光導波路の製造には、一般的にフォトリソグラフィーと呼ばれる写真製版技法が用いられる。その一例を図６に示す。
【０００５】
図示の例では、まず基板１１が準備される（図６（ａ））。基板１１上に下部クラッド層１２ａをスピンコート法等の方法で形成する（図６（ｂ））。更に下部クラッド層１２ａ上に、クラッド層材料よりも高い屈折率を有するコア層１３をスピンコート法等の方法で形成する（図６（ｃ））。次にコア層１３をパターニングして導波路とするためにレジスト膜１４をスピンコート法等の方法で形成する（図６（ｄ））。このレジスト膜１４を導波路パターンが描画されたマスクを用いて露光し、現像することによって所望のパターン形状を有するレジスト膜１４を残存させる（図６（ｅ））。次に、反応性イオンエッチング等の方法で、パターニングされたレジスト膜１４で保護されたコア層１３の領域を残してコア層１３がパターニングされる（図６（ｆ））。そして不要になったレジスト膜１４を除去し（図６（ｇ））、最後に上部クラッド層１２ｂを形成する（図６（ｈ））。尚、図６は、光の伝播方向に対して垂直な面での光導波路の断面図を示している。
【０００６】
このように形成される光導波路では、光は上下クラッド層１２ａ，１２ｂで囲まれるコア層１３内を伝播する。
【０００７】
このようにフォトリソグラフィー法では、マスクによる写真製版法を用いているため、一括大量生産に適しており、よって生産品を安価に提供できるという利点があるが、光導波路を形成するために多くの工程を経る必要があるという欠点がある。
【０００８】
一方、一般的ではないが、工程数が多い上記のようなフォトリソグラフィー法の欠点を克服するための手法として、光波、Ｘ線、電子線等の電磁波を細いビーム状にして母材に照射するビーム直接描画法がある。この場合、母材は照射される電磁波によって屈折率変化が誘起されるものに限られる。この典型的な例としては、紫外線で硬化する高分子材料からなる母材に紫外線を照射するものがある。このとき母材表面の紫外線が照射された領域が化学変化を起こして、屈折率変化が誘起されるものである。また紫外線を集光しながら母材内部に照射することで、集光点近傍のみで紫外線エネルギー密度が大きくなるなるようにし、この結果、母材内部に最も大きい屈折率変化が生じるようにして、母材内部にコア層を形成することもできる（例えば特開昭４６−３３４２号公報等）。
【０００９】
また、Ｘ線や電子線などの高エネルギーの電磁波によって母材の特定の原子結合に直接作用して屈折率変化をもたらし、この電磁波が照射された表面に光信号の導波路を形成する方法も開示されている（例えば特開平６−５１１４６号公報、特開平７−９２３３８号公報等）。
【００１０】
また、同様にビーム直接描画法に分類されるものとしては、近年一般的に利用されるようになってきた極短パルスレーザー光を母材内部に集光させ、この集光点近傍で非線形光学効果を誘起して屈折率変化を誘起し、光導波路を形成する方法も開示されている（例えば特開平９−３１１２３７号公報、特開平１１−２３１１５１号公報等）。
【００１１】
これらのビーム直接描画法では、母材表面もしくは母材内部に直接コア領域を形成していくことができるため、工程数が少ない、形状の自由度が高い、更には母材の任意の内部（深さ）にコア領域が形成できるため任意形状の三次元状のコア領域を形成して三次元光導波路を作製することができる、等の長所があるが、反面、一括生産性に劣り、このため前述のフォトリソグラフィー法とは相補的に利用されると考えられる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来技術のうち、フォトリソグラフィー法にて製造される光導波路に関しては、前述の通り、一括生産性に優れるが、工程数が多く、またコア領域を積層成形することが困難であるといった問題点が存在する。
【００１３】
一方、ビーム直接描画法で製造される光導波路に関しては、紫外線硬化などの化学反応を利用した手法については、材料が紫外線硬化性物質に制限され、また紫外線の存在する環境では製造できないため紫外線暗室が必要となるなどの問題点がある。またＸ線や電子線などの高エネルギーの電磁波を用いる方法では、母材の表面にしかコア領域を形成できなかった。
【００１４】
また短パルスレーザを用いて三次元光導波路を作製する方法では、使用可能な母材の材料としてガラス（例えば特開平９−３１１２３７号公報、特開平１１−２３１１５１号公報等）及び紫外線硬化性樹脂（例えばＪ．Ｈ．Ｓｔｒｉｃｋｅｙら  Ｏｐｔ．Ｌｅｔｔ．第１６巻  ｐ．１７８０〜（１９９１年）、Ｍ．Ｐ．Ｊｏｓｈｉら  Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．第７４巻ｐ．１７０（１９９９年）等）に限られ、ガラスを用いる場合には成形性や取扱性に問題があり、また紫外線硬化性樹脂を用いる場合には上述のように紫外線の存在する環境では製造できないため紫外線暗室が必要となるなどの問題点があって、広く利用されるには至っていない。
【００１５】
本発明は上記の点に鑑みて為されたものであり、ビーム直接描画法によって母材内部で複雑な三次元状のコア領域が容易に形成され、三次元光導波回路の形成に適し、更に母材材料として従来のガラスや紫外線硬化性樹脂以外のものを使用することにより成形性、取扱性を向上すると共に製造時の作業環境の制約を低減することができる光導波路、この光導波路からなる光配線板及び電気・光混載回路基板、並びに光導波路の製造方法を提供することを目的とするものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る光導波路は、母材５に光波又は電磁波を集束させて照射することにより、この集束照射領域でこの母材５の屈折率が変化されてコア領域１０が形成され、かつこのコア領域１０が連続して形成された光導波路において、光波又は電磁波としてパルス幅が１０-12秒よりも短い短パルスレーザ光６が用いられ、母材５中の集光点における短パルスレーザ光６の強度密度が１０12〜１０14Ｗ／ｃｍ2であり、母材５が下記構造式（ａ）又は構造式（ｂ）で示されるフッ素を構成元素に含む高分子材料からなり、この母材５が、集束照射領域に照射される短パルスレーザ光６の波長域に光吸収を有さず、かつその波長の半波長域及び１／３波長域に光吸収を有さないか、あるいは短パルスレーザ光６の波長域から紫外線域まで光吸収を有さないものであることを特徴とするものである。
【化５】
0004284889.tif 000002
（式中のｘ及びｙの値はｘ／ｙ＝６５／３５〜７０／３０の範囲）
【化６】
0004284889.tif 000003
（式中のｘは０又は１、ｙは０又は１、ｚは０、１又は２であり、ｎの値は５００００〜１０００００の範囲）
【００１７】
また請求項２の発明は、請求項１において、母材５が、高分子材料を溶媒に溶解された状態から溶媒を揮発させて成形されたものであることを特徴とするものである。
【００１９】
また請求項３の発明は、請求項１又は２において、コア領域１０を母材５内部に並列に複数設けて成ることを特徴とするものである。
【００２０】
また請求項４の発明は、請求項１又は２において、コア領域１０を、母材５内部に三次元的に設けて成ることを特徴とするものである。
【００２１】
また本発明の請求項５に係る光配線板は、請求項１乃至４のいずれかに記載の光導波路にて構成されていることを特徴とするものである。
【００２２】
また本発明の請求項６に係る電気・光混載回路基板は、請求項１乃至４のいずれかに記載の光導波路にて構成されていることを特徴とするものである。
【００２３】
また本発明の請求項７に係る光導波路の製造方法は、下記構造式（ａ）又は構造式（ｂ）で示されるフッ素を構成元素に含む高分子材料からなる母材５を可動台上に固定し、この母材５に向けて集光レンズを通過させたパルス幅が１０-12秒よりも短い短パルスレーザ光６を母材５中の任意の箇所に集光点が配置されると共に母材５中の集光点における短パルスレーザ光６の強度密度が１０12〜１０14Ｗ／ｃｍ2となるように照射し、可動台もしくは短パルスレーザ光６の照射位置及び集光レンズの配置位置を移動させることにより母材５内部における集光点の配置位置を一定速度で移動させて、母材５内部に連続したコア領域１０を形成するものであり、前記母材５が、母材５に照射される短パルスレーザ光６の波長域に光吸収を有さず、かつその波長の半波長域及び１／３波長域に光吸収を有さないか、あるいは短パルスレーザ光６の波長域から紫外線域まで光吸収を有さないものであることを特徴とするものである。
【化７】
0004284889.tif 000004
（式中のｘ及びｙの値はｘ／ｙ＝６５／３５〜７０／３０の範囲）
【化８】
0004284889.tif 000005
（式中のｘは０又は１、ｙは０又は１、ｚは０、１又は２であり、ｎの値は５００００〜１０００００の範囲）
【００２４】
また請求項８の発明は、請求項７において、フッ素を構成元素に含む高分子材料の溶媒溶解物から溶媒を揮発させて母材５を形成する工程を有することを特徴とするものである。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図１を示して説明する。
【００２９】
母材５は上記構造式（ａ）又は構造式（ｂ）で示されるフッ素を構成元素に含む高分子材料からなる成形体にて構成される。このとき母材５はフッ素を含むオレフィンを重合して形成される合成樹脂の成形体にて構成することができ、この場合は任意の基板上にフッ素を含むオレフィンを塗布した後、加熱するなどして重合反応を進行させることにより、基板上にフッ素を構成元素に含む高分子材料の塗膜からなる母材５を形成することができる。
【００３０】
このようにして形成された母材５に、短パルスレーザ光６を集光レンズを通過させた後に照射することにより短パルスレーザ光６を母材５の内部に集光して、短パルスレーザ光６の集束照射領域（集光点８）近傍において母材５に屈折率変化領域を形成し、この集光点８を母材５に対して相対移動させることにより母材５内部に連続した屈折率変化領域を形成して、この屈折率変化領域にてコア領域１０を構成する。すなわち、短パルスレーザ光６が集光された部分の屈折率が変化してコア領域１０が形成され、母材５のコア領域１０以外の領域がクラッドを構成し、コア領域１０中における光の伝達が可能となるものである。
【００３１】
このような集光点８における屈折率変化領域（コア領域１０）の形成は、極度にエネルギー密度が高められた短パルスレーザ光６の照射に特有の多光子吸収という現象を利用した、母材５内部での局所的屈折率変化誘起によるものである。このような屈折率変化誘起が生じる母材５材料は従来はごく限られたものであったが、本発明では、多光子吸収による屈折率変化誘起が生じる材料として、新たにフッ素を構成元素に含む高分子材料を見出したものである。
【００３２】
この高分子材料中におけるフッ素原子の役割は未だ明確には解明されていないが、一般にフッ素を構成元素に含む高分子においては、炭素原子とフッ素原子との間に非常に強固な結合を有し、また炭素原子間の結合もフッ素原子の影響により強化された構造をもっているため、より安定した結合状態が存在するとしても結合状態が遷移せずに保持される。そして多光子吸収の作用によって一旦フッ素原子と炭素原子との間の結合や、フッ素によって強化された炭素原子間の結合が解離すると、解離前とは異なるより安定した結合状態で炭素−フッ素間結合や炭素間結合が形成され、この結合状態が強固に保持されることとなる。このようにフッ素を構成元素に含む高分子においては多光子吸収によって分子構造の変化が生じやすくなり、この分子構造が変化した部分では電子構造に大きな変化が生じて、これが大きな屈折率変化を誘起するものと推測される。
【００３３】
また、このようにフッ素を構成元素として含有することにより、母材５が全体として強固な構造を有することとなり、短パルスレーザ光６の照射による母材５の熱損傷に対する耐性が向上して、より安定で効果的な屈折率変化の誘起を行うことができる。
【００３４】
ここで、母材５を構成する高分子材料の物性と、短パルスレーザ光６の波長との関係としては、母材５が短パルスレーザ光６の波長域に光吸収を有さず、かつその波長の半波長域及び１／３波長域に光吸収を有さないようにすることが好ましい。母材５に短パルスレーザ光６の波長での吸収や、低次の多光子吸収領域である２光子（半波長域）、３光子（１／３波長域）に光吸収を有する場合には、この光吸収は欠陥準位や色中心などと呼ばれる熱吸収領域によるものであることが多く、このような光吸収が生じる場合には、多光子吸収の過程において高次の多光子吸収によって原子間の結合の解離が生じる前に、低次の多光子吸収によって短パルスレーザ光６のエネルギーが熱に変換され、母材５に熱損傷が発生するおそれがある。すなわち、母材５が短パルスレーザ光６の波長域に光吸収を有さず、かつその波長の半波長域及び１／３波長域に光吸収を有さない場合には、熱損傷が生じることなく、４光子や５光子等の高次の多光子吸収によって原子間の結合の解離を発生させることができ、より安定で効果的な屈折率変化の誘起を行うことができる。
【００３５】
また、このような熱吸収領域は紫外線領域を超える領域、即ち波長２００ｎｍを超える波長域で発生し、紫外線領域以下の領域での光吸収は光エネルギーから熱エネルギーへの変換を伴わない吸収となるので、母材５が短パルスレーザ光６の波長の半波長域及び１／３波長域に光吸収を有する場合であっても、その波長域が波長２００ｎｍ以下の紫外線領域以下の領域であれば、低次の光吸収による熱損傷は生じないものである。すなわち、母材５が短パルスレーザ光６の波長域に光吸収を有さず、短パルスレーザ光６の波長域から紫外線領域（波長２００ｎｍ）までの間に光吸収を有さない場合には、熱損傷が生じることなく、より安定で効果的な屈折率変化の誘起を行うことができる。
【００３６】
ここで、母材５が光吸収を有さない状態というのは、理想的には光吸収が０、即ち透過率１００％の状態であるが、母材５の表面の凹凸や湾曲等の性状や母材５の厚み等の影響により、微量の光吸収の発生は避けがたい。しかし、短パルスレーザ光６の波長域における透過率が８５〜１００％であれば母材５が短パルスレーザ光６の波長域において光吸収を有さないとすることができ、より好ましくは短パルスレーザ光６の波長域における透過率が９０〜１００％であると、より確実に熱損傷の発生を防止することができ、更に安定で効果的な屈折率変化の誘起を行うことができる。また、短パルスレーザ光６の波長の半波長域及び１／３波長域において、短パルスレーザ光６の波長域における透過率に対して２０％以上の透過率の減少が生じない場合には、短パルスレーザ光６の波長の半波長域及び１／３波長域において光吸収を有さないとすることができ、あるいは短パルスレーザ光６の波長域から紫外線域までの各波長域において、短パルスレーザ光６の波長域における透過率に対して２０％以上の透過率の減少が生じない場合には短パルスレーザ光６の波長域から紫外線域まで光吸収を有さないとすることができるものであり、この場合に安定で効果的な屈折率変化の誘起を行うことができるものである。
【００３７】
また、短パルスレーザ光６としては、そのパルス幅が１０-12秒以下のものを用いる。このパルス幅よりも長いパルス幅のパルスレーザ光を用いると、母材５中においてレーザ光からエネルギーを得て高エネルギー状態にある電子が熱を放出して緩和してしまう過程が起こり易くなって多光子吸収が起こりにくくなり、母材５に熱損傷が生じると共に安定で効果的な屈折率変化の誘起を行うことが困難となるおそれがある。この短パルスレーザ光６のパルス幅の下限は特に制限はされないが、実用上の下限は１０-15秒である。
【００３８】
また、短パルスレーザ４のエネルギーの強度密度は、母材５中の短パルスレーザ４の集光点８において、１０12〜１０14Ｗ／ｃｍ2となるようにする。エネルギーの強度密度がこの範囲に満たないと多光子吸収を起こすための十分なエネルギーが得られにくくなり、またエネルギーの強度密度がこの範囲を超えるとエネルギーの熱変換が生じやすくなって母材５の熱損傷が発生しやすくなる。
【００３９】
具体的な母材５の材料と短パルスレーザ４との組み合わせは、後述する実施例において示す。
【００４０】
図１は、本発明における光導波路の製造方法の一形態を示すものである。
【００４１】
母材５は上記のようにフッ素を含むオレフィンを重合して形成される合成樹脂の成形体にて構成されているものであり、基板１上にフッ素を含むオレフィンを塗布した後、加熱することにより重合反応を進行させて、約１００μｍ程度の薄膜状に形成される。
【００４２】
この母材５が形成が配置された基板１はステージ９上に固定される。このステージ９は３軸方向（ＸＹＺ方向）に連続一定速度で移動可能に形成されている可動台である。
【００４３】
そして、この母材５に向けて、短パルスレーザ光６を照射する。このとき短パルスレーザ光６は、光源と母材５との間に集光レンズ７を配置することにより、集光レンズ７を通過した後に母材５に照射するものとし、このとき、集光レンズ７にて集光された短パルスレーザ光６の集光点８は、母材５内部の任意の所定箇所に配置されるようにする。
【００４４】
この短パルスレーザ光６の集光点８では、短パルスレーザ光６のエネルギーの強度密度が十分に高められて、多光子吸収が生じることとなり、屈折率変化が誘起される。この状態でステージ９を一方向に移動させると、集光点８は母材５内部において母材５に対して相対的に移動し、母材５内における集光点８の軌跡において屈折率変化が誘起されて、連続したコア領域１０が形成されるものである。
【００４５】
ここで、上記の説明では母材５内における集光点８の移動を、ステージ９を移動させて集光点８に対して母材５を移動させることにより行っているが、短パルスレーザ光６及び集光レンズ７を移動させることにより母材５に対して集光点８を移動させても良い。
【００４６】
また、母材５内における集光点８の移動幅は、集光レンズ７の作動距離等の装置構成によって制限されるが、ステージ９の水平面方向だけでなく、短パルスレーザ光６の光軸方向、即ちステージ９に対して垂直な方向にも移動させることができ、母材５内において集光点８を任意の方向に移動させて、種々の形状を有するコア領域１０を形成することができるものである。
【００４７】
例えば、複数のコア領域１０を並列に形成すると、例えば光導波路を信号伝送用途に使用することにより大量の情報を光信号にて一方向に伝送することができる。
【００４８】
また、母材５内には一方向のコア領域１０のみを形成するだけでなく、母材５の横方向、縦方向、厚み方向、斜め方向などの、任意の種々の方向のコア領域１０を複数形成することもでき、またコア領域１０を一平面上のみに形成するだけでなく、母材５内における複数層の領域にそれぞれ形成して複数のコア領域１０が母材５内で積層して形成されるようにするなど、コア領域１０を母材５内部における任意の箇所に形成することができる。このようにコア領域１０を母材５内に三次元的に形成すると、光信号を任意の複数方向に伝送する複数のコア領域１０が母材５内に高密度に設けられた光導波路を形成することができる。
【００４９】
上記のような本発明の光導波路は、光信号を伝送するための光配線板として形成すると、例えば通信機器間（ボード間）を光接続するために利用することができる。このように光配線板を形成するにあたっては、母材５中に複数のコア領域１０を並列に形成すると大量の情報を光信号にて一方向に伝送することができる。またコア領域１０は母材５内に任意の形状に形成することができるため、曲線状の軌跡を有するコア領域１０を形成することにより、限られたスペース内において任意の方向に光信号を伝送する光回路基板を形成することもできる。
【００５０】
また、光導波路は、電気配線が形成された配線板と積層一体化することにより、電気・光混載回路基板を構成することができる。この電気・光混載回路基板は、光素子と電気素子とを搭載することによって、電気的処理と光信号処理とが併用される装置をコンパクトに構成することができ、特にコア領域１０が母材５内に三次元的に設けられた光導波路を用いると、高集積の電気・光混載回路基板を構成することができる。
【００５１】
このような電気・光混載回路基板は、例えば上記の図１に示す光導波路の製造工程において、基板１として銅ポリイミド配線板に回路形成を施して電気配線を形成するなどした配線板を用いるなどして製造することができ、この場合は基板である配線板に光導波路が積層成形された電気・光混載回路基板を得ることができる。
【００５２】
【実施例】
（実施例１）
フッ素を構成元素に含む高分子材料としては、デュポン株式会社製の全フッ素アモルファス高分子テフロンＡＦ（商品名、以下「テフロンＡＦ」という）を用いた。このテフロンＡＦは下記構造式（ａ）を有する高分子化合物であり、式中のｘ及びｙの値はｘ／ｙ＝６５／３５〜７０／３０の範囲となっている。
【００５３】
【化９】
0004284889.tif 000006
【００５４】
本実施例では、まずデュポン株式会社から販売されているテフロンＡＦの溶剤溶解物を、周囲に側壁を立設したガラス基板上に深さ１〜２ｍｍになるように流し込み、このガラス基板をホットプレート上で空気雰囲気下、７０℃で１０時間加熱し、更に約３℃／分の昇温速度で１１２℃まで昇温してから、１１２℃に維持した状態で３時間加熱し、更に約３℃／分の昇温速度で１６５℃まで昇温した後、１６５℃に維持した状態で１０分間加熱することによって、溶剤を揮発させ、厚み約１００μｍの母材５を形成した。
【００５５】
この母材５をガラス基板から剥離させた後、別の清浄なガラス製の基板１上に粘着テープにて固定し、基板１をステージ９上にセットすることにより母材５を基体１を介してステージ９上に配置した。
【００５６】
次に、連続発振のアルゴンレーザにて励起されたモードロックＴｉ：サファイアレーザを短パルスレーザ光６の光源として、波長８００ｎｍ、パルス幅１５０ｆｓ（フェムト秒）、繰り返し周波数２０ｋＨｚ、パルス強度６００ｋＷ／パルスの短パルスレーザ光６を母材５に向けて照射した。このとき光源と母材５との間には集光レンズ７として２０倍の光学顕微鏡用対物レンズを配置して、母材５内部に直径約２μｍの集光点８を形成したものであり、このときの集光点８における短パルスレーザ光６のエネルギーの強度密度は約２×１０13Ｗ／ｃｍとなった。
【００５７】
この状態で、ステージ９を一方向に１００００μｍ／ｓの速度で移動させて、母材５内部にコア領域１０を形成し、光導波路１を得た。
【００５８】
このように形成された光導波路１の、コア領域１０の軌跡と直交する断面における屈折率変化を、顕微楕円偏光解析法により測定した結果を図２に示す。この結果によれば、コア領域１０の径は約２μｍに形成され、屈折率変化はその中心部において最大となって、母材５のコア領域１０が形成されてない領域（クラッド）に比べて、屈折率が約０．０３大きくなっており、コア領域１０における屈折率の分布はこの中心部から周囲に向かうに従って屈折率が徐々に減少する、いわゆるＧＩ（Ｇｒａｄｅｄ  Ｉｎｄｅｘ）型分布をしている。この中心部における屈折率は、屈折率変化前の屈折率（１．３１４）に対して約２％の上昇率で増大しているものである。
【００５９】
また、このように形成された光導波路には、熱損傷に起因する空隙の発生などの異常はみられず、熱損傷が起こっていないものであり、本実施例において、短パルスレーザ光６の集光点８でのエネルギーの強度密度を上記の条件よりも増大させると、光導波路中に若干の熱損傷が生じて空隙が形成された。またステージ９の移動速度をあまりにも遅くした場合は、熱の蓄積に起因すると推定される母材５の溶解が発生した。このステージ９の移動速度、すなわち母材５中における集光点８の移動速度の、母材５が溶解しない範囲の下限値は、レーザ光強度、繰り返し周波数、集光状態等の条件の変化によって変動するものであって特定の値を提示することはできないが、実施例１の条件においては、移動速度が１００μｍ／ｓ以上であると、母材５の溶解が生じないものであった。
【００６０】
（実施例２）
フッ素を構成元素に含む高分子材料としては、旭硝子株式会社製の全フッ素化アモルファス高分子サイトップ（商品名、以下「サイトップ」という）を用いた。このサイトップは下記構造式（ｂ）を有する高分子化合物であり、式中のｘは０又は１、ｙは０又は１、ｚは０、１又は２であり、ｎの値は５００００〜１０００００の範囲である。
【００６１】
【化１０】
0004284889.tif 000007
【００６２】
本実施例では、まず旭硝子株式会社から販売されているサイトップの溶剤溶解物を、周囲に側壁を立設したガラス基板上に深さ１〜２ｍｍになるように流し込み、このガラス基板まず真空容器内に封入して減圧脱泡した後、ホットプレート上で空気雰囲気下、約０．７℃／分の昇温速度で２００℃まで昇温してから、２００℃に維持した状態で１時間加熱することにより溶剤を揮発させ、厚み約１００μｍの母材５を形成した。
【００６３】
この母材５をガラス基板から剥離させた後、別の清浄なガラス製の基板１上に粘着テープにて固定し、基板１をステージ９上にセットすることにより母材５を基体１を介してステージ９上に配置した。
【００６４】
次に、この母材５に対して、実施例１と同様の条件で短パルスレーザ光６を照射したところ、実施例１の場合と同様に、屈折率が変化したコア領域１０が形成されて、光導波路が得られた。
【００６５】
（比較例）
フッ素化したエポキシ樹脂（三井化学株式会社製；「テクモアＶＧ３１０１」）５０重量部と、硬化剤（セントラル硝子株式会社製；「ＢＩＳ−ＡＦ」）３２．２重量部と、両者の反応を促進させるための触媒（トリフェニルホスフィン）０．７２重量部と、溶剤であるメチルエチルケトン１０重量部とを混合した後、周囲に側壁を立設したガラス基板上に深さ３ｍｍになるように流し込み、このガラス基板をホットプレート上で空気雰囲気下、９０℃で１時間加熱した後、１５０℃で３時間加熱し、更に２２０℃で３時間加熱することにより、厚み約２ｍｍの母材５を形成した。
【００６６】
この母材５をガラス基板から剥離させた後、別の清浄なガラス製の基板１上に粘着テープにて固定し、基板１をステージ９上にセットすることにより母材５を基体１を介してステージ９上に配置した。
【００６７】
次に、この母材５に対して、実施例１と同様の条件で短パルスレーザ光６を照射したところ、コア領域１０の形成は確認されず、内部に微細な空隙が形成された。
【００６８】
また、短パルスレーザ光６のエネルギーの強度密度を徐々に下げていっても、空隙が形成されなくなるだけで、コア領域１０が形成されなかった。
【００６９】
（ラマン分光分析）
屈折率変化が何に起因するものかを調査するために、実施例１における母材５に対して、短パルスレーザ光６の照射前後において顕微ラマン分光分析を行い、得られたラマンスペクトルを比較した。この結果を図３に示す。図中のＡは、短パルスレーザ光６の照射前におけるスペクトル、Ｂは短パルスレーザ光６の照射後におけるスペクトル、Ｃは両スペクトルの差分をそれぞれ示すものである。また図中にはスペクトルのピークに、ピークの起源となる分子基及びその振動モード（ν：伸縮振動、δ：変角振動）を付しているが、これらは確定されたものではなく、文献（Ｓ．Ｅｌｔａｙｅｂら、Ｊ．Ｒａｍｍａｎ  Ｓｐｅｃ.  第２７巻、ｐ．１１１〜１２６（１９９６年））を参考に比定されたものである。
【００７０】
この結果によれば、短パルスレーザ光６の照射によって、νＣ−Ｃ及びδＣＦ2においてピークの減少がみられた。またδＣＦ3のピークについてはピーク強度自体には大きな変化はないものの、ややブロードニングすると共に若干高周波側へシフトしており、差分Ｃによって短パルスレーザ光６の照射後の変化が確認される。また、短パルスレーザ光６の照射後には、新たにνＣ＝Ｏに起因すると推定されるピークも出現している。
【００７１】
このような結果により、母材５には、短パルスレーザ光６の照射によって、高分子内の結合状態の変化が生じ、これが大きな屈折率の変化を誘起していると考えられる。
【００７２】
（光吸収スペクトル測定）
実施例１，２及び比較例にて用いられた各母材５につき、光吸収スペクトルを測定し、各波長領域での光の透過率を調査した。実施例１，２の結果を図４（ａ）（ｂ）に、比較例の結果を図５にそれぞれ示す。
【００７３】
図示の結果によれば、図４（ａ）に示される実施例１での母材５、及び図４（ｂ）に示される実施例２での母材５では、短パルスレーザ光６の波長領域である８００ｎｍでの透過率が９０％以上であって、光吸収が生じておらず、またこの８００ｎｍの波長領域から紫外線領域である２００ｎｍの領域に亘る各波長領域では、短パルスレーザ光６の波長領域における透過率よりも２０％以上の透過率の減少は生じなかったものであり、短パルスレーザ光６の波長領域の半波長領域である４００ｎｍの領域や、１／３波長領域である２６７ｎｍの領域における透過率の減少は、２０％を超えるものではなかった。
【００７４】
それに対して、図５に示される比較例での母材５では、短パルスレーザ光６の波長領域である８００ｎｍでの透過率が８０％近くになって、光吸収が生じており、またより短波長領域となるに従って透過率が急激に減少し、短パルスレーザ光６の波長領域の半波長領域である４００ｎｍの領域や、１／３波長領域である２６７ｎｍの領域における透過率は非常に低いものとなった。
【００７５】
以上の結果により、実施例１，２のように母材５が短パルスレーザ光６の波長域に光吸収を有さず、かつその波長の半波長域及び１／３波長域に光吸収を有さないか、あるいは短パルスレーザ光６の波長域から紫外線域まで光吸収を有さないものであれば、多光子吸収の作用によって屈折率変化が誘起されてコア領域１０が良好に形成されると共に熱損傷が生じなくなり、比較例のように母材５が短パルスレーザ光６の波長域に光吸収を有し、また波長の半波長域や１／３波長域、あるいは短パルスレーザ光６の波長域から紫外線域まで光吸収が生る場合には低次の光子吸収により熱変換が生じ、コア領域１０が形成されにくくなると共に熱損傷が生じやすくなることが推論される。
【００７６】
【発明の効果】
本発明の請求項１に係る光導波路は、母材に光波又は電磁波を集束させて照射することにより、この集束照射領域でこの母材の屈折率が変化されてコア領域が形成され、かつこのコア領域が連続して形成された光導波路において、光波又は電磁波として短パルスレーザ光が用いられ、母材が上記構造式（ａ）又は構造式（ｂ）で示されるフッ素を構成元素に含む高分子材料からなるため、ビーム直接描画法によって母材内部で複雑な三次元状のコア領域が容易に形成され、三次元光導波回路の形成に適し、更に母材材料としてフッ素を構成元素に含む高分子材料を用いていることから、成形性、取扱性を向上すると共に製造時に紫外線暗室が必要とされるなどといった製造環境の制約がないものである。
また、母材が、集束照射領域に照射される短パルスレーザ光の波長域に光吸収を有さず、かつその波長の半波長域及び１／３波長域に光吸収を有さないか、あるいは短パルスレーザ光の波長域から紫外線域まで光吸収を有さないものであるため、コア領域形成時に短パルスレーザ光のエネルギーの熱変換が生じにくくなり、光導波路内に熱損傷が生じることなく、より安定で効果的な屈折率変化が誘起されたコア領域が形成されるものである。
また、短パルスレーザ光として、パルス幅が１０-12秒よりも短いものを用いるため、コア領域形成時に短パルスレーザ光のエネルギーの熱変換が生じにくくなり、光導波路内に熱損傷が生じることなく、より安定で効果的な屈折率変化が誘起されたコア領域を形成することができるものである。
また、母材中の集光点における短パルスレーザ光の強度密度を１０12〜１０14Ｗ／ｃｍ2となるようにするため、コア領域形成時に短パルスレーザ光のエネルギーの熱変換が生じにくくなると共に屈折率変化の誘起が安定して生じ、より安定で効果的な屈折率変化が誘起されたコア領域を形成することができるものである。
【００７７】
また請求項２の発明は、請求項１において、母材が、高分子材料を溶媒に溶解された状態から溶媒を揮発させて成形されたものであるため、母材成形時の成形性が高く、薄膜状のものから厚肉状のものまで任意形状に容易に成形することができるものである。
【００７９】
また請求項３の発明は、請求項１又は２において、コア領域を母材内部に並列に複数設けるため、光導波路を信号伝送用途に使用することにより大量の情報を光信号にて一方向に伝送することができるものである。
【００８０】
また請求項４の発明は、請求項１又は２において、コア領域を、母材内部に三次元的に設けるため、光信号を任意の複数方向に伝送する複数のコア領域を高密度に形成することができるものである。
【００８１】
また本発明の請求項５に係る光配線板は、請求項１乃至４のいずれかに記載の光導波路にて構成されているため、通信機器間等の装置間を光接続するために利用することができるものである。
【００８２】
また本発明の請求項６に係る電気・光混載回路基板は、請求項１乃至４のいずれかに記載の光導波路にて構成されているため、電気的処理と光信号処理とが併用される装置をコンパクトに構成することができるものである。
【００８３】
また本発明の請求項７に係る光導波路の製造方法は、上記構造式（ａ）又は構造式（ｂ）で示されるフッ素を構成元素に含む高分子材料からなる母材を可動台上に固定し、この母材に向けて集光レンズを通過させた短パルスレーザ光を母材中の任意の箇所に集光点が配置されるように照射し、可動台もしくは短パルスレーザ光の照射位置及び集光レンズの配置位置を移動させることにより母材内部における集光点の配置位置を一定速度で移動させて、母材内部に連続したコア領域を形成するため、ビーム直接描画法によって母材内部に複雑な三次元状のコア領域を容易に形成することができて、三次元光導波回路の形成に適し、更に母材材料としてフッ素を構成元素に含む高分子材料を用いていることから、成形性、取扱性を向上すると共に製造時に紫外線暗室が必要とされるなどといった製造環境の制約がないものである。
また、母材が、母材に照射される短パルスレーザ光の波長域に光吸収を有さず、かつその波長の半波長域及び１／３波長域に光吸収を有さないか、あるいは短パルスレーザ光の波長域から紫外線域まで光吸収を有さないものであるため、コア領域形成時に短パルスレーザ光のエネルギーの熱変換が生じにくくなり、光導波路内に熱損傷が生じることなく、より安定で効果的な屈折率変化が誘起されたコア領域を形成することができるものである。
また、短パルスレーザ光として、パルス幅が１０-12秒よりも短いものを用いるため、コア領域形成時に短パルスレーザ光のエネルギーの熱変換が生じにくくなり、光導波路内に熱損傷が生じることなく、より安定で効果的な屈折率変化が誘起されたコア領域を形成することができるものである。
また、母材中の集光点における短パルスレーザ光の強度密度を１０12〜１０14Ｗ／ｃｍ2となるようにするため、コア領域形成時に短パルスレーザ光のエネルギーの熱変換が生じにくくなると共に屈折率変化の誘起が安定して生じ、より安定で効果的な屈折率変化が誘起されたコア領域を形成することができるものである。
【００８４】
また請求項８の発明は、請求項７において、フッ素を構成元素に含む高分子材料の溶媒溶解物から溶媒を揮発させて母材を形成する工程を有するため、母材の成形性が高く、薄膜状のものから厚肉状のものまで任意形状の光導波路を容易に成形することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例を示す概念図である。
【図２】実施例１の光導波路の断面の屈折率変化を顕微楕円偏光解析法に測定した結果を示すグラフである。
【図３】実施例１における短パルスレーザ光照射前の母材と、短パルスレーザ光照射後の母材に対して、ラマン分光測定を行った結果を示すグラフであり、Ａは短パルスレーザ光照射前の母材のスペクトル、Ｂは短パルスレーザ光の照射後の母材のスペクトル、Ｃのは両スペクトルの差分である。
【図４】  （ａ）は実施例１、（ｂ）は実施例２における各母材の、光透過スペクトルの測定結果を示すグラフである。
【図５】  比較例における母材の、光透過スペクトルの測定結果を示すグラフである。
【図６】  （ａ）乃至（ｈ）は、フォトリソグラフィー法による従来の光導波路の各製造工程を示す断面図である。
【符号の説明】
５  母材
６  短パルスレーザ光
８  集光点
１０  コア領域
【図１】
0004284889.tif 000012
【図２】
0004284889.tif 000013
【図３】
0004284889.tif 000014
【図４】
0004284889.tif 000015
【図５】
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【図６】
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