(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体内を第１光硬化性樹脂で満たす第１工程と、
光ファイバを介して光を照射することで、前記第１光硬化性樹脂を軸状に硬化させて光導波路のコアを形成する第２工程と、
前記筐体内の未硬化の前記第１光硬化性樹脂を除去し、第２光硬化性樹脂で満たす第３工程と、
前記光ファイバを介して光を前記コアに入射させ、前記コアからの漏光によって、前記コア周囲の前記第２光硬化性樹脂を硬化させてクラッドを形成する第４工程と、
からなることを特徴とする自己形成光導波路の製造方法。
【請求項２】
前記第２光硬化性樹脂は、前記第１光硬化性樹脂よりも反応性が高いことを特徴とする請求項１に記載の自己形成光導波路の製造方法。
【請求項３】
前記第４工程は、集光レンズにより光を集光して前記光ファイバに光を入射させる工程を有し、
その集光レンズの開口数は、前記光ファイバの開口数よりも大きいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の自己形成光導波路の製造方法。
【請求項４】
前記第１光硬化性樹脂と、前記第２光硬化性樹脂は、同一波長の光により硬化されることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の自己形成光導波路の製造方法。
【請求項５】
前記第４工程は、クラッド径がコア径の２倍以上となるように前記第２光硬化性樹脂を硬化させてクラッドを形成することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の自己形成光導波路の製造方法。
【請求項６】
前記第４工程は、クラッド径がコア径の１０倍以上となるように前記第２光硬化性樹脂を硬化させてクラッドを形成することを特徴とする請求項５に記載の自己形成光導波路の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自己形成光導波路の製造方法に関するものであり、特にクラッドに応力の偏りが生じない製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光硬化性樹脂を用いて光導波路を形成する自己形成光導波路の技術が開発されている。これは、筐体内を光硬化性樹脂で満たし、光ファイバを介して光を照射することで光硬化性樹脂を線状に硬化させて光導波路のコアを形成する技術である。この自己形成光導波路の技術におけるクラッドの形成方法については、たとえば特許文献１の方法が知られている。
【０００３】
特許文献１に示されたクラッドの形成方法は以下のとおりである。まず、硬化波長が異なる低屈折率の第１光硬化性樹脂と高屈折率の第２光硬化性樹脂とを混合して筐体内に充填する。次に、第１光硬化性樹脂を硬化させ、第２光硬化性樹脂は硬化させない波長の光を光ファイバを介して混合樹脂に照射することで、第２光硬化性樹脂を取り込む形で第１光硬化性樹脂を軸状に硬化させてコアを形成する。そして、コア形成後も光の照射を続け、コアからの光のしみ出しによる漏光によって第１光硬化性樹脂を硬化させ、コア周囲にクラッドを形成する。その後、紫外光をコアの軸方向に垂直な方向から全体に照射して未硬化の樹脂をすべて硬化させる。
【０００４】
他のクラッド形成方法としては、コアを形成後に未硬化の光硬化性樹脂を除去してクラッド形成用の光硬化性樹脂に入れ換え、紫外線をコアの軸方向に垂直な方向から照射して全体を硬化させる方法が知られている。
【特許文献１】特開２００４−１５１１６０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に、光硬化性樹脂、特にアクリル系の光硬化性樹脂は、硬化中に体積の収縮を伴う。そのため、光硬化性樹脂を硬化させることでクラッドを形成すると、クラッドの収縮や体積収縮による筐体の変形などが応力集中を生じさせ、コア周辺に応力の偏りが生じていた。その結果として光損失の増大や耐久性の悪化を引き起こしていた。
【０００６】
また、特許文献１の方法では、しみ出しによる漏光によって硬化させてクラッドを形成しているため、クラッド径を大きくすることができなかった。
【０００７】
そこで本発明の目的は、自己形成光導波路の製造方法において、コア周辺に応力の偏りが生じないようにクラッドを形成することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明は、筐体内を第１光硬化性樹脂で満たす第１工程と、光ファイバを介して光を照射することで、第１光硬化性樹脂を軸状に硬化させて光導波路のコアを形成する第２工程と、筐体内の未硬化の第１光硬化性樹脂を除去し、第２光硬化性樹脂で満たす第３工程と、光ファイバを介して光をコアに入射させ、コアからの漏光によって、コア周囲の第２光硬化性樹脂を硬化させてクラッドを形成する第４工程と、からなることを特徴とする自己形成光導波路の製造方法である。
【０００９】
コアからの漏光は、コアによる散乱光や、コアとクラッドの境界面において全反射せずに透過する光である。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明において、第２光硬化性樹脂は、第１光硬化性樹脂よりも反応性が高いことを特徴とする自己形成光導波路の製造方法である。
【００１１】
第３の発明は、第１の発明または第２の発明において、第４工程は、集光レンズにより光を集光して光ファイバに光を入射させる工程を有し、その集光レンズの開口数は、光ファイバの開口数よりも大きいことを特徴とする自己形成光導波路の製造方法である。
【００１２】
第４の発明は、第１の発明から第３の発明において、第１光硬化性樹脂と、第２光硬化性樹脂は、同一波長の光により硬化されることを特徴とする自己形成光導波路の製造方法である。
【００１３】
第５の発明は、第１の発明から第４の発明において、第４工程は、クラッド径がコア径の２倍以上となるように第２光硬化性樹脂を硬化させてクラッドを形成することを特徴とする自己形成光導波路の製造方法である。
【００１４】
第６の発明は、第５の発明において、第４工程は、クラッド径がコア径の１０倍以上となるように第２光硬化性樹脂を硬化させてクラッドを形成することを特徴とする自己形成光導波路の製造方法である。
【００１５】
【発明の効果】
【００１６】
第１の発明によると、第２光硬化性樹脂はコアを中心にして対照的に硬化する。そのため、コア周囲の応力の偏りが解消され、応力集中が発生するのを防止することができる。その結果、光損失を低減することができ、光導波路の耐久性も向上する。
【００１７】
また第２の発明のように、第２光硬化性樹脂の反応性を高くすることで、光強度が相対的に弱い漏光によっても十分に第２光硬化性樹脂の硬化を進行させることができる。
【００１８】
また第３の発明によると、コアからの漏光の光強度を増大させることができるので、より容易に第２光硬化性樹脂を硬化させることができる。
【００１９】
また、第４の発明のように、コアとクラッドを同一波長の光で形成することができ、製造工程の簡素化を図ることができる。
【００２０】
また、第５の発明のように、コア径の２倍以上、より望ましくは第６の発明のように１０倍以上、の範囲を硬化させてクラッドを形成すれば、応力の偏りがない範囲がより広くなり、光損失をより低減することができる。
【００２１】
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の具体的な実施例について図を参照に説明するが、本発明はそれらの実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００２３】
図１は、実施例１の自己形成光導波路の製造工程について示した図である。以下、図１を参照に自己形成光導波路の製造工程について詳しく説明する。
【００２４】
まず、メタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）からなり、光ポートと中空部１０ａを有した直方体状の筐体１０を用意する。そして、筐体１０の光ポートに光ファイバ１１を用いた光ケーブルのコネクタ１２を差し込み、光ファイバ１１の端部が筐体１０の中空部１０ａ側となるようにして固定する（図１Ａ）。光ファイバ１１は２００μｍ径で、ＮＡ（開口数）は０．３７である。また、筐体１０には、光ポート側から中空部１０ａ側に貫通する貫通孔１０ｂが設けられている。これにより、光ファイバ１１からの光は、筐体１０を透過せずに直接中空部１０ａ側へと照射される。貫通孔１０ｂの径はコネクタ１２先端のフェルール径とほぼ一致している。
【００２５】
次に、中空部１０ａにコア形成用の第１光硬化性樹脂１３を充填する（図１Ｂ）。第１光硬化性樹脂１３の主成分は芳香族アクリレートであり、吸収端が紫色の波長近傍である光重合開始剤が混合されている。第１光硬化性樹脂１３は硬化により屈折率が上昇する樹脂である。なお、第１光硬化性樹脂１３は粘性を有しているため、貫通孔１０ｂから第１光硬化性樹脂１３が漏れることはない。
【００２６】
次に、青色半導体レーザ１４からの光のビーム径をビームエキスパンダ１５によって拡張した後、ＮＡが０．１の集光レンズ１６により集光し、光ファイバ１１に入射させる。青色半導体レーザ１４の発光波長は４０８ｎｍである。そして、光ファイバ１１を介して筐体１０内の第１光硬化性樹脂１３に照射する。第１光硬化性樹脂１３は硬化により屈折率が上昇するため、この光照射によって第１光硬化性樹脂１３は軸状に硬化していき、光導波路のコア１７が形成される（図１Ｃ）。光の照射強度は５ｍＷで、１０秒間の照射で長さ約１ｃｍ、直径約０．２ｍｍのコア１７が形成される。
【００２７】
次に、筐体１０内の未硬化の第１光硬化性樹脂１３を除去し、中空部１０ａにクラッド形成用の第２光硬化性樹脂１８を充填した（図１Ｄ）。第２光硬化性樹脂１８の主成分は脂肪族アクリレートであり、吸収端が青色の波長近傍である光重合開始剤が混合されている。また、第２光硬化性樹脂１８には、硬化後の屈折率が第１光硬化性樹脂の硬化後の屈折率よりも低いものを用いる。このように、コア形成用の第１光硬化性樹脂１３からクラッド形成用の第２光硬化性樹脂１８に入れ換える方法をとるのは、コアとクラッドの屈折率差を大きくするためであり、これはマルチモード光導波路を作製するのに必要とされることである。
【００２８】
次に、青色半導体レーザ１４からの光のビーム径をビームエキスパンダ１５によって広げた後、ＮＡが０．５５の集光レンズ１９（本発明の集光レンズに相当）により集光し、光ファイバ１１に入射させる。そして、光ファイバ１１を介して光をコア１７に入射させる。集光レンズ１９のＮＡを光ファイバ１１のＮＡよりも大きくしているため、ＮＡ不整合によって全反射せずにコア１７の外部へと透過する光が増大する。また、図１Ｃでの製造工程ではコア１７は十分に硬化しておらず、コア１７内には密度のゆらぎがある。そのため、光が一部散乱されてコア１７の外部へと放射される。ＮＡ不整合および散乱によるコア１７からの漏光によって、コア１７周囲の第２光硬化性樹脂１８が硬化され、コア１７を覆うようにクラッド２０が形成される（図１Ｅ）。コア１７への光の入射強度は１５ｍＷで、５分間の照射で直径３ｍｍ（コア径の約１５倍）のクラッド２０が形成される。また、コア１７内部への光照射によってコア１７の硬化が十分に進行する。以上のようにして形成されたコア１７とクラッド２０の屈折率差は約０．０５である。
【００２９】
ここで第２光硬化性樹脂１８は、コア１７を中心としてコア径の１０倍以上の範囲にわたって対称的に硬化していくため、歪が生じず、コア１７周辺に応力の偏りが生じない。
【００３０】
このように、クラッド２０はコア１７からの漏光によって第２光硬化性樹脂１８を硬化させて形成するため、第２光硬化性樹脂１８は第１光硬化性樹脂よりも反応性が高いことが望ましい。反応性の違いは、混合する光重合開始剤の種類によって調整することが可能である。また、このように反応性を調整することで、コア１７およびクラッド２０を同一波長の光による硬化で形成する場合であっても、効率的にクラッドを形成することができる。
【００３１】
なお、クラッド２０は、クラッド径がコア径の２倍以上となるように形成することが望ましい。応力の偏りがない範囲がより広くなるからである。クラッド径をコア径の１０倍以上とすればより望ましい。
【００３２】
次に、紫外線照射ランプによって紫外線を３０秒間照射し、ゲル状もしくは未硬化の第２光硬化性樹脂１８を完全に硬化させる（図１Ｆ）。
【００３３】
以上が実施例１の自己形成光導波路の製造工程である。
【００３４】
上記製造工程により作製した光導波路の断面における応力の状態を調べるため、光弾性顕微鏡によって等色線測定と等傾線測定を行った。
【００３５】
図２は光導波路コアの軸方向に垂直な断面での等色線測定の結果を示した画像である。図２（ａ）は従来例の製造方法、図２（ｂ）は実施例１の製造方法によって作製した光導波路をサンプルとしている。図２における長方形の点線は、その長方形の内部が筐体１０の内部であることを示している。ここで、従来例の製造方法とは、実施例１の製造方法において図１Ｅのコアからの漏光によるクラッド形成を行わず、紫外線照射ランプによって紫外線を光軸に垂直な方向から３分間照射し、第２光硬化性樹脂１８を硬化させてクラッドを形成することにより光導波路を製造するものである。図２（ａ）のように、従来例の製造方法による光導波路の等色線測定では、明確な明暗の縞模様が観察できる。これらの縞は、主応力差の等しい点を結んでできるものである。つまり、従来例の製造方法による光導波路では、応力の偏りが生じている。一方、図２（ｂ）のように、実施例１の製造方法による光導波路の等色線測定では、縞模様が観察できず、目立った応力の偏りが生じていないことがわかる。
【００３６】
図３は光導波路コアの軸方向に垂直な断面での等傾線測定の結果を示す画像である。図２と同様に長方形の点線で囲われた部分が筐体１０の内部である。図３（ａ）は従来例の製造方法、図３（ｂ）は実施例１の製造方法によって作製した光導波路をサンプルとしている。図３（ａ）のように、従来例の製造方法による光導波路の等傾線測定では、コアの周辺に複数の黒線が走っているのが観察できる。この黒線は、主応力の方向を示すもので、コア周辺からさまざまな方向へ応力がかかっていることがわかる。一方、図３（ｂ）のように、実施例１の製造方法による光導波路の等傾線測定では、黒線が観察されず、目立った応力が生じていないことがわかる。
【００３７】
また、実施例１の製造方法によって作製した光導波路と、従来例の製造方法によって作製した光導波路について、光学特性を比較した。光学特性の評価は光導波路の挿入損失を測定することで行い、測定波長は７８０ｎｍ、入射ＮＡは０．２とした。その結果、実施例１の製造方法によって作製した光導波路の挿入損失は０．５ｄＢであったのに対して、従来例の製造方法によって作製した光導波路の挿入損失は１０．８ｄＢであった。従来例の製造方法によって作製した光導波路の方が損失が大きい理由は、光導波路の湾曲や、光ファイバと光導波路との間での軸ずれなどが、応力によって生じたためと考えられる。
【００３８】
以上のように、実施例１の自己形成光導波路の製造方法では、コアからの漏光によって第２光硬化性樹脂を対称的に硬化させてクラッドを形成するため、硬化収縮による応力の偏りが抑制される。そのため、光導波路の損失を低減することができ、耐久性を向上させることができる。
【００３９】
なお、実施例１では同一波長の光による硬化でコアとクラッドを形成しているが、コアの形成とクラッドの形成とで異なる波長の光を用いて硬化させてもよい。
【００４０】
また、実施例１ではクラッド形成用の第２光硬化性樹脂は１種類の樹脂からなるものであったが、２種類以上の樹脂を混合させたものであってもよい。
【００４１】
また、実施例１ではクラッド形成用の第２光硬化性樹脂を硬化させる際に用いる集光レンズに、ＮＡが光ファイバのＮＡよりも大きいものを用いることで、コアからの漏光を増大させているが、必ずしもＮＡが光ファイバのＮＡよりも大きい集光レンズを用いる必要はない。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、光モジュールの製造などに用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１Ａ】実施例１の自己形成銅波路の製造工程について示した図。
【図１Ｂ】実施例１の自己形成銅波路の製造工程について示した図。
【図１Ｃ】実施例１の自己形成銅波路の製造工程について示した図。
【図１Ｄ】実施例１の自己形成銅波路の製造工程について示した図。
【図１Ｅ】実施例１の自己形成銅波路の製造工程について示した図。
【図１Ｆ】実施例１の自己形成銅波路の製造工程について示した図。
【図２】光導波路の等色線測定の結果を示す画像。
【図３】光導波路の等色線測定の結果を示す画像。
【符号の説明】
【００４４】
１０：筐体
１１：光ファイバ
１３：第１光硬化性樹脂
１４：青色半導体レーザ
１５：ビームエキスパンダ
１６、１９：集光レンズ
１７：コア
１８：第２光硬化性樹脂
２０：クラッド
【図１Ａ】
0005035051.tif 000002
【図１Ｂ】
0005035051.tif 000003
【図１Ｃ】
0005035051.tif 000004
【図１Ｄ】
0005035051.tif 000005
【図１Ｅ】
0005035051.tif 000006
【図１Ｆ】
0005035051.tif 000007
【図２】
0005035051.tif 000008
【図３】
0005035051.tif 000009