(57)【要約】  本発明は、コア、前記コアよりも屈折率が低く前記コアの周囲に存在するアンダークラッド、および前記コアよりも屈折率が低く前記アンダークラッドとは反対側のコア周囲に存在するオーバークラッド、を備えるポリマー光導波路であって、前記ポリマー光導波路は、光の伝播方向に沿って、オーバークラッドが存在せず、コアおよび該コアの周辺のアンダークラッドが露出した結合部と、前記コアがアンダークラッドとオーバークラッドとで被覆された光導波部とを有し、前記ポリマー光導波路は、光の伝播方向に沿って、コア幅が異なる部位を有しており、コア幅が最も狭い部位ａのコア幅をＷａ（μｍ）とし、前記部位ａのコア高さをＨａ（μｍ）とした時、前記Ｈａが１．３μｍ以上４．５μｍ以下であり、Ｈａ／Ｗａが１．１５以下である、ポリマー光導波路に関する。
2019221083.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コア、前記コアよりも屈折率が低く前記コアの周囲に存在するアンダークラッド、および前記コアよりも屈折率が低く前記アンダークラッドとは反対側のコア周囲に存在するオーバークラッド、を備えるポリマー光導波路であって、
前記ポリマー光導波路は、光の伝播方向に沿って、オーバークラッドが存在せず、コアおよび該コアの周辺のアンダークラッドが露出した結合部と、前記コアがアンダークラッドとオーバークラッドとで被覆された光導波部とを有し、
前記ポリマー光導波路は、光の伝播方向に沿って、コア幅が異なる部位を有しており、
コア幅が最も狭い部位ａのコア幅をＷａ（μｍ）とし、前記部位ａのコア高さをＨａ（μｍ）とした時、前記Ｈａが１．３μｍ以上４．５μｍ以下であり、Ｈａ／Ｗａが１．１５以下である、ポリマー光導波路。
【請求項２】
前記部位ａが前記光導波部に存在している、請求項１に記載のポリマー光導波路。
【請求項３】
前記Ｗａが１．３μｍ以上４．５μｍ以下である、請求項１または２に記載のポリマー光導波路。
【請求項４】
光の伝播方向に沿って並列に配置された複数のコアを有しており、前記ポリマー光導波路の一端側と他端側とで、複数のコア間のピッチが異なっており、前記ポリマー光導波路は、複数のコア間のピッチを変換するピッチ変換領域を有しており、該ピッチ変換領域におけるコア幅をＷｐ（μｍ）としたとき、Ｗｐが２．２μｍ以上６μｍ以下である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のポリマー光導波路。
【請求項５】
前記アンダークラッドと前記オーバークラッドとの屈折率差の絶対値が０．００１以下である、請求項１〜４のいずれか一項に記載のポリマー光導波路。
【請求項６】
前記コアと前記アンダークラッドとの比屈折率差ｕ、および、前記コアと前記オーバークラッドとの比屈折率差ｏが、いずれも、０．００６〜０．０１７である、請求項１〜５のいずれか一項に記載のポリマー光導波路。
【請求項７】
前記結合部におけるコア幅をＷｓ（μｍ）としたとき、Ｗｓが３μｍ以上８μｍ以下である、請求項１〜６のいずれか一項に記載のポリマー光導波路。
【請求項８】
光の伝播方向に沿って並列に配置された複数のコアを有しており、前記複数のコアの少なくとも一つは、前記結合部を有しておらず、前記光導波部のみを有している、請求項１〜７のいずれか一項に記載のポリマー光導波路。
【請求項９】
前記コアがフッ素を含むポリマーからなる、請求項１〜８のいずれか一項に記載のポリマー光導波路。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載のポリマー光導波路と、該ポリマー光導波路の前記光導波部を収容するコネクタと、を含む複合光導波路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリマー光導波路及び複合光導波路に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンチップ上にシリコンの光回路を集積化する技術であるシリコンフォトニクスが注目されている。シリコンフォトニクスにおいては、光集積回路に形成されたシリコン光導波路と光ファイバとの間で光信号を伝達する導波路として、アディアバティック結合を利用したポリマー光導波路が知られている（例えば、特許文献１参照）。このポリマー光導波路を用いると、シリコン光導波路と光ファイバとの伝搬損失を低減することができる。【０００３】
しかしながら、特許文献１のポリマー光導波路を用いた場合のシリコン光導波路と光ファイバとの伝搬損失の低減度合では十分ではなく、さらに低損失でシリコン光導波路と光ファイバとを接続することが求められている。【０００４】
また、ポリマー光導波路の生産性の向上や検査性の向上が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】日本国特開２０１４−８１５８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記した従来技術の問題点を解決するため、シリコン光導波路とのアディアバティック結合、および光ファイバとの接続を低損失で達成することができ、生産性の高いポリマー光導波路の提供を課題とする。また、検査が容易なポリマー光導波路の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記した目的を達成するため、コア、前記コアよりも屈折率が低く前記コアの周囲に存在するアンダークラッド、および前記コアよりも屈折率が低く前記アンダークラッドとは反対側のコア周囲に存在するオーバークラッド、を備えるポリマー光導波路であって、
前記ポリマー光導波路は、光の伝播方向に沿って、オーバークラッドが存在せずコアおよび該コアの周辺のアンダークラッドが露出した結合部と、前記コアがアンダークラッドとオーバークラッドとで被覆された光導波部とを有し、
前記ポリマー光導波路は、光の伝播方向に沿って、コア幅が異なる部位を有しており、
コア幅が最も狭い部位ａのコア幅をＷａ（μｍ）とし、前記部位ａのコア高さをＨａ（μｍ）とした時、前記Ｈａが１．３μｍ以上４．５μｍ以下であり、Ｈａ／Ｗａが１．１５以下である、ポリマー光導波路を提供する。【０００８】
本発明のポリマー光導波路において、前記部位ａが前記光導波部に存在していることが好ましい。【０００９】
本発明のポリマー光導波路において、前記Ｗａが１．３μｍ以上４．５μｍ以下であることが好ましい。【００１０】
本発明のポリマー光導波路は、光の伝播方向に沿って並列に配置された複数のコアを有しており、前記ポリマー光導波路の一端側と他端側とで、複数のコア間のピッチが異なっており、前記ポリマー光導波路は、複数のコア間のピッチを変換するピッチ変換領域を有しており、該ピッチ変換領域のおけるコア幅をＷｐ（μｍ）としたとき、Ｗｐが２．２μｍ以上６μｍ以下であることが好ましい。【００１１】
本発明のポリマー光導波路において、前記アンダークラッドと前記オーバークラッドとの屈折率差の絶対値が０．００１以下であることが好ましい。【００１２】
本発明のポリマー光導波路において、前記コアと前記アンダークラッドとの比屈折率差ｕ、および、前記コアと前記オーバークラッドとの比屈折率差ｏが、いずれも、０．００６〜０．０１７であることが好ましい。【００１３】
本発明のポリマー光導波路において、前記結合部におけるコア幅をＷｓ（μｍ）としたとき、Ｗｓが３μｍ以上８μｍ以下であることが好ましい。【００１４】
本発明のポリマー光導波路は、光の伝播方向に沿って並列に配置された複数のコアを有しており、前記複数のコアの少なくとも一つは、前記結合部を有しておらず、前記光導波部のみを有していてもよい。【００１５】
本発明のポリマー光導波路において、前記コアがフッ素を含むポリマーからなることが好ましい。【００１６】
また、本発明は、本発明のポリマー光導波路と、該ポリマー光導波路の前記光導波部を収容するコネクタと、を含む複合光導波路を提供する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のポリマー光導波路では、製造時におけるコアの膜剥がれが抑制され、生産性が向上する。
本発明のポリマー光導波路では、シリコン光導波路とのアディアバティック結合を低損失で達成できる。
本発明のポリマー光導波路では、ピッチ変換領域での曲げ損失を低減できる。
本発明のポリマー光導波路では、シングルモード光ファイバとの接続を低損失で達成できる。
光導波部のみを有する光学測定用コアを備えた本発明のポリマー光導波路では、伝播損失測定等の検査を容易に実施できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明のポリマー光導波路の一構成例を示した斜視図である。
【図２】図２は、図１に示すポリマー光導波路１０の光導波部１５側の端面図である。
【図３】図３は、図１に示すポリマー光導波路１０の結合部１４側の端面図である。
【図４】図４は、ポリマー光導波路の別の一構成例であり、ポリマー光導波路とシリコン光導波路と、がアディアバティック結合された複合光導波路の一構成例を示した斜視図である。
【図５】図５は、図４の複合光導波路２０の側面図である。
【図６】図６は、図４のポリマー光導波路４０の斜視図である。但し、ポリマー光導波路４０は上下反転させている。
【図７】図７は、ポリマー光導波路のさらに別の一構成例の平面図である。
【図８】図８の（ａ）〜（ｅ）は、ポリマー光導波路のさらに別の構成例の平面図である。
【図９】図９は、例１−１〜例１−９でポリマー光導波路とシリコン光導波路とのアディアバティック結合部における接続損失をシミュレーション解析した際の評価モデルを示した縦断面図である。
【図１０】図１０は、図９の評価モデルを示した横断面図である。
【図１１】図１１は、例２−１〜例２−２５でポリマー光導波路の曲げ損失をシミュレーション解析した際の評価モデルを示した端面図である。
【図１２】図１２は、例３−１〜例３−３４でポリマー光導波路とシングルモード光ファイバとのバット結合（正対結合）部における接続損失をシミュレーション解析した際のポリマー光導波路の評価モデルを示した端面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明を説明する。
図１は、本発明のポリマー光導波路の一構成例を示した斜視図である。図１に示すポリマー光導波路１０は、コア１１ａ，１１ｂ、コア１１ａ，１１ｂよりも屈折率が低くコア１１ａ，１１ｂの周囲に存在するアンダークラッド１２、およびコア１１ａ，１１ｂよりも屈折率が低くアンダークラッド１２とは反対側のコア１１ａ，１１ｂ周囲に存在するオーバークラッド１３とを備えている。ポリマー光導波路１０は、光の伝播方向に沿って、オーバークラッド１３が存在せずコア１１ａ，１１ｂおよび該コア１１ａ，１１ｂの周辺のアンダークラッド１２が露出した結合部１４と、コア１１ａ，１１ｂがアンダークラッド１２とオーバークラッド１３とで被覆された光導波部１５とを有している。
【００２０】
図１に示すポリマー光導波路１０では、該ポリマー光導波路１０におけるコアの光の伝播方向（以下、本明細書において、「ポリマー光導波路における光の伝播方向」と言う。）に沿って、２つのコア１１ａ，１１ｂが並列して配置されている。但し、本発明のポリマー光導波路におけるコアの数はこれに限定されず、コアの数は１つでも、３つ以上でもよい。
【００２１】
図１に示すポリマー光導波路１０は、ポリマー光導波路における光の伝播方向に沿ってコア幅が異なる部位を有している。具体的には、該ポリマー光導波路１０における光の伝播方向の一端側と他端側とがコア幅が異なっている。
本明細書において、「コア幅」と言った場合、ポリマー光導波路における光の伝播方向に垂直な断面における、ポリマー光導波路の厚み方向と垂直方向でのコアの幅を指す。
本明細書において、「コア高さ」と言った場合、ポリマー光導波路における光の伝播方向に垂直な断面における、ポリマー光導波路の厚み方向でのコアの高さを指す。
【００２２】
図２は、図１に示すポリマー光導波路１０の光導波部１５側の端面図であり、図３は、図１に示すポリマー光導波路１０の結合部１４の端面図である。
図２に示すように、ポリマー光導波路１０の光導波部１５側（一端側）は、コア１１ａ，１１ｂのコア高さとコア幅とが略同一の四辺形である。
図３に示すように、ポリマー光導波路１０の結合部１４側（他端側）は、コア１１ａ，１１ｂのコア高さよりもコア幅が長い四辺形である。
図示したポリマー光導波路１０は、光導波部１５側（一端側）に比べて、結合部１４側（他端側）で、コア１１ａ，１１ｂのコア幅が広くなっている。
【００２３】
図示したポリマー光導波路１０において、光導波部１５側（一端側）の端面が、コア幅が最も狭い部位ａである。
ポリマー光導波路１０は、該部位ａにおけるコア幅をＷａ（μｍ）とし、コア高さをＨａ（μｍ）としたとき、Ｈａが１．３μｍ以上４．５μｍ以下であり、Ｈａ／Ｗａが１．１５以下である。
図２に示すポリマー光導波路１０において、コア１１ａのコア幅Ｗａａ、コア高さＨａａ、コア１１ｂのコア幅Ｗａｂ、コア高さＨａｂのいずれも、上記を満たす。
【００２４】
光導波部１５側の端面である部位ａは、シングルモード光ファイバとの接続部として用いられる。部位ａのコア高さＨａが１．３μｍ以上であることにより、シングルモード光ファイバと低損失で接続できる。部位ａのコア高さＨａは、好ましくは１．４μｍ以上、より好ましくは１．５μｍ以上、さらに好ましくは１．６μｍ以上、最も好ましくは１．８μｍ以上である。
但し、部位ａのコア高さＨａが大きくなると、後述する手順でポリマー光ファイバを作製する際に、コアの膜剥がれが起こりやすくなる。コアの膜剥がれは、作製されたポリマー光導波路の断線等の問題を生じるため問題となる。そのため、部位ａのコア高さＨａは、４．５μｍ以下とする。部位ａのコア高さＨａは、好ましくは２．２μｍ以下、より好ましくは２．１μｍ以下、さらに好ましくは２．０μｍ以下である。
なお、ポリマー光導波路１０は、コア１１ａ，１１ｂのコア高さが、光の伝播方向に沿って基本的には一定である。そのため、部位ａのコア高さＨａ（Ｈａａ，Ｈａｂ）が上記範囲であれば、他の部位のコア高さも上記範囲である。したがって、結合部１４側の端面のコア高さも上記範囲である。
【００２５】
また、部位ａにおけるコア高さＨａが４．５μｍ以下であっても、部位ａにおけるコアが、コア幅Ｗａが狭く、コア高さＨａが高い場合は、後述する手順でポリマー光ファイバを作製する際に、コアの膜剥がれが起こりやすくなる。そのため、部位ａにおけるコア高さＨａと、コア幅Ｗａとの比（Ｈａ／Ｗａ）が１．１５以下である。Ｈａ／Ｗａは、好ましくは１．１以下、より好ましくは１．０以下、さらに好ましくは０．９以下である。
上述したように、ポリマー光導波路１０は、コア１１のコア高さが、光の伝播方向に沿って一定である。一方、部位ａはコア１１のコア幅が最も狭い部位であるので、部位ａ以外の部位は、コア１１のコア幅がＷａ以上である。そのため、部位ａのＨａ／Ｗａが上記範囲であれば、他の部位のコア高さと、コア幅との比も上記範囲である。
【００２６】
部位ａにおけるコア高さＨａ、およびコア高さＨａと、コア幅Ｗａとの比（Ｈａ／Ｗａ）との関係から、コア幅Ｗａは１．３μｍ以上が好ましく、１．５μｍ以上がより好ましく、１．８μｍ以上がさらに好ましく、２．０μｍ以上が特に好ましい。
また、コア幅Ｗａは４．５μｍ以下が好ましく、４．０μｍ以下がより好ましく、３．５μｍ以下がさらに好ましく、３．０μｍ以下が特に好ましい。
【００２７】
本発明のポリマー光導波路は、コア幅が最も狭い部位ａが図示した部位以外の部位に存在してもよいが、シングルモード光ファイバとの接続に用いられる光導波部に存在することが好ましい。
【００２８】
図３に示すポリマー光導波路１０において、オーバークラッド１３が存在せずコア１１ａ，１１ｂおよび該コア１１ａ，１１ｂの周辺のアンダークラッド１２が露出した結合部１４は、シリコン光導波路とのアディアバティック結合部位として用いられる。
図示したポリマー光導波路１０において、結合部１４におけるコア１１ａ，１１ｂのコア幅Ｗｓ（Ｗｓａ，Ｗｓｂ）が３μｍ以上であることが、シリコン光導波路と低損失で接続できるため好ましい。結合部１４におけるコア１１ａ，１１ｂのコア幅Ｗｓ（Ｗｓａ，Ｗｓｂ）は、より好ましくは３．５μｍ以上、さらに好ましくは４μｍ以上である。
図示したポリマー光導波路１０において、結合部１４におけるコア１１ａ，１１ｂのコア幅Ｗｓ（Ｗｓａ，Ｗｓｂ）が８μｍ以下であることが、シリコン光導波路と低損失で接続できるため好ましい。結合部１４におけるコア１１ａ，１１ｂのコア幅Ｗｓ（Ｗｓａ，Ｗｓｂ）は、より好ましくは７μｍ以下、さらに好ましくは６μｍ以下である。
【００２９】
図４は、本発明のポリマー光導波路の別の一構成例と、シリコン光導波路と、がアディアバティック結合された複合光導波路の一構成例を示した斜視図であり、図５は、図４の複合光導波路２０の側面図である。
図４に示す複合光導波路２０では、シリコン光導波路３０と、ポリマー光導波路４０とがアディアバティック結合している。図４に示すポリマー光導波路４０は、コア４１、アンダークラッド４２、および、オーバークラッド４３を備えている点、ならびに、結合部４４と、光導波部４５とを有している点は、図１に示したポリマー光導波路１０と同様である。図４に示すポリマー光導波路４０は、結合部４４でシリコン光導波路３０とアディアバティック結合している。ポリマー光導波路４０の光導波部４５は、シングルモード光ファイバ等とのバット結合（正対結合）用のコネクタ５０に収容されている。
【００３０】
図６は、図４に示すポリマー光導波路４０の斜視図である。但し、ポリマー光導波路４０は上下反転させている。
図６に示すポリマー光導波路４０は、光の伝播方向に沿って並列に配置された複数、具体的には８つのコア４１を有している。ポリマー光導波路４０の光導波部４５側（一端側）と、結合部４４側（他端側）とで、複数のコア４１間のピッチが異なっている。光導波部４５側（一端側）においては、ピッチは１００〜５００μｍが好ましく、１２５〜２５０μｍがより好ましい。結合部４４側（他端側）においては、ピッチは２０〜２００μｍが好ましく、３０〜１００μｍがより好ましい。そのため、図６に示すポリマー光導波路４０は、複数のコア間のピッチを変換するピッチ変換領域４６を有している。
該ピッチ変換領域４６において、コア４１の曲げ半径が大きいとピッチ変換に要する距離が長くなり、ポリマー光導波路４０が大きくなる。そのため、コア４１の曲げ半径が小さいほうが好ましい。但し、コア４１の曲げ半径を小さくすると、曲げ損失が大きくなる。
【００３１】
上述したように、部位ａ以外の部位は、コア１１のコア幅がＷａ以上である。したがって、ピッチ変換領域４６におけるコア幅をＷｐ（μｍ）としたとき、ＷｐはＷａ以上である。Ｗｐは２．２μｍ以上が、ピッチ変換領域４６でのコア４１の曲げ損失が抑制されるため好ましい。コア幅Ｗｐは、より好ましくは、３μｍ以上、さらに好ましくは３．５μｍ以上、さらに好ましくは４μｍ以上、最も好ましくは４．５μｍ以上である。
但し、ピッチ変換領域４６におけるコア幅Ｗｐが大きくなると、コア４１を伝播する光のモードが乱れるおそれがある。そのため、ピッチ変換領域４６におけるコア幅Ｗｐは６μｍ以下が好ましく、より好ましくは５．５μｍ以下、さらに好ましくは５．０μｍ以下である。
【００３２】
ピッチ変換領域４６におけるコア４１の曲げ半径は特に限定されない。但し、ポリマー光導波路４０のサイズを小さくするためには、ピッチ変換領域４６におけるコア４１の曲げ半径は１００ｍｍ以下が好ましく、８０ｍｍ以下がより好ましく、５０ｍｍ以下がさらに好ましく、３０ｍｍ以下がさらに好ましく、２０ｍｍ以下がさらに好ましく、１２ｍｍ以下が最も好ましい。
但し、ピッチ変換領域４６におけるコア４１の曲げ半径が小さ過ぎると、ピッチ変換領域４６におけるコア幅Ｗｐが上記範囲を満たしていても、コア４１の曲げ損失が大きくなる。そのため、ピッチ変換領域４６におけるコア４１の曲げ半径は６ｍｍ以上が好ましく、８ｍｍ以上がより好ましい。
なお、光の伝播方向に沿って並列に配置された全てのコアが、上記の曲げ半径を満たしていなくてもよく、一部のコアは曲げ半径が１００ｍｍ超でもよい。例えば、一部のコアは曲げ半径が２００ｍｍ以上でもよい。
【００３３】
図７は、本発明のポリマー光導波路のさらに別の一構成例の平面図である。図７に示すポリマー光導波路６０は、（１）光の伝播方向に沿って並列に配置された複数のコア６１ａ，６１ｂ，６１ｃ、アンダークラッド６２、および、オーバークラッド６３を備えている点、（２）オーバークラッド６３が存在せずコア６１ａおよび該コア６１ａの周辺のアンダークラッド６２が露出した結合部６４と、コア６１ａ，６１ｂ，６１ｃがアンダークラッド６２とオーバークラッド６３とで被覆された光導波部６５とを有している点、（３）ポリマー光導波路６０の光導波部６５側（一端側）と、結合部６４側（他端側）とで、複数のコア６１ａ間のピッチが異なっている点、（４）複数のコア間のピッチを変換するピッチ変換領域６６を有している点は、図６に示すポリマー光導波路４０と同様である。
但し、図７に示すポリマー光導波路６０は、複数のコア６１ａ，６１ｂ，６１ｃのうち、一部の複数のコア６１ｂ，６１ｃが、オーバークラッド６３が存在せずコア、および該コアの周辺のアンダークラッド６２が露出した結合部６２を有しておらず、光導波部６５のみを有していてもよい。
これら光導波部のみを有するコア６１ｂ，６１ｃは、伝播損失測定等の検査時に用いられる光学測定用のコアである。光学測定用のコア６１ｂ，６１ｃを有することで、伝播損失測定等の検査を容易に行うことができる。これら光学測定用のコア６１ｂ，６１ｃは、一端側と、他端側とで、複数のコア６１ｂ，６１ｃ間のピッチが同一であってもよいし、複数のコア６１ｂ，６１ｃ間のピッチを変換するピッチ変換領域を有していてもよい。
【００３４】
図８の（ａ）〜（ｅ）は、本発明のポリマー光導波路のさらに別の構成例の平面図である。図８の（ａ）〜（ｅ）に示すポリマー光導波路７０ａ〜７０ｅは、コア７１ａ〜７１ｅ、アンダークラッド７２ａ〜７２ｅ、およびオーバークラッド７３ａ〜７３ｅを備えている。但し、コア７１ａ〜７１ｅは、光の伝播方向に沿って並列に配置された複数のコアのうち、最も外側に配置された２つのコアのみを示している。図中、右側が、オーバークラッドが存在せずコアおよび該コアの周辺のアンダークラッドが露出した結合部７４ａ〜７４ｅ、図中、左側が、コアがアンダークラッドとオーバークラッドとで被覆された光導波部７５ａ〜７５ｅである。ポリマー光導波路７０ａ〜７０ｅは、光導波部７５ａ〜７５ｅと、結合部７４ａ〜７４ｅとの間に、複数のコア間のピッチを変換するピッチ変換領域７６ａ〜７６ｅを有している。
【００３５】
図６に示すポリマー光導波路４０のように、ポリマー光導波路４０の平面形状が矩形の場合、複数のコア４１間のピッチが狭い結合部４４側には、最も外側に配置されたコア４１より外側にアンダークラッド４２のみが存在する部位が広く存在する。結合部４４に隣接するピッチ変換領域４６にも、最も外側に配置されたコア４１より外側にアンダークラッド４２およびオーバークラッド４３のみが存在する部位が広く存在する。これらの部位は、ポリマー光導波路４０における光伝播には何ら寄与しないため存在しなくてもよい。
図８の（ａ）〜（ｅ）に示すポリマー光導波路７０ａ〜７０ｅは、結合部７４ａ〜７４ｅ側のアンダークラッド７２ａ〜７２ｅのうち、最も外側に配置されたコア７１ａ〜７１ｅより外側の部分が打ち抜きにより除去されている。結合部７４ａ〜７４ｅに隣接するピッチ変換領域７６ａ〜７６ｅのアンダークラッド７２ａ〜７２ｅ、およびオーバークラッド７３ａ〜７３ｅも、最も外側に配置されたコア７１ａ〜７１ｅより外側の部分が打ち抜きにより除去されている。これらの形状のポリマー光導波路を使用することにより、シリコンチップのサイズを小さくすることができる。
【００３６】
本発明のポリマー光導波路についてさらに記載する。
【００３７】
（コア）
本発明のポリマー光導波路において、コアの端面形状は図示した四辺形に限定されない。コアの端面形状（ポリマー光導波路の内部では、ポリマー光導波路における光の伝播方向に垂直なコアの断面形状）は、例えば、台形、円形、楕円形であってもよい。また、コアの端面形状が矩形、略正方形、台形等の多角形である場合は、その角が丸みを帯びていてもよい。コアの端面形状が矩形や略正方形以外の場合、部位ａにおけるコア幅Ｗａ、コア高さＨａ、および結合部におけるコア幅Ｗｓは、それぞれ、端面形状におけるコア幅、コア高さの平均値とする。
【００３８】
コアは、その内部に屈折率分布を有していてもよい。この場合、コアの中心に対し遠位側に向けて屈折率が低くなる屈折率分布を有していてもよい。また、オーバークラッド側の屈折率が高くてアンダークラッド側の屈折率が低くなる屈折率分布を有していてもよいし、オーバークラッド側の屈折率が低くてアンダークラッド側の屈折率が高くなる屈折率分布を有していてもよい。
【００３９】
（アンダークラッド、オーバークラッド）
アンダークラッドおよびオーバークラッドはコアよりも屈折率が低い。アンダークラッドおよびオーバークラッドは、単一の屈折率を有するものであってもよく、コアに対し近位側と遠位側とで屈折率が異なる部位を有していてもよい。この場合、コアに対し遠位側に向けて屈折率が低くなる構成であってもよく、コアに対し遠位側に向けて屈折率が高くなる構成であってもよい。
【００４０】
本発明のポリマー光導波路において、コアとアンダークラッドとの比屈折率差ｕ、および、コアとオーバークラッドとの比屈折率差ｏが、いずれも、０．００６〜０．０１７であることが、シングルモード光ファイバとより低損失で接続でき、ピッチ変換領域を有するポリマー光導波路の場合にピッチ変換領域での曲げ損失を抑制できるため好ましい。コアとアンダークラッドとの比屈折率差ｕ、および、コアとオーバークラッドとの比屈折率差ｏが、いずれも、より好ましくは０．００７〜０．０１５、さらに好ましくは０．００８〜０．０１２、さらに好ましくは０．００８〜０．０１１である。
コアとアンダークラッドとの比屈折率差ｕは以下のように、コアの屈折率とアンダークラッドの屈折率を用いて求める。
比屈折率差ｕ＝（コアの屈折率−アンダークラッドの屈折率）／アンダークラッドの屈折率
コアとオーバークラッドとの比屈折率差ｏは以下のように、コアの屈折率とオーバークラッドの屈折率を用いて求める。
比屈折率差ｏ＝（コアの屈折率−オーバークラッドの屈折率）／オーバークラッドの屈折率
なお、上述するように、コアが内部に屈折率分布を有する場合、あるいは、アンダークラッドやオーバークラッドがコアに対し近位側と遠位側とで屈折率が異なる部位を有する場合は、コアとアンダークラッドとの比屈折率差ｕおよびコアとオーバークラッドとの比屈折率差ｏは、コアは平均の屈折率、アンダークラッドとオーバークラッドはコア近傍側の屈折率を用いて求める。
【００４１】
上記でコアとアンダークラッドとの比屈折率差ｕおよびコアとオーバークラッドとの比屈折率差ｏを別々に記載したのは、アンダークラッドとオーバークラッドの屈折率が同一でない場合も許容されるためである。
本発明のポリマー光導波路において、アンダークラッドとオーバークラッドとの比屈折率差の絶対値が０．００１以下であることが、シングルモード光ファイバとより低損失で接続でき、ピッチ変換領域を有するポリマー光導波路の場合にピッチ変換領域での曲げ損失をより抑制できるため好ましい。アンダークラッドとオーバークラッドとの比屈折率差の絶対値は、好ましくは０．０００９以下、より好ましくは０．０００８以下、さらに好ましくは０．０００６以下である。
【００４２】
アンダークラッドおよびオーバークラッドの厚さは特に限定されないが、本発明のポリマー光導波路がシングルモード光導波路の場合、コアの中心から１０μｍ程度の範囲内にあるクラッド部分にも伝搬する光が漏れ出ることから、光の伝搬損失を少なくするという観点から、１０μｍ以上であることが好ましい。また、アンダークラッドおよびオーバークラッドの合計厚さが２０〜１００μｍであることが好ましく、３０〜８０μｍであることがより好ましい。
【００４３】
（結合部）
本発明のポリマー光導波路における結合部は、シリコン光導波路との接続部位として使用するのに十分な長さを有していることが好ましい。具体的には、ポリマー光導波路の光伝搬方向における結合部の長さは１００μｍ以上であることが好ましく、３００μｍ以上であることが好ましく、５００μｍ以上であることがより好ましく、１０００μｍ以上であることがさらに好ましい。
但し、ポリマー光導波路の光伝搬方向における結合部の長さが長すぎると、シリコン光導波路と接着剤（例えば、エポキシ樹脂）を使って接続する際に、接着剤の吸収により接続損失が大きくなるおそれがある。そのため、ポリマー光導波路の光伝搬方向における結合部の長さは、１００００μｍ以下であることが好ましく、５０００μｍ以下であることがより好ましく、３０００μｍ以下であることがさらに好ましい。
【００４４】
（構成材料）
本発明のポリマー光導波路において、コア、アンダークラッド、および、オーバークラッドの構成材料は、ポリマー光導波路としての要求特性を満たす限り特に限定されないが、コアがフッ素を含むポリマーからなることがコアを伝搬する光の損失抑制という点で好ましい。
アンダークラッドと、オーバークラッドの構成材料は同じ材料を用いてもよく、異なる材料を用いてもよい。
【００４５】
（製造方法）
本発明のポリマー光導波路の製造方法は特に限定されず、各種方法を用いることができる。具体的には、複製（スタンパ）法、直接露光法、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）とフォトリソグラフィプロセスを組み合わせる方法、射出成形をもとにした方法、フォトブリーチング法、直接描画法、自己形成法等を用いることができる。
【００４６】
本発明のポリマー光導波路の製造方法の一例について説明する。
まず、スピンコート法により、基板の上にアンダークラッドの構成材料である硬化性組成物（Ａ）を含有する塗布液を塗布する。続いて、該硬化性組成物（Ａ）を硬化させてアンダークラッドを形成する。
次に、スピンコート法により、アンダークラッドの上にコアの構成材料である硬化性組成物（Ｂ）を含有する塗布液を塗布する。続いて、フォトリソグラフィプロセスにより、該硬化性組成物（Ｂ）をパターニングし、アンダークラッドの上にコアを形成する。このとき、コアの幅が光の伝搬方向に沿って異なる形状を形成するには、コアの幅が光の伝搬方向に沿って異なる形状のフォトマスクを用いて露光を行った後、現像することによってコアを形成すればよい。また、コアを形成した後、必要に応じてポストベークを行ってもよい。
次に、スピンコート法により、アンダークラッド及びコアの上にオーバークラッドの構成材料である硬化性組成物（Ｃ）を含有する塗布液を塗布する。続いて、該硬化性組成物（Ｃ）を硬化させてオーバークラッドを形成する。オーバークラッドを形成する際、フォトリソグラフィプロセスにより、オーバークラッドが存在せず、コアおよび該コアの周辺のアンダークラッドが露出した結合部を形成できる。
【実施例】
【００４７】
以下に実施例を用いて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。【００４８】
（参考例１，２）
参考例１，２では、上述の手順でポリマー光導波路を作製して、コア膜剥がれの有無を評価した。但し、参考例１，２のポリマー光導波路は、コアおよびアンダークラッドの全ての部位がオーバークラッドで被覆されており、コア幅がコアの全て部位で同一の構造である。参考例１，２におけるコア幅Ｗａ、コア高さＨａ、およびＨａ／Ｗａを以下に示す。
参考例１：
コア幅Ｗａ  ：２．０μｍ
コア高さＨａ：２．０μｍ
Ｈａ／Ｗａ  ：１．００
参考例２：
コア幅Ｗａ  ：１．８μｍ
コア高さＨａ：２．５μｍ
Ｈａ／Ｗａ  ：１．３９
作製したポリマー光導波路を光学顕微鏡で観察したところ、Ｈａが１．３μｍ以上２．３μｍ以下を満たし、かつ、Ｈａ／Ｗａが１．１５以下の参考例１ではコア膜剥がれは確認されなかったが、Ｈａが１．３μｍ以上２．３μｍ以下を満たさず、Ｈａ／Ｗａが１．１５超の参考例２ではコア膜剥がれは確認された。【００４９】
以下に示す実施例では、シミュレーション・エンジンである双方向ＢＰＭ法による光ファイバ・導波路設計・解析ソフトウェアＢｅａｍＰＲＯＰ（ＲＳｏｆｔ  Ｄｅｓｉｇｎ  Ｇｒｏｕｐ社製）を使用した。中心波長が下記表に示す光について、ＴＥモードとＴＭモードの光伝搬のシミュレーションを有限差分ビーム伝搬法で行った。【００５０】
（例１−１〜例１−１３）
ポリマー光導波路とシリコン光導波路とのアディアバティック接続部における接続損失のシミュレーション解析を行った。評価モデルには、ポリマー光導波路とシリコン光導波路とのアディアバティック接続部、すなわち、ポリマー光導波路の接続部と、シリコン光導波路とのアディアバティック接続部を用いた。なお、シミュレーション解析の都合上、ポリマー光導波路は、アディアバティック接続部に対し他端側に長さが短い光導波部を有する構造とした。
図９は、シミュレーション解析に使用した評価モデルを示した縦断面図であり、図１０は、該評価モデルの横断面図である。
図９には、ポリマー光導波路８０の結合部８４が示されている。そのため、ポリマー光導波路８０のコア８１とアンダークラッド８２のみが示されている。図９に示すシリコン光導波路９０は、コア９１と、クラッド９２とで構成されている。図１０に示すように、ポリマー光導波路８０の光導波部８５は、コア８１、アンダークラッド８２、および、オーバークラッド８３を備えている。
図９では、ポリマー光導波路８０のコア８１と、シリコン光導波路９０のコア９１と、が対向した状態で配置され、接着剤１００により接合されている。シリコン光導波路９０の接着剤１００側の表面にはバリア層１１０が形成されている。
評価モデルにおける個々の構造を以下に示す。
＜ポリマー光導波路８０＞
（コア８１）
コア幅Ｗｓ  （下記表に記載の通り）
コア高さＨｓ（下記表に記載の通り）
屈折率      （下記表に記載の通り）
アディアバティック結合部８６の長さ    １７５０μｍ
（アンダークラッド８２）
厚さ        １５μｍ
長さ        ３０５０μｍ
屈折率      （下記表に記載の通り）
（オーバークラッド８３）
厚さ        １５μｍ
長さ        １０００μｍ
屈折率      （下記表に記載の通り）
＜シリコン光導波路９０＞
（コア９１）
幅          ポリマー光導波路８０の反対側からポリマー光導波路８０の光導波部８５にかけて０．３５μｍから０．０７μｍに２次関数で狭くなる構成
高さ        ０．１６μｍ
屈折率      ３．４５
アディアバティック結合部９３の長さ  １７５０μｍ
（クラッド９２）
厚さ        １５μｍ
屈折率      １．４５
クラッド９２のみが存在する領域９４の長さ  ２５０μｍ
＜接着剤１００＞
樹脂厚（ポリマー光導波路８０のコア８１とシリコン光導波路９０のコア９１のそれぞれが向かい合う側の面の距離）    ０．５μｍ
屈折率    １．５１
シリコン光導波路９０とポリマー光導波路８０の光導波部８５との間の領域１０１の長さ  ５０μｍ
＜バリア層１１０＞
厚さ      ０．０３μｍ
屈折率    １．９８９【００５１】
シミュレーション解析の結果を下記表に示した。【００５２】
【表１】
2019221083.tif 000003
【００５３】
【表２】
2019221083.tif 000004
【００５４】
コア高さＨｓが１．３μｍ以上４．５μｍ以下で、かつ、Ｗｓが３μｍ以上８μｍ以下を満たす例１−１〜例１−１３は、いずれもポリマー光導波路とシリコン光導波路とのアディアバティック接続部における接続損失が小さかった。【００５５】
（例２−１〜例２−２９）
ポリマー光導波路のピッチ変換領域における曲げ損失のシミュレーション解析を行った。評価モデルには、ポリマー光導波路のピッチ変換領域を疑似的に模擬するため、水平方向に一定の曲率半径で湾曲するコアを１つ有するポリマー光導波路を用いた。
図１１は、シミュレーション解析に使用した評価モデルを示した端面図である。図１１には、ポリマー光導波路１２０の疑似ピッチ変換領域として、水平方向に一定の曲率半径で湾曲するコア１２１がアンダークラッド１２２とオーバークラッド１２３とで被覆されたコア湾曲部１２６が示されている。
評価モデルにおける個々の構造を以下に示す。
＜ポリマー光導波路１２０＞
（コア１２１）
コア幅Ｗｐ  （下記表に記載の通り）
コア高さＨｐ（下記表に記載の通り）
屈折率      （下記表に記載の通り）
長さ        ３０００μｍ
曲率半径Ｒ  （下記表に記載の通り）
（アンダークラッド１２２）
厚さ        １５μｍ
長さ        ３０００μｍ
屈折率      （下記表に記載の通り）
（オーバークラッド１２３）
厚さ        １５μｍ
長さ        ３０００μｍ
屈折率      （下記表に記載の通り）【００５６】
シミュレーション解析の結果を下記表に示した。なお、アンダークラッドとオーバークラッドの屈折率が異なる例については、コアとクラッドとの比屈折率は、アンダークラッドの屈折率とオーバークラッドの屈折率の平均値をクラッドの屈折率として、コアとクラッドとの比屈折率を示した。【００５７】
【表３】
2019221083.tif 000005
【００５８】
【表４】
2019221083.tif 000006
【００５９】
【表５】
2019221083.tif 000007
【００６０】
【表６】
2019221083.tif 000008
【００６１】
コア湾曲部１２６におけるコア幅Ｗｐが２．２μｍ以上６μｍ以下を満たす例２−１〜例２−１５、および、例２−１８〜例２−２９は、いずれも曲げ損失が小さかった。一方、コア湾曲部１２６におけるコア幅Ｗｐが２．２μｍ未満の例２−１６，例２−１７は、曲げ損失が大きかった。例２−１８〜例２−２５は、アンダークラッドとオーバークラッドの屈折率が異なっているが、両者の屈折率差が０．００１以下であるため、曲げ損失が小さかった。【００６２】
（例３−１〜例３−３９）
ポリマー光導波路とシングルモード光ファイバとの正対（バット）接続部における接続損失のシミュレーション解析を行った。評価モデルには、ポリマー光導波路とシングルモード光ファイバとの正対（バット）接続部、すなわち、ポリマー光導波路の光導波部と、シングルモード光ファイバとの正対（バット）接続部を用いた。
図１２は、シミュレーション解析に使用したポリマー光導波路の評価モデルを示した端面図である。図１２には、コア１３１がアンダークラッド１３２とオーバークラッド１３３とで被覆された、ポリマー光導波路１３０の光導波部１３５が示されている。
＜ポリマー光導波路１３０＞
（コア１３１）
コア幅Ｗａ  （下記表に記載の通り）
コア高さＨａ（下記表に記載の通り）
屈折率      （下記表に記載の通り）
長さ        ３０００μｍ
（アンダークラッド１３２）
厚さ        １５μｍ
長さ        ３０００μｍ
屈折率      （下記表に記載の通り）
（オーバークラッド１３３）
厚さ        １５μｍ
長さ        ３０００μｍ
屈折率      （下記表に記載の通り）
＜シングルモードファイバ＞
コア径            ８．４μｍ
コア屈折率        １．４７
クラッド屈折率    １．４６５２【００６３】
シミュレーション解析の結果を下記表に示した。なお、アンダークラッドとオーバークラッドの屈折率が異なる例については、コアとクラッドとの比屈折率は、アンダークラッドの屈折率とオーバークラッドの屈折率の平均値をクラッドの屈折率として、コアとクラッドとの比屈折率を示した。【００６４】
【表７】
2019221083.tif 000009
【００６５】
【表８】
2019221083.tif 000010
【００６６】
【表９】
2019221083.tif 000011
【００６７】
【表１０】
2019221083.tif 000012
【００６８】
【表１１】
2019221083.tif 000013
【００６９】
コア高さＨａが１．３μｍ以上の例３−１〜例３−２３、および、例３−２６〜例３−３９は、いずれもシングルモード光ファイバとの接続損失が小さかった。一方、コア高さＨａが１．３μｍ未満の例３−２４、例３−２５は、シングルモード光ファイバとの接続損失が大きかった。例３−２６〜例３−３４は、アンダークラッドとオーバークラッドの屈折率が異なっているが、両者の屈折率差が０．００１以下であるため、シングルモード光ファイバとの接続損失の増加は認められなかった。【００７０】
本発明を詳細に、また特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく、様々な変更や修正を加えることができることは、当業者にとって明らかである。
本出願は、２０１８年５月１８日出願の日本特許出願２０１８−０９６３７３に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
【符号の説明】
【００７１】
１０：ポリマー光導波路
１１ａ，１１ｂ：コア
１２：アンダークラッド
１３：オーバークラッド
１４：結合部
１５：光導波部
２０：複合光導波路
３０：シリコン光導波路
４０：ポリマー光導波路
４１：コア
４２：アンダークラッド
４３：オーバークラッド
４４：結合部
４５：光導波部
４６：ピッチ変換領域
５０：コネクタ
６０：ポリマー光導波路
６１ａ，６１ｂ，６１ｃ：コア
６２：アンダークラッド
６３：オーバークラッド
６４：結合部
６５：光導波部
６６：ピッチ変換領域
７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄ，７０ｅ：ポリマー光導波路
７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，７１ｄ，７１ｅ：コア
７２ａ，７２ｂ，７２ｃ，７２ｄ，７２ｅ：アンダークラッド
７３ａ，７３ｂ，７３ｃ，７３ｄ，７３ｅ：オーバークラッド
７４ａ，７４ｂ，７４ｃ，７４ｄ，７４ｅ：結合部
７５ａ，７５ｂ，７５ｃ，７５ｄ，７５ｅ：光導波部
７６ａ，７６ｂ，７６ｃ，７６ｄ，７６ｅ：ピッチ変換領域
８０：ポリマー光導波路
８１：コア
８２：アンダークラッド
８３：オーバークラッド
８４：接続部
８５：光導波部
８６：アディアバティック結合部
９０：シリコン光導波路
９１：コア
９２： クラッド
９３：アディアバティック結合部
９４：クラッドのみが存在する領域
１００：接着剤
１０１：シリコン光導波路とポリマー光導波路の光導波部との間の領域
１１０：バリア層
１２０：ポリマー光導波路
１２１：コア
１２２：アンダークラッド
１２３：オーバークラッド
１２６：疑似ピッチ変換領域（コア湾曲部）
１３０：ポリマー光導波路
１３１：コア
１３２：アンダークラッド
１３３：オーバークラッド
１３５：光導波部
【図１】
2019221083.tif 000014
【図２】
2019221083.tif 000015
【図３】
2019221083.tif 000016
【図４】
2019221083.tif 000017
【図５】
2019221083.tif 000018
【図６】
2019221083.tif 000019
【図７】
2019221083.tif 000020
【図８】
2019221083.tif 000021
【図９】
2019221083.tif 000022
【図１０】
2019221083.tif 000023
【図１１】
2019221083.tif 000024
【図１２】
2019221083.tif 000025
【国際調査報告】
2019221083.tif 000026
2019221083.tif 000027
2019221083.tif 000028
2019221083.tif 000029