(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹版の凹部内に熱可塑性樹脂から成る流動性クラッド材料を充填する工程と、
凹版の凹部内に充填された流動性クラッド材料を基板のクラッド層上に転写しこれを硬化させて隔壁を形成する工程と、
基板のクラッド層上に形成された隔壁間部分に熱可塑性樹脂から成り隔壁に対し密着しない程度の濡れ性を有する流動性コア材料を充填してコア母体を形成する工程と、
基板のクラッド層上の隔壁間部分に形成されたコア母体を加熱軟化させてコア母体の表面から凹凸を無くすと共にコア母体を縦断面略半円形に整形する工程と、
整形後のコア母体を硬化させてコアを生成する工程とを備える、
ことを特徴とするポリマー光導波路の形成方法。
【請求項２】
コア及び隔壁を覆うように基板のクラッド層上に熱可塑性樹脂から成る流動性クラッド材料を塗布しこれを硬化させて被覆クラッド層を形成する工程を備える、
ことを特徴とする請求項１に記載のポリマー光導波路の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、屈折率の高いコアとこれよりも屈折率が低いクラッドとを備えるポリマー光導波路の形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光導波路は使用する材料によって作成方法が大きく異なり、ガラス光導波路の作成にはスパッタリング法やイオン交換法やＣＶＤ法等が用いられ、強誘電体光導波路の作成には金属を拡散する方法や金属膜をエピタキシャル育成する方法等が用いられ、ポリマー光導波路の作成には光重合法や光二量化法や光架橋法等が用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ポリマー光導波路は他種の光導波路に比べて製作コストが安価であることから近年において着目されているが、光二量化法や光架橋法はレーザを使用することから製作容易性の面で光重合法に劣る不具合がある。また、光重合法は光重合を生じさせるための成分がポリマーに含まれるために、光二量化法や光架橋法によって製作された光導波路よりも伝搬損失が大きくなる不具合がある。
【０００４】
本発明は前記事情に鑑みて創作されたもので、その目的とするところは、製作が容易でしかも伝搬損失が低いポリマー光導波路の形成方法を提供することにある。
【０００７】
前記目的を達成するため、本発明に係るポリマー光導波路の形成方法は、凹版の凹部内に熱可塑性樹脂から成る流動性クラッド材料を充填する工程と、凹部内に充填された流動性クラッド材料を基板のクラッド層上に転写しこれを硬化させて隔壁を形成する工程と、基板のクラッド層上に形成された隔壁間部分に熱可塑性樹脂から成る流動性コア材料を充填してコア母体を形成する工程と、基板のクラッド層上に形成されたコア母体を加熱軟化させてコア母体の表面から凹凸を無くすと共にコア母体を縦断面略半円形に整形する工程と、整形後のコア母体を硬化させてコアを生成する工程とを備える、ことをその特徴とする。
【０００８】
このポリマー光導波路の形成方法によれば、凹版の凹部内に充填された流動性クラッド材料を基板のクラッド層上に転写し硬化させて隔壁を形成し、この隔壁間部分に熱可塑性樹脂から成る流動性コア材料を充填してコア母体を形成し、このコア母体を加熱軟化させて整形を行い、整形後のコア母体を硬化させてコアを生成することにより、隔壁間部分の形状に対応した形状のコアを備えた光導波路を形成することができる。熱可塑性樹脂から成る流動性コア材料を充填し硬化させることによってコアを形成するので製作が極めて容易であり、また、流動性コア材料として光重合開始剤や他の添加剤を含まないものを使用できるため、伝搬損失の小さな光導波路を得ることができる。
【０００９】
本発明の前記目的とそれ以外の目的と、構成特徴と、作用効果は、以下の説明と添付図面によって明らかとなる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１〜図７は、本発明を適用したポリマー光導波路形成方法の一実施形態を示す。
【００１１】
図１は凹版１の部分縦断面を示すもので、その一面には、溝を構成する縦断面逆台形の凹部１ａが所定パターンで形成されている。この凹版１はガラス，セラミックス，金属，プラスチックやこれら以外の材料から成り、耐熱性を有する。また、凹部１ａは凹版材料に適した加工方法、例えばレーザ光によるアブレーション加工やドライエッチング法やウェットエッチング法等によって形成されている。
【００１２】
凹版材料や凹部加工方法にもよるが、溝を構成する凹部１ａの幅，深さ及び隣接間隔には２０μｍ以下の値を得ることは十分に可能である。また、後述の転写工程において凹部１ａ内に充填された流動性コア材料２の抜けを良好に行うには、凹部１ａのアスペクト比（溝深さ／溝幅）を０．１〜１０に設定すると良い。勿論、凹部１ａとして縦断面矩形や縦断面Ｕ字形のものを使用することは可能で、アスペクト比を前記同様に設定すれば凹部１ａ内に充填された流動性コア材料２の抜けを良好に行うことができる。
【００１３】
光導波路を形成するときには、まず、図２に示すように、凹部１ａが上を向くように凹版１を載置し、凹部１ａ内に流動性コア材料２を充填する。この流動性コア材料２の充填には、凹版１上に流動性コア材料２を供給しながら凹版１の凹部形成面に沿ってスキージを動かして流動性コア材料２を凹部１ａ内に押し込む方法や、流動性コア材料２を付着させたローラを凹版１の凹部形成面に沿って動かして流動性コア材料２を凹部１ａ内に押し込んだ後に余分な流動性コア材料２を掻き取る方法等が利用できる。ちなみに、前記の流動性コア材料２はコアとして使用可能な熱可塑性樹脂、例えばポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）やポリイミド（ＰＩ）を加熱溶融したものから成る。
【００１４】
次に、図３に示すように、基板３に予め設けられたクラッド層３ａに凹版１の凹部形成面を近付けて、凹部１ａ内に充填された流動性コア材料２の露出面をクラッド層３ａの表面に接触させ、そして、図４に示すように、凹版１をクラッド層３ａから引き離して凹部１ａ内に充填された流動性コア材料２をクラッド層３ａに転写してコア母体４を形成する。ちなみに、基板３はシリコン，ガラス，セラミックス等から成り、クラッド層３ａはフッ素樹脂、好ましくは後述する被覆クラッド層と同一のフッ素樹脂から成る。
【００１５】
流動性コア材料２はそれ自体が所定の粘度を有し、しかも、充填から転写までの経過時間に伴う放熱によって粘度が高くなることもあって、クラッド層３ａに形成されたコア母体４の縦断面形状は凹部１ａの縦断面形状にほぼ一致したものとなる。
【００１６】
次に、図５に示すように、コア母体４が形成された基板３を加熱炉に投入する等して、コア母体４に熱を加えて軟化させ、コア母体４の表面から凹凸を無くすと共にコア母体４を縦断面略半円形に整形する（符号５参照）。
【００１７】
フッ素樹脂から成るクラッド層３ａは耐熱温度が高いため、流動性コア材料２をクラッド層３ａに転写するときにクラッド層３ａに熱変形や熱変質が生じることはなく、また、コア母体４を熱によって整形するときもクラッド層３ａに熱変形や熱変質が生じることはない。
【００１８】
次に、図６に示すように、整形後のコア母体５を自然放熱や送風等による強制放熱によって硬化させてコア６を生成する。以上でリッジ型の光導波路が形成される。
【００１９】
埋め込み型の光導波路を形成するときには、図７に示すように、生成後のコア６を覆うように基板３のクラッド層３ａ上に流動性クラッド材料を塗布しこれを自然放熱や送風等による強制放熱によって硬化させて被覆クラッド層７を形成する。ちなみに、前記の流動性クラッド材料はクラッドとして使用可能な熱可塑性樹脂、例えばテトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）やテトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）を加熱溶融したものから成る。
【００２０】
このように、前述の光導波路形成方法によれば、凹版１の凹部１ａ内に充填された熱可塑性樹脂から成る流動性コア材料２を基板３のクラッド層３ａ上に転写してコア母体４を形成し、このコア母体４を加熱軟化させて整形を行い、整形後のコア母体５を硬化させてコア６を生成することにより、凹部１ａの形状に対応した形状のコア６を備えた光導波路を形成することができる。
【００２１】
熱可塑性樹脂から成る流動性コア材料２を転写し硬化させることによってコア６を形成するので製作が極めて容易であり、また、流動性コア材料２として光重合開始剤や他の添加剤を含まないものを使用できるため、伝搬損失の小さな光導波路を得ることができる。
【００２２】
また、クラッド層３ａに形成されるコア母体４の形状及び数を凹版１の凹部１ａのパターンによって変更できるので、任意形状の光導波路を簡単に形成することができる。
【００２３】
図８〜図１４は、本発明を適用したポリマー光導波路形成方法の他の実施形態を示す。尚、本実施形態における凹版１及び凹部１ａと基板３及びクラッド層３ａは図１〜図７で説明したもと同じであるため同一符号を引用してその説明を省略する。
【００２４】
光導波路を形成するときには、まず、図８に示すように、凹部１ａが上を向くように凹版１を載置し、凹部１ａ内に流動性クラッド材料１１を充填する。この流動性クラッド材料１１の充填には、凹版１上に流動性クラッド材料１１を供給しながら凹版１の凹部形成面に沿ってスキージを動かして流動性クラッド材料１１を凹部１ａ内に押し込む方法や、流動性クラッド材料１１を付着させたローラを凹版１の凹部形成面に沿って動かして流動性クラッド材料１１を凹部１ａ内に押し込んだ後に余分な流動性クラッド材料１１を掻き取る方法等が利用できる。ちなみに、前記の流動性クラッド材料２はクラッドとして使用可能な熱可塑性樹脂、例えばテトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）やテトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）を加熱溶融したものから成る。
【００２５】
次に、図９に示すように、基板に予め設けられたクラッド層３ａに凹版１の凹部形成面を近付けて、凹部１ａ内に充填された流動性クラッド材料１１の露出面をクラッド層３ａの表面に接触させ、そして、図１０に示すように、凹版１をクラッド層３ａから引き離して凹部１ａ内に充填された流動性クラッド材料１１をクラッド層３ａに転写し、これを自然放熱や送風等による強制放熱によって硬化させて隔壁１２を形成する。
【００２６】
流動性クラッド材料１１はそれ自体が所定の粘度を有し、しかも、充填から転写までの経過時間に伴う放熱によって粘度が高くなることもあって、クラッド層３ａに形成された隔壁１２の縦断面形状は凹部１ａの縦断面形状にほぼ一致したものとなる。
【００２７】
次に、図１１に示すように、クラッド層３ａ上に形成された隔壁１２間部分に流動性コア材料を充填してコア母体１３を形成する。ちなみに、前記の流動性コア材料はコアとして使用可能な熱可塑性樹脂、例えばポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）やポリイミド（ＰＩ）を加熱溶融したものから成る。
【００２８】
この流動性コア材料と隔壁１２との濡れ性が高い場合には、図１１（Ａ）に示すように、コア母体１３は隔壁１２の壁面に密着した形状となり、一方、流動性コア材料と隔壁１２との濡れ性が低い場合には、図１１（Ｂ）に示すように、コア母体１３は隔壁１２の壁面に密着せずそのエッジに丸みを帯びた形状となるが、何れも場合もコア母体１３の縦断面形状は隔壁１２間部分の形状に対応したものとなる。
【００２９】
次に、図１２に示すように、コア母体１３が形成された基板３を加熱炉に投入する等して、コア母体１３に熱を加えて軟化させ、コア母体１３の表面から凹凸を無くすと共にコア母体１３を縦断面略半円形に整形する（符号１４参照）。
【００３０】
フッ素樹脂から成るクラッド層３ａは耐熱温度が高いため、流動性クラッド材料１１をクラッド層３ａに転写するときにクラッド層３ａに熱変形や熱変質が生じることはなく、また、コア母体１３を熱によって整形するときもクラッド層３ａに熱変形や熱変質が生じることはない。また、流動性コア材料と隔壁１２との濡れ性が高く両者が密着している場合には加熱軟化による整形がうまく行えないことがあるため、前記流動性コア材料としては隔壁１２に対する濡れ性が低いものを用いるほうが好ましい。
【００３１】
次に、図１３に示すように、整形後のコア母体１４を自然放熱や送風等による強制放熱によって硬化させてコア１５を生成する。以上でリッジ型の光導波路が形成される。
【００３２】
埋め込み型の光導波路を形成するときには、図１４に示すように、生成後のコア１５及び隔壁１２を覆うように基板３のクラッド層３ａ上に流動性クラッド材料を塗布しこれを自然放熱や送風等による強制放熱によって硬化させて被覆クラッド層７を形成する。ちなみに、前記の流動性クラッド材料はクラッドとして使用可能な熱可塑性樹脂、例えばテトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）やテトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）を加熱溶融したものから成る。
【００３３】
このように、前述の光導波路形成方法によれば、凹版１の凹部１ａ内に充填された流動性クラッド材料１１を基板３のクラッド層３ａ上に転写し硬化させて隔壁１２を形成し、この隔壁１２間部分に熱可塑性樹脂から成る流動性コア材料を充填してコア母体１３を形成し、このコア母体１３を加熱軟化させて整形を行い、整形後のコア母体１４を硬化させてコア１５を生成することにより、隔壁１２間部分の形状に対応した形状のコアを備えた光導波路を形成することができる。
【００３４】
熱可塑性樹脂から成る流動性コア材料を充填し硬化させることによってコア１５を形成するので製作が極めて容易であり、また、流動性コア材料として光重合開始剤や他の添加剤を含まないものを使用できるため、伝搬損失の小さな光導波路を得ることができる。
【００３５】
また、クラッド層３ａに形成されるコア母体１３の形状及び数を凹版１の凹部１ａのパターンによって変更できるので、任意形状の光導波路を簡単に形成することができる。
【００３６】
さらに、流動性コア材料として隔壁１２に対する濡れ性が低いものを用いれば、流動性コア材料と隔壁８との密着が整形時の支障となることを防止して前記の整形を効果的に行うことができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、製作が容易でしかも伝搬損失が低いポリマー光導波路の形成方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る、凹版の部分縦断面図
【図２】流動性コア材料を凹版の凹部内に充填する工程の説明図
【図３】凹部内に充填された流動性コア材料をクラッド層に転写してコア母体を形成する工程の説明図
【図４】凹部内に充填された流動性コア材料をクラッド層に転写してコア母体を形成する工程の説明図
【図５】コア母体を加熱軟化させて整形を行う工程の説明図
【図６】整形後のコア母体を硬化させてコアを生成する工程の説明図
【図７】コアを覆うように基板のクラッド層上に被覆クラッド層を形成する工程の説明図
【図８】本発明の他の実施形態に係る、流動性クラッド材料を凹版の凹部内に充填する工程の説明図
【図９】凹部内に充填された流動性クラッド材料をクラッド層に転写して隔壁を形成する工程の説明図
【図１０】凹部内に充填された流動性クラッド材料をクラッド層に転写して隔壁を形成する工程の説明図
【図１１】隔壁間部分に流動性コア材料を充填してコア母体を形成する工程の説明図
【図１２】コア母体を加熱軟化させて整形を行う工程の説明図
【図１３】整形後のレンズ母体を硬化させてコアを生成する工程の説明図
【図１４】コア及び隔壁を覆うように基板のクラッド層上に被覆クラッド層を形成する工程の説明図
【符号の説明】
１…凹版、１ａ…凹部、２…流動性コア材料、３…基板、３ａ…クラッド層、４…コア母体、５…整形後のコア母体、６…コア、７…被覆クラッド層、１２…隔壁、１３…コア母体、１４…整形後のコア母体、１５…コア、１６…被覆クラッド層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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９】
0003840138.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0003840138.tif 000014
【図１４】
0003840138.tif 000015