JP2007057760A - Optical waveguide module and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発光素子及びモニター用の受光素子を備えた光導波路モジュール及びその製造方法に関する。 The present invention relates to an optical waveguide module including a light emitting element and a light receiving element for monitoring, and a method for manufacturing the same.
高速信号の伝送において、それを担っている電気は限界が近づき、光伝送の役割が期待されている。そのような中、光電混載ボードの実現が急務とされている。光電混載ボードを実現するには高集積な電気デバイスに対応した光導波路が必要となる。集積によって発生した規制の中で伝搬方向の変換を大きくかつ小スペースで実現することが求められている。 In the transmission of high-speed signals, the electricity that bears it is approaching its limit, and the role of optical transmission is expected. Under such circumstances, realization of a photoelectric mixed board is urgently required. In order to realize a photoelectric mixed board, an optical waveguide corresponding to a highly integrated electrical device is required. It is required to realize a change in the propagation direction in a large and small space within the regulations generated by the integration.
一方、光導波路とその端面に発光素子が結合された系において、発光素子としては、例えば端面レーザーダイオードや面発光型レーザーや発光ダイオードなどが挙げられるが、それらの発光強度は一般的に温度や湿度などの外部環境あるいは経時などにより変化し、それに伴い光導波路を伝搬する信号強度も変化する。そこで光通信においてはそれを安定させ、管理する必要がある。そのために、発光素子と結合された光導波路を終端手前で分岐させ、その分岐されたモニター用導波路の終端または光ファイバや光学素子を介して受光素子と結合し、その受光強度を観測することで状態の把握し、発光素子の駆動を司るドライバチップにフィードバックすることで発光強度を調整することが行われる。
このような中、モニター用導波路においても省スペースでモニター光を取り出すことが求められている。
On the other hand, in a system in which a light emitting element is coupled to an optical waveguide and its end face, examples of the light emitting element include an end face laser diode, a surface emitting laser, a light emitting diode, and the like. It changes with the external environment such as humidity or with time, and the signal intensity propagating through the optical waveguide changes accordingly. Therefore, it is necessary to stabilize and manage it in optical communication. For that purpose, the optical waveguide coupled with the light emitting element is branched before the termination, and coupled with the light receiving element through the end of the branched monitoring waveguide or through an optical fiber or optical element, and the received light intensity is observed. The light intensity is adjusted by grasping the state and feeding back to the driver chip that controls the driving of the light emitting element.
Under such circumstances, it is required to extract monitor light in a space-saving manner in the monitor waveguide.
主導波路から円弧による分岐導波路を用いて取り出す場合、円弧部分の漏れ光が問題となって、その曲率には限界があり、結果としてスペースを多くとってしまうという問題がある。そのために分岐比を変更させてより多くのモニター光を抽出することもできるが、主導波路の信号光強度の損失を意味し得策ではない。 In the case of taking out from the main waveguide using a branch waveguide formed by an arc, there is a problem that leakage light of the arc portion becomes a problem, and the curvature has a limit, resulting in a large space. For this purpose, it is possible to extract more monitor light by changing the branching ratio, but this means a loss of the signal light intensity of the main waveguide, which is not a good idea.
また、アレイ状の光導波路におけるモニターおいて、モニター用導波路を取り出すことが比較的困難であった。つまり、Ｙ分岐や方向性結合器等で取り出したモニター光は、主導波路に沿って進み、光導波路端で主導波路とモニター用導波路の両方がアレイ状となり、それと接続する光ファイバや光デバイスとのピッチ間隔と整合できない等の問題がある。また、光ファイバを介してモニター光を受光素子へ導くとき、アレイ数の増加に伴って前記ファイバ数も増加し、物理的容積が多くなって小型化の妨げとなる。 Further, it is relatively difficult to take out the monitoring waveguide in the monitor in the arrayed optical waveguide. That is, the monitor light extracted by the Y-branch, directional coupler, etc. travels along the main waveguide, and both the main waveguide and the monitor waveguide are arrayed at the end of the optical waveguide. There is a problem that it cannot be matched with the pitch interval. Further, when the monitor light is guided to the light receiving element through the optical fiber, the number of the fibers increases with the increase in the number of arrays, which increases the physical volume and hinders downsizing.
一方、アレイ状の光導波路において、モニター用分岐導波路の円弧と他の主導波路との平面交差を考えたとき、モニター光強度の損失、およびクロストークの発生を抑えるため、それらは可能な限り直角に近い形で交差することが望ましい。また、前記円弧を利用したとしても、以上の理由で主導波路のピッチ間隔は制限されてしまう。 On the other hand, in the case of an arrayed optical waveguide, when considering the plane crossing of the arc of the branching waveguide for monitoring and other main waveguides, in order to suppress loss of monitor light intensity and occurrence of crosstalk, they are as much as possible. It is desirable to cross in a shape close to a right angle. Even if the arc is used, the pitch interval of the main waveguide is limited for the above reasons.
そこで、省スペースで伝搬光の方向変換を大きくできる方法として、コアとの屈折率の差が大きいものをクラッドとして局所的に使用することで全反射条件を拡大させる方法が知られている。そのような方法を利用した例として、例えば特許文献１には、９０度屈折の外に空気クラッド反射部がコア外部に設けられており、伝搬光をそのクラッドで反射するという例が記載されている。しかし、この例は、空気クラッド層が外部にあり、製造プロセスが困難となる。
Therefore, as a method for increasing the direction change of propagating light in a space-saving manner, there is known a method for expanding the total reflection condition by locally using a material having a large difference in refractive index from the core as a cladding. As an example using such a method, for example,
また、伝搬光をモニターする光導波路として、特許文献２には、モニター用アレイ状の光導波路に対して、方向性結合器又はＹ分岐により副導波路へモニター光を取り出し、導波路終端に凹部を設け、実装した光変換素子で反射させフォトディテクターで受光するという手法が記載されている。しかし、この手法では、導波路端に凹部を設ける工程や光変換素子を必要とし、コスト高となるほか、導波路端において主導波路アレイと素子とが混在し、位置精度やスペースの点からプロセスが複雑となるという問題がある。
本発明は前記のごとき問題点に鑑みてなされたものであり、以下の目的を達成することを課題とする。すなわち、
本発明の目的は、伝搬光の一部を受光素子に導くモニター用導波路を有する光導波路モジュールにおいて、主導波路コアからモニター用導波路コアへの分岐を省スペースかつ大きな伝搬方向の変換可能な光導波路モジュール、及びそのような光導波路モジュールを低コストで容易に製造することができる光導波路モジュールの製造方法を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to achieve the following objects. That is,
An object of the present invention is to provide an optical waveguide module having a monitoring waveguide for guiding a part of propagating light to a light receiving element, so that the branch from the main waveguide core to the monitoring waveguide core can be reduced in space and converted in a large propagation direction. An object of the present invention is to provide an optical waveguide module and a method of manufacturing an optical waveguide module that can easily manufacture such an optical waveguide module at low cost.
前記課題を解決する手段は以下の通りである。即ち、
＜１＞ 発光素子と；
該発光素子と光学的に結合し、該発光素子から出射する光を伝搬させる主導波路コアと、該主導波路コアから分岐するモニター用導波路コアと、前記主導波路コア及び前記モニター用導波路コアを取り囲むクラッドとを有するマルチモード光導波路と；
前記モニター用導波路コア端部において光学的に結合し、該モニター用導波路コアから出射する光を受光する受光素子と；
を備えた光導波路モジュールであって、
前記主導波路コア内に空孔を有し、前記主導波路コアと前記空孔との界面の一部または全部を、伝搬光の一部の方向を前記モニター用導波路コア方向に変換する反射面として、前記主導波路の光の一部を前記モニター用導波路コアを介して前記受光素子に導くことを特徴とする光導波路モジュールである。
Means for solving the problems are as follows. That is,
<1> a light emitting element;
A main waveguide core optically coupled to the light emitting element and propagating light emitted from the light emitting element; a monitoring waveguide core branched from the main waveguide core; the main waveguide core and the monitoring waveguide core A multimode optical waveguide having a cladding surrounding
A light receiving element optically coupled at an end of the monitoring waveguide core and receiving light emitted from the monitoring waveguide core;
An optical waveguide module comprising:
A reflecting surface having a hole in the main waveguide core, and converting a part or all of the interface between the main waveguide core and the hole to a direction of the monitoring waveguide core in a part of the propagation light. In the optical waveguide module, a part of the light of the main waveguide is guided to the light receiving element through the monitoring waveguide core.
＜２＞ 前記クラッドが高分子材料からなることを特徴とする前記＜１＞に記載の光導波路モジュールである。 <2> The optical waveguide module according to <1>, wherein the clad is made of a polymer material.
＜３＞ 前記反射面が、伝搬光を全反射させる傾斜角に設定されていることを特徴とする前記＜１＞または＜２＞に記載の光導波路モジュールである。 <3> The optical waveguide module according to <1> or <2>, wherein the reflection surface is set to an inclination angle that totally reflects propagating light.
＜４＞ 前記反射面が全反射条件を満たさずに伝搬光の大部分が気体空孔部を透過するとき、前記反射面におけるフレネル反射を利用して反射光をモニター用導波路コアに導くことを特徴とする前記＜１＞または＜２＞に記載の光導波路モジュールである。 <4> When the reflecting surface does not satisfy the total reflection condition and most of the propagating light passes through the gas hole portion, the reflected light is guided to the monitoring waveguide core using Fresnel reflection on the reflecting surface. <1> or <2>, wherein the optical waveguide module is characterized in that
＜５＞ 前記反射面の斜面方向における両端部の少なくとも一方が、伝搬光の進行方向上流側の主導波路コアの外郭部延伸線よりも外側に位置し、前記空孔部分の主導波路コアは該空孔を取り囲む状態で膨らんでいることを特徴とする前記＜１＞から＜４＞のいずれかに記載の光導波路モジュールである。 <5> At least one of both end portions in the inclined direction of the reflecting surface is located outside the extension line of the main waveguide core on the upstream side in the traveling direction of propagating light, and the main waveguide core of the hole portion is The optical waveguide module according to any one of <1> to <4>, wherein the optical waveguide module swells in a state surrounding a hole.
＜６＞ 前記反射面で反射する伝搬光の進行方向に対する分岐部近傍における断面積が、前記モニター用導波路コアの断面積よりも小さく、モニター用導波路コア内に含まれていることを特徴とする前記＜１＞から＜５＞のいずれかに記載の光導波路モジュールである。 <6> A cross-sectional area in the vicinity of a branching portion with respect to a traveling direction of propagating light reflected by the reflecting surface is smaller than a cross-sectional area of the monitoring waveguide core and is included in the monitoring waveguide core. The optical waveguide module according to any one of <1> to <5>.
＜７＞ 前記マルチモード光導波路が複数の主導波路コアを有するアレイ構造となし、各主導波路コアから分岐したモニター用導波路コアと、該モニター用導波路コアの分岐元の主導波路コアとは異なる他の主導波路コアとが同一平面内において交差することを特徴とする前記＜１＞から＜６＞のいずれかに記載の光導波路モジュールである。 <7> The multi-mode optical waveguide has an array structure having a plurality of main waveguide cores, and a monitoring waveguide core branched from each main waveguide core and a main waveguide core that is a branch source of the monitoring waveguide core The optical waveguide module according to any one of <1> to <6>, wherein another different main waveguide core intersects in the same plane.
＜８＞ 前記モニター用導波路コアと他の主導波路コアとが４５度〜１３５度の範囲で交差することを特徴とする前記＜７＞に記載の導波路型光モジュールである。 <8> The waveguide optical module according to <7>, wherein the monitoring waveguide core and another main waveguide core intersect each other in a range of 45 degrees to 135 degrees.
＜９＞ １）下部クラッド用基材上に、主導波路コアと、該主導波路コアから分岐するモニター用導波路コアとを有し、内部に空孔を有するコアを形成する工程、
２）前記空孔内部に存在させようとする気体雰囲気下で、硬化前のクラッド材を前記空孔を維持したままコアの側面および上部に塗布する工程、及び
３）熱または光によって、前記クラッド材を硬化させ、空孔内の気体を閉じ込める工程、
を有することを特徴とする光導波路モジュールの製造方法である。
<9> 1) A step of forming a core having a main waveguide core and a monitoring waveguide core branched from the main waveguide core on the lower clad base material, and having a void inside.
2) a step of applying a clad material before curing on the side surface and the upper part of the core while maintaining the pores in a gas atmosphere intended to exist inside the pores; and 3) the clad by heat or light Curing the material and confining the gas in the pores,
It is a manufacturing method of the optical waveguide module characterized by having.
＜１０＞ 前記１）の工程が、次の工程ａ）〜ｅ）を含むことを特徴とする前記＜９＞に記載の光導波路モジュールの製造方法である。
ａ）鋳型形成用硬化性樹脂の硬化樹脂層から形成され、主導波路コア凸部に対応する凹部と、モニター用導波路コア凸部に対応する凹部と、空孔に対応する凸部を有する鋳型を準備する工程
ｂ）鋳型にクラッド基板を密着させる工程
ｃ）クラッド用基材を密着させた鋳型の凹部にコア形成用硬化性樹脂を充填する工程
ｄ）熱または光によって、充填したコア形成用硬化性樹脂を硬化させる工程
ｅ）鋳型をクラッド用基材から剥離し、クラッド用基材上に内部に空孔を有するコアが形成される工程
<10> The method for producing an optical waveguide module according to <9>, wherein the step 1) includes the following steps a) to e).
a) Mold formed of a cured resin layer of a mold-forming curable resin and having a recess corresponding to the main waveguide core protrusion, a recess corresponding to the monitor waveguide core protrusion, and a protrusion corresponding to the hole B) The step of closely attaching the clad substrate to the mold c) The step of filling the concave portion of the mold with the clad base material in close contact d) The step of filling the core forming curable resin d) For core formation filled with heat or light Step of curing curable resin e) Step of peeling the mold from the clad substrate and forming a core having pores inside on the clad substrate
本発明によれば、伝搬光の一部を受光素子に導くモニター用導波路を有する光導波路モジュールにおいて、主導波路コアからモニター用導波路コアへの分岐を省スペースかつ大きな伝搬方向の変換可能な光導波路モジュール、及びそのような光導波路モジュールを低コストで容易に製造することができる光導波路モジュールの製造方法を提供することができる。
すなわち、主導波路コア内の任意の位置に反射角、反射幅が設定された空孔が存在することにより、主導波路コアと空孔との界面を反射面とすることができ、省スペースな伝搬光の反射が実現することができる（大きな伝搬方向の変換を実現可能である）。
According to the present invention, in an optical waveguide module having a monitoring waveguide that guides a part of propagating light to a light receiving element, branching from the main waveguide core to the monitoring waveguide core can be reduced in space and converted in a large propagation direction. An optical waveguide module and a method for manufacturing an optical waveguide module capable of easily manufacturing such an optical waveguide module at low cost can be provided.
In other words, the presence of a hole with a reflection angle and reflection width at an arbitrary position in the main waveguide core allows the interface between the main waveguide core and the hole to be a reflective surface, thus saving space. Light reflection can be realized (a large change in propagation direction can be realized).
以下、先ず、本発明の光導波路モジュールについて説明する。
＜光導波路モジュール＞
本発明の光導波路モジュールは、発光素子と；該発光素子と光学的に結合し、該発光素子から出射する光を伝搬させる主導波路コアと、該主導波路コアから分岐するモニター用導波路コアと、前記主導波路コア及び前記モニター用導波路コアを取り囲むクラッドとを有するマルチモード光導波路と；前記モニター用導波路コア端部において光学的に結合し、該モニター用導波路コアから出射する光を受光する受光素子と；を備えた光導波路モジュールであって、前記主導波路コア内に空孔を有し、前記主導波路コアと前記空孔との界面の一部または全部を、伝搬光の一部の方向を前記モニター用導波路コア方向に変換する反射面として、前記主導波路の光の一部を前記モニター用導波路コアを介して前記受光素子に導くことを特徴としている。
以下、先ず、本発明の光導波路モジュールについて説明する。なお、本明細書において、主導波路コアとモニター用導波路コアとを総称して、単に、光導波路コアやコアと呼ぶことがある。
Hereinafter, first, the optical waveguide module of the present invention will be described.
<Optical waveguide module>
An optical waveguide module of the present invention includes: a light emitting element; a main waveguide core optically coupled to the light emitting element and propagating light emitted from the light emitting element; and a monitoring waveguide core branched from the main waveguide core A multimode optical waveguide having a main waveguide core and a clad surrounding the monitoring waveguide core; and optically coupled at an end of the monitoring waveguide core to emit light emitted from the monitoring waveguide core An optical waveguide module comprising: a light receiving element for receiving light; and having a hole in the main waveguide core, wherein a part or all of the interface between the main waveguide core and the hole As a reflecting surface for converting the direction of the portion into the monitoring waveguide core direction, a part of the light of the main waveguide is guided to the light receiving element through the monitoring waveguide core.
Hereinafter, first, the optical waveguide module of the present invention will be described. In the present specification, the main waveguide core and the monitoring waveguide core may be collectively referred to simply as an optical waveguide core or a core.
本発明の光導波路モジュールの一形態を図１を参照して説明する。図１は、本発明を適用した光導波路モジュールの発光素子７０と、マルチモード光導波路７２と、受光素子７８とを示す模式図である。マルチモード光導波路７２は、主導波路コア７４と、この主導波路コア７４の途中で分岐するモニター用導波路コア７６とを有し、これら主導波路コア７４とモニター用導波路コア７６とはクラッド（不図示）に取り囲まれている。マルチモード光導波路７２の一端近傍に位置する発光素子７０の発光部は、主導波路コア７４の入射面に対向しており、発光素子７０が出射する光は主導波路コア７４に入射し、主導波路コア７４内を伝搬する。
An embodiment of the optical waveguide module of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic diagram showing a
主導波路コア７４内部の光路途中の一部には空孔８０が位置している。空孔８０は、その直角に対向する傾斜面８０Ａが、主導波路コア７４と空孔８０との屈折率差に起因し反射面となし、この反射面に入射する光は反射しモニター用導波路コア７６に導かれるよう反射角が設定されている。すなわち、主導波路コア７４の入射側１から入射した伝搬光のうち、空孔８０の影響を受けずに直進するものは出射側２から出射するが、空孔８０に到達する伝搬光は空孔８０の反射面８０Ａで反射し、モニター用導波路コア７６に入射する。
A
空孔８０の反射面８０Ａで反射しモニター用導波路コア７６に入射した光は、モニター用導波路コア７６内を伝搬し、モニター側３から出射し、モニター用導波路コア７６の端部近傍に位置する受光素子７８の受光面に入射する。受光素子７８は、図示しないモニター装置に電気的に接続されていて、受光した光の光、強度などの光学情報に基づいて電気信号として出力し、モニター装置に送信され、モニターされる。
また、モニター装置でモニターした受光情報に基づいて、発光素子の発光強度の経時変化を察知し、それに追従して常に一定となるように発光素子の駆動を制御する構成は一般的である。
The light reflected by the reflecting
In general, a configuration in which the light emission intensity of the light emitting element is detected based on the light reception information monitored by the monitor device and the driving of the light emitting element is controlled so as to be always constant following the change.
以上に示した通り、本発明の光導波路モジュールは、主導波路コア内に反射角度や反射量が光学的に設定された空孔を有し、該空孔と主導波路コアとの界面を反射面とし、主導波路コアの屈折率と前記空孔内の媒質との屈折率差が比較的大きいことを利用し伝搬光の一部をモニター用導波路に向けて反射させるものである。空孔は、実質的には、主導波路コア内部の局所的気体クラッドと見なすことができる。例えば、主導波路コアの屈折率１．５、空孔内を空気とした場合、全反射は反射面の法線を基準に４１．８度（伝搬方向を基準とした場合９３．２度）まで実現することができる。
つまり、主導波路コアの屈折率をｎc、空孔内の媒質の屈折率をｎgとしたとき、全反射臨界角θは
θ＝ｓｉｎ-1（ｎg／ｎc）
となる。
As described above, the optical waveguide module of the present invention has a hole in which a reflection angle and a reflection amount are optically set in the main waveguide core, and the interface between the hole and the main waveguide core is a reflection surface. And a part of the propagating light is reflected toward the monitoring waveguide by utilizing the fact that the difference in refractive index between the main waveguide core and the medium in the hole is relatively large. The vacancies can be viewed essentially as a local gas cladding inside the main waveguide core. For example, when the refractive index of the main waveguide core is 1.5 and the air inside the air hole is air, the total reflection is up to 41.8 degrees with respect to the normal line of the reflecting surface (93.2 degrees when the propagation direction is the reference). Can be realized.
That is, the refractive index n c of the main waveguide core, and the refractive index of the medium in the pores was n g, the total reflection critical angle θ θ = sin -1 (n g / n c)
It becomes.
また、導波路への入射側１や出射側２、モニター側３に光ファイバ等が接続されているとき、光の接続損失の観点からＮＡの違いが指摘されるが、これにおいては導波路のコアとそれを全体的に取り巻くクラッドの屈折率からなるＮＡが適用されるので、コア内気体空孔の屈折率は関与しない。
Also, when an optical fiber or the like is connected to the
以上のように、本発明においては、主導波路コアの伝搬方向の断面積より小さい面積の反射面を設けることで伝搬光の部分反射が可能となり、広角なモニター用導波路を実現することができる。つまり、局所的に伝搬光の大きな方向変換が可能となり、従来においては実現不可能なフレキシブルな光集積回路が可能となる。 As described above, in the present invention, by providing a reflecting surface having an area smaller than the cross-sectional area in the propagation direction of the main waveguide core, it is possible to partially reflect propagating light and to realize a wide-angle monitoring waveguide. . That is, it is possible to change the direction of propagation light locally, and a flexible optical integrated circuit that cannot be realized in the past is possible.
また、図１に示す反射面において、全反射を満たさない条件下では、フレネル反射によって、伝搬光の一部がモニター導波路へと導かれ、透過光は主導波路を伝搬する。よって、この場合は伝搬光に対する反射面積は導波路径よりも大きくてもよい。また、モニター導波路は主導波路に対して鋭角に設定することができる。 In addition, on the reflecting surface shown in FIG. 1, under conditions where total reflection is not satisfied, part of the propagation light is guided to the monitor waveguide by Fresnel reflection, and the transmitted light propagates through the main waveguide. Therefore, in this case, the reflection area for propagating light may be larger than the waveguide diameter. The monitor waveguide can be set at an acute angle with respect to the main waveguide.
ここで、前記反射面における反射有効面積について説明する。ここでは、光伝搬方向はコアに対して水平と近似している。図２は、反射有効面積について説明する図であり、図１と同一の要素には同一の符号を付している。図２において、矢線Ａは導波路コア（主導波路７４）の断面積を示し、矢線Ｃは反射面を導波路コア方向に投影した場合の投影面積を示し、矢線Ｂは、矢線Ａと矢線Ｃとが重なる部分を示すが、その重なり部分の面積が反射有効面積である。以下、導波路コア内の反射有効面積に対応する部分を有効コア部と呼ぶ。
一方、モニター用導波路においては、矢線Ｄはモニター用導波路７６の断面積を示し、矢線Ｅは反射面で反射する伝搬光の進行方向に対する分岐部近傍における断面と分岐導波路面とが重なる部分の面積、すなわち反射有効面積を示し、矢線Ｆは反射面を分岐導波路方向に投影した場合の投影面積を示す。
Here, the reflection effective area on the reflection surface will be described. Here, the light propagation direction approximates to the horizontal with respect to the core. FIG. 2 is a diagram for explaining the effective reflection area, and the same elements as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. In FIG. 2, an arrow A indicates a cross-sectional area of the waveguide core (main waveguide 74), an arrow C indicates a projected area when the reflecting surface is projected toward the waveguide core, and an arrow B indicates an arrow A portion where A and arrow C overlap is shown, and the area of the overlapping portion is the effective reflection area. Hereinafter, a portion corresponding to the effective reflection area in the waveguide core is referred to as an effective core portion.
On the other hand, in the monitoring waveguide, the arrow D indicates the cross-sectional area of the
また、反射面で反射した伝搬光を伝搬させるモニター用導波路コアを有し、前記反射面で反射する伝搬光の進行方向に対する分岐部近傍における断面積（図２における矢線Ｅ）が、前記モニター用導波路コアの断面積（図２における矢線Ｄ）よりも小さく、モニター用導波路内に含まれていることが好ましい。このように設定すると、分岐先端部での損失を抑制することができる。 Further, it has a monitoring waveguide core that propagates the propagation light reflected by the reflection surface, and the cross-sectional area (arrow E in FIG. 2) in the vicinity of the branching portion with respect to the traveling direction of the propagation light reflected by the reflection surface is It is preferably smaller than the cross-sectional area of the monitoring waveguide core (arrow D in FIG. 2) and included in the monitoring waveguide. With this setting, it is possible to suppress loss at the branch tip.
なお、反射面で反射する伝搬光の進行方向に対する分岐部近傍における断面積が、モニター用導波路内に含まれない構成であってもよく、その構成について図３を参照して説明する。図３において、図１、図２と同一の要素には同一の符号を付している。図３において、矢線Ａは主導波路コアの断面積を示し、矢線Ｂは反射面を導波路コア方向に投影した場合の投影面積を示し、矢線Ｃは、矢線Ａと矢線Ｂとが重なる部分、つまり反射有効面積である。同様に、モニター用導波路コア７６においては、矢線Ｄはモニター用導波路コア７６の断面積を示し、矢線Ｅは反射面で反射する伝搬光の進行方向に対する分岐部近傍における断面とモニター用導波路面とが重なる部分の面積、すなわち反射有効面積を示し、矢線Ｆは反射した伝搬光の進行方向に対する分岐部近傍における断面積であり、矢線Ｇは反射面をモニター用導波路方向に投影した場合の投影面積を示す。つまり、図３に示す構成では、反射面で反射した反射光（矢線Ｆ）がモニター用導波路コア７６から外れている。
Note that the cross-sectional area in the vicinity of the branching portion with respect to the traveling direction of the propagation light reflected by the reflecting surface may not be included in the monitoring waveguide, and the configuration will be described with reference to FIG. 3, the same elements as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals. In FIG. 3, the arrow A indicates the cross-sectional area of the main waveguide core, the arrow B indicates the projected area when the reflecting surface is projected toward the waveguide core, and the arrow C indicates the arrow A and the arrow B. Is the portion where the and overlap, that is, the reflection effective area. Similarly, in the
また、空孔の反射面斜面方向における両端部は製法上しばしば丸みを帯びたり、反射角度が異なったりしてしまう。それにより伝搬方向の変換角度は所望のものとは異なり結果としてクラッドへの漏れ光となって損失となる。それを防ぐ為に、反射面の斜面方向における両端部の少なくとも一方が、伝搬光の進行方向上流側の主導波路コアの外郭部延伸線よりも外側に位置し、空孔部分の主導波路コアは該空孔を取り囲む状態で膨らんでいることが好ましい。つまり、気体空孔の反射面端を主導波路コアの伝搬光の有効コア部より外側に位置することにより反射面端の悪影響を及ぼさなくて済むようになる（図４（Ａ）〜（Ｃ）参照）。全反射時においては、反射面端のどちらか一方を主導波路コアの有効コア部の外へ位置させればよい（図４（Ａ）、（Ｂ））。ここで好ましくは、（Ｂ）の形態は反射光の主導波路内における広がり角の影響が少ないのでよい。全反射条件を満たさずに、フレネル反射においてモニター光を得るときであって、かつ反射面積が主導波路コア径よりも大きい場合は、反射面の両端をその外に位置するようにすればよい（図４（Ｃ））。 Further, both ends of the holes in the direction of the inclined surface of the reflecting surface are often rounded or have different reflection angles due to the manufacturing method. Thereby, the conversion angle in the propagation direction is different from the desired one, and as a result, the light leaks into the clad and becomes a loss. In order to prevent this, at least one of both end portions in the inclined direction of the reflecting surface is located outside the outer extension line of the main waveguide core on the upstream side in the traveling direction of propagating light, and the main waveguide core in the hole portion is It is preferable to swell in a state of surrounding the holes. In other words, the reflection surface end of the gas hole is positioned outside the effective core portion of the propagating light of the main waveguide core so that the reflection surface end is not adversely affected (FIGS. 4A to 4C). reference). At the time of total reflection, either one of the reflection surface ends may be positioned outside the effective core portion of the main waveguide core (FIGS. 4A and 4B). Preferably, the form (B) is less affected by the spread angle of the reflected light in the main waveguide. When the monitor light is obtained in the Fresnel reflection without satisfying the total reflection condition, and when the reflection area is larger than the main waveguide core diameter, both ends of the reflection surface may be positioned outside ( FIG. 4 (C)).
また、本発明に係るマルチモード光導波路をアレイ型導波路とする場合、マルチモード光導波路が複数の主導波路コアと、各主導波路コアから分岐するモニター用導波路コアとを有するアレイ構造となし、あるモニター用導波路コアと、該モニター用導波路コアの分岐元の主導波路コアとは異なる他の主導波路コアとが同一平面内において交差するように構成することが好ましい。既述のように従来においては、アレイ型導波路において、それぞれの導波路の光強度をモニターする為のモニター用導波路を備えることは困難であったが、本発明によると、主導波路コアから直角にモニター用導波路コアを分岐させることができるので、主導波路コアのピッチに関係なく、常に他の主導波路コアとモニター用導波路コアとが直角に交差するように構成することができる。モニター用導波路と他の主導波路コアとの交差については、モニター用導波路コアの伝搬光の損失やクロストークを考慮したとき、角度が４５度から１３５度まで範囲が好ましいが、７０度から１１０度で交差することがより好ましく、９０度で交差することが更に好ましい。 When the multimode optical waveguide according to the present invention is an arrayed waveguide, the multimode optical waveguide has an array structure having a plurality of main waveguide cores and a monitoring waveguide core branched from each main waveguide core. It is preferable that a certain monitoring waveguide core and another main waveguide core different from the main waveguide core from which the monitoring waveguide core is branched intersect in the same plane. As described above, conventionally, in an array type waveguide, it has been difficult to provide a monitoring waveguide for monitoring the light intensity of each waveguide. Since the monitoring waveguide core can be branched at a right angle, the other leading waveguide core and the monitoring waveguide core can be configured to always intersect at a right angle regardless of the pitch of the leading waveguide core. Regarding the intersection between the monitoring waveguide and the other main waveguide core, the angle is preferably in the range of 45 degrees to 135 degrees when considering the loss of propagation light and the crosstalk of the monitoring waveguide core. It is more preferable to cross at 110 degrees, and it is even more preferable to cross at 90 degrees.
以上のように、本発明の光導波路モジュールにおいては、主導波路コアと空孔との界面を反射面としてモニター用導波路への分岐を行っているが、主導波路コア内に気体空孔からなる反射面が隣り合って設置されている為、局所的かつ省スペースに大きな分岐方向の変換を可能とし、また良好な反射面を形成できるという利点がある。
また、主導波路コアの伝搬断面積に対する反射面の有効断面積を任意に設計することで、任意の分岐比を実現することができる。
As described above, in the optical waveguide module of the present invention, the interface between the main waveguide core and the air holes is branched to the monitoring waveguide using the reflection surface as a reflection surface. Since the reflecting surfaces are installed adjacent to each other, there is an advantage that a large branch direction can be changed locally and in a space-saving manner, and a good reflecting surface can be formed.
Moreover, an arbitrary branching ratio can be realized by arbitrarily designing the effective cross-sectional area of the reflecting surface with respect to the propagation cross-sectional area of the main waveguide core.
本発明の光導波路モジュールにおいて、発光素子としては、公知のものを使用することができ、例えば、端面レーザーダイオード、面発光型レーザー、発光ダイオード、などを使用することができる。
また、受光素子としても、公知のものを使用することができ、例えば、PIN型フォトダイオードや、アバランシェフォトダイオード（APD）を使用することができる。
In the optical waveguide module of the present invention, a known light emitting element can be used. For example, an end face laser diode, a surface emitting laser, a light emitting diode, or the like can be used.
As the light receiving element, a publicly known one can be used, and for example, a PIN photodiode or an avalanche photodiode (APD) can be used.
次いで、以上の本発明の光導波路を製造し得る本発明の光導波路モジュールの製造方法について説明する。
本発明の光導波路モジュールの製造方法は、１）下部クラッド用基材上に、主導波路コアと、該主導波路コアから分岐するモニター用導波路コアとを有し、内部に空孔を有するコアを形成する工程、２）前記空孔内部に存在させようとする気体雰囲気下で、硬化前のクラッド材を前記空孔を維持したままコアの側面および上部に塗布する工程、及び３）熱または光によって、前記クラッド材を硬化させ、空孔内の気体を閉じ込める工程、を有することを特徴としている。
以下に、本発明の光導波路モジュールの製造方法について工程順に説明する。
Subsequently, the manufacturing method of the optical waveguide module of this invention which can manufacture the above optical waveguide of this invention is demonstrated.
The manufacturing method of the optical waveguide module of the present invention includes: 1) a core having a main waveguide core and a monitoring waveguide core branched from the main waveguide core on the lower clad base material, and having a void inside. 2) a step of applying a clad material before curing to the side surface and upper part of the core while maintaining the pores in a gas atmosphere intended to exist inside the pores, and 3) heat or A step of curing the clad material by light and confining the gas in the pores.
Below, the manufacturing method of the optical waveguide module of this invention is demonstrated in process order.
１）下部クラッド用基材上に、主導波路コアと、該主導波路コアから分岐するモニター用導波路コアとを有し、内部に空孔を有するコアを形成する工程
前記１）下部クラッド用基材上に空孔を内部に有したコアを形成する工程としては、特に、次の工程ａ）〜ｅ）を含むことが好ましい。
ａ）鋳型形成用硬化性樹脂の硬化樹脂層から形成され、主導波路コア凸部に対応する凹部と、モニター用導波路コア凸部に対応する凹部と、空孔に対応する凸部を有する鋳型を準備する工程
ｂ）鋳型にクラッド基板を密着させる工程
ｃ）クラッド用基材を密着させた鋳型の凹部にコア形成用硬化性樹脂を充填する工程
ｄ）熱または光によって、充填したコア形成用硬化性樹脂を硬化させる工程
ｅ）鋳型をクラッド用基材から剥離し、クラッド用基材上に内部に空孔を有するコアが形成される工程
本発明の光導波路モジュールの製造方法により、空孔の形成において、エッチングなど別途工程及びその設備を設ける必要もなく、導波路コアが形成されると同時に空孔が形成されるため簡単に製造することができる。また、本発明の光導波路モジュールの製造方法において、空孔における反射面となる面は、鋳型における空孔に対応する面の精度に依存するため、鋳型の面精度を向上させることにより反射面の精度を容易に向上させることができる。
1) A step of forming a core having a main waveguide core and a monitoring waveguide core branched from the main waveguide core on the lower clad base material, and having a void therein. In particular, it is preferable to include the following steps a) to e) as a step of forming a core having pores therein on the material.
a) Mold formed of a cured resin layer of a mold-forming curable resin and having a recess corresponding to the main waveguide core protrusion, a recess corresponding to the monitor waveguide core protrusion, and a protrusion corresponding to the hole B) The step of closely attaching the clad substrate to the mold c) The step of filling the concave portion of the mold with the clad base material in close contact d) The step of filling the core forming curable resin d) For core formation filled with heat or light Step of curing curable resin e) Step of peeling mold from base material for clad and forming core having pores inside on base material for clad By the method for producing an optical waveguide module of the present invention, Therefore, it is not necessary to provide a separate process and equipment such as etching, and since the void is formed at the same time as the waveguide core is formed, it can be easily manufactured. Further, in the method for manufacturing an optical waveguide module of the present invention, the surface to be the reflection surface in the hole depends on the accuracy of the surface corresponding to the hole in the mold, so that the surface accuracy of the mold can be improved by improving the surface accuracy of the mold. The accuracy can be easily improved.
以下に先ず、１）の工程の好ましい態様、すなわち前記ａ）〜ｅ）の工程について説明する。
ａ）鋳型形成用硬化性樹脂の硬化樹脂層から形成され、主導波路コア凸部に対応する凹部と、モニター用導波路コア凸部に対応する凹部と、空孔に対応する凸部を有する鋳型を準備する工程
鋳型の作製は、主導波路コアとモニター用導波路コアに対応する凸部と、空孔に対応する凹部とを形成した原盤を用いて行うのが好ましいが、これに限定されるものではない。以下では、原盤を用いる方法について説明する。
First, a preferable embodiment of the step 1), that is, the steps a) to e) will be described.
a) Mold formed of a cured resin layer of a mold-forming curable resin and having a recess corresponding to the main waveguide core protrusion, a recess corresponding to the monitor waveguide core protrusion, and a protrusion corresponding to the hole The mold is preferably produced using a master plate in which a convex portion corresponding to the main waveguide core and the monitoring waveguide core and a concave portion corresponding to the hole are formed. It is not a thing. In the following, a method using the master will be described.
＜原盤の作製＞
主導波路コアとモニター用導波路コアに対応する凸部と、空孔に対応する凹部とを形成した原盤の作製には、従来の方法、たとえばフォトリソグラフィー法を特に制限なく用いることができる。また、本出願人が先に出願した電着法又は光電着法により高分子光導波路を作製する方法（特願２００２−１０２４０号）も、原盤を作製するのに適用できる。原盤に形成される主導波路コア及びモニター用導波路コアに対応する凸部の大きさは高分子光導波路の用途等に応じて適宜決められる。例えば、５０〜１００μｍ角程度のコアが一般的に用いられるが、用途によっては数百μｍ程度と更に大きなコア部を持つ光導波路も利用される。また、モニター用導波路コアに対応する凸部の大きさは、特に限定はないが、例えば主導波路コア幅の１０〜１００％とすることができる。
<Preparation of master>
A conventional method, for example, a photolithography method can be used without particular limitation for the production of a master having a convex portion corresponding to the main waveguide core and the monitoring waveguide core and a concave portion corresponding to the hole. Further, the method (Japanese Patent Application No. 2002-10240) for producing a polymer optical waveguide by the electrodeposition method or the photo-deposition method previously filed by the present applicant can also be applied to produce the master. The size of the convex portion corresponding to the main waveguide core and the monitor waveguide core formed on the master is appropriately determined according to the use of the polymer optical waveguide. For example, a core of about 50 to 100 μm square is generally used, but an optical waveguide having a larger core part of about several hundred μm is also used depending on the application. Further, the size of the convex portion corresponding to the monitoring waveguide core is not particularly limited, but may be, for example, 10 to 100% of the main waveguide core width.
＜鋳型の作製＞
鋳型は、前記のようにして作製した原盤の主導波路コアとモニター用導波路コアに対応する凸部と、空孔に対応する凹部とが形成された面に、鋳型形成用硬化性樹脂を塗布したり注型したりし、一定時間放置した後、約１０分間真空脱泡を行う。必要に応じ乾燥処理をした後、該樹脂を硬化させ、次いでその硬化樹脂層を剥離して作製される。また、鋳型には、前記凸部に対応する凹部にコア形成用硬化性樹脂を充填するための進入口、及び前記凸部に対応する凹部から前記樹脂を排出させるための排出口が形成されるが、その形成方法は特に制限はない。原盤に予め進入口や排出口に対応する凸部を設けておくこともできるが、簡便な方法としては、例えば、原盤に鋳型形成用硬化性樹脂の硬化樹脂層を形成した後剥離して型をとり、その後、型の両端を前記凹部が露出するように切断することにより進入口及び排出口を形成する方法が挙げられる。
前記硬化樹脂層の厚さは、鋳型としての取り扱い性を考慮して適宜決められるが、一般的に０．１〜５０ｍｍ程度が適切である。
また、前記原盤にはあらかじめ離型剤塗布などの離型処理を行なって鋳型との剥離を促進することが望ましい。
<Production of mold>
The mold is coated with a curable resin for mold formation on the surface where the main waveguide core of the master manufactured as described above, the projection corresponding to the monitoring waveguide core, and the depression corresponding to the hole are formed. Or after casting for a certain period of time, vacuum defoaming is performed for about 10 minutes. After the drying treatment as necessary, the resin is cured, and then the cured resin layer is peeled off. In addition, the mold is formed with an entrance for filling the concave portion corresponding to the convex portion with the core-forming curable resin and an outlet for discharging the resin from the concave portion corresponding to the convex portion. However, the formation method is not particularly limited. Protrusions corresponding to the entrance and discharge ports can be provided in advance on the master, but as a simple method, for example, after forming a cured resin layer of a curable resin for mold formation on the master, the mold is peeled off After that, the entrance and the exit are formed by cutting both ends of the mold so that the concave portion is exposed.
Although the thickness of the said cured resin layer is suitably determined in consideration of the handleability as a casting_mold | template, generally about 0.1-50 mm is suitable.
Further, it is desirable that the master is subjected to a release treatment such as application of a release agent in advance to promote peeling from the mold.
鋳型形成用硬化性樹脂としては、その硬化物が原盤から容易に剥離できること、鋳型（繰り返し用いる）として一定以上の機械的強度・寸法安定性を有すること、凹部及び凸部形状を維持する硬さ（硬度）を有すること、クラッド用基材との密着性が良好なことが好ましい。鋳型形成用硬化性樹脂には、必要に応じて各種添加剤を加えることができる。
鋳型形成用硬化性樹脂は、原盤の表面に塗布や注型等することが可能で、また、原盤に形成された個々の光導波路コアに対応する凸部と空孔に対応する凹部を正確に写し取らなければならないので、ある限度以下の粘度、例えば、５００〜７０００ｍＰａ・ｓ程度を有することが好ましい。（なお、本発明において用いる「鋳型形成用硬化性樹脂」の中には、硬化後、弾性を有するゴム状体となるものも含まれる。）また、粘度調節のために溶剤を、溶剤の悪影響が出ない程度に加えることができる。
As curable resin for mold formation, the cured product can be easily peeled from the master, has a certain level of mechanical strength and dimensional stability as a mold (repeatedly used), and maintains hardness of concave and convex shapes. (Hardness) and good adhesion to the clad substrate. Various additives can be added to the mold-forming curable resin as necessary.
The mold-forming curable resin can be applied or cast on the surface of the master, and the projections corresponding to the individual optical waveguide cores formed on the master and the recesses corresponding to the holes can be accurately formed. Since it must be copied, it is preferable to have a viscosity below a certain limit, for example, about 500 to 7000 mPa · s. (Note that the “mold-forming curable resin” used in the present invention also includes a resin that becomes a rubber-like body having elasticity after curing.) In addition, the solvent is used for viscosity adjustment, and the adverse effect of the solvent Can be added to the extent that does not occur.
前記鋳型形成用硬化性樹脂としては、前記のごとき剥離性、機械強度・寸法安定性、硬度、クラッド用基材との密着性の点から、硬化後、シリコーンゴム（シリコーンエラストマー）又はシリコーン樹脂となる硬化性オルガノポリシロキサンが好ましく用いられる。前記硬化性オルガノポリシロキサンは、分子中にメチルシロキサン基、エチルシロキサン基、フェニルシロキサン基を含むものが好ましい。また、前記硬化性オルガノポリシロキサンは、一液型のものでも硬化剤と組み合わせて用いる二液型のものでもよく、また、熱硬化型のものでも室温硬化型（例えば空気中の水分で硬化するもの）のものでもよく、更に他の硬化（紫外線硬化等）を利用するものであってもよい。 As the mold-forming curable resin, from the viewpoint of peelability, mechanical strength / dimensional stability, hardness, and adhesion to the base material for clad as described above, after curing, silicone rubber (silicone elastomer) or silicone resin A curable organopolysiloxane is preferably used. The curable organopolysiloxane preferably contains a methylsiloxane group, an ethylsiloxane group, or a phenylsiloxane group in the molecule. The curable organopolysiloxane may be a one-component type or a two-component type used in combination with a curing agent, and may be a thermosetting type or a room temperature curable type (for example, cured with moisture in the air). The other) (further ultraviolet curing or the like) may be used.
前記硬化性オルガノポリシロキサンとしては、硬化後シリコーンゴムとなるものが好ましく、これには通常液状シリコーンゴム（「液状」の中にはペースト状のように粘度の高いものも含まれる）と称されているものが用いられ、硬化剤と組み合わせて用いる二液型のものが好ましく、中でも付加型の液状シリコーンゴムは、表面と内部が均一にかつ短時間に硬化し、またその際副生成物が無く又は少なく、かつ離型性に優れ収縮率も小さいので好ましく用いられる。 The curable organopolysiloxane is preferably a silicone rubber after curing, which is usually referred to as a liquid silicone rubber (including “liquid” which has a high viscosity such as a paste). The two-part type used in combination with a curing agent is preferable. Among them, the addition type liquid silicone rubber cures uniformly in a short time on the surface and the inside, and at that time, a by-product is formed. It is preferably used because it has no or little, excellent releasability and low shrinkage.
前記液状シリコーンゴムの中でも特に液状ジメチルシロキサンゴムが密着性、剥離性、強度及び硬度の点から好ましい。 Among the liquid silicone rubbers, liquid dimethylsiloxane rubber is particularly preferable from the viewpoints of adhesion, peelability, strength and hardness.
前記液状シリコーンゴムの粘度は、光導波路コアに対応する凸部と、空孔に対応する凹部とを正確に写し取り、かつ気泡の混入を少なくして前記真空脱泡し易くする観点と、数ミリの厚さの鋳型形成の点から、５００〜７０００ｍＰａ・ｓ程度のものが好ましく、さらには、２０００〜５０００ｍＰａ・ｓ程度のものがより好ましい。 The viscosity of the liquid silicone rubber is such that the convex portions corresponding to the optical waveguide core and the concave portions corresponding to the holes are accurately copied, and the vacuum defoaming is facilitated by reducing the mixing of bubbles. From the viewpoint of forming a mold having a thickness of millimeters, a thickness of about 500 to 7000 mPa · s is preferable, and a thickness of about 2000 to 5000 mPa · s is more preferable.
さらに、鋳型の表面エネルギーは、１０ｄｙｎ／ｃｍ〜３０ｄｙｎ／ｃｍ、好ましくは１５ｄｙｎ／ｃｍ〜２４ｄｙｎ／ｃｍの範囲にあることが、基材との密着性の点からみて好ましい。
鋳型のシェア（Ｓｈａｒｅ）ゴム硬度は、１５〜８０、好ましくは２０〜６０であることが、型取り性能、凹部形状の維持、剥離性の点からみて好ましい。
鋳型の表面粗さ（二乗平均粗さ（ＲＭＳ））は、０．２μｍ以下、好ましくは０．１μｍ以下にすることが、型取り性能の点からみて好ましい。
Furthermore, the surface energy of the mold is preferably in the range of 10 dyn / cm to 30 dyn / cm, preferably 15 dyn / cm to 24 dyn / cm, from the viewpoint of adhesion to the substrate.
The share rubber hardness of the mold is 15 to 80, preferably 20 to 60, from the viewpoint of mold taking performance, maintaining the shape of the recess, and peelability.
The surface roughness (root mean square roughness (RMS)) of the mold is preferably 0.2 μm or less, and preferably 0.1 μm or less from the viewpoint of mold-taking performance.
また、鋳型は、紫外領域及び／又は可視領域において光透過性であることが好ましい。鋳型が可視領域において光透過性であることが好ましいのは、以下の２）の工程において鋳型をクラッド用基材に密着させる際、位置決めが容易に行え、また、以下の３）の工程においてコア形成用硬化性樹脂が鋳型凹部に充填される様子が観察でき、充填完了等が容易に確認しうるからである。また、鋳型が紫外領域において光透過性であることが好ましいのは、コア形成用硬化性樹脂として紫外線硬化性樹脂を用いる場合に、鋳型を透して紫外線硬化を行うためであり、鋳型の、紫外領域（２５０ｎｍ〜４００ｎｍ）における透過率が８０％以上であることが好ましい。 The template is preferably light transmissive in the ultraviolet region and / or visible region. The mold is preferably light transmissive in the visible region when positioning the mold in close contact with the clad substrate in the following step 2), and positioning in the core in the following 3) step. This is because it is possible to observe the state where the forming curable resin is filled in the mold recess, and the completion of filling can be easily confirmed. In addition, it is preferable that the mold is light transmissive in the ultraviolet region because, when an ultraviolet curable resin is used as the core-forming curable resin, ultraviolet curing is performed through the mold. The transmittance in the ultraviolet region (250 nm to 400 nm) is preferably 80% or more.
前記硬化性オルガノポリシロキサン、中でも硬化後シリコーンゴムとなる液状シリコーンゴムは、クラッド用基材との密着性と剥離性という相反した特性に優れ、ナノ構造を写し取る能力を持ち、シリコーンゴムとクラッド用基材とを密着させると液体の進入さえ防ぐことができる。このようなシリコーンゴムを用いた鋳型は高精度に原盤を写し取り、クラッド用基材に良く密着するため、コアと空孔の反射面となる界面、およびコア側面（周囲クラッドとの界面）が極めて良好であり、さらに鋳型とクラッド用基材の間の凹部のみに効率よくコア形成用樹脂を充填することが可能となり、またさらにクラッド用基材と鋳型の剥離も容易である。従って、この鋳型からは高精度に形状を維持した高分子光導波路を、極めて簡便に作製することができる。 Liquid silicone rubber, which becomes a silicone rubber after curing, is excellent in contradicting properties such as adhesion to the clad substrate and peelability, and has the ability to copy nanostructures. When the substrate is brought into close contact, even the ingress of liquid can be prevented. Such a mold using silicone rubber copies the master with high accuracy and adheres well to the cladding substrate, so that the interface between the core and the reflecting surface of the hole and the core side surface (interface with the surrounding cladding) It is extremely good, and furthermore, it becomes possible to efficiently fill the core forming resin only in the recesses between the mold and the clad substrate, and the clad substrate and the mold can be easily peeled off. Therefore, a polymer optical waveguide whose shape is maintained with high accuracy can be produced very simply from this mold.
また、前記硬化樹脂層、とりわけ硬化樹脂層がゴム弾性を有する場合、硬化樹脂層の一部すなわち原盤凸部及び凹部を写し取る部分以外の部分を他の剛性材料に置き換えることができ、この場合、鋳型のハンドリング性が向上する。 Further, when the cured resin layer, in particular, the cured resin layer has rubber elasticity, a part of the cured resin layer, that is, a part other than the part that copies the master convex part and the concave part can be replaced with another rigid material. Improved mold handling.
ｂ）前記鋳型にクラッド用基材を密着させる工程
本発明の光導波路の前記基材の材料としては、その用途に応じて、該材料の屈折率、光透過性等の光学的特性、機械的強度、耐熱性、フレキシビリティー（可撓性）等を考慮して選択される。可撓性のフィルム基材を用い、可撓性を有する高分子光導波路を作製することが好ましい。
前記フィルムの材料としては、アクリル系樹脂（ポリメチルメタクリレート等）、脂環式アクリル樹脂、スチレン系樹脂（ポリスチレン、アクリロニトリル・スチレン共重合体等）、オレフィン系樹脂（ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン・プロピレン共重合体等）、脂環式オレフィン樹脂、塩化ビニル系樹脂、塩化ビニリデン系樹脂、ビニルアルコール系樹脂、ビニルブチラール系樹脂、アリレート系樹脂、含フッ素樹脂、ポリエステル系樹脂（ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等）、ポリカーボネート系樹脂、二又は三酢酸セルロース、アミド系樹脂（脂肪族、芳香族ポリアミド等）、イミド系樹脂、スルホン系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂、ポリエーテルエーテルケトン系樹脂、ポリフェニレンスルフィド系樹脂、ポリオキシメチレン系樹脂、または前記樹脂のブレンド物等が挙げられる。
b) Step of closely adhering the clad base material to the mold As the material of the base material of the optical waveguide of the present invention, depending on the application, optical properties such as refractive index and light transmittance, mechanical properties, etc. It is selected considering strength, heat resistance, flexibility (flexibility), and the like. It is preferable to produce a polymer optical waveguide having flexibility using a flexible film substrate.
Materials for the film include acrylic resins (polymethyl methacrylate, etc.), alicyclic acrylic resins, styrene resins (polystyrene, acrylonitrile / styrene copolymers, etc.), olefin resins (polyethylene, polypropylene, ethylene / propylene copolymers). Polymers), alicyclic olefin resins, vinyl chloride resins, vinylidene chloride resins, vinyl alcohol resins, vinyl butyral resins, arylate resins, fluorine-containing resins, polyester resins (polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, etc.) ), Polycarbonate resins, cellulose di- or triacetate, amide resins (aliphatic, aromatic polyamides, etc.), imide resins, sulfone resins, polyether sulfone resins, polyether ether ketone resins, polyphenylenes Fido resins, polyoxymethylene-based resin or a blend of the resin, and the like.
前記脂環式アクリル樹脂としてはトリシクロデカン等の脂肪族環状炭化水素をエステル置換基に導入した、ＯＺ−１０００、ＯＺ−１１００（日立化成（株）製）等が用いられる。
また、脂環式オレフィン樹脂としては主鎖にノルボルネン構造を有するもの、及び主鎖にノルボルネン構造を有しかつ側鎖にアルキルオキシカルボニル基（アルキル基としては炭素数１から６のものやシクロアルキル基）等の極性基をもつものが挙げられる。中でも前記のごとき主鎖にノルボルネン構造を有しかつ側鎖にアルキルオキシカルボニル基等の極性基をもつ脂環式オレフィン樹脂は、低屈折率（屈折率が１．５０近辺であり、コア・クラッドの屈折率の差を確保できる）及び高い光透過性等の優れた光学的特性を有し、鋳型との密着性に優れ、さらに耐熱性に優れているので特に本発明の高分子光導波路の作製に適している。
As the alicyclic acrylic resin, OZ-1000, OZ-1100 (manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.) or the like in which an aliphatic cyclic hydrocarbon such as tricyclodecane is introduced into an ester substituent is used.
The alicyclic olefin resins include those having a norbornene structure in the main chain, and those having a norbornene structure in the main chain and an alkyloxycarbonyl group in the side chain (alkyl groups having 1 to 6 carbon atoms or cycloalkyl). And those having a polar group such as a group). Among them, the alicyclic olefin resin having a norbornene structure in the main chain and a polar group such as an alkyloxycarbonyl group in the side chain as described above has a low refractive index (refractive index is around 1.50, core clad The optical waveguide of the present invention is particularly excellent because it has excellent optical properties such as a high refractive index, excellent optical properties such as high light transmission, excellent adhesion to the mold, and excellent heat resistance. Suitable for production.
前記基材の屈折率は、コアとの屈折率差を確保するため、１．５５より小さく、好ましくは１．５３より小さくすることが望ましい。
また、クラッド用の基材としては、別基材にクラッド材をコーティングした、クラッド付きの基材を利用することも可能である。この場合には、基材の平坦性を向上させることができる。また、複屈折製が高くクラッド材としては不向きな材料や、透明性に劣る材料でも、利用可能になる。
In order to secure a difference in refractive index from the core, the refractive index of the substrate is preferably less than 1.55, and preferably less than 1.53.
In addition, as a base material for cladding, a base material with a clad obtained by coating a clad material on another base material can also be used. In this case, the flatness of the substrate can be improved. Also, a material that is highly birefringent and unsuitable as a clad material or a material that is inferior in transparency can be used.
ｃ）クラッド用基材を密着させた鋳型の凹部にコア形成用硬化性樹脂を充填する工程
この工程においては、鋳型の進入口からコア形成用硬化性樹脂を毛細管現象により前記空孔に該当する鋳型凸部以外の凹部に充填する一方、前記排出口からは凹部に充填されたコア形成用硬化性樹脂を排出させる。
コア形成用硬化性樹脂としては放射線硬化性、電子線硬化性、熱硬化性等の樹脂を用いることができ、中でも紫外線硬化性樹脂及び熱硬化性樹脂が好ましく用いられる。
前記コア形成用の紫外線硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂としては、紫外線硬化性又は熱硬化性のモノマー、オリゴマー若しくはモノマーとオリゴマーの混合物が好ましく用いられる。
また、前記紫外線硬化性樹脂としてエポキシ系、ポリイミド系、アクリル系紫外線硬化性樹脂が好ましく用いられる。
c) The step of filling the core forming curable resin into the concave portion of the mold to which the clad base material is closely attached. In this step, the core forming curable resin corresponds to the pores by capillary action from the entrance of the mold. While filling the concave portions other than the mold convex portions, the core-forming curable resin filled in the concave portions is discharged from the discharge port.
As the core-forming curable resin, resins such as radiation curable, electron beam curable, and thermosetting can be used, and among them, an ultraviolet curable resin and a thermosetting resin are preferably used.
As the ultraviolet curable resin or thermosetting resin for forming the core, an ultraviolet curable or thermosetting monomer, an oligomer, or a mixture of a monomer and an oligomer is preferably used.
In addition, an epoxy-based, polyimide-based, or acrylic-based ultraviolet curable resin is preferably used as the ultraviolet curable resin.
コア形成用硬化性樹脂は、毛細管現象により鋳型と基材との間に形成された空隙（鋳型の凹部）に充填させるため、用いるコア形成用硬化性樹脂はそれが可能なように十分低粘度であることが必要である。したがって、前記硬化性樹脂の粘度は、１０ｍＰａ・ｓ〜２０００ｍＰａ・ｓ、望ましくは２０ｍＰａ・ｓ〜１０００ｍＰａ・ｓ、更に好ましくは３０ｍＰａ・ｓ〜５００ｍＰａ・ｓにするのが好ましい。
このほかに、原盤に形成された光導波路コアに対応する凸部及び空孔に対応する凹部が有する元の形状を高精度に再現するため、前記硬化性樹脂の硬化前後の体積変化が小さいことが必要である。例えば、体積が減少すると導波損失の原因になる。したがって、前記硬化性樹脂は、体積変化ができるだけ小さいものが望ましく、１０％以下、好ましくは６％以下であるのが望ましい。溶剤を用いて低粘度化することは、硬化前後の体積変化が大きいのでできれば避ける方が好ましい。
コア形成用硬化性樹脂の硬化後の体積変化（収縮）を小さくするため、前記樹脂にポリマーを添加することができる。前記ポリマーはコア形成用硬化性樹脂との相溶性を有し、かつ該樹脂の屈折率、弾性率、透過特性に悪影響を及ぼさないものが好ましい。またポリマーを添加することにより体積変化を小さくする他、粘度や硬化樹脂のガラス転移点を高度に制御できる。前記ポリマーとしては例えばアクリル系、メタクリル酸系、エポキシ系のものが用いられるが、これらに限定されるものではない。
The core-forming curable resin is filled into the gap (mold recess) formed between the mold and the base material by capillary action, so the core-forming curable resin has a sufficiently low viscosity to enable it. It is necessary to be. Therefore, the viscosity of the curable resin is preferably 10 mPa · s to 2000 mPa · s, desirably 20 mPa · s to 1000 mPa · s, more preferably 30 mPa · s to 500 mPa · s.
In addition, the volume change before and after curing of the curable resin is small in order to accurately reproduce the original shape of the convex portion corresponding to the optical waveguide core formed on the master and the concave portion corresponding to the hole. is required. For example, a reduction in volume causes waveguide loss. Therefore, it is desirable that the curable resin has a volume change as small as possible, and it is desirably 10% or less, preferably 6% or less. Lowering the viscosity using a solvent is preferably avoided if possible because the volume change before and after curing is large.
In order to reduce the volume change (shrinkage) after curing of the core-forming curable resin, a polymer can be added to the resin. The polymer preferably has compatibility with the core-forming curable resin and does not adversely affect the refractive index, elastic modulus, and transmission characteristics of the resin. In addition to reducing the volume change by adding a polymer, the viscosity and the glass transition point of the cured resin can be highly controlled. Examples of the polymer include acrylic, methacrylic acid, and epoxy polymers, but are not limited thereto.
コア形成用硬化性樹脂の硬化物の屈折率は、クラッドとなる前記基材（以下のｄ）の工程におけるクラッド層を含む）より大きいことが必要で、１．５０以上、好ましくは１．５３以上である。クラッド（以下のｄ）の工程におけるクラッド層を含む）とコアの屈折率の差は、０．０１以上、好ましくは０．０３以上である。 The refractive index of the cured product of the core-forming curable resin needs to be larger than that of the base material (including the clad layer in the following step d) to be the clad, and is 1.50 or more, preferably 1.53. That's it. The difference in refractive index between the clad (including the clad layer in the step d) and the core is 0.01 or more, preferably 0.03 or more.
また、この工程において、毛細管現象によるコア形成用硬化性樹脂の鋳型凹部への充填を促進するために、系全体を減圧（０．１〜２００Ｐａ程度）する、あるいは貫通穴を使って吸引することが望ましい。
また、前記充填を促進するため、前記系の減圧に加えて、鋳型の進入口から充填するコア形成用硬化性樹脂を加熱することにより、より低粘度化することも有効な手段である。
In this process, the entire system is decompressed (approximately 0.1 to 200 Pa) or sucked using a through hole in order to promote filling of the core forming curable resin into the mold recess by capillary action. Is desirable.
In order to promote the filling, it is also an effective means to lower the viscosity by heating the core-forming curable resin filled from the entrance of the mold in addition to the pressure reduction of the system.
ｄ）熱または光によって、充填したコア形成用硬化性樹脂を硬化させる工程
充填したコア形成用硬化性樹脂を硬化させる。紫外線硬化性樹脂を硬化させるには、紫外線ランプ、紫外線ＬＥＤ、ＵＶ照射装置等が用いられる。また、熱硬化性樹脂を硬化させるには、オーブン中での加熱等が用いられる。
d) Step of curing the filled core-forming curable resin by heat or light The filled core-forming curable resin is cured. In order to cure the ultraviolet curable resin, an ultraviolet lamp, an ultraviolet LED, a UV irradiation device or the like is used. Further, heating in an oven or the like is used to cure the thermosetting resin.
ｅ）鋳型をクラッド用基材から剥離し、クラッド用基材上に内部に空孔を有するコアが形成される工程
前記ｄ）の工程の後、鋳型をクラッド用基材から剥離する。
以上の行程により、内部に空孔を有するコアが形成されるが、コア内に空孔を有するコアを基板上に作製する方法は以上の製造方法に限定されることはなく、直接露光法、エッチング法なども適用できるが、コストと簡便さから、上記方法を選択するのが好ましい。
e) Step of peeling the mold from the clad substrate and forming a core having voids inside on the clad substrate After the step d), the mold is peeled from the clad substrate.
By the above process, a core having pores is formed inside, but the method for producing a core having pores in the core on the substrate is not limited to the above manufacturing method, and a direct exposure method, Although an etching method or the like can be applied, it is preferable to select the above method from the viewpoint of cost and simplicity.
２）前記空孔内部に存在させようとする気体雰囲気下で、硬化前のクラッド材を前記空孔を維持したままコアの側面および上部に塗布する工程
本工程では、前記１）の工程により得られたコアが形成されたフィルム基材の上にクラッド層を形成する。硬化前のクラッド材を前記空孔を維持したままコアの側面および上部に塗布する技術としては、該クラッド材として高粘性である硬化性樹脂を使うことが好ましい。つまり、非固形クラッド（硬化前のクラッド材）をコアの側面および上部に塗布することでコア内空孔に気体を閉じ込めるが、より空孔内にクラッド材が入り込まない為に高粘性の硬化型樹脂が好ましく用いられる。その粘度は、生産性との両立の点から３０ｍＰａ・ｓ〜３０００ｍＰａ・ｓが好ましく、歩留まりの点から１００ｍＰａ・ｓ〜２０００ｍＰａ・ｓがより好ましい。
2) A step of applying a clad material before curing to the side surface and upper part of the core while maintaining the holes in a gas atmosphere to be present inside the holes. A clad layer is formed on the film substrate on which the formed core is formed. As a technique for applying the clad material before curing to the side surface and upper part of the core while maintaining the pores, it is preferable to use a curable resin having high viscosity as the clad material. In other words, non-solid clad (clad material before curing) is applied to the side and upper part of the core to confine gas in the core holes, but since the cladding material does not enter the holes, it is a highly viscous curing type. Resins are preferably used. The viscosity is preferably 30 mPa · s to 3000 mPa · s from the viewpoint of compatibility with productivity, and more preferably 100 mPa · s to 2000 mPa · s from the viewpoint of yield.
クラッド用硬化性樹脂としては紫外線硬化性樹脂や熱硬化性樹脂が好ましく用いられ、例えば、紫外線硬化性又は熱硬化性のモノマー、オリゴマー若しくはモノマーとオリゴマーの混合物が用いられる。
クラッド形成用硬化性樹脂の硬化後の体積変化（収縮）を小さくするために、該樹脂と相溶性を有し、また該樹脂の屈折率、弾性率、透過特性に悪影響を及ぼさないポリマー（例えばメタクリル酸系、エポキシ系）を該樹脂に添加することができる。
ここで、本工程における雰囲気がそのまま空孔内の媒質となることから、空孔内部に存在させようとする気体雰囲気下で本工程を実施する。気体としては、空気が最も簡便であるし、コスト的な面からも好ましい。
As the curable resin for cladding, an ultraviolet curable resin or a thermosetting resin is preferably used. For example, an ultraviolet curable or thermosetting monomer, an oligomer, or a mixture of a monomer and an oligomer is used.
In order to reduce the volume change (shrinkage) after curing of the curable resin for forming a clad, the polymer has compatibility with the resin and does not adversely affect the refractive index, elastic modulus and transmission characteristics of the resin (for example, Methacrylic acid or epoxy) can be added to the resin.
Here, since the atmosphere in this step becomes the medium in the vacancies as it is, this step is carried out in a gas atmosphere intended to exist inside the vacancies. As the gas, air is the simplest and preferable from the viewpoint of cost.
前記紫外線硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂の硬化後の体積変化（収縮）を小さくするために、クラッド層に添加するポリマーと同様のポリマーを添加することができる。
クラッド層の屈折率は、コアとの屈折率差を確保するため、１．５５以下、好ましくは１．５３以下とすることが望ましい。また、前記クラッド用基材とクラッド層との屈折率差は小さい方が好ましく、その差は０．０５以内、好ましくは０．００１以内、更に好ましくは差がないことが光の閉じ込めの点からみて好ましい。
In order to reduce the volume change (shrinkage) after curing of the ultraviolet curable resin or the thermosetting resin, a polymer similar to the polymer added to the cladding layer can be added.
The refractive index of the clad layer is 1.55 or less, preferably 1.53 or less in order to ensure a difference in refractive index from the core. The difference in refractive index between the clad substrate and the clad layer is preferably small, and the difference is within 0.05, preferably within 0.001, and more preferably no difference from the point of light confinement. This is preferable.
本発明の光導波路モジュールの製造方法において、特に、鋳型形成用硬化性樹脂として硬化してゴム状になる液状シリコーンゴム、中でも液状ジメチルシロキサンゴムを用い、クラッド用基材として主鎖にノルボルネン構造を有しかつ側鎖にアルキルオキシカルボニル基等の極性基をもつ脂環式オレフィン樹脂を用いる組み合わせは、両者の密着性が特に高く、また、鋳型凹部構造の変形がなく、さらに凹部構造の断面積が極めて小さくても（たとえば１０×１０μｍの矩形）毛細管現象により素早く凹部に硬化性樹脂を充填することができる。 In the method for producing an optical waveguide module of the present invention, in particular, a liquid silicone rubber that is cured as a mold-forming curable resin and becomes a rubbery state, particularly liquid dimethylsiloxane rubber, and a norbornene structure in the main chain as a clad substrate. The combination using an alicyclic olefin resin having a polar group such as an alkyloxycarbonyl group in the side chain has particularly high adhesiveness between the two, there is no deformation of the mold recess structure, and the cross-sectional area of the recess structure Is extremely small (for example, a 10 × 10 μm rectangle), and the concave portion can be quickly filled with the curable resin by capillary action.
３）熱または光によって、前記クラッド材を硬化させ、空孔内の気体を閉じ込める工程
本工程においては、前記２）の工程後、熱または光によって前記クラッド材を硬化させ、空孔内の気体を閉じこめるとともに、光導波路を完成させる。
3) Step of curing the clad material by heat or light and confining the gas in the pores In this step, after the step 2), the clad material is cured by heat or light and the gas in the pores. And the optical waveguide is completed.
クラッド材として、紫外線硬化性樹脂を硬化させるには、紫外線ランプ、紫外線ＬＥＤ、ＵＶ照射装置等が用いられる。また、熱硬化性樹脂を硬化させるには、オーブン中での加熱等が用いられる。 In order to cure the ultraviolet curable resin as the clad material, an ultraviolet lamp, an ultraviolet LED, a UV irradiation device or the like is used. Further, heating in an oven or the like is used to cure the thermosetting resin.
次に、図５及び図６を用いて前記工程１）の１態様について説明する。なお、以下の説明は分岐していない直線状の光導波路を製造する工程を示すものであり、説明を簡単にするため空孔は省略している。
図５（Ａ）〜図５（Ｇ）は、本発明の各製造工程を表す概念図であり、図６は、鋳型を鋳型より一回り大きいクラッド用基材に密着させた状態（図５（Ｄ）で示される工程）を示す斜視図である。
図５（Ａ）は光導波路コア（主導波路コア及びモニター用導波路コア）に対応する凸部１２が形成された原盤１０を、凸部１２の長手方向に直角に切断した切断面を示す。
次に、図５（Ｂ）が示すように、原盤１０の凸部１２が形成された面に、鋳型形成用硬化性樹脂の硬化樹脂層２０ａを形成する。図５（Ｂ）は原盤１０に鋳型形成用硬化性樹脂の硬化樹脂層２０ａを形成したものを、凸部１２の長手方向に直角に切断した切断面を示す。
次に、鋳型形成用硬化性樹脂の硬化樹脂層２０ａを原盤１０から剥離して型をとり（図示せず）、次いで型の両端を、前記凹部２２が露出するように切断することにより、凹部２２にコア形成用硬化性樹脂を充填するための進入口２２ａ（図６参照）、及び前記凸部１２に対応する凹部２２から前記樹脂を排出させるための排出口２２ｂ（図６参照）を形成して、鋳型２０を作製する。
Next, one mode of the step 1) will be described with reference to FIGS. In addition, the following description shows the process of manufacturing the linear optical waveguide which is not branched, and the void | hole is abbreviate | omitted in order to simplify description.
5 (A) to 5 (G) are conceptual diagrams showing manufacturing steps of the present invention, and FIG. 6 shows a state in which the mold is brought into close contact with a cladding substrate that is slightly larger than the mold (FIG. 5 ( It is a perspective view which shows the process shown by D).
FIG. 5A shows a cut surface obtained by cutting the
Next, as shown in FIG. 5B, a cured
Next, the cured
このようにして作製した鋳型２０に、クラッド用基材３０を密着させる（図５（Ｄ）及び図６を参照）。図５（Ｄ）は、鋳型と基材を密着させたものを凹部長手方向に直角に切断した断面図を示す（図６のＡ−Ａ切断面）。次に、鋳型の進入口２２ａからコア形成用硬化性樹脂４０ａを、毛細管現象を利用して鋳型の凹部２２に充填する。凹部２０の他の先端部にある排出口２２ｂからはコア形成用硬化性樹脂が排出される。図５（Ｅ）は鋳型の凹部に硬化性樹脂が充填されたものを凹部長手方向に直角に切断した断面図を示す。
その後、鋳型凹部内のコア形成用硬化性樹脂を硬化させ、鋳型を剥離する。図５（Ｆ）は、クラッド用基材の上に光導波路コア４０が形成されたものを、コア長手方向に直角に切断した切断面を示す。
そして、本発明においては、空孔に充填させたい気体を前記コアに雰囲気させ、クラッド用基材のコア形成面にクラッド材を塗布すると、クラッド材の粘性より空孔内にクラッド剤は進入せず、クラッド層５０が形成され、クラッド樹脂を硬化することにより光導波路６０が作製される。図５（Ｇ）は、高分子光導波路６０をコア長手方向に直角に切断した切断面を示す。
The
Thereafter, the core-forming curable resin in the mold recess is cured, and the mold is peeled off. FIG. 5F shows a cut surface obtained by cutting an
In the present invention, when the gas to be filled in the pores is put into the atmosphere of the core and the clad material is applied to the core forming surface of the clad substrate, the clad agent enters the pores due to the viscosity of the clad material. First, the clad
また、本発明の光導波路モジュールの製造方法において、鋳型に、主導波路コア凸部に対応する凹部の一端及び他端（コア形成用硬化性樹脂を充填または排出させるための進入口及び排出口）にそれぞれ連通する貫通孔を２以上設け、鋳型の凹部の一端にある貫通孔に、コア形成用硬化性樹脂を入れ、鋳型の凹部の他端にある貫通孔から減圧吸引してコア形成用硬化性樹脂を前記鋳型の凹部に充填することが好ましい。前記のごとき鋳型を用いてコア形成用硬化性樹脂を充填することにより、充填速度が格段アップし、また、鋳型と基材との密着性が更に向上し、気泡の混入を避けることができる。 Further, in the method of manufacturing an optical waveguide module of the present invention, one end and the other end of the recess corresponding to the main waveguide core protrusion (an entrance and an outlet for filling or discharging the core-forming curable resin) in the mold Two or more through-holes communicating with each other are provided, and a core-forming curable resin is placed in the through-hole at one end of the concave portion of the mold, and the core is cured by sucking under reduced pressure from the through-hole at the other end of the concave portion of the mold. It is preferable to fill the concave portion of the mold with a functional resin. By filling the core-forming curable resin with the mold as described above, the filling speed is remarkably increased, the adhesion between the mold and the substrate is further improved, and mixing of bubbles can be avoided.
貫通孔は、２以上設けることができる。例えば、一つの主導波路に対して分岐するモニター用導波路の場合には３つの貫通孔を設けて凹部にコア形成用の硬化性樹脂を充填する必要がある。 Two or more through holes can be provided. For example, in the case of a monitoring waveguide branched with respect to one main waveguide, it is necessary to provide three through holes and fill the concave portion with a curable resin for core formation.
コア形成用硬化性樹脂進入側に設ける貫通孔は液（コア形成用硬化性樹脂）だめの機能を有する。また、コア形成用硬化性樹脂排出側に設ける貫通孔は、該樹脂を鋳型凹部に充填する際、鋳型凹部を減圧するための減圧吸引用に用いられる。進入側の貫通孔の形状や大きさは、貫通孔が凹部の進入端に連通しかつ液だめの機能を有していれば特に制限はない。また、排出側の貫通孔は、凹部の排出端に連通しかつ減圧吸引用に用いることができれば、その形状や大きさに特に制限はない。 The through-hole provided on the core-forming curable resin entry side has a function of storing liquid (core-forming curable resin). The through hole provided on the core-forming curable resin discharge side is used for vacuum suction for decompressing the mold recess when filling the resin into the mold recess. The shape and size of the penetration hole on the entry side are not particularly limited as long as the penetration hole communicates with the entry end of the recess and has the function of a liquid reservoir. Also, the shape and size of the through hole on the discharge side are not particularly limited as long as it communicates with the discharge end of the recess and can be used for vacuum suction.
鋳型凹部のコア形成用硬化性樹脂進入側に設けた貫通孔は液だめの機能をもっているため、その断面積が、鋳型をクラッド用基材に密着させた場合、該基材に接する側が大きく、基材から離れるに従って小さくなるようにすると、コア形成用硬化性樹脂を凹部に充填、硬化後、鋳型と基材との剥離がしやすくなる。コア形成用硬化性樹脂排出側の貫通孔には、液だめの機能を持たせる必要はないので、特にこのような断面構造を採用することを要しない。 Since the through-hole provided in the core-forming curable resin entry side of the mold recess has a function of a liquid reservoir, when the mold is in close contact with the base material for cladding, the side in contact with the base material is large, If it is made smaller as it gets away from the base material, the core-forming curable resin is filled in the recesses and, after curing, the mold and the base material can be easily separated. Since it is not necessary for the through hole on the core forming curable resin discharge side to have a function of a liquid reservoir, it is not particularly necessary to adopt such a cross-sectional structure.
貫通孔を設けた鋳型は、例えば、前記のようにして光導波路コア凸部に対応する凹部と、空孔に対応する凸部とが形成された型をとり、その型を所定形状に打ち抜くことにより貫通孔を形成し、その際、貫通孔内部に、コア形成用硬化性樹脂を充填するための進入口及び凹部からコア形成用硬化性樹脂を排出させるための排出口が現れるように打ち抜く方法が挙げられる。打ち抜いた貫通孔の場合であっても、鋳型とクラッド用基材との密着性がよく、鋳型凹部以外にクラッド用基材との間に空隙が形成されないため、凹部以外にコア形成用硬化性樹脂が浸透する虞はない。
また、貫通孔は前記のように鋳型の厚さ方向に前記硬化樹脂層をすべて除去するタイプ（打ち抜きタイプ）だけではなく、鋳型の厚さ方向において鋳型の一部が残るように形成してもよい。この場合、鋳型はクラッド用基材の下に、貫通孔が露出するように置かれる。
For example, the mold provided with the through-hole takes a mold in which the concave portion corresponding to the optical waveguide core convex portion and the convex portion corresponding to the hole are formed as described above, and the die is punched into a predetermined shape. The through hole is formed by the above-described method, and a punching hole for filling the curable resin for core formation and a discharge port for discharging the curable resin for core formation from the recess appear inside the through hole. Is mentioned. Even in the case of punched through-holes, the adhesion between the mold and the base material for the cladding is good, and no void is formed between the base material for the clad other than the mold concave part, so that the curability for core formation other than the concave part There is no risk of resin penetration.
Further, the through-hole is not limited to the type in which the cured resin layer is completely removed in the mold thickness direction (punching type) as described above, but may be formed so that a part of the mold remains in the mold thickness direction. Good. In this case, the mold is placed under the clad substrate so that the through holes are exposed.
また、貫通孔を有する鋳型作製の他の例として、原盤に光導波路コアに対応する凸部だけでなく貫通孔形成のための凸部（打ち抜きタイプの貫通孔の場合は、この凸部の高さは鋳型形成用硬化性樹脂の硬化樹脂層の厚さより高くする）を設け、この原盤に鋳型形成用硬化性樹脂を貫通孔形成のための凸部が樹脂層を突き抜けるように（打ち抜きタイプ貫通孔）又は凸部が隠れるように塗布等し、次いで樹脂層を硬化させ、その後硬化樹脂層を原盤から剥離する方法を挙げることができる。 As another example of producing a mold having a through hole, not only a convex portion corresponding to the optical waveguide core but also a convex portion for forming a through hole (in the case of a punched type through hole, the height of the convex portion is not provided. The thickness is set higher than the thickness of the cured resin layer of the mold-forming curable resin. The mold-forming curable resin is placed on this master so that the protrusions for forming the through-holes penetrate the resin layer (punching type penetration) For example, the resin layer is cured so that the hole or the convex portion is hidden, the resin layer is then cured, and then the cured resin layer is peeled off from the master.
なお、これまでの導波路コアの形成方法は上記のみならず、直接露光法、エッチング法などにより、基板上に反射面となる空孔を有するコアを作製できることは明らかである。
また、本発明において、空孔を光導波路コア内部に形成する構成としては、導波路コアを貫通させることで側面が導波路コアに囲まれるとともに上下はクラッドにより封止された構造、あるいは上下方向のいずれかのみクラッドと接する構造や、空孔の全周囲が導波路コアにより取り囲まれた構造であってもよい。ただし、導波路コアを貫通させて上下はクラッドと接する構成とした方が、導波路コアを伝播する信号光が空孔の上下部分で蹴られ難くなることから好ましい。
It should be noted that the conventional method for forming a waveguide core is not limited to the above, but it is apparent that a core having a hole serving as a reflective surface can be formed on a substrate by a direct exposure method, an etching method, or the like.
In the present invention, the structure in which the air holes are formed in the optical waveguide core includes a structure in which the side surface is surrounded by the waveguide core by penetrating the waveguide core and the upper and lower sides are sealed by the cladding, or the vertical direction Any one of these may be in contact with the cladding, or the entire periphery of the air holes may be surrounded by the waveguide core. However, it is preferable that the waveguide core is penetrated so that the upper and lower portions are in contact with the cladding because signal light propagating through the waveguide core is less likely to be kicked by the upper and lower portions of the air holes.
以上のように、本発明の光導波路モジュールの製造方法では、コア（主導波路コア及びモニター用導波路コア）作製後の雰囲気気体に空気を選ぶことによって、安価でまた特別な装置を必要としないでコアと空気クラッドの大きな屈折率差を実現することができる。
また、伝搬方向の変換をするため、ダイシングソーなどによる４５°カットなどの工程がなく、簡便で安価である。
また、鋳型を利用していることにより、複製が可能となり更なる低コスト化を実現することができる。
As described above, in the method for manufacturing an optical waveguide module according to the present invention, by selecting air as the atmospheric gas after the core (main waveguide core and monitor waveguide core) is manufactured, an inexpensive and special device is not required. Thus, a large refractive index difference between the core and the air cladding can be realized.
Further, since the propagation direction is converted, there is no process such as a 45 ° cut by a dicing saw or the like, and it is simple and inexpensive.
In addition, by using a mold, it is possible to replicate and realize further cost reduction.
以下に実施例を示し本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。なお、以下の実施例においては、本発明の光導波路モジュールのうちの発光素子及び受光素子を省略して示す。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples. In the following embodiments, the light emitting element and the light receiving element in the optical waveguide module of the present invention are omitted.
［実施例１］
図７に示すように、屈折率１．５５、１００μｍ径からなる主導波路コア７４Ａから７４Ｄを２５０μｍ間隔で形成し、各主導波路コア内に空気からなる空孔８１Ａ〜８１Ｄを設けた。各空孔は、主導波路伝搬方向に対して４５°のなす向きで、直角をなす辺が５０μｍの二等辺三角形がモニター導波路よりである主導波路下方に位置している。また、各主導波路コアから分岐するモニター用導波路として、コア幅２５μｍ、間隔２００μｍのモニター用導波路コア７６Ａ〜７６Ｄを形成した。なお、空孔と主導波路コアとの界面の反射面は主導波路伝搬光に対して４５度に傾斜し、モニター用導波路コアは主導波路コアと９０度の角度で分岐、モニター用導波路コアと他の主導波路コアとは９０度で交差させた。図７において、入力１−１から１−４に８５０ｎｍＶＣＳＥＬ（富士ゼロックス製、図示せず）を入射させ、出力２−１から２−４及び、モニター出力（図７においては「モ出力」と示した）３−１から３−４の光強度はファイバを介して光強度計に接続し、損失を計測した。なお、モニター用導波路コアとファイバ間にはマッチングオイルを使用した。測定結果を表１に示す。
[Example 1]
As shown in FIG. 7,
表１より、それぞれの入力光に対応したモニター光を十分な感度で観測することができ、この値を入力側のＶＣＳＥＬにフィードバックすることによって、外気温上昇に対しても出力の安定化が図れることが確認できたことが分かる。 From Table 1, it is possible to observe monitor light corresponding to each input light with sufficient sensitivity, and by feeding back this value to the VCSEL on the input side, the output can be stabilized even when the outside air temperature rises. It turns out that it was confirmed.
［実施例２］
−原盤の作製−
図８（Ａ）に示すように、Ｓｉ基板９０上に厚膜レジストをスピンコート法で塗布した後、８０℃でプリベークし、フォトマスクを通して露光し、現像して、伝搬方向変換用の主導波路コア凸部９２、モニター用導波路コア凸部９４、及びコア内空孔凹部９６（コア幅１００ミクロン、空孔幅５０ミクロン）を形成した。これを１２０℃でポストベークし、光導波路コア及びコア内空孔作製用原盤を作製した。
[Example 2]
-Production of master-
As shown in FIG. 8A, after applying a thick film resist on the
−鋳型の作製−
次に原盤に剥離剤を塗布した後、熱硬化性ジメチルシロキサン樹脂（ダウコウニングアジア社製：ＳＹＬＧＡＲＤ１８４）を流し込み、１２０℃で３０分加熱して固化させた後剥離して、図９（Ｂ）に示すように、主導波路コアに対応する凹部９２Ａ及びモニター用導波路コア９４Ａに対応する凹部、気体空孔に対応する主導波路内に凸部９６Ａ（型の厚さ５ｍｍ）を作製した。更に主導波路端２箇所及び、モニター用導波路端１箇所に直径３ｍｍの穴をあけ、コア充填口１００および、吸引口１０２とした。
-Production of mold-
Next, after applying a release agent to the master, a thermosetting dimethylsiloxane resin (manufactured by Dow Corning Asia Co., Ltd .: SYLGARD 184) is poured, heated at 120 ° C. for 30 minutes to solidify, and then peeled off. ), A
次いで、図９（Ｃ）に示すように、鋳型９０Ａと膜厚１８８μｍのフィルム基板（アートンフィルム、ＪＳＲ（株）製、屈折率１．５１）１０４とを密着させた。
次に鋳型に形成されているコア充填口１００に粘度が８００ｍＰａ・ｓの紫外線硬化性樹脂（ＪＳＲ社製、硬化後の屈折率１．５４）を十分に満たして、主導波路９２Ａ端及びモニター用導波路端９４Ａ端の吸引口１０２からポンプによって吸引したとところ、気体空孔部分を除く主導波路、及びモニター導波路部分に、前記紫外線硬化性樹脂が充填された。
Next, as shown in FIG. 9C, a
Next, the
次いで、５０ｍＷ／ｃｍ2の紫外光を、前記型（ジメチルシロキサン樹脂）を通して５分間照射して硬化させた後、鋳型を剥離して、アートンフィルム上に空気空孔を有する導波路コアを作製した。 Next, 50 mW / cm 2 of ultraviolet light was irradiated for 5 minutes through the mold (dimethylsiloxane resin) and cured, and then the mold was peeled off to produce a waveguide core having air holes on the ARTON film. .
次に、前記アートンフィルム上の空気空孔を有する導波路コアの周囲に、粘度７３０ｍＰａ・ｓ、屈折率１．５１のクラッド用の紫外線硬化樹脂を塗布し、その時、クラッド剤は硬化前の高分子と特質である粘性のためにコア内空孔には入り込まず、前記アートンフィルムをもう一枚用意し、クラッド剤を介して挟み込んだ。
直ちに５０ｍＷ／ｃｍ2の紫外光をアートンフィルムを透過して照射し硬化させた。
最後に導波路端部を形成する為にダイシングソーによって切り出した。
以上の工程により、光導波路を作製した。
Next, a clad UV curable resin having a viscosity of 730 mPa · s and a refractive index of 1.51 is applied around the waveguide core having air holes on the arton film. Another arton film was prepared and sandwiched through a clad agent without entering into the core holes due to the viscosity of the molecule and nature.
Immediately, 50 mW / cm 2 of ultraviolet light was transmitted through the ARTON film and cured.
Finally, it was cut out by a dicing saw in order to form the waveguide end.
The optical waveguide was produced by the above process.
以上の実施例２では、主導波路コアと、モニター用導波路コアと、空孔とが同時に形成されたことから、製造効率が高いこと分かる。 In Example 2 described above, the main waveguide core, the monitoring waveguide core, and the holes are formed at the same time, so it can be seen that the manufacturing efficiency is high.
１０ 原盤
１２ 光導波路コアに対応する凸部
２０ａ 鋳型形成用硬化性樹脂の硬化樹脂層
２０ 鋳型
２２ 鋳型凹部
２２ａ コア形成用硬化性樹脂の進入口
２２ｂ コア形成用硬化性樹脂の排出口
３０ クラッド用基材
７０ 発光素子
７２ マルチモード光導波路
７４ 主導波路コア
７６ モニター用導波路コア
７８ 受光素子
８０ 空孔
10
Claims (10)
該発光素子と光学的に結合し、該発光素子から出射する光を伝搬させる主導波路コアと、該主導波路コアから分岐するモニター用導波路コアと、前記主導波路コア及び前記モニター用導波路コアを取り囲むクラッドとを有するマルチモード光導波路と；
前記モニター用導波路コア端部において光学的に結合し、該モニター用導波路コアから出射する光を受光する受光素子と；
を備えた光導波路モジュールであって、
前記主導波路コア内に空孔を有し、前記主導波路コアと前記空孔との界面の一部または全部を、伝搬光の一部の方向を前記モニター用導波路コア方向に変換する反射面として、前記主導波路の光の一部を前記モニター用導波路コアを介して前記受光素子に導くことを特徴とする光導波路モジュール。 A light emitting element;
A main waveguide core optically coupled to the light emitting element and propagating light emitted from the light emitting element; a monitoring waveguide core branched from the main waveguide core; the main waveguide core and the monitoring waveguide core A multimode optical waveguide having a cladding surrounding
A light receiving element optically coupled at an end of the monitoring waveguide core and receiving light emitted from the monitoring waveguide core;
An optical waveguide module comprising:
A reflecting surface having a hole in the main waveguide core, and converting a part or all of the interface between the main waveguide core and the hole to a direction of the monitoring waveguide core in a part of the propagation light. An optical waveguide module, wherein a part of light of the main waveguide is guided to the light receiving element through the monitoring waveguide core.
２）前記空孔内部に存在させようとする気体雰囲気下で、硬化前のクラッド材を前記空孔を維持したままコアの側面および上部に塗布する工程、及び
３）熱または光によって、前記クラッド材を硬化させ、空孔内の気体を閉じ込める工程、
を有することを特徴とする光導波路モジュールの製造方法。 1) forming a core having a main waveguide core and a monitoring waveguide core branched from the main waveguide core on the lower clad base material, and having a void inside;
2) a step of applying a clad material before curing on the side surface and the upper part of the core while maintaining the pores in a gas atmosphere intended to exist inside the pores; and 3) the clad by heat or light Curing the material and confining the gas in the pores,
A method of manufacturing an optical waveguide module, comprising:
ａ）鋳型形成用硬化性樹脂の硬化樹脂層から形成され、主導波路コア凸部に対応する凹部と、モニター用導波路コア凸部に対応する凹部と、空孔に対応する凸部を有する鋳型を準備する工程
ｂ）鋳型にクラッド基板を密着させる工程
ｃ）クラッド用基材を密着させた鋳型の凹部にコア形成用硬化性樹脂を充填する工程
ｄ）熱または光によって、充填したコア形成用硬化性樹脂を硬化させる工程
ｅ）鋳型をクラッド用基材から剥離し、クラッド用基材上に内部に空孔を有するコアが形成される工程 10. The method of manufacturing an optical waveguide module according to claim 9, wherein the step 1) includes the following steps a) to e).
a) Mold formed of a cured resin layer of a mold-forming curable resin and having a recess corresponding to the main waveguide core protrusion, a recess corresponding to the monitor waveguide core protrusion, and a protrusion corresponding to the hole B) The step of closely attaching the clad substrate to the mold c) The step of filling the concave portion of the mold with the clad base material in close contact d) The step of filling the core forming curable resin d) For core formation filled with heat or light Step of curing curable resin e) Step of peeling the mold from the clad substrate and forming a core having pores inside on the clad substrate
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- 2005-08-24 JP JP2005242300A patent/JP2007057760A/en not_active Withdrawn
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