JP2007086330A - Method for manufacturing polymer optical waveguide device - Google Patents
Method for manufacturing polymer optical waveguide device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2007086330A JP2007086330A JP2005274177A JP2005274177A JP2007086330A JP 2007086330 A JP2007086330 A JP 2007086330A JP 2005274177 A JP2005274177 A JP 2005274177A JP 2005274177 A JP2005274177 A JP 2005274177A JP 2007086330 A JP2007086330 A JP 2007086330A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical waveguide
- optical
- waveguide core
- refractive index
- region
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Abstract
Description
本発明は、高分子光導波路デバイスの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a polymer optical waveguide device.
高分子光導波路デバイスの製造方法としては、（１）フィルムにモノマーを含浸させて光導波路コア部を選択的に露光して屈折率を変化させフィルムを貼り合わせる方法（選択重合法）、（２）光導波路コア層及びクラッド層を塗布後、反応性イオンエッチングを用いてクラッド部を形成する方法（ＲＩＥ法）、（３）高分子材料中に感光性の材料を添加した紫外線硬化樹脂を用いて、露光・現像するフォトリソグラフィー法を用いる方法（直接露光法）、（４）射出成形を利用する方法、（５）光導波路コア層及びクラッド層を塗布後、光導波路コア部を露光して光導波路コア部の屈折率を変化させる方法（フォトブリーチング法）等を応用したものが提案されている。 As a method for producing a polymer optical waveguide device, (1) a method of impregnating a film with a monomer and selectively exposing the optical waveguide core portion to change the refractive index and bonding the films together (selective polymerization method), (2 ) After applying the optical waveguide core layer and the clad layer, a method of forming the clad portion by reactive ion etching (RIE method), (3) Using an ultraviolet curable resin in which a photosensitive material is added to a polymer material A method using a photolithography method for exposing and developing (direct exposure method), (4) a method using injection molding, and (5) applying an optical waveguide core layer and a clad layer, and then exposing the optical waveguide core portion. An application of a method of changing the refractive index of the optical waveguide core (photo bleaching method) has been proposed.
しかし、上記（１）の選択重合法にはフィルムの張り合わせに問題があり、上記（２）や上記（３）の方法には、フォトリソグラフィー法を使うためコスト高になり、上記（４）の方法は、得られる光導波路コア径の精度に課題がある。また、上記（５）の方法は光導波路コア層とクラッド層との十分な屈折率差がとれないと言う問題がある。
現在、導波路の性能的に優れた実用的な方法は、上記（２）や上記（３）の方法だけであるが前記のごときコストの問題がある。そして上記（１）から上記（５）のいずれの方法も、大面積でフレキシブルなプラスチック基材に高分子導波路を形成するのに適用しにくい。
However, the selective polymerization method of (1) has a problem in film lamination, and the methods of (2) and (3) are expensive due to the use of a photolithography method. The method has a problem in the accuracy of the obtained optical waveguide core diameter. Further, the method (5) has a problem that a sufficient refractive index difference between the optical waveguide core layer and the clad layer cannot be obtained.
At present, the practical methods excellent in the performance of the waveguide are only the methods (2) and (3), but there is a problem of cost as described above. Any of the methods (1) to (5) is difficult to apply to forming a polymer waveguide on a flexible plastic substrate having a large area.
また、高分子光導波路を製造する方法として、キャピラリーとなる溝のパターンが形成されたパターン基板（クラッド）に光導波路コア用のポリマー前駆体材料を充填し、その後硬化させて光導波路コア層を作り、その上に平面基板（クラッド）を貼り合わせる方法が知られているが、この方法ではキャピラリー溝にだけでなく、パターン基板と平面基板の間にも全面的にポリマー前駆体材料が薄く充填され硬化されて光導波路コア層と同じ組成の薄い層が形成される結果、この薄い層を通って光が漏洩してしまうという問題があった。 In addition, as a method of manufacturing a polymer optical waveguide, a polymer substrate material for an optical waveguide core is filled in a pattern substrate (clad) on which a groove pattern serving as a capillary is formed and then cured to form an optical waveguide core layer. It is known to make a flat substrate (cladding) on it, but this method not only fills the capillary groove, but also fills the polymer precursor material thinly between the pattern substrate and the flat substrate. As a result of forming a thin layer having the same composition as the optical waveguide core layer, the light leaks through the thin layer.
この問題を解決する方法の１つとして、デビット・ハートはキャピラリーとなる溝のパターンが形成されたパターン基板と平面基板とをクランプ用治具で固着し、さらにパターン基板と平面基板との接触部分を樹脂でシールなどした後、減圧して光導波路コア用のモノマー（ジアリルイソフタレート）溶液をキャピラリーに充填して、高分子光導波路を製造する方法を提案した（以下の特許文献１を参照）。この方法は光導波路コア形成用樹脂材料としてポリマー前駆体材料を用いる代わりにモノマーを用いて充填材料を低粘度化し、キャピラリー内に毛細管現象を利用して充填させ、キャピラリー以外にはモノマーが充填されないようにする方法である。この方法は光導波路コア形成用材料としてモノマーを用いているため、モノマーが重合してポリマーになる際の体積収縮率が大きく、光導波路コア部分内部に空隙を生じやすく、高分子光導波路の光透過損失が大きくなる問題がある。また、この方法は、パターン基板と平面基板とをクランプで固着する、あるいはこれに加えさらに接触部を樹脂でシールするなど煩雑な方法であり、量産性は困難度が高い。その結果としてコスト低下を期待することはできない。クラッドとして厚さがｍｍオーダーあるいは１ｍｍ以下のフィルムを用いる高分子光導波路の製造に適用することは不可能である。 As one method for solving this problem, Debit Hart uses a clamping jig to fix the pattern substrate on which a groove pattern serving as a capillary is formed and a flat substrate, and further, the contact portion between the pattern substrate and the flat substrate. After sealing with resin, etc., a method for producing a polymer optical waveguide by reducing the pressure and filling the capillary with a monomer (diallyl isophthalate) solution for an optical waveguide core was proposed (see Patent Document 1 below) . In this method, instead of using a polymer precursor material as a resin material for forming an optical waveguide core, the filling material is reduced in viscosity by using a monomer, and a capillary phenomenon is used to fill the capillary, and no monomer is filled other than the capillary. This is how to do it. Since this method uses a monomer as a material for forming an optical waveguide core, the volume shrinkage rate when the monomer is polymerized to become a polymer is large, and voids are likely to be generated inside the optical waveguide core. There is a problem that transmission loss increases. Further, this method is a complicated method in which the pattern substrate and the flat substrate are fixed with a clamp, or in addition, the contact portion is sealed with a resin, and mass productivity is high. As a result, cost reduction cannot be expected. It cannot be applied to the production of a polymer optical waveguide using a film with a thickness of the order of mm or 1 mm or less as the cladding.
また、最近、ハーバード大学のGeorge M. Whitesidesらは、ナノ構造を作る新技術として、ソフトリソグラフィーの一つとして毛細管マイクロモールドという方法を提唱している。これは、フォトリソグラフィーを利用してマスター基板を作り、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）の密着性と容易な剥離性を利用してマスター基板のナノ構造をＰＤＭＳの鋳型に写し取り、この鋳型に毛細管現象を利用して液体ポリマーを流し込んで固化させる方法である（非特許文献１参照）。これに関しては、ハーバード大学のGeorge M. WhitesidesのグループのKim Enochらによって毛細管マイクロモールド法に関する特許が出願されている（特許文献２参照）。 Recently, George M. Whitesides and others at Harvard University have proposed a method called capillary micromolding as one of the soft lithography as a new technology for creating nanostructures. This is because a master substrate is made using photolithography, and the nanostructure of the master substrate is copied to a PDMS mold using the adhesion and easy peelability of polydimethylsiloxane (PDMS). This is a method of pouring and solidifying a liquid polymer (see Non-Patent Document 1). In this regard, a patent on the capillary micromold method has been filed by Kim Enoch et al. Of George M. Whitesides group of Harvard University (see Patent Document 2).
しかし、これらの製造方法を高分子光導波路の製造に適用しても、光導波路の光導波路コア部は断面積が小さいので、光導波路コア部を形成するのに時間がかかり、量産に適さないという問題がある。また、モノマー溶液が重合して高分子になるときに体積変化を起こし光導波路コアの形状が変化し、透過損失が大きくなるという欠点を持つ。 However, even if these manufacturing methods are applied to the production of polymer optical waveguides, the optical waveguide core portion of the optical waveguide has a small cross-sectional area, so it takes time to form the optical waveguide core portion and is not suitable for mass production. There is a problem. Further, when the monomer solution is polymerized to become a polymer, the volume is changed, the shape of the optical waveguide core is changed, and the transmission loss is increased.
ＩＢＭチュリッヒ研究所のB. MichelらはＰＤＭＳを用いた高解像度のリソグラフィー技術を提案しており、この技術により数十ｎｍの解像力が得られると報告している（非特許文献２参照）。このように、ＰＤＭＳを使ったソフトリソグラフィー技術や、毛細管マイクロモールド法は、ナノテクノロジーとして最近、米国を中心に注目を集めている技術である。 B. Michel et al. Of IBM Zurich Laboratories have proposed a high-resolution lithography technique using PDMS, and reported that this technique can provide a resolution of several tens of nanometers (see Non-Patent Document 2). Thus, the soft lithography technique using PDMS and the capillary micromold method are techniques that have recently attracted attention mainly in the United States as nanotechnology.
しかし、前記のマイクロモールド法を用いて光導波路を作製すると、硬化時の体積収縮率を小さくする（したがって透過損失を小さくする）ことと、充填を短時間に容易に完了するために充填液体（モノマー等）の低粘度化することを両立させえない。したがって、透過損失を小さくすることを優先的に考慮すると、充填液体の粘度をある限度以下にすることができず、充填速度が遅くなり、量産製造は望めない。また前記のマイクロモールド法は、基板としてガラスやシリコンウェハー基板等の平滑で剛体である基板を用いることが前提となっており、フレキシブルなフィルム基材を用いることは考慮されていない。そのため形成する導波路形状に歪を生じ、十分な光伝搬性能の導波路は作製できない。 However, when an optical waveguide is produced using the above-mentioned micromold method, the volume shrinkage during curing is reduced (thus, transmission loss is reduced), and the filling liquid ( It is impossible to reduce the viscosity of the monomer and the like. Therefore, if priority is given to reducing the transmission loss, the viscosity of the filling liquid cannot be reduced below a certain limit, the filling speed becomes slow, and mass production cannot be expected. The micromold method is based on the premise that a smooth and rigid substrate such as glass or a silicon wafer substrate is used as the substrate, and the use of a flexible film base material is not considered. As a result, the shape of the waveguide to be formed is distorted, and a waveguide having sufficient light propagation performance cannot be produced.
これに対し、本発明者らは既に、フレキシブルなフィルム基材をクッラド基材と兼ねさせ、該フィルム基材に高分子導波路を形成する方法を提案した（特許文献３、及び特許文献４参照）。これらの高分子光導波路の製造方法により、従来不可能であったフレキシブルな高分子光導波路を精度よく、同種類の材料系で全デバイスが構成され、光学端面が精度の高い切断工程で得られ、低コスト化が可能となった。
On the other hand, the present inventors have already proposed a method in which a flexible film base material is also used as a clad base material and a polymer waveguide is formed on the film base material (see
近年、ＩＣ技術やＬＳＩ技術において、信号遅延やノイズの抑制及び集積度向上のために、金属配線に代わって機器装置間、機器装置内のボード間、チップ内において光配線を行なうこと、例えば、発光素子と受光素子の間を光導波路で接続することが注目されている（例えば、以下の特許文献５から特許文献７参照。）
In recent years, in IC technology and LSI technology, in order to suppress signal delay and noise and improve integration, optical wiring is performed between equipment devices instead of metal wiring, between boards in equipment equipment, in chips, for example, It has been noted that the light emitting element and the light receiving element are connected by an optical waveguide (for example, see
上記特許文献５に記載の光配線素子は、発光素子からの光を光導波路コアに入射させるための入射側ミラーと、光導波路コアからの光を受光素子に出射させるための出射側ミラーを有し、さらに、発光素子から入射側ミラーおよび出射側ミラーから受光素子に至る光路に相当する箇所でクラッド層を凹状に形成し、発光素子からの光および出射側ミラーからの光を収束させるものである。また、前記特許文献６に記載の光配線素子は、光導波路コアの光入射端面を発光素子に向かって凸面となるように形成し、発光素子からの光を収束させて導波損失を抑えるものである。
The optical wiring element described in
また、前記特許文献７の技術では、電子素子と光素子とを集積化した光電融合回路基板の上に高分子光導波路回路が直接組み立てられた光電子集積回路についての技術が記載されている。
高分子光導波路デバイス外部から高分子光導波路デバイスへ入力される光信号は、高分子光導波路デバイスと光接合された光ファイバーからの入力される場合が多いが、光ファイバーは開口数（ＮＡ：Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｐｅｒｔｕｒｅ）が０．２から０．３と小さいため、光回路に用いる光導波路デバイスと光ファイバーとを光接合するときには、高分子光導波路デバイスの光接合損失を低減させるために開口数を光ファイバーの開口数に近づけなくてはならない。しかし光導波路デバイスにおいては、小面積化の為に出来るだけ光導波路コアを小さな曲率で屈曲させる必要があることから、高分子光導波路デバイスの開口数は光ファイバーの開口数に比べて大きいという問題がある。
すなわち、高分子光導波路デバイスの光導波路コアとクラッドの屈折率差は、光ファイバーの光導波路コアとクラッドの屈折率差より大きく、光ファイバーとの光接合による光接合損失が問題であった。
In many cases, an optical signal input to the polymer optical waveguide device from the outside of the polymer optical waveguide device is input from an optical fiber optically bonded to the polymer optical waveguide device. However, the optical fiber has a numerical aperture (NA). ) Is as small as 0.2 to 0.3, so that when the optical waveguide device used in the optical circuit and the optical fiber are optically bonded, the numerical aperture is set to reduce the optical junction loss of the polymer optical waveguide device. Must be close to However, in optical waveguide devices, it is necessary to bend the optical waveguide core with as little curvature as possible in order to reduce the area. Therefore, there is a problem that the numerical aperture of the polymer optical waveguide device is larger than the numerical aperture of the optical fiber. is there.
That is, the refractive index difference between the optical waveguide core and the clad of the polymer optical waveguide device is larger than the refractive index difference between the optical waveguide core and the clad of the optical fiber, and the optical junction loss due to optical junction with the optical fiber is a problem.
本発明は、前記のごとき要請に基づいてなされたものであり、その目的は、簡易な作製工程で、光ファイバーとの光接合による光損失を容易に低減可能な高分子光導波路デバイスの製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made based on the above-described demands, and an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a polymer optical waveguide device that can easily reduce optical loss due to optical bonding with an optical fiber by a simple manufacturing process. The purpose is to provide.
前記課題は、以下の高分子光導波路デバイスの製造方法を提供することにより解決される。すなわち、本発明の高分子光導波路デバイスの製造方法は、 The above problems are solved by providing the following method for producing a polymer optical waveguide device. That is, the manufacturing method of the polymer optical waveguide device of the present invention,
（１）鋳型形成用硬化性樹脂の硬化樹脂層から形成され、光導波路コアに対応する凹部を有するゴム鋳型を準備する工程と、前記ゴム鋳型に、第１のクラッド層により構成または該第１のクラッド層を有するクラッド層付基材を密着させる工程と、前記クラッド層付基材が密着された前記ゴム鋳型の凹部に光導波路コア形成用硬化性樹脂を充填する工程と、充填された前記光導波路コア形成用硬化性樹脂を硬化させて光導波路コアを形成する工程と、前記ゴム鋳型を前記クラッド層付基材から剥離する工程と、前記光導波路コアが形成された前記クラッド層付基材上に、光導波方向端部を含む第１の領域及び反光導波方向端部を含む第２の領域のクラッド部の屈折率が、該光導波方向端部及び該反光導波方法端部を含まない第３の領域のクラッド部の屈折率より高くなるように、第２のクラッド層を形成する工程と、を有することを特徴とする高分子光導波路デバイスの製造方法である。 (1) A step of preparing a rubber mold formed of a cured resin layer of a mold-forming curable resin and having a recess corresponding to the optical waveguide core, and the rubber mold configured by a first cladding layer or the first A step of closely adhering a base material with a clad layer having a clad layer, a step of filling a concave portion of the rubber mold to which the base material with a clad layer is closely attached, a curable resin for forming an optical waveguide core, and the filling A step of curing the curable resin for forming the optical waveguide core to form the optical waveguide core; a step of peeling the rubber mold from the substrate with the cladding layer; and the base with the cladding layer on which the optical waveguide core is formed. The refractive index of the first region including the optical waveguide direction end and the second region including the anti-optical waveguide direction end on the material is such that the optical waveguide direction end and the anti-optical waveguide method end. The third area class that does not contain To be higher than the refractive index of the de part, a process for producing a polymer optical waveguide device characterized by having a step of forming a second cladding layer.
（２）前記第２のクラッド層が形成された後に、前記光導波路コアの端部を光学端面にするための切断工程を備えた上記（１）に記載の高分子光導波路デバイスの製造方法である。 (2) The method for producing a polymer optical waveguide device according to (1), further comprising a cutting step for forming an end portion of the optical waveguide core as an optical end surface after the second cladding layer is formed. is there.
（３）前記第１のクラッド層の、光導波方向端部を含む第４の領域及び反光導波方向端部を含む第５の領域の屈折率が、該光導波方向端部及び該反光導波方向端部を含まない第６の領域の屈折率より高いことを特徴とする上記（１）または上記（２）に記載の高分子光導波路デバイスの製造方法である。 (3) The refractive index of the fourth region including the end portion in the optical waveguide direction and the fifth region including the end portion in the anti-optical waveguide direction of the first cladding layer is such that the end portions in the optical waveguide direction and the anti-light The method of manufacturing a polymer optical waveguide device according to (1) or (2) above, wherein the refractive index is higher than a refractive index of the sixth region not including a wave direction end.
（４）前記第１のクラッド層の前記第１の領域は、該第1の領域と前記第３の領域との境界部から光導波方向端部に向かって屈折率が連続的に高く、前記第１のクラッド層の前記第２の領域は、該第２の領域と前記第３の領域との境界部から反光導波方向端部に向かって屈折率が連続的に高いことを特徴とする上記（１）から上記（３）の何れか１つに記載の高分子光導波路デバイスの製造方法である。 (4) The first region of the first cladding layer has a continuously high refractive index from the boundary between the first region and the third region toward the end portion in the optical waveguide direction, The second region of the first cladding layer has a refractive index that is continuously high from a boundary portion between the second region and the third region toward an end portion in the anti-light waveguide direction. The method for producing a polymer optical waveguide device according to any one of (1) to (3) above.
（５）前記第２のクラッド層の前記第４の領域は、該第４の領域と前記第６の領域との境界部から光導波方向端部に向かって屈折率が連続的に高く、前記第２のクラッド層の前記第５の領域は、該第５の領域と前記第６の領域との境界部から反光導波方向端部に向かって屈折率が連続的に高いことを特徴とする上記３または上記（４）に記載の高分子光導波路デバイスの製造方法である。 (5) The fourth region of the second cladding layer has a continuously high refractive index from the boundary between the fourth region and the sixth region toward the end portion in the optical waveguide direction, The fifth region of the second cladding layer is characterized in that the refractive index is continuously high from the boundary portion between the fifth region and the sixth region toward the end in the anti-light waveguide direction. The method for producing a polymer optical waveguide device according to the above 3 or (4).
（６）前記光導波路コアの屈折率は、前記第１のクラッド層の屈折率及び前記第２のクラッド層の屈折率より０．０１以上０．２以下の範囲内で大きいことを特徴とする上記（１）から上記（５）の何れか１つに記載の高分子光導波路デバイスの製造方法である。 (6) The refractive index of the optical waveguide core is larger than the refractive index of the first cladding layer and the refractive index of the second cladding layer within a range of 0.01 to 0.2. The method for producing a polymer optical waveguide device according to any one of (1) to (5) above.
（７）前記光導波路コアは屈曲部及び分岐部の何れか一方または双方を有し、該光導波路コアの屈曲部及び分岐部の屈折率は、該屈曲部及び該分岐部に隣接する第１のクラッド層及び第２のクラッド層の屈折率より０．０２以上０．２以下の範囲内で大きいことを特徴とする上記（１）から上記（６）の何れか１つに記載の高分子光導波路デバイスの製造方法である。 (7) The optical waveguide core has one or both of a bent portion and a branched portion, and the refractive index of the bent portion and the branched portion of the optical waveguide core is the first adjacent to the bent portion and the branched portion. The polymer as described in any one of (1) to (6) above, which is larger than the refractive index of the clad layer and the second clad layer in a range of 0.02 to 0.2. It is a manufacturing method of an optical waveguide device.
（８）前記光導波路コアの光導波方向端部及び反光導波方向端部の屈折率は、該光導波方向端部及び該反光導波方向端部各々に連続する前記第１のクラッド層及び前記第２のクラッド層の屈折率より、０．０１以上０．２以下の範囲内で大きいことを特徴とする上記（１）から上記（７）の何れか１つに記載の高分子光導波路デバイスの製造方法である。 (8) The refractive index of the optical waveguide core end portion and the anti-optical waveguide direction end portion of the optical waveguide core is such that the first cladding layer continuous to the optical waveguide direction end portion and the anti-optical waveguide direction end portion, and The polymer optical waveguide according to any one of (1) to (7) above, wherein the refractive index of the second cladding layer is larger than the refractive index of the second cladding layer within a range of 0.01 to 0.2. A device manufacturing method.
（９）前記光導波路コアの前記光導波方向端面は、光ファイバーと接合され、該光ファイバーと光接合される該光導波路コアの端面における開口数が、光ファイバーの開口数と略同一であることを特徴とする上記（１）から上記（８）の何れか１つに記載の高分子光導波路デバイスの製造方法である。 (9) The optical waveguide direction end face of the optical waveguide core is joined to an optical fiber, and the numerical aperture at the end face of the optical waveguide core optically joined to the optical fiber is substantially the same as the numerical aperture of the optical fiber. The method for producing a polymer optical waveguide device according to any one of (1) to (8) above.
（１０）前記光導波路コアの前記光ファイバーと光接合される前記光導波方向端面における開口部のコアとクラッドの屈折率差が、０．０２以上０．２以下であることを特徴とする上記（９）に記載の高分子光導波路デバイスの製造方法である。
（１１）前記光導波路コアの光導波方向中間部に、該光導波路コア部を切断するように光学素子設置用の空間または溝を作製する工程と、該光学素子の光路部と光導波路コア部とを光接合する工程と、を更に有することを特徴とする上記（１）から上記（１０）の何れか１つに記載の高分子光導波路デバイスの製造方法である。
(10) The refractive index difference between the core of the opening and the clad in the end face in the optical waveguide direction optically joined to the optical fiber of the optical waveguide core is 0.02 or more and 0.2 or less ( 9) A method for producing a polymer optical waveguide device according to 9).
(11) A step of forming a space or a groove for installing an optical element so as to cut the optical waveguide core part in an optical waveguide direction intermediate part of the optical waveguide core, and an optical path part and an optical waveguide core part of the optical element The method for producing a polymer optical waveguide device according to any one of the above (1) to (10), further comprising the step of optically bonding the two.
（１２）前記光学素子として、光学フィルター、光学レンズ、光学ミラー、光学スイッチ、発光素子、受光素子、アクティブ光学素子、及びパッシブ光学素子のうちの何れか１つを用いることを特徴とする上記（１１）に記載の高分子光導波路デバイスの製造方法。 (12) As described above, any one of an optical filter, an optical lens, an optical mirror, an optical switch, a light emitting element, a light receiving element, an active optical element, and a passive optical element is used as the optical element. The manufacturing method of the polymer optical waveguide device as described in 11).
（１３）前記ゴム鋳型は、前記硬化樹脂層に前記光導波路コア形成用硬化性樹脂の進入口及び排出口を有すると共に、前記光導波路コア形成用硬化性樹脂を圧入するための注入口を備え前記硬化樹脂層を補強するための強化部材と、を有することを特徴とする上記（１）から上記（１２）の何れか１つに記載の光導波路デバイスの製造方法である。 (13) The rubber mold has an inlet and an outlet for the optical waveguide core forming curable resin in the cured resin layer, and an injection port for press-fitting the optical waveguide core forming curable resin. A method of manufacturing an optical waveguide device according to any one of (1) to (12) above, comprising a reinforcing member for reinforcing the cured resin layer.
（１４）前記強化部材が、金属材料、セラミック材料、及びプラスチック材料のうちの何れか１つからなることを特徴とする上記（１３）に記載の光導波路デバイスの製造方法である。 (14) The optical waveguide device manufacturing method according to (13), wherein the reinforcing member is made of any one of a metal material, a ceramic material, and a plastic material.
（１５）前記硬化樹脂層は、シリコーン系ゴムであることを特徴とする上記（１）から上記（１４）の何れか１つに記載の高分子光導波路デバイスの製造方法である。
（１６）前記ゴム鋳型の鋳型形成用硬化性樹脂のシェアゴム硬度は、１０以上５０以下の範囲内であることを特徴とする上記（１）から上記（１５）の何れか１つに記載の光導波路デバイスの製造方法である。
(15) The method for producing a polymer optical waveguide device according to any one of (1) to (14), wherein the cured resin layer is a silicone rubber.
(16) The light guide according to any one of (1) to (15) above, wherein the shear rubber hardness of the curable resin for mold formation of the rubber mold is in the range of 10 to 50. It is a manufacturing method of a waveguide device.
（１７）前記鋳型形成用硬化性樹脂の硬化樹脂層の表面エネルギーが、７ｄｙｎ／ｃｍ以上３０ｄｙｎ／ｃｍ以下であることを特徴とする上記（１）から上記（１６）の何れか１つに記載の光導波路デバイスの製造方法である。 (17) The surface energy of the cured resin layer of the curable resin for mold formation is 7 dyn / cm or more and 30 dyn / cm or less, and any one of (1) to (16) above This is a method of manufacturing the optical waveguide device.
（１８）前記鋳型形成用硬化性樹脂の硬化樹脂層の表面粗さＲａが、０．１μｍ以下であることを特徴とする上記（１）から上記（１７）の何れか１つに記載の高分子光導波路デバイスの製造方法である。 (18) The high roughness according to any one of (1) to (17) above, wherein the surface roughness Ra of the cured resin layer of the curable resin for mold formation is 0.1 μm or less. It is a manufacturing method of a molecular optical waveguide device.
本発明の高分子光導波路の製造方法よれば、鋳型形成用硬化性樹脂の硬化樹脂層から形成され、光導波路コアに対応する凹部を有するゴム鋳型を準備する工程と、前記ゴム鋳型に第１のクラッド層を有するクラッド層付基材を密着させる工程と、前記クラッド層付基材が密着された前記ゴム鋳型の凹部に光導波路コア形成用硬化性樹脂を充填する工程と、充填された前記光導波路コア形成用硬化性樹脂を硬化させて光導波路コアを形成する工程と、前記ゴム鋳型を前記クラッド層付基材から剥離する工程と、前記光導波路コアが形成されたクラッド層付基材上に、光導波方向端部を含む第１の領域及び反光導波方向端部を含む第２の領域の屈折率が、該光導波方向端部及び該反光導波方法端部を含まない第３の領域の屈折率より高くなるように、第２のクラッド層を形成する工程と、を有するので、簡易な作製工程で、光ファイバーとの光接合による光損失を容易に低減可能な高分子光導波路の製造方法を提供することができる、という効果が得られる。
According to the method for producing a polymer optical waveguide of the present invention, a step of preparing a rubber mold formed of a cured resin layer of a curable resin for mold formation and having a recess corresponding to the optical waveguide core; A step of closely adhering a base material with a clad layer having a clad layer, a step of filling a concave portion of the rubber mold to which the base material with a clad layer is closely attached, a curable resin for forming an optical waveguide core, and the filling A step of curing the curable resin for forming an optical waveguide core to form an optical waveguide core; a step of peeling the rubber mold from the substrate with a cladding layer; and a substrate with a cladding layer on which the optical waveguide core is formed Further, the refractive index of the first region including the optical waveguide direction end and the second region including the anti-optical waveguide direction end does not include the optical waveguide direction end and the anti-optical waveguide method end. To be higher than the refractive index of
本発明の高分子光導波路の製造方法は以下の工程を有することを特徴としている。
すなわち、本発明の高分子光導波路の製造方法は、鋳型形成用硬化性樹脂の硬化樹脂層から形成され、光導波路コアに対応する凹部を有するゴム鋳型を準備する工程と、前記ゴム鋳型に第１のクラッド層を有するクラッド層付基材を密着させる工程と、前記クラッド層付基材が密着された前記ゴム鋳型の凹部に光導波路コア形成用硬化性樹脂を充填する工程と、充填された前記光導波路コア形成用硬化性樹脂を硬化させて光導波路コアを形成する工程と、前記ゴム鋳型を前記クラッド層付基材から剥離する工程と、前記光導波路コアが形成された前記クラッド層付基材上に、光導波方向端部を含む第１の領域及び反光導波方向端部を含む第２の領域の屈折率が、該光導波方向端部及び該反光導波方法端部を含まない第３の領域の屈折率より高くなるように、第２のクラッド層を形成する工程と、を有している。
The method for producing a polymer optical waveguide of the present invention is characterized by having the following steps.
That is, the method for producing a polymer optical waveguide of the present invention comprises a step of preparing a rubber mold formed of a cured resin layer of a curable resin for mold formation and having a recess corresponding to the optical waveguide core; A step of closely adhering a base material with a clad layer having one clad layer, a step of filling an optical waveguide core-forming curable resin into a recess of the rubber mold to which the base material with a clad layer is closely attached, and A step of curing the curable resin for forming the optical waveguide core to form an optical waveguide core; a step of peeling the rubber mold from the substrate with the cladding layer; and the cladding layer with the optical waveguide core formed thereon. The refractive index of the first region including the optical waveguide direction end and the second region including the anti-optical waveguide direction end on the substrate includes the optical waveguide direction end and the anti-optical waveguide method end. Not higher than the refractive index of the third region So that has a step of forming a second cladding layer.
本発明の高分子光導波路の製造工程について１つの態様を説明する。図１（Ａ）から図１（Ｇ）は、本発明の製造方法における各工程を表す概念図であり、図２は、ゴム鋳型を鋳型より一回り大きい面積のクラッド層付基材に密着させた状態（図１（Ｄ）で示される工程）を示す斜視図である。 One aspect of the manufacturing process of the polymer optical waveguide of the present invention will be described. 1 (A) to 1 (G) are conceptual diagrams showing each step in the production method of the present invention, and FIG. 2 is a diagram in which a rubber mold is brought into close contact with a base material with a cladding layer that is slightly larger in area than the mold. It is a perspective view which shows the state (process shown by FIG.1 (D)).
図１（Ａ）は、光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。
FIG. 1A shows a cut surface obtained by cutting the
次に、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１（Ｂ）には、原盤１０に、ゴム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。
Next, a cured
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（図示省略）、次いで型の両端を、前記凸部１２に対応する凹部２２が露出するように切断することにより、凹部２２に光導波路コア形成用硬化性樹脂を充填するための進入口２２ａ（図２参照）、及び前記凸部１２に対応する凹部２２から光導波路コア形成用硬化性樹脂を排出させるための排出口２２ｂ（図２参照）を切削形成して、ゴム鋳型２０を作製する（図１（Ｃ）、及び図２参照）。
Next, the cured
このようにして作製したゴム鋳型２０に、導電性パターン３１が形成され、且つゴム鋳型２０より一回り大きい面積のクラッド層付基材３０を密着させる（図２のＡ―Ａ切断面）。クラッド層付基材３０は、詳細は後述するが、第１のクラッド層を有している。なお、クラッド層付基材３０は、第１のクラッド層と一体的に設けられていてもよい。
次に、ゴム鋳型２０の進入口２２ａに光導波路コア形成用硬化性樹脂４０ａを数滴垂らし、毛細管現象と減圧／加圧注入法により、ゴム鋳型２０の凹部２２に該光導波路コア形成用硬化性樹脂を充填する。凹部２２の他端部にある排出口２２ｂからは光導波路コア形成用硬化性樹脂が排出される（図示省略）。図１（Ｅ）には、ゴム鋳型２０の凹部２２に光導波路コア形成用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。
A
Next, several drops of the optical waveguide core-forming
次に、ゴム鋳型２０の凹部２２内の光導波路コア形成用硬化性樹脂４０ａをＵＶ光硬化させることにより、光導波路コア４０を形成する。この光導波路コア４０が形成されたゴム鋳型２０を、原盤１０から剥離する。図１（Ｆ）には、クラッド層付基材３０の上に、光導波路コア４０が形成されたものを、光導波路コア長手方向に直角に切断した切断面を示す。
Next, the
さらに、クラッド層付基材３０の光導波路コア４０の形成面に、光導波路コア形成用硬化性樹脂による第２のクラッド層５０を形成することにより、本発明の高分子光導波路デバイス６０が作製される。図１（Ｇ）には、高分子光導波路を光導波路コア長手方向に直角に切断した切断面を示す。
Furthermore, the polymer clad
また、図３には、光導波路コア４０が形成された第１のクラッド層によるクラッド層付基材の上に、第２のクラッド層となるフィルムを接着剤により接着させる例を示した。
FIG. 3 shows an example in which a film to be the second clad layer is adhered to the base material with the clad layer by the first clad layer on which the
図３（Ａ）から図３（Ｆ）までは、図１（Ａ）から図１（Ｆ）で表される工程と共通であり、原盤１０からスタートして、第１のクラッド層を有する基材としてのクラッド層付基材３０の上に光導波路コア４０を形成する工程までを示した。
FIGS. 3A to 3F are common to the steps shown in FIGS. 1A to 1F, and start from the
図３（Ｇ）には、クラッド層付基材３０の光導波路コア４０の形成面に接着剤層５４を用いて第２のクラッド層（クラッドフィルム）５２を貼り合わせる工程により得られた高分子光導波路デバイス６０を、光導波路コア長手方向に直角に切断した切断面を示す。
In FIG. 3 (G), the polymer obtained by the step of bonding the second clad layer (clad film) 52 to the formation surface of the
さらに、図４に、ゴム鋳型の硬化樹脂層を補強する強化部材を設け、さらにクラッド層付基材３０の光導波路コアを形成する側に導電性パターン３１を設けた例を示す。図４（Ａ）から図４（Ｆ）までは、図３（Ｂ）から図３（Ｇ）で表される工程と共通で、原盤１０からスタート（省略）して、導電性パターン３１が形成されたクラッド層付基材３０の上に光導波路コアを形成する工程までを示す。図４（Ｆ）は、クラッド層付基材３０の光導波路コア形成面に接着剤層５４を用いて第２のクラッド層（クラッドフィルム）５２を貼り合わせる工程により得られた高分子光導波路デバイス６０を、光導波路コア長手方向に直角に切断した切断面を示す。また、この例では、ゴム鋳型凹部形成領域（紫外線等の照射領域）に石英板、ガラス板、硬質プラスチック板のように光透過性の天板２４ａを用いている。本発明においては、ゴムからなるゴム鋳型を用いるため、図４のように導電性パターン３１が光導波路コア４０の形成側に設けられていても、該導電性パターン３１に悪影響を与えることなく、光導波路コア４０を形成することができる。
FIG. 4 shows an example in which a reinforcing member that reinforces the cured resin layer of the rubber mold is provided, and the
＜第１のクラッド層及び第２のクラッド層＞
上記第２のクラッド層は、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示すように、光導波方向端部を含む第１の領域６４、及び反光導波方向端部を含む第２の領域６６の屈折率が、これらの端部を含まない第３の領域６８より高くなるように設けられている。
同様に、上記第１のクラッド層は、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示すように、光導波方向端部を含む第４の領域６０、及び反光導波方向端部を含む第５の領域６１の屈折率が、これらの端部を含まない第６の領域６２の屈折率より高くなるように設けられている。
なお、本明細書文中では、第１のクラッド層及び第２のクラッド層の双方の屈折率が上記のような条件を示すものとして説明するが、何れか一方のクラッド層が、上述のように、端部を含む領域の屈折率が端部を含まない領域の屈折率より高くなるように設けられていても良い。
なお、光導波方向は、光導波路コア４０の一端から多端に向かう方向であればよい。
<First cladding layer and second cladding layer>
As shown in FIGS. 5A and 5B, the second cladding layer includes a
Similarly, as shown in FIGS. 5A and 5B, the first cladding layer includes a
In this specification, the refractive index of both the first clad layer and the second clad layer will be described as indicating the above conditions. However, either one of the clad layers is as described above. The refractive index of the region including the end portion may be provided so as to be higher than the refractive index of the region not including the end portion.
The optical waveguide direction may be a direction from one end of the
なお、第２のクラッド層の第１の領域６４内において、屈折率は、第１の領域６４と第３の領域６８との境界部から第２のクラッド層の光導波方向端部に向かって連続的に高くなり、第２の領域６６内において、屈折率は、第２の領域６６と第３の領域６８との境界部から第２のクラッド層の光導波方向端部に向かって連続的に高くなるように調製されている。
Note that, in the
同様に、第１のクラッド層の第４の領域６０内において、屈折率は、第４の領域６０と第６の領域６２との境界部から第１のクラッド層の光導波方向端部に向かって連続的に高くなり、第５の領域６１内において、屈折率は、第５の領域６１と第６の領域６２との境界部から第１のクラッド層の光導波方向端部に向かって連続的に高くなるように調製されている。
Similarly, in the
なお、光導波路コアの屈折率は、光導波路コア内に光を閉じこめて光導波方向に伝搬させるために、第１のクラッド層及び第２のクラッド層の屈折率より高いことが必須である。
光導波路コアの屈折率と第１のクラッド層及び第のクラッド層との屈折率の差は、光の伝搬損失の観点から、０．０１以上０．２以下の範囲内であることが必須であり、好ましくは、０．０２以上０．１５以下、特に好ましくは、０．０２以上０．１以下の範囲内である。
It is essential that the refractive index of the optical waveguide core is higher than the refractive indexes of the first cladding layer and the second cladding layer in order to confine light in the optical waveguide core and propagate it in the optical waveguide direction.
The difference between the refractive index of the optical waveguide core and the refractive index of the first cladding layer and the first cladding layer must be within the range of 0.01 or more and 0.2 or less from the viewpoint of light propagation loss. Yes, preferably 0.02 or more and 0.15 or less, particularly preferably 0.02 or more and 0.1 or less.
また、第１のクラッド層と、第２のクラッド層との、光導波方向における屈折率差は小さい方が好ましく、その差は０．１以内、好ましくは０．０５以内、更に好ましくは０．００１以内、最も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。 The difference in refractive index between the first cladding layer and the second cladding layer in the optical waveguide direction is preferably small, and the difference is within 0.1, preferably within 0.05, more preferably 0.8. Within the range of 001, most preferably no difference is preferable from the viewpoint of light confinement.
なお、光導波路コアの屈折率は、１．２０から１．７０の範囲内、より好ましくは、１．４から１．６の範囲内が好ましい。 The refractive index of the optical waveguide core is preferably in the range of 1.20 to 1.70, more preferably in the range of 1.4 to 1.6.
また、第１のクラッド層及び第２のクラッド層の屈折率は、１．１０以上１．５５未満の範囲内であることが必須であり、より好ましくは、１．３０以上１．５１未満の範囲内が好ましい。これは、幹線系光ファイバーの光導波路コア材の屈折率が１．４７より大きいことに起因している。 Further, the refractive indexes of the first cladding layer and the second cladding layer must be in the range of 1.10 or more and less than 1.55, and more preferably 1.30 or more and less than 1.51. Within the range is preferable. This is due to the fact that the refractive index of the optical waveguide core material of the trunk optical fiber is larger than 1.47.
光導波路コア４０の光導波方向端部及び反光導波方向端部の屈折率と、第１のクラッド層及び第２のクラッド層における、これらの端部に連続する領域の屈折率との差の絶対値は、光の伝搬損失の観点から、０．０１以上０．２以下の範囲内であることが必須であり、好ましくは、０．０２以上０．１５以下、更に好ましくは、０．０２以上０．１以下である。
The difference between the refractive index of the
ここで、光導波路コア４０は、直線状の直線型、屈曲部を有する屈曲型、Ｙ形状の分岐部を有するＹ分岐型、Ｘ形状に交差する交差部を有するＸ交差型、あるいはこれらの型の組み合わせ等の方式が用いられるが、光導波路コア４０の方式はこれらの方式に限定されるものではない。
Here, the
第２のクラッド層の第３の領域６８、及び第１のクラッド層の第６の領域６２内において、屈折率は略一定であってもよいが、上述のように、光導波路コア４０が屈曲部、分岐部、または交差部を有する場合には、この屈曲部、分岐部、及び交差部に隣接する第１のクラッド層の領域の屈折率、及び第２のクラッド層の領域の屈折率は、各々の光導波方向端部の屈折率より低くなるように調製される。
In the
なお、このような光導波路コア４０の屈曲部、分岐部、または交差部に隣接する第１のクラッド層の領域の屈折率及び第２のクラッド層の屈折率は、上記第３の領域６８及び上記第６の領域６２内の、光導波路コア４０が直線状となっている領域に隣接する領域よりさらに低くなるように調製されるようにしてもよい。この場合についても、屈曲部、分岐部、及び交差部に隣接する領域に向かって連続的に除々に屈折率差が大きくなるように調製すればよい。
Note that the refractive index of the first cladding layer region and the refractive index of the second cladding layer adjacent to the bent portion, branching portion, or intersecting portion of the
この光導波路コア４０の屈曲部、分岐部、及び交差部各々の屈折率と、第１のクラッド層及び第２のクラッド層各々における、これらの屈曲部、分岐部、及び交差部各々に隣接する領域の屈折率との屈折率差の絶対値は、光の伝搬損失の観点から、０．０１以上０．２以下であることが必須であり、好ましくは、０．０２以上０．１５以下、更に好ましくは、０．０２以上０．１以下である。
The refractive index of each of the bent portion, the branched portion, and the intersecting portion of the
＜第１のクラッド層及び第２のクラッド層の作製方法＞
第１のクラッド層及び第２のクラッド層の材料としては、基板への成膜性や光導波路コアとの整合性を考慮して選択されるが、例えば、ＳｉＯ2のような無機材料に、屈折率制御用の添加物（例えば、Ｐ、Ｂ、Ｆ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｚｎ等）を少なくとも１種類添加したもの、あるいはクラッド層用硬化性樹脂などが用いられる。
クラッド層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、紫外線硬化性樹脂または熱硬化性のモノマー、オリゴマーもしくはモノマーとオリゴマーの混合物が用いられる。
なお、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。光硬化性の樹脂の方が、硬化時体積変化が少ない為に、得られる精度が高いので、光硬化材料が有利である。
<Method for Manufacturing First Cladding Layer and Second Cladding Layer>
The material of the first clad layer and the second clad layer is selected in consideration of the film formability on the substrate and the consistency with the optical waveguide core. For example, an inorganic material such as SiO 2 A material to which at least one additive for controlling the refractive index (for example, P, B, F, Ti, Ge, Zn, etc.) is added, or a curable resin for a cladding layer is used.
As the curable resin for the clad layer, an ultraviolet curable resin or a thermosetting resin is preferably used. For example, an ultraviolet curable resin, a 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 clad formation, a polymer that is compatible with the resin and does not adversely affect the refractive index, elastic modulus, and transmission characteristics of the resin. (For example, methacrylic acid type, epoxy type) can be added to the resin. A photo-curing material is more advantageous because a photo-curing resin has a higher accuracy because the volume change upon curing is smaller.
第１のクラッド層及び第２のクラッド層として用いられる紫外線硬化性樹脂としては、使用光源波長域で透過性の高いアクリル系樹脂やエポキシ系樹脂、使用光源波長域で透過性の高いイミド樹脂、使用光源波長域で透過性の高いシリコーン樹脂、使用光源波長域で透過性の高いフッ素化樹脂等が挙げられる。また、第１のクラッド層及び第２のクラッド層として用いられる熱硬化性樹脂としては、使用光源波長域で透過性の高いアクリル系樹脂やエポキシ系樹脂、使用光源波長域で透過性の高いイミド樹脂、使用光源波長域で透過性の高いフッ素化樹脂等が挙げられる。中でも成形加工性と信頼性の観点からエポキシ系樹脂を用いることが好ましい。また、光透過性とフレキシブル性の観点からはアクリル系樹脂を用いる事が好ましい。 As the ultraviolet curable resin used as the first clad layer and the second clad layer, an acrylic resin or epoxy resin having a high transparency in the light source wavelength range, an imide resin having a high transparency in the light source wavelength range, Examples thereof include a silicone resin having high transparency in the used light source wavelength region and a fluorinated resin having high transparency in the used light source wavelength region. Moreover, as the thermosetting resin used as the first cladding layer and the second cladding layer, acrylic resin or epoxy resin having high transparency in the used light source wavelength region, and imide having high permeability in the used light source wavelength region Examples thereof include resins and fluorinated resins having high transparency in the wavelength range of the light source used. Among these, it is preferable to use an epoxy resin from the viewpoint of moldability and reliability. Moreover, it is preferable to use acrylic resin from a viewpoint of light transmittance and flexibility.
上述のように、第１のクラッド層及び第２のクラッド層の屈折率を調整するには、第１のクラッド層及び第２のクラッド層各々の、目的とする領域が目的とする屈折率となるように、硬化時の屈折率の異なる同じ紫外線硬化性樹脂系の２種類または３種類からなる光硬化型原液（クラッド形成用原液）を、比率を変えて混合し、何種類もの屈折率の異なる液を調整して、調製した各屈折率に応じたクラッド形成用処理原液を、滴下法、浸漬法、インクジェット法、ロール転写法等を用いて、対応する各クラッド部分の領域の成形加工を行うことにより実現可能である。 As described above, in order to adjust the refractive indexes of the first cladding layer and the second cladding layer, the target region of each of the first cladding layer and the second cladding layer has the target refractive index and As shown, two or three types of photo-curing stock solutions (cladding stock solutions) of the same UV-curing resin system having different refractive indexes at the time of curing are mixed at different ratios, and various kinds of refractive indexes are mixed. Adjust the different liquids and use the dripping method, dipping method, ink-jet method, roll transfer method, etc., to form the clad forming treatment stock solution corresponding to each refractive index, and mold the corresponding regions of each clad part. This is possible by doing.
具体的には、例えば、図５（Ａ）図５（Ｂ）に示すように、高分子光導波路デバイス６０の光導波方向端部各々に相当する第２のクラッド層の第１の領域６４、第２の領域６６、第１のクラッド層の第４の領域６０、及び第１のクラッド層の第５の領域６１各々の屈折率が、第２のクラッド層の第３の領域６８及び第１のクラッド層の第６の領域６２の屈折率より高くなるように、第１の領域６４、第２の領域６６、第４の領域６０、及び第５の領域６１各々には、前記クラッド形成用原液（アクリル系）をインクジェット法により塗布し、第３の領域６８及び第６の領域６２には、前記クラッド形成用原液（アクリル系）を浸漬法により塗布することにより可能である。
Specifically, for example, as shown in FIGS. 5A and 5B, the
なお、第２のクラッド層の第１の領域６４、第２の領域６６、第１のクラッド層の第４の領域６０、及び第１のクラッド層の第５の領域６１各々の屈折率が、第２のクラッド層の第３の領域６８及び第１のクラッド層の第６の領域６２の屈折率より連続的に高くなるように、第１の領域６４、第２の領域６６、第４の領域６０、及び第５の領域６１、第３の領域６８、及び第６の領域６２に、前記クラッド形成処理原液（アクリル系）を塗布するには、インクジェット法なり浸漬法を用いて、数段階（約３段階から５段階）屈折率が変化するように、互いに屈折率の異なるクラッド形成処理原液を連続的または段階的に塗布することにより、連続的または擬似連続的（段階的）に屈折率が変化されたクラッド層を形成させる。
屈折率の異なるクラッド形成処理原液の作製は、合成時に一部に重い元素をつけたり、軽い元素を置換させたりする事で比較的簡単に合成することができる。勿論反応量の問題もあるが、これらの元素は物理的に影響の出ない部分に置換させることが好ましい。このように制御することにより、屈折率で０．００１オーダーの変化の制御が可能となる。
Note that the refractive index of each of the
The preparation of the clad formation processing stock solutions having different refractive indexes can be performed relatively easily by adding a heavy element or replacing a light element at the time of synthesis. Of course, there is a problem with the reaction amount, but it is preferable to replace these elements with portions that do not physically affect the elements. By controlling in this way, it is possible to control the change of the refractive index on the order of 0.001.
このように第１のクラッド層及び第２のクラッド層の屈折率を調整することにより、図５（Ｃ）に示すように、高分子光導波路デバイス６０の光導波方向端部における、光導波路コアとクラッドとの間の屈折率差を低下させることができ、高分子光導波路デバイス６０の光導波方向端部、すなわち光ファイバーと光接合される光導波路コア端面部を、光ファイバーの開口数に近い値とすることができる。これにより、簡易な構成で光ファイバーと光接合したときの光接続損失を低下させることができる。
By adjusting the refractive indexes of the first clad layer and the second clad layer in this way, as shown in FIG. 5C, the optical waveguide core at the end of the polymer
また更に、高分子光導波路デバイス６０の光導波路コア（光導波路）４０の屈曲部や分岐部に相当する領域の光導波路コア４０の屈折率と、これらの屈曲部や分岐部に隣接する第１のクラッド層及び第２のクラッド層の屈折率との差を、光導波方向端部の屈折率差に比べて大きくすることができるので、高分子光導波路デバイス６０において、光導波路コアの屈曲や分岐による光伝搬損失を抑制することができる。
Furthermore, the refractive index of the
以下に、本発明による高分子光導波路デバイスの製造方法を工程順に説明する。
（１）ゴム鋳型を準備する工程
ゴム鋳型を準備する工程におけるゴム鋳型の作製は、光導波路コアに対応する凸部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、原盤を用いる方法を説明する。
Below, the manufacturing method of the polymer optical waveguide device by this invention is demonstrated in order of a process.
(1) Step of preparing rubber mold The production of the rubber mold in the step of preparing the rubber mold is preferably performed using a master having a convex portion corresponding to the optical waveguide core. However, the present invention is not limited to this. Absent. In the following, a method using the master will be described.
（原盤の作製）
光導波路コアに対応する凸部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やＲＩＥ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。原盤に形成される光導波路コアに対応する凸部の大きさは一般的に５μ〜５００μｍ程度、好ましくは４０μｍ〜２００μｍ程度であり、高分子光導波路の用途等に応じて適宜決められる。例えばシングルモード用の光導波路の場合には、１０μｍ角程度の光導波路コアを、マルチモード用の光導波路の場合には、４０μｍ〜１５０μｍ角程度の光導波路コアが一般的に用いられるが、用途によっては数百μｍ程度と更に大きな光導波路コア部を持つ光導波路も利用される。
(Preparation of master)
A conventional method such as a photolithography method or an RIE method can be used without particular limitation for producing a master having a convex portion corresponding to the optical waveguide core. 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 optical waveguide core formed on the master is generally about 5 μm to 500 μm, preferably about 40 μm to 200 μm, and is appropriately determined according to the use of the polymer optical waveguide. For example, in the case of a single mode optical waveguide, an optical waveguide core of about 10 μm square is generally used, and in the case of a multimode optical waveguide, an optical waveguide core of about 40 μm to 150 μm square is generally used. Depending on the case, an optical waveguide having a larger optical waveguide core portion of about several hundred μm is also used.
（ゴム鋳型の作製）
ゴム鋳型は、前記のように光硬化部分が鋳型形成用ゴム層と光透過性の光導波路コア凸部に対応する類似した凹部を有する剛体基板からなる複合的な積層構造よりなり、光導波路コアに対応する凸部が形成されたゴム面に、鋳型形成用硬化性ゴム樹脂を塗布したり注入したりして、必要に応じ加熱処理等の硬化処理をして該樹脂ゴムを硬化させ、次いでその硬化ゴム層を原盤から剥離して作製される。また、ゴム鋳型には、前記凸部に対応する凹部に光導波路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ゴム液により鋳型用ゴム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。ゴム材は光導波路コアの成形原盤により形成されるゴム材はゴム硬度５から４０で柔らかい特性のゴム材を用いる事で、柔らかいゴム弾性により光導波路コア部形成後の剥離の成型特性を上げ、精密な光導波路コア形成能力を付与させていく。ゴム層は、高精度で、光導波路コア材の注入時の振動や圧力変化に対して成形精度を維持できるゴム厚みの適正値を選択できる。
(Production of rubber mold)
As described above, the rubber mold has a composite laminated structure in which the light-cured portion is composed of a rigid substrate having a similar concave portion corresponding to the mold-forming rubber layer and the light-transmissive optical waveguide core convex portion. Applying or injecting a mold-forming curable rubber resin to the rubber surface on which the convex portions corresponding to the above are formed, and curing the resin rubber by performing a curing treatment such as heat treatment, if necessary, The cured rubber layer is prepared by peeling from the master. Further, the rubber mold has an entrance for filling the concave portion corresponding to the convex portion with the curable resin for forming the optical waveguide core, and an outlet for discharging the resin from the concave portion corresponding to the convex portion. Although formed, 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, a mold rubber layer is formed on the master with a mold-forming curable rubber liquid and then peeled off. There is a method in which the entrance and the exit are formed by taking a mold and then cutting both ends of the mold so that the concave portion is exposed. By using a rubber material with a rubber hardness of 5 to 40 and a soft property, the rubber material formed by the molding master of the optical waveguide core increases the molding property of peeling after the optical waveguide core is formed by the soft rubber elasticity, We will give precise optical waveguide core forming ability. For the rubber layer, it is possible to select an appropriate value of the rubber thickness that can maintain the molding accuracy with respect to vibrations and pressure changes during the injection of the optical waveguide core material with high accuracy.
また、ゴム鋳型凹部に連通する貫通孔を凹部の両端に設けることが有効である。進入口側の貫通孔は液（樹脂）溜まりとして利用でき、排出側の貫通孔は減圧吸引管をその中に挿入して凹部内部を減圧吸引装置に接続することができる。また、進入側貫通孔は光導波路コア形成用硬化性樹脂液を注入管に連結して該樹脂液を加圧注入することも可能である。貫通孔は、凹部のピッチにより、各凹部に対応してそれぞれ設けてもよく、また、各凹部に共通に連通する１つの貫通孔を設けてもよい。 It is also effective to provide through holes communicating with the rubber mold recess at both ends of the recess. The through-hole on the entrance side can be used as a liquid (resin) reservoir, and the through-hole on the discharge side can be connected to the vacuum suction device by inserting a vacuum suction pipe into it. Further, the entrance side through-hole can be pressurized and injected by connecting an optical waveguide core forming curable resin liquid to an injection tube. Depending on the pitch of the recesses, the through-holes may be provided corresponding to the respective recesses, or one through-hole communicating with each recess may be provided.
前記硬化されたゴム層の厚さは、ゴム鋳型としての取り扱い性を考慮して適宜決められるが、一般的に全体のゴム層の厚みは５μｍ〜５ｍｍ、より好ましくは３０μｍから７００μｍが適切である。この厚みとゴム硬度(弾性)と低表面エネルギーにより、剥離時の変形剥離性を適正に出来、光硬化後に成型光導波路コアからの界面破壊を抑制させ、また光導波路コア成形時により光導波路コア表面平滑性を維持できる。平滑性（Ｒa）は、１００nm以下、より適正化を計れば４０nm以下の平滑性を達成できる。この表面平滑性の値は使用する光の波長の五分の一以下の表面粗さであれば光の漏れ光を十分抑制でき、より好ましくは光の波長の十分の一以下で有ると光の漏れ量は殆ど低減できる特性である。 The thickness of the cured rubber layer is appropriately determined in consideration of handleability as a rubber mold, but generally the thickness of the entire rubber layer is 5 μm to 5 mm, more preferably 30 μm to 700 μm. . Due to this thickness, rubber hardness (elasticity) and low surface energy, deformation and releasability at the time of peeling can be made appropriate, interface fracture from the molded optical waveguide core can be suppressed after photocuring, and the optical waveguide core can be reduced by molding the optical waveguide core. Surface smoothness can be maintained. The smoothness (Ra) is 100 nm or less, and if it is optimized, a smoothness of 40 nm or less can be achieved. This surface smoothness value can sufficiently suppress light leakage if the surface roughness is one fifth or less of the wavelength of the light used, and more preferably if the surface roughness is one tenth or less of the light wavelength. The amount of leakage is a characteristic that can be almost reduced.
その意味で、ゴム材のゴム硬度（ゴム弾性）、厚み、ゴム鋳型の表面エネルギー値は相互に関係があり、要求される成形精度により重要な制御特性値となっている。これらの要求事項を満足させる事により、近接に電子デバイスや電子回路があるような基板上でも、簡単に部分的に導波路を形成させる事を可能にできる作製工程になっている。 In this sense, the rubber hardness (rubber elasticity) of the rubber material, the thickness, and the surface energy value of the rubber mold are mutually related, and are important control characteristic values depending on the required molding accuracy. By satisfying these requirements, the manufacturing process is such that a waveguide can be easily and partially formed even on a substrate having an electronic device or electronic circuit in the vicinity thereof.
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ゴム鋳型との剥離を促進することもある。
ゴム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、凹部形状を維持する硬さ（硬度）を有すること、クラッド層付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。
Further, the master may be subjected to a release treatment such as application of a release agent in advance to promote peeling from the rubber mold.
The curable resin for forming a rubber mold is such that the cured product can be easily peeled off from the master, has a certain level of mechanical strength and dimensional stability as a mold (repeated use), and has a hardness (hardness to maintain the concave shape) ) And good adhesion to the base material with a clad layer. Various additives can be added to the mold-forming curable resin as necessary.
鋳型形成用硬化性樹脂の未硬化状態では、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を正確に写し取らなければならないので、ある適正の粘度、たとえば、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他の部材に悪影響が出ない程度に加えることもある。 When the mold-forming curable resin is in an uncured state, it can be applied or cast onto the surface of the master, and the projections corresponding to the individual optical waveguide cores formed on the master must be accurately copied. Therefore, it is preferable to have a certain appropriate viscosity, 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, a solvent is used for other members to adjust the viscosity. It may be added to the extent that there is no adverse effect.
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、クラッド層付基材との密着性の点から、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。 The mold-forming curable resin may be a silicone rubber (silicone elastomer) or a silicone resin in terms of peelability, mechanical strength / dimensional stability, hardness, and adhesion to the clad layered base material. An 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、硬化後ゴム状態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 in a rubbery state after curing, which is usually referred to as a liquid silicone rubber (“liquid” includes those having 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、強度及び硬度の制御性から好ましい。また、液状ジメチルシロキサンゴムの硬化物は、一般に屈折率が１．４３程度と低いために、これから作った鋳型は、クラッド層付基材から剥離させずに、そのままクラッド層として利用することができる。この場合には、鋳型と、充填した光導波路コア形成用樹脂及びクラッド層付基材とが剥がれないような工夫が必要になる。 Among the liquid silicone rubbers, liquid dimethylsiloxane rubber is particularly preferable from the viewpoint of adhesion, peelability, strength and hardness controllability. In addition, a cured product of liquid dimethylsiloxane rubber generally has a refractive index as low as about 1.43, and thus a mold made therefrom can be used as it is as a clad layer without being peeled off from the base material with the clad layer. . In this case, it is necessary to devise such that the mold and the filled optical waveguide core forming resin and the base material with the clad layer are not peeled off.
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を正確に写し取り、かつ気泡の混入を少なくして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。５００ｍPa・ｓ以下では注入効率が良過ぎ、クラッド付き基板と鋳型のゴム界面の間に侵入し、形状精度の劣化が見られる事がある。また、７０００ｍPa・ｓ以上であると注入補助手段を尽くしても、注入速度が上がらず、型取り精度に支障をきたし、生産性が低下する。 The viscosity of the liquid silicone rubber is accurately copied from the convex portion corresponding to the optical waveguide core, and from the viewpoint of facilitating defoaming by reducing the mixing of bubbles, and from the point of forming a mold having a thickness of several millimeters, The thing of about 500-7000 mPa * s is preferable, Furthermore, the thing of about 2000-5000 mPa * s is more preferable. At 500 mPa · s or less, the injection efficiency is too good, and it may penetrate between the clad substrate and the rubber interface of the mold, and the shape accuracy may be deteriorated. Moreover, even if the injection auxiliary means is exhausted when the pressure is 7000 mPa · s or more, the injection speed does not increase, the mold taking accuracy is hindered, and the productivity is lowered.
さらに、鋳型の光導波路コア材に接するゴム表面の表面エネルギーは、７ｄｙｎ／ｃｍ〜３０ｄｙｎ／ｃｍ、好ましくは１２ｄｙｎ／ｃｍ〜２１ｄｙｎ／ｃｍの範囲にあることが、基材フィルムとの密着性と光導波路コア形成用硬化性樹脂の浸透速度の点からみて好ましい。７ｄｙｎ／ｃｍ以下では光硬化光導波路コア材液体の微細口への浸透速度が遅くなり製造性に問題を生じる。３０ｄｙｎ／ｃｍ以上では硬化成形物の表面において鋳型剥離時に表面の接着によるダメージが生じ、表面平滑性の大幅な低下を生じる事がある。 Furthermore, the surface energy of the rubber surface in contact with the optical waveguide core material of the mold is in the range of 7 dyn / cm to 30 dyn / cm, preferably 12 dyn / cm to 21 dyn / cm. This is preferable from the viewpoint of the penetration speed of the curable resin for forming the waveguide core. If it is 7 dyn / cm or less, the penetration rate of the photocured optical waveguide core material liquid into the fine mouth becomes slow, which causes a problem in productivity. If it is 30 dyn / cm or more, the surface of the cured molded product may be damaged by adhesion of the surface when the mold is peeled off, and the surface smoothness may be greatly reduced.
ゴム鋳型の表面ゴム層のシェア（Ｓｈａｒｅ）ゴム硬度は、１０〜５０、好ましくは１５〜３０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。１０以下では、型精度が低下し、形状の再現性に問題を生じ、５０以上では鋳型からの型剥離時に適正な弾性が出ないために成形物の表面のダメージが生じる事がある。 The share rubber hardness of the surface rubber layer of the rubber mold is 10 to 50, preferably 15 to 30 from the viewpoint of mold taking performance, maintaining the shape of the recess, and peelability. If it is 10 or less, the mold accuracy is lowered, causing a problem in reproducibility of the shape, and if it is 50 or more, the surface of the molded product may be damaged because proper elasticity does not appear when the mold is peeled from the mold.
ゴム鋳型のゴム層表面粗さ（Ra）は、０．５μｍ以下、好ましくは０．１μｍ以下、より好ましくは０．０５μｍ以下にすることが、形成された光導波路コアの光導波特性において光損失を大幅に低減できる。表面粗さは、使用する光の波長の５分の1以下が必要条件であり、１０分の１以下になるとその光の光導波路コア表面粗さによる導波損失は殆ど無視できるレベルになる。なお、本発明において表面粗さ（算術平均粗さ）Ｒａは、ＪＩＳ Ｂ０６５９の付属書１の記述に順じて表されるものである。 The surface roughness (Ra) of the rubber layer of the rubber mold is 0.5 μm or less, preferably 0.1 μm or less, more preferably 0.05 μm or less. Loss can be greatly reduced. The surface roughness is required to be 1/5 or less of the wavelength of the light to be used. When the surface roughness is 1/10 or less, the waveguide loss due to the surface roughness of the optical waveguide core of the light is almost negligible. In the present invention, the surface roughness (arithmetic average roughness) Ra is expressed in accordance with the description in Appendix 1 of JIS B0659.
また、ゴム鋳型用ゴム材及び光透過性基板は、紫外光領域及び／又は可視領域において５０％／ｍｍ以上の光透過性であることが好ましい。特に３６５nm波長の光に対し５０％／ｍｍ以上の光透過性を有する事が必要である。より好ましくは８０％／ｍｍゴム鋳型のゴム材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（ゴム鋳型にクラッド層付基板を密着させる工程）においてゴム鋳型をクラッド層付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）の工程において光導波路コア形成用硬化性樹脂がゴム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、ゴム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、光導波路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、ゴム鋳型を透して紫外線硬化を効率的に行うためであり、ゴム鋳型の、紫外光領域（３５０ｎｍ〜４００ｎｍ）における透過率が５０％以上であることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the rubber material for rubber molds and the light transmissive substrate have a light transmittance of 50% / mm or more in the ultraviolet light region and / or the visible region. In particular, it is necessary to have a light transmittance of 50% / mm or more with respect to light having a wavelength of 365 nm. More preferably, the rubber material of the 80% / mm rubber mold is light transmissive in the visible region. The rubber mold is attached to the clad layer base in the following (step of adhering the clad layer substrate to the rubber mold). Positioning can be easily performed when closely contacting the material, and it can be observed that the curable resin for forming the optical waveguide core is filled in the concave portion of the rubber mold in the following step (3), so that the completion of the filling can be easily confirmed. It is possible. In addition, it is preferable that the rubber mold is light transmissive in the ultraviolet region. When the ultraviolet curable resin is used as the curable resin for forming the optical waveguide core, the ultraviolet curing is efficiently performed through the rubber mold. Therefore, the transmittance of the rubber mold in the ultraviolet light region (350 nm to 400 nm) is preferably 50% 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、クラッド層付基材との密着性と剥離性、という相反する特性に優れ、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層付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ゴム鋳型は高精度に原盤を写し取り、クラッド層付基材に良く密着するため、ゴム鋳型とクラッド層付基材の間の凹部のみに効率よく光導波路コア形成用樹脂を充填することが可能となり、さらにクラッド層付基材とゴム鋳型の剥離も容易である。したがって、このゴム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。 The curable organopolysiloxane, in particular the liquid silicone rubber that becomes the silicone rubber after curing, has excellent contradictory properties such as adhesion and peelability to the substrate with the clad layer, has the ability to copy the nanostructure, When the clad layer-attached substrate is brought into close contact, even the ingress of liquid can be prevented. The rubber mold using silicone rubber copies the master with high accuracy and adheres well to the base material with the clad layer, so that the optical waveguide core is efficiently formed only in the recess between the rubber mold and the base material with the clad layer. It is possible to fill the resin, and the base material with the clad layer and the rubber mold can be easily peeled off. Therefore, from this rubber mold, a polymer optical waveguide whose shape is maintained with high accuracy can be produced very simply.
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、鋳型ハンドリング性および注入時の光導波路コア材注入圧力変化の対応性が向上する。 In addition, when the cured resin layer, particularly 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 convex portion of the master can be replaced with another rigid material. And the adaptability of the optical waveguide core material injection pressure change at the time of injection are improved.
（２）ゴム鋳型にクラッド層付基材を密着させる工程
本発明において用いるクラッド層付基材に用いられる基材としてはシリコンウェハー基材、ガラス基材、セラミック基材、プラスチック基材等のものが制限なく用いられる。特に加工性ではプラスチック基板がよい。
また屈折率が適正な基材の場合はそのままクラッド層付基材として用いることができるが、本発明のように、光導波方向において屈折率制御を行う為には、前記基材に上記方法に示したように、屈折率の異なる複数の樹脂コートや複数の無基材料をＰＶＤ法で着膜すること等により第１のクラッド層を形成する。
(2) Step of closely attaching a base material with a clad layer to a rubber mold The base material used for the base material with a clad layer used in the present invention is a silicon wafer base material, a glass base material, a ceramic base material, a plastic base material, etc. Is used without limitation. In particular, a plastic substrate is preferable for processability.
In addition, in the case of a base material having an appropriate refractive index, it can be used as it is as a base material with a clad layer. However, as in the present invention, in order to control the refractive index in the direction of optical waveguide, the above-mentioned method is applied to the base material. As shown, the first cladding layer is formed by depositing a plurality of resin coats having different refractive indexes and a plurality of base materials by the PVD method.
また、第１のクラッド層の特性としては、光導波路コア接触面での平滑性において算術平均粗さＲａが０．１μｍ以下であり、より好ましくは０．０７μm以下であると、接続光損失が小さく出来る。またゴム鋳型との密着性に優れ、両者を密着させた場合、ボム鋳型凹部以外に空隙が生じないものが好ましい。また、クラッド層付基材が鋳型及び／又は光導波路コアとの密着性が余り良好でない場合には、オゾン雰囲気による処理、波長３００ｎｍ以下の紫外線照射処理を行って、鋳型等との密着性を改善することが好ましい。 In addition, as a characteristic of the first cladding layer, when the arithmetic average roughness Ra is 0.1 μm or less, more preferably 0.07 μm or less in terms of smoothness at the optical waveguide core contact surface, the connection light loss is reduced. Can be small. Moreover, it is excellent in the adhesiveness with a rubber mold, and when both are made to adhere, the thing which does not produce a space | gap other than a bomb mold recessed part is preferable. In addition, when the substrate with the clad layer is not very good in adhesion with the mold and / or the optical waveguide core, the treatment with an ozone atmosphere and the ultraviolet irradiation treatment with a wavelength of 300 nm or less are performed to improve the adhesion with the mold or the like. It is preferable to improve.
プラスチック基材の中でも、フレキシブルなフィルム基材を用いた高分子光導波路は、カプラー、ボード間の光配線や光分波器等としても使用できる。前記フィルム基材は、作製される高分子光導波路の用途に応じ、その屈折率、光透過性等の光学的特性、機械的強度、表面平滑性、耐熱性、鋳型との密着性、フレキシビリティー（可撓性）等を考慮して選択される。 Among plastic substrates, polymer optical waveguides using flexible film substrates can be used as couplers, optical interconnections between boards, optical demultiplexers, and the like. The film base material has optical properties such as refractive index and light transmittance, mechanical strength, surface smoothness, heat resistance, adhesion to a mold, and flexibility according to the use of the polymer optical waveguide to be produced. It is selected in consideration of tee (flexibility) and the like.
前記フィルム基材の材料としては、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。
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。
Examples of the material for the film base include acrylic resins (polymethyl methacrylate, etc.), alicyclic acrylic resins, styrene resins (polystyrene, acrylonitrile / styrene copolymers, etc.), olefin resins (polyethylene, polypropylene, ethylene Propylene copolymer, etc.), alicyclic olefin resin, vinyl chloride resin, vinylidene chloride resin, vinyl alcohol resin, vinyl butyral resin, arylate resin, fluorine-containing resin, polyester resin (polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate) Phthalate, etc.), polycarbonate resin, cellulose di- or triacetate, amide resin (aliphatic, aromatic polyamide, etc.), imide resin, sulfone resin, polyether sulfone resin, polyether ether ketone resin, polyphenyle Sulfide resins, polyoxymethylene-based resin or a blend of the resin, and the like.
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.
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、光導波路コア・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。 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, an 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, and is an optical waveguide core. (The difference in the refractive index of the clad can be ensured) and excellent optical properties such as high light transmission, excellent adhesion to the mold, and excellent heat resistance. Suitable for the production of waveguides.
また、前記フィルム基材の厚さはフレキシビリティーと剛性や取り扱いの容易さ等を考慮して適切に選ばれ、一般的には０．０３ｍｍ〜０．５ｍｍ程度が好ましい。
フィルム基材表面の平滑性は、Ｒ（ａ）で１０μｍ以下、より好ましくは１μｍ以下更に好ましくは０．１μｍ以下である必要が有る。フィルム基材表面の平滑性が、Ｒ（ａ）で１０μｍ以上では、形成する光導波路コア導波路の形状成形精度が低下し、光の伝播損失が大きくなるため使用が難しい。アンダーコート層を設ける場合でもフィルム基材表面の平滑性が、Ｒ（ａ）で１０μｍ以上ではアンダーコート層に被膜特性や平滑性に大きな問題を生じる事が多い。
The thickness of the film base material is appropriately selected in consideration of flexibility, rigidity, ease of handling, etc., and is generally preferably about 0.03 mm to 0.5 mm.
The smoothness of the film substrate surface needs to be 10 μm or less in R (a), more preferably 1 μm or less, and still more preferably 0.1 μm or less. If the smoothness of the surface of the film substrate is 10 μm or more in R (a), the shape forming accuracy of the optical waveguide core waveguide to be formed is lowered and the propagation loss of light is increased, which makes it difficult to use. Even when an undercoat layer is provided, if the smoothness of the surface of the film substrate is 10 μm or more in R (a), a great problem is often caused in the coating properties and smoothness in the undercoat layer.
前記導電性パターンは、クラッド層付基材の光導波路非形成部に、全面又は部分的に導電性層を塗布、PVD法、箔の接着法により形成し、これを、常法（フォトリソ法、ドライエッチング法、レーザー加熱走査法 放電加工法等）によりパターニングする。電子回路導電性層としてはクロム、銅、アルミ、金、モリブデン、ニッケル、銀、白金、鉄、チタン、亜鉛、タングステン、鈴等の金属またはそれらの金属を含む合金等の１層又は複合薄膜層、導電性金属化合物、高分子材料にカーボンブラック等の導電性微粉末を添加した薄膜等が用いられる。特に電子回路の導電性パターンは、各電子デバイスや光制御デバイスとの電気的導通の実装を可能にする為に、ワイヤーボンデイング法やフリップチップ実装の適正がある金、銅、アルミ、モリブデン、ニッケル、及びその合金類が特に良い。 The conductive pattern is formed by applying a conductive layer over the entire surface or part of the optical waveguide non-forming portion of the base material with a cladding layer, PVD method, and foil adhesion method. Patterning by a dry etching method, a laser heating scanning method, an electric discharge machining method, or the like). As an electronic circuit conductive layer, one layer or a composite thin film layer such as a metal such as chromium, copper, aluminum, gold, molybdenum, nickel, silver, platinum, iron, titanium, zinc, tungsten, bell, or an alloy containing such a metal. In addition, a conductive metal compound, a thin film obtained by adding a conductive fine powder such as carbon black to a polymer material, or the like is used. In particular, the conductive pattern of the electronic circuit is gold, copper, aluminum, molybdenum, nickel that is suitable for wire bonding and flip chip mounting to enable mounting of electrical continuity with each electronic device and light control device. And their alloys are particularly good.
前記導電性層の膜厚は０．０５μｍ〜３０μｍ程度が適切である。より好ましくは０．２μｍ〜２μｍ厚が適切である。
また、導電性パターンは、クラッド層付基材の光導波路コアの非形成面に設けることが好ましいく、また積層させることも可能である。
The thickness of the conductive layer is suitably about 0.05 μm to 30 μm. More preferably, a thickness of 0.2 μm to 2 μm is appropriate.
In addition, the conductive pattern is preferably provided on the non-formation surface of the optical waveguide core of the clad layer-coated substrate, and can also be laminated.
（３）クラッド層付基材が密着された前記ゴム鋳型の凹部に光導波路コア形成用硬化性樹脂を充填する工程
ゴム鋳型の凹部に光導波路コア形成用硬化性樹脂を充填するには、ゴム鋳型にゴム鋳型より一回り大きいサイズの第１のクラッド層によるクラッドフィルムまたは第１のクラッド層が設けられたクラッド層付基材を密着させ、凹部の進入口に光導波路コア形成用硬化性樹脂を少量垂らし毛細管現象を利用して充填したり、凹部に光導波路コア形成用硬化性樹脂を加圧充填したり、凹部の排出口を減圧吸引したり、あるいは加圧充填と減圧吸引の両方を行うなどにより充填することができる。前記のごとく凹部端部に貫通孔を設けた場合は、進入側貫通孔に樹脂を溜め加圧充填する方法や、排出側貫通孔に減圧吸引管を挿入して減圧吸引する方法等を用いることができる。
(3) Step of filling the concave portion of the rubber mold with the clad layer-attached base material into the concave portion of the rubber mold to form the optical waveguide core forming curable resin A clad film made of a first clad layer having a size slightly larger than that of a rubber mold or a substrate with a clad layer provided with the first clad layer is brought into close contact with the mold, and an optical waveguide core forming curable resin is formed at the entrance of the recess. Applying a small amount of capillarity, filling the recess with pressure-curable resin for forming an optical waveguide core, vacuuming the outlet of the recess, or both pressure filling and vacuum suction It can be filled by performing. When a through hole is provided at the end of the recess as described above, a method of storing resin in the entrance side through hole and pressurizing and filling, or a method of inserting a vacuum suction pipe into the discharge side through hole and performing vacuum suction, etc., is used. Can do.
また、前記加圧充填と減圧吸引を併用する場合はこれらを同期して行うことがさらに好ましく、前記加圧充填において圧力を段階的に増加させ、前記減圧吸引において圧力を段階的に減少させることが、ゴム鋳型が安定して固定された状態で、光導波路コア形成用硬化性樹脂をより高速に注入する相反則を両立させる点からみて好ましい。 In addition, when the pressure filling and the vacuum suction are used in combination, it is more preferable to synchronize them, and the pressure is increased stepwise in the pressure filling and the pressure is reduced stepwise in the vacuum suction. However, it is preferable from the viewpoint of reciprocal law in which the curable resin for forming an optical waveguide core is injected at a higher speed while the rubber mold is stably fixed.
前記加圧充填及び／又は減圧吸引は、静圧力で行うことが好ましい。静圧力で行うことで、脈動を防止することができる。静圧力は、加圧充填及び／又は減圧吸引する装置と、進入部又は排出部との途中に空間を設けたり、加圧充填の場合は高低差を利用したりするなどして発現させることができる。 The pressure filling and / or vacuum suction is preferably performed at a static pressure. By performing with static pressure, pulsation can be prevented. The static pressure can be expressed by providing a space in the middle of the pressure filling and / or decompression suction device and the entry part or the discharge part, or by using a height difference in the case of pressure filling. it can.
光導波路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。特に、電子部品や素子、光部品や素子の混在した基板において高い温度の工程はその部品の性能劣化や耐久性に影響を与えることが多いが、この光硬化現象を用いるプロセスは、光照射と常温での注入工程だけである為に、常温または１２０℃以下の条件下で全工程特に型取り工程を行なう為に、電子回路や光回路を作製した後に、付加的にプロセスを行なってもその回路基板性能に悪影響を与えない。 As the curable resin for forming the optical waveguide core, resins such as radiation curable, electron beam curable, and thermosetting can be used, and among them, ultraviolet curable resins and thermosetting resins are preferably used. In particular, high-temperature processes in substrates with a mixture of electronic components and elements, optical components and elements often affect the performance degradation and durability of the components. Since it is only an injection process at room temperature, it is possible to perform an additional process after manufacturing an electronic circuit or an optical circuit in order to perform all processes, particularly a mold-making process, at room temperature or under 120 ° C. Does not adversely affect circuit board performance.
前記光導波路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。特に、オリゴマーの混合は硬化の速度を助けたり、形状の精度向上に役に立つ。 As the ultraviolet curable resin or thermosetting resin for forming the optical waveguide core, an ultraviolet curable or thermosetting monomer, an oligomer, or a mixture of a monomer and an oligomer is preferably used. In particular, the mixing of the oligomer helps the curing speed and improves the accuracy of the shape.
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。
光導波路コア形成用硬化性樹脂は、鋳型とフィルム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、用いる光導波路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。前記硬化性樹脂の未硬化時の粘度は、５０ｍPa・ｓ〜２０００ｍＰａ・ｓ、望ましくは１００ｍPa・ｓ〜１０００ｍPa・ｓ、更に好ましくは３００ｍPa・ｓ〜７００ｍPa・ｓにするのが、充填速度、光導波路コア形状の良さ及び光損失の少なさの点から好ましい。５０ｍPa・ｓ以下では、ゴム鋳型とクラッド層付基板の不要な隙間に入り込み、成形性や形状ばらつきを生じ特性を損ねる事があり、また２０００ｍＰａ・ｓ以上では浸透速度が極端に遅くなり、生産性が低下する。
In addition, an epoxy-based, polyimide-based, or acrylic-based ultraviolet curable resin is preferably used as the ultraviolet curable resin.
The curable resin for forming the optical waveguide core is filled in the void (mold recess) formed between the mold and the film substrate, so that the curable resin for forming the optical waveguide core is sufficient to make it possible. It must be low viscosity. The uncured viscosity of the curable resin is 50 mPa · s to 2000 mPa · s, preferably 100 mPa · s to 1000 mPa · s, more preferably 300 mPa · s to 700 mPa · s. This is preferable from the viewpoint of good core shape and low optical loss. If it is less than 50 mPa · s, it may get into unnecessary gaps between the rubber mold and the substrate with the clad layer, resulting in moldability and shape variation, and the characteristics may be impaired. Decreases.
また、原盤に形成された光導波路コアに対応する凸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大の原因になる。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０．０１％〜４％の範囲にあることが望ましい。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。特に、０．０１％以下もしくは体積膨張する材料系はゴム鋳型からの剥離効率が下がり、ゴム鋳型からの剥離時に表面の破断等の表面劣化が生じる為、表面の平滑性が低下し、光導波損失が上昇し、好ましくない。 Further, in order to reproduce the original shape of the convex portion corresponding to the optical waveguide core formed on the master with high accuracy, it is necessary that the volume change before and after curing of the curable resin is small. For example, a decrease in volume causes a large waveguide loss. Therefore, the curable resin desirably has a volume change as small as possible, and is desirably 10% or less, preferably 0.01% to 4%. Lowering the viscosity using a solvent is preferably avoided if possible because the volume change before and after curing is large. In particular, a material system with a volume of 0.01% or less or volume expansion reduces the peeling efficiency from the rubber mold and causes surface degradation such as surface breakage when peeling from the rubber mold, resulting in reduced surface smoothness and optical waveguide. Loss increases, which is not preferable.
光導波路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、前記硬化性樹脂にポリマーを添加することができる。前記ポリマーは光導波路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。 In order to reduce the volume change (shrinkage) after curing of the curable resin for forming an optical waveguide core, a polymer can be added to the curable resin. The polymer is preferably compatible with the curable resin for forming the optical waveguide core 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.
光導波路コア形成用硬化性樹脂の硬化物の屈折率は１．２０から１．６０の範囲、より好ましくは１．４から１．６の範囲が好ましく、硬化物の屈折率が前記範囲内に入る２種類以上の屈折率の異なる樹脂が用いられる場合も有る。 The refractive index of the cured product of the curable resin for forming the optical waveguide core is preferably in the range of 1.20 to 1.60, more preferably in the range of 1.4 to 1.6, and the refractive index of the cured product is within the above range. In some cases, two or more types of resins having different refractive indexes are used.
また、この工程において、毛細管現象による光導波路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（０．１Ｐａ〜２００Ｐａ程度）することが望ましい。
また、前記充填をより促進するため、前記系の減圧に加えて、鋳型の進入口から充填する光導波路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 step, it is desirable to reduce the pressure of the entire system (about 0.1 Pa to 200 Pa) in order to promote filling of the mold concave portion with the curable resin for forming the optical waveguide core by capillary action.
In order to further promote the filling, it is an effective means to lower the viscosity by heating the curable resin for forming the optical waveguide core to be filled from the entrance of the mold in addition to the decompression of the system. is there.
（４）充填された光導波路コア形成用硬化性樹脂を硬化させて光導波路コアを形成する工程
充填した光導波路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の硬化を加速させる手段も有効である。前述の通り、硬化に際しての温度条件としては、常温下または１２０℃以下の常温に近い温度条件が好ましい。
(4) Step of curing the filled optical waveguide core forming curable resin to form the optical waveguide core The cured optical waveguide 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. In order to cure the thermosetting resin, means for accelerating curing such as heating in an oven is also effective. As described above, the temperature condition at the time of curing is preferably a room temperature condition near room temperature or 120 ° C. or less.
（５）前記ゴム鋳型を前記クラッド層付基材から剥離する工程
前記光導波路コア形成用硬化性樹脂を硬化させる工程の後、ゴム鋳型をクラッド層付基材から剥離する。また、前記（１）〜（３）の工程で用いるゴム鋳型は、屈折率等の条件を満たせばそのままクラッド層に用いることも可能で、この場合は、ゴム鋳型を剥離する必要はなくそのままクラッド層として利用する。この場合、ゴム鋳型と光導波路コア材料の接着性を向上させるためにゴム鋳型をオゾン処理することが好ましい。
(5) The process of peeling the said rubber mold from the said base material with a clad layer After the process of hardening the said curable resin for optical waveguide core formation, a rubber mold is peeled from the base material with a clad layer. Further, the rubber mold used in the steps (1) to (3) can be used as it is for the cladding layer as long as the conditions such as the refractive index are satisfied. Use as a layer. In this case, the rubber mold is preferably subjected to ozone treatment in order to improve the adhesion between the rubber mold and the optical waveguide core material.
（６）前記光導波路コアが形成された前記クラッド層付基材上に、光導波方向端部を含む第１の領域及び反光導波方向端部を含む第２の領域の屈折率が、該光導波方向端部及び該反光導波方法端部を含まない第３の領域の屈折率より高くなるように、第２のクラッド層を形成する工程
光導波路コアが形成されたフィルム基材の上に第２のクラッド層を形成するが、上述のように、第２のクラッド層としてはフィルム（たとえば前記（２）の工程で用いたようなクラッド層付基材が同様に用いられる）や、クラッド層用硬化性樹脂を塗布して硬化させた層、高分子材料の溶剤溶液を塗布して乾燥して得られる高分子膜等が挙げられる。
これらの第２のクラッド層は、上述のように、光導波方向端部を含む第１の領域及び反光導波方向端部を含む第２の領域の屈折率が、該光導波方向端部及び該反光導波方法端部を含まない第３の領域の屈折率より高くなるように調製される。
(6) The refractive index of the first region including the end portion in the optical waveguide direction and the second region including the end portion in the anti-light waveguide direction on the substrate with the clad layer on which the optical waveguide core is formed is A step of forming the second cladding layer so as to be higher than the refractive index of the third region not including the end portion in the optical waveguide direction and the end portion of the anti-optical waveguide method. On the film substrate on which the optical waveguide core is formed As described above, the second cladding layer is a film (for example, a substrate with a cladding layer as used in the step (2) is also used), Examples thereof include a layer obtained by applying and curing a curable resin for a cladding layer, and a polymer film obtained by applying and drying a solvent solution of a polymer material.
As described above, these second cladding layers have the refractive index of the first region including the optical waveguide direction end and the second region including the anti-optical waveguide direction end so that the optical waveguide direction end and The refractive index is adjusted to be higher than the refractive index of the third region not including the end portion of the anti-light waveguide method.
第２のクラッド層としてフィルムを用いる場合は、接着剤を用いて貼り合わされるが、その際、接着剤の屈折率が該フィルムの屈折率と近く且つ複数の屈折率を有する材料から選択することが望ましい。用いる接着剤は紫外線硬化性樹脂又は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。それにより屈折率の複数パターンのクラッド層が形成される。なお、該フィルムは、できるだけ薄い方が好ましい。 When a film is used as the second cladding layer, it is bonded using an adhesive, and at this time, the refractive index of the adhesive is close to the refractive index of the film and is selected from materials having a plurality of refractive indexes. Is desirable. As the adhesive to be used, 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. Thereby, a clad layer having a plurality of refractive indexes is formed. The film is preferably as thin as possible.
本発明の高分子光導波路デバイス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樹脂、中でも液状ジメチルシロキサン液を用い、クラッド層付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１０μｍ×１０μｍの矩形）、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 a polymer optical waveguide device of the present invention, in particular, a liquid silicone resin that is cured as a curable resin for forming a mold and becomes a rubbery state, particularly a liquid dimethylsiloxane solution, is used as a base material with a clad layer as a base chain. The combination using a cycloaliphatic olefin resin having a norbornene structure and having a polar group such as an alkyloxycarbonyl group in the side chain has particularly high adhesion between the two, and there is no deformation of the mold recess structure. Even if the cross-sectional area is extremely small (for example, a rectangle of 10 μm × 10 μm), the recess can be quickly filled with the curable resin.
また、本発明の高分子光導波路デバイスの製造方法においては、上記（１）に示したゴム鋳型を準備する工程において、前記硬化樹脂層を強化部材によって補強することが好ましい。また、強化部材には光導波路コア形成用硬化性樹脂を圧入するための注入口（図９（Ａ）の仮想線で示す２４ｂ参照）が設けられている。注入口には注入管が挿入連結される。注入口は複数設け、加圧状態が各凹部の進入部（充填口）において均一になるようにすることが好ましい。さらに、ゴム鋳型内部を減圧状態にすることにより充填速度をさらに上げられるように、強化部材の注入口とは反対側（光導波路コア樹脂がゴム鋳型凹部より排出される側）に排気口（図９（Ａ）の仮想線で示す２４ｃ参照）を設け、これに減圧脱気管を挿入連結し凹部排出側を減圧吸引することができる。排気口も複数設け、ゴム鋳型凹部の排出側において減圧状態が偏らないようにすることが好ましい。 Moreover, in the manufacturing method of the polymer optical waveguide device of this invention, it is preferable to reinforce the said cured resin layer with a reinforcement member in the process of preparing the rubber mold shown in said (1). Further, the reinforcing member is provided with an injection port (see 24b indicated by an imaginary line in FIG. 9A) for press-fitting the curable resin for forming the optical waveguide core. An injection tube is inserted and connected to the inlet. It is preferable to provide a plurality of injection ports so that the pressurized state is uniform at the entry portion (filling port) of each recess. Further, an exhaust port (see FIG. 5) on the side opposite to the injection port of the reinforcing member (the side on which the optical waveguide core resin is discharged from the concave portion of the rubber mold) so that the filling speed can be further increased by reducing the pressure inside the rubber mold. 9 (A) 24c shown by the phantom line), and a vacuum deaeration tube can be inserted and connected to the concave discharge side to perform vacuum suction. It is preferable to provide a plurality of exhaust ports so that the decompressed state is not biased on the discharge side of the rubber mold recess.
前述のように充填速度を上げるため、ゴム鋳型の進入部から光導波路コア形成用硬化性樹脂を加圧充填したり、これに加えゴム鋳型凹部の排出側を減圧吸引すると、加圧又は減圧の圧力変化が起きた場合においても、強化部材を設けることにより、ゴム鋳型とクラッド層付基材との間で位置ずれが生じたり、ゴム鋳型全体や部分で振動が発生してゴム鋳型が変形したり、クラッド層付基材との密着性が損なわれたりするなどを防止することができ、光導波路コア形状の精度を犠牲にすることなく、充填速度を大きくすることができる。 As described above, in order to increase the filling speed, the curable resin for forming the optical waveguide core is pressurized and filled from the entrance portion of the rubber mold, or if the discharge side of the concave portion of the rubber mold is sucked under reduced pressure, Even when a pressure change occurs, by providing a reinforcing member, the rubber mold and the base material with the clad layer may be misaligned, or the rubber mold may be deformed due to vibration generated in the whole or part of the rubber mold. Or the adhesion with the clad layer-attached base material can be prevented, and the filling speed can be increased without sacrificing the accuracy of the optical waveguide core shape.
強化部材を設けた鋳型を用いる場合について、図を用いて説明する。図６（Ａ）は、クラッド層付基材３０に強化部材２４を設けたゴム鋳型を密着させた斜視図を示す。図６（Ａ）中２４は、強化部材であり、ゴム鋳型凹部形成領域（紫外線等の照射領域）は強化部材を切り欠いた構造となっている。また、２６ａ、２６ｂは、注入管を、２８ａ、２８ｂは減圧脱気管をそれぞれ示し、９０は強化部材２４とクラッド層付基材３０とがわずかでも位置ズレを起こさないようにするために、両者を固定するためのネジである。２０ａは、ゴム鋳型の硬化樹脂層であり、この部分は強化部材２４により覆われていない。
図６（Ｂ）は、図６（Ａ）のＡ―Ａ断面図であり、２２はゴム鋳型凹部を示している。
A case where a mold provided with a reinforcing member is used will be described with reference to the drawings. FIG. 6A shows a perspective view in which a rubber mold provided with a reinforcing
6B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 6A, and 22 indicates a rubber mold recess.
図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は、図６と同様な強化部材を備えたゴム鋳型を用いる例を示し、クラッド層付基材とゴム鋳型が位置づれしないように、クラッド層付基材を保持する保持部（凹部）を有する保持部材９２を用いるもので、これも特にクラッド層付基材としてフレキシブルフィルムを用いる場合に有効である。また、この例では、鋳型凹部形成領域（紫外線等の照射領域）に石英板、ガラス板、硬質プラスチック板のように光透過性基板２４ａを用い、事前に光導波路コアの凹部に類似の形状で光導波路コア形状より少し大きい形状の溝部分を成型し、その溝に沿って光導波路コアの原盤を用いてゴム材の鋳型部分を作製している。これにより、ゴム材の欠点である弾性特性を近接して剛体の凹部により振動や変形によるゴム鋳型の不安定さを解消させることができ、高精度な成型性能を得ることができる。
7 (A) and 7 (B) show an example using a rubber mold provided with the same reinforcing member as in FIG. 6, and the base with the clad layer is arranged so that the base with the clad layer and the rubber mold are not positioned. A holding
なお、強化部材を備えたゴム鋳型の態様としては、上記に限られるものではない。
例えば、図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に示すように、保持部材９２にゴム鋳型を固定するための嵌合用溝（図示省略）を設けると共に、ゴム鋳型の強化部材に該嵌合用溝に嵌めるような形状の嵌合用部材（図示省略）を設け、嵌合用部材２９を嵌合用溝９３の中に嵌め込んで固定するようにしてもよい。
The aspect of the rubber mold provided with the reinforcing member is not limited to the above.
For example, as shown in FIGS. 8A and 8B, a fitting groove (not shown) for fixing the rubber mold to the holding
前記強化部材の材料としては金属材料、セラミック材料、硬質プラスチック材料等及びそれらの複合材料で作られ、その厚さは１ｍｍ〜４０ｍｍ程度が適切である。
本発明の高分子光導波路デバイス６０の製造方法において、前記のように充填速度を上げるため、鋳型の進入口から光導波路コア形成用硬化性樹脂を加圧充填したり、これに加え鋳型凹部の排出側を減圧吸引すると、加圧又は減圧の圧力変化が起きた場合鋳型とクラッド層付基材との間で位置ずれが生じたり、鋳型全体や部分で振動が発生して鋳型が変形したり、クラッド層付基材との密着性が損なわれるなどの虞がある。しかし、強化部材を設けることにより前記のごとき不具合がなくなり、光導波路コア形状の精度を犠牲にすることなく、充填速度を大きくすることができる。
The reinforcing member is made of a metal material, a ceramic material, a hard plastic material, or a composite material thereof, and a thickness of about 1 mm to 40 mm is appropriate.
In the manufacturing method of the polymer
また、複数の光導波路コアをクラッド層付基材上に形成する場合、前記のごとき強化部材を設けたゴム鋳型の硬化樹脂層に、圧力緩和のための空隙部を設けることが好ましい。空隙部は、ゴム鋳型の複数凹部の一方の端部における進入部（光導波路コア形成用硬化性樹脂の充填口）のすべての進入部に連通する共通の空間を意味する。また、前記の空隙に加え、ゴム鋳型の複数凹部の他端部における排出部のすべての排出部に連通する空隙部を設けることが好ましい。進入部に空隙部を設けることにより、進入部に直接注入圧力が作用せず、各進入部に対する注入圧力が緩和され均一化される。また、排出部空隙を設けることにより、吸引負圧の緩和と均一化が得られ、ゴム鋳型各凹部への樹脂の注入が均一化される。 When a plurality of optical waveguide cores are formed on a substrate with a clad layer, it is preferable to provide a gap for pressure relaxation in the cured resin layer of the rubber mold provided with the reinforcing member as described above. The void portion means a common space that communicates with all the entrance portions of the entrance portion (filling port of the curable resin for forming the optical waveguide core) at one end portion of the plurality of recesses of the rubber mold. Moreover, it is preferable to provide the space | gap part connected to all the discharge parts of the discharge part in the other end part of the several recessed part of a rubber mold in addition to the said space | gap. By providing the gap portion in the entry portion, the injection pressure does not act directly on the entry portion, and the injection pressure for each entry portion is relaxed and made uniform. Further, by providing the discharge part gap, the suction negative pressure can be relaxed and made uniform, and the injection of the resin into each recess of the rubber mold is made uniform.
次に、作製した高分子光導波路デバイス６０の導波路中間部に光学素子を導入する工程を、図１０及び図１１により説明する。
図１０は、光学素子の高分子光導波路への実装例を示す概略図であり、この例では光導波路コア部６２を切断して作製された空間に面状の光学素子が底面（最も広い面）を向けて挿入される。図１０（Ａ）は作製された導波路基板（光導波路コア部６２がクラッド部６４に挟まれた状態のもの、以下同様）、図１０（Ｂ）は導波路基板６１に空間６６が作製された状態、図１０（Ｃ）は空間６６が作製された導波路基板６０と剛体基板７０とを接着した状態、図１０（Ｄ）は空間６６に光学素子８０をはめ込む状態を各々示す斜視図である。
Next, a process of introducing an optical element into the intermediate waveguide portion of the produced polymer
FIG. 10 is a schematic diagram showing an example of mounting an optical element on a polymer optical waveguide. In this example, a planar optical element is formed in a space formed by cutting the optical waveguide core portion 62 (the widest surface). ) Is inserted. 10A shows the manufactured waveguide substrate (in the state where the optical
また図１１は、光学素子の高分子光導波路への他の実装例を示す概略図であり、この例では光導波路コア部６２を切断して作製された溝に板状の光学素子が側面を向けて挿入される。図１１（Ａ）は基体上に設置された導波路基板、図１１（Ｂ）は導波路基板６１に溝を作製している状態、図１１（Ｃ）は溝６８が作製された導波路基板６０、図１１（Ｄ）は溝６８に光学素子８０をはめ込んだ状態を各々示す斜視図等である。
FIG. 11 is a schematic view showing another example of mounting an optical element on a polymer optical waveguide. In this example, a plate-like optical element has a side surface in a groove formed by cutting the
なお、図１０、図１１においては、１本の光導波路コア部６２に対して光学素子８０を挿入する例を示すが、本発明においては、１つの光学素子に対して光導波路コア部が複数存在していてもよい。また、光導波路コア部の形状としては、直線状だけでなく曲線状（曲率半径が１ｍｍ以上）の光導波路コア部であってもよい。
10 and 11 show an example in which the
以下、各工程について説明する。
＜光学素子設置用の空間または溝を作製する工程＞
前記のようにして完成した高分子光導波路デバイスでは、クラッド層付基材としてのフィルムまたは剛体基板上に導波路としての光導波路コア部が形成され、さらに光導波路コア部を覆うようにクラッド層付基材上に上部クラッド層が形成されている。本工程では、この高分子光導波路の途中に光学素子を挿入するため、光導波路コア部の導波方向の中間部に該光導波路コア部を切断するように空間または溝を作製する。
Hereinafter, each step will be described.
<Process for producing space or groove for installing optical element>
In the polymer optical waveguide device completed as described above, an optical waveguide core portion as a waveguide is formed on a film or a rigid substrate as a substrate with a cladding layer, and the cladding layer is further covered so as to cover the optical waveguide core portion. An upper cladding layer is formed on the attached substrate. In this step, in order to insert an optical element in the middle of the polymer optical waveguide, a space or a groove is formed in the middle portion of the optical waveguide core portion in the waveguide direction so as to cut the optical waveguide core portion.
ここで上記空間とは、例えば図１０（Ｄ）に示すように、面状の光学素子８０を平置きで光導波路コア部６２の中間に挿入できるようにするため、導波路基板６１の片面側から光導波路コア部６２を切断するように広い面積で作製される打ち抜き部分をいう。また、前記溝とは例えば図１１（Ｄ）に示すように、板状の光学素子をその側面を向けて光導波路コア部６２の中間に挿入できるようにするため、導波路基板６１の片面側から光導波路コア部６２を切断するように狭い面積で作製される切削部分をいう。この溝６８は、前記空間６６と異なり導波路基板６０の導波方向と交わる方向の端部に達していてもよい。
Here, for example, as shown in FIG. 10 (D), the above-mentioned space refers to one side of the
なお、上記空間、溝ともに、光導波路コア部６２を切断するように作製されればよく、導波路基板６１を必ずしも貫通するように作製される必要はない。ただし、後述するように、特に空間６６を形成しこの空間に面状の光学素子８０等を挿入する場合には、光導波路コア部６２と光学素子８０との位置合わせの精度を確保する観点から貫通するように作製することが好ましい。
It should be noted that both the space and the groove need only be produced so as to cut the optical
光導波路コア部６２を切断するように光導波路コア部６２の中間部空間または溝を形成するためには、打抜き法（金型抜き打ち、トムソン刃、押し切り刃等を用いる方法）や切断法（レーザー光線走査、精密針走査等による方法）、さらに切削法（ドライエッチング、湿式エッチング、機械加工等による方法）などを用いることができる。これらの中では特に、ウェハー切断用のダイサー装置を用いて切断溝を作製する方法が、端部導波路面の光学面精度が得られる（面の粗さＲａとしては、Ｒａ＜１００ｎｍ）点から好ましい。
In order to form the intermediate space or groove of the
本発明においては、前記空間６６または溝６８を設置する光学素子８０よりやや大きなサイズで作製することが好ましい。その理由は、後述するように光学素子８０を挿入した場合に、光導波路コア部６２の切断端部と光学素子光路部との間に空気層が存在すると光損失が大きくなるため、この空隙に光学接着剤を充填することが好ましいからである。
In the present invention, it is preferable that the size is slightly larger than the
具体的には、設置される光学素子８０の導波方向の長さより３μｍ〜５ｍｍ長い導波方向の長さを有する空間６６または溝６８を作製することが好ましく、２０μｍ〜１ｍｍ長い導波方向の長さを有する空間６６または溝６８を作製することがより好ましい。３μｍに満たないと光学素子８０のはめ込みが困難となるだけでなく光学接着剤の充填も困難となる場合がある。５ｍｍを超えると光学接着剤を充填しても光損失が大きくなってしまう場合がある。
Specifically, it is preferable to create a
本発明においては、前記空間または溝を作製する工程において、図１０（Ｂ）に示すようにクラッド層付基材まで貫通するように空間または溝を作製し、光学素子を挿入する前に、図１０（Ｃ）に示すように、導波路基板６１におけるクラッド層付基材の光導波路コア部６２が形成された面と反対側の面に下地材として剛体基板７０を接着することが好ましい。このように下地材を設けその上に光学素子を設置することにより（図１０（Ｄ））、光導波路コア部６２と光学素子光路部との高さ方向（導波路基板の厚み方向）の位置合わせを精度よく行うことができる。
In the present invention, in the step of forming the space or groove, the space or groove is formed so as to penetrate to the substrate with the clad layer as shown in FIG. As shown in FIG. 10C, it is preferable to adhere a
前記剛体基材７０の材質は、ガラス、金属、セラミックなど特に制限されないが、その表面の算術平均粗さＲａが２０ｎｍ〜２μｍの範囲であることが好ましく、０．１〜０．５μｍの範囲であることがより好ましい。Ｒａが２μｍを超えると、下地材を設けても十分な面出しの精度が得られない場合がある。またＲａが２０ｎｍに満たない表面は実際上コスト高となり得ることが困難である。
The material of the
一方、図１０（Ｂ）に示すように、導波路基板６１に対してダイサーブレード６５などを用いて一定の角度θをもって溝を作製する場合には、特に導波路基板６１を構成するクラッド層付基材がフィルム等の場合に導波路基板６１自体の固定・安定化のために、図１０（Ａ）に示すように、当初から導波路基板６１に支持体７５を設けてもよい。
On the other hand, as shown in FIG. 10B, when a groove is formed with a certain angle θ using a
＜光学素子を挿入し位置決めする工程＞
本工程では、設置すべき光学素子を用意し、前記作製された空間または溝に対しその光学素子を挿入し位置決めを行う。本発明においては、光導波路が高分子であるため、前記空間作製時に切断された光導波路コア部の端面はそのまま接続損失の少ない光学端面とすることができる。また、通常の硬い無機材料の光導波路の場合には、挿入される光学素子も硬いものであるため挿入が困難であるが、高分子光導波路の場合には導波路が多少弾性を有するため容易に挿入することができる。
<Step of inserting and positioning an optical element>
In this step, an optical element to be installed is prepared, and the optical element is inserted and positioned in the produced space or groove. In the present invention, since the optical waveguide is a polymer, the end surface of the optical waveguide core section cut at the time of producing the space can be used as it is as an optical end surface with little connection loss. In addition, in the case of an ordinary optical waveguide made of a hard inorganic material, it is difficult to insert the optical element because the optical element to be inserted is also hard, but in the case of a polymer optical waveguide, the waveguide is somewhat elastic because it is somewhat elastic. Can be inserted into.
この場合、作製された空間または溝に対し光学素子を挿入した時、光学素子の光路部と切断された光導波路コア部端面との最大空隙幅が０．４ｍｍ以下となるように光学素子を位置決めすることが好ましく、０．１５ｍｍ以下となるようにすることがより好ましい。 In this case, when the optical element is inserted into the produced space or groove, the optical element is positioned so that the maximum gap width between the optical path portion of the optical element and the end surface of the cut optical waveguide core portion is 0.4 mm or less. It is preferable to set it to 0.15 mm or less.
上記最大空隙幅とは、空間または溝に光学素子を設置した場合の前記光路部と光導波路コア部端面とが最も離れた位置となる長さをいう。最大空隙幅が０．４ｍｍを超えると、後述するような空隙に光学接着剤を充填しても光損失が大きくなってしまう場合がある。
なお、光導波路コア部と光学素子光路部との高さ方向のずれ幅は、光導波路コア径の±１０％以内であることが好ましい。
The maximum gap width refers to a length at which the optical path portion and the end face of the optical waveguide core portion are located farthest when an optical element is installed in a space or a groove. If the maximum gap width exceeds 0.4 mm, the optical loss may increase even if an optical adhesive is filled in the gap as described later.
The deviation width in the height direction between the optical waveguide core portion and the optical element optical path portion is preferably within ± 10% of the optical waveguide core diameter.
本発明に用いられる光学素子としては、光学スイッチなどのアクティブ光学素子、光学フィルター、光学反射板、回折格子、光学レンズなどのパッシブ光学素子が挙げられるが、これらの中では、光学フィルター、光学レンズ、光学ミラー、光学スイッチ、発光素子及び受光素子のうちのいずれか１以上を用いることが好ましい。 Examples of the optical elements used in the present invention include active optical elements such as optical switches, optical filters, optical reflectors, diffraction gratings, and passive optical elements such as optical lenses. Among these, optical filters and optical lenses Any one or more of an optical mirror, an optical switch, a light emitting element, and a light receiving element are preferably used.
また、前記光学素子を挿入するに際し素子搭載基板を用いることが、挿入された光学素子を支持し、位置決めの精度を高くする観点から好ましい。上記素子搭載基板としては、石英基板、シリコンウェハー、高平滑フィルムなどを用いることができる。 In addition, it is preferable to use an element mounting substrate when inserting the optical element from the viewpoint of supporting the inserted optical element and increasing positioning accuracy. As the element mounting substrate, a quartz substrate, a silicon wafer, a highly smooth film, or the like can be used.
＜光学素子の光路部と光導波路コア部とを光接合する工程＞
本工程は、差込んだ光学素子の光路部と光導波路コア部とを光学的に接合する工程である。前記光接合は光学素子を挿入した状態のままでも可能であるが、位置ずれを防ぐため何らかの方法により位置決めされた光学素子を固定することが好ましい。また、光学素子を挿入したままの状態では、光学素子と光導波路コア部との空隙は空気層であるので光導波路コア部との屈折率差が大きく光損失が大きい。そこで、本発明においては、挿入し設置した光学素子の光路部と光導波路コア部との間の微小空間に、光導波路コア部との屈折率差が±０．２以内、より好ましくは±０．０５以内の屈折率を有する光学接着剤を充填することが好ましい。
<The process of optically joining the optical path portion of the optical element and the optical waveguide core portion>
This step is a step of optically joining the optical path portion of the inserted optical element and the optical waveguide core portion. The optical joining can be performed with the optical element inserted, but it is preferable to fix the optical element positioned by any method in order to prevent displacement. In the state where the optical element is inserted, the gap between the optical element and the optical waveguide core part is an air layer, so that the difference in refractive index between the optical waveguide core part and the optical loss is large. Therefore, in the present invention, the difference in refractive index from the optical waveguide core portion is within ± 0.2, more preferably ± 0, in a minute space between the optical path portion of the optical element inserted and installed and the optical waveguide core portion. It is preferable to fill the optical adhesive having a refractive index within 0.05.
特に本発明においては、光導波路コアが高分子材料からなる有機系であり、通常用いられる光学接着剤も有機系であることから、両者を密着させた場合の適合性がよく屈折率差も小さくできるため、光接合させた場合の光損失を無機系の光導波路コアの場合に比べて小さくすることができる。また、有機系の方が熱による膨張・収縮特性も近いため、接合部の機械的強度を高くすることができる。
前記屈折率差は±０．１以内であることがより好ましく、±０．０３以内がさらに好ましく、±０．０１以内が特に好ましい。
In particular, in the present invention, the optical waveguide core is an organic type made of a polymer material, and the optical adhesive usually used is also an organic type. Therefore, the compatibility is good when the two are brought into close contact with each other, and the refractive index difference is small. Therefore, the optical loss when optically bonded can be reduced as compared with the case of an inorganic optical waveguide core. Moreover, since the organic type has similar expansion / contraction characteristics due to heat, the mechanical strength of the joint can be increased.
The refractive index difference is more preferably within ± 0.1, further preferably within ± 0.03, and particularly preferably within ± 0.01.
また、前記光学接着剤としては、光導波路コア部との屈折率差が±０．１以内であり、使用波長領域での光透過率が９０％／ｍｍ以上のものを用いることが、接合における光損失を少なくする上で最も好ましい。 Further, as the optical adhesive, it is necessary to use a material having a refractive index difference within ± 0.1 with respect to the optical waveguide core portion and having a light transmittance of 90% / mm or more in the used wavelength region. Most preferable for reducing optical loss.
前記光学接着剤は、光硬化性、熱硬化性（室温硬化を含む）のいずれであってもよく、有機溶剤分散性、有機溶剤溶解性等の接着剤であって、充填後に、光照射、熱処理、乾燥等により前記充填部分を固体化させることができるものであることが好ましい。特に、硬化時室温近くで処理が行われる光硬化接着剤の使用が接合寸法精度的に有効である。これにより、光接続を可能にさせ、光学特性の損失を低減させ安定した光学性能を得ることができる。また、機械的強度も接着剤の固体化にともない発現させることができる。 The optical adhesive may be any of photocuring and thermosetting (including room temperature curing), and is an adhesive such as organic solvent dispersibility and organic solvent solubility. It is preferable that the filled portion can be solidified by heat treatment, drying, or the like. In particular, the use of a photo-curing adhesive that is processed near room temperature during curing is effective in terms of bonding dimension accuracy. As a result, optical connection can be made, loss of optical characteristics can be reduced, and stable optical performance can be obtained. Also, the mechanical strength can be expressed as the adhesive is solidified.
なお、前記光学接着剤としては、前記光導波路コア形成用硬化性樹脂と同様のエポキシ系、ポリイミド系、アクリル系の紫外線硬化性樹脂、熱硬化性樹脂などが好ましく用いられる。 The optical adhesive is preferably an epoxy, polyimide, acrylic ultraviolet curable resin, thermosetting resin, or the like similar to the curable resin for forming an optical waveguide core.
以上述べた工程を経て、高分子光導波路デバイスに、安価で手間を掛けず、簡易に機能性を有する光学素子を実装する事が可能となり、光モジュールや光インターコネクション、光回路ボード、メデイアコンバーター、オプトネットワークユニット等を１つの基板内に安価に提供出来るようになる。 Through the processes described above, it is possible to easily mount optical elements with functionality on polymer optical waveguide devices at low cost and without hassle. Optical modules, optical interconnections, optical circuit boards, media converters It becomes possible to provide an opto-network unit and the like at a low cost on one substrate.
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 The present invention will be described more specifically with reference to the following examples. However, the present invention is not limited to these examples.
＜ゴム鋳型の作製＞
石英基板に紫外線硬化型厚膜レジスト（マイクロケミカル（株）製、ＳＵ−８）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高圧水銀灯で露光し、現像して、断面が正方形の凸部（幅：５０μｍ、高さ：５０μｍ、ピッチ２５０μｍ、長さ：５０ｍｍ）を５本形成した。次に、これを１２０℃でポストベークして、光導波路コア作製用原盤を作製した。そして、この原盤の表面に離型剤を塗布した。
<Production of rubber mold>
A UV curable thick film resist (SU-8 manufactured by Micro Chemical Co., Ltd.) is applied to a quartz substrate by spin coating, prebaked at 80 ° C., exposed to a high pressure mercury lamp through a photomask, developed, and cross-sectioned. Formed five convex portions (width: 50 μm, height: 50 μm, pitch 250 μm, length: 50 mm). Next, this was post-baked at 120 ° C. to prepare an optical waveguide core manufacturing master. And the mold release agent was apply | coated to the surface of this original disk.
次に、図６（Ａ）に示すような紫外線線透過する開口部が設けられ、かつ３つの注入口及び３つの排気口を有する強化部材（厚さ １．５ｍｍのアルミニウム製）を用意し、２ｍｍ厚の石英製透過性剛体基板に、上記作製した光導波路コア作製用原盤の凸部に対応する凹部と類似形状の凹部（幅：１００μｍ、高さ：１００μｍ、ピッチ５００μｍ、長さ：５０ｍｍ）をフォトリソ工程とフッ酸エッチング工程により上記石英透過性剛体基板上に作製し、上記強化部材と一体化させた。次に、この石英透過性剛体基板上に一体化された強化部材を、上記作製した光導波路コア作製用原盤にかぶせた。 Next, a reinforcing member (made of aluminum having a thickness of 1.5 mm) having an opening for transmitting ultraviolet rays as shown in FIG. 6A and having three inlets and three outlets is prepared. Concave portions similar in shape to the concave portions corresponding to the convex portions of the optical waveguide core production master produced above on a 2 mm thick quartz transparent rigid substrate (width: 100 μm, height: 100 μm, pitch: 500 μm, length: 50 mm) Was produced on the quartz-permeable rigid substrate by a photolithography process and a hydrofluoric acid etching process, and integrated with the reinforcing member. Next, the reinforcing member integrated on the quartz transparent rigid substrate was placed on the optical waveguide core manufacturing master produced above.
次に、強化部材の開口部より熱硬化性液状ジメチルシロキサンゴム（ダウコウニングアジア社製：ＳＹＬＧＡＲＤ１８４、粘度１０００ｍPa．ｓ）及びその硬化剤を混合したものを流し込み、１３０℃で２０分間加熱してゴム材料を硬化させた。硬化後、硬化ゴム(硬化樹脂層)、透過性剛体基板、及び強化部材が一体になったものを原盤から剥離し、前記凸部に対応する凹部を有し、凹部に光導波路コア形成用硬化性樹脂を充填するための進入口及び該樹脂を凹部から排出するための排出口が形成されたゴム鋳型が作製された。 Next, a mixture of a thermosetting liquid dimethylsiloxane rubber (manufactured by Dow Corning Asia Co., Ltd .: SYLGARD 184, viscosity 1000 mPa.s) and its curing agent is poured from the opening of the reinforcing member and heated at 130 ° C. for 20 minutes. The rubber material was cured. After curing, the cured rubber (cured resin layer), the permeable rigid substrate, and the reinforcing member are peeled off from the master and have a concave portion corresponding to the convex portion, and the optical waveguide core is cured in the concave portion. A rubber mold was produced in which an inlet for filling the functional resin and an outlet for discharging the resin from the recess were formed.
なお、この時のシリコーンゴム材（硬化樹脂層）の物性は、硬度がショアＡ硬度で２０、表面エネルギーが１８Ｎ／ｍ、平均ゴム厚：２００μｍ、形成された凹部の算術平均粗さＲａが０．０４μｍであった。 The physical properties of the silicone rubber material (cured resin layer) at this time are as follows: the hardness is 20 Shore A hardness, the surface energy is 18 N / m, the average rubber thickness is 200 μm, and the arithmetic average roughness Ra of the formed recess is 0. 0.04 μm.
＜光導波路コア及びクラッド層の形成＞
前記ゴム鋳型をアートンフィルム（厚さ：１８８μｍ、屈折率：１．５１）（第１のクラッド層）の予め設けた導電層パターン非形成面に加圧密着させた。また、前記ゴム鋳型の強化部材の各注入口及び各排気口に加圧注入管及び減圧脱気管を接続した。次いで、圧力調整制御機を通して加圧注入管から鋳型凹部に、粘度が１１００ｍＰａ・ｓの紫外線硬化性樹脂（ＪＳＲ社製：ＰＪ３００１）を常圧に対して＋２０ｋＰａの加圧圧力で注入した。また、鋳型の排出口では、減圧脱気管を通し静圧による−５０ｋＰａの減圧吸引を行なった。この状態では、４０秒で鋳型凹部に紫外線硬化性樹脂が充填された。
<Formation of optical waveguide core and cladding layer>
The rubber mold was pressed and adhered to a previously provided conductive layer pattern non-forming surface of Arton film (thickness: 188 μm, refractive index: 1.51) (first cladding layer). Further, a pressure injection pipe and a vacuum deaeration pipe were connected to each inlet and each outlet of the rubber mold reinforcing member. Next, an ultraviolet curable resin (manufactured by JSR: PJ3001) having a viscosity of 1100 mPa · s was injected into the mold recess from the pressure injection tube through the pressure adjustment controller at a pressure of +20 kPa with respect to the normal pressure. At the mold outlet, -50 kPa of reduced pressure was sucked by static pressure through a vacuum deaeration tube. In this state, the mold recess was filled with the ultraviolet curable resin in 40 seconds.
次に、前記強化部材から加圧注入管及び減圧脱気管をはずし、強化部材の露光用開口部から光強度が５０ｍＷ／ｃｍ 2 のＵＶ光を１０分間照射して光導波路コア形成用硬化性樹脂を硬化させた。そしてゴム鋳型を剥離すると、アートンフィルム上に屈折率１．５４の光導波路コア部が形成された。
さらに、アートンフィルムの光導波路コア部形成面の光導波方向端部及び反光導波方向端部（第１の領域及び第２の領域）には、硬化後の屈折率がアートンフィルムの屈折率１．５１に近く、且つ硬化後の屈折率が１．５２２の試作品である紫外線硬化性樹脂を塗布し、アートンフィルムの光導波路コア部形成面の光導波方向端部及び反光導波方向端部以外の中央部分（第３の領域）には、硬化後の屈折率がアートンフィルムに近く、且つ硬化後の屈折率が１．５０５の紫外線硬化性樹脂をインクジェット法により塗布した。
Next, the pressure injection tube and the vacuum deaeration tube are removed from the reinforcing member, and UV light having a light intensity of 50 mW / cm 2 is irradiated from the opening for exposure of the reinforcing member for 10 minutes to form a curable resin for forming an optical waveguide core. Was cured. When the rubber mold was peeled off, an optical waveguide core portion having a refractive index of 1.54 was formed on the Arton film.
Furthermore, the refractive index after curing is the refractive index 1 of the ARTON film at the optical waveguide direction end portion and the anti-optical waveguide direction end portion (first region and second region) of the optical waveguide core portion forming surface of the ARTON film. A UV curable resin which is a prototype having a refractive index close to .51 and a refractive index after curing of 1.522 is applied, and ends of the optical waveguide core portion forming surface of the ARTON film in the optical waveguide direction and the anti-optical waveguide direction ends An ultraviolet curable resin having a refractive index after curing close to that of the Arton film and a refractive index after curing of 1.505 was applied to the central portion (third region) other than by an inkjet method.
さらに、光強度が５０ｍＷ／ｃｍ2のＵＶ光を１０分間照射して紫外線硬化させ硬化後の膜厚が２０μｍのクラッド層を形成し、フレキシブルな高分子光導波路デバイスが得られた。この高分子光導波路の平均導波損失は、０．１０ｄＢ／ｃｍであった。 Furthermore, UV light having an optical intensity of 50 mW / cm 2 was irradiated for 10 minutes to cure by ultraviolet rays to form a clad layer having a thickness of 20 μm after curing, and a flexible polymer optical waveguide device was obtained. The average waveguide loss of this polymer optical waveguide was 0.10 dB / cm.
次に、作製した高分子光導波路デバイスの光導波方向端部を各々０．５ｍｍ厚のダイサーブレードを用いて光導波路を横断する様に光学平滑端面を形成し、さらに光導波路フィルム端部に、マルチモード光ファイバーに接続するための市販のＭＴコネクタと互換性のあるコネクタを接着により取り付けた後に、該コネクタと、マルチモード光ファイバー（ＮＡ＝０．１８）のＭＴコネクタとを接続した。
波長が０．８５μｍの半導体レーザーを光源とする光挿入損失評価装置により、光導波路コア径５０μｍ、クラッド径２５０μｍ、ＮＡ（開口数）０．２の光ファイバーから０．８５μｍ波長の光を入力して、該光ファイバーとの接続損失を評価した結果、接続損失は０．５ｄＢであり、光ファイバーとの間の良好な光接続性を有する高分子光導波路デバイスを作製することができた。
Next, an optical smooth end surface is formed so that the optical waveguide direction end of the produced polymer optical waveguide device crosses the optical waveguide using a dicer blade having a thickness of 0.5 mm, and further, on the optical waveguide film end, A connector compatible with a commercially available MT connector for connecting to a multimode optical fiber was attached by adhesion, and then the MT connector of the multimode optical fiber (NA = 0.18) was connected.
Using an optical insertion loss evaluation apparatus using a semiconductor laser having a wavelength of 0.85 μm as a light source, light having a wavelength of 0.85 μm is input from an optical fiber having an optical waveguide core diameter of 50 μm, a cladding diameter of 250 μm, and an NA (numerical aperture) of 0.2. As a result of evaluating the connection loss with the optical fiber, the connection loss was 0.5 dB, and a polymer optical waveguide device having good optical connectivity with the optical fiber could be produced.
［比較例１］
アートンフィルム（厚さ：１８８μｍ、屈折率：１．５１）の光導波路コア部形成面上に、屈折率が１．５０５の紫外線硬化樹脂を塗布することによって、アートンフィルムの光導波路コア部形成面上に屈折率が均一なクラッド層を形成した以外は、実施例１と同様にして高分子光導波路デバイスを作製した。
[Comparative Example 1]
By applying an UV curable resin having a refractive index of 1.505 on the optical waveguide core part forming surface of the ARTON film (thickness: 188 μm, refractive index: 1.51), the optical waveguide core part forming surface of the ARTON film A polymer optical waveguide device was produced in the same manner as in Example 1 except that a clad layer having a uniform refractive index was formed thereon.
次に、実施例１と同様に、作製した高分子光導波路デバイスの光導波方向端部を各々０．５ｍｍ厚のダイサーブレードを用いて光導波路を横断する様に光学平滑端面を形成し、さらに光導波路フィルム端部に、マルチモード光ファイバーに接続するための市販のＭＴコネクタと互換性のあるコネクタを接着により取り付けた後に、該コネクタと、マルチモード光ファイバー（ＮＡ＝０．１８）のＭＴコネクタとを接続した。
波長が０．８５μｍの半導体レーザーを光源とする光挿入損失評価装置により、光導波路コア径５０μｍ、クラッド径２５０μｍ、ＮＡ（開口数）０．２の光ファイバーから０．８５μｍ波長の光を入力して、該光ファイバーとの接続損失を評価した結果、接続損失は１．１ｄＢであり、実施例１と比較して、光ファイバーとの間の良好な光接続性は得られなかった。
Next, similarly to Example 1, an optical smooth end face is formed so that the optical waveguide direction end of the produced polymer optical waveguide device crosses the optical waveguide using a dicer blade having a thickness of 0.5 mm. A connector compatible with a commercially available MT connector for connecting to a multimode optical fiber is attached to the end of the optical waveguide film by adhesion, and then the MT connector of the multimode optical fiber (NA = 0.18) Connected.
Using an optical insertion loss evaluation apparatus using a semiconductor laser having a wavelength of 0.85 μm as a light source, light having a wavelength of 0.85 μm is input from an optical fiber having an optical waveguide core diameter of 50 μm, a cladding diameter of 250 μm, and an NA (numerical aperture) of 0.2. As a result of evaluating the connection loss with the optical fiber, the connection loss was 1.1 dB, and as compared with Example 1, good optical connectivity with the optical fiber was not obtained.
（実施例２）
＜ゴム鋳型の作製＞
シリコンウェハー基板に紫外線硬化型厚膜レジスト（マイクロケミカル（株）製、ＳＵ−８）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高圧水銀灯で露光し、現像して、断面が正方形の凸部（幅：８０μｍ、高さ：８０μｍ、ピッチ１ｍｍ、長さ：１００ｍｍ）を１０本形成した。次に、これを１２０℃でポストベークして、光導波路コア作製用原盤を作製した。そして、このようにして作製した凸部の１つの端部に、それぞれモールドにより、高さ２ｍｍ、幅（凸部に直交する方向）１０ｍｍ、基板長手方向長さ２０ｍｍの、断面が長方形の圧力緩和空隙作製用凸部を形成し、そして光導波路コア作製用原盤とした。
(Example 2)
<Production of rubber mold>
After applying a UV curable thick film resist (manufactured by Micro Chemical Co., Ltd., SU-8) to a silicon wafer substrate by spin coating, pre-baking at 80 ° C., exposing with a high-pressure mercury lamp through a photomask, developing, Ten convex portions (width: 80 μm, height: 80 μm, pitch: 1 mm, length: 100 mm) having a square cross section were formed. Next, this was post-baked at 120 ° C. to prepare an optical waveguide core manufacturing master. Then, pressure relief of a rectangular cross section with a height of 2 mm, a width (direction orthogonal to the convex portion) of 10 mm, and a length in the substrate longitudinal direction of 20 mm is applied to one end of the convex portion thus manufactured by a mold. Protrusions for producing gaps were formed and used as masters for producing optical waveguide cores.
次に、図７（Ａ）に示すようなアルミ製の強化部材を作製した。露光用開口部２４ａは石英ガラス製とした。次に、２ｍｍ厚のアクリル製透過性剛体基板に、前記光導波路コア作製用原盤と同じピッチで、類似形状の凹部（幅：１５０μｍ、高さ：１５０μｍ、ピッチ１ｍｍ、長さ：１００ｍｍ、１０本）をフォトリソ工程とエッチング工程により透過性剛体基板上に作製し、強化部材と一体化させた。
Next, a reinforcing member made of aluminum as shown in FIG. The
上記光導波路コア作製用原盤に、離型剤を塗布した後、この上に熱硬化性シリコーンゴムオリゴマー（ダウコウニングアジア社製：ＳＹＬＧＡＲＤ１８４、ジメチルポリシロキサン）を、上記凸部の長手方向の一端が一部露出するように、かつ、他端にある空隙部作製用凸部の端部までが覆われるように、塗布した。この上から前記一体化した強化部材を押圧し固定した。
その後、１３５℃で１８分間加熱して硬化させ、シリコンゴムと強化部材を一体化させた。硬化シリコーンゴム層の厚さは５ｍｍであった。次いでこれを光導波路コア作製用原盤から剥離し鋳型を得た。鋳型のシリコンゴム層には、８０μｍ角の凹部と、光導波路コア形成用硬化性樹脂の進入部と排出部、空隙部とが形成された。表面ゴム層のゴム硬度は１４であった。
After applying a release agent to the master for producing the optical waveguide core, a thermosetting silicone rubber oligomer (manufactured by Dow Corning Asia Co., Ltd .: SYLGARD 184, dimethylpolysiloxane) is applied on the one end in the longitudinal direction of the convex portion. Was applied so that a part of the protrusion was exposed, and the end of the void-forming convex part at the other end was covered. From above, the integrated reinforcing member was pressed and fixed.
Thereafter, it was cured by heating at 135 ° C. for 18 minutes to integrate the silicon rubber and the reinforcing member. The thickness of the cured silicone rubber layer was 5 mm. Next, this was peeled from the master for producing the optical waveguide core to obtain a mold. In the silicon rubber layer of the mold, an 80 μm square concave portion, an entrance portion and a discharge portion of the curable resin for forming the optical waveguide core, and a void portion were formed. The rubber hardness of the surface rubber layer was 14.
＜光導波路コア及びクラッド層の形成＞
前記合体したゴム鋳型を２０μｍ厚の第１のクラッド層を塗布した２５０μｍ厚のアートンフィルムの予め設けた導電層パターンの非形成面に加圧密着させた。
ここで、アートンフィルム上に塗布される第１のクラッド層は、光導波方向端部及び反光導波方向端部（第４の領域及び第５の領域）には、硬化後の屈折率が端部から第６の領域との境界部に向かって除々に低くなるように、具体的には、屈折率が１．５３１から１．４８５へと除々に低くなるように、作製した。
この作製方法は、具体的には、硬化後の屈折率が１．５３１、１．５２３、１．５１７、１．４９６、及び１．４８５各々であるクラッド形成用原液としての、アクリル系クラッド形成用原液各々を、インクジェット法により６種類の連続的に屈折率の異なるアクリル系の該クラッド形成用原液を順次塗布成形することにより、屈折率が連続的に変化するように第１のクラッド層を作製した。
なお、第１のクラッド層の第６の領域（中央部）については、屈折率が１．４８５で均一となるように、屈折率１．４８５のアクリル系クラッド形成用原液をインクジェット法により塗布成形することにより成形した。
<Formation of optical waveguide core and cladding layer>
The combined rubber mold was pressed and adhered to a non-formation surface of a conductive layer pattern provided in advance on a 250 μm thick Arton film coated with a 20 μm thick first cladding layer.
Here, the first clad layer applied on the ARTON film has a refractive index after curing at an end portion in the optical waveguide direction and an end portion in the anti-optical waveguide direction (fourth region and fifth region). Specifically, the refractive index was made to gradually decrease from 1.531 to 1.485 so as to gradually decrease from the portion toward the boundary with the sixth region.
Specifically, this manufacturing method is for forming an acrylic clad as a clad forming stock solution having a refractive index after curing of 1.531, 1.523, 1.517, 1.496, and 1.485, respectively. The first clad layer is formed in such a manner that the refractive index is continuously changed by sequentially coating and molding six types of acrylic-type clad forming stock solutions having different refractive indexes in succession by the inkjet method. Produced.
In addition, about the 6th area | region (center part) of a 1st clad layer, the acrylic clad formation stock solution of refractive index 1.485 is apply-molded by the inkjet method so that a refractive index may become uniform at 1.485. Was molded.
また、前記ゴム鋳型の強化部材の各注入口と各排気口に注入管と減圧脱気管を接続した。注入管には光導波路コア形成用硬化性樹脂を入れた加圧タンクに接続し、さらに加圧タンクに窒素ボンベを直結させ、静圧で該樹脂を圧入できるようにした。また、減圧脱気管は、圧力制御機構と減圧タンクを介して真空ポンプに接続し、圧力調整された静圧力による減圧吸引が行なわれるようにした。 An injection pipe and a vacuum deaeration pipe were connected to each inlet and each outlet of the rubber mold reinforcing member. The injection tube was connected to a pressure tank containing a curable resin for forming an optical waveguide core, and a nitrogen cylinder was directly connected to the pressure tank so that the resin could be injected under static pressure. The vacuum deaeration pipe is connected to a vacuum pump via a pressure control mechanism and a vacuum tank, so that vacuum suction is performed by a static pressure whose pressure is adjusted.
静圧による加圧と同期して静圧による吸引を行ないながら、ゴム鋳型凹部に、粘度が５００ｍＰａ・ｓの紫外線硬化性樹脂（ＪＳＲ社製：ＰＪ３００１）を圧力注入した。
充填終了後、ゴム鋳型から注入管及び減圧脱気管をはずし、ゴム鋳型の石英製窓を通して８０ｍＷ／ｃｍ2のＵＶ光を８分間照射して光導波路コア形成用硬化性樹脂を硬化させた。
ゴム鋳型を剥離すると、アートンフィルム上に屈折率１．５４１の光導波路コアが形成された。
While performing suction by static pressure in synchronization with pressurization by static pressure, an ultraviolet curable resin (manufactured by JSR: PJ3001) having a viscosity of 500 mPa · s was injected into the recess of the rubber mold.
After completion of the filling, the injection tube and the vacuum deaeration tube were removed from the rubber mold, and 80 mW / cm 2 of UV light was irradiated for 8 minutes through a quartz window of the rubber mold to cure the curable resin for forming the optical waveguide core.
When the rubber mold was peeled off, an optical waveguide core having a refractive index of 1.541 was formed on the ARTON film.
次に、アートンフィルムの光導波路コア形成面に、第２のクラッド層として、光導波方向端部及び反光導波方向端部（第１の領域及び第２の領域）には、硬化後の屈折率が端部から第６の領域との境界部に向かって除々に低くなるように、具体的には、屈折率が１．５３１から１．４８５へと除々に低くなるように、作製した。
この作製方法は、具体的には、硬化後の屈折率が１．５３１、１．５２３、１．５１７、１．４９６、及び１．４８５各々であるクラッド形成用原液としての、エポキシ系クラッド形成用原液である紫外線硬化性樹脂各々を、紫外線硬化性樹脂各々を、霧化塗布法によりＵＶ硬化形成することにより屈折率が連続的に変化するように第２のクラッド層を作製した。
なお、第２のクラッド層の第３の領域（中央部）については、屈折率が１．４８５で均一となるように、屈折率１．４８５の紫外線硬化性樹脂を浸漬塗布法によりＵＶ硬化形成することにより作製した。
Next, as the second clad layer on the optical waveguide core forming surface of the ARTON film, the optical waveguide direction end and the anti-light waveguide direction end (first region and second region) are refracted after curing. Specifically, the refractive index was made to gradually decrease from 1.531 to 1.485 so that the refractive index gradually decreased from the end toward the boundary with the sixth region.
Specifically, this production method is an epoxy clad formation as a clad forming stock solution having a refractive index after curing of 1.531, 1.523, 1.517, 1.496, and 1.485, respectively. The second clad layer was prepared so that the refractive index was continuously changed by subjecting each of the ultraviolet curable resin, which is a stock solution, to UV curing of each of the ultraviolet curable resins by an atomizing coating method.
In addition, about the 3rd area | region (center part) of a 2nd clad layer, UV hardening formation of the ultraviolet curable resin of refractive index 1.485 is carried out by the dip coating method so that refractive index may become uniform at 1.485. It produced by doing.
上述のようにすることによって、アートンフィルムの光導波路コア形成面全面に、硬化後の屈折率が、光導波方向端部を含む領域及び反光導波方向端部を含む領域の屈折率が最も高く、これら端部各々を含む領域内で、光導波方向端部を含まない中央部の領域との境界部に向かって除々に屈折率が連続的に低くなり、中央部を含む領域内では均一の屈折率となるような、第１のクラッド層及び第２のクラッド層を形成することができる。 By doing as described above, the refractive index after curing is the highest in the region including the end portion in the optical waveguide direction and the region including the end portion in the anti-optical waveguide direction on the entire surface of the optical waveguide core forming surface of the ARTON film. In the region including each of these end portions, the refractive index gradually decreases gradually toward the boundary with the central region not including the end portion in the optical waveguide direction, and uniform in the region including the central portion. A first clad layer and a second clad layer that have a refractive index can be formed.
次に、熱硬化性樹脂をスプレイ塗布した後、加熱硬化させたところ、フレキシブルな高分子光導波路が得られた。この高分子光導波路の平均導波損失は、０．１３ｄＢ／ｃｍであった。 Next, when a thermosetting resin was spray-coated and then heat-cured, a flexible polymer optical waveguide was obtained. The average waveguide loss of this polymer optical waveguide was 0.13 dB / cm.
次に、実施例１と同様に、作製した高分子光導波路デバイスの光導波方向端部を各々０．５ｍｍ厚のダイサーブレードを用いて光導波路を横断する様に光学平滑端面を形成し、さらに光導波路フィルム端部に、マルチモード光ファイバーに接続するための市販のＭＴコネクタと互換性のあるコネクタを接着により取り付けた後に、該コネクタと、マルチモード光ファイバー（ＮＡ＝０．１８）のＭＴコネクタとを接続した。
波長が０．８５μｍの半導体レーザーを光源とする光挿入損失評価装置により、光導波路コア径５０μｍ、クラッド径２５０μｍ、ＮＡ（開口数）０．２の光ファイバーから０．８５μｍ波長の光を入力して、該光ファイバーとの接続損失を評価した結果、接続損失は０．５１ｄＢであり、実施例１と同様に、光ファイバーとの間の良好な光接続性が得られた。
Next, similarly to Example 1, an optical smooth end face is formed so that the optical waveguide direction end of the produced polymer optical waveguide device crosses the optical waveguide using a dicer blade having a thickness of 0.5 mm. A connector compatible with a commercially available MT connector for connecting to a multimode optical fiber is attached to the end of the optical waveguide film by adhesion, and then the MT connector of the multimode optical fiber (NA = 0.18) Connected.
Using an optical insertion loss evaluation apparatus using a semiconductor laser having a wavelength of 0.85 μm as a light source, light having a wavelength of 0.85 μm is input from an optical fiber having an optical waveguide core diameter of 50 μm, a cladding diameter of 250 μm, and an NA (numerical aperture) of 0.2. As a result of evaluating the connection loss with the optical fiber, the connection loss was 0.51 dB, and as in Example 1, good optical connectivity with the optical fiber was obtained.
次に、完成した光導波路フィルムを、トムソン刃を用いて、抜き打ち加工処理を行い、導波路の中央に１０．７ｍｍ×５．１ｍｍの打抜き空間を形成した。そしてこの光導波路フィルムを１ｍｍ厚で、表面平滑性Ｒａが0.１μｍの平滑状態の基板に接着させ、光スイッチ光学素子デバイス（9.9ｍｍX4.8mmX１ｍｍ）を作製した打抜き空間にはめ込み、光導波路と光路を合わせて、０．８５μｍの波長の光線を９０％／ｍｍ透過する屈折率１．５２５のＵＶ硬化型光学接着剤を光学素子と光導波路部分の間の間隙に注入し、直上からＵＶ光を照射し接着剤を硬化させ、光学素子を固定化させた。次に光導波路へ０．８５０μｍの波長光を導入させ、光スイッチを電気的にスイッチングし、１．２５ｄＢ／ｃｍの光接続損失で光スイッチ制御した光を導波できる光学素子実装導波路デバイスを完成させた。 Next, the completed optical waveguide film was punched using a Thomson blade to form a 10.7 mm × 5.1 mm punching space in the center of the waveguide. This optical waveguide film is bonded to a smooth substrate having a thickness of 1 mm and a surface smoothness Ra of 0.1 μm, and is inserted into the punching space where an optical switch optical element device (9.9 mm × 4.8 mm × 1 mm) is manufactured. In combination, a UV curable optical adhesive having a refractive index of 1.525 that transmits 90% / mm of light having a wavelength of 0.85 μm is injected into the gap between the optical element and the optical waveguide portion, and UV light is emitted from directly above. Irradiation was performed to cure the adhesive, and the optical element was fixed. Next, an optical element-mounted waveguide device capable of guiding light with optical switch control with an optical connection loss of 1.25 dB / cm by introducing 0.850 μm wavelength light into the optical waveguide and electrically switching the optical switch. Completed.
１０ 原盤
１２ 光導波路コアに対応する凸部
２０ ゴム鋳型
２１ａ 光導波路コア形成用硬化性樹脂の注入管
２１ｂ 注入ヘッド
２１ｃ 脱気管
２２ ゴム鋳型凹部
２２ａ 光導波路コア形成用硬化性樹脂の進入部
２２ｂ 光導波路コア形成用硬化性樹脂の排出部
３０ クラッド層付基材
３１ 導電性パターン
４０ａ 光導波路コア形成用硬化性樹脂
４０ 光導波路コア
５０ クラッド層
６０ 高分子光導波路
DESCRIPTION OF
Claims (18)
前記ゴム鋳型に、第１のクラッド層により構成または該第１のクラッド層を有するクラッド層付基材を密着させる工程と、
前記クラッド層付基材が密着された前記ゴム鋳型の凹部に光導波路コア形成用硬化性樹脂を充填する工程と、
充填された前記光導波路コア形成用硬化性樹脂を硬化させて光導波路コアを形成する工程と、
前記ゴム鋳型を前記クラッド層付基材から剥離する工程と、
前記光導波路コアが形成された前記クラッド層付基材上に、光導波方向端部を含む第１の領域及び反光導波方向端部を含む第２の領域のクラッド部の屈折率が、該光導波方向端部及び該反光導波方法端部を含まない第３の領域のクラッド部の屈折率より高くなるように、第２のクラッド層を形成する工程と、
を有することを特徴とする高分子光導波路デバイスの製造方法。 A step of preparing a rubber mold formed from a cured resin layer of a curable resin for mold formation and having a recess corresponding to the optical waveguide core;
A step of adhering a base material with a clad layer comprising the first clad layer or having the first clad layer to the rubber mold; and
Filling the concave portion of the rubber mold with the clad layer-attached substrate in close contact with the curable resin for forming an optical waveguide core; and
Curing the filled curable resin for forming an optical waveguide core to form an optical waveguide core; and
Peeling the rubber mold from the base material with the clad layer;
On the base material with the cladding layer on which the optical waveguide core is formed, the refractive index of the cladding portion of the first region including the end portion in the optical waveguide direction and the second region including the end portion in the anti-optical waveguide direction is Forming a second cladding layer so as to be higher than the refractive index of the cladding portion of the third region not including the optical waveguide direction end and the anti-light waveguide method end;
A method for producing a polymer optical waveguide device, comprising:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2005274177A JP2007086330A (en) | 2005-09-21 | 2005-09-21 | Method for manufacturing polymer optical waveguide device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2005274177A JP2007086330A (en) | 2005-09-21 | 2005-09-21 | Method for manufacturing polymer optical waveguide device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2007086330A true JP2007086330A (en) | 2007-04-05 |
Family
ID=37973388
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2005274177A Pending JP2007086330A (en) | 2005-09-21 | 2005-09-21 | Method for manufacturing polymer optical waveguide device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2007086330A (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009210806A (en) * | 2008-03-04 | 2009-09-17 | Nitto Denko Corp | Method of manufacturing optical waveguide device |
| WO2009148010A1 (en) * | 2008-06-04 | 2009-12-10 | 株式会社日本触媒 | Optical waveguide manufacturing method, and mold for use in the method |
| JP2015106006A (en) * | 2013-11-29 | 2015-06-08 | インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーションＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｂｕｓｉｎｅｓｓ Ｍａｃｈｉｎｅｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ | Optical module and method for manufacturing optical module |
| WO2017164042A1 (en) * | 2016-03-23 | 2017-09-28 | 旭硝子株式会社 | Composite optical waveguide |
| EP3657918A4 (en) * | 2017-07-19 | 2021-04-21 | Omron Corporation | Method for manufacturing resin structure, and resin structure |
-
2005
- 2005-09-21 JP JP2005274177A patent/JP2007086330A/en active Pending
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009210806A (en) * | 2008-03-04 | 2009-09-17 | Nitto Denko Corp | Method of manufacturing optical waveguide device |
| US8236374B2 (en) | 2008-03-04 | 2012-08-07 | Nitto Denko Corporation | Method of manufacturing optical waveguide device |
| WO2009148010A1 (en) * | 2008-06-04 | 2009-12-10 | 株式会社日本触媒 | Optical waveguide manufacturing method, and mold for use in the method |
| JPWO2009148010A1 (en) * | 2008-06-04 | 2011-10-27 | 株式会社日本触媒 | Optical waveguide manufacturing method and mold used therefor |
| JP2015106006A (en) * | 2013-11-29 | 2015-06-08 | インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーションＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｂｕｓｉｎｅｓｓ Ｍａｃｈｉｎｅｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ | Optical module and method for manufacturing optical module |
| US9927576B2 (en) | 2013-11-29 | 2018-03-27 | International Business Machines Corporation | Optical modules for wavelength multiplexing |
| WO2017164042A1 (en) * | 2016-03-23 | 2017-09-28 | 旭硝子株式会社 | Composite optical waveguide |
| CN108780192A (en) * | 2016-03-23 | 2018-11-09 | Ａｇｃ株式会社 | Composite optical wave guide |
| JPWO2017164042A1 (en) * | 2016-03-23 | 2019-01-31 | Ａｇｃ株式会社 | Composite optical waveguide |
| US10393966B2 (en) | 2016-03-23 | 2019-08-27 | AGC Inc. | Composite optical waveguide |
| EP3657918A4 (en) * | 2017-07-19 | 2021-04-21 | Omron Corporation | Method for manufacturing resin structure, and resin structure |
| US11044815B2 (en) | 2017-07-19 | 2021-06-22 | Omron Corporation | Method for manufacturing resin structure, and resin structure |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2006126568A (en) | Method for manufacturing polymer optical waveguide device | |
| US7604758B2 (en) | Process for producing polymer optical waveguide | |
| JP4144468B2 (en) | Multilayer polymer optical waveguide and method for manufacturing the same | |
| JP2008020722A (en) | Optical waveguide and manufacturing method thereof | |
| JP4196839B2 (en) | Method for producing polymer optical waveguide | |
| JP2004144987A (en) | Manufacturing method of polymeric optical waveguide | |
| JP2006023385A (en) | Multilayer optical waveguide film and manufacturing method thereof, and waveguide type optical module | |
| JP4265293B2 (en) | Method of manufacturing polymer optical waveguide integrated with mold and connector | |
| JP2004109926A (en) | Manufacturing method of high polymer optical waveguide | |
| JP4581328B2 (en) | Polymer optical waveguide and optical element manufacturing method | |
| US7749410B2 (en) | Method of fabricating polymer optical circuit | |
| JP2007086330A (en) | Method for manufacturing polymer optical waveguide device | |
| JP2007233303A (en) | Method of manufacturing polymer optical waveguide module | |
| JP4848986B2 (en) | Optical waveguide and method for manufacturing the same | |
| JP2004361613A (en) | Method for manufacturing polymer optical waveguide | |
| JP4292892B2 (en) | Method for producing laminated polymer optical waveguide and laminated polymer optical waveguide produced by this method | |
| JP4140475B2 (en) | Master for producing polymer optical waveguide and method for producing polymer optical waveguide | |
| JP4337559B2 (en) | Mold for producing polymer optical waveguide and method for producing polymer optical waveguide | |
| JP4561059B2 (en) | Method for producing polymer optical waveguide | |
| JP4281548B2 (en) | Method for producing flexible polymer optical waveguide | |
| JP2007086223A (en) | Optical waveguide and method for manufacturing optical waveguide | |
| JP4517704B2 (en) | Method for producing polymer optical waveguide | |
| JP4259222B2 (en) | Cross-connect optical wiring sheet and manufacturing method thereof | |
| JP2005208285A (en) | Method of manufacturing high molecular optical waveguide | |
| JP4273975B2 (en) | Method for producing flexible polymer optical waveguide |