JP2007183467A - ミラー付光導波路及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コアを伝搬する光を基板に垂直な方向に曲げるミラー付光導波路を容易に短時間で作製することができるミラー付光導波路及びその製造方法を提供する。
【解決手段】基板１１上にコア１３とクラッド１２，１４とからなる光導波路を形成すると共に、基板１１上にコア端面１５と結合してコアを伝搬した光を基板１１の垂直方向に反射させる反射ミラー１６を設けたミラー付光導波路の製造方法において、上記基板１１上に、コア１３を形成すると共に、そのコア１３の両側にミラー位置決めガイド部材２１，２１を形成した後、クラッド材２３を塗布し、反射ミラー１６を上ミラー位置決めガイド部材２１に当接するように基板１１上に載置した後、クラッド材２３を硬化させた。
【選択図】図１

Description

本発明は、コア層内を伝搬する光信号をミラーで曲げて伝搬させるミラー付光導波路及びその製造方法に関するものである。

近年、ポリマ光導波路の光インターコネクションへの適用が図られている。光インターコネクションでは、光路を急峻に（例えば基板に対して垂直方向に）曲げる光路変換機能を有するポリマ光導波路を形成し、そのポリマ光導波路の表面に光源や検出器等の光部品を実装した光モジュールが用いられている。

一般に、ポリマ光導波路を作製する方法としては、ドライエッチングを用いる方法、パターン露光及び現像を用いる方法、金型を用いる方法がある。

光路を曲げるための光路変換部としては、コアをダイシングソーで切断し、その切断面を光反射面に形成する方法がある（例えば、特許文献１参照）。

また、凹型の金型で反射面を有するコアを形成した後、そのコアをクラッドに転写し、最後にコアの周囲にオーバクラッドを設ける方法がある（例えば、特許文献２参照）。

反射面としてコアの端面に金属ミラーを設けたポリマ光導波路の製造方法として、クラッドを平坦に形成し、そのクラッド上にミラーとなる金属層を形成し、その金属層を斜面を有するようにエッチングして金属ミラーを形成する方法がある（例えば、特許文献３参照）。

特開平１０−３００９６１号公報 特開２００４−７８０８４号公報 特開２００２−１０７５６１号公報

しかしながら、従来の光路変換部を備えたミラー付光導波路の製造方法には、以下の問題点がある。

（１）ダイシングソーを用いてコアを切断し、その切断面を反射面に形成する製造方法では、光導波路内のコアのみを切断することは困難であり、コア以外の部分（基板等）を掘削或いは切断してしまい、光導波路の強度や特性に悪影響を及ぼす可能性がある。また、複数のコアが近接する微細パターンを有する光導波路には、所望のコアのみを切断して反射面を形成することができない。

（２）反射面を有するコアを別途形成し、そのコアを基板やクラッド上に設ける製造方法では、製造工程数が多く、製造時間が掛かってしまう。ひいては、高コスト化となる要因にもなる。

（３）反射面としてコアの端面に金属ミラーを設けた光導波路では、金属層を形成した後、その金属層をエッチングして反射面を形成するが、この方法では、金属層を厚く形成しなければならず、金属層の積層やエッチングに時間が掛かってしまう。

（４）コアの端面に金等の金属膜を蒸着して金属ミラーを設けた光導波路は、コアの端面以外の部分にカバー（マスク）をしてから金蒸着して形成される。その際、光導波路のサイズが反射面を形成する部分に比べて十分に大きいことと、蒸着炉の内のスペースには限界があることとから、蒸着炉内に配置できる光導波路の数を多くすることはできない。したがって、一度に多くの光導波路に金属ミラーを設けることができず、低コスト化が難しい。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、コアを伝搬する光を基板に垂直な方向に曲げるミラー付光導波路を容易に短時間で作製できるミラー付光導波路及びその製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、基板上にコアとクラッドとからなる光導波路を形成すると共に、基板上にコア端面と結合してコアを伝搬した光を基板の垂直方向に反射させる反射ミラーを設けたミラー付光導波路の製造方法において、上記基板上に、コアを形成すると共に、そのコアの両側にミラー位置決めガイド部材を形成した後、クラッド材を塗布し、反射ミラーを上記ミラー位置決めガイド部材に当接するように基板上に載置した後、クラッド材を硬化させたミラー付導波路の製造方法である。

請求項２の発明は、上記反射ミラーが、端面にミラー面が形成されたミラーブロックからなり、そのミラーブロックの底面にクラッド材浸入溝が形成され、ミラーブロックを基板上に載置する際にクラッド材浸入溝内にクラッド材が浸入した状態で硬化される請求項１記載のミラー付光導波路の製造方法である。

請求項３の発明は、基板上にコアとクラッドとからなる光導波路を形成すると共に、基板上にコア端面と結合してコアを伝搬した光を基板垂直方向に反射させる反射ミラーを設けたミラー付き光導波路において、上記コアの両側にミラー位置決めガイド部材を設け、そのミラー位置決めガイド部材にミラー面が当接するようにミラーブロックを設け、そのミラーブロックは、底面に形成されたクラッド材浸入溝に充填されるクラッド材で基板上に固定されてミラー付き光導波路である。

本発明によれば、コアを伝搬する光を基板に垂直な方向に曲げるミラー付光導波路を容易に短時間で作製することができるという優れた効果を発揮する。

以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１は本発明に係る好適な実施の形態のミラー付光導波路を示した図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は上面図である。

図１（ａ）に示すように、本実施の形態のミラー付光導波路１０は、基板１１と、基板１１上に設けられるアンダークラッド１２と、アンダークラッド１２上に設けられ光伝搬方向の断面が略矩形状のコア１３と、コア１３を含めてアンダークラッド１２を覆うオーバークラッド１４とを備える。コア１３は、その一端が、基板１１の端面に位置し、他端１５が基板１１の中央側に位置して（中央側端面１５と称する）設けられている。

基板１１は、一般的に用いられる石英、ポリイミドフィルムなどいずれのものを用いてもよい。ただし、コア１３を伝搬した光を基板側に反射させる場合（基板側からコアに光を入射させる場合）には、反射光の光路にあたる基板１１に穴を形成する、または光学的に透明な基板を用いるのがよい。

コア１３及びクラッド（アンダークラッド１２及びオーバクラッド１４）は、ポリマ材料で形成されるのが好ましい。

さて、ミラー付光導波路１０は、コア１３の中央側端面１５に向かって反射ミラー１６が設けられている。反射ミラー１６は、端面にミラー面１８が形成されたミラーブロック１７からなる。すなわち、反射ミラー１６は、ミラーブロック１７のコア１３に対向する面に、金メッキなどのメタルメッキが施されてなるミラー面１８を設けたものである。基板側に光を反射させる場合には、ミラーブロック１７は、ミラー面１８側がオーバハング状に形成されており、アンダークラッド１２に対して略４５°傾いている（図１（ａ）中、角度θ）。また、コア１３を伝搬した光を基板反対側（オーバクラッド１４側）に反射させる場合には、ミラー面１８が逆向きに形成される。ミラーブロック１７は、その高さがコア１３の厚さよりも厚く形成されている。

図１（ｂ）に示すように、本実施の形態では、並列に２本のコア１３，１３が形成されており、反射ミラー１６は複数のコア１３，１３の中央側端面１５，１５に向かって一つのミラー面１８が形成されたものである。ミラー面１８は、コアの中央側端面１５と当接している。ただし、コア１３の中央側端面１５は基板１１に対して垂直に形成されているのに対し、ミラー面１８は基板１１に対して４５°傾いて形成されているので、コア１３の中央側端面１５の上辺のみがミラー面１８に当接している。

さらに、ミラーブロック１７のアンダークラッド１２側の面（底面）には、多数の溝が形成されている。それらの溝は、後述するが、クラッド材浸入用溝１９であり、基板外部に臨む通路状に形成されるのが好ましい。また、コア１３の両側には、ミラー位置決めガイド部材（以下、ガイド部材）２１がそれぞれ設けられている。ガイド部材２１は、コア１３と同じ高さに形成されると共に、その端面（ガイド面）２２がコアの中央側端面１５と並ぶように配置され、コア１３と同様に、その上辺のみがミラー面１８に当接している。

オーバークラッド１４は、コア１３及びアンダークラッド１２を覆うと共に、ミラー面１８とコア１３の中央側端面１５との間、ミラー面１８とガイド面２２との間、及びクラッド材浸入溝１９内を満たしている。

本実施の形態のミラー付光導波路１０では、基板１１上にアンダークラッド１２を設け、アンダークラッド１２上に、コア１３と反射ミラー１６とを設けたが、アンダークラッド１２は省略してもよい。

以上において、ミラー付導波路１０のコア１３を伝搬した光信号は、反射ミラー１６のミラー面１８で全反射されて光路が変換され、アンダークラッド１２、基板１１を通して基板１１裏側（図面下側）に出射される。従って、基板１１裏側に光検出器（例えば、ＰＤ）を設けることで、光検出器で光を受信することができる。

逆に、基板裏側に光源（例えば、ＬＤ）を設けることで、光源からの光信号は、基板１１、アンダークラッド１２を通してミラー面１８で全反射されてコア１３に入射される。

本実施の形態のミラー付光導波路１０では、ミラーブロック１７の高さがコア１３の高さより高く形成されているので、コア１３の端面１５がガイド面２２より下がって（ミラー面１８に対して、端面１５がガイド面２２より離れて）形成されることによりコア１３とミラー面１８との間に間隔が生じても、コア１３を出射してミラー面１８に拡径しながら到達する光信号の損失を抑えることができる。

次に、ミラー付光導波路の製造方法について説明する。

本実施の形態のミラー付光導波路１０は、基板１１上に、コア１３を形成すると共に、そのコア１３の両側にミラー位置決めガイド部材２１を形成した後、クラッド材を塗布し、反射ミラー１６をミラー位置決めガイド部材２１に当接するように基板１１上に載置した後、クラッド材を硬化させて作製されるものである。

以下、ミラー付光導波路１０の製造方法について各工程毎に図２（ａ）〜（ｄ）に基づいて説明する。

図２（ａ）に示すように、基板１１上にアンダークラッド１２を平坦に形成する。本実施の形態では、アンダークラッド１２は、例えば、液体状のＵＶ硬化樹脂をスピンコート或いはアプリケータで塗布し、塗布された紫外線硬化型樹脂（ＵＶ硬化樹脂）に紫外線照射して硬化させて形成される。アンダークラッド１２は熱硬化型樹脂で形成されてもよく、熱硬化型樹脂は、基板上に塗布された後、加熱されて硬化する。

基板１１としては、ガラスエポキシ基板（ガラエポ基板）、フィルム基板、石英基板、ソーダガラス基板など挙げられる。

図２（ｂ）に示すように、アンダークラッド１２上に、コア１３とガイド部材２１を設ける。コア１３及びガイド部材２１は、直接露光法を用いて同時に形成されるのが好ましい。

まず、コア材としてＵＶ硬化樹脂をアンダークラッド１２上に塗布する。塗布したコア材の上方に、コア１３及びガイド部材２１のパターンが描かれたフォトマスクを設置し、そのフォトマスクを介してコア材に紫外線を照射する。紫外線照射されたコア材は、そのコア１３及びガイド部材２１のパターンの箇所が硬化し、それ以外の箇所が未硬化のままとなる。コア材を現像してコア１３及びガイド部材２１が形成される。

コア１３及びガイド部材２１は、直接露光法の他に、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）を用いて形成してもよく、或いは、コア１３及びガイド部材２１の形状の金型に樹脂を注入し、その樹脂を硬化させて形成してもよい。

図２（ｃ）に示すように、コア１３、ガイド部材２１及びアンダークラッド１２を覆ってクラッド材２３を塗布する。クラッド材２３としてはＵＶ硬化樹脂或いは熱硬化性樹脂が用いられる。

クラッド材２３を塗布した後、図２（ｄ）に示すように、予め形成したミラーブロック１７を液体状のクラッド材２３に押し込んで、アンダークラッド１２上に載置する。このとき、ミラーブロック１７は、ミラー面１８がガイド部材２１のガイド面２２の上辺に当接するように載置される。これにより、ミラー面１８は、ガイド面２２と並んで形成されたコア１３の中央側端面１５の上辺に当接することとなる。クラッド材２３にミラーブロック１７を押し込むことで、コア１３の中央側端面１５とミラー面１８との間、及びミラーブロック１７のクラッド材浸入溝１９内もクラッド材２３で充填される。

本実施の形態では、反射ミラー１６にクラッド材浸入溝１９を形成しているので、反射ミラー１６をクラッド材２３に押し込んだときに、反射ミラー１６の下方にある余分なクラッド材２３がクラッド材浸入溝１９を通って基板外部に押し出され、反射ミラー１６とアンダークラッド１２間に気泡が形成されることを防いでいる。すなわち、クラッド材浸入溝１９は、ミラーブロック１７のアンダークラッド１２への接着性を良くしている。

最後に、クラッド材２３を紫外線照射或いは加熱により硬化させてオーバクラッド１４を形成し、図１（ａ）に示すミラー付光導波路１０が得られる。

クラッド材２３を硬化させることで、クラッド材浸入溝１９内のクラッド材２３は、ミラーブロック１７をアンダークラッド１２上に接着させる接着剤としての機能を有する。

本実施の形態のミラー付光導波路の製造方法によれば、基板１１上にガイド部材２１をコア１３と共に設け、そのガイド部材２１に当接させるように、別途形成しておいた反射ミラー１６を基板１１上に載置するだけで、コア１３を伝搬する光信号を基板１１に垂直な方向に曲げるミラー付光導波路１０を容易かつ短時間で作製することができる。

また、本実施の形態では、ミラー面１８がガイド部材２１に当接させて反射ミラー１６を載置しているので、ガイド部材２１を任意の位置に形成することにより、光導波路の任意の位置に反射ミラー１６を形成することができる。

本ミラー付光導波路１０は、光導波路に金を蒸着させて反射ミラーを形成するのではなく、光導波路とは別に、ミラーブロック１７に金を蒸着させて形成した反射ミラー１６を光導波路に載置して作製されている。したがって、ミラーブロック１７は、光導波路に比べてサイズの小さいものであるため、蒸着炉内に大量に配置することができ、一度の蒸着で大量の反射ミラー１６を形成することができる。したがって、ミラー付光導波路１０の大量生産を行うことができ、ひいては低コスト化を図ることができる。

本実施の形態では、反射ミラー１６をミラー面１８が複数のコアに対向する程度に大きく形成することで、反射ミラー１６をガイド部材２１に当接させるようにアンダークラッド１２上に載置する際の取扱い性（ハンドリング）を良くしている。

本実施の形態では、コア１３を伝搬した光信号を基板１１側に反射させるべく、ミラー面１８が基板１１側に向いて４５°傾けた反射ミラー１６を形成したが、逆に、ミラー面が基板反対側に向いて４５°傾けた反射ミラーを形成してもよい。

反射ミラー１６は、ミラー面１８のうち、少なくともコアに対向する箇所が傾いて形成されていればよい。例えば、図３に示すように、反射ミラーとして、ガイド部材２１と当接する箇所が垂直面３３に形成され、コア１３と対向する箇所が斜面３２（ミラー面）に形成されたミラーブロック３１を形成してもよい。

さらに、反射ミラー１６のミラー面１８を曲面状に形成してもよく、曲面状に形成することで、ミラー面１８に光信号の集光機能を持たせることもできる。

本実施の形態では、クラッド材２３を塗布した後、反射ミラー１６をアンダークラッド１２上に載置したが、クラッド材２３を塗布する前に反射ミラー１６を載置してもよい。ただし、その際には、クラッド材浸入溝１９内へのクラッド材２３の充填が不十分である可能性があるので、ミラーブロック１７は、接着剤を用いて固定されることが好ましい。

次に、本発明の実施の形態について、実施例に基づいて説明するが、本発明の実施の形態はこれらの実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
石英基板上にＵＶ硬化型アクリル系材料（屈折率１．５１）を塗布し、そのアクリル系材料に紫外線を照射して硬化させてアンダークラッドを形成した。

次に、コア材としてＵＶ硬化型アクリル系材料（屈折率１．５６）を塗布し、コア及びガイド部材のパターンを有するマスクを通してコア材にＵＶを照射し、現像液としてアセトンを用いてコア材の未硬化部を除去して、コア及びガイド部材を形成した。コアのコア幅は５０μｍとした。コア及びガイド部材を形成した後、クラッド材としてＵＶ硬化型アクリル系材料（屈折率１．５１）を塗布した。

その後、反射ミラーをクラッド材に押し込んでアンダークラッド上に載置した後、クラッド材を硬化させてミラー付光導波路を完成させた。反射ミラーは、長さ２ｍｍ、高さがクラッド材の高さより３０μｍ高い程度に形成されたものを用いた。得られたミラー付光導波路のうち、余分な箇所をダイシングソーで切断して除去した。

そのミラー付光導波路のコアに、波長８５０ｎｍの光信号（ＬＤ光）をＧＩファイバ（コア径６２．５μｍ）を介して入射させ、ミラー面で反射し、基板側に出射した光信号をＰＤで受光させた。このときミラー面における過剰損失は、０．５ｄＢと非常に低損失であった。

本実施の形態のミラー付光導波路を示す断面図である。 （ａ）〜（ｄ）はそれぞれ図１のミラー付光導波路の製造方法の各工程を示す断面図である。 反射ミラーの変形例を示す斜視図である。

符号の説明

１０ ミラー付導波路
１１ 基板
１３ コア
１４ オーバクラッド
１６ 反射ミラー
１７ ミラーブロック
１８ ミラー面
１９ クラッド材浸入溝
２１ ミラー位置決めガイド部材
２３ クラッド材

Claims (3)

1. 基板上にコアとクラッドとからなる光導波路を形成すると共に、基板上にコア端面と結合してコアを伝搬した光を基板の垂直方向に反射させる反射ミラーを設けたミラー付光導波路の製造方法において、
   上記基板上に、コアを形成すると共に、そのコアの両側にミラー位置決めガイド部材を形成した後、クラッド材を塗布し、反射ミラーを上記ミラー位置決めガイド部材に当接するように基板上に載置した後、クラッド材を硬化させたことを特徴とするミラー付導波路の製造方法。
2. 上記反射ミラーは、端面にミラー面が形成されたミラーブロックからなり、そのミラーブロックの底面にクラッド材浸入溝が形成され、ミラーブロックを基板上に載置する際にクラッド材浸入溝内にクラッド材が浸入した状態で硬化される請求項１記載のミラー付光導波路の製造方法。
3. 基板上にコアとクラッドとからなる光導波路を形成すると共に、基板上にコア端面と結合してコアを伝搬した光を基板垂直方向に反射させる反射ミラーを設けたミラー付き光導波路において、
   上記コアの両側にミラー位置決めガイド部材を設け、そのミラー位置決めガイド部材にミラー面が当接するようにミラーブロックを設け、そのミラーブロックは、底面に形成されたクラッド材浸入溝に充填されるクラッド材で基板上に固定されていることを特徴とするミラー付き光導波路。
   

Images