JP2015081929A

JP2015081929A - Optical waveguide, and spr sensor cell and colorimetric sensor cell using the same

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Publication number: JP2015081929A
Application number: JP2013218113A
Authority: JP
Inventors: 成紀森田; Shigenori Morita; 友広紺谷; Tomohiro Konya; 真由尾▲崎▼; Mayu Ozaki; 原　和孝; Kazutaka Hara; 和孝原; 学宮崎; Manabu Miyazaki
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 2013-10-21
Filing date: 2013-10-21
Publication date: 2015-04-27

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical waveguide that suppresses propagation loss caused by stress strain and improves the problem of peeling in a heat cycle.SOLUTION: An optical waveguide 100 is provided with a cladding layer 11 and a core layer 12 that is embedded in the cladding layer 11 so that at least a surface of the core layer 12 is exposed therefrom. The storage elastic modulus of the cladding layer 11 is 0.15 GPa or more, and a difference between the linear expansion coefficient of the cladding layer 11 and the linear expansion coefficient of the core layer 12 is 0.3×10/°C or less.

Description

本発明は、光導波路ならびに該光導波路を用いたＳＰＲセンサセルおよび比色センサセルに関する。 The present invention relates to an optical waveguide, and an SPR sensor cell and a colorimetric sensor cell using the optical waveguide.

近年、検知部に光導波路を用いたＳＰＲセンサセルが提案されている（特許文献１）。光導波路は、一般にコアとクラッドとから構成されており、コア内で光を導波させる。ここで、コアに応力等がかかると応力ひずみによって屈折率が局所的に変化するために、導波光が散乱し、伝搬損失が生じ得るという問題がある。特に、コアの一部がクラッドから露出している場合には、当該問題の影響が大きい。 In recent years, an SPR sensor cell using an optical waveguide as a detection unit has been proposed (Patent Document 1). The optical waveguide is generally composed of a core and a clad, and guides light within the core. Here, when stress or the like is applied to the core, the refractive index locally changes due to stress strain, so that there is a problem that guided light may be scattered and propagation loss may occur. In particular, when a part of the core is exposed from the clad, the influence of the problem is great.

特開２０００−１９１００号公報JP 2000-19100 A

上記問題の解決方法としては、クラッドを硬くして応力がかかり難くすることが考えられる。しかしながら、クラッドを硬くすると、熱サイクル等に供された際にコアとクラッドとの間に剥がれが生じる場合がある。したがって、応力ひずみに起因する伝搬損失が抑制され、かつ、熱サイクルにおける剥離の問題が改善された光導波路が求められる。 As a solution to the above problem, it is conceivable to harden the clad to make it difficult to apply stress. However, if the clad is hardened, peeling may occur between the core and the clad when subjected to a thermal cycle or the like. Accordingly, there is a demand for an optical waveguide in which propagation loss due to stress strain is suppressed and the problem of delamination in a thermal cycle is improved.

本発明の光導波路は、クラッド層と、少なくとも一面が露出するように該クラッド層に埋設されたコア層と、を備え、該クラッド層の貯蔵弾性率が、０．１５ＧＰａ以上であり、該クラッド層の線膨張率と該コア層の線膨張率との差が、０．３×１０^−４／℃以下である。
１つの実施形態においては、上記クラッド層が、クラッド層形成樹脂と該クラッド層形成樹脂に分散された粒子とを含む。
１つの実施形態においては、上記クラッド層における粒子の充填率が、２％〜５０％である。
１つの実施形態においては、上記粒子の平均粒子径（φ）が、２００ｎｍ〜２．５μｍである。
本発明の別の局面によれば、ＳＰＲセンサセルが提供される。該ＳＰＲセンサセルは、上記光導波路を有する。
本発明のさらに別の局面によれば、比色センサセルが提供される。該比色センサセルは、上記光導波路を有する。 An optical waveguide of the present invention includes a cladding layer and a core layer embedded in the cladding layer so that at least one surface is exposed, and the storage elastic modulus of the cladding layer is 0.15 GPa or more, The difference between the linear expansion coefficient of the layer and the linear expansion coefficient of the core layer is 0.3 × 10 ⁻⁴ / ° C. or less.
In one embodiment, the clad layer includes a clad layer forming resin and particles dispersed in the clad layer forming resin.
In one embodiment, the filling rate of the particles in the cladding layer is 2% to 50%.
In one embodiment, the average particle diameter (φ) of the particles is 200 nm to 2.5 μm.
According to another aspect of the present invention, an SPR sensor cell is provided. The SPR sensor cell has the optical waveguide.
According to yet another aspect of the present invention, a colorimetric sensor cell is provided. The colorimetric sensor cell has the optical waveguide.

本発明によれば、光導波路のコア層の線膨張率とクラッド層の線膨張率との差を大きくすることなく、クラッド層の硬度を増大することにより、熱サイクルにおける剥がれおよび応力ひずみに起因する光損失が抑制された光導波路が得られ得る。 According to the present invention, the hardness of the cladding layer is increased without increasing the difference between the linear expansion coefficient of the core layer of the optical waveguide and the linear expansion coefficient of the cladding layer. Thus, an optical waveguide with suppressed optical loss can be obtained.

本発明の好ましい実施形態による光導波路を説明する概略斜視図である。It is a schematic perspective view explaining the optical waveguide by preferable embodiment of this invention. 本発明の好ましい実施形態によるＳＰＲセンサセルの概略斜視図である。1 is a schematic perspective view of an SPR sensor cell according to a preferred embodiment of the present invention. 図２に示すＳＰＲセンサセルのＩａ−Ｉａ線概略断面図である。FIG. 3 is a schematic sectional view taken along line Ia-Ia of the SPR sensor cell shown in FIG. 2. 本発明の好ましい実施形態による比色センサセルの概略斜視図である。1 is a schematic perspective view of a colorimetric sensor cell according to a preferred embodiment of the present invention. 図４に示す比色センサセルのＩｂ−Ｉｂ線概略断面図である。FIG. 5 is a schematic sectional view taken along line Ib-Ib of the colorimetric sensor cell shown in FIG. 4. 本発明の光導波路の製造方法の一例を説明する概略図である。It is the schematic explaining an example of the manufacturing method of the optical waveguide of this invention.

［Ａ．光導波路］
本発明の光導波路は、所定の貯蔵弾性率を有するクラッド層と、少なくとも一面が露出するように該クラッド層に埋設されたコア層とを備える。本発明の光導波路の波長６６０ｎｍにおける光損失（伝搬損失）は、例えば２．６ｄＢ／ｃｍ未満、好ましくは２．０ｄＢ／ｃｍ以下、より好ましくは１．５ｄＢ／ｃｍ以下である。光損失が当該範囲内であれば、後述するＳＰＲセンサセルや比色センサセル等のセンサセルの検知部に好適に用いられ得る。光損失は、カットバック法によって測定される。 [A. Optical waveguide]
The optical waveguide of the present invention includes a clad layer having a predetermined storage elastic modulus, and a core layer embedded in the clad layer so that at least one surface is exposed. The optical loss (propagation loss) of the optical waveguide of the present invention at a wavelength of 660 nm is, for example, less than 2.6 dB / cm, preferably 2.0 dB / cm or less, more preferably 1.5 dB / cm or less. If the optical loss is within the range, it can be suitably used for a sensor cell detection unit such as an SPR sensor cell or a colorimetric sensor cell described later. Optical loss is measured by the cutback method.

図１は、本発明の好ましい実施形態による光導波路を説明する概略斜視図である。図示例において、光導波路１００は、クラッド層１１と、上面が露出するようにクラッド層１１に埋設されたコア層１２とから構成されており、平面視略矩形の平板状に形成されている。クラッド層の厚み（コア層上面からの厚み）は、例えば５μｍ〜４００μｍである。なお、図示例とは異なり、コア層は上面と下面とがクラッド層から露出していてもよい。 FIG. 1 is a schematic perspective view illustrating an optical waveguide according to a preferred embodiment of the present invention. In the illustrated example, the optical waveguide 100 includes a clad layer 11 and a core layer 12 embedded in the clad layer 11 so that the upper surface is exposed, and is formed in a flat plate shape having a substantially rectangular shape in plan view. The thickness of the cladding layer (thickness from the upper surface of the core layer) is, for example, 5 μm to 400 μm. Note that, unlike the illustrated example, the upper and lower surfaces of the core layer may be exposed from the cladding layer.

クラッド層１１は、好ましくはクラッド層形成樹脂と該クラッド層形成樹脂に分散された粒子とを含む。クラッド層中に粒子を分散させることにより、その硬度を増大させることができる。 The clad layer 11 preferably includes a clad layer forming resin and particles dispersed in the clad layer forming resin. By dispersing the particles in the cladding layer, the hardness can be increased.

上記粒子としては、任意の適切な粒子が用いられ得る。例えば、粒子は、好ましくは１．４０〜３．００、より好ましくは１．４３〜２．６０の屈折率を有する材料から形成される。このような材料を用いる場合、クラッド層の屈折率を所望の範囲に調整しやすいという利点がある。また例えば、粒子は、好ましくは０．１以下、より好ましくは０の消衰係数を有する材料から形成される。なお、本明細書において、屈折率は、波長８３０ｎｍにおける屈折率を意味する。また、消衰係数は、波長８３０ｎｍにおける消衰係数を意味する。 Any appropriate particles can be used as the particles. For example, the particles are preferably formed from a material having a refractive index of 1.40 to 3.00, more preferably 1.43 to 2.60. When such a material is used, there is an advantage that the refractive index of the cladding layer can be easily adjusted to a desired range. Also, for example, the particles are preferably formed from a material having an extinction coefficient of 0.1 or less, more preferably 0. In the present specification, the refractive index means a refractive index at a wavelength of 830 nm. The extinction coefficient means an extinction coefficient at a wavelength of 830 nm.

粒子の形成材料の具体例としては、例えば、金属または無機酸化物が挙げられる。金属としては、チタン、タンタル、アルミニウム、亜鉛、クロム、鉄等が好ましく例示できる。また、無機酸化物としては、金属酸化物（例えば、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化クロム（Ｃｒ_２Ｏ_３）、酸化鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）、酸化銅（ＣｕＯ））および半金属酸化物（例えば、酸化ホウ素（Ｂ_２Ｏ_３）、酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ_２））が好ましく例示できる。上記粒子としては、一種のみ用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。 Specific examples of the particle forming material include metals and inorganic oxides. Preferred examples of the metal include titanium, tantalum, aluminum, zinc, chromium, iron and the like. Examples of the inorganic oxide include metal oxides (for example, titanium oxide (TiO ₂ ), tantalum oxide (Ta ₂ O ₅ ), aluminum oxide (Al ₂ O ₃ ), zinc oxide (ZnO), and chromium oxide (Cr ₂ O ₃ ), iron oxide (Fe ₂ O ₃ ), copper oxide (CuO)) and metalloid oxides (eg, boron oxide (B ₂ O ₃ ), silicon oxide (SiO ₂ ), germanium oxide (GeO ₂ )) Can be preferably exemplified. As said particle | grain, only 1 type may be used and it may be used in combination of 2 or more types.

上記粒子の平均粒子径（φ）は、例えば１０ｎｍ〜５μｍである。平均粒子径の下限は、好ましくは２００ｎｍ、より好ましくは３００ｎｍである。また、平均粒子径の上限は、好ましくは２．５μｍ、より好ましくは２．０μｍである。このような平均粒子径であれば、コア層との線膨張率の差を所望の範囲に調整しつつ、硬度を増大させることができる。なお、本明細書において、平均粒子径は、メジアン径を意味する。クラッド層における上記粒子の平均粒子径は、例えば、レーザー回折散乱式粒度分布測定に基づいて、または、クラッド層断面のＳＥＭ画像を画像処理して粒径分布を求め、そこから得られる体積基準粒度分布に基づいて得ることができる。 The average particle diameter (φ) of the particles is, for example, 10 nm to 5 μm. The lower limit of the average particle diameter is preferably 200 nm, more preferably 300 nm. Further, the upper limit of the average particle diameter is preferably 2.5 μm, more preferably 2.0 μm. With such an average particle size, the hardness can be increased while adjusting the difference in linear expansion coefficient with the core layer to a desired range. In addition, in this specification, an average particle diameter means a median diameter. The average particle size of the above particles in the cladding layer is, for example, based on laser diffraction / scattering particle size distribution measurement or image processing of an SEM image of a cross section of the cladding layer to obtain a particle size distribution, and a volume-based particle size obtained therefrom It can be obtained based on the distribution.

上記クラッド層形成樹脂としては、後述するコア層の屈折率よりも低い屈折率を有するクラッド層を形成し得る任意の適切な樹脂が用いられる。具体例としては、フッ素樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂およびこれらの変性体（例えば、フルオレン変性体、重水素変性体、フッ素樹脂以外の場合はフッ素変性体）が挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。これらは、好ましくは感光剤を配合して、感光性材料として用いられ得る。 As the cladding layer forming resin, any appropriate resin capable of forming a cladding layer having a refractive index lower than the refractive index of the core layer described later is used. Specific examples include fluororesins, epoxy resins, polyimide resins, polyamide resins, silicone resins, acrylic resins, and modified products thereof (for example, fluorene-modified products, deuterium-modified products, and fluorine-modified products other than fluororesins). Can be mentioned. These may be used alone or in combination of two or more. These can be used as a photosensitive material, preferably by blending a photosensitive agent.

クラッド層形成樹脂の屈折率は、上記粒子の屈折率より低い。クラッド層形成樹脂の屈折率と粒子の屈折率との差は、好ましくは０．０３以上であり、より好ましくは０．０５以上、さらに好ましくは０．０７以上、さらにより好ましくは、０．１０以上である。 The refractive index of the cladding layer forming resin is lower than the refractive index of the particles. The difference between the refractive index of the cladding layer forming resin and the refractive index of the particles is preferably 0.03 or more, more preferably 0.05 or more, still more preferably 0.07 or more, and even more preferably 0.10. That's it.

クラッド層形成樹脂の屈折率は、好ましくは１．４２以下であり、より好ましくは１．４０未満であり、さらに好ましくは１．３８以下である。 The refractive index of the clad layer forming resin is preferably 1.42 or less, more preferably less than 1.40, and even more preferably 1.38 or less.

クラッド層１１における上記粒子の充填率は、例えば１％〜５０％である。充填率の下限は、好ましくは２％、より好ましくは３％、さらに好ましくは５％である。また、充填率の上限は、好ましくは３０％、より好ましくは２５％である。このような充填率であれば、コア層との線膨張率の差を所望の範囲に調整しつつ、クラッド層の硬度を増大させることができる。 The filling rate of the particles in the cladding layer 11 is, for example, 1% to 50%. The lower limit of the filling rate is preferably 2%, more preferably 3%, still more preferably 5%. Further, the upper limit of the filling rate is preferably 30%, more preferably 25%. With such a filling rate, the hardness of the cladding layer can be increased while adjusting the difference in linear expansion coefficient with the core layer within a desired range.

クラッド層１１の屈折率（Ｎ_ＣＬ）は、上記粒子の屈折率（Ｎ_ＰＡ）よりも低い。クラッド層の屈折率と粒子の屈折率との差（Ｎ_ＰＡ−Ｎ_ＣＬ）は、好ましくは０．０３以上であり、より好ましくは０．０５以上、さらに好ましくは０．０７以上、さらにより好ましくは、０．１０以上である。 The refractive index (N _CL ) of the cladding layer 11 is lower than the refractive index (N _PA ) of the particles. The difference (N _PA -N _CL ) between the refractive index of the cladding layer and the refractive index of the particles is preferably 0.03 or more, more preferably 0.05 or more, still more preferably 0.07 or more, and even more preferably. Is 0.10 or more.

クラッド層１１の貯蔵弾性率は、例えば０．１５ＧＰａ以上であり、好ましくは０．２０ＧＰa以上であり、より好ましくは０．２５ＧＰａ以上である。このような貯蔵弾性率であれば、コア層の応力ひずみを低減し得る。また、該貯蔵弾性率は、例えば１０ＧＰａ以下である。 The storage elastic modulus of the cladding layer 11 is, for example, 0.15 GPa or more, preferably 0.20 GPa or more, and more preferably 0.25 GPa or more. With such a storage elastic modulus, the stress strain of the core layer can be reduced. The storage elastic modulus is, for example, 10 GPa or less.

コア層１２は、クラッド層１１の幅方向および厚み方向の両方と直交する方向に延びる略角柱形状に形成され、クラッド層１１の幅方向略中央部の上端部に埋設されている。コア層１２の延びる方向が、光導波路内を光が伝播する方向となる。 The core layer 12 is formed in a substantially prismatic shape extending in a direction orthogonal to both the width direction and the thickness direction of the cladding layer 11, and is embedded in the upper end portion of the substantially central portion in the width direction of the cladding layer 11. The direction in which the core layer 12 extends is the direction in which light propagates in the optical waveguide.

コア層１２は、その上面がクラッド層１１の上面と面一となるように配置されている。コア層の上面がクラッド層の上面と面一となるように配置することにより、後述するＳＰＲセンサセルまたは比色センサセルにおいて金属層や保護層をコア層の上側のみに効率よく配置することができる。さらに、コア層は、その延びる方向の両端面がクラッド層の当該方向の両端面と面一となるように配置されている。 The core layer 12 is disposed so that the upper surface thereof is flush with the upper surface of the cladding layer 11. By arranging the upper surface of the core layer so as to be flush with the upper surface of the cladding layer, the metal layer and the protective layer can be efficiently arranged only on the upper side of the core layer in the SPR sensor cell or the colorimetric sensor cell described later. Furthermore, the core layer is arranged so that both end faces in the extending direction thereof are flush with both end faces in the corresponding direction of the cladding layer.

コア層１２の屈折率（Ｎ_ＣＯ）は、用途等に応じて任意の適切な値に設定され得る。例えば、光導波路１００がＳＰＲセンサセルに適用される場合、コア層１２の屈折率（Ｎ_ＣＯ）は、好ましくは１．４３以下であり、より好ましくは１．４０未満であり、さらに好ましくは１．３８以下である。コア層の屈折率を１．４３以下とすることにより、検出感度を格段に向上させることができる。コア層の屈折率の下限は、好ましくは１．３４である。コア層の屈折率が１．３４以上であれば、水溶液系のサンプル（水の屈折率：１．３３）であってもＳＰＲを励起することができ、かつ、汎用の材料を使用することができる。 The refractive index (N _CO ) of the core layer 12 can be set to any appropriate value depending on the application or the like. For example, when the optical waveguide 100 is applied to an SPR sensor cell, the refractive index (N _CO ) of the core layer 12 is preferably 1.43 or less, more preferably less than 1.40, and even more preferably 1. 38 or less. By setting the refractive index of the core layer to 1.43 or less, the detection sensitivity can be significantly improved. The lower limit of the refractive index of the core layer is preferably 1.34. If the refractive index of the core layer is 1.34 or more, SPR can be excited even with an aqueous sample (water refractive index: 1.33), and a general-purpose material can be used. it can.

コア層１２の屈折率（Ｎ_ＣＯ）は、クラッド層１１の屈折率（Ｎ_ＣＬ）より高い。コア層の屈折率とクラッド層の屈折率との差（Ｎ_ＣＯ−Ｎ_ＣＬ）は、好ましくは０．０１０以上であり、より好ましくは０．０２０以上、さらに好ましくは０．０２５以上である。コア層の屈折率とクラッド層の屈折率との差がこのような範囲であれば、光導波路１００をいわゆるマルチモードとすることができる。したがって、光導波路を透過する光の量を多くすることができ、後述するＳＰＲセンサセルまたは比色センサセルに適用した場合に、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。また、コア層の屈折率とクラッド層の屈折率との差は、好ましくは０．１５以下、より好ましくは０．１０以下、さらに好ましくは０．０５０以下である。 The refractive index (N _CO ) of the core layer 12 is higher than the refractive index (N _CL ) of the cladding layer 11. The difference (N _CO -N _CL ) between the refractive index of the core layer and the refractive index of the cladding layer is preferably 0.010 or more, more preferably 0.020 or more, and further preferably 0.025 or more. If the difference between the refractive index of the core layer and the refractive index of the cladding layer is within such a range, the optical waveguide 100 can be set to a so-called multimode. Therefore, the amount of light transmitted through the optical waveguide can be increased, and the S / N ratio can be improved when applied to an SPR sensor cell or a colorimetric sensor cell described later. Further, the difference between the refractive index of the core layer and the refractive index of the cladding layer is preferably 0.15 or less, more preferably 0.10 or less, and still more preferably 0.050 or less.

コア層１２の線膨張率とクラッド層１１の線膨張率との差は、例えば０．３×１０^−４／℃以下であり、好ましくは０．２５×１０^−４／℃以下、より好ましくは０．２×１０^−４／℃以下である。コア層の線膨張率は、クラッド層の線膨張率より大きくてもよく、また、小さくてもよいが、コア層の線膨張率がクラッド層の線膨張率よりも大きいか、または、これらの線膨張率が等しいことがより好ましい。線膨張率の差が当該範囲内であることにより、本発明の光導波路が熱サイクル等に供された場合であっても、コア層とクラッド層との剥離が防止され得る。 The difference between the linear expansion coefficient of the core layer 12 and the linear expansion coefficient of the cladding layer 11 is, for example, 0.3 × 10 ⁻⁴ / ° C. or less, preferably 0.25 × 10 ⁻⁴ / ° C. or less, more preferably. It is 0.2 × 10 ⁻⁴ / ° C. or less. The linear expansion coefficient of the core layer may be larger or smaller than the linear expansion coefficient of the cladding layer, but the linear expansion coefficient of the core layer is larger than the linear expansion coefficient of the cladding layer, or these More preferably, the linear expansion coefficients are equal. When the difference in linear expansion coefficient is within the range, even when the optical waveguide of the present invention is subjected to a thermal cycle or the like, peeling between the core layer and the cladding layer can be prevented.

コア層１２の厚みは、例えば５μｍ〜２００μｍであり、好ましくは２０μｍ〜２００μｍである。また、コア層の幅は、例えば５μｍ〜２００μｍであり、好ましくは２０μｍ〜２００μｍである。このような厚みおよび／または幅であれば、光導波路１００をいわゆるマルチモードとすることができる。また、コア層１２の長さ（導波路長）は、例えば２ｍｍ〜５０ｍｍであり、好ましくは１０ｍｍ〜２０ｍｍである。 The thickness of the core layer 12 is, for example, 5 μm to 200 μm, preferably 20 μm to 200 μm. Moreover, the width | variety of a core layer is 5 micrometers-200 micrometers, for example, Preferably they are 20 micrometers-200 micrometers. With such a thickness and / or width, the optical waveguide 100 can be set to a so-called multimode. The length (waveguide length) of the core layer 12 is, for example, 2 mm to 50 mm, and preferably 10 mm to 20 mm.

コア層１２を形成する材料としては、本発明の効果が得られる限りにおいて任意の適切な材料を用いることができる。例えば、クラッド層形成樹脂と同様の樹脂であって、屈折率がクラッド層よりも高くなるように調整された樹脂から形成され得る。 As a material for forming the core layer 12, any appropriate material can be used as long as the effects of the present invention can be obtained. For example, it can be formed from a resin similar to the clad layer forming resin and adjusted to have a refractive index higher than that of the clad layer.

なお、図１では、コア層の数が１つとされているが、コア層の数は、目的に応じて変更してもよい。具体的には、コア層は、クラッド層の幅方向に所定の間隔を隔てて複数形成されてもよい。コア層の形状もまた、目的に応じて任意の適切な形状（例えば、半円柱形状、凸柱形状）を採用することができる。 In FIG. 1, the number of core layers is one, but the number of core layers may be changed according to the purpose. Specifically, a plurality of core layers may be formed at a predetermined interval in the width direction of the cladding layer. As the shape of the core layer, any appropriate shape (for example, a semi-cylindrical shape or a convex column shape) can be adopted depending on the purpose.

［Ｂ．ＳＰＲセンサセル］
図２は、本発明の好ましい実施形態によるＳＰＲセンサセルを説明する概略斜視図である。図３は、図２に示すＳＰＲセンサセルのＩａ−Ｉａ線概略断面図である。 [B. SPR sensor cell]
FIG. 2 is a schematic perspective view illustrating an SPR sensor cell according to a preferred embodiment of the present invention. FIG. 3 is a schematic sectional view taken along line Ia-Ia of the SPR sensor cell shown in FIG.

ＳＰＲセンサセル２００は、図２および図３に示すように、平面視略矩形の有底枠形状に形成されており、アンダークラッド層１１と上面が露出するようにアンダークラッド層１１に埋設されたコア層１２とを備える光導波路１００と、アンダークラッド層１１とコア層１２とを被覆する金属層２０とを有する。光導波路１００および金属層２０は、サンプルの状態および／またはその変化を検知する検知部２１０として機能する。図示した形態においては、ＳＰＲセンサセル１００は、検知部２１０に隣接するように設けられたサンプル配置部２２０を備える。サンプル配置部２２０は、オーバークラッド層３０により規定されている。オーバークラッド層３０は、サンプル配置部２２０を適切に設けることができる限りにおいて省略されてもよい。サンプル配置部２２０には、分析されるサンプル（例えば、溶液、粉末）が検知部（実質的には金属層）に接触して配置される。 As shown in FIGS. 2 and 3, the SPR sensor cell 200 is formed in a bottomed frame shape having a substantially rectangular shape in plan view, and a core embedded in the under cladding layer 11 so that the under cladding layer 11 and the upper surface are exposed. The optical waveguide 100 including the layer 12 and the metal layer 20 that covers the under cladding layer 11 and the core layer 12 are included. The optical waveguide 100 and the metal layer 20 function as a detection unit 210 that detects the state of the sample and / or its change. In the illustrated form, the SPR sensor cell 100 includes a sample placement unit 220 provided so as to be adjacent to the detection unit 210. The sample placement portion 220 is defined by the over clad layer 30. The over clad layer 30 may be omitted as long as the sample placement portion 220 can be appropriately provided. In the sample placement section 220, a sample to be analyzed (for example, a solution or a powder) is placed in contact with the detection section (substantially a metal layer).

光導波路１００は、上記Ａ項で説明したとおりである。 The optical waveguide 100 is as described in the above section A.

金属層２０は、図２および図３に示すように、アンダークラッド層１１およびコア層１２の上面の少なくとも一部を均一に被覆するように形成されている。必要に応じて、アンダークラッド層およびコア層と金属層との間に易接着層（図示せず）が設けられ得る。易接着層を形成することにより、アンダークラッド層およびコア層と金属層とを強固に固着させることができる。 As shown in FIGS. 2 and 3, the metal layer 20 is formed so as to uniformly cover at least a part of the upper surfaces of the under cladding layer 11 and the core layer 12. If necessary, an easy adhesion layer (not shown) may be provided between the under cladding layer and the core layer and the metal layer. By forming the easy adhesion layer, the under clad layer, the core layer, and the metal layer can be firmly fixed.

金属層を形成する材料としては、金、銀、白金、銅、アルミニウムおよびこれらの合金が挙げられる。金属層は、単一層であってもよく、２層以上の積層構造を有していてもよい。金属層の厚み（積層構造を有する場合はすべての層の合計厚み）は、好ましくは２０ｎｍ〜７０ｎｍであり、より好ましくは３０ｎｍ〜６０ｎｍである。 Examples of the material for forming the metal layer include gold, silver, platinum, copper, aluminum, and alloys thereof. The metal layer may be a single layer or may have a laminated structure of two or more layers. The thickness of the metal layer (when having a laminated structure, the total thickness of all layers) is preferably 20 nm to 70 nm, and more preferably 30 nm to 60 nm.

易接着層を形成する材料としては、代表的にはクロムまたはチタンが挙げられる。易接着層の厚みは、好ましくは１ｎｍ〜５ｎｍである。 As a material for forming the easy-adhesion layer, chrome or titanium is typically given. The thickness of the easy adhesion layer is preferably 1 nm to 5 nm.

オーバークラッド層３０は、図２に示すように、光導波路１００の上面において、その外周が光導波路１００の外周と平面視において略同一となるように、平面視矩形の枠形状に形成されている。光導波路１００の上面とオーバークラッド層３０とで囲まれる部分が、サンプル配置部２２０として区画されている。当該区画にサンプルを配置することにより、検知部２１０の金属層とサンプルとが接触し、検出が可能となる。さらに、このような区画を形成することにより、サンプルを容易に金属層表面に配置することができるので、作業性の向上を図ることができる。 As shown in FIG. 2, the over clad layer 30 is formed in a rectangular frame shape in plan view so that the outer periphery of the over clad layer 30 is substantially the same as the outer periphery of the optical waveguide 100 in plan view. . A portion surrounded by the upper surface of the optical waveguide 100 and the over cladding layer 30 is partitioned as a sample placement portion 220. By arranging the sample in the section, the metal layer of the detection unit 210 and the sample come into contact with each other, and detection is possible. Furthermore, by forming such a partition, the sample can be easily placed on the surface of the metal layer, so that workability can be improved.

オーバークラッド層３０を形成する材料としては、例えば、上記コア層およびアンダークラッド層を形成する材料、ならびにシリコーンゴムが挙げられる。オーバークラッド層の厚みは、好ましくは５μｍ〜２０００μｍであり、さらに好ましくは２５μｍ〜２００μｍである。オーバークラッド層の屈折率は、好ましくは、コア層の屈折率よりも低い。１つの実施形態においては、オーバークラッド層の屈折率は、アンダークラッド層の屈折率と同等である。 Examples of the material for forming the over clad layer 30 include a material for forming the core layer and the under clad layer, and silicone rubber. The thickness of the over clad layer is preferably 5 μm to 2000 μm, more preferably 25 μm to 200 μm. The refractive index of the overcladding layer is preferably lower than the refractive index of the core layer. In one embodiment, the refractive index of the overclad layer is equivalent to the refractive index of the underclad layer.

以上、本発明の好ましい実施形態によるＳＰＲセンサセルを説明してきたが、本発明はこれらに限定されない。例えば、光導波路１００と金属層２０との間に保護層を設けてもよい。この場合、保護層は、光導波路１００の上面をすべて被覆するように、平面視において光導波路と同じ形状の薄膜として形成され得る。保護層を設けることにより、例えば、サンプルが液状である場合に、サンプルによってコア層および／またはクラッド層が膨潤することを防止することができる。保護層を形成する材料としては、例えば、二酸化ケイ素、酸化アルミニウムが挙げられる。これらの材料は、好ましくは、コア層よりも屈折率が低くなるように調整され得る。保護層の厚みは、好ましくは１ｎｍ〜１００ｎｍであり、より好ましくは５ｎｍ〜２０ｎｍである。 As mentioned above, although the SPR sensor cell by preferable embodiment of this invention has been demonstrated, this invention is not limited to these. For example, a protective layer may be provided between the optical waveguide 100 and the metal layer 20. In this case, the protective layer may be formed as a thin film having the same shape as the optical waveguide in plan view so as to cover the entire upper surface of the optical waveguide 100. By providing the protective layer, for example, when the sample is in a liquid state, the core layer and / or the clad layer can be prevented from swelling due to the sample. Examples of the material for forming the protective layer include silicon dioxide and aluminum oxide. These materials can preferably be adjusted to have a refractive index lower than that of the core layer. The thickness of the protective layer is preferably 1 nm to 100 nm, more preferably 5 nm to 20 nm.

さらに、ＳＰＲセンサセル２００（サンプル配置部２２０）の上部には、蓋を設けてもよい。このような構成とすれば、サンプルが外気に接触することを防止することができる。また、サンプルが溶液である場合には、溶媒の蒸発による濃度変化を防止することができる。蓋を設ける場合には、液状サンプルをサンプル配置部へ注入するための注入口とサンプル配置部から排出するための排出口とを設けてもよい。このような構成とすれば、サンプルを流してサンプル配置部に連続的に供給することができるので、サンプルの特性を連続的に測定することができる。 Furthermore, a lid may be provided on the top of the SPR sensor cell 200 (sample placement unit 220). With such a configuration, the sample can be prevented from coming into contact with the outside air. Further, when the sample is a solution, a change in concentration due to evaporation of the solvent can be prevented. When the lid is provided, an inlet for injecting the liquid sample into the sample placement portion and a discharge port for discharging from the sample placement portion may be provided. With such a configuration, the sample can be flowed and continuously supplied to the sample placement unit, so that the characteristics of the sample can be continuously measured.

上記の実施形態は、それぞれを適切に組み合わせてもよい。 The above embodiments may be appropriately combined with each other.

以下、このようなＳＰＲセンサセル２００の使用形態の一例を説明する。 Hereinafter, an example of the usage pattern of such an SPR sensor cell 200 will be described.

まず、サンプルをＳＰＲセンサセル２００のサンプル配置部２２０に配置し、サンプルと金属層２０とを接触させる。次いで、任意の適切な光源からの光を、ＳＰＲセンサセル２００（コア層１２）に導入する。ＳＰＲセンサセル２００（コア層１２）に導入された光は、コア層１２内において全反射を繰り返しながら、ＳＰＲセンサセル２００（コア層１２）を透過するとともに、一部の光は、コア層１２の上面において金属層２０に入射し、表面プラズモン共鳴により減衰される。ＳＰＲセンサセル２００（コア層１２）を透過して出射した光は、任意の適切な光計測器に導入される。すなわち、このＳＰＲセンサセル２００から光計測器に導入される光は、コア層１２において表面プラズモン共鳴を発生させた波長の光強度が減衰している。表面プラズモン共鳴を発生させる波長は、金属層２０に接触したサンプルの屈折率などに依存するので、光計測器に導入される光の光強度の減衰を検出することにより、サンプルの屈折率やその変化を検出することができる。 First, a sample is arrange | positioned at the sample arrangement | positioning part 220 of the SPR sensor cell 200, and a sample and the metal layer 20 are made to contact. Next, light from any suitable light source is introduced into the SPR sensor cell 200 (core layer 12). The light introduced into the SPR sensor cell 200 (core layer 12) passes through the SPR sensor cell 200 (core layer 12) while repeating total reflection in the core layer 12, and part of the light is on the upper surface of the core layer 12. Is incident on the metal layer 20 and attenuated by surface plasmon resonance. The light emitted through the SPR sensor cell 200 (core layer 12) is introduced into any appropriate optical measuring instrument. That is, in the light introduced from the SPR sensor cell 200 into the optical measuring instrument, the light intensity of the wavelength that caused the surface plasmon resonance in the core layer 12 is attenuated. The wavelength at which surface plasmon resonance is generated depends on the refractive index of the sample in contact with the metal layer 20, and so by detecting the attenuation of the light intensity of the light introduced into the optical measuring instrument, Changes can be detected.

［Ｃ．比色センサセル］
図４は、本発明の好ましい実施形態による比色センサセルを説明する概略斜視図である。図５は、図４に示す比色センサセルのＩｂ−Ｉｂ線概略断面図である。 [C. Colorimetric sensor cell]
FIG. 4 is a schematic perspective view illustrating a colorimetric sensor cell according to a preferred embodiment of the present invention. FIG. 5 is a schematic sectional view taken along line Ib-Ib of the colorimetric sensor cell shown in FIG.

比色センサセル３００は、図４および図５に示すように、平面視略矩形の有底枠形状に形成されており、アンダークラッド層１１と上面が露出するようにアンダークラッド層１１に埋設されたコア層１２とを備える光導波路１００を有する。光導波路１００は、サンプルの状態および／またはその変化を検知する検知部３１０として機能する。図示した形態においては、比色センサセル３００は、光導波路１００の上面を被覆する保護層４０と該保護層４０を介して検知部３１０に隣接するように設けられたサンプル配置部３２０とをさらに備える。保護層４０は、目的に応じて省略されてもよい。サンプル配置部３２０は、オーバークラッド層３０により規定されている。オーバークラッド層３０は、サンプル配置部３２０を適切に設けることができる限りにおいて省略されてもよい。サンプル配置部３２０には、分析されるサンプル（例えば、溶液、粉末）が検知部（図示例では保護層４０）に接触して配置される。また、図示しないが、上記Ｂ項に記載のＳＰＲセンサセルと同様に、比色センサセル３００（サンプル配置部３２０）の上部に蓋を設けてもよい。 4 and 5, the colorimetric sensor cell 300 is formed in a bottomed frame shape having a substantially rectangular shape in plan view, and is embedded in the under clad layer 11 so that the under clad layer 11 and the upper surface are exposed. An optical waveguide 100 including a core layer 12 is included. The optical waveguide 100 functions as a detection unit 310 that detects the state of the sample and / or its change. In the illustrated embodiment, the colorimetric sensor cell 300 further includes a protective layer 40 that covers the upper surface of the optical waveguide 100 and a sample placement unit 320 that is provided adjacent to the detection unit 310 via the protective layer 40. . The protective layer 40 may be omitted depending on the purpose. The sample placement portion 320 is defined by the over clad layer 30. The over clad layer 30 may be omitted as long as the sample placement portion 320 can be appropriately provided. In the sample placement unit 320, a sample to be analyzed (for example, a solution or a powder) is placed in contact with the detection unit (the protective layer 40 in the illustrated example). Although not shown, a lid may be provided on the upper part of the colorimetric sensor cell 300 (sample placement unit 320), similarly to the SPR sensor cell described in the above section B.

光導波路１００は、上記Ａ項で説明したとおりである。また、オーバークラッド層３０および保護層４０は、上記Ｂ項で説明したとおりである。 The optical waveguide 100 is as described in the above section A. The over clad layer 30 and the protective layer 40 are as described in the above section B.

以下、このような比色センサセル３００の使用形態の一例を説明する。 Hereinafter, an example of a usage pattern of the colorimetric sensor cell 300 will be described.

まず、サンプルを比色センサセル３００のサンプル配置部３２０に配置し、サンプルと保護層４０とを接触させる。次いで、任意の適切な光源からの光を、比色センサセル３００（コア層１２）に導入する。比色センサセル３００（コア層１２）に導入された光は、コア層１２内において全反射を繰り返しながら、比色センサセル３００（コア層１２）を透過するとともに、一部の光は、エバネッセント波としてコア層１２から染み出し、コア層１２の上面において、保護層４０を介してサンプルに入射され、減衰される。比色センサセル３００（コア層１２）を透過して出射した光は、任意の適切な光計測器に導入される。すなわち、この比色センサセル３００から光計測器に導入される光は、コア層１２においてサンプルが吸収した波長の光強度が減衰している。サンプルが吸収する波長は、比色センサセル３００に配置されたサンプルの色などに依存するため、光計測器に導入される光の光強度の減衰を検出することにより、サンプルの色やその変化を検出することができる。 First, the sample is placed in the sample placement portion 320 of the colorimetric sensor cell 300, and the sample and the protective layer 40 are brought into contact with each other. Next, light from any suitable light source is introduced into the colorimetric sensor cell 300 (core layer 12). The light introduced into the colorimetric sensor cell 300 (core layer 12) is transmitted through the colorimetric sensor cell 300 (core layer 12) while repeating total reflection in the core layer 12, and part of the light is converted into evanescent waves. It exudes from the core layer 12 and is incident on the sample through the protective layer 40 on the upper surface of the core layer 12 and attenuated. Light emitted through the colorimetric sensor cell 300 (core layer 12) is introduced into any appropriate optical measuring instrument. That is, in the light introduced from the colorimetric sensor cell 300 to the optical measuring instrument, the light intensity of the wavelength absorbed by the sample in the core layer 12 is attenuated. Since the wavelength absorbed by the sample depends on the color of the sample arranged in the colorimetric sensor cell 300, the color of the sample and its change are detected by detecting the attenuation of the light intensity of the light introduced into the optical measuring instrument. Can be detected.

［Ｄ．製造方法］
本発明の光導波路の製造方法としては、任意の適切な方法が用いられ得る。本発明の光導波路の作製方法の具体例としては、図６に示す方法や特開２０１２−２１５５４１号公報の図３に記載されるような方法が挙げられる。 [D. Production method]
Any appropriate method can be used as the method of manufacturing the optical waveguide of the present invention. Specific examples of the method for producing an optical waveguide according to the present invention include the method shown in FIG. 6 and the method described in FIG. 3 of JP2012-215541A.

図６に示す方法においては、まず、図６（ａ）に示すように、コア層の形状に対応する凹部を有する鋳型５０の表面上にコア層を形成する材料１２’を配置する。次いで、図６（ｂ）に示すように、鋳型５０表面に転写フィルム６０を所定の方向に向かって押圧手段７０で押圧しながら貼り合わせて、該凹部にコア層形成材料１２’を充填しつつ余分なコア層形成材料１２’を除去する。その後、図６（ｃ）に示すように、凹部内に充填されたコア層形成材料１２’に紫外線を照射し、当該材料を硬化させて、コア層１２を形成する。さらに、図６（ｄ）に示すように、転写フィルム６０を鋳型５０から剥離して、転写フィルム６０上にコア層１２を転写する。 In the method shown in FIG. 6, first, as shown in FIG. 6A, the material 12 ′ for forming the core layer is disposed on the surface of the mold 50 having the recess corresponding to the shape of the core layer. Next, as shown in FIG. 6 (b), the transfer film 60 is bonded to the surface of the mold 50 while being pressed by the pressing means 70 in a predetermined direction, and the core layer forming material 12 ′ is filled in the concave portion. Excess core layer forming material 12 'is removed. Thereafter, as shown in FIG. 6C, the core layer forming material 12 ′ filled in the recesses is irradiated with ultraviolet rays, and the material is cured to form the core layer 12. Further, as shown in FIG. 6D, the transfer film 60 is peeled from the mold 50, and the core layer 12 is transferred onto the transfer film 60.

次いで、図６（ｅ）に示すように、クラッド層形成樹脂と任意に該樹脂中に分散された粒子とを含むクラッド層形成材料１１’を、コア層１２を覆うように塗布する。あるいは、図示例とは異なり、クラッド層形成材料１１’を予め他の支持体（例えば、コロナ処理済のＰＥＴフィルム）上に塗布しておき、該クラッド層形成材料１１’がコア層１２を覆うように、該支持体と転写フィルム６０とを貼り合わせてもよい。その後、図６（ｆ）に示すように、クラッド層形成材料１１’に紫外線を照射し、当該材料を硬化させて、クラッド層１１を形成する。その後、図６（ｇ）に示すように、転写フィルム６０を剥離除去し、上下反転することにより、クラッド層１１に埋設されたコア層１２を有する光導波路が得られる。 Next, as shown in FIG. 6E, a clad layer forming material 11 ′ including a clad layer forming resin and optionally particles dispersed in the resin is applied so as to cover the core layer 12. Alternatively, unlike the illustrated example, the clad layer forming material 11 ′ is previously coated on another support (for example, a corona-treated PET film), and the clad layer forming material 11 ′ covers the core layer 12. As described above, the support and the transfer film 60 may be bonded together. Thereafter, as shown in FIG. 6F, the clad layer forming material 11 ′ is irradiated with ultraviolet rays, and the material is cured to form the clad layer 11. Thereafter, as shown in FIG. 6G, the transfer film 60 is peeled and removed and turned upside down to obtain an optical waveguide having the core layer 12 embedded in the cladding layer 11.

上記紫外線の照射条件は、材料の種類に応じて適切に設定され得る。必要に応じて、材料を加熱してもよい。加熱は、紫外線照射前に行ってもよく、紫外線照射後に行ってもよく、紫外線照射と併せて行ってもよい。また、クラッド層形成樹脂中に粒子を分散させる方法としては、任意の適切な方法が用いられ得る。 The irradiation condition of the ultraviolet rays can be appropriately set according to the type of material. If necessary, the material may be heated. Heating may be performed before ultraviolet irradiation, may be performed after ultraviolet irradiation, or may be performed in combination with ultraviolet irradiation. Further, any appropriate method can be used as a method of dispersing the particles in the clad layer forming resin.

本発明のＳＰＲセンサセルおよび比色センサセルは、本発明の光導波路のコア露出面に、所望の構成部材（保護層、金属層、オーバークラッド層等）を形成することによって得られ得る。これらの形成方法としては、特開２０１２−１０７９０１号公報、特開２０１２−２１５５４１号公報等に記載の方法を用いることができる。 The SPR sensor cell and the colorimetric sensor cell of the present invention can be obtained by forming desired constituent members (protective layer, metal layer, over clad layer, etc.) on the core exposed surface of the optical waveguide of the present invention. As these forming methods, methods described in JP 2012-107901 A, JP 2012-215541 A, and the like can be used.

以下、実施例によって本発明を具体的に説明するが、本発明はこれら実施例によって限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention concretely, this invention is not limited by these Examples.

＜屈折率＞
屈折率は、シリコンウェハの上に１０μｍ厚の膜を形成し、プリズムカプラ式屈折率測定装置を用いて波長８３０ｎｍで測定した。 <Refractive index>
The refractive index was measured at a wavelength of 830 nm using a prism coupler type refractive index measuring device after forming a 10 μm thick film on a silicon wafer.

＜充填率＞
粒子の充填率は、以下の式によって算出した。
充填率（％）＝（（粒子混合率（ｗｔ％）／かさ比重（ｇ／ｍＬ））／（１００＋粒子混合率（ｗｔ％）））×１００ <Filling rate>
The filling rate of the particles was calculated by the following formula.
Filling rate (%) = ((particle mixing rate (wt%) / bulk specific gravity (g / mL)) / (100 + particle mixing rate (wt%))) × 100

＜かさ比重＞
粒子のかさ比重は、既知の体積（ｍＬ）を有するカップに粒子を入れて、該粒子の重量（ｇ）を測定し、粒子重量をカップ体積で除することにより算出した。 <Bulk specific gravity>
The bulk specific gravity of the particles was calculated by putting the particles in a cup having a known volume (mL), measuring the weight (g) of the particles, and dividing the particle weight by the cup volume.

＜平均粒子径＞
レーザー回折散乱式粒度分布測定によってメジアン径を算出して、平均粒子径とした。 <Average particle size>
The median diameter was calculated by laser diffraction / scattering particle size distribution measurement to obtain an average particle diameter.

＜線膨張率＞
線膨張率は、引張り法にて、熱機械分析装置（ＢｒｕｋｅｒＡＸＳ社製、製品番号「４０００ＳＡ」）を用いて測定した。具体的には、０℃〜１００℃までの温度範囲において、５℃／ｍｉｎの昇温速度で１０℃毎に（すなわち、０℃以上１０℃未満、１０℃以上２０℃未満等の温度範囲で）単位温度あたりの試験片の長さの変化率を求め、それぞれの変化率の平均値を線膨張率とした。 <Linear expansion coefficient>
The linear expansion coefficient was measured by a tensile method using a thermomechanical analyzer (manufactured by Bruker AXS, product number “4000SA”). Specifically, in a temperature range from 0 ° C. to 100 ° C., at a rate of temperature increase of 5 ° C./min every 10 ° C. ) The rate of change of the length of the test piece per unit temperature was obtained, and the average value of each rate of change was taken as the linear expansion coefficient.

＜貯蔵弾性率＞
熱分析装置（ＮＥＴＺＳＣＨ社製製品番号「ＤＭＡ２４２Ｃ」）を用いてＤＭＡ測定を行った。測定条件は、昇温速度２℃／ｍｉｎ、測定周波数１Ｈｚで行った。得られたＤＭＡ曲線から２５℃における貯蔵弾性率を求めた。 <Storage modulus>
DMA measurement was performed using a thermal analyzer (product number “DMA242C” manufactured by NETZSCH). The measurement conditions were a heating rate of 2 ° C./min and a measurement frequency of 1 Hz. The storage elastic modulus at 25 ° C. was determined from the obtained DMA curve.

＜外力負荷時の光損失＞
１ｃｍ長の試験片（光導波路）を作製し、一端を固定して、もう一端に１００ｇの加重をかけて曲げた状態で、６６０ｎｍ赤色ＬＥＤ光源（浜松ホトニクス社製、製品番号「Ｌ１０７６２」）から発振された光をマルチモードファイバー（三喜社製、製品番号「ＦＦＰ−Ｇ１２０−０５００」、直径５０μｍＭＭＦ、ＮＡ＝０．２）にて集光し、上記試験片のコア層の片端面に入射した。そして、コア層の他端面から出射された光をレンズ（清和光学製作所社製、製品番号「ＦＨ１４−１１」、倍率２０、ＮＡ＝０．４）で集光し、光計測システム（アドバンテスト社製、製品名「オプティカルマルチパワーメーターＱ８２２１」）にて６チャンネルを評価した。その平均全損失から同様に評価した荷重をかけない場合の平均全損失の差により光損失を算出した。 <Light loss under external load>
From a 660 nm red LED light source (manufactured by Hamamatsu Photonics Co., Ltd., product number “L10762”) with a 1 cm long test piece (optical waveguide), with one end fixed and bent at the other end with a load of 100 g The oscillated light is collected by a multimode fiber (manufactured by Miki Co., Ltd., product number “FFP-G120-0500”, diameter 50 μmM MF, NA = 0.2), and is incident on one end face of the core layer of the test piece. . Then, the light emitted from the other end surface of the core layer is condensed by a lens (manufactured by Seiwa Optical Manufacturing Co., Ltd., product number “FH14-11”, magnification 20, NA = 0.4), and an optical measurement system (manufactured by Advantest Corporation). The product name “Optical Multi Power Meter Q8221”) was evaluated for 6 channels. From the average total loss, the optical loss was calculated from the difference in average total loss when no load was similarly evaluated.

＜剥がれ評価＞
試験片（光導波路）を熱サイクル試験機のテストエリアに入れ、室温から３０分かけてテストエリア内を−４０℃まで降温した。次いで、３０分かけてテストエリア内を８５℃まで昇温した後、３０分かけて−４０℃まで再度降温した。この−４０℃から８５℃に昇温し、再度−４０℃まで降温する工程を１サイクルとして、２０サイクル繰り返した後、試験片を取り出し、コア層とクラッド層との界面を顕微鏡観察して、剥がれの有無を調べた。 <Evaluation of peeling>
The test piece (optical waveguide) was placed in the test area of the thermal cycle tester, and the temperature in the test area was lowered to −40 ° C. over 30 minutes from room temperature. Next, after the temperature in the test area was raised to 85 ° C. over 30 minutes, the temperature was lowered again to −40 ° C. over 30 minutes. The process of raising the temperature from −40 ° C. to 85 ° C. and lowering the temperature to −40 ° C. again as one cycle was repeated 20 cycles, and then the test piece was taken out and the interface between the core layer and the clad layer was observed with a microscope. The presence or absence of peeling was examined.

＜実施例１＞
図６に示すような方法で光導波路フィルムを作製した。具体的には、表面に幅５０μｍおよび厚み（深さ）５０μｍのコア層形成用の凹部が形成された鋳型（長さ２００ｍｍ、幅２００ｍｍ）の該表面にコア層形成材料を滴下した。該鋳型の表面に片面をコロナ処理したＰＰフィルム（厚み：４０μｍ）のコロナ処理面の片端を当接させ、他端は反らせた状態とした。この状態で、鋳型とＰＰフィルムとの当接部位にＰＰフィルム側からローラを押し当てながら他端側に向かってローラを回転させて両者を貼り合わせた。これにより、鋳型の凹部内にコア層形成材料を充填し、余分なコア層形成材料を押し出した。次いで、得られた積層体に対し、ＰＰフィルム側から紫外線を照射し、コア層形成材料を完全に硬化させてコア層（屈折率：１．３８４）を形成した。なお、コア層形成材料は、フッ素系ＵＶ硬化型樹脂（ＤＩＣ社製、商品名「ＯＰ３８Ｚ」）６０重量部とフッ素系ＵＶ硬化型樹脂（ＤＩＣ社製、商品名「ＯＰ４０Ｚ」）４０重量部とを攪拌溶解させて調製した。次いで、鋳型からＰＰフィルムを剥離して、該フィルム上に厚み５０μｍ、幅５０μｍの略角柱形状のコア層を転写した。 <Example 1>
An optical waveguide film was produced by the method shown in FIG. Specifically, the core layer forming material was dropped on the surface of a mold (length: 200 mm, width: 200 mm) in which a concave portion for forming a core layer having a width of 50 μm and a thickness (depth) of 50 μm was formed on the surface. One end of the corona-treated surface of a PP film (thickness: 40 μm) having a corona-treated one surface was brought into contact with the surface of the mold, and the other end was warped. In this state, the roller was rotated toward the other end side while pressing the roller from the PP film side against the contact portion between the mold and the PP film, and the two were bonded together. Thereby, the core layer forming material was filled in the concave portion of the mold, and the excess core layer forming material was extruded. Next, the obtained laminate was irradiated with ultraviolet rays from the PP film side, and the core layer forming material was completely cured to form a core layer (refractive index: 1.384). The core layer forming material is composed of 60 parts by weight of fluorine-based UV curable resin (DIC, trade name “OP38Z”) and 40 parts by weight of fluorine-based UV curable resin (DIC, trade name “OP40Z”). Was prepared by stirring and dissolving. Next, the PP film was peeled from the mold, and a substantially prismatic core layer having a thickness of 50 μm and a width of 50 μm was transferred onto the film.

上記ＰＰフィルム上に、コア層を被覆するようにクラッド層形成材料を塗布した。なお、クラッド層形成材料は、フッ素系ＵＶ硬化型樹脂（ソルベイスペシャルティポリマージャパン社製、商品名「ＦｌｕｏｒｏｌｉｎｋＭＤ７００」、屈折率：１．３４８）９３．５重量部とシリカ粒子（株式会社アドマテック製、商品名「アドマファインＳＣ１５００‐ＳＭＪ）、屈折率１．４５）６．５重量部とを混合して調製した。このとき、コア層表面（上面）からの厚みが１００μｍになるように塗布した。次いで、紫外線を照射し、クラッド層形成材料を硬化させて、クラッド層を形成した。その後、ＰＰフィルムを剥離除去し、クラッド層およびコア層を上下反転させた。以上のようにして、クラッド層に埋設されたコア層を有する光導波路フィルムを作製した。 A cladding layer forming material was applied on the PP film so as to cover the core layer. The clad layer forming material is composed of 93.5 parts by weight of fluorine-based UV curable resin (manufactured by Solvay Specialty Polymer Japan, trade name “Fluorolink MD700”, refractive index: 1.348) and silica particles (manufactured by Admatech Co., Ltd., The product name “Admafine SC1500-SMJ” and a refractive index of 1.45) were prepared by mixing 6.5 parts by weight. At this time, the coating was applied so that the thickness from the core layer surface (upper surface) was 100 μm. Next, ultraviolet light was applied to cure the clad layer forming material to form a clad layer, and then the PP film was peeled off and the clad layer and the core layer were turned upside down. An optical waveguide film having a core layer embedded in was fabricated.

＜実施例２＞
クラッド層形成材料におけるシリカ粒子の混合率を１０重量％にしたこと以外は実施例１と同様にして、光導波路フィルムを作製した。 <Example 2>
An optical waveguide film was produced in the same manner as in Example 1 except that the mixing ratio of the silica particles in the cladding layer forming material was 10% by weight.

＜実施例３＞
異なるシリカ粒子（株式会社アドマテック製、商品名「アドマファインＳＣ２５００‐ＳＭＪ」）を用いたことおよびクラッド層形成材料におけるシリカ粒子の混合率を０．６重量％にしたこと以外は実施例１と同様にして、光導波路フィルムを作製した。 <Example 3>
Example 1 except that different silica particles (manufactured by Admatech Co., Ltd., trade name “Admafine SC2500-SMJ”) were used, and the mixing ratio of the silica particles in the cladding layer forming material was 0.6% by weight. Thus, an optical waveguide film was produced.

＜実施例４＞
異なるシリカ粒子（株式会社アドマテック製、商品名「アドマファインＳＣ２５００‐ＳＭＪ」）を用いたことおよびクラッド層形成材料におけるシリカ粒子の混合率を２．５重量％にしたこと以外は実施例１と同様にして、光導波路フィルムを作製した。 <Example 4>
Same as Example 1 except that different silica particles (manufactured by Admatech Co., Ltd., trade name “Admafine SC2500-SMJ”) were used and the mixing ratio of the silica particles in the cladding layer forming material was 2.5% by weight. Thus, an optical waveguide film was produced.

＜実施例５＞
異なるシリカ粒子（株式会社アドマテック製、商品名「アドマファインＳＣ２５００‐ＳＭＪ」）を用いたことおよびクラッド層形成材料におけるシリカ粒子の混合率を５重量％にしたこと以外は実施例１と同様にして、光導波路フィルムを作製した。 <Example 5>
Example 1 except that different silica particles (manufactured by Admatech Co., Ltd., trade name “Admafine SC2500-SMJ”) were used, and the mixing ratio of the silica particles in the cladding layer forming material was 5% by weight. An optical waveguide film was prepared.

＜実施例６＞
異なるシリカ粒子（株式会社アドマテック製、商品名「アドマファインＳＣ２５００‐ＳＭＪ」）を用いたことおよびクラッド層形成材料におけるシリカ粒子の混合率を１０重量％にしたこと以外は実施例１と同様にして、光導波路フィルムを作製した。 <Example 6>
Example 1 except that different silica particles (manufactured by Admatech Co., Ltd., trade name “Admafine SC2500-SMJ”) were used, and the mixing ratio of the silica particles in the cladding layer forming material was 10 wt%. An optical waveguide film was prepared.

＜実施例７＞
異なるシリカ粒子（株式会社アドマテック製、商品名「アドマファインＳＣ５５００‐ＳＭＪ」）を用いたことおよびクラッド層形成材料におけるシリカ粒子の混合率を０．８重量％にしたこと以外は実施例１と同様にして、光導波路フィルムを作製した。 <Example 7>
Same as Example 1 except that different silica particles (manufactured by Admatech Co., Ltd., trade name “Admafine SC5500-SMJ”) were used and the mixing ratio of the silica particles in the clad layer forming material was 0.8 wt%. Thus, an optical waveguide film was produced.

＜実施例８＞
異なるシリカ粒子（株式会社アドマテック製、商品名「アドマファインＳＣ５５００‐ＳＭＪ」）を用いたことおよびクラッド層形成材料におけるシリカ粒子の混合率を２重量％にしたこと以外は実施例１と同様にして、光導波路フィルムを作製した。 <Example 8>
Example 1 except that different silica particles (manufactured by Admatech Co., Ltd., trade name “Admafine SC5500-SMJ”) were used, and the mixing ratio of the silica particles in the cladding layer forming material was 2 wt%. An optical waveguide film was prepared.

＜実施例９＞
異なるシリカ粒子（株式会社アドマテック製、商品名「アドマファインＳＣ５５００‐ＳＭＪ」）を用いたことおよびクラッド層形成材料におけるシリカ粒子の混合率を５重量％にしたこと以外は実施例１と同様にして、光導波路フィルムを作製した。 <Example 9>
Example 1 except that different silica particles (manufactured by Admatech Co., Ltd., trade name “Admafine SC5500-SMJ”) were used, and the mixing ratio of the silica particles in the cladding layer forming material was 5 wt%. An optical waveguide film was prepared.

＜実施例１０＞
異なるシリカ粒子（株式会社アドマテック製、商品名「アドマファインＳＣ５５００‐ＳＭＪ」）を用いたことおよびクラッド層形成材料におけるシリカ粒子の混合率を１０重量％にしたこと以外は実施例１と同様にして、光導波路フィルムを作製した。 <Example 10>
Example 1 except that different silica particles (manufactured by Admatech Co., Ltd., trade name “Admafine SC5500-SMJ”) were used, and the mixing ratio of the silica particles in the cladding layer forming material was 10% by weight. An optical waveguide film was prepared.

＜実施例１１＞
異なるシリカ粒子（日本アエロジル株式会社製、商品名「ＡＥＲＯＳＩＬＲ９７４」、屈折率１．４５）を用いたことおよびクラッド層形成材料におけるシリカ粒子の混合率を２．６重量％にしたこと以外は実施例１と同様にして、光導波路フィルムを作製した。 <Example 11>
Implemented except that different silica particles (made by Nippon Aerosil Co., Ltd., trade name “AEROSIL R974”, refractive index 1.45) were used and the mixing ratio of silica particles in the cladding layer forming material was 2.6% by weight. In the same manner as in Example 1, an optical waveguide film was produced.

＜実施例１２＞
異なるシリカ粒子（日本アエロジル株式会社製、商品名「ＡＥＲＯＳＩＬＲ９７４」、屈折率１．４５）を用いたことおよびクラッド層形成材料におけるシリカ粒子の混合率を５重量％にしたこと以外は実施例１と同様にして、光導波路フィルムを作製した。 <Example 12>
Example 1 except that different silica particles (manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd., trade name “AEROSIL R974”, refractive index 1.45) were used and the mixing ratio of the silica particles in the cladding layer forming material was 5% by weight. In the same manner, an optical waveguide film was produced.

＜実施例１３＞
異なるシリカ粒子（富士シリシア化学株式会社製、商品名「ＳＹＬＯＰＨＯＢＩＣ５０７」、屈折率１．４５）を用いたことおよびクラッド層形成材料におけるシリカ粒子の混合率を３．２重量％にしたこと以外は実施例１と同様にして、光導波路フィルムを作製した。 <Example 13>
Except that different silica particles (made by Fuji Silysia Chemical Co., Ltd., trade name “SYLOPHOBIC507”, refractive index 1.45) were used and the mixing ratio of silica particles in the cladding layer forming material was changed to 3.2% by weight. In the same manner as in Example 1, an optical waveguide film was produced.

＜実施例１４＞
異なるシリカ粒子（富士シリシア化学株式会社製、商品名「ＳＹＬＯＰＨＯＢＩＣ７０２」、屈折率１．４５）を用いたことおよびクラッド層形成材料におけるシリカ粒子の混合率を４重量％にしたこと以外は実施例１と同様にして、光導波路フィルムを作製した。 <Example 14>
Example 1 except that different silica particles (manufactured by Fuji Silysia Chemical Co., Ltd., trade name “SYLOPHOBIC702”, refractive index 1.45) were used and the mixing ratio of the silica particles in the cladding layer forming material was 4% by weight. In the same manner, an optical waveguide film was produced.

＜実施例１５＞
異なるシリカ粒子（富士シリシア化学株式会社製、商品名「ＳＹＬＯＰＨＯＢＩＣ７０２」、屈折率１．４５）を用いたことおよびクラッド層形成材料におけるシリカ粒子の混合率を７．２重量％にしたこと以外は実施例１と同様にして、光導波路フィルムを作製した。 <Example 15>
Implemented except that different silica particles (made by Fuji Silysia Chemical Co., Ltd., trade name “SYLOPHOBIC702”, refractive index 1.45) were used and the mixing ratio of silica particles in the cladding layer forming material was 7.2% by weight. In the same manner as in Example 1, an optical waveguide film was produced.

＜実施例１６＞
チタニア粒子（堺化学工業株式会社製、商品名「ＳＲＤ０２−Ｗ」、結晶相：ルチル型、屈折率２．７２）を用いたことおよびクラッド層形成材料におけるシリカ粒子の混合率を２重量％にしたこと以外は実施例１と同様にして、光導波路フィルムを作製した。 <Example 16>
Use of titania particles (manufactured by Sakai Chemical Industry Co., Ltd., trade name “SRD 02-W”, crystal phase: rutile type, refractive index 2.72) and a mixing ratio of silica particles in the cladding layer forming material of 2% by weight An optical waveguide film was produced in the same manner as in Example 1 except for the above.

＜比較例１＞
クラッド層形成材料におけるシリカ粒子の混合率を０重量％にしたこと（すなわち、シリカ粒子を用いなかったこと）以外は実施例１と同様にして、光導波路フィルムを作製した。 <Comparative Example 1>
An optical waveguide film was produced in the same manner as in Example 1 except that the mixing ratio of the silica particles in the cladding layer forming material was 0% by weight (that is, no silica particles were used).

＜比較例２＞
異なるシリカ粒子（株式会社アドマテック製、商品名「アドマファインＳＣ２５００‐ＳＭＪ」）を用いたことおよびクラッド層形成材料におけるシリカ粒子の混合率を０．３重量％にしたこと以外は実施例１と同様にして、光導波路フィルムを作製した。 <Comparative Example 2>
Example 1 except that different silica particles (manufactured by Admatech Co., Ltd., trade name “Admafine SC2500-SMJ”) were used, and the mixing ratio of the silica particles in the cladding layer forming material was 0.3% by weight. Thus, an optical waveguide film was produced.

＜比較例３＞
異なるシリカ粒子（株式会社アドマテック製、商品名「アドマファインＳＣ２５００‐ＳＭＪ」）を用いたことおよびクラッド層形成材料におけるシリカ粒子の混合率を２６重量％にしたこと以外は実施例１と同様にして、光導波路フィルムを作製した。 <Comparative Example 3>
Example 1 except that different silica particles (manufactured by Admatech Co., Ltd., trade name “Admafine SC2500-SMJ”) were used and the mixing ratio of the silica particles in the cladding layer forming material was 26% by weight. An optical waveguide film was prepared.

＜比較例４＞
異なるシリカ粒子（富士シリシア化学株式会社製、商品名「ＳＹＬＯＰＨＯＢＩＣ７０２」、屈折率１．４５）を用いたことおよびクラッド層形成材料におけるシリカ粒子の混合率を２５重量％にしたこと以外は実施例１と同様にして、光導波路フィルムを作製した。 <Comparative Example 4>
Example 1 except that different silica particles (manufactured by Fuji Silysia Chemical Co., Ltd., trade name “SYLOPHOBIC702”, refractive index 1.45) were used and the mixing ratio of the silica particles in the cladding layer forming material was 25% by weight. In the same manner, an optical waveguide film was produced.

上記実施例および比較例で得られた各光導波路フィルムの評価結果を表１に示す。

Table 1 shows the evaluation results of the respective optical waveguide films obtained in the above Examples and Comparative Examples.

表１から明らかなように、実施例の光導波路は、熱サイクルに供されてもクラッド層とコア層との間に剥がれが生じなかった。また、外力の負荷に起因する光損失が比較例の光導波路と比べて抑制されていた。これは、コア層の線膨張率とクラッド層の線膨張率との差が所定の範囲内とされ、かつ、クラッド層の硬度が増大されているためと推測される。 As is clear from Table 1, the optical waveguide of the example did not peel off between the clad layer and the core layer even when subjected to thermal cycling. Moreover, the optical loss resulting from the load of external force was suppressed compared with the optical waveguide of the comparative example. This is presumably because the difference between the linear expansion coefficient of the core layer and the linear expansion coefficient of the cladding layer is within a predetermined range, and the hardness of the cladding layer is increased.

本発明の光導波路は、ＳＰＲセンサセル、比色センサセル等の検知部として好適に利用され得る。 The optical waveguide of the present invention can be suitably used as a detection unit such as an SPR sensor cell or a colorimetric sensor cell.

１１クラッド層（アンダークラッド層）
１２コア層
２０金属層
３０オーバークラッド層
４０保護層
１００光導波路
２００ＳＰＲセンサセル
３００比色センサセル 11 Clad layer (under clad layer)
12 Core layer 20 Metal layer 30 Over clad layer 40 Protective layer 100 Optical waveguide 200 SPR sensor cell 300 Colorimetric sensor cell

Claims

クラッド層と、少なくとも一面が露出するように該クラッド層に埋設されたコア層と、を備え、
該クラッド層の貯蔵弾性率が、０．１５ＧＰａ以上であり、
該クラッド層の線膨張率と該コア層の線膨張率との差が、０．３×１０^−４／℃以下である、光導波路。 A cladding layer, and a core layer embedded in the cladding layer so that at least one surface is exposed,
The storage elastic modulus of the cladding layer is 0.15 GPa or more,
An optical waveguide in which a difference between a linear expansion coefficient of the cladding layer and a linear expansion coefficient of the core layer is 0.3 × 10 ⁻⁴ / ° C. or less.

前記クラッド層が、クラッド層形成樹脂と該クラッド層形成樹脂に分散された粒子とを含む、請求項１に記載の光導波路。 The optical waveguide according to claim 1, wherein the cladding layer includes a cladding layer forming resin and particles dispersed in the cladding layer forming resin.

前記クラッド層における粒子の充填率が、２％〜５０％である、請求項１または２に記載の光導波路。 The optical waveguide according to claim 1, wherein a filling rate of particles in the cladding layer is 2% to 50%.

前記粒子の平均粒子径（φ）が、２００ｎｍ〜２．５μｍである、請求項１から３のいずれかに記載の光導波路。 The optical waveguide according to claim 1, wherein an average particle diameter (φ) of the particles is 200 nm to 2.5 μm.

請求項１から４のいずれかに記載の光導波路を有する、ＳＰＲセンサセル。 An SPR sensor cell comprising the optical waveguide according to claim 1.

請求項１から４のいずれかに記載の光導波路を有する、比色センサセル。 A colorimetric sensor cell comprising the optical waveguide according to claim 1.