JP4185409B2 - Manufacturing method of optical waveguide - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として光通信などに用いられる光導波路の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信市場の進展に伴い、光学部品には高性能と低コストとの両立が求められている。特に、それ自身は動作しない受動光部品に対しては、低価格化の要望が高まっている。
【０００３】
光導波路の作製においては、非常に微細で正確なパターンを必要とする。とりわけシングルモードの光導波路に関してはパターン精度スペックが厳しい。このようなパターンの形成には、一般には半導体プロセスに多用されているドライエッチングが用いられる。以下、光通信用のシングルモード光導波路の従来の製造プロセスについて図を参照しながら説明する。
【０００４】
図１２（ａ）および図１２（ｂ）は、一般的な石英系シングルモードの光導波路の構成を示す図である。図１２（ａ）は、光導波路の平面図であり、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）に示す面Ａ−Ａに沿った断面図である。クラッド１２２よりも屈折率の高い、導波層となるコア１２１がクラッド１２２の内部に形成されている。一定の条件を満たす光は、矢印１２３に示す方向に沿って、コア１２１内に閉じこめられて伝達される。例えば、波長１．３μｍ以上１．５５μｍ以下の導波光が伝達される場合においては、コア１２１は図１２（ｂ）に示すように、一般には一辺が８μｍ程度の正方形の断面を有する。また、コア１２１を図１２（ａ）のように、例えば、Ｙ分岐等の所望とする形にパターン化して作製することにより、様々な光回路を構成できる。なお、コア形状、およびコア表面荒さは光の伝搬性能に大きく影響する。
【０００５】
図１３（ａ）〜図１３（ｃ）は、従来の石英系光導波路の一般的な製造方法を示した工程図である。まず、下部クラッド層１３２を兼ねた石英基板上に火炎堆積法によりコア膜１３１を形成する（図１３（ａ））。なお、火炎堆積法とは、大気中にＨ2およびＯ2で形成した火炎の中に、ＳｉＣｌ4および少量のＧｅＣｌ4を混入し、加水分解反応をさせてＧｅがドーピングされたＳｉＯ2（コア膜１３１）を生成する方法である。生成されたＳｉＯ2は、石英基板上に微粉末状に堆積されるので、１０００℃以上に昇温して、ガラス化する。このガラス化されたＳｉＯ2が、コア膜１３１である。なお、石英基板以外の材料の基板上に光導波路を用いる場合には、先にその基板上に、下部クラッド層１３２を火炎堆積法にて形成しておく。
【０００６】
次に、フォトリソグラフィおよびドライエッチングを用いることにより、図１３（ａ）のコア膜１３１を所定のパターンにパターニングして、コア１３１ａを形成する（図１３（ｂ））。
【０００７】
さらに、下部クラッド層１３２およびコア１３１ａ上に、上部クラッド層１３３を火炎堆積法により形成する（図１３（ｃ））。このようにして、光導波路が作製される。このような方法で作製された光導波路は、低損失で良好な特性を示す。
【０００８】
また、近年では、光導波路材料として、石英系材料に加えて樹脂も検討されている。現状では、樹脂材料は透過性能および信頼性において石英よりも劣る。しかし、樹脂材料は、石英に比べて成形が容易であるという利点がある。また波長６５０ｎｍ以上８５０ｎｍ以下付近の光の透過性能も優れており、非常に有望な光導波路材料である。具体的な樹脂材料としては、例えば、透明性に優れたポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）などが知られている。近年ではアクリル系、エポキシ系、あるいはポリイミド系樹脂材料などをベースとして、重水素化やフッ素化が行われている。それにより得られた樹脂材料は、１．３μｍ以上１．５５μｍ以下の波長域の光に対して、低吸収化が図られている。したがって、これらの材料を用いて、低損失な光導波路を形成することができる。
【０００９】
樹脂材料を用いた光導波路の製造方法は、主にスピンコートによってコア層およびクラッド層を形成し、ドライエッチングを用いてコア層のパターニングを行う方法が一般的である。
【００１０】
以上のように、従来の光導波路の製造においては、石英系材料および樹脂材料のどちらを用いた場合でも、２０μｍ以上の厚膜であるクラッド層を、複数回堆積することで形成する。次に、コア層を堆積してから、ドライエッチングを用いて凸状にコア層をパターニングする。しかし、ドライエッチングを行なうには、複雑で多くの設備が必要である。そのため、従来の光導波路の製造においては、コスト、生産性において課題を有している。この課題を解決するために、様々な光導波路の製造方法が提案されており、その典型的なものの一つとして溝充填による光導波路の製造方法がある（例えば、特許文献１、特許文献２または特許文献３参照）。
【００１１】
図１４（ａ）〜図１４（ｄ）を用いて、溝充填光導波路の製造工程について説明する。図１４（ａ）〜図１４（ｄ）は、溝充填光導波路の製造方法を示した工程図である。
【００１２】
まず、ガラスあるいは樹脂からなる基板である、クラッド１４１に、光導波路の所望のコアパターンに対応した溝１４２を形成する（図１４（ａ））。この場合の溝１４２の形成方法としてはドライエッチングが一般的である。次に、光導波路溝１４２をコアとするために、クラッド１４１よりも高屈折率なコア材料１４３を溝１４２に埋め込む（図１４（ｂ））。溝からあふれた余剰材料１４３ｂは除去して、コア１４３ａを基板１４１に形成する（図１４（ｃ））。最後に、コア１４３ａおよび基板１４１の上に、クラッド１４４を形成して（図１４（ｄ））、溝充填光導波路が作製される。溝充填光導波路の製造方法は、図１３（ａ）〜図１３（ｃ）で示した製造方法と同様にドライエッチングを用いてはいるが、図１３（ａ）〜図１３（ｃ）で示した製造方法に比べて、効率がよく、高生産性が期待できる。
【００１３】
【特許文献１】
特開昭６３−１３９３０４号公報
【００１４】
【特許文献２】
特開平８−３２０４２０号公報
【００１５】
【特許文献３】
特開平１１−３０５０５５号公報
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、溝充填による光導波路の製造方法においても課題があり、コア材料として、石英系材料を用いた場合と、アクリル系、エポキシ系あるいはポリイミド系材料を代表とする樹脂材料を用いた場合と、それぞれに別々の課題を有する。
【００１７】
まず、コア材料として、石英系のガラス材料を用いた場合の課題について説明する。光導波路に形成された溝にコア材料を充填する方法としては、火炎堆積法、ＣＶＤ、真空蒸着およびスパッタなどが代表的である。シングルモード光導波路の場合は、コアとして８μｍ程度の厚膜が形成されている。また、マルチモード光導波路の場合は、コアとして数十μｍもの厚膜が形成されている。しかし、このような厚膜を堆積するには工程時間が非常に長くなり、生産上不利である。
【００１８】
次に、コア材料にアクリル系やエポキシ系、あるいはポリイミド系材料などの樹脂材料を用いた場合の課題について説明する。コア材料に、樹脂材料を用いた場合には、例えば、スピンコートを用いて堆積することで、厚膜堆積については容易に形成することができる。しかし、図１４（ｃ）に示す、余剰部分１４３ｂの除去において問題が生じる。樹脂材料は硬度が低く、研磨除去によりコア１４３ａ表面に細かい傷が発生する。そのため、この傷が導波光の散乱原因となり、大きな導波損失が生じる。他の除去方法として、ドライエッチングによる方法が考えられるが、これは、上述したように、コストの面で不利となる。
【００１９】
したがって、石英系材料や、アクリル系、エポキシ系、あるいはポリイミド系材料などの樹脂材料を用いて溝充填により光導波路を製造しても、高生産性と高い性能を両立することができなかった。
【００２０】
本発明は、上記従来の課題に鑑みなされたものであって、高生産性、高性能を満足する光導波路の製造方法を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明の光導波路の第１の製造方法は、熱で軟化させたガラスからなる第１クラッドに、コアとなる溝を形成するための金型を押し付けて溝を形成し、前記溝に、分岐型ポリシランおよびポリシロキサンを含む高分子材料を含むコア材料を充填し、前記コア材料を加熱することで、前記コア材料の屈折率が変化するよう前記コア材料を反応させ、前記第１クラッドの前記溝側の面に、ガラスからなる第２クラッドを接合する光導波路の製造方法であって、前記コア材料は、分岐型ポリシランおよびポリシロキサンを含む高分子材料と溶剤とを含む樹脂溶液であり、前記樹脂溶液であるコア材料を前記第１クラッドの前記溝が形成された面に塗布することで、前記コア材料を前記溝に充填し、さらに、屈折率を変化させるために、前記コア材料を加熱した後に、前記溝以外に形成された前記コア材料を、研磨により除去し、前記研磨後に、前記第１クラッドの前記溝側に、第２クラッドを直接接合によって接合することを特徴とする。それにより、低損失であり、高性能の光導波路を、容易に製造することができる。また、コアの屈折率の制御も容易にできる。
また、本発明の光導波路の第２の製造方法は、熱で軟化させたガラスからなる第１クラッドに、コアとなる溝を形成するための金型を押し付けて溝を形成し、前記溝に、分岐型ポリシランおよびポリシロキサンを含む高分子材料を含むコア材料を充填し、前記コア材料を加熱することで、前記コア材料の屈折率が変化するよう前記コア材料を反応させ、前記第１クラッドの前記溝側の面に、ガラスからなる第２クラッドを接合する光導波路の製造方法であって、前記コア材料は、分岐型ポリシランおよびポリシロキサンを含む高分子材料と溶剤とを含む樹脂溶液であり、前記第１クラッドの前記溝が形成された面および前記第２クラッドの前記第１クラッドと接合される面の少なくとも一方に、前記樹脂溶液であるコア材料を塗布し、前記第１クラッドおよび前記第２クラッドで、前記塗布された樹脂溶液であるコア材料を挟んで加圧し、かつ前記樹脂溶液であるコア材料を加熱することで、前記コア材料の屈折率を変化させ、前記溝に前記コア材料を充填し、前記コア材料を介して、前記第１クラッドと前記第２クラッドを接合することを特徴とする。それにより、前記コア材料の屈折率の制御と、前記第１クラッドと前記第２クラッドの接合を同時に行なうことができる。そのため、製造工程数を削除することができる。
【００２２】
また、本発明の光導波路の第３の製造方法は、熱で軟化させたガラスからなる第１クラッドに、コアとなる溝を形成するための金型を押し付けて溝を形成し、前記溝に、分岐型ポリシランおよびポリシロキサンを含む高分子材料を含むコア材料を充填し、前記コア材料を加熱することで、前記コア材料の屈折率が変化するよう前記コア材料を反応させ、前記第１クラッドの前記溝側の面に、ガラスからなる第２クラッドを接合する光導波路の製造方法であって、前記コア材料は、少なくとも分岐型ポリシランおよびポリシロキサンを含む高分子材料からなるフィルムであり、前記第１クラッドの前記溝が形成された面および前記第２クラッドの前記第１クラッドと接合される面の少なくとも一方に、前記フィルムであるコア材料を設置し、前記第１クラッドおよび前記第２クラッドで、前記設置されたフィルムであるコア材料を挟んで加圧し、かつ前記フィルムであるコア材料を加熱することで、前記コア材料の屈折率を変化させ、前記溝に前記コア材料を充填し、前記コア材料を介して、前記第１クラッドと前記第２クラッドを接合することを特徴とする。それにより、前記コア材料の屈折率の制御と、前記第１クラッドと前記第２クラッドの接合を同時に行なうことができる。そのため、製造工程数を削除することができる。
また、本発明の光導波路の第４の製造方法は、熱で軟化させたガラスからなる第１クラッドに、コアとなる溝を形成するための金型を押し付けて溝を形成し、前記溝に、分岐型ポリシランおよびポリシロキサンを含む高分子材料を含むコア材料を充填し、前記コア材料を加熱することで、前記コア材料の屈折率が変化するよう前記コア材料を反応させ、前記第１クラッドの前記溝側の面に、ガラスからなる第２クラッドを接合する光導波路の製造方法であって、前記コア材料は、少なくとも分岐型ポリシランおよびポリシロキサンを含む液状高分子材料であり、前記第１クラッドの前記溝が形成された面および第２クラッドの前記第１クラッドと接合される面の少なくとも一方に、前記液状高分子であるコア材料を滴下し、前記第１クラッドおよび前記第２クラッドで、前記滴下された液状高分子であるコア材料を挟んで加圧し、かつ前記液状高分子であるコア材料を加熱することで、前記コア材料の屈折率を変化させ、前記溝に前記コア材料を充填し、前記コア材料を介して、前記第１クラッドと前記第２クラッドを接合することを特徴とする。それにより、前記コア材料の屈折率の制御と、前記第１クラッドと前記第２クラッドの接合を同時に行なうことができる。そのため、製造工程数を削除することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本実施の形態の光導波路は、損失が少なく、高性能である。
【００２４】
また、前記第２クラッドの屈折率は、前記第１クラッドの屈折率と略等しい構成としてもよい。
【００２５】
また、前記第１クラッドおよび前記第２クラッドは、ガラスとしてもよい。
【００２６】
また、好ましくは、前記第１クラッドおよび前記コアと、前記第２クラッドとの間には、接着層が形成されている。そのため、第１クラッドと、第２クラッドを加熱しなくても接合することができる。それにより、各部材の特性が変化することがない。
【００２７】
また、前記接着層は、分岐型ポリシランおよびポリシロキサンを含む高分子材料を含むこととしてもよい。
【００２８】
また、好ましくは、前記接着層の屈折率は、前記第２クラッドの屈折率と略等しいか、または、前記第２クラッドの屈折率よりも高い。それにより、コアに導波光を閉じ込めて伝搬することができる。
【００２９】
また、本実施の形態の光導波路の製造方法によれば、生産効率よく、コア表面に傷のない高性能の光導波路を製造することができる。
【００３１】
また、前記第２クラッドの屈折率は、前記第１クラッドの屈折率と略等しくしてもよい。
【００３３】
また、好ましくは、前記溝以外に形成された前記コア材料を、研磨除去した後に、前記第１クラッドの前記溝が形成された面および前記第２クラッドの前記第１クラッドと接合される面の少なくとも一方に、前記第２クラッドの屈折率と略等しい屈折率を有する接着剤を塗布し、前記接着剤を介して、前記第１クラッドと前記第２クラッドを接合する。それにより、前記第１クラッドと前記第２クラッドを、加熱することなく容易に接合することができ、性能低下がなく、生産性が高い。
【００３５】
また、好ましくは、前記コア材料は、少なくとも分岐型ポリシランおよびポリシロキサンを含む高分子材料と溶剤とを含む樹脂溶液であって、前記第１クラッドの前記溝が形成された面および前記第２クラッドの前記第１クラッドと接合される面の少なくとも一方に、前記樹脂溶液であるコア材料を塗布した後、前記溶剤を蒸発させるために加熱し、当該加熱においては、前記溶剤の沸点以下の温度を開始温度とし、昇温する。温度の上限は、前記コア材料の屈折率の変化する反応が開始される温度未満とする。それにより、塗布されたコア材料の表面にむらができるのを防ぎ、第１クラッドと第２クラッドとの接合における不良を防ぐことができる。
【００３８】
以下、本発明のさらに具体的な実施形態について説明する。
【００３９】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る光導波路について、図を用いて説明する。図１は実施の形態１に係る光導波路１の構成を示す断面図である。図１に示しているように、実施の形態１の光導波路１は、導波光が閉じ込められて伝搬するコア１３と、コア１３の周りに形成されたクラッドであるガラス基板１１、１２とを備えている。
【００４０】
コア１３は、ガラス基板１２側に形成されたガラス基板１１の主面に、露出するように埋め込まれ、ガラス基板１１とガラス基板１２とは、コア１３を挟むように設置されている。ガラス基板１１とガラス基板１２とは、例えば、同じ材料から構成されている。
【００４１】
コア１３には、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料の加熱等の反応による生成物を用いている。コア１３の断面の寸法は、例えば８μｍ角とする。コア１３とクラッドであるガラス基板１１、１２との比屈折率差は、０．２５％とすることが好ましい。非屈折率差とは、コアの屈折率の二乗の二倍に対する、コアの屈折率の二乗とクラッドの屈折率の二乗との差の百分率である。具体的には、比屈折率差Δは、コアの屈折率ｎ1とクラッドの屈折率ｎ2とを用いて、以下の式で表わすことができる。
【００４２】
Δ＝（ｎ1 2−ｎ2 2）／２ｎ1 2×１００（％）
なお、シングルモード導波路のように、コアとクラッドとの屈折率差が小さい場合には、コアの屈折率に対する、コアとクラッドとの屈折率差の百分率に近似することができる。つまり、以下の式のように表わすことができる。
【００４３】
Δ≒（ｎ1−ｎ2）／ｎ1×１００（％）
なお、コア１３の屈折率は、ガラス基板１１、１２の屈折率よりも高い。このような構成の光導波路１は、波長１．３μｍおよび１．５５μｍの導波光を、シングルモードで伝搬させることができる。なお、波長１．３μｍおよび１．５５μｍの導波光は、光通信においてよく用いられる。
【００４４】
コア１３は、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料を、加熱または紫外線照射により、無機化反応を起こした生成物である。無機化反応とは、有機成分であるＣ、Ｈ等が反応が進むにつれて脱離し、分岐型ポリシランの
Ｓｉ−Ｓｉ結合が、−Ｏ−Ｓｉ−Ｏ−の結合に変わる反応である。分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料は、この無機化反応によって、屈折率が低下するという特性を持つ。また、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料は、ガラス材料ともよく密着する。
【００４５】
分岐型ポリシランとポリシロキサンとの混合比や加熱条件や紫外線照射条件を変えることで、無機化反応を制御し、コア１３の屈折率を制御することができる。それにより、コア１３とガラス基板１１、１２との比屈折率差を所望の値に正確に調整することができる。例えば、コア１３とガラス基板１１、１２との比屈折率差を０．２５％にすることで、上述したように、光通信としてよく用いられる、波長１．３μｍおよび１．５５μｍの導波光をシングルモードで導波させる光導波路１を形成することができる。
【００４６】
また、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料を、加熱して反応させたものに、部分的に紫外線を照射すると、照射された部分だけさらに屈折率が低下する。この効果を用いて光導波路１のコア１３内に所定の屈折率分布を設けることができる。それにより、特定波長を透過、あるいは反射させるフィルタ機能を光導波路１に付加することもできる。
【００４７】
以下、実施の形態１の光導波路１の製造方法について図を用いて説明する。図２（ａ）〜図２（ｄ）は、実施の形態１に係る光導波路１の製造方法を説明する工程図である。図３は、実施の形態１に係る光導波路１を製造する際に用いるプレス成形装置３０の構成を示す図である。
【００４８】
まず図２（ａ）に示すように、ガラス基板１１に、ガラス成形工法を用いて溝１１ａを形成する。溝１１ａを形成する方法の一例について説明する。溝１１ａを形成するには、例えば、図３に示すプレス成形装置３０を用いる。プレス成形装置３０は、チャンバー３６を備えている。チャンバー３６の中に、上下１対の上部ヒーターブロック３１および下部ヒーターブロック３２を備えている。上部ヒーターブロック３１は上下方向に可動であり、下部ヒーターブロック３２は固定されている。上部ヒーターブロック３１には、２０ｍｍ角サイズの上型３３が設置されている。上型３３の成形面３３ｂには、凸部３３ａが形成されている。凸部３３ａは、ドライエッチングによって微細加工された凸状の光導波路形成用パターンである。上型３３の成形面３３ｂの表面には、ガラス等との離型および耐食性のために貴金属系の保護膜が形成されている。凸部３３ａの断面サイズは８μｍ角である。
【００４９】
下部ヒーターブロック３２上には、平面状の下型３５が設置されている。図２（ａ）のように、ガラス基板１１に溝１１ａを形成するには、まず、下型３５上に、例えば、８ｍｍ角のガラス基板１１（例えば、屈折率１．５８１、軟化点５２０℃の光学ガラス）を設置する。
【００５０】
窒素をチャンバー３６内に充填し、上部ヒーターブロック３１を下方へ動かし、例えば、５０ｋｇ／ｃｍ2以下の低荷重で上型３３の凸部３３ａをガラス基板１１に接するようにする。この状態で、上部および下部ヒーターブロック３１、３２に通電して発熱させる。上部および下部ヒーターブロック３１、３２が発熱することで、ガラス基板１１は加熱される。ガラス基板１１を例えば、軟化点５２０℃まで加熱して軟化させ、上部ヒーターブロック３１の下方への荷重を、４００ｋｇ／ｃｍ2まで増加する。ガラス基板１１が、例えば０．２ｍｍ変形したところで荷重をかけることを止め、上部および下部ヒーターブロック３１、３２への通電を止めて冷却を開始する。なお、ガラス基板１１の厚みは、上記のように、０．２ｍｍ減少したが、その分、ガラス基板の主面の面積は増えている。このようにして作製した溝１１ａが形成された、成形ガラス基板１１の表面及び断面を光学顕微鏡および電子顕微鏡にて観察したところ、ガラス基板１１に、微細パターンの光導波路溝１１ａが確認できた。この溝１１ａは、金型の凸パターンである凸部３３ａが正確に転写されていることが確認できた。
【００５１】
次に、溝１１ａを形成したガラス基板１１（図２（ａ））にスピンコーティング法により、図２（ｂ）に示すように溝１１ａを満たしている樹脂層１３ａを形成する。樹脂層１３ａは、溝１１ａが形成されたガラス基板１１の面に、コア材料を塗布することで形成される。ここで、コア材料は、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料と、溶剤とを含む樹脂溶液である。樹脂層１３ａの形成においては、スピンコーティング法以外に、例えば、ディッピング法、スプレー法およびブレード法などの、均一な塗膜を得られる一般的な塗布方法を用いることができる。また、容易に、十分の厚さの樹脂層１３ａを形成することができるので、生産効率が高い。
【００５２】
ここで、コア材料である、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料について説明する。分岐型ポリシランの分岐度は、５％以上２５％以下とする。最も好ましい分岐度は２０％である。分岐度が５％よりも小さくなると、分岐の効果がなくなり、コア材料が複屈折特性を有する等の問題が生じる。また、分岐度が２５％よりも大きくなると、コア材料が溝１１ａに充填されにくくなる。
【００５３】
分岐型のポリシランとポリシロキサンとを、より適当な特性を示すような混合比率となるように混合しておく。すなわち、溝１１ａに充填しやすい程度の軟らかさを持ち、充填後にコア１３を形成する際には、溝１１ａの内壁と高い接着力を有し、溝１１ａ内を満たしてコア１３を形成するようなコア材料を用いる。そのための混合比率は、例えば、分岐型ポリシラン１００に対して、ポリシロキサンが２５以上１００以下になるようにすればよい。なお、好ましくは、分岐型ポリシラン１００に対して、ポリシロキサンが５０以上７５以下になるような混合比率である。なお、以下の実施の形態の説明においては、分岐型ポリシラン１００に対して、ポリシロキサンを５０とした比率で混合されたコア材料を用いている。
【００５４】
また、コア材料である樹脂溶液に含まれる溶剤としては、トルエン、アニソールおよび有機溶剤等の一般的に用いられる溶剤を用い、塗布した際の膜厚等により、樹脂溶液が適当な濃度になるように添加する。例えば、溶剤の濃度は、３０％以上６０％以下が適当である。その他にも、コア材料は、一般的な添加剤を含んでいる。例えば、塗膜の状態をよくするための界面活性剤等を含んでいる。
【００５５】
樹脂層１３ａを形成した後、ガラス基板１１をホットプレート上に載せ、例えば、１２０℃を開始温度とし、２００℃まで昇温して予備加熱を行い、溶剤成分を除去する。この場合の開始温度は、樹脂溶液の溶剤の沸点以下の温度とすることが望ましい。その後は、加熱して、連続的に昇温させることが望ましい。また、温度の上限は、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料の屈折率が変化し始める温度（反応開始温度）未満とする。樹脂溶液の溶剤の沸点以上の温度で、予備加熱を開始した場合には、樹脂層１３ａの表面にムラが発生する。
【００５６】
分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料は、加熱によって反応し、屈折率が変化するという性質を有している。そこで、あらかじめ、実測により作成した、屈折率と加熱温度との関係を示す検量線に基づき、所望の屈折率になる加熱温度を求める。例えば、シングルモードの条件となるコア１３の屈折率（例えば１．５８３以上１．５８４以下）となる温度（例えば３５０℃）を、検量線より求め、その温度まで昇温、加熱する。このようにして、光導波路１のコア１３の屈折率を所望の値とする。
【００５７】
次に、図２（ｃ）に示すように、図２（ｂ）に示す樹脂層１３ａのうち、コア１３以外の余分な部分を研磨により除去する。樹脂層１３ａである分岐型ポリシランとポリシロキサンを含む高分子材料の加熱等の反応による生成物は、有機物と無機物との中間的な材料である。そのため、研磨によって通常の樹脂では生じる、細かい傷は発生せず、非常に平滑な研磨面が得られる。そのため、高性能な光導波路を作成することができる。
【００５８】
有機物である分岐型ポリシランおよびポリシロキサンは、加熱あるいは紫外線反応により、空気中の酸素を取り込み、有機成分を脱離しながら、ＳｉＯ2に近づいていく。つまり、有機物と無機物との中間的な材料となる。ただし、完全にＳｉＯ2になることはなく、有機成分が残っている。
【００５９】
なお、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料は、加熱すると体積収縮を起こすという性質を有する。そのため、樹脂層１３ａの厚みが薄い場合には、屈折率を変化させるための加熱により、樹脂層１３ａが溝１１ａを満たさなくなる現象が生じる。そうなると、コア１３の寸法が所定の大きさよりも小さくなる。そこで、あらかじめ溝１１ａを、最終的な完成品である光導波路１のコア１３よりも深く形成しておく。すなわち、図３の、上型３３の凸部３３ａの高さを８μｍよりも高くする。このようにすることで、樹脂層１３ａが十分な厚みを持って溝１１ａ内に存在する状態で加熱を行うことができ、コア１３の所定寸法以上の厚みを確保することができる。さらに、ガラス基板１１およびコア１３の研磨量を調整することによって所望とするコア寸法を得ることができる。例えば、コア１３の厚みを８μｍとすることができる。
【００６０】
最後に、図２（ｄ）に示すように、コア１３が形成されたガラス基板１１に、平滑なガラス基板１２を、コア１３を挟むように、接着剤等を用いずに、直接接合によって接合して、光導波路１が作製される。具体的には、コア１３が形成されたガラス基板１１の面と、ガラス基板１１に接合されるガラス基板１２の面とをそれぞれ十分に酸や溶剤で洗浄してから、例えば３５０℃まで加熱して、両ガラス基板１１、１２を直接接合する。なお、直接接合による加熱は、３００℃以上４００℃以下程度であればよい。
【００６１】
このようにして作製した光導波路１のサンプルを用いて、その表面及び断面を光学顕微鏡および電子顕微鏡にて観察したところ、コア１３には、溝１１ａへの充填不十分や接合不良による気泡や異物の生成は観察されなかった。
【００６２】
また、このようにして作製したシングルモード光導波路１と、シングルモードの石英系光ファイバとを接続して、波長１．５５μｍの光を伝搬させて、伝搬ロスを測定した。その結果、伝搬ロスの測定値は約０．０７ｄＢ／ｃｍであり、実用上問題ないことが確認された。また、−４０℃以上８０℃以下の環境温度下で測定した場合でも、伝搬ロスの変動は全く見られなかった。すなわち、コア材料として用いた、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料の加熱等の反応による生成物と、クラッド材料として用いた光学ガラスとは、それぞれの屈折率の温度依存性が同等である。そのため、光導波路を構成する組み合わせとしては、非常に優れている。
【００６３】
なお、実施の形態１では、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料を、まず加熱により反応させて屈折率を変化させた。しかし、加熱により反応させる前に、紫外線照射をすることで、屈折率を変化させてもよい。それにより、その後、加熱により、所望の屈折率になるまで反応させる場合でも、加熱温度が低くてすむという効果を奏する。
【００６４】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る光導波路について図を用いて説明する。図４は実施の形態２に係る光導波路の構成を示す断面図である。図４に示しているように、実施の形態２の光導波路４は、導波光が閉じ込められて伝搬するコア４３と、コア４３の周りに形成されたクラッドであるガラス基板４１、４２と、接着層４４とを備えている。
【００６５】
コア４３は、ガラス基板４２側に形成されたガラス基板４１の主面に、露出するように埋め込まれており、ガラス基板４１とガラス基板４２とは、接着層４４を介して、コア４３を挟むように形成されている。ガラス基板４１とガラス基板４２とは、例えば、同じ材料から構成されている。また、接着層４４は、例えば、ガラス基板４１、４２と同等の屈折率を有する
コア４３には、分岐型ポリシランおよびポリシロキサンとを含む高分子材料の加熱等の反応による生成物を用いている。なお、コア４３の断面の寸法は、例えば８μｍ角とする。コア４３とクラッドであるガラス基板４１、４２との比屈折率差は、０．２５％とすることが好ましい。なお、コア４３の屈折率は、ガラス基板４１、４２の屈折率よりも高い。このような構成の光導波路４は、波長１．３μｍおよび１．５５μｍの導波光を、シングルモードで伝搬させることができる。なお、波長１．３μｍおよび１．５５μｍの導波光は、光通信においてよく用いられる。
【００６６】
コア４３は、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料を、加熱または紫外線照射により、無機化反応を起こした生成物である。分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料は、この無機化反応によって、屈折率が低下するという特性を持つ。また、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料は、ガラス材料ともよく密着する。
【００６７】
また、分岐型ポリシランとポリシロキサンの混合比や加熱条件や紫外線照射条件を変えることで、無機化反応を制御し、コア４３の屈折率を制御することができる。それにより、コア４３とガラス基板４１、４２との比屈折率差を所望の値に正確に調整することができる。上述したように、光通信としてよく用いられる、波長１．３μｍおよび１．５５μｍの導波光をシングルモードで導波させるための比屈折率差は、０．２５％なので、例えばこの値に調整すればよい。
【００６８】
また、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料を、加熱して反応させたものに、部分的に紫外線を照射すると、照射された部分だけさらに屈折率が低下する。この効果を用いて光導波路４のコア４３内に所定の屈折率分布を設けることができる。それにより、特定波長を透過、あるいは反射させるフィルタ機能を光導波路４に付加することもできる。
【００６９】
また、接着層４４は、ガラス基板４１およびコア４３と、ガラス基板４２との間に形成されている。接着層４４は、光導波路４に伝搬させる光の波長において、透明であることが必要である。そのため、接着層４４としては、例えば、フッ素化したエポキシ系紫外線硬化樹脂や熱硬化接着剤が用いられる。なお、接着層４４の屈折率は、ガラス基板４１、４２の屈折率以上であればよい。
【００７０】
また、コア４３の材料として用いる分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料も、ガラスを接着する効果を有するため、接着層４４として適用することができる。特に、ガラス基板４２を設置せずとも、接着層４４として、例えば、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料を２０μｍ以上の厚さで形成すれば、クラッドとして用いることができ、光導波路として十分に機能する。
【００７１】
以下、実施の形態２の光導波路４の製造方法について図を用いて説明する。図５（ａ）〜図５（ｅ）は、実施の形態２に係る光導波路４の製造方法を説明する工程図である。まず、図５（ａ）に示すように、ガラス基板４１に、ガラス成形工法を用いて、溝４１ａを形成する。溝４１ａをガラス基板４１に形成する方法は、図３に示すプレス成形装置を用いて、実施の形態１のガラス基板１１に溝１１ａを形成する方法と同様なので、ここではその詳細な説明は省略する。
【００７２】
次に、光導波路溝４１ａを作製したガラス基板４１（図５（ａ））にスピンコーティング法により、図５（ｂ）に示すように溝４１ａを満たしている樹脂層４３ａを形成する。樹脂層４３ａは、溝４１ａが形成されたガラス基板４１の面に、コア材料を塗布することで形成される。ここで、コア材料は、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料と、溶剤とを含む樹脂溶液である。樹脂層４３ａの形成においては、スピンコーティング法以外に、例えば、ディッピング法、スプレー法およびブレード法などの、均一な塗膜を得られる一般的な塗布方法を用いることができる。また、容易に、十分の厚さの樹脂層４３ａを形成することができるので、生産効率が高い。なお、コア材料である樹脂溶液の詳細説明については、実施の形態１で説明したので省略する。
【００７３】
樹脂層４３ａを形成した後、ガラス基板４１をホットプレート上に載せ、例えば、１２０℃を開始温度とし、２００℃まで昇温して予備加熱を行い、溶剤成分を除去する。
【００７４】
分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料は、加熱によって反応し、屈折率が変化するという性質を有している。そこで、あらかじめ、実測により作成した、屈折率と加熱温度の関係を示す検量線に基づき、所望の屈折率になる加熱温度を求める。例えば、シングルモードの条件となるコア４３の屈折率（例えば１．５８３以上１．５８４以下）となる温度（例えば３５０℃）を、検量線より求め、その温度まで昇温、加熱する。このようにして、光導波路４のコア４３の屈折率を所望の値とする。
【００７５】
次に、図５（ｃ）に示すように、図５（ｂ）に示す樹脂層４３ａのうち、コア４３以外の余分な部分を研磨により除去する。樹脂層４３ａである分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料の加熱等の反応による生成物は、有機物と無機物との中間的な材料である。そのため、研磨によって通常の樹脂では生じる、細かい傷が発生せず、非常に平滑な研磨面が得られる。
【００７６】
なお、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料は、加熱すると体積収縮を起こすという性質を有する。そのため、樹脂層４３ａの厚みが薄い場合には、屈折率を変化させるための加熱により、樹脂層４３ａが、溝４１ａを満たさなくなる現象が生じる。そうなると、コア４３の寸法が所定の大きさよりも小さくなる。そこで、あらかじめ光導波路溝４１ａを、最終的な完成品である光導波路４のコア４３よりも深く形成しておく。すなわち、図３の、上型３３の凸部３３ａの高さを８μｍよりも高くする。このようにすることで、樹脂層４３ａが十分な厚みを持って溝４１ａ内に存在する状態で加熱を行うことができ、コア４３の所定寸法以上の厚みを確保することができる。さらに、ガラス基板４１およびコア４３の研磨量を調整することによって所望とするコア寸法を得ることができる。例えば、コア４３の厚みを８μｍとすることができる。
【００７７】
次に、図５（ｃ）に示すように、露呈したガラス基板４１およびコア４３の研磨面に、例えば、スピンコーティング法により紫外線硬化接着剤を塗布することで、図５（ｄ）に示すように接着層４４を形成する。なお、接着層４４を形成するには、他にも、ディッピング法、スプレー法およびブレード法などの均一な塗膜を得られる一般的な方法を用いればよい。
【００７８】
最後に、図５（ｅ）に示すように、平滑なガラス基板４２を接着層４４に貼り付け、紫外線を照射する。それにより、接着層４４である紫外線硬化接着剤が硬化して、光導波路４が完成する。このように、加熱処理が不要なので、加熱による部材の変化が生じない。なお、接着層４４の屈折率は、光導波路４のクラッドとして適した屈折率になればよく、ガラス基板４２の屈折率以上であればよい。
【００７９】
このようにして作製した光導波路４のサンプルの表面及び断面を光学顕微鏡および電子顕微鏡にて観察したところ、コア４３には、溝４１ａへの充填不十分や接合不良による気泡や異物の生成は観察されなかった。
【００８０】
また、このようにして作製したシングルモード光導波路４と、シングルモードの石英系光ファイバとを接続して、波長１．５５μｍの光を伝搬させて、伝搬ロスを測定した。その結果、伝搬ロスの測定値は約０．１０ｄＢ／ｃｍであり、実用上問題ないことが確認された。
【００８１】
次に、実施の形態２の光導波路４の他の製造方法について説明する。図６（ａ）〜図６（ｅ）は、実施の形態２に係る光導波路４の他の製造方法を説明する工程図である。なお、図６（ａ）〜図６（ｅ）に示す製造工程は、接着層４４として、コア材料を用いている点が、図５（ａ）〜図５（ｅ）に示す製造工程と異なっている。つまり、図６（ａ）〜図６（ｅ）に示す製造工程では、接着層４４として、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料と、溶剤を含む樹脂溶液を用いている。
【００８２】
まず、図６（ａ）〜図６（ｃ）の製造工程は、図５（ａ）〜図５（ｃ）の製造工程と同様であるので、説明を省略する。
【００８３】
図６（ｄ）に示しているように、平滑なガラス基板４２の、ガラス基板４１と接合する側の表面に、スピンコーティング法により、例えば、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料と、溶剤とを含む樹脂溶液を塗布し、接着層４４を形成する。次いで、接着層４４を形成したガラス基板４２をホットプレート上に載せ、１２０℃を開始温度とし、２００℃まで昇温して予備加熱を行い、溶剤成分を除去する。さらに、あらかじめ作成しておいた屈折率と加熱温度との関係を示す検量線に基づき、所望の屈折率になるように、例えば、３５５℃まで昇温、加熱する。接着層４４の屈折率は、光導波路４のクラッドとして適した屈折率になればよく、ガラス基板４２の屈折率以上であればよい。
【００８４】
最後に、図６（ｅ）に示すように、コア４３が形成されたガラス基板４１と、ガラス基板４２に形成された接着層４４とが、コア４３を挟むように、コア４３およびガラス基板４１と、接着層４４とを直接接合によって接合する。具体的には、ガラス基板４１のコア４３が形成された面と、ガラス基板４１と接合される接着層４４の面とを、それぞれ十分に酸や溶剤で洗浄してから、３５０℃まで加熱して、それらの面を合わせて加圧する。このようにして、光導波路４を作製する。
【００８５】
このように、実施の形態２の他の製造方法で作製した光導波路４のサンプルの表面及び断面を光学顕微鏡および電子顕微鏡にて観察したところ、コア４３には、溝４１ａへの充填不十分や接合不良による気泡や異物の生成は観察されなかった。
【００８６】
また、このようにして作製したシングルモード光導波路４と、シングルモードの石英系光ファイバとを接続して、波長１．５５μｍの光を伝搬させて、伝搬ロスを測定した。その結果、伝搬ロスの測定値は約０．０９ｄＢ／ｃｍであり、実用上問題ないことが確認された。
【００８７】
なお、実施の形態２では、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料を、まず加熱により反応させて屈折率を変化させた。しかし、加熱により反応させる前に、紫外線照射をすることで、屈折率を変化させてもよい。それにより、その後、加熱により、所望の屈折率になるまで反応させる場合でも、加熱温度が低くてすむという効果を奏する。
【００８８】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係る光導波路について図を用いて説明する。図７は実施の形態３に係る光導波路７の構成を示す断面図である。図７に示しているように、実施の形態３の光導波路７は、導波光が閉じ込められるコア７３と、コア７３の周りに形成されたクラッドであるガラス基板７１、７２と、ガラス基板７１とガラス基板７２との間に形成され、コア７３と一体である接着層７３ａとを備えている。
【００８９】
コア７３は、ガラス基板７２側に形成されたガラス基板７１の主面に、露出するように埋め込まれており、ガラス基板７１とガラス基板７２とは、接着層７３ａを介して、コア７３を挟むように形成されている。ガラス基板７１とガラス基板７２とは、例えば、同じ材料から構成されている。また、接着層７３ａとコア７３とは、一体形成されている。
【００９０】
コア７３および接着層７３ａには、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料の加熱等の反応による生成物を用いている。なお、コア７３の断面の寸法は、例えば８μｍ角とする。コア７３および接着層７３ａと、クラッドであるガラス基板７１、７２との比屈折率差は、０．２５％とすることが好ましい。なお、コア７３および接着層７３ａの屈折率は、ガラス基板７１、７２の屈折率よりも高い。このような構成の光導波路７は、波長１．３μｍおよび１．５５μｍの導波光を、シングルモードで伝搬させることができる。なお、波長１．３μｍおよび１．５５μｍの導波光は、光通信においてよく用いられる。
【００９１】
コア７３は、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料を、加熱または紫外線照射により、無機化反応を起こした生成物である。上述したように、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料は、この無機化反応によって、屈折率が低下するという特性を持つ。そのため、コア７３の屈折率を制御することができる。また、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料は、ガラス材料ともよく密着する。
【００９２】
また、分岐型ポリシランとポリシロキサンの混合比や加熱条件や紫外線照射条件を変えることで、無機化反応を制御し、コア７３の屈折率を制御することができる。それにより、コア７３とガラス基板７１、７２との比屈折率差を所望の値に正確に調整することができる。上述したように、光通信としてよく用いられる、波長１．３μｍおよび１．５５μｍの導波光をシングルモードで導波させるための比屈折率差は、０．２５％なので、例えばこの値に調整すればよい。
【００９３】
また、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料を、加熱して反応させたものに、部分的に紫外線を照射すると、照射された部分だけさらに屈折率が低下する。この効果を用いて光導波路７のコア７３内に所定の屈折率分布を設ければ特定波長を透過、あるいは反射させるフィルタ機能を光導波路７に付加することもできる。
【００９４】
以下、実施の形態３の光導波路７の製造方法について図を用いて説明する。図８（ａ）〜図８（ｃ）は、実施の形態３に係る光導波路７の製造方法を説明する工程図である。図８（ａ）は、ガラス基板７１に溝７１ａを形成する工程を示し、図２（ａ）に示したガラス基板１１に溝１１ａを形成する工程と同様なので、詳細な説明は省略する。また、図８（ｂ）は、溝７１ａが形成されたガラス基板７１の面に、コア材料を塗布することで、樹脂層７３ｂを形成する工程である。ここで、コア材料は、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料と、溶剤とを含む樹脂溶液である。さらに、樹脂層７３ｂを形成した後に、予備加熱によって溶剤成分を除去する。この図８（ｂ）の工程は、図２（ｂ）に示した、ガラス基板１１に樹脂層１３ａを形成してから予備加熱によって、溶剤成分を除去する工程と同様なので、詳細な説明は省略する。
【００９５】
次に、平滑なガラス基板７２を、ガラス基板７１に形成された樹脂層７３ｂに貼り合わせる。図８（ｃ）に示すように、この工程により、樹脂層７３ｂ（図８（ｂ））の一部は、溝７１ａに充填されてコア７３を形成し、残りは、ガラス基板７１とガラス基板７２とを接合する接着層７３ａを形成して、光導波路７が完成する。この工程には、図３で示したプレス成形装置３０を用いる。まず、プレス成形装置３０の上型３３と下型３５とを取り除いた、プレス成形装置３０を用意する。図９に示すように、プレス成形装置３０の下部ヒーターブロック３２の上に、樹脂層７３ｂが形成されたガラス基板７１を設置し、その上にガラス基板７２を設置する。上部ヒーターブロック３１が、ガラス基板７２を上方から下方に押さえつける。チャンバー３６内は、空気が満たされている。空気雰囲気中で、ガラス基板７１、７２に、例えば、１００ｋｇ／ｃｍ2まで荷重をかける。同時に、上部および下部ヒーターブロック３１、３２は通電され発熱している。
【００９６】
なお、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料は、加熱によって屈折率が変化するという性質を有している。そこで、あらかじめ、実測により作成した、屈折率と加熱温度との関係を示す検量線に基づき、所望の屈折率になる加熱温度を求める。例えば、シングルモードの条件となるコア７３の屈折率（例えば１．５８３以上１．５８４以下）となる温度（例えば３５０℃）を、検量線より求め、その温度まで昇温、加熱する。このようにして、光導波路７のコア７３の屈折率を所望の値とする。
【００９７】
このようにすることで、図８（ｃ）に示すように、ガラス基板７１とガラス基板７２とを接着層７３ａを介して貼り合わせると同時に、コア７３の屈折率を所望の値とすることができる。そのため、光導波路７の製作工程数を削減することができる。
【００９８】
このようにして作製した光導波路７のサンプルの表面及び断面を光学顕微鏡、電子顕微鏡にて観察したところ、コア７３には、溝７１ａへの充填不十分や接着不良による気泡や異物の生成は観察されなかった。また、溝７１ａには、コア材料の無機化反応による生成物が充填され、コア７３を形成していた。
【００９９】
また、光導波路７のサンプルを数カ所、ダイシングで切り出し、断面を電子顕微鏡で観察したところ、接着層７３ａの厚みは、約１μｍであった。この程度の厚みであれば、十分にコア７３での光閉じ込め効果が得られる。なお、シングルモード伝搬を可能とするためには、接着層７３ａの厚みは、３μｍ以下であればよい。また、特に伝搬ロスを小さくするためには、接着層７３ａの厚みを１μｍ以下とすることが望ましい。
【０１００】
また、このようにして作製したシングルモード光導波路７と、シングルモードの石英系光ファイバとを接続して、波長１．５５μｍの光を伝搬させて、伝搬ロスを測定した。その結果、伝搬ロスの測定値は約０．０８ｄＢ／ｃｍであり、実用上問題ないことが確認された。
【０１０１】
なお、実施の形態３では、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料を、まず加熱により反応させて屈折率を変化させた。しかし、加熱により反応させる前に、紫外線照射をすることで、屈折率を変化させてもよい。それにより、その後、加熱により、所望の屈折率になるまで反応させる場合でも、加熱温度が低くてすむという効果を奏する。
【０１０２】
なお、上述の実施の形態３の光導波路７の製造方法においては、コア材料として、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料と、溶剤とを含む樹脂溶液を用いていた。しかし、その代わりに、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料を含む固体をコア材料として用いてもよい。その場合の製造方法について、図１０を用いて以下に説明する。なお、コア材料は、薄膜形状のフィルム７５を用いている。
【０１０３】
図１０に示すように、溝７１ａを形成したガラス基板７１を、プレス成形装置３０の下部ヒーターブロック３２の上に設置する。その上に、フィルム７５を設置し、さらにその上に平滑なガラス基板７２を設置する。なお、フィルム７５は、溶剤を含んでいないので、予備加熱は不要である。
【０１０４】
フィルム７５は、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料を含む固体であり、例えば厚さが１０μｍとする。なお、フィルム７５における分岐型ポリシランとポリシロキサンとの混合比は、上述した樹脂溶液の場合と同様である。上部ヒーターブロック３１が、ガラス基板７２を上方から下方に押さえつける。チャンバー３６内は、空気が満たされている。空気雰囲気中で、ガラス基板７１、７２に、例えば、１５０ｋｇ／ｃｍ2まで、荷重をかける。同時に、上部および下部ヒーターブロック３１、３２は通電され発熱している。
【０１０５】
なお、あらかじめ、実測により作成した、屈折率と加熱温度との関係を示す検量線に基づき、所望の屈折率になる加熱温度を求める。例えば、シングルモードの条件となるコア１３の屈折率（例えば１．５８３以上１．５８４以下）となる温度（例えば３５０℃）を、検量線より求め、その温度まで昇温、加熱する。このようにして、光導波路７のコア７３の屈折率を所望の値とする。
【０１０６】
このように、荷重をかけながら加熱することで、フィルム７５は、溝７１ａに入り込み、図８（ｃ）に示すようにコア７３を形成し、かつ、ガラス基板７１とガラス基板７２に接着され接着層７３ａを形成する。また、コア材料は、加熱によって反応するので、コア７３を所望の屈折率とすることができる。また、ガラス基板７１とガラス基板７２とは、接着層７３ａを介して、貼り合わせられる。これらの工程を、同時に行なうことができるため、製作工程数を削減することができる。
【０１０７】
このようにして作製した光導波路７のサンプルの表面及び断面を光学顕微鏡、電子顕微鏡にて観察したところ、コア７３には、溝７１ａへの充填不十分や接着不良による気泡や異物の生成は観察されなかった。また、溝７１ａには、コア材料の無機化反応による生成物が充填され、コア７３を形成していた。
【０１０８】
また、光導波路７のサンプルを数カ所、ダイシングで切り出し、断面を電子顕微鏡で観察したところ、接着層７３ａの厚みは、約１μｍであった。この程度の厚みであれば、十分にコア７３での光閉じ込め効果が得られる。
【０１０９】
また、このようにして作製したシングルモード光導波路７と、シングルモードの石英系光ファイバとを接続して、波長１．５５μｍの光を伝搬させて、伝搬ロスを測定した。その結果、伝搬ロスの測定値は約０．１ｄＢ／ｃｍであり、実用上問題ないことが確認された。
【０１１０】
さらに、コア材料として、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む液状高分子材料７６を用いて、光導波路を製造する方法について図１１を用いて説明する。
【０１１１】
図１１に示すように、溝７１ａを形成したガラス基板７１を、プレス成形装置３０の下部ヒーターブロック３２の上に設置する。その上に、分岐型ポリシランとポリシロキサンを含む液状高分子材料７６を滴下する。なお、液状高分子材料７６における分岐型ポリシランとポリシロキサンとの混合比は、樹脂溶液の場合と同様である。さらに、その上から、平滑なガラス基板７２を設置する。なお、ガラス基板７１、７２は、例えば、屈折率が１．５９５、軟化点が５４０℃の光学ガラスを用いる。また、液状高分子材料７６は溶剤を含んでいないので、予備加熱は不要である。
【０１１２】
次に、真空ポンプで減圧されたチャンバー３６内で、上部ヒーターブロック３１が、ガラス基板７２を上方から下方に押さえつけ、ガラス基板７１、７２に、例えば、１ｋｇ／ｃｍ2の荷重をかける。その後、チャンバー３６内に空気を導入し、５０ｋｇ／ｃｍ2まで昇圧しながら、液状高分子材料７６が、所望の屈折率となる温度３００℃になるまで、昇温、加熱する。それにより、液状高分子材料７６が溝７１ａに入り込み、図８（ｃ）に示すようにコア７３を形成する。また、ガラス基板７１とガラス基板７２は、接着層７３ａを介して貼り合わせることができる。また、コア７３の屈折率を所望の値とすることができる。さらに、これらの工程を、同時に行なうことができるため、光導波路７の製作工程数を削減することができる。
【０１１３】
このようにして作製した光導波路７のサンプルの表面及び断面を光学顕微鏡、電子顕微鏡にて観察したところ、コア７３には、溝７１ａへの充填不十分や接着不良による気泡や異物の生成は観察されなかった。また、溝７１ａには、コア材料の無機化反応による生成物が充填され、コア７３を形成していた。
【０１１４】
また、光導波路７のサンプルを数カ所、ダイシングで切り出し、断面を電子顕微鏡で観察したところ、接着層７３ａの厚みは、約０．８μｍであった。この程度の厚みであれば、十分にコア７３での光閉じ込め効果が得られる。
【０１１５】
また、このようにして作製したシングルモード光導波路７と、シングルモードの石英系光ファイバとを接続して、波長１．５５μｍの光を伝搬させて、伝搬ロスを測定した。その結果、伝搬ロスの測定値は約０．１３ｄＢ／ｃｍであり、実用上問題ないことが確認された。
【０１１６】
なお、実施の形態１〜３は、シングルモード光導波路について説明したが、マルチモード光導波路においても同様に適用できる。また、以上説明した、構成および材料は、これらに限定されるわけではない。例えば、クラッドは、ガラス基板を用いたが、これらの代りに、耐熱性樹脂等を用いてもよいし、屈折率も適当な値とすればよい。
【０１１７】
【発明の効果】
本発明は、高生産性、高性能を満足する光導波路およびその製造方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施の形態１に係る光導波路の構成を示す断面図
【図２】 実施の形態１に係る光導波路の製造方法を説明する工程図であって図２（ａ）〜図２（ｄ）は各工程を示す図
【図３】 実施の形態１に係る光導波路を製造する際に用いるプレス成形装置の構成を示す図
【図４】 実施の形態２に係る光導波路の構成を示す断面図
【図５】 実施の形態２に係る光導波路の製造方法を説明する工程図であって、図５（ａ）〜図５（ｅ）は各工程を示す図
【図６】 実施の形態２に係る光導波路の他の製造方法を説明する工程図であって、図６（ａ）〜図６（ｅ）は各工程を示す図
【図７】 実施の形態３に係る光導波路の構成を示す断面図
【図８】 実施の形態３に係る光導波路の製造方法を説明する工程図であって、図８（ａ）〜図８（ｃ）は各工程を示す図
【図９】 実施の形態３に係る光導波路の製造におけるプレス工程を示す図
【図１０】 実施の形態３に係る他の光導波路の製造におけるプレス工程を示す図
【図１１】 実施の形態３に係るさらに他の光導波路の製造におけるプレス工程を示す図
【図１２】 一般的な石英系シングルモードの光導波路の構成を示す図であって、図１２（ａ）は光導波路の構成を示す平面図であり、図１２（ｂ）は光導波路の構成を示す断面図
【図１３】 従来の石英系光導波路の一般的な製造方法を示した工程図であって、図１３（ａ）〜図１３（ｃ）は各工程を示す図
【図１４】 溝充填光導波路の製造方法を示した工程図であって、図１４（ａ）〜図１４（ｄ）は各工程を示す図
【符号の説明】
１、４、７ 光導波路
１１、１２、４１、４２、７１、７２ ガラス基板
１１ａ、４１ａ、７１ａ 溝
１３、４３、７３ コア
１３ａ、４３ａ、７３ｂ 樹脂層
３０ プレス成形装置
３１ 上部ヒーターブロック
３２ 下部ヒーターブロック
３３ 上型
３３ａ 凸部
３３ｂ 成形面
３５ 下型
３６ チャンバー
４４、７３ａ 接着層
７５ フィルム
７６ 液状高分子材料
１２１、１３１ａ、１４３ａ コア
１２２、１４１、１４４ クラッド
１２３ 矢印
１３１ コア膜
１３２ 下部クラッド層
１３３ 上部クラッド層
１４２ 溝
１４３ コア材料
１４３ｂ 余剰材料[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention,Optical waveguide mainly used for optical communicationsRoadIt relates to a manufacturing method.
[0002]
[Prior art]
With the development of the optical communication market, optical components are required to have both high performance and low cost. In particular, there is a growing demand for lower prices for passive optical components that do not operate themselves.
[0003]
In manufacturing an optical waveguide, a very fine and accurate pattern is required. Especially for single mode optical waveguides, the pattern accuracy specifications are strict. For the formation of such a pattern, dry etching generally used in a semiconductor process is used. Hereinafter, a conventional manufacturing process of a single mode optical waveguide for optical communication will be described with reference to the drawings.
[0004]
FIG. 12A and FIG. 12B are diagrams showing the configuration of a general silica-based single mode optical waveguide. FIG. 12A is a plan view of the optical waveguide, and FIG. 12B is a cross-sectional view along the plane AA shown in FIG. A core 121 serving as a waveguide layer having a refractive index higher than that of the cladding 122 is formed inside the cladding 122. Light that satisfies certain conditions is confined in the core 121 and transmitted along the direction indicated by the arrow 123. For example, when guided light having a wavelength of 1.3 μm or more and 1.55 μm or less is transmitted, the core 121 generally has a square cross section with a side of about 8 μm, as shown in FIG. Further, as shown in FIG. 12A, various optical circuits can be configured by patterning the core 121 into a desired shape such as a Y branch, for example. The core shape and the core surface roughness greatly affect the light propagation performance.
[0005]
FIGS. 13A to 13C are process diagrams showing a general method for manufacturing a conventional silica-based optical waveguide. First, a core film 131 is formed by a flame deposition method on a quartz substrate that also serves as the lower cladding layer 132 (FIG. 13A). The flame deposition method means that H in the atmosphere.2And O2In the flame formed byFourAnd a small amount of GeClFourSiO doped with Ge by hydrolytic reaction2This is a method of generating (core film 131). Generated SiO2Since it is deposited in the form of fine powder on the quartz substrate, it is heated to 1000 ° C. or more and vitrified. This vitrified SiO2Is the core film 131. When an optical waveguide is used on a substrate made of a material other than a quartz substrate, the lower clad layer 132 is first formed on the substrate by a flame deposition method.
[0006]
Next, by using photolithography and dry etching, the core film 131 of FIG. 13A is patterned into a predetermined pattern to form the core 131a (FIG. 13B).
[0007]
Further, an upper cladding layer 133 is formed on the lower cladding layer 132 and the core 131a by a flame deposition method (FIG. 13C). In this way, an optical waveguide is produced. An optical waveguide manufactured by such a method exhibits good characteristics with low loss.
[0008]
In recent years, in addition to quartz-based materials, resins have been studied as optical waveguide materials. At present, resin materials are inferior to quartz in terms of transmission performance and reliability. However, the resin material has an advantage that it is easier to mold than quartz. Further, it has excellent light transmission performance in the wavelength range of 650 nm to 850 nm and is a very promising optical waveguide material. As a specific resin material, for example, polymethyl methacrylate (PMMA) having excellent transparency is known. In recent years, deuteration and fluorination have been carried out based on acrylic, epoxy, or polyimide resin materials. The resin material obtained thereby has low absorption with respect to light in the wavelength region of 1.3 μm or more and 1.55 μm or less. Therefore, a low-loss optical waveguide can be formed using these materials.
[0009]
As a method for manufacturing an optical waveguide using a resin material, a method of forming a core layer and a clad layer mainly by spin coating and patterning the core layer using dry etching is generally used.
[0010]
As described above, in the production of a conventional optical waveguide, a clad layer having a thickness of 20 μm or more is formed by depositing a plurality of times regardless of whether a quartz material or a resin material is used. Next, after depositing the core layer, the core layer is patterned into a convex shape using dry etching. However, in order to perform dry etching, complicated and many facilities are required. Therefore, the production of the conventional optical waveguide has problems in cost and productivity. In order to solve this problem, various optical waveguide manufacturing methods have been proposed, and one of typical methods is a method of manufacturing an optical waveguide by groove filling (for example, Patent Document 1, Patent Document 2 or (See Patent Document 3).
[0011]
The manufacturing process of the groove-filled optical waveguide will be described with reference to FIGS. 14 (a) to 14 (d). FIG. 14A to FIG. 14D are process diagrams showing a method for manufacturing a groove-filled optical waveguide.
[0012]
First, a groove 142 corresponding to a desired core pattern of an optical waveguide is formed in a clad 141 which is a substrate made of glass or resin (FIG. 14A). In this case, dry etching is generally used as a method for forming the groove 142. Next, in order to use the optical waveguide groove 142 as a core, a core material 143 having a refractive index higher than that of the clad 141 is embedded in the groove 142 (FIG. 14B). The surplus material 143b overflowing from the groove is removed, and the core 143a is formed on the substrate 141 (FIG. 14C). Finally, a clad 144 is formed on the core 143a and the substrate 141 (FIG. 14D), and a groove-filling optical waveguide is manufactured. The method for manufacturing the groove-filled optical waveguide uses dry etching in the same manner as the manufacturing method shown in FIGS. 13A to 13C, but the method shown in FIGS. 13A to 13C is used. Efficient and high productivity can be expected compared to other manufacturing methods.
[0013]
[Patent Document 1]
JP 63-139304 A
[0014]
[Patent Document 2]
JP-A-8-320420
[0015]
[Patent Document 3]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-305055
[0016]
[Problems to be solved by the invention]
However, there is also a problem in the method of manufacturing the optical waveguide by groove filling, when using a quartz-based material as a core material, and using a resin material typified by an acrylic-based, epoxy-based or polyimide-based material, Each has a separate task.
[0017]
First, a problem when a quartz glass material is used as the core material will be described. Typical methods for filling the groove formed in the optical waveguide with the core material include flame deposition, CVD, vacuum evaporation and sputtering. In the case of a single mode optical waveguide, a thick film of about 8 μm is formed as a core. In the case of a multimode optical waveguide, a thick film of several tens of μm is formed as a core. However, it takes a long time to deposit such a thick film, which is disadvantageous in production.
[0018]
Next, problems when using a resin material such as an acrylic, epoxy, or polyimide material as the core material will be described. When a resin material is used as the core material, for example, thick film deposition can be easily formed by depositing using a spin coat. However, there is a problem in removing the surplus portion 143b shown in FIG. The resin material has low hardness, and fine scratches are generated on the surface of the core 143a by polishing and removal. For this reason, this scratch causes scattering of the guided light, and a large waveguide loss occurs. As another removal method, a method by dry etching is conceivable, but this is disadvantageous in terms of cost as described above.
[0019]
Therefore, even if an optical waveguide is manufactured by filling a groove using a resin material such as a quartz material, an acrylic material, an epoxy material, or a polyimide material, both high productivity and high performance cannot be achieved.
[0020]
  The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and is an optical waveguide satisfying high productivity and high performance.RoadAn object is to provide a manufacturing method.
[0021]
[Means for Solving the Problems]
  Optical waveguide of the present inventionFirst manufacturing method ofIsThe first clad made of glass softened by heat is pressed with a mold for forming a groove serving as a core to form a groove, and the core includes a polymer material containing branched polysilane and polysiloxane. By filling the material and heating the core material, the core material is reacted so that the refractive index of the core material changes, and a second clad made of glass is formed on the groove side surface of the first clad. In the method of manufacturing an optical waveguide to be joined, the core material is a resin solution containing a polymer material containing branched polysilane and polysiloxane and a solvent, and the core material which is the resin solution is used as the first cladding. By applying to the surface on which the groove is formed, the core material is filled in the groove, and further, the core material is heated to change the refractive index, and then formed other than the groove. The core material is removed by polishing, the after polishing, the said groove of the first clad, joined by bonding the second cladding directlyIt is characterized by that.Thereby, a low-loss and high-performance optical waveguide can be easily manufactured. Also, the refractive index of the core can be easily controlled.
  The second method of manufacturing an optical waveguide according to the present invention is to form a groove by pressing a mold for forming a core groove on the first clad made of glass softened by heat. Filling the core material including a polymer material including branched polysilane and polysiloxane, and heating the core material to cause the core material to react so that the refractive index of the core material changes, and the first cladding A method of manufacturing an optical waveguide in which a second clad made of glass is bonded to a surface on the groove side, wherein the core material is a resin solution containing a polymer material containing branched polysilane and polysiloxane and a solvent. And applying a core material, which is the resin solution, to at least one of the surface of the first cladding where the groove is formed and the surface of the second cladding bonded to the first cladding, The clad and the second clad are pressed while sandwiching the core material that is the applied resin solution, and the core material that is the resin solution is heated to change the refractive index of the core material, and the groove The core material is filled, and the first clad and the second clad are bonded via the core material. Thereby, the refractive index of the core material can be controlled and the first cladding and the second cladding can be bonded simultaneously. Therefore, the number of manufacturing processes can be deleted.
[0022]
  Also, the optical waveguide of the present inventionThirdThe manufacturing method was softened by heatMade of glassA mold for forming a groove serving as a core is pressed against the first cladding to form a groove, and the groove is filled with a core material including a polymer material including branched polysilane and polysiloxane, and the core material is formed. Is heated to cause the core material to react so that the refractive index of the core material changes, and on the groove side surface of the first cladding,Made of glassJoin the second claddingIn the method of manufacturing an optical waveguide, the core material is a film made of a polymer material including at least branched polysilane and polysiloxane, and the surface of the first cladding on which the groove is formed and the second cladding. The core material that is the film is installed on at least one of the surfaces to be bonded to the first cladding, and the first cladding and the second cladding are pressed by sandwiching the core material that is the installed film, And by heating the core material which is the film, the refractive index of the core material is changed, the core material is filled in the groove, and the first clad and the second clad are passed through the core material. JoinIt is characterized by that.Thereby, the refractive index of the core material can be controlled and the first cladding and the second cladding can be bonded simultaneously. Therefore, the number of manufacturing processes can be deleted.
  The fourth method of manufacturing an optical waveguide according to the present invention is to form a groove by pressing a mold for forming a core groove on the first clad made of glass softened by heat. Filling the core material including a polymer material including branched polysilane and polysiloxane, and heating the core material to cause the core material to react so that the refractive index of the core material changes, and the first cladding A method of manufacturing an optical waveguide in which a second clad made of glass is bonded to a surface on the groove side of the above, wherein the core material is a liquid polymer material containing at least branched polysilane and polysiloxane, The core material which is the liquid polymer is dropped on at least one of the surface of the cladding where the groove is formed and the surface of the second cladding bonded to the first cladding, and the first cladding And by pressing the core material that is the dropped liquid polymer between the second clad and heating the core material that is the liquid polymer, the refractive index of the core material is changed, The groove is filled with the core material, and the first clad and the second clad are joined through the core material. Thereby, the refractive index of the core material can be controlled and the first cladding and the second cladding can be bonded simultaneously. Therefore, the number of manufacturing processes can be deleted.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The optical waveguide of the present embodiment has low loss and high performance.
[0024]
The refractive index of the second cladding may be substantially equal to the refractive index of the first cladding.
[0025]
The first clad and the second clad may be glass.
[0026]
Preferably, an adhesive layer is formed between the first clad and the core and the second clad. For this reason, the first cladding and the second cladding can be bonded without heating. Thereby, the characteristic of each member does not change.
[0027]
The adhesive layer may include a polymer material containing branched polysilane and polysiloxane.
[0028]
Preferably, the refractive index of the adhesive layer is substantially equal to the refractive index of the second cladding or higher than the refractive index of the second cladding. Thereby, the guided light can be confined and propagated in the core.
[0029]
In addition, according to the method for manufacturing an optical waveguide of the present embodiment, a high-performance optical waveguide having no scratch on the core surface can be manufactured with high production efficiency.
[0031]
The refractive index of the second cladding may be substantially equal to the refractive index of the first cladding.
[0033]
Preferably, after the core material formed other than the groove is polished and removed, the surface of the first cladding on which the groove is formed and the surface of the second cladding that is bonded to the first cladding. An adhesive having a refractive index substantially equal to the refractive index of the second cladding is applied to at least one, and the first cladding and the second cladding are bonded via the adhesive. Thereby, the first clad and the second clad can be easily joined without heating, and there is no performance deterioration and the productivity is high.
[0035]
Preferably, the core material is a resin solution containing a polymer material containing at least branched polysilane and polysiloxane and a solvent, and the surface of the first clad in which the groove is formed and the second clad After applying the core material, which is the resin solution, to at least one of the surfaces to be bonded to the first cladding, heating is performed to evaporate the solvent. In the heating, the temperature is equal to or lower than the boiling point of the solvent. The temperature is raised to the starting temperature. The upper limit of the temperature is lower than the temperature at which the reaction in which the refractive index of the core material changes starts. Thereby, it is possible to prevent the surface of the coated core material from being uneven, and to prevent a defect in the bonding between the first cladding and the second cladding.
[0038]
Hereinafter, more specific embodiments of the present invention will be described.
[0039]
(Embodiment 1)
An optical waveguide according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of an optical waveguide 1 according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the optical waveguide 1 of the first embodiment includes a core 13 in which guided light is confined and propagated, and glass substrates 11 and 12 that are clads formed around the core 13. ing.
[0040]
The core 13 is embedded in the main surface of the glass substrate 11 formed on the glass substrate 12 side so as to be exposed, and the glass substrate 11 and the glass substrate 12 are installed so as to sandwich the core 13 therebetween. The glass substrate 11 and the glass substrate 12 are comprised from the same material, for example.
[0041]
The core 13 uses a product obtained by a reaction such as heating of a polymer material containing branched polysilane and polysiloxane. The cross-sectional dimension of the core 13 is 8 μm square, for example. The relative refractive index difference between the core 13 and the glass substrates 11 and 12 as the clad is preferably 0.25%. The non-refractive index difference is the percentage of the difference between the square of the refractive index of the core and the square of the refractive index of the cladding with respect to twice the square of the refractive index of the core. Specifically, the relative refractive index difference Δ is the refractive index n of the core.1And cladding refractive index n2And can be expressed by the following equation.
[0042]
Δ = (n1 2-N2 2) / 2n1 2× 100 (%)
In addition, when the refractive index difference between the core and the clad is small as in the single mode waveguide, it can be approximated to the percentage of the refractive index difference between the core and the clad with respect to the refractive index of the core. That is, it can be expressed as the following equation.
[0043]
Δ ≒ (n1-N2) / N1× 100 (%)
The refractive index of the core 13 is higher than the refractive indexes of the glass substrates 11 and 12. The optical waveguide 1 having such a configuration can propagate guided light having wavelengths of 1.3 μm and 1.55 μm in a single mode. Waveguide light having a wavelength of 1.3 μm and 1.55 μm is often used in optical communication.
[0044]
The core 13 is a product in which a polymer material containing branched polysilane and polysiloxane is subjected to an inorganicization reaction by heating or ultraviolet irradiation. The mineralization reaction means that organic components such as C and H are desorbed as the reaction proceeds, and the branched polysilane
This is a reaction in which Si—Si bonds are changed to —O—Si—O— bonds. A polymer material containing branched polysilane and polysiloxane has a characteristic that the refractive index decreases due to this mineralization reaction. In addition, a polymer material containing branched polysilane and polysiloxane is in close contact with a glass material.
[0045]
By changing the mixing ratio of the branched polysilane and polysiloxane, heating conditions, and ultraviolet irradiation conditions, the mineralization reaction can be controlled and the refractive index of the core 13 can be controlled. Thereby, the relative refractive index difference between the core 13 and the glass substrates 11 and 12 can be accurately adjusted to a desired value. For example, by setting the relative refractive index difference between the core 13 and the glass substrates 11 and 12 to 0.25%, as described above, the waveguide light with wavelengths of 1.3 μm and 1.55 μm, which is often used for optical communication, is used. The optical waveguide 1 guided in a single mode can be formed.
[0046]
In addition, when a polymer material containing branched polysilane and polysiloxane is heated and reacted, when partially irradiated with ultraviolet rays, the refractive index further decreases only at the irradiated portion. Using this effect, a predetermined refractive index profile can be provided in the core 13 of the optical waveguide 1. Thereby, a filter function for transmitting or reflecting a specific wavelength can be added to the optical waveguide 1.
[0047]
Hereinafter, the manufacturing method of the optical waveguide 1 of Embodiment 1 is demonstrated using figures. 2A to 2D are process diagrams illustrating a method for manufacturing the optical waveguide 1 according to the first embodiment. FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a press molding apparatus 30 used when manufacturing the optical waveguide 1 according to the first embodiment.
[0048]
First, as shown to Fig.2 (a), the groove | channel 11a is formed in the glass substrate 11 using a glass forming method. An example of a method for forming the groove 11a will be described. In order to form the groove 11a, for example, a press molding apparatus 30 shown in FIG. 3 is used. The press molding apparatus 30 includes a chamber 36. A pair of upper and lower heater blocks 31 and 32 is provided in the chamber 36. The upper heater block 31 is movable in the vertical direction, and the lower heater block 32 is fixed. The upper heater block 31 is provided with an upper die 33 of a 20 mm square size. A convex portion 33 a is formed on the molding surface 33 b of the upper mold 33. The convex portion 33a is a convex optical waveguide forming pattern finely processed by dry etching. On the surface of the molding surface 33b of the upper mold 33, a noble metal-based protective film is formed for release from glass and corrosion resistance. The cross-sectional size of the convex portion 33a is 8 μm square.
[0049]
A planar lower mold 35 is installed on the lower heater block 32. As shown in FIG. 2A, in order to form the groove 11a in the glass substrate 11, first, on the lower mold 35, for example, an 8 mm square glass substrate 11 (for example, refractive index 1.581, softening point 520 ° C. Of optical glass).
[0050]
The chamber 36 is filled with nitrogen, and the upper heater block 31 is moved downward, for example, 50 kg / cm.2The convex portion 33a of the upper mold 33 is brought into contact with the glass substrate 11 with the following low load. In this state, the upper and lower heater blocks 31 and 32 are energized to generate heat. The glass substrate 11 is heated by the upper and lower heater blocks 31 and 32 generating heat. For example, the glass substrate 11 is heated and softened to a softening point of 520 ° C., and the load below the upper heater block 31 is set to 400 kg / cm 2.2Increase to. For example, when the glass substrate 11 is deformed by 0.2 mm, the application of a load is stopped, the energization of the upper and lower heater blocks 31 and 32 is stopped, and the cooling is started. In addition, although the thickness of the glass substrate 11 decreased by 0.2 mm as described above, the area of the main surface of the glass substrate has increased accordingly. When the surface and cross section of the molded glass substrate 11 in which the groove 11a thus produced was formed were observed with an optical microscope and an electron microscope, the optical waveguide groove 11a having a fine pattern could be confirmed on the glass substrate 11. It was confirmed that the grooves 11a were accurately transferred with the convex portions 33a that are convex patterns of the mold.
[0051]
Next, a resin layer 13a filling the groove 11a is formed on the glass substrate 11 (FIG. 2A) on which the groove 11a has been formed by spin coating, as shown in FIG. 2B. The resin layer 13a is formed by applying a core material to the surface of the glass substrate 11 on which the grooves 11a are formed. Here, the core material is a resin solution containing a polymer material containing branched polysilane and polysiloxane and a solvent. In the formation of the resin layer 13a, in addition to the spin coating method, for example, a general coating method that can obtain a uniform coating film such as a dipping method, a spray method, and a blade method can be used. Further, since the resin layer 13a having a sufficient thickness can be easily formed, the production efficiency is high.
[0052]
Here, a polymer material containing branched polysilane and polysiloxane, which is a core material, will be described. The degree of branching of the branched polysilane is 5% or more and 25% or less. The most preferred degree of branching is 20%. If the degree of branching is less than 5%, the branching effect is lost and problems such as the core material having birefringence characteristics occur. Further, if the degree of branching is greater than 25%, the core material is less likely to be filled in the grooves 11a.
[0053]
The branched polysilane and polysiloxane are mixed so as to have a mixing ratio that shows more appropriate characteristics. That is, the core 11 is soft enough to be easily filled in the groove 11a and has a high adhesive force with the inner wall of the groove 11a when the core 13 is formed after filling, so that the core 13 is formed by filling the groove 11a. Core material is used. For this purpose, the mixing ratio may be, for example, 25 to 100 with respect to the branched polysilane 100. The mixing ratio is preferably such that the polysiloxane is 50 or more and 75 or less with respect to the branched polysilane 100. In the following description of the embodiment, a core material in which polysiloxane is mixed at a ratio of 50 to the branched polysilane 100 is used.
[0054]
Also, as the solvent contained in the resin solution as the core material, commonly used solvents such as toluene, anisole and organic solvents are used so that the resin solution has an appropriate concentration depending on the film thickness upon application. Add to. For example, the concentration of the solvent is suitably from 30% to 60%. In addition, the core material contains common additives. For example, a surfactant for improving the state of the coating film is included.
[0055]
After the resin layer 13a is formed, the glass substrate 11 is placed on a hot plate, for example, 120 ° C. is set as a starting temperature, the temperature is raised to 200 ° C., and preliminary heating is performed to remove the solvent component. In this case, it is desirable that the starting temperature is a temperature not higher than the boiling point of the solvent of the resin solution. After that, it is desirable to heat and continuously raise the temperature. The upper limit of the temperature is lower than the temperature at which the refractive index of the polymer material containing branched polysilane and polysiloxane starts to change (reaction start temperature). When preheating is started at a temperature equal to or higher than the boiling point of the solvent of the resin solution, unevenness occurs on the surface of the resin layer 13a.
[0056]
A polymer material containing branched polysilane and polysiloxane has a property of reacting by heating and changing a refractive index. Therefore, a heating temperature at which a desired refractive index is obtained is obtained in advance based on a calibration curve created by actual measurement and showing the relationship between the refractive index and the heating temperature. For example, a temperature (for example, 350 ° C.) at which the refractive index (for example, 1.583 or more and 1.584 or less) of the core 13 that is a single mode condition is obtained from a calibration curve, and the temperature is raised to that temperature and heated. In this way, the refractive index of the core 13 of the optical waveguide 1 is set to a desired value.
[0057]
Next, as shown in FIG. 2 (c), excess portions other than the core 13 in the resin layer 13a shown in FIG. 2 (b) are removed by polishing. A product obtained by a reaction such as heating of the polymer material containing the branched polysilane and the polysiloxane which is the resin layer 13a is an intermediate material between an organic substance and an inorganic substance. Therefore, fine scratches that occur in ordinary resins by polishing do not occur, and a very smooth polished surface can be obtained. Therefore, a high-performance optical waveguide can be created.
[0058]
Branched polysilanes and polysiloxanes, which are organic substances, take in oxygen in the air and desorb organic components by heating or ultraviolet reaction.2Approaching. That is, it becomes an intermediate material between organic and inorganic materials. However, completely SiO2The organic component remains.
[0059]
Note that a polymer material containing branched polysilane and polysiloxane has a property of causing volume shrinkage when heated. Therefore, when the thickness of the resin layer 13a is thin, a phenomenon that the resin layer 13a does not fill the groove 11a due to heating for changing the refractive index occurs. Then, the dimension of the core 13 becomes smaller than a predetermined size. Therefore, the groove 11a is previously formed deeper than the core 13 of the optical waveguide 1 which is the final finished product. That is, the height of the convex portion 33a of the upper mold 33 in FIG. 3 is set higher than 8 μm. By doing in this way, it can heat in the state in which the resin layer 13a exists in the groove | channel 11a with sufficient thickness, and the thickness more than the predetermined dimension of the core 13 can be ensured. Furthermore, a desired core dimension can be obtained by adjusting the polishing amount of the glass substrate 11 and the core 13. For example, the thickness of the core 13 can be 8 μm.
[0060]
Finally, as shown in FIG. 2 (d), a smooth glass substrate 12 is bonded directly to the glass substrate 11 on which the core 13 is formed without using an adhesive or the like so as to sandwich the core 13. Thus, the optical waveguide 1 is manufactured. Specifically, the surface of the glass substrate 11 on which the core 13 is formed and the surface of the glass substrate 12 bonded to the glass substrate 11 are sufficiently washed with an acid or a solvent, and then heated to, for example, 350 ° C. Then, both glass substrates 11 and 12 are directly bonded. In addition, the heating by direct joining should just be about 300 degreeC or more and 400 degrees C or less.
[0061]
When the surface and cross section of the sample of the optical waveguide 1 produced in this way were observed with an optical microscope and an electron microscope, the core 13 had air bubbles and foreign matters due to insufficient filling of the grooves 11a or poor bonding. Production of was not observed.
[0062]
In addition, the single mode optical waveguide 1 manufactured in this way and a single mode silica-based optical fiber were connected, light having a wavelength of 1.55 μm was propagated, and propagation loss was measured. As a result, the measured value of the propagation loss was about 0.07 dB / cm, and it was confirmed that there was no practical problem. Even when the measurement was performed at an environmental temperature of -40 ° C or higher and 80 ° C or lower, no variation in propagation loss was observed. In other words, the temperature dependence of the refractive index of the product obtained by the reaction such as heating of the polymer material containing branched polysilane and polysiloxane used as the core material and the optical glass used as the cladding material are equivalent. It is. Therefore, it is very excellent as a combination constituting an optical waveguide.
[0063]
In the first embodiment, a polymer material containing branched polysilane and polysiloxane is first reacted by heating to change the refractive index. However, the refractive index may be changed by irradiating with ultraviolet rays before reacting by heating. As a result, the heating temperature can be lowered even when the reaction is continued until the desired refractive index is reached by heating.
[0064]
(Embodiment 2)
An optical waveguide according to Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 4 is a cross-sectional view showing the configuration of the optical waveguide according to the second embodiment. As shown in FIG. 4, the optical waveguide 4 according to the second embodiment includes a core 43 in which guided light is confined and propagated, and glass substrates 41 and 42 that are clads formed around the core 43. Layer 44.
[0065]
The core 43 is embedded in the main surface of the glass substrate 41 formed on the glass substrate 42 side so as to be exposed, and the glass substrate 41 and the glass substrate 42 sandwich the core 43 through the adhesive layer 44. It is formed as follows. The glass substrate 41 and the glass substrate 42 are made of the same material, for example. The adhesive layer 44 has a refractive index equivalent to that of the glass substrates 41 and 42, for example.
For the core 43, a product obtained by a reaction such as heating of a polymer material containing branched polysilane and polysiloxane is used. In addition, the dimension of the cross section of the core 43 shall be 8 micrometers square, for example. The relative refractive index difference between the core 43 and the glass substrates 41 and 42 as the clad is preferably 0.25%. Note that the refractive index of the core 43 is higher than the refractive indexes of the glass substrates 41 and 42. The optical waveguide 4 having such a configuration can propagate guided light having wavelengths of 1.3 μm and 1.55 μm in a single mode. Waveguide light having a wavelength of 1.3 μm and 1.55 μm is often used in optical communication.
[0066]
The core 43 is a product obtained by causing a mineralization reaction to a polymer material containing branched polysilane and polysiloxane by heating or ultraviolet irradiation. A polymer material containing branched polysilane and polysiloxane has a characteristic that the refractive index decreases due to this mineralization reaction. In addition, a polymer material containing branched polysilane and polysiloxane is in close contact with a glass material.
[0067]
Further, by changing the mixing ratio of the branched polysilane and polysiloxane, heating conditions, and ultraviolet irradiation conditions, the mineralization reaction can be controlled and the refractive index of the core 43 can be controlled. Thereby, the relative refractive index difference between the core 43 and the glass substrates 41 and 42 can be accurately adjusted to a desired value. As described above, the relative refractive index difference for guiding guided light with wavelengths of 1.3 μm and 1.55 μm in a single mode, which is often used for optical communication, is 0.25%. That's fine.
[0068]
In addition, when a polymer material containing branched polysilane and polysiloxane is heated and reacted, when partially irradiated with ultraviolet rays, the refractive index further decreases only at the irradiated portion. A predetermined refractive index distribution can be provided in the core 43 of the optical waveguide 4 by using this effect. Thereby, a filter function for transmitting or reflecting a specific wavelength can be added to the optical waveguide 4.
[0069]
The adhesive layer 44 is formed between the glass substrate 41 and the core 43 and the glass substrate 42. The adhesive layer 44 needs to be transparent at the wavelength of light propagating to the optical waveguide 4. Therefore, as the adhesive layer 44, for example, a fluorinated epoxy-based ultraviolet curable resin or a thermosetting adhesive is used. Note that the refractive index of the adhesive layer 44 may be equal to or higher than the refractive index of the glass substrates 41 and 42.
[0070]
In addition, a polymer material containing branched polysilane and polysiloxane used as the material of the core 43 can also be applied as the adhesive layer 44 because it has an effect of bonding glass. In particular, even if the glass substrate 42 is not provided, the adhesive layer 44 can be used as a clad if a polymer material containing, for example, branched polysilane and polysiloxane is formed with a thickness of 20 μm or more. As well as it works.
[0071]
Hereinafter, the manufacturing method of the optical waveguide 4 of Embodiment 2 is demonstrated using figures. FIG. 5A to FIG. 5E are process diagrams illustrating a method for manufacturing the optical waveguide 4 according to the second embodiment. First, as shown to Fig.5 (a), the groove | channel 41a is formed in the glass substrate 41 using a glass forming method. The method of forming the groove 41a in the glass substrate 41 is the same as the method of forming the groove 11a in the glass substrate 11 of the first embodiment using the press molding apparatus shown in FIG. To do.
[0072]
Next, a resin layer 43a filling the groove 41a is formed on the glass substrate 41 (FIG. 5A) on which the optical waveguide groove 41a has been formed by spin coating, as shown in FIG. 5B. The resin layer 43a is formed by applying a core material to the surface of the glass substrate 41 on which the grooves 41a are formed. Here, the core material is a resin solution containing a polymer material containing branched polysilane and polysiloxane and a solvent. In the formation of the resin layer 43a, in addition to the spin coating method, for example, a general coating method that can obtain a uniform coating film such as a dipping method, a spray method, and a blade method can be used. Further, since the resin layer 43a having a sufficient thickness can be easily formed, the production efficiency is high. Note that the detailed description of the resin solution that is the core material has been described in Embodiment 1, and is therefore omitted.
[0073]
After the resin layer 43a is formed, the glass substrate 41 is placed on a hot plate, for example, 120 ° C. is set as a starting temperature, the temperature is raised to 200 ° C., and preliminary heating is performed to remove the solvent component.
[0074]
A polymer material containing branched polysilane and polysiloxane has a property of reacting by heating and changing a refractive index. Therefore, a heating temperature at which a desired refractive index is obtained is obtained in advance based on a calibration curve created by actual measurement and showing the relationship between the refractive index and the heating temperature. For example, a temperature (for example, 350 ° C.) at which the refractive index (for example, 1.583 or more and 1.584 or less) of the core 43 that is a single mode condition is obtained from a calibration curve, and the temperature is raised to that temperature and heated. In this way, the refractive index of the core 43 of the optical waveguide 4 is set to a desired value.
[0075]
Next, as shown in FIG. 5 (c), excess portions other than the core 43 in the resin layer 43a shown in FIG. 5 (b) are removed by polishing. A product obtained by a reaction such as heating of the polymer material including the branched polysilane and the polysiloxane that is the resin layer 43a is an intermediate material between the organic substance and the inorganic substance. Therefore, fine scratches caused by normal resin are not generated by polishing, and a very smooth polished surface can be obtained.
[0076]
Note that a polymer material containing branched polysilane and polysiloxane has a property of causing volume shrinkage when heated. Therefore, when the thickness of the resin layer 43a is thin, a phenomenon that the resin layer 43a does not fill the groove 41a due to heating for changing the refractive index occurs. Then, the dimension of the core 43 becomes smaller than a predetermined size. Therefore, the optical waveguide groove 41a is previously formed deeper than the core 43 of the optical waveguide 4 which is the final finished product. That is, the height of the convex portion 33a of the upper mold 33 in FIG. 3 is set higher than 8 μm. By doing in this way, it can heat in the state in which the resin layer 43a exists in the groove | channel 41a with sufficient thickness, and the thickness more than the predetermined dimension of the core 43 can be ensured. Furthermore, a desired core dimension can be obtained by adjusting the polishing amount of the glass substrate 41 and the core 43. For example, the thickness of the core 43 can be 8 μm.
[0077]
Next, as shown in FIG. 5C, an ultraviolet curing adhesive is applied to the exposed polished surfaces of the glass substrate 41 and the core 43 by, for example, a spin coating method, as shown in FIG. 5D. An adhesive layer 44 is formed. In addition, in order to form the adhesive layer 44, other general methods such as a dipping method, a spray method and a blade method may be used.
[0078]
Finally, as shown in FIG. 5E, a smooth glass substrate 42 is attached to the adhesive layer 44 and irradiated with ultraviolet rays. Thereby, the ultraviolet curable adhesive which is the adhesive layer 44 is cured, and the optical waveguide 4 is completed. As described above, since the heat treatment is unnecessary, the member is not changed by the heating. The refractive index of the adhesive layer 44 only needs to be a refractive index suitable for the clad of the optical waveguide 4, and may be equal to or higher than the refractive index of the glass substrate 42.
[0079]
When the surface and cross section of the sample of the optical waveguide 4 produced in this way were observed with an optical microscope and an electron microscope, the core 43 was observed to be inadequately filled into the grooves 41a and to generate bubbles and foreign matter due to poor bonding. Was not.
[0080]
In addition, the single mode optical waveguide 4 thus manufactured and a single mode silica-based optical fiber were connected to propagate light having a wavelength of 1.55 μm, and the propagation loss was measured. As a result, the measured value of propagation loss was about 0.10 dB / cm, and it was confirmed that there was no practical problem.
[0081]
Next, another method for manufacturing the optical waveguide 4 of the second embodiment will be described. 6A to 6E are process diagrams for explaining another method for manufacturing the optical waveguide 4 according to the second embodiment. The manufacturing process shown in FIGS. 6A to 6E differs from the manufacturing process shown in FIGS. 5A to 5E in that a core material is used as the adhesive layer 44. ing. That is, in the manufacturing process shown in FIGS. 6A to 6E, a polymer material containing branched polysilane and polysiloxane and a resin solution containing a solvent are used as the adhesive layer 44.
[0082]
First, the manufacturing process of FIGS. 6A to 6C is the same as the manufacturing process of FIGS. 5A to 5C, and the description thereof will be omitted.
[0083]
As shown in FIG. 6D, a polymer material containing, for example, branched polysilane and polysiloxane is applied to the surface of the smooth glass substrate 42 on the side to be bonded to the glass substrate 41 by spin coating. Then, a resin solution containing a solvent is applied to form the adhesive layer 44. Next, the glass substrate 42 on which the adhesive layer 44 is formed is placed on a hot plate, 120 ° C. is set as a starting temperature, the temperature is raised to 200 ° C., and preliminary heating is performed to remove the solvent component. Further, based on a calibration curve indicating the relationship between the refractive index and the heating temperature prepared in advance, the temperature is increased to, for example, 355 ° C. and heated so as to obtain a desired refractive index. The refractive index of the adhesive layer 44 only needs to be a refractive index suitable for the clad of the optical waveguide 4 and may be equal to or higher than the refractive index of the glass substrate 42.
[0084]
Finally, as shown in FIG. 6 (e), the core 43 and the glass substrate 41 so that the glass substrate 41 on which the core 43 is formed and the adhesive layer 44 formed on the glass substrate 42 sandwich the core 43. And the adhesive layer 44 are joined by direct joining. Specifically, the surface of the glass substrate 41 on which the core 43 is formed and the surface of the adhesive layer 44 bonded to the glass substrate 41 are sufficiently washed with an acid or a solvent, and then heated to 350 ° C. And pressurize them together. In this way, the optical waveguide 4 is produced.
[0085]
Thus, when the surface and cross section of the sample of the optical waveguide 4 produced by another manufacturing method of the second embodiment were observed with an optical microscope and an electron microscope, the core 43 was not sufficiently filled with the grooves 41a. Formation of bubbles and foreign matters due to poor bonding was not observed.
[0086]
In addition, the single mode optical waveguide 4 thus manufactured and a single mode silica-based optical fiber were connected to propagate light having a wavelength of 1.55 μm, and the propagation loss was measured. As a result, the measured value of the propagation loss was about 0.09 dB / cm, and it was confirmed that there was no practical problem.
[0087]
In Embodiment 2, the refractive index was changed by first reacting a polymer material containing branched polysilane and polysiloxane with heating. However, the refractive index may be changed by irradiating with ultraviolet rays before reacting by heating. As a result, the heating temperature can be lowered even when the reaction is continued until the desired refractive index is reached by heating.
[0088]
(Embodiment 3)
An optical waveguide according to Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 7 is a cross-sectional view showing the configuration of the optical waveguide 7 according to the third embodiment. As shown in FIG. 7, the optical waveguide 7 according to the third embodiment includes a core 73 in which guided light is confined, glass substrates 71 and 72 that are clads formed around the core 73, and a glass substrate 71. An adhesive layer 73 a formed between the glass substrate 72 and integral with the core 73 is provided.
[0089]
The core 73 is embedded in the main surface of the glass substrate 71 formed on the glass substrate 72 side so as to be exposed, and the glass substrate 71 and the glass substrate 72 sandwich the core 73 via the adhesive layer 73a. It is formed as follows. The glass substrate 71 and the glass substrate 72 are made of the same material, for example. The adhesive layer 73a and the core 73 are integrally formed.
[0090]
For the core 73 and the adhesive layer 73a, a product obtained by a reaction such as heating of a polymer material containing branched polysilane and polysiloxane is used. The cross-sectional dimension of the core 73 is, for example, 8 μm square. The relative refractive index difference between the core 73 and the adhesive layer 73a and the glass substrates 71 and 72 which are clads is preferably 0.25%. The refractive index of the core 73 and the adhesive layer 73a is higher than that of the glass substrates 71 and 72. The optical waveguide 7 having such a configuration can propagate guided light having wavelengths of 1.3 μm and 1.55 μm in a single mode. Waveguide light having a wavelength of 1.3 μm and 1.55 μm is often used in optical communication.
[0091]
The core 73 is a product in which a polymer material containing branched polysilane and polysiloxane undergoes an inorganicization reaction by heating or ultraviolet irradiation. As described above, a polymer material containing branched polysilane and polysiloxane has a characteristic that the refractive index decreases due to this mineralization reaction. Therefore, the refractive index of the core 73 can be controlled. In addition, a polymer material containing branched polysilane and polysiloxane is in close contact with a glass material.
[0092]
Further, by changing the mixing ratio of the branched polysilane and polysiloxane, heating conditions, and ultraviolet irradiation conditions, the mineralization reaction can be controlled and the refractive index of the core 73 can be controlled. Thereby, the relative refractive index difference between the core 73 and the glass substrates 71 and 72 can be accurately adjusted to a desired value. As described above, the relative refractive index difference for guiding guided light with wavelengths of 1.3 μm and 1.55 μm in a single mode, which is often used for optical communication, is 0.25%. That's fine.
[0093]
In addition, when a polymer material containing branched polysilane and polysiloxane is heated and reacted, when partially irradiated with ultraviolet rays, the refractive index further decreases only at the irradiated portion. If a predetermined refractive index profile is provided in the core 73 of the optical waveguide 7 using this effect, a filter function for transmitting or reflecting a specific wavelength can be added to the optical waveguide 7.
[0094]
Hereinafter, the manufacturing method of the optical waveguide 7 of Embodiment 3 is demonstrated using figures. FIG. 8A to FIG. 8C are process diagrams illustrating a method for manufacturing the optical waveguide 7 according to the third embodiment. FIG. 8A shows a step of forming the groove 71a in the glass substrate 71, and is the same as the step of forming the groove 11a in the glass substrate 11 shown in FIG. FIG. 8B shows a step of forming the resin layer 73b by applying a core material to the surface of the glass substrate 71 on which the groove 71a is formed. Here, the core material is a resin solution containing a polymer material containing branched polysilane and polysiloxane and a solvent. Furthermore, after forming the resin layer 73b, the solvent component is removed by preheating. The process of FIG. 8B is the same as the process of removing the solvent component by preheating after forming the resin layer 13a on the glass substrate 11 shown in FIG. To do.
[0095]
Next, the smooth glass substrate 72 is bonded to the resin layer 73 b formed on the glass substrate 71. As shown in FIG. 8C, by this process, a part of the resin layer 73b (FIG. 8B) is filled in the groove 71a to form the core 73, and the rest are the glass substrate 71 and the glass substrate. The optical waveguide 7 is completed by forming an adhesive layer 73 a that joins to 72. In this step, the press molding apparatus 30 shown in FIG. 3 is used. First, the press molding apparatus 30 is prepared by removing the upper mold 33 and the lower mold 35 of the press molding apparatus 30. As shown in FIG. 9, a glass substrate 71 on which a resin layer 73b is formed is placed on the lower heater block 32 of the press molding apparatus 30, and a glass substrate 72 is placed thereon. The upper heater block 31 presses the glass substrate 72 downward from above. The chamber 36 is filled with air. In an air atmosphere, for example, 100 kg / cm on glass substrates 71 and 722Apply a load until At the same time, the upper and lower heater blocks 31, 32 are energized and generate heat.
[0096]
Note that a polymer material containing branched polysilane and polysiloxane has a property that its refractive index changes by heating. Therefore, a heating temperature at which a desired refractive index is obtained is obtained in advance based on a calibration curve created by actual measurement and showing the relationship between the refractive index and the heating temperature. For example, a temperature (for example, 350 ° C.) at which the refractive index (for example, 1.583 or more and 1.584 or less) of the core 73 that is a single mode condition is obtained from a calibration curve, and the temperature is raised to that temperature and heated. In this way, the refractive index of the core 73 of the optical waveguide 7 is set to a desired value.
[0097]
By doing in this way, as shown in FIG.8 (c), the glass substrate 71 and the glass substrate 72 can be bonded together via the contact bonding layer 73a, and the refractive index of the core 73 can be made into a desired value. it can. Therefore, the number of manufacturing steps of the optical waveguide 7 can be reduced.
[0098]
When the surface and cross section of the sample of the optical waveguide 7 thus manufactured were observed with an optical microscope and an electron microscope, the core 73 was observed to be inadequately filled into the grooves 71a and to generate bubbles and foreign matter due to poor adhesion. Was not. In addition, the groove 71 a was filled with a product obtained by the mineralization reaction of the core material to form the core 73.
[0099]
Further, when several samples of the optical waveguide 7 were cut out by dicing and the cross section was observed with an electron microscope, the thickness of the adhesive layer 73a was about 1 μm. With such a thickness, the light confinement effect at the core 73 is sufficiently obtained. In order to enable single mode propagation, the thickness of the adhesive layer 73a may be 3 μm or less. In particular, in order to reduce the propagation loss, the thickness of the adhesive layer 73a is desirably 1 μm or less.
[0100]
Further, the single mode optical waveguide 7 thus manufactured and a single mode silica-based optical fiber were connected to propagate light having a wavelength of 1.55 μm, and the propagation loss was measured. As a result, the measured value of the propagation loss was about 0.08 dB / cm, and it was confirmed that there was no practical problem.
[0101]
In the third embodiment, the refractive index is changed by first reacting a polymer material containing branched polysilane and polysiloxane with heating. However, the refractive index may be changed by irradiating with ultraviolet rays before reacting by heating. As a result, the heating temperature can be lowered even when the reaction is continued until the desired refractive index is reached by heating.
[0102]
In the method of manufacturing the optical waveguide 7 according to the above-described third embodiment, a resin solution containing a polymer material containing branched polysilane and polysiloxane and a solvent is used as the core material. However, instead, a solid containing a polymer material containing branched polysilane and polysiloxane may be used as the core material. The manufacturing method in that case will be described below with reference to FIG. As the core material, a thin film 75 is used.
[0103]
As shown in FIG. 10, the glass substrate 71 on which the groove 71 a is formed is installed on the lower heater block 32 of the press molding apparatus 30. A film 75 is placed thereon, and a smooth glass substrate 72 is placed thereon. In addition, since the film 75 does not contain a solvent, preheating is unnecessary.
[0104]
The film 75 is a solid containing a polymer material containing branched polysilane and polysiloxane, and has a thickness of 10 μm, for example. The mixing ratio of the branched polysilane and polysiloxane in the film 75 is the same as that in the case of the resin solution described above. The upper heater block 31 presses the glass substrate 72 downward from above. The chamber 36 is filled with air. For example, 150 kg / cm on the glass substrates 71 and 72 in an air atmosphere.2Apply load until At the same time, the upper and lower heater blocks 31, 32 are energized and generate heat.
[0105]
A heating temperature at which a desired refractive index is obtained is obtained in advance based on a calibration curve created by actual measurement and showing the relationship between the refractive index and the heating temperature. For example, a temperature (for example, 350 ° C.) at which the refractive index (for example, 1.583 or more and 1.584 or less) of the core 13 that is a single mode condition is obtained from a calibration curve, and the temperature is raised to that temperature and heated. In this way, the refractive index of the core 73 of the optical waveguide 7 is set to a desired value.
[0106]
In this way, by heating while applying a load, the film 75 enters the groove 71a, forms the core 73 as shown in FIG. 8C, and is adhered and bonded to the glass substrate 71 and the glass substrate 72. Layer 73a is formed. Further, since the core material reacts by heating, the core 73 can have a desired refractive index. Moreover, the glass substrate 71 and the glass substrate 72 are bonded together through the contact bonding layer 73a. Since these steps can be performed simultaneously, the number of manufacturing steps can be reduced.
[0107]
When the surface and cross section of the sample of the optical waveguide 7 thus manufactured were observed with an optical microscope and an electron microscope, the core 73 was observed to be inadequately filled into the grooves 71a and to generate bubbles and foreign matter due to poor adhesion. Was not. In addition, the groove 71 a was filled with a product obtained by the mineralization reaction of the core material to form the core 73.
[0108]
Further, when several samples of the optical waveguide 7 were cut out by dicing and the cross section was observed with an electron microscope, the thickness of the adhesive layer 73a was about 1 μm. With such a thickness, the light confinement effect at the core 73 is sufficiently obtained.
[0109]
Further, the single mode optical waveguide 7 thus manufactured and a single mode silica-based optical fiber were connected to propagate light having a wavelength of 1.55 μm, and the propagation loss was measured. As a result, the measured value of the propagation loss was about 0.1 dB / cm, and it was confirmed that there was no practical problem.
[0110]
Furthermore, a method for manufacturing an optical waveguide using a liquid polymer material 76 containing branched polysilane and polysiloxane as a core material will be described with reference to FIG.
[0111]
As shown in FIG. 11, the glass substrate 71 on which the groove 71 a is formed is placed on the lower heater block 32 of the press molding apparatus 30. On top of that, a liquid polymer material 76 containing branched polysilane and polysiloxane is dropped. The mixing ratio of the branched polysilane and the polysiloxane in the liquid polymer material 76 is the same as that in the resin solution. Further, a smooth glass substrate 72 is installed thereon. For the glass substrates 71 and 72, for example, optical glass having a refractive index of 1.595 and a softening point of 540 ° C. is used. Further, since the liquid polymer material 76 does not contain a solvent, preheating is not necessary.
[0112]
Next, in the chamber 36 depressurized by a vacuum pump, the upper heater block 31 presses the glass substrate 72 downward from above, and the glass substrates 71 and 72 are, for example, 1 kg / cm.2Apply the load. Thereafter, air is introduced into the chamber 36 and 50 kg / cm.2While the pressure is increased to, the liquid polymer material 76 is heated and heated until the temperature reaches 300 ° C. at which a desired refractive index is obtained. As a result, the liquid polymer material 76 enters the groove 71a and forms the core 73 as shown in FIG. Moreover, the glass substrate 71 and the glass substrate 72 can be bonded together through the contact bonding layer 73a. Further, the refractive index of the core 73 can be set to a desired value. Furthermore, since these steps can be performed simultaneously, the number of manufacturing steps of the optical waveguide 7 can be reduced.
[0113]
When the surface and cross section of the sample of the optical waveguide 7 thus manufactured were observed with an optical microscope and an electron microscope, the core 73 was observed to be inadequately filled into the grooves 71a and to generate bubbles and foreign matter due to poor adhesion. Was not. In addition, the groove 71 a was filled with a product obtained by the mineralization reaction of the core material to form the core 73.
[0114]
Further, when several samples of the optical waveguide 7 were cut out by dicing and the cross section was observed with an electron microscope, the thickness of the adhesive layer 73a was about 0.8 μm. With such a thickness, the light confinement effect at the core 73 is sufficiently obtained.
[0115]
Further, the single mode optical waveguide 7 thus manufactured and a single mode silica-based optical fiber were connected to propagate light having a wavelength of 1.55 μm, and the propagation loss was measured. As a result, the measured value of the propagation loss was about 0.13 dB / cm, and it was confirmed that there was no practical problem.
[0116]
In addition, although Embodiment 1-3 demonstrated the single mode optical waveguide, it is applicable similarly also in a multimode optical waveguide. Moreover, the structure and material demonstrated above are not necessarily limited to these. For example, a glass substrate is used for the cladding, but instead of these, a heat-resistant resin or the like may be used, and the refractive index may be set to an appropriate value.
[0117]
【The invention's effect】
The present invention provides an optical waveguide that satisfies high productivity and high performance, and a method for manufacturing the same.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view showing a configuration of an optical waveguide according to a first embodiment.
2A to 2D are process diagrams for explaining a method of manufacturing an optical waveguide according to the first embodiment, and FIGS. 2A to 2D are diagrams illustrating each process.
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a press molding apparatus used when manufacturing the optical waveguide according to the first embodiment.
4 is a cross-sectional view showing a configuration of an optical waveguide according to Embodiment 2. FIG.
FIGS. 5A to 5E are process diagrams for explaining a method of manufacturing an optical waveguide according to a second embodiment, and FIGS. 5A to 5E are diagrams illustrating each process. FIGS.
FIGS. 6A to 6E are process diagrams illustrating another method for manufacturing an optical waveguide according to the second embodiment, and FIGS. 6A to 6E are diagrams illustrating each process. FIGS.
7 is a cross-sectional view showing a configuration of an optical waveguide according to Embodiment 3. FIG.
FIGS. 8A to 8C are process diagrams illustrating a method of manufacturing an optical waveguide according to the third embodiment, and FIGS. 8A to 8C are diagrams illustrating each process. FIGS.
FIG. 9 is a diagram showing a pressing process in manufacturing an optical waveguide according to the third embodiment.
FIG. 10 is a diagram showing a pressing process in manufacturing another optical waveguide according to the third embodiment.
FIG. 11 is a diagram showing a pressing process in manufacturing still another optical waveguide according to the third embodiment.
12A and 12B are diagrams showing a configuration of a general silica-based single mode optical waveguide, in which FIG. 12A is a plan view showing the configuration of the optical waveguide, and FIG. 12B is a configuration of the optical waveguide. Cross section showing
FIGS. 13A to 13C are process diagrams showing a general method for manufacturing a conventional silica-based optical waveguide, and FIGS. 13A to 13C show the respective processes. FIGS.
FIG. 14 is a process diagram showing a method for manufacturing a groove-filled optical waveguide, and FIGS. 14 (a) to 14 (d) are diagrams showing each process.
[Explanation of symbols]
1, 4, 7 Optical waveguide
11, 12, 41, 42, 71, 72 Glass substrate
11a, 41a, 71a groove
13, 43, 73 cores
13a, 43a, 73b Resin layer
30 Press molding equipment
31 Upper heater block
32 Lower heater block
33 Upper mold
33a Convex
33b Molded surface
35 Lower mold
36 chambers
44, 73a Adhesive layer
75 films
76 Liquid polymer material
121, 131a, 143a core
122, 141, 144 clad
123 arrow
131 Core membrane
132 Lower cladding layer
133 Upper cladding layer
142 groove
143 Core material
143b Surplus material

Claims (4)

熱で軟化させたガラスからなる第１クラッドに、コアとなる溝を形成するための金型を押し付けて溝を形成し、前記溝に、分岐型ポリシランおよびポリシロキサンを含む高分子材料を含むコア材料を充填し、前記コア材料を加熱することで、前記コア材料の屈折率が変化するよう前記コア材料を反応させ、前記第１クラッドの前記溝側の面に、ガラスからなる第２クラッドを接合する光導波路の製造方法であって、
前記コア材料は、分岐型ポリシランおよびポリシロキサンを含む高分子材料と溶剤とを含む樹脂溶液であり、
前記樹脂溶液であるコア材料を前記第１クラッドの前記溝が形成された面に塗布することで、前記コア材料を前記溝に充填し、
さらに、屈折率を変化させるために、前記コア材料を加熱した後に、前記溝以外に形成された前記コア材料を、研磨により除去し、
前記研磨後に、前記第１クラッドの前記溝側に、第２クラッドを直接接合によって接合する、光導波路の製造方法。A core including a polymer material containing branched polysilane and polysiloxane is formed by pressing a mold for forming a core groove on a first clad made of glass softened by heat to form a groove. By filling the material and heating the core material, the core material is reacted so that the refractive index of the core material changes, and a second clad made of glass is formed on the groove side surface of the first clad. A method of manufacturing an optical waveguide to be joined ,
The core material is a resin solution containing a polymer material containing branched polysilane and polysiloxane and a solvent,
By applying the core material, which is the resin solution, to the surface of the first cladding where the groove is formed, the core material is filled into the groove,
Furthermore, in order to change the refractive index, after heating the core material, the core material formed other than the groove is removed by polishing,
A method of manufacturing an optical waveguide, wherein after the polishing, a second clad is joined to the groove side of the first clad by direct joining . 熱で軟化させたガラスからなる第１クラッドに、コアとなる溝を形成するための金型を押し付けて溝を形成し、前記溝に、分岐型ポリシランおよびポリシロキサンを含む高分子材料を含むコア材料を充填し、前記コア材料を加熱することで、前記コア材料の屈折率が変化するよう前記コア材料を反応させ、前記第１クラッドの前記溝側の面に、ガラスからなる第２クラッドを接合する光導波路の製造方法であって、
前記コア材料は、分岐型ポリシランおよびポリシロキサンを含む高分子材料と溶剤とを含む樹脂溶液であり、
前記第１クラッドの前記溝が形成された面および前記第２クラッドの前記第１クラッドと接合される面の少なくとも一方に、前記樹脂溶液であるコア材料を塗布し、
前記第１クラッドおよび前記第２クラッドで、前記塗布された樹脂溶液であるコア材料を挟んで加圧し、かつ前記樹脂溶液であるコア材料を加熱することで、前記コア材料の屈折率を変化させ、前記溝に前記コア材料を充填し、前記コア材料を介して、前記第１クラッドと前記第２クラッドを接合する、光導波路の製造方法。A core including a polymer material containing branched polysilane and polysiloxane is formed by pressing a mold for forming a core groove on a first clad made of glass softened by heat to form a groove. By filling the material and heating the core material, the core material is reacted so that the refractive index of the core material changes, and a second clad made of glass is formed on the groove side surface of the first clad. A method of manufacturing an optical waveguide to be joined ,
The core material is a resin solution containing a polymer material containing branched polysilane and polysiloxane and a solvent,
Applying a core material, which is the resin solution, to at least one of the surface of the first cladding where the groove is formed and the surface of the second cladding bonded to the first cladding;
The first clad and the second clad sandwich and pressurize the core material that is the applied resin solution, and heat the core material that is the resin solution, thereby changing the refractive index of the core material. The method of manufacturing an optical waveguide, wherein the groove is filled with the core material, and the first clad and the second clad are joined via the core material . 熱で軟化させたガラスからなる第１クラッドに、コアとなる溝を形成するための金型を押し付けて溝を形成し、前記溝に、分岐型ポリシランおよびポリシロキサンを含む高分子材料を含むコア材料を充填し、前記コア材料を加熱することで、前記コア材料の屈折率が変化するよう前記コア材料を反応させ、前記第１クラッドの前記溝側の面に、ガラスからなる第２クラッドを接合する光導波路の製造方法であって、
前記コア材料は、少なくとも分岐型ポリシランおよびポリシロキサンを含む高分子材料からなるフィルムであり、
前記第１クラッドの前記溝が形成された面および前記第２クラッドの前記第１クラッドと接合される面の少なくとも一方に、前記フィルムであるコア材料を設置し、
前記第１クラッドおよび前記第２クラッドで、前記設置されたフィルムであるコア材料を挟んで加圧し、かつ前記フィルムであるコア材料を加熱することで、前記コア材料の屈折率を変化させ、前記溝に前記コア材料を充填し、前記コア材料を介して、前記第１クラッドと前記第２クラッドを接合する、光導波路の製造方法。A core including a polymer material containing branched polysilane and polysiloxane is formed by pressing a mold for forming a core groove on a first clad made of glass softened by heat to form a groove. By filling the material and heating the core material, the core material is reacted so that the refractive index of the core material changes, and a second clad made of glass is formed on the groove side surface of the first clad. A method of manufacturing an optical waveguide to be joined ,
The core material is a film made of a polymer material containing at least branched polysilane and polysiloxane,
A core material that is the film is disposed on at least one of the surface of the first cladding where the groove is formed and the surface of the second cladding bonded to the first cladding,
The first clad and the second clad are pressed while sandwiching the core material that is the installed film, and the core material that is the film is heated, thereby changing the refractive index of the core material, A method for manufacturing an optical waveguide, comprising: filling a groove with the core material, and bonding the first clad and the second clad through the core material . 熱で軟化させたガラスからなる第１クラッドに、コアとなる溝を形成するための金型を押し付けて溝を形成し、前記溝に、分岐型ポリシランおよびポリシロキサンを含む高分子材料を含むコア材料を充填し、前記コア材料を加熱することで、前記コア材料の屈折率が変化するよう前記コア材料を反応させ、前記第１クラッドの前記溝側の面に、ガラスからなる第２クラッドを接合する光導波路の製造方法であって、
前記コア材料は、少なくとも分岐型ポリシランおよびポリシロキサンを含む液状高分子 材料であり、
前記第１クラッドの前記溝が形成された面および第２クラッドの前記第１クラッドと接合される面の少なくとも一方に、前記液状高分子であるコア材料を滴下し、
前記第１クラッドおよび前記第２クラッドで、前記滴下された液状高分子であるコア材料を挟んで加圧し、かつ前記液状高分子であるコア材料を加熱することで、前記コア材料の屈折率を変化させ、前記溝に前記コア材料を充填し、前記コア材料を介して、前記第１クラッドと前記第２クラッドを接合する、光導波路の製造方法。A core including a polymer material containing branched polysilane and polysiloxane is formed by pressing a mold for forming a core groove on a first clad made of glass softened by heat to form a groove. By filling the material and heating the core material, the core material is reacted so that the refractive index of the core material changes, and a second clad made of glass is formed on the groove side surface of the first clad. A method of manufacturing an optical waveguide to be joined ,
The core material is a liquid polymer material containing at least branched polysilane and polysiloxane ,
Dropping the core material, which is the liquid polymer, onto at least one of the surface of the first cladding where the groove is formed and the surface of the second cladding bonded to the first cladding;
By pressing the core material that is the dropped liquid polymer between the first clad and the second clad and heating the core material that is the liquid polymer, the refractive index of the core material is changed. A method of manufacturing an optical waveguide, wherein the groove is filled with the core material, and the first clad and the second clad are joined via the core material .
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