JP5380925B2 - Optical element manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、光学素子の製造方法に関する。本発明により製造される光学素子は、たとえば、所定波長領域の光を反射又は透過する素子に用いることができる。 The present invention relates to a method of manufacturing an optical element. The optical element manufactured by the present invention can be used for an element that reflects or transmits light in a predetermined wavelength region, for example.
特定の波長領域の光を選択的に反射したり、透過させたりする回折格子として、下記特許文献１に開示のものが知られている。この技術は、ある軸方向に屈折率が周期的に変化する回折格子を、樹脂の光硬化により形成するものである。基板上に、ポリイミド前躯体を塗布し、これをポリイミド化する温度よりも低い温度で焼成する。その後、紫外線を周期パターンのマスクを透過させて硬化させ、屈折率が周期的に変化した回折格子を製造するものである。 As a diffraction grating that selectively reflects or transmits light in a specific wavelength region, the one disclosed in Patent Document 1 below is known. In this technique, a diffraction grating whose refractive index periodically changes in a certain axial direction is formed by photocuring of a resin. A polyimide precursor is applied onto the substrate and baked at a temperature lower than the temperature at which the polyimide is converted into a polyimide. Thereafter, ultraviolet rays are transmitted through a periodic pattern mask and cured to manufacture a diffraction grating whose refractive index is periodically changed.
また、特許文献２には、基板上にＴａ2Ｏ5 膜を形成して、この膜に、エキシマレーザにより周期的に強度変調した光を照射して、周期的に凹凸の形成された回折格子を製造する技術が開示されている。 Patent Document 2 discloses a diffraction grating in which a Ta 2 O 5 film is formed on a substrate, and this film is irradiated with light that is periodically intensity-modulated by an excimer laser to form irregularities periodically. Techniques for manufacturing the are disclosed.
しかし、上記の何れの技術においても、光導波路の伝搬路自体に回折格子を形成したものであり、軸状に伸びるコアと、そのコアの周囲に形成された屈折率が周期的に変化する周期的構造を有するものではない。また、上記の文献による光素子では、基板上に形成された格子を有する薄い層に、その層の断面に垂直な方向から、薄い層に向けて光を導入する必要がある。このため、光ファイバーと、この光素子との結合が困難であるという問題がある。 However, in any of the above techniques, a diffraction grating is formed in the propagation path itself of the optical waveguide, and a core extending axially and a period in which the refractive index formed around the core periodically changes. It does not have a typical structure. Further, in the optical element according to the above document, it is necessary to introduce light into a thin layer having a lattice formed on a substrate from a direction perpendicular to the cross section of the layer toward the thin layer. For this reason, there exists a problem that the coupling | bonding of an optical fiber and this optical element is difficult.
本発明は、この課題を解決するために成されたものであり、光ファイバーなどの伝送路からの光の入射や、光結合が容易で、小型で且つ製造容易な光学素子を実現することを目的とする。 The present invention has been made to solve this problem, and an object of the present invention is to realize a small and easy-to-manufacture optical element that is easily incident and optically coupled from a transmission line such as an optical fiber. And
本発明の製造方法により製造される光学素子は、樹脂製の光導波路を用いた光学素子において、軸状に形成されたコアと、コアの軸に対して交差し、所定厚さを有し、屈折率が相互に異なる第１領域と第２領域の繰り返しから成る周期的構造とを有することを特徴とする光学素子である。コアの断面は任意であるが、通常は、円である。この円形のコアに接した外部に、軸方向に沿って屈折率が周期的に変化する周期的構造が形成されている。これにより、ある波長領域の光を反射したり、透過させたりする素子とすることができる。また、軸状のコアを平行に複数設けることで、光分波器、光合波器とすることができる。 The optical element manufactured by the manufacturing method of the present invention, in an optical element using a resin optical waveguide, intersects the axis formed in the shape of a shaft and the axis of the core, and has a predetermined thickness, An optical element having a periodic structure composed of a repetition of a first region and a second region having different refractive indexes. The cross section of the core is arbitrary, but is usually a circle. A periodic structure in which the refractive index changes periodically along the axial direction is formed outside the circular core. Thereby, it can be set as the element which reflects or permeate | transmits the light of a certain wavelength range. Moreover, it can be set as an optical demultiplexer and an optical multiplexer by providing two or more axial cores in parallel.
また、周期的構造の平板領域は、コアの軸に対して、交差していれば良く、その交差角度は任意である。しかし、一般的には、周期的構造はコアの軸に垂直に形成されていることが、望ましい。 Moreover, the flat area | region of a periodic structure should just cross | intersect with respect to the axis | shaft of a core, The intersection angle is arbitrary. In general, however, it is desirable for the periodic structure to be formed perpendicular to the axis of the core.
また、コアの屈折率は、周期的構造の第１領域の屈折率よりも高くても良い。また、コアの屈折率と周期的構造における第１領域の屈折率とは等しく、第２領域の屈折率は、第１領域の屈折率よりも小さいくとも良い。この構造によりコアを伝搬する光は、コア周囲の屈折率の周期的構造により、影響を受ける。これにより、光学素子は、ある波長領域の光を反射し、他の波長領域の光を透過させることができる素子となる。また、２本のコアを平行に形成することで、合波、分波器することも可能である。 The refractive index of the core may be higher than the refractive index of the first region of the periodic structure. Also, equal to the refractive index of the first region in the refractive index and the periodic structure of the core, the refractive index of the second region may or may less Ku than the refractive index of the first region. The light propagating through the core by this structure is affected by the periodic structure of the refractive index around the core. Thus, the light optical element reflects light of a certain wavelength region, a device capable of transmitting light of other wavelength ranges. Further, by forming two cores in parallel, it is possible to multiplex and demultiplex.
本発明に係る製造方法の発明は、樹脂製の光導波路を用いた光学素子の製造方法において、光硬化性樹脂液に光線を照射して、軸状に硬化領域が伸びるコアを自己形成し、コアの形成前、形成後、又は、形成と同時に、コアの軸に対して交差する方向から、光を、軸の方向に所定幅と所定間隔を有した複数の領域を有したパターンで、光硬化性樹脂液に照射して光硬化させて、第１の屈折率を有した第１領域を形成し、コアの形成の後に、隣接する第１領域の間に第１の屈折率よりも屈折率の小さな第２の屈折率を有した第２領域とを形成して、第１領域と第２領域とが軸方向に沿って交互に配列された周期的構造を形成することを特徴とする。 The invention of the manufacturing method according to the present invention is a method of manufacturing an optical element using a resin optical waveguide, wherein a photocurable resin liquid is irradiated with light to self-form a core in which a cured region extends axially, Before, after, or simultaneously with the formation of the core, light is emitted from a direction intersecting the axis of the core in a pattern having a plurality of regions having a predetermined width and a predetermined interval in the direction of the axis. Irradiating to the curable resin liquid and photocuring to form a first region having a first refractive index, and after forming the core, it is refracted more than the first refractive index between adjacent first regions Forming a second region having a second refractive index having a small refractive index, and forming a periodic structure in which the first region and the second region are alternately arranged along the axial direction. .
コアの自己形成とは、光硬化性樹脂液に光ビームを照射して硬化させ、硬化部分の屈折率が未硬化の樹脂液の屈折率よりも高くなることを利用して、この硬化部分に光を閉じ込めながら、硬化先端を成長させる方法である。たとえば、本出願人による特許第３４４４３５２号、特開２００７−２１２７９３号公報などに詳しい。コアの自己形成工程は、周期的構造の第１領域の形成工程に対して、前、後、同時であっても良い。周期的構造の第２領域は、コアの形成の後に形成される。光硬化性樹脂液は、ある波長領域の光で硬化する樹脂であって、一つの波長感度特性（波長硬化特性）を有した一種類の光硬化性樹脂液であっも、波長感度特性が異なる２種類以上の光硬化性樹脂の混合液であっても良い。 The self-formation of the core means that the photocurable resin liquid is cured by irradiation with a light beam, and the refractive index of the cured part becomes higher than the refractive index of the uncured resin liquid. It is a method of growing the curing tip while confining light. For example, it is detailed in Japanese Patent No. 3444352 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-212793 by the present applicant. The core self-forming step may be performed before, after, and simultaneously with the step of forming the first region of the periodic structure. The second region of the periodic structure is formed after the formation of the core. A photo-curing resin liquid is a resin that cures with light in a certain wavelength region, and even if it is a single type of photo-curing resin liquid having one wavelength sensitivity characteristic (wavelength curing characteristic), the wavelength sensitivity characteristic is different. A mixed liquid of two or more kinds of photocurable resins may be used.
一種類の光硬化性樹脂液を用いた場合には、次の方法を用いることができる。コアをある波長の光で自己形成した後に、周期的構造を形成する光硬化性樹脂液に入れ換えても良い。また、コアと周期的構造の第１領域とを形成した後に、周期的構造の第２領域を形成する光硬化性樹脂液に入れ換えて良い。また、コアを形成した後に、周期的構造を形成するために入れ換える光硬化性樹脂液は、異なる波長感度特性を有した複数種類の光硬化性樹脂液を用いても良い。この場合には、周期的構造の第１領域は、ある波長領域の光を照射することで、ある種類の光硬化性樹脂液を硬化させて形成し、第２領域は、光硬化性樹脂の混合液の全体を硬化して形成しても良い。光硬化性樹脂の混合液の全体を硬化させる場合には、光硬化の他、熱硬化であっても良い。 When one kind of photocurable resin liquid is used, the following method can be used. After self-forming the core with light of a certain wavelength, the core may be replaced with a photocurable resin liquid that forms a periodic structure. In addition, after forming the core and the first region of the periodic structure, it may be replaced with a photocurable resin liquid that forms the second region of the periodic structure. In addition, a plurality of types of photocurable resin liquids having different wavelength sensitivity characteristics may be used as the photocurable resin liquid to be replaced to form a periodic structure after forming the core. In this case, the first region of the periodic structure is formed by irradiating light of a certain wavelength region to cure a certain type of photocurable resin liquid, and the second region is formed of the photocurable resin. You may form by hardening the whole liquid mixture. When the entire liquid mixture of the photocurable resin is cured, thermal curing may be used in addition to photocuring.
コアの形成と周期的構造の形成とを、光硬化性樹脂液を入れ換えずに行う場合には、波長感度特性の異なる２種類以上の光硬化性樹脂液を用いる。この場合に、コアと周期的構造の第１領域を硬化させる場合には、ある波長領域の光を用いて、ある種類（単数又は複数）の光硬化性樹脂を選択的に硬化させる。そして、周期的構造の第２領域を硬化させるために、又は、第２領域及び不完全に硬化したコア及び第１領域を完全に硬化させるために、混合液の全ての光硬化性樹脂を硬化させることができる波長の光を照射して、硬化させる、又は、全体を加熱して硬化することができる。この場合には、硬化したコアの屈折率と、周期的構造の硬化した第１領域の屈折率は等しくなり、硬化した第２領域の屈折率は、この屈折率よりも小さくなる。ただし、コアの形成と第１領域の形成とで、光反応条件が異なるために、厳密に屈折率が等しい分けではなく、ほぼ等しい状態となる。さらに、コアだけある波長領域の光で、ある種類（単数又は複数）の光硬化性樹脂を硬化させ、周期的構造の第１領域は、他の波長領域の光の照射により、他の種類（単数又は複数）の光硬化性樹脂を硬化させるようにしても良い。光硬化性樹脂液全体の硬化は、上記の通りである。この場合には、硬化したコアの屈折率、硬化した周期的構造の第１領域の屈折率、硬化した周期的構造の第２領域の屈折率は、この順で、小さくなる。 When the formation of the core and the formation of the periodic structure are performed without replacing the photocurable resin liquid, two or more types of photocurable resin liquids having different wavelength sensitivity characteristics are used. In this case, when curing the core and the first region of the periodic structure, a certain type (single or plural) of photocurable resin is selectively cured using light in a certain wavelength region. Then, in order to cure the second region of the periodic structure, or to completely cure the second region and the incompletely cured core and the first region, all the photo-curable resin of the mixed solution is cured. It can be cured by irradiation with light of a wavelength that can be cured, or can be cured by heating the whole. In this case, the refractive index of the cured core is equal to the refractive index of the cured first region of the periodic structure, and the refractive index of the cured second region is smaller than this refractive index. However, since the photoreaction conditions are different between the formation of the core and the formation of the first region, the refractive index is not strictly equal but is almost equal. Furthermore, the light curing resin of a certain type (single or plural) is cured with light of a wavelength region that includes only the core, and the first region of the periodic structure is irradiated with light of another wavelength region, You may make it harden a single or multiple) photocurable resin. Curing of the entire photocurable resin liquid is as described above. In this case, the refractive index of the cured core, the refractive index of the first region of the cured periodic structure, and the refractive index of the second region of the cured periodic structure decrease in this order.
周期的構造を形成するには、マスクパターンを用いて、所定の周期的パターンに光を照射する方法、光の干渉パターンを形成する方法が採用できる。 In order to form a periodic structure, a method of irradiating a predetermined periodic pattern with light or a method of forming a light interference pattern using a mask pattern can be employed.
以上、まとめると、次の他の製造方法が発明されている。
他の発明は、上記の製造方法の発明において、光硬化性樹脂液は、硬化時の屈折率が、光硬化性樹脂液全体の硬化時の屈折率よりも高い第１光硬化性樹脂液（単数又は複数）と、硬化時の屈折率がこの第１光硬化性樹脂液の硬化時の屈折率よりも低い屈折率を有した第２光硬化性樹脂液（単数又は複数）とを少なくとも含む混合液であり、コアと第１領域は第１光硬化性樹脂液を選択的に硬化させ、第２領域は光硬化性樹脂液の全体を硬化させることを特徴とする。
また、他の発明は、上記の製造方法の発明において、少なくとも周期的構造を形成する場合の光硬化性樹脂液は、硬化時の屈折率が、光硬化性樹脂液全体の硬化時の屈折率よりも高い第１光硬化性樹脂液（単数又は複数）と、硬化時の屈折率がこの第１光硬化性樹脂液の硬化時の屈折率よりも低い屈折率を有した第２光硬化性樹脂液（単数又は複数）とを少なくとも含む混合液であり、第１領域は第１光硬化性樹脂液を波長選択硬化させ、第２領域は光硬化性樹脂液の全体を硬化させることを特徴とする。
また、他の発明は、上記の製造方法の発明において、コアは、第１光硬化性樹脂液（単数又は複数）又はその硬化時の屈折率よりも高い硬化時の屈折率を有した光硬化性樹脂液（単数又は複数）を軸状に硬化させて形成し、その後、コアの周囲の光硬化性樹脂液を、光硬化性樹脂液（単数又は複数）に入れ換えた後、周期的構造を形成することを特徴とする。
また、他の発明は、上記の製造方法の発明において、周期的構造は、短冊状で周期的光を透過するマスクパターンにより、光を照射して光硬化により、第１領域を形成することを特徴とする。
In summary, the following other manufacturing methods have been invented.
In another aspect of the present invention, the photocurable resin liquid is a first photocurable resin liquid in which the refractive index during curing is higher than the refractive index during curing of the entire photocurable resin liquid ( Singular or plural) and at least a second photocurable resin liquid (single or plural) having a refractive index lower than the refractive index during curing of the first photocurable resin liquid. The core and the first region selectively cure the first photocurable resin liquid, and the second region cures the entire photocurable resin liquid.
Further, in another invention, in the invention of the above production method, the photocurable resin liquid in the case of forming at least a periodic structure has a refractive index at the time of curing of the entire photocurable resin liquid at the time of curing. First photo-curable resin liquid (s) higher than the first photo-curing resin liquid and a second photo-curing property having a refractive index lower than the refractive index during curing of the first photo-curable resin liquid. It is a mixed liquid containing at least a resin liquid (single or plural), wherein the first region selectively cures the wavelength of the first photocurable resin liquid, and the second region cures the entire photocurable resin liquid. And
In addition, in another invention, in the invention of the above manufacturing method, the core is a photocuring having a refractive index at the time of curing higher than the refractive index at the time of curing the first photocurable resin liquid (single or plural). After the photocurable resin liquid (single or plural) is cured in an axial shape, the photocurable resin liquid around the core is replaced with the photocurable resin liquid (single or plural), and then the periodic structure is formed. It is characterized by forming.
According to another invention, in the invention of the above manufacturing method, the periodic structure is a strip-shaped mask pattern that transmits periodic light, and the first region is formed by light irradiation and photocuring. Features.
本発明の方法により製造される光学素子においては、光を伝搬させるコアと、ある波長領域の光に対して、反射、透過、結合、分波などの機能を実現する周期的構造とが、一体的に、コアの周囲に形成されているので、小型化と、機能の高効率化を実現することができる。
本発明に係る製造方法の発明においては、光による自己形成により、コアが形成され、周期的構造が光硬化性樹脂の波長選択硬化により実現できるので、製造が極めて容易となる。また、他の製造方法の発明では、光硬化性樹脂液を、異なる波長感度特性を有した複数種類の混合液とすることで、波長によるある種（単数又は複数）の光硬化性樹脂だけを選択的に硬化させて、コアと周期的構造の第１領域とを形成することができる。したがって、製造が極めて簡単となる。
In an optical element manufactured by the method of the present invention, a core that propagates light and a periodic structure that realizes functions such as reflection, transmission, coupling, and demultiplexing with respect to light in a certain wavelength region are integrated. In particular, since it is formed around the core, it is possible to reduce the size and increase the efficiency of the function.
In the invention of the manufacturing method according to the present invention , the core is formed by self-formation by light, and the periodic structure can be realized by wavelength selective curing of the photocurable resin, so that the manufacturing becomes extremely easy. Further, in another invention of the manufacturing method, the photocurable resin liquid is a plurality of types of mixed liquids having different wavelength sensitivity characteristics, so that only a certain type (single or plural) of photocurable resin depending on the wavelength is used. It can be selectively cured to form the core and the first region of the periodic structure. Therefore, the manufacture becomes very simple.
以下、本発明の具体的な実施例を図を参照しながら説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, specific examples of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the examples.
本発明に用いる光硬化性樹脂液は、入手可能な任意のものを適用できる。硬化機構も、ラジカル重合、カチオン重合其の他任意である。硬化光は一般的にはレーザ光が好ましい。レーザの波長と強度で、光硬化性樹脂液の硬化速度を調整すると良い。尚、光硬化開始剤（光重合開始剤）は光硬化性樹脂液とレーザの波長に応じ、入手可能な任意のものを適用できる。これらについては、本願出願人が共願人である例えば特開２００４−１４９５７９に次のものが列挙されている。 Any available photocurable resin liquid used in the present invention can be applied. The curing mechanism is also arbitrarily selected from radical polymerization, cationic polymerization and the like. In general, the curing light is preferably laser light. The curing speed of the photocurable resin liquid is preferably adjusted by the wavelength and intensity of the laser. As the photocuring initiator (photopolymerization initiator), any available one can be applied according to the photocurable resin liquid and the wavelength of the laser. Regarding these, the following are listed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-149579 in which the applicant of the present application is a co-applicant.
構造単位中にフェニル基等の芳香族環を一つ以上含んだものが高屈折率、脂肪族系のみからなる場合は低屈折率となる。屈折率を下げるために構造単位中の水素の一部をフッ素に置換したものであっても良い。
脂肪族系としては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、テトラプロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、1,3-プロパンジオール、1,4-ブタンジオール、1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール等の多価アルコールを挙げることができる。
When a structural unit containing at least one aromatic ring such as a phenyl group consists of a high refractive index and an aliphatic group only, the refractive index is low. In order to lower the refractive index, a part of hydrogen in the structural unit may be substituted with fluorine.
Aliphatics include ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, tetraethylene glycol, propylene glycol, dipropylene glycol, tripropylene glycol, tetrapropylene glycol, neopentyl glycol, 1,3-propanediol, 1,4-butane Examples thereof include polyhydric alcohols such as diol, 1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol, trimethylolpropane, pentaerythritol, and dipentaerythritol.
芳香族系としては、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＳ、ビスフェノールＺ、ビスフェノールＦ、ノボラック、o-クレゾールノボラック、p-クレゾールノボラック、p-アルキルフェノールノボラック等の各種フェノール化合物等を挙げることができる。これら、あるいはこれらから任意に１種乃至複数種選択された多価アルコールのオリゴマー（ポリエーテル）の構造を有する比較的低分子（分子量３０００程度以下）骨格に、反応基として次の官能基等を導入したものでも良い。 Examples of aromatic compounds include various phenol compounds such as bisphenol A, bisphenol S, bisphenol Z, bisphenol F, novolac, o-cresol novolak, p-cresol novolak, and p-alkylphenol novolak. The following functional groups or the like are added as reactive groups to a relatively low molecular (molecular weight of about 3000 or less) skeleton having the structure of an oligomer (polyether) of these, or one or more polyhydric alcohols arbitrarily selected from these. It may be introduced.
〔ラジカル重合性材料〕
ラジカル重合性材料としては、ラジカル重合可能なアクリロイル基等のエチレン性不飽和反応性基を構造単位中に１個以上、好ましくは２個以上有する光重合性モノマー及び／又はオリゴマーを採用することができる。エチレン性不飽和反応性基を有するものの例としては、（メタ）アクリル酸エステル、イタコン酸エステル、マレイン酸エステル等の共役酸エステルを挙げることができる。
[Radical polymerizable material]
As the radically polymerizable material, a photopolymerizable monomer and / or oligomer having one or more, preferably two or more ethylenically unsaturated reactive groups such as an acryloyl group capable of radical polymerization in a structural unit may be employed. it can. Examples of those having an ethylenically unsaturated reactive group include conjugate acid esters such as (meth) acrylic acid esters, itaconic acid esters, and maleic acid esters.
〔カチオン重合性材料〕
カチオン重合性材料としては、カチオン重合可能なオキシラン環（エポキシド）、オキセタン環等の反応性エーテル構造を構造単位中に１個以上、好ましくは２個以上有する、光重合性のモノマー及び／又はオリゴマーを採用することができる。オキシラン環（エポキシド）としては、オキシラニル基の他、3,4-エポキシシクロヘキシル基なども含まれる。またオキセタン環とは、４員環構造のエーテルである。
[Cationically polymerizable material]
Examples of the cationic polymerizable material include photopolymerizable monomers and / or oligomers having one or more, preferably two or more reactive ether structures such as an oxirane ring (epoxide) or an oxetane ring capable of cationic polymerization in a structural unit. Can be adopted. Examples of the oxirane ring (epoxide) include an oxiranyl group and a 3,4-epoxycyclohexyl group. The oxetane ring is a 4-membered ether.
〔ラジカル重合開始剤〕
ラジカル重合開始剤は、ラジカル重合性モノマー及び／又はオリゴマーから成るラジカル重合性材料の重合反応を光によって活性化する化合物である。具体例としては、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル及びベンゾインプロピルエーテル等のベンゾイン類、アセトフェノン、2,2-ジメトキシ-2-フェニルアセトフェノン、2,2-ジエトキシ-2-フェニルアセトフェノン、1,1-ジクロロアセトフェノン、1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2-メチル-1-(4-(メチルチオ)フェニル)-2-モルホリノプロパン-1-オン及びN,N-ジメチルアミノアセトフェノン等のアセトフェノン類、2-メチルアントラキノン、1-クロロアントラキノン及び2-アミルアントラキノン等のアントラキノン類、2,4-ジメチルチオキサントン、2,4-ジエチルチオキサントン、2-クロロチオキサントン及び2,4-ジイソプロピルチオキサントン等のチオキサントン類、アセトフェノンジメチルケタール及びベンジルジメチルケタール等のケタール類、ベンゾフェノン、メチルベンゾフェノン、4,4'-ジクロロベンゾフェノン、4,4'-ビスジエチルアミノベンゾフェノン、ミヒラーズケトン及び4-ベンゾイル-4'-メチルジフェニルサルファイド等のベンゾフェノン類、並びに2,4,6-トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキシド等が挙げられる。尚、ラジカル重合開始剤は、単独で使用しても、２種以上を併用しても良く、また、これらに限定されることはない。
[Radical polymerization initiator]
The radical polymerization initiator is a compound that activates a polymerization reaction of a radical polymerizable material composed of a radical polymerizable monomer and / or oligomer by light. Specific examples include benzoins such as benzoin, benzoin methyl ether and benzoin propyl ether, acetophenone, 2,2-dimethoxy-2-phenylacetophenone, 2,2-diethoxy-2-phenylacetophenone, 1,1-dichloroacetophenone, Acetophenones such as 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone, 2-methyl-1- (4- (methylthio) phenyl) -2-morpholinopropan-1-one and N, N-dimethylaminoacetophenone, 2-methylanthraquinone, 1- Anthraquinones such as chloroanthraquinone and 2-amylanthraquinone, thioxanthones such as 2,4-dimethylthioxanthone, 2,4-diethylthioxanthone, 2-chlorothioxanthone and 2,4-diisopropylthioxanthone, acetophenone dimethyl ketal and benzyldimethyl ketal Ketter Benzophenones, such as benzophenone, methylbenzophenone, 4,4'-dichlorobenzophenone, 4,4'-bisdiethylaminobenzophenone, Michler's ketone and 4-benzoyl-4'-methyldiphenyl sulfide, and 2,4,6-trimethyl Examples include benzoyldiphenylphosphine oxide. In addition, a radical polymerization initiator may be used independently or may use 2 or more types together, and is not limited to these.
〔カチオン重合開始剤〕
カチオン重合開始剤は、カチオン重合性モノマー及び／又はオリゴマーから成るカチオン重合性材料の重合反応を光によって活性化する化合物である。具体例としては、ジアゾニウム塩、ヨードニウム塩、スルホニウム塩、セレニウム塩、ピリジニウム塩、フェロセニウム塩、ホスホニウム塩、チオピリニウム塩が挙げられるが、熱的に比較的安定であるジフェニルヨードニウム、ジトリルヨードニウム、フェニル(p-アニシル)ヨードニウム、ビス(p-t-ブチルフェニル)ヨードニウム、ビス(p-クロロフェニル)ヨードニウムなどの芳香族ヨードニウム塩、ジフェニルスルホニウム、ジトリルスルホニウム、フェニル(p-アニシル)スルホニウム、ビス(p-t-ブチルフェニル)スルホニウム、ビス(p-クロロフェニル)スルホニウムなどの芳香族スルホニウム塩等のオニウム塩光重合開始剤が好ましい。芳香族ヨードニウム塩および芳香族スルホニウム塩等のオニウム塩光重合開始剤を使用する場合、アニオンとしてはBF4 -、AsF6 -、SbF6 -、PF6 -、B(C6F5)4 -などが挙げられる。尚、カチオン重合開始剤は単独で使用しても、２種以上を併用しても良く、また、これらに限定されることはない。
(Cationic polymerization initiator)
The cationic polymerization initiator is a compound that activates a polymerization reaction of a cationic polymerizable material composed of a cationic polymerizable monomer and / or oligomer by light. Specific examples include diazonium salts, iodonium salts, sulfonium salts, selenium salts, pyridinium salts, ferrocenium salts, phosphonium salts, and thiopyrinium salts, which are thermally relatively stable diphenyliodonium, ditolyliodonium, phenyl ( Aromatic iodonium salts such as p-anisyl) iodonium, bis (pt-butylphenyl) iodonium, bis (p-chlorophenyl) iodonium, diphenylsulfonium, ditolylsulfonium, phenyl (p-anisyl) sulfonium, bis (pt-butylphenyl) ) Preferable are onium salt photopolymerization initiators such as aromatic sulfonium salts such as sulfonium and bis (p-chlorophenyl) sulfonium. When using an onium salt photoinitiator such as aromatic iodonium salts and aromatic sulfonium salts, as the anion BF 4 -, AsF 6 -, SbF 6 -, PF 6 -, B (C 6 F 5) 4 - Etc. In addition, a cationic polymerization initiator may be used individually or may use 2 or more types together, and is not limited to these.
図１は本発明の具体的な第１の実施例に係る光学素子１の製造方法を示す工程図であるまず、図１の（ａ）に示すように、ガラス基板１０上に、光硬化性樹脂液２０を滴下する。この光硬化性樹脂液２０の左端に、光ファイバ３０を挿入する。次に、光ファイバ３０の他端から樹脂を硬化させるための光を導入してファイバーコア３０ｃの端面３０ｆから硬化物を軸状に形成し、成長させる。これが、本件発明のコア２１となる。このコア（硬化物）２１は、ファイバーコア３０ｃの端面３０ｆから、硬化光の方向に成長する。 FIG. 1 is a process diagram showing a method of manufacturing an optical element 1 according to a first specific example of the present invention. First, as shown in FIG. The resin liquid 20 is dropped. The optical fiber 30 is inserted into the left end of the photocurable resin liquid 20. Next, light for curing the resin is introduced from the other end of the optical fiber 30, and a cured product is formed in an axial shape from the end face 30f of the fiber core 30c and grown. This is the core 21 of the present invention. The core (cured product) 21 grows in the direction of the curing light from the end face 30f of the fiber core 30c.
コア形成用の光硬化性樹脂液２０としては、次の２種類の光硬化性樹脂を用いた。第１種の光硬化性樹脂として、ラジカル重合性樹脂であるＥＯ変性ビスフェノールＡジアクリレート（新中村化学製、Ａ−ＢＰＥ−４）１００重量％と、ラジカル重合開始剤として、ビス（２，４，６−トリメチルベンゾイル）−フェニルホスフィンオキサイド（チバスペシャリティケミカルズ製、Ｉｒｇａｃｕｒｅ８１９）０．５重量％、との混合液を用いた。この混合液の硬化前屈折率は、1.537 ( ただし、測定波長は、656.3nm)で、硬化後屈折率は、1.556 である。また、第２種の光硬化性樹脂として、カチオン重合性樹脂である３，４−エポキシシクロヘキシル−３，４−エポキシシクロヘキシルカルボキシレート（Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ製、商品名「ＵＶＲ−６１１０」９０重量％と、ビス（（３−エチル−３オキセタニルメチル）エーテル）（東亞合成社製、商品名「ＯＸＴ−２２１」）１０重量％と、カチオン重合開始剤( 又は、光酸発生剤) として、トリアリルフォニウムのヘキサフルオリン酸塩混合物（ユニオンカーバイド社製、商品名「ＵＶＩ−６９９０」）３重量％、との混合液を用いた。この混合液の硬化前屈折率は、1.462 で、硬化後屈折率は、1.491 である。、また、第１種の光硬化性樹脂と第２種の光硬化性樹脂との混合割合は、重量比で、９：１とした。 As the photocurable resin liquid 20 for core formation, the following two types of photocurable resins were used. As the first type of photocurable resin, EO-modified bisphenol A diacrylate (manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd., A-BPE-4), which is a radical polymerizable resin, 100% by weight, and as a radical polymerization initiator, bis (2,4 , 6-trimethylbenzoyl) -phenylphosphine oxide (Ciba Specialty Chemicals, Irgacure 819) 0.5% by weight was used. The refractive index before curing of this mixed solution is 1.537 (however, the measurement wavelength is 656.3 nm), and the refractive index after curing is 1.556. In addition, as the second type photocurable resin, 3,4-epoxycyclohexyl-3,4-epoxycyclohexylcarboxylate (trade name “UVR-6110” 90% by weight, which is a cationic polymerizable resin, 10% by weight of bis ((3-ethyl-3oxetanylmethyl) ether) (trade name “OXT-221” manufactured by Toagosei Co., Ltd.) and triallylphonium as a cationic polymerization initiator (or photoacid generator) 3 wt% of a hexafluorophosphate mixture (trade name “UVI-6990”, manufactured by Union Carbide Co., Ltd.) was used, and the refractive index before curing of this mixture was 1.462, and the refractive index after curing. The mixing ratio of the first type photocurable resin and the second type photocurable resin was 9: 1 by weight.
光ファイバ３０としては、シングルモードファイバー（Ｃｏｒｎｉｎｇ社製、ＳＭＦ−２８）を用いた。次に、光ファイバ３０の他端から半導体レーザによる波長４５７．５ｎｍの光を導入して、光ファイバ３０の出力端から光強度０．２ｍＷの硬化光を光硬化性樹脂液２０に照射した。これにより、図１の（ｂ）に示すように、第１種の光硬化性樹脂のみが波長選択硬化し、軸状のコア（硬化物）２１が形成された。この時、波長４５７．５ｎｍにおいては、第１種の光硬化性樹脂の方が、第２の光硬化性樹脂よりも光感応性は高く、第１種の光硬化性樹脂の方が、第２の光硬化性樹脂よりも、硬化後の屈折率は大きい。 As the optical fiber 30, a single mode fiber (Corning, SMF-28) was used. Next, light having a wavelength of 457.5 nm was introduced from the other end of the optical fiber 30 by a semiconductor laser, and curing light having a light intensity of 0.2 mW was applied to the photocurable resin liquid 20 from the output end of the optical fiber 30. As a result, as shown in FIG. 1B, only the first type of photocurable resin was selectively cured by wavelength, and an axial core (cured product) 21 was formed. At this time, at the wavelength of 457.5 nm, the first type of photocurable resin has higher photosensitivity than the second type of photocurable resin, and the first type of photocurable resin has a higher photosensitivity. The refractive index after curing is larger than that of the photocurable resin of 2.
次に、図１の（ｃ）に示すように、所定幅を有した幅２０μｍ、本数５００本のスリットが周期４０μｍ、で配列されたフォトマスク４０が形成された。フォトマスク４０は、クロムで構成されている。フォトマクス４０は、クロムを一様に蒸着して、フォトリソグラフィにより、スリットのクロムを除去して形成すれば良い。次に、図２の（ｄ）に示すように、超高圧水銀ランプの光を短波長カットフィルタを通過させて、波長４００ｎｍよりも短い波長領域の光を遮断した光を、このマスク４０を通過させた。これにより、光が照射された領域において、第１種の光硬化性樹脂のみが硬化して、周期的構造５０の第１領域５１が形成された。この時、この波長領域の光に対して、第１種の光硬化性樹脂の方が、第２の光硬化性樹脂よりも光感応性は高く、設定されている。 Next, as shown in FIG. 1C, a photomask 40 in which a width of 20 μm having a predetermined width and 500 slits were arranged with a period of 40 μm was formed. The photomask 40 is made of chrome. The photomax 40 may be formed by uniformly depositing chromium and removing chromium in the slit by photolithography. Next, as shown in FIG. 2 (d), the light of the ultra high pressure mercury lamp is passed through the short wavelength cut filter, and the light having the wavelength region shorter than 400 nm is cut off through the mask 40. I let you. Thereby, in the area irradiated with light, only the first type photocurable resin was cured, and the first area 51 of the periodic structure 50 was formed. At this time, the light sensitivity of the first type of photocurable resin is set higher than that of the second photocurable resin with respect to light in this wavelength region.
次に、図２の（ｆ）に示すように、フォトマスク４０を除去して、コア２１の軸に垂直な方向の全面から、波長２５４ｎｍ、エネルギー密度１０Ｊ／cm2 の紫外線を照射して、全体の樹脂を硬化させた。これにより、図２の（ｇ）に示すように、周期的構造５０の第２領域５２が形成される。この時、第１領域５１の屈折率は、第２領域の屈折率よりも大きい。また、コア２１、第１領域５１における完全には硬化していない樹脂は、この時に、完全に硬化される。このようにして、光を伝搬させるコア２１と、コア２１の周辺部に屈折率が周期的に変化する周期的構造５０とから成る光学素子１が得られる。 Next, as shown in FIG. 2 (f), the photomask 40 is removed, and ultraviolet rays having a wavelength of 254 nm and an energy density of 10 J / cm 2 are irradiated from the entire surface in the direction perpendicular to the axis of the core 21. The entire resin was cured. As a result, the second region 52 of the periodic structure 50 is formed as shown in FIG. At this time, the refractive index of the first region 51 is larger than the refractive index of the second region. Further, the resin that is not completely cured in the core 21 and the first region 51 is completely cured at this time. Thus, the optical element 1 including the core 21 that propagates light and the periodic structure 50 in which the refractive index periodically changes in the peripheral portion of the core 21 is obtained.
このようにして形成された屈折率が周期的に変化する周期的構造５０を軸方向に切断した面（図４）を、二光束干渉顕微鏡により撮影した。その結果を図３に示す。屈折率の異なる幅２０μｍの第１領域５１と幅２０μｍの第２領域５２が、形成されていることが理解される。また、素子１の高さ方向ｈに対して、屈折率分布は一様であることが理解される。 The surface (FIG. 4) obtained by cutting the periodic structure 50 formed in this way in which the refractive index changes periodically in the axial direction was photographed with a two-beam interference microscope. The result is shown in FIG. It is understood that a first region 51 having a refractive index of 20 μm and a second region 52 having a width of 20 μm are formed. Further, it is understood that the refractive index distribution is uniform with respect to the height direction h of the element 1.
この光学素子１は、第１領域５１の厚さＤ１と第２領域５２の厚さＤ２とを、適正に設定することで、所定波長領域の光を透過させるバンドパスフィルタ、又は、所定波長領域の光を反射せるバンド阻止フィルタを構成することができる。また、基板１０を圧電結晶で構成して、この結晶に電圧を印加して、第１領域５１の厚さＤ１と第２領域５２の厚さＤ２を電気的に変化させることで、フィルタの遮断波長を電気的に制御することが可能となる。同様に、基板１０の面上の光硬化性樹脂液２０を滴下させない領域に、圧電結晶を貼り付けて、これに電圧を印加するようにしても同様に、遮断波長を電気的に制御できる光学素子を実現することができる。また、基板の材料は任意である。基板のヤング率を用いて、外力の大きさにより、第１領域５１の厚さＤ１と第２領域５２の厚さＤ２が変化することを利用して、それにより変化する遮断波長を測定することで、外力センサとすることも可能である。 This optical element 1 is a bandpass filter that transmits light in a predetermined wavelength region by appropriately setting the thickness D1 of the first region 51 and the thickness D2 of the second region 52, or a predetermined wavelength region. A band-rejecting filter that reflects the light can be configured. Further, the substrate 10 is composed of a piezoelectric crystal, and a voltage is applied to the crystal to electrically change the thickness D1 of the first region 51 and the thickness D2 of the second region 52, thereby blocking the filter. The wavelength can be electrically controlled. Similarly, even if a piezoelectric crystal is attached to a region where the photocurable resin liquid 20 on the surface of the substrate 10 is not dropped, and a voltage is applied to the piezoelectric crystal, an optical that can electrically control the cutoff wavelength. An element can be realized. The material of the substrate is arbitrary. Using the Young's modulus of the substrate, the change in the cut-off wavelength caused by the change in the thickness D1 of the first region 51 and the thickness D2 of the second region 52 depending on the magnitude of the external force is measured. Thus, an external force sensor can be used.
上記の実施例では、光硬化性樹脂液を基板１０上に滴下したものを示したが、硬化光に対して透明枠体に、光硬化性樹脂液を充填させて、枠体の外側に、光ファイバ３０を接続して、同様に形成しても良い。また、周期的構造５０は、光学素子１の長さ方向（コア２１の軸方向、ｘ軸方向）の全体に形成されていても、その長さの一部の領域に形成されていても良い。また、上記実施例では、コアと周期的構造を、同一の光硬化性樹脂液で形成したが、コアと周期的構造とで、光硬化性樹脂液を入れ換えても良い。この場合には、コアを形成する時の光硬化性樹脂液は、波長感度特性が１種類の樹脂液としても良い。また、コア２１の形成は、周期的構造５０の第１領域５１の形成工程に対して、前、後、同時であっても良い。第２領域５２が硬化されると、コア２１は自己形成できないので、コア２１の形成工程は、第２領域５２が液状である状態、すなわち、第２領域５２を硬化させる前に実施すれば良い。 In the above embodiment, the photocurable resin liquid was dropped on the substrate 10, but the transparent frame body was filled with the photocurable resin liquid with respect to the curing light, and the outside of the frame body, The optical fiber 30 may be connected and formed in the same manner. Further, the periodic structure 50 may be formed in the entire length direction of the optical element 1 (the axial direction of the core 21 or the x-axis direction) or may be formed in a partial region of the length. . Moreover, in the said Example, although the core and the periodic structure were formed with the same photocurable resin liquid, you may replace a photocurable resin liquid with a core and a periodic structure. In this case, the photocurable resin liquid for forming the core may be a resin liquid having a wavelength sensitivity characteristic. The core 21 may be formed before, after, and simultaneously with the step of forming the first region 51 of the periodic structure 50. Since the core 21 cannot be self-formed when the second region 52 is cured, the formation process of the core 21 may be performed in a state where the second region 52 is in a liquid state, that is, before the second region 52 is cured. .
本実施例は、図５に示すように、光学素子を光の分波器、合波器としたものである。実施例１と同一の機能を有する部分には、同一の符号が付されている。コアを２本形成する。すなわち、第１コア２２、第２コア２３の２本を平行に形成する。そして、２本のコアを含むように、実施例１と同一構造の周期的構造５０を形成する。そして、第１領域５１の厚さＤ１と第２領域５２の厚さＤ２を、伝搬波長に対して適正に設定することで、コア２２をｘ軸方向に伝搬する光をコア２３をｘ軸方向に伝搬する光に分波する順結合の分波器とすることが可能である。また、コア２２をｘ軸方向に伝搬する光をコア２３を−ｘ軸方向に伝搬する光へ分波する逆結合の分波器とすることが可能である。また、順結合の場合に、コア２２をｘ軸方向に伝搬する光の波長をλ１とし、コア２３をｘ軸方向に伝搬する光の波長をλ２とすれば、コア２３には、ｘ軸方向に伝搬する波長λ１と、波長λ２の光の合波器とすることができる。また、逆結合の場合には、コア２２をｘ軸方向に伝搬する光の波長をλ１とし、コア２３を−ｘ軸方向に伝搬する光の波長をλ２とすれば、コア２３には、−ｘ軸方向に伝搬する波長λ１と、波長λ２の光の合波器とすることができる。 In this embodiment, as shown in FIG. 5, the optical element is an optical demultiplexer / multiplexer. Parts having the same functions as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals. Two cores are formed. That is, the first core 22 and the second core 23 are formed in parallel. Then, the periodic structure 50 having the same structure as that of the first embodiment is formed so as to include two cores. Then, by appropriately setting the thickness D1 of the first region 51 and the thickness D2 of the second region 52 with respect to the propagation wavelength, the light propagating through the core 22 in the x-axis direction is transmitted through the core 23 in the x-axis direction. It is possible to use a forward-coupled duplexer that demultiplexes the light propagating to the light. Further, it is possible to use a reverse-coupled duplexer that demultiplexes light propagating through the core 22 in the x-axis direction into light propagating through the core 23 in the -x-axis direction. In the case of forward coupling, if the wavelength of light propagating through the core 22 in the x-axis direction is λ1, and the wavelength of light propagating through the core 23 in the x-axis direction is λ2, the core 23 has the x-axis direction. The wavelength λ1 propagating to λ1 and the light having the wavelength λ2 can be combined. In the case of reverse coupling, if the wavelength of light propagating through the core 22 in the x-axis direction is λ1, and the wavelength of light propagating through the core 23 in the −x-axis direction is λ2, It can be set as the multiplexer of the wavelength (lambda) 1 which propagates to a x-axis direction, and the wavelength (lambda) 2.
本発明は、フィルタ、反射素子、合波器、分波器などの光学素子として用いることができる。 The present invention can be used as an optical element such as a filter, a reflective element, a multiplexer, and a duplexer.
１０…基板
２０…光硬化性樹脂液
２１…コア
２２…第１コア
２３…第２コア
４０…フォトマスク
５０…周期的構造
５１…第１領域
５２…第２領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Board | substrate 20 ... Photocurable resin liquid 21 ... Core 22 ... 1st core 23 ... 2nd core 40 ... Photomask 50 ... Periodic structure 51 ... 1st area | region 52 ... 2nd area | region
Claims (5)
光硬化性樹脂液に光線を照射して、軸状に硬化領域が伸びるコアを自己形成し、
前記コアの形成前、形成後、又は、形成と同時に、前記コアの軸に対して交差する方向から、光を、前記軸の方向に所定幅と所定間隔を有した複数の領域を有したパターンで、前記光硬化性樹脂液に照射して光硬化させて、第１の屈折率を有した第１領域を形成し、
前記コアの形成の後に、隣接する前記第１領域の間に前記第１の屈折率よりも屈折率の小さな第２の屈折率を有した第２領域とを形成して、
前記第１領域と前記第２領域とが前記軸方向に沿って交互に配列された周期的構造を形成する
ことを特徴とする光学素子の製造方法。 In the method of manufacturing an optical element using a resin optical waveguide,
By irradiating the photocurable resin liquid with light, self-forming a core with a hardened region extending axially,
A pattern having a plurality of regions having a predetermined width and a predetermined interval in the direction of the axis from the direction intersecting the axis of the core before, after or simultaneously with the formation of the core Then, the photocurable resin liquid is irradiated and photocured to form a first region having a first refractive index,
After the formation of the core, a second region having a second refractive index smaller than the first refractive index is formed between the adjacent first regions,
The method for manufacturing an optical element, wherein the first region and the second region form a periodic structure in which the first region and the second region are alternately arranged along the axial direction.
その後、前記コアの周囲の光硬化性樹脂液を、前記光硬化性樹脂液に入れ換えた後、前記周期的構造を形成することを特徴とする請求項３に記載の光学素子の製造方法。 The core is formed by axially curing the first photocurable resin liquid or a photocurable resin liquid having a refractive index at the time of curing higher than the refractive index at the time of curing,
4. The method of manufacturing an optical element according to claim 3 , wherein the periodic structure is formed after the photocurable resin liquid around the core is replaced with the photocurable resin liquid.
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