JP5418836B2 - 平面型光波長選択フィルタ及びその製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、概してデジタル光学スイッチングデバイスに関する。より詳しく言うと、本発明は、データ通信で使用するための光学波長選択フィルタに関する。

光データ転送は、都市圏ネットワークサービスの主流の技術となってきている。その技術は、依然としてコストが高い一方で、カスタマに近いシステムにとって魅力的である。プリント回路基板（ＰＣＢ）上の光データ接続の問題は、先行文献で言及されているが、光導波路へ光を導くための連結構造をコストパフォーマンス良く製造する問題は、光プリント回路基板を広く実施するような方法においては解決されていない。

光の反射は、光配線分離において中心的な役割をなす。光を導くためのいくつかの方法が、光チップ−チップデータ伝送において使用されている一方、その他の方法は、フェルール設計に基づく配線を提供している。依然として、他の方法は、表面に垂直に光を反射するように曲げられた埋込ファイバーを含んでいて、また、チップは活性デバイスを持ち、光を直接埋め込まれた光導波路の中および外へ導くペリスコープ法を含んでいる。

しかしながら、従来のプリント回路基板と互換性がある低コストな配線の製造方法は、未だに無い。

平面型光波長選択フィルタは、プリント回路基板上に形成される。低光損失ポリマーは、導波路および自由進行区域を含む層状構造を製造するのに使用される。一つの導波路からの光が、格子によって回折され、自由進行区域から出射して他の導波路を通るように、プリント回路基板上に回折格子を戦略的に配置する。低光損失ポリマーは、加水分解および機能性有機アルコキシシランの重縮合反応の反応生成物である。適切な格子によって、この装置は、１３１０ナノメータ、１４９０ナノメータおよび１５５０ナノメータの波長のデジタル光学３分波器として使用できる。

必要とされるように、本発明の詳細な実施例をここで開示する。しかしながら、開示された実施例は、単にこの発明の典型例であり、この発明は様々な形態で具現化されることを理解しなくてはならない。そこで、ここで開示された明確な構造的および機能的詳細は限定されたものとして解釈すべきではなく、単にクレームの基本として、また実質的にいかなる適切に詳細化された構造において当業者に本発明を様々に実施することを教示するための代表的な基本として解釈すべきである。

更に、ここで使用された語句および言い回しは、限定するよう意図されたものではない。むしろ、この発明の説明を理解させるためのものである。ここで使用された言葉「ａ」あるいは「ａｎ」は、１つ以上として定義されている。ここで使用された複数形は、２つ以上として定義されている。ここで使用された言葉「ａｎｏｔｈｅｒ」は、少なくとも２番目以上として定義されている。ここで使用された「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」および／または「ｈａｖｉｎｇ」は、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」（すなわち、オープンクレーム）として定義されている。必要ではなく直接的にそして、必要ではなく型どおりではあるが、ここで使用された語「ｃｏｕｐｌｅｄ」は、「ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ」として定義されている。

添付の図中では、引例のように番号は、分離した図面を通じて同一あるいは機能的に類似している要素を参照している。そして、下記の詳細な記述と一緒に、図は、挿入され明細書の一部を形成していて、更にいろいろな実施例を例証し、本発明に従って様々な原理や利点を説明する役目をしている。図のいくつかの特徴部では、より正確に発明を考察するためにスケールを示していない。

本発明の明白な実施例に従った平面型光波長選択フィルタの、図２の１−１線断面図。 本発明の明白な実施例に従った、平面型光波長選択フィルタの平面図。 本発明の明白な実施例に従った、例証された平面型光波長選択フィルタの応答を描写したグラフ。

図１および図２を参照すると、平面型光波長選択フィルタ１００は、プリント回路基板（ＰＣＢ）１１０のような基板上に形成されている。プリント回路基板１１０は、例えば、一般にＦＲ−４あるいはポリイミドガラスのような他の型の基板として参照される良く知られた積層エポキシ−ガラス構造である。プリント回路基板１１０は、平面型光波長選択フィルタ１００のための基礎として提供される一方で、穴、くぼみ、回路トレース、はんだレジストおよび抵抗器、キャパシタ、チップキャリアなどのような構成要素を通して平面化されるような他の構造をしていても良い。

プリント回路基板１１０の片面上には、バッファ層１２０として参照される密着層を形成するために、低光損失ポリマーが堆積されている。赤外領域に近い、特に光学通信で使用される波長（１３１０ナノメータ、１４９０ナノメータ、および１５５０ナノメータ）において、このポリマーは、低光損失を示すべきである。

このポリマーは、また、良好な耐熱性（摂氏２７０度を超える温度で分解）だけでなく、良好な光学および誘電特性を示すべきである。好ましくは、このポリマーは、露光式パターン可能、すなわち、露光リソグラフィー法によって三次元構造の作成が可能であるべきである。適切なポリマーの例は、アクリレート、シロキサン、ポリイミド、ポリカーボネート、無機−有機ハイブリッドポリマーおよびオレフィンである。われわれが特に適していると見出した低光損失ポリマーの一つは、ＯＲＭＯＣＥＲで知られたドイツのヴュルツブルグにあるフラウンホーファー研究所によって開発され、ドイツのベルリンにあるマイクロレジストテクノロジーＧＭＢＨ社によって販売されている、加水分解および機能性有機アルコキシシランの重縮合反応の反応生成物である。この種類の材料の屈折率は、異なる屈折率の適切な樹脂を混合することによって簡単に調整でき、粘度は様々な適用技術用に簡単に調整可能である。

密着層自身のコーティング（被覆）あるいは堆積は、スピンオン法、浸漬塗布あるいはカーテンコーティングのような典型的なプロセス方法によって実行できる。有機架橋機能（メタクリル置換基）の存在によって、結果として得られるコーティングは、ネガ型レジストの振舞いを示し、この振舞いは、コーティングをＯＲＭＯＣＥＲ合成における第二のステップとして参照される紫外光照射露光に対して光画像形成性を可能にさせる。本文脈におけるネガ型レジストとは、露光された領域が硬化し、マスクで覆われた樹脂を適切な混合溶剤で洗い流すことが可能であるという意味である。

平面型光波長選択フィルタ１００の形成における次のステップは、導波路コア層１３０の形成である。導波路コア層１３０は、また、低光損失ポリマーであり、好ましくはバッファ層１２０と同じ一般的な分類のポリマーが良い。しかし、導波路コア層１３０の低光損失ポリマーは、バッファ層１２０の屈折率よりも高い屈折率を持つべきである。

われわれが導波路コア層１３０として特に適していると見出した低光損失ポリマーの一つは、ＯＲＭＯＣＥＲである。３つ以上の導波路チャネル２３２，２３４，２３６，２３８は、その後に露光リソグラフィー法によって導波路コア層１３０中に形成される。自由進行区域２４０も、また、露光リソグラフィー法によって導波路コア層１３０中に形成される。それぞれ導波路チャネル２３２，２３４，２３６，２３８の一端が自由進行区域２４０に連結するように、自由進行区域２４０および導波路チャネル２３２，２３４，２３６，２３８は位置している。伝播光の適切な伝送を促進するように、自由進行区域２４０は、適切な大きさになされている。

導波路チャネル２３２，２３４，２３６，２３８および自由進行区域２４０の形成後、別の低光損失ポリマーからなるクラッド層１５０は、導波路コア層１３０上と、自由進行区域２４０によって規定される空洞の中とに、堆積される。クラッド層１５０の低光損失ポリマーは、導波路コア層１３０の屈折率よりも低い屈折率を持つべきである。必須条件ではないが、一例ではバッファ層１２０に選択されたものと同じ材料を、クラッド層１５０に使用できる。バッファ層１２０やクラッド層１５０よりも高い屈折率を示す導波路コア層１３０を使用することによって、導波路チャネル２３２，２３４，２３６，２３８を進行する光学信号は、導波路コア層１３０に含まれる。

空洞２６０は、その後、回折格子２７０を収容するためにクラッド層１５０中に形成される。空洞２６０は、好ましくは平滑に囲まれ明確に規定された空洞２６０を形成するよう、アブレーティブレーザによって形成される。任意には、空洞２６０は、バッファ層１２０の下側に拡張しても良く、もし必要であればプリント回路基板１１０まで拡張しても良い。回折格子２７０は、以下の方向に存在するように、空洞２６０中に位置される。つまり、導波路チャネル２３２，２３４，２３６，２３８のうちの一つ（２３２）から到着する光信号が、自由進行区域２４０を通って回折格子２７０に到達する際、自由進行区域２４０を通して返送され、他の一つ以上の導波路２３４，２３６，２３８に入るように回折されるように、回折格子２７０は配置される。回折格子２７０の適切な選択および方向によって、１３１０ナノメータ、１４９０ナノメータおよび１５５０ナノメータの波長で信号を選択および放射する３分波器を形成できる。

今、我々の平面型光波長選択フィルタ１００における様々な要素を記述してきたので、波長１３１０ナノメータ、１４９０ナノメータおよび１５５０ナノメータ用に製造された３分波器の具体例を列挙する。全てＯＲＭＯＣＥＲからなるバッファ層１２０、導波路コア層１３０およびクラッド層１５０を持つ、ＦＲ−４プリント回路基板をベース基板として使用した。ＯＲＭＯＣＥＲ層は、スピンコーティングを用いて堆積され、導波路チャネル２３２，２３４，２３６，２３８及び自由進行区域２４０は、光画定された。自由進行区域２４０は、大まかに言って幅２．１ミリメータ、長さ８．２ミリメータおよび深さ８０ミクロンである。回折格子２７０用の空洞２６０は、アブレーティブレーザを用いて形成され、大まかに言って各辺は、５ミリメートルである。それぞれ導波路チャネル２３２，２３４，２３６，２３８の第１端は、自由進行区域２４０領域に連結し、導波路チャネル２３２，２３４，２３６，２３８の反対側の第２端が広がりを持つように、４つの導波路チャネル２３２，２３４，２３６，２３８は並べられた。一つの導波路チャネル２３２は入力として使用され、他の３つの導波路チャネル２３４，２３６，２３８は、出力として提供された。図３は、強く明瞭な信号が、３つの出力点で形成されたことを示している。

まとめると、この発明の範囲を限定する意図無しに、赤外領域で使用できる平面型光波長選択フィルタ１００は、プリント回路基板１１０上に形成される。このデバイスは埋込まれた光導波路からなり、３つのＯＲＭＯＣＥＲ層であるバッファ層１２０（低い屈折率）、導波路コア層１３０（高い屈折率）およびクラッド層１５０（低い屈折率）を使用している。一つの埋込まれた光導波路２３２からの光が、回折格子２７０によって回折され、自由進行区域２４０から出射し、その他の導波路２３４，２３６，２３８を通るように、プリント回路基板１１０上に回折格子２７０を戦略的に配置する。当業者は、本発明が加水分解および機能性有機アルコキシシランの重縮合反応の反応生成物である低光損失ポリマーの使用に基づいた具体例の見地から、本発明が記述されていることを認識するであろう。しかしながら、ここで教示されたことを考慮すると他の様々な変化が当業者に浮かぶであろうから、この発明はそれほど限定するべきではない。

この発明は、特定の実施例に関連して記述されているが、今までの記述を考慮すれば、多くの代替、修正、置換および変化が、当業者にとって明白になるであろうことは明らかである。例えば、図は４つの導波路チャネル２３２，２３４，２３６，２３８を描写しているが、３つあるいは５つ以上の導波路の別構造も使用できる。あるいは適切な回折格子２７０の選択によって、上述以外の波長を選ぶことも可能である。したがって、本発明は、添付の請求の範囲内にあるそのような全ての代替、修正および変化を包含することを意図している。

Claims (15)

1. 平面型光波長選択フィルタ（１００）であって、
   プリント回路基板（１１０）と；
   前記プリント回路基板（１１０）の主表面上に配置された第１の低光損失ポリマーからなるバッファ層（１２０）と；
   前記バッファ層（１２０）上に配置された第２の低光損失ポリマーからなる導波路コア層（１３０）と；
   前記導波路コア層（１３０）中に形成された自由進行区域（２４０）と；
   前記導波路コア層（１３０）中に形成された３つ以上の導波路（２３２−２３８）であって、それぞれ前記導波路（２３２−２３８）の一端は、前記自由進行区域（２４０）の第１端に連結されることと；
   前記導波路コア層（１３０）上と、前記自由進行区域（２４０）によって規定された第１の空洞の中とに配置された第３の低光損失ポリマーからなる上側のクラッド層（１５０）と；
   前記クラッド層（１５０）に形成された第２の空洞（２６０）と；
   前記第２の空洞（２６０）に配置され且つ前記自由進行区域（２４０）の反対側の第２端に連結された回折格子（２７０）であって、一つの導波路（２３２）を経由して前記自由進行区域（２４０）に入射した光は、前記回折格子（２７０）によって回折され、前記自由進行区域（２４０）から出射し、そして１以上の他の前記導波路（２３４，２３６，２３８）において進行させられることと
   を備える、平面型光波長選択フィルタ。
2. 前記低光損失ポリマーはアクリレート、シロキサン、ポリイミド、ポリカーボネート、有機／無機ハイブリッドポリマーおよびオレフィンから選択される、
   請求項１記載の平面型光波長選択フィルタ。
3. 前記低光損失ポリマーは、加水分解および機能性有機アルコキシシランの重縮合反応の反応生成物である、
   請求項２記載の平面型光波長選択フィルタ。
4. 前記第１及び第３の低光損失ポリマーは、互いに類似の屈折率を持つ、
   請求項１記載の平面型光波長選択フィルタ。
5. 前記平面型光波長選択フィルタは、１３１０ナノメータ、１４９０ナノメータおよび１５５０ナノメータの波長用の３分波器である、
   請求項１記載の平面型光波長選択フィルタ。
6. 前記空洞（２６０）は、下側の前記クラッド層（１５０）中に形成されている、
   請求項１記載の平面型光波長選択フィルタ。
7. 前記第２の低光損失ポリマーの屈折率は、前記第１の低光損失ポリマーの屈折率よりも大きく、且つ
   前記第２の低光損失ポリマーの屈折率は、前記第３の低光損失ポリマーの屈折率よりも大きい、
   請求項１記載の平面型光波長選択フィルタ。
8. 平面型光波長選択フィルタ（１００）の製造方法であって、
   プリント回路基板（１１０）を提供することと；
   前記プリント回路基板（１１０）の主表面上に第１の低光損失ポリマーからなるバッファ層（１２０）を堆積することと；
   前記バッファ層（１２０）上に第２の低光損失ポリマーからなる導波路コア層（１３０）を堆積することと；
   前記導波路コア層（１３０）中に、自由進行区域（２４０）および３つ以上の導波路（２３２−２３８）を形成することであって、それぞれ前記導波路（２３２−２３８）の一端は、前記自由進行区域（２４０）の第１端に連結されることと；
   第３の低光損失ポリマーからなる上側のクラッド層（１５０）を、前記導波路コア層（１３０）の上と、前記自由進行区域（２４０）によって規定される第１の空洞の中とに堆積することと；
   前記クラッド層（１５０）に第２の空洞（２６０）を形成することと；
   前記第２の空洞（２６０）に回折格子（２７０）を配置することであって、前記回折格子（２７０）は、前記自由進行区域（２４０）の反対側の第２端に連結され、一つの前記導波路（２３２）を経由して前記自由進行区域（２４０）に入射した光は、前記回折格子（２７０）によって回折され、前記自由進行区域（２４０）から出射して、そして１以上の他の前記導波路（２３４，２３６，２３８）において進行させられることと
   を有する、平面型光波長選択フィルタ（１００）の製造方法。
9. 前記空洞（２６０）は、レーザアブレーション法によって形成される、
   請求項８記載の製造方法。
10. 前記自由進行区域（２４０）および前記導波路（２３２−２３８）は、露光リソグラフィー法によって形成される、
    請求項８記載の製造方法。
11. 前記自由進行区域（２４０）もまた、前記バッファ層（１２０）に形成される、
    請求項８記載の製造方法。
12. 前記低光損失ポリマーは、アクリレート、シロキサン、ポリイミド、ポリカーボネート、有機／無機ハイブリッドポリマーおよびオレフィンから選択される、
    請求項８記載の製造方法。
13. 前記低光損失ポリマーは、加水分解および機能性有機アルコキシシランの重縮合反応の反応生成物である、
    請求項１２記載の製造方法。
14. 前記第２の低光損失ポリマーの屈折率は、前記第１の低光損失ポリマーの屈折率や、前記第３の低光損失ポリマーの屈折率とは同じではない、
    請求項８記載の製造方法。
15. 平面型光波長選択フィルタ（１００）の製造方法であって、
    プリント回路基板（１１０）を提供することと；
    前記プリント回路基板（１１０）の主表面上に、加水分解および機能性有機アルコキシシランの重縮合反応の反応生成物である第１の低光損失ポリマーからなるバッファ層（１２０）を堆積することと；
    前記バッファ層（１２０）上に、前記第１の低光損失ポリマーとは異なる屈折率を持つ第２の低光損失ポリマーからなる導波路コア層（１３０）を堆積することと；
    露光リソグラフィー法によって、前記導波路コア層（１３０）中に自由進行区域（２４０）および３つ以上の導波路（２３２−２３８）を形成することであって、それぞれ前記導波路（２３２−２３８）の一端は、前記自由進行区域（２４０）の第１端に連結されることと；
    前記導波路コア層（１３０）とは異なる屈折率を持つ第３の低光損失ポリマー（１５０）からなる上側のクラッド層（１５０）を、前記導波路コア層（１３０）の上と、前記自由進行区域（２４０）によって規定される第１の空洞の中とに堆積することと；
    レーザアブレーション法によって前記クラッド層（１５０）に第２の空洞（２６０）を形成することと；
    前記第２の空洞（２６０）に回折格子（２７０）を配置することであって、前記回折格子（２７０）は、前記自由進行区域（２４０）の反対側の第２端に連結され、一つの前記導波路（２３２）を経由して前記自由進行区域（２４０）に入射した光は、前記回折格子（２７０）によって回折され、前記自由進行区域（２４０）から出射して、そして１以上の他の前記導波路（２３４，２３６，２３８）において進行させられることと
    を有する、平面型光波長選択フィルタ（１００）の製造方法。