JPWO2017022719A1 - 樹脂光導波路 - Google Patents
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Abstract
コア、ならびに、該コアよりも屈折率が低いアンダークラッド、および、オーバークラッドを備える樹脂光導波路であって、前記樹脂光導波路の一端側に、オーバークラッドが存在せずコアが露出したコア露出部が設けられており、前記アンダークラッドのうち、前記コア露出部に該当する部位が、下記（１）、（２）を満たすコア近傍領域を有する、ことを特徴とする樹脂光導波路。（１）前記コア近傍領域は、前記コアからの距離がｘ以内の領域であり、該ｘは５μｍ以上２０μｍ以下である。（２）前記コア近傍領域は、前記コアとの界面側の屈折率が高く、該コアとの界面に対し遠位側の屈折率が低くなる屈折率分布を有する。
Description
本発明は、樹脂光導波路に関する。
非特許文献１，２や、特許文献１では、シリコン光導波路と、樹脂光導波路と、を低損失、かつ、低コストで接続するシリコンフォトニクスインターフェースが提案されている。本明細書におけるシリコン光導波路とは、シリコンチップ上に（シングルモード）光導波路として機能するコアクラッド構造を形成したものである。
図３は、このようなシリコンフォトニクスインターフェースの一構成例を示した斜視図であり、図４はその側面図である。
図３、４に示す樹脂光導波路チップ３００には、樹脂光導波路３１０が１本、もしく複数本が形成されている。樹脂光導波路チップ３００の一端側では、樹脂光導波路３１０と、シリコン光導波路チップ２００上に形成されたシリコン光導波路（図示せず）と、が接続されている。樹脂光導波路チップ３００の他端側は、コネクタ１００内に収容されている。
図３は、このようなシリコンフォトニクスインターフェースの一構成例を示した斜視図であり、図４はその側面図である。
図３、４に示す樹脂光導波路チップ３００には、樹脂光導波路３１０が１本、もしく複数本が形成されている。樹脂光導波路チップ３００の一端側では、樹脂光導波路３１０と、シリコン光導波路チップ２００上に形成されたシリコン光導波路（図示せず）と、が接続されている。樹脂光導波路チップ３００の他端側は、コネクタ１００内に収容されている。
図５は、上記の目的で使用される樹脂光導波路の一構成例を示した斜視図である。
図５に示す樹脂光導波路３１０は、コア３２０の周囲にアンダークラッド３３０およびオーバークラッド３４０が配されている。但し、図３、４において、シリコン光導波路チップ２００上に形成されたシリコン光導波路（図示せず）と接続される側の先端は、オーバークラッド３４０が配されておらず、コア３２０が外部に露出したコア露出部３５０になっている。
図５に示す樹脂光導波路３１０は、コア３２０の周囲にアンダークラッド３３０およびオーバークラッド３４０が配されている。但し、図３、４において、シリコン光導波路チップ２００上に形成されたシリコン光導波路（図示せず）と接続される側の先端は、オーバークラッド３４０が配されておらず、コア３２０が外部に露出したコア露出部３５０になっている。
図６は、図３、４に示すシリコンフォトニクスインターフェースにおいて、シリコン光導波路２１０と、樹脂光導波路３１０と、の接続部を示した断面図であり、樹脂光導波路３１０は図５に示す樹脂光導波路３１０である。図６において、シリコン光導波路２１０と、樹脂光導波路３１０と、が、シリコン光導波路２１０に対し樹脂光導波路３１０のコア３２０が面した状態で、エポキシ樹脂を用いて接続されている。
図７は、図３、４に示すシリコンフォトニクスインターフェースにおける光の伝搬を説明するための模式図である。図７において、シリコン光導波路２１０のコア２２０から、樹脂光導波路３１０先端で露出しているコア３２０へとアディアバティックカップリングにより光が伝搬する。そして、樹脂光導波路３１０のコア３２０から光ファイバ１３０のコア１４０へと光が伝搬する。
Ｊｉｅ Ｓｈｕ， Ｃｉｙｕａｎ Ｑｉｕ，Ｘｕｅｚｈｉ Ｚｈａｎｇ，ａｎｄ Ｑｉａｎｆａｎ Ｘｕ，"Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｃｏｕｐｌｅｒ ｂｅｔｗｅｅｎ ｃｈｉｐ−ｌｅｖｅｌ ａｎｄ ｂｏａｒｄ−ｌｅｖｅｌ ｏｐｔｉｃａｌ ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ"， ＯＰＴＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ， Ｖｏｌ．３６， Ｎｏ．１８，ｐｐ３６１４−３６１６（２０１１）
Ｔｙｍｏｎ Ｂａｒｗｉｃｓ，ａｎｄ Ｙｏｉｃｈｉ Ｔａｉｒａ，"Ｌｏｗ−Ｃｏｓｔ Ｉｎｔｅｒｆａｃｉｎｇ ｏｆ Ｆｉｂｅｒｓ ｔｏ Ｎａｎｏｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ： Ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ Ａｓｓｅｍｂｌｙ Ｔｏｌｅｒａｎｅｓ"， ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｊｏｕｒｎａｌ， Ｖｏｌ．６， Ｎｏ．４，Ａｕｇｕｓｔ、６６０８１８（ ２０１４）
図５に示す樹脂光導波路３１０は、図３、４に示すシリコンフォトニクスインターフェースに実装する前に、従来の樹脂光導波路と同様の手順で性能評価が実施される。樹脂光導波路の性能評価では、樹脂光導波路の先端にシングルモード光ファイバを接続する。図８は、図５に示す樹脂光導波路３１０の先端に、シングルモード光ファイバを接続した際の光の伝播を説明するための模式図である。図５に示す樹脂光導波路３１０、シングルモード光ファイバ４００と、の接続では、樹脂光導波路３１０先端のコア３２０が露出した部位から一部の光が放射して伝搬されず、また、接続損失が生じる問題がある。この接続損失は、図３、４に示すシリコンフォトニクスインターフェースに実装した際には発生せず、性能評価の結果に対する信頼性を低下させる。
本発明は、上記した従来技術の問題点を解決するため、シリコン光導波路と、樹脂光導波路と、を低損失、かつ、低コストで接続するシリコンフォトニクスインターフェースでの使用に好適であり、かつ、シングルモード光ファイバを用いた性能評価の信頼性が高い、樹脂光導波路を提供することを目的とする。
上記した目的を達成するため、本発明は、コア、ならびに、該コアよりも屈折率が低いアンダークラッド、および、オーバークラッドを備える樹脂光導波路であって、
前記樹脂光導波路の一端側に、オーバークラッドが存在せずコアが露出したコア露出部が設けられており、
前記アンダークラッドのうち、前記コア露出部に該当する部位が、下記（１）、（２）を満たすコア近傍領域を有する、ことを特徴とする樹脂光導波路、を提供する。
（１）前記コア近傍領域は、前記コアからの距離がｘ以内の領域であり、該ｘは５μｍ以上２０μｍ以下である。
（２）前記コア近傍領域は、前記コアとの界面側の屈折率が高く、該コアとの界面に対し遠位側の屈折率が低くなる屈折率分布を有する。
前記樹脂光導波路の一端側に、オーバークラッドが存在せずコアが露出したコア露出部が設けられており、
前記アンダークラッドのうち、前記コア露出部に該当する部位が、下記（１）、（２）を満たすコア近傍領域を有する、ことを特徴とする樹脂光導波路、を提供する。
（１）前記コア近傍領域は、前記コアからの距離がｘ以内の領域であり、該ｘは５μｍ以上２０μｍ以下である。
（２）前記コア近傍領域は、前記コアとの界面側の屈折率が高く、該コアとの界面に対し遠位側の屈折率が低くなる屈折率分布を有する。
本発明の樹脂光導波路において、前記コア露出部の光伝搬方向における長さが１００μｍ以上であることが好ましい。
本発明の樹脂光導波路において、前記コア近傍領域の屈折率分布が０．００００４／μｍ以上であることが好ましい。
本発明の樹脂光導波路において、前記コア近傍領域における前記アンダークラッドの屈折率の最大値ｎｍａｘと最小値ｎｍｉｎとの差（ｎｍａｘ−ｎｍｉｎ）が０．０００１以上であることが好ましい。
本発明の樹脂光導波路において、前記コアにおける屈折率の最大値ｎ’ｍａｘと、前記コア近傍領域における前記アンダークラッドの屈折率の最大値ｎｍａｘと、の差（ｎ’ｍａｘ−ｎｍａｘ）が０．００８〜０．０２であることが好ましい。
本発明の樹脂光導波路において、前記アンダークラッドの前記コア露出部に該当する部位のうち、前記コア近傍領域以外の部位の屈折率は、前記コア近傍領域における前記アンダークラッドの屈折率の最小値ｎｍｉｎ以下であることが好ましい。
本発明の樹脂光導波路において、前記アンダークラッドの厚さが１０μｍ以上であることが好ましい。
本発明の樹脂光導波路は、波長１３１０ｎｍおよび波長１５５０ｎｍの少なくとも一方において、シングルモード光導波路であることが好ましい。
本発明の樹脂光導波路において、前記樹脂光導波路のコアサイズが１〜１０μｍであることが好ましい。
本発明の樹脂光導波路において、前記樹脂光導波路のコアはフッ素を含む樹脂からなることが好ましい。
また、本発明は、コア、ならびに、該コアよりも屈折率が低いアンダークラッド、および、オーバークラッドを備える樹脂光導波路であって、
前記樹脂光導波路の一端側に、オーバークラッドが存在せずコアおよび該コアに隣接するアンダークラッドが露出したコア露出部が設けられており、樹脂光導波路の光伝搬方向における該コア露出部の長さが５００μｍ以上であり、
前記アンダークラッドのうち、前記コア露出部に該当する部位が、下記（１）〜（３）を満たすコア近傍領域を有する、ことを特徴とする樹脂光導波路を提供する。
（１）前記コア近傍領域は、前記コアからの距離がｘ以内の領域であり、ｘは１０μｍ以上２０μｍ以下である。
（２）前記コア近傍領域は、前記コアとの界面側の屈折率が高く、該コアとの界面に対し遠位側の屈折率が低くなる屈折率分布を有する。
（３）前記コア近傍領域における前記アンダークラッドの屈折率の最大値ｎｍａｘと最小値ｎｍｉｎの差（ｎｍａｘ−ｎｍｉｎ）が０．００１以上である。
前記樹脂光導波路の一端側に、オーバークラッドが存在せずコアおよび該コアに隣接するアンダークラッドが露出したコア露出部が設けられており、樹脂光導波路の光伝搬方向における該コア露出部の長さが５００μｍ以上であり、
前記アンダークラッドのうち、前記コア露出部に該当する部位が、下記（１）〜（３）を満たすコア近傍領域を有する、ことを特徴とする樹脂光導波路を提供する。
（１）前記コア近傍領域は、前記コアからの距離がｘ以内の領域であり、ｘは１０μｍ以上２０μｍ以下である。
（２）前記コア近傍領域は、前記コアとの界面側の屈折率が高く、該コアとの界面に対し遠位側の屈折率が低くなる屈折率分布を有する。
（３）前記コア近傍領域における前記アンダークラッドの屈折率の最大値ｎｍａｘと最小値ｎｍｉｎの差（ｎｍａｘ−ｎｍｉｎ）が０．００１以上である。
本発明の樹脂光導波路は、前記コア露出部において、シリコン光導波路と接続されていることが好ましい。
本発明の樹脂光導波路は、シリコン光導波路と、樹脂光導波路と、を低損失、かつ、低コストで接続するシリコンフォトニクスインターフェースでの使用に好適である。
本発明の樹脂光導波路は、シングルモード光ファイバを用いた性能評価時の接続損失が少なく、性能評価の信頼性が高い。
本発明の樹脂光導波路は、シングルモード光ファイバを用いた性能評価時の接続損失が少なく、性能評価の信頼性が高い。
以下、図面を参照して本発明を説明する。
図１は、本発明の樹脂光導波路の一構成例を示した斜視図である。図１に示す樹脂光導波路１０は、コア１１、ならびに、該コア１１よりも屈折率が低いアンダークラッド１２、および、オーバークラッド１３を備えている。コア１１の下方には、アンダークラッド１２が配されており、コア１１の上方には、オーバークラッド１３が配されている。但し、樹脂光導波路１０の一端側には、オーバークラッド１３が存在せずコア１１が露出したコア露出部１４が設けられている。
なお、本発明の樹脂光導波路では、コアの周囲に配されるアンダークラッド、および、オーバークラッドのうち、コア露出部には存在しない側をオーバークラッドとする。したがって、コアの上方にアンダークラッドが配され、コアの下方にオーバークラッドが配されていてもよい。
図１は、本発明の樹脂光導波路の一構成例を示した斜視図である。図１に示す樹脂光導波路１０は、コア１１、ならびに、該コア１１よりも屈折率が低いアンダークラッド１２、および、オーバークラッド１３を備えている。コア１１の下方には、アンダークラッド１２が配されており、コア１１の上方には、オーバークラッド１３が配されている。但し、樹脂光導波路１０の一端側には、オーバークラッド１３が存在せずコア１１が露出したコア露出部１４が設けられている。
なお、本発明の樹脂光導波路では、コアの周囲に配されるアンダークラッド、および、オーバークラッドのうち、コア露出部には存在しない側をオーバークラッドとする。したがって、コアの上方にアンダークラッドが配され、コアの下方にオーバークラッドが配されていてもよい。
このコア露出部１４は、樹脂光導波路１０をシリコンフォトニクスインターフェースとして用いる際に、シリコン光導波路との接続部位となる。そのため、コア露出部１４は、シリコン光導波路との接続部位として使用するのに十分な長さを有していることが求められる。本発明の樹脂光導波路１０は、樹脂光導波路の光伝搬方向におけるコア露出部１４の長さが１００μｍ以上であることが好ましく、これはシリコン光導波路との接続部位として使用するのに十分な長さである。なお、樹脂光導波路の光伝搬方向とは、コア１１の長軸方向である。
コア露出部１４は、樹脂光導波路の光伝搬方向における長さが、３００μｍ以上であることがより好ましく、５００μｍ以上であることがさらに好ましく、１０００μｍ以上であることがよりさらにより好ましい。
但し、樹脂光導波路の光伝搬方向におけるコア露出部１４の長さが長すぎると、シリコン光導波路と接着剤（例えば、エポキシ樹脂）を使って接続する際に、接着剤の吸収により接続損失が大きくなるおそれがある。そのため、樹脂光導波路の光伝搬方向におけるコア露出部１４の長さは、１００００μｍ以下であることが好ましく、５０００μｍ以下であることがより好ましく、３０００μｍ以下であることがさらに好ましい。
コア露出部１４は、樹脂光導波路の光伝搬方向における長さが、３００μｍ以上であることがより好ましく、５００μｍ以上であることがさらに好ましく、１０００μｍ以上であることがよりさらにより好ましい。
但し、樹脂光導波路の光伝搬方向におけるコア露出部１４の長さが長すぎると、シリコン光導波路と接着剤（例えば、エポキシ樹脂）を使って接続する際に、接着剤の吸収により接続損失が大きくなるおそれがある。そのため、樹脂光導波路の光伝搬方向におけるコア露出部１４の長さは、１００００μｍ以下であることが好ましく、５０００μｍ以下であることがより好ましく、３０００μｍ以下であることがさらに好ましい。
樹脂光導波路１０において、コア１１よりもアンダークラッド１２、および、オーバークラッド１３の屈折率を低くするのは、コア１１を伝播する光が、アンダークラッド１２側、若しくは、オーバークラッド１３側に放射するのを防止するためである。
上述したように、図８に示すように、コア露出部を有する樹脂光導波路３１０と、シングルモード光ファイバ４００と、を接続した際には、オーバークラッド３４０が存在しないコア露出部において、コア３２０が露出した状態になる。樹脂光導波路３１０の性能評価は、コア露出部が空気中、または、水中に存在する状態で実施されるため、コア３２０の露出面は空気または水と接するが、空気や水は、樹脂光導波路３１０のコア３２０材料やアンダークラッド３３０材料よりも屈折率が小さい。その結果、コア３２０を伝搬する光の一部がアンダークラッド３３０側に放射するのが接続損失の原因である。
本発明の樹脂光導波路１０は、アンダークラッド１２のうち、コア露出部１４に該当する部位が下記（１）、（２）を満たすコア近傍領域を有することにより、シングルモード光ファイバとの接続時の接続損失が抑制される。
（１）コア近傍領域は、コア１１からの距離がｘ以内の領域であり、ｘは５μｍ以上２０μｍ以下である。
（２）コア近傍領域は、コア１１との界面側の屈折率が高く、該コア１１との界面に対し遠位側の屈折率が低くなる屈折率分布を有する。
コア近傍領域にコア１１近位側の屈折率が高く、コア１１遠位側の屈折率が低くなる屈折率分布を設けることにより、コア露出部１４において、コア１１を伝搬する光のアンダークラッド１２側への放射が抑制され、シングルモード光ファイバとの接続時の接続損失が抑制される。なお、上記（２）における屈折率分布は、コア１１との界面側から、該コア１１との界面に対し遠位側に向けて、屈折率が連続的に低くなることで生じる。
上述したように、図８に示すように、コア露出部を有する樹脂光導波路３１０と、シングルモード光ファイバ４００と、を接続した際には、オーバークラッド３４０が存在しないコア露出部において、コア３２０が露出した状態になる。樹脂光導波路３１０の性能評価は、コア露出部が空気中、または、水中に存在する状態で実施されるため、コア３２０の露出面は空気または水と接するが、空気や水は、樹脂光導波路３１０のコア３２０材料やアンダークラッド３３０材料よりも屈折率が小さい。その結果、コア３２０を伝搬する光の一部がアンダークラッド３３０側に放射するのが接続損失の原因である。
本発明の樹脂光導波路１０は、アンダークラッド１２のうち、コア露出部１４に該当する部位が下記（１）、（２）を満たすコア近傍領域を有することにより、シングルモード光ファイバとの接続時の接続損失が抑制される。
（１）コア近傍領域は、コア１１からの距離がｘ以内の領域であり、ｘは５μｍ以上２０μｍ以下である。
（２）コア近傍領域は、コア１１との界面側の屈折率が高く、該コア１１との界面に対し遠位側の屈折率が低くなる屈折率分布を有する。
コア近傍領域にコア１１近位側の屈折率が高く、コア１１遠位側の屈折率が低くなる屈折率分布を設けることにより、コア露出部１４において、コア１１を伝搬する光のアンダークラッド１２側への放射が抑制され、シングルモード光ファイバとの接続時の接続損失が抑制される。なお、上記（２）における屈折率分布は、コア１１との界面側から、該コア１１との界面に対し遠位側に向けて、屈折率が連続的に低くなることで生じる。
ここでコア近傍領域をコア１１からの距離がｘ以内の領域であり、ｘは５μｍ以上とすることにより、コア露出部１４において、コア１１を伝搬する光のアンダークラッド１２側への放射が抑制される。なお、ｘの上限を２０μｍとするのは、コア１１からの距離が２０μｍ以上の領域に上述した屈折率分布を設けても、上述したシングルモード光ファイバとの接続時の接続損失を抑制する効果への寄与が少ないためである。
本発明の樹脂光導波路１０において、コア近傍領域の屈折率分布は０．００００４／μｍ以上であることが、上述したシングルモード光ファイバとの接続時の接続損失を抑制する効果という点で好ましい。
コア近傍領域における屈折率分布は０．００００７／μｍ以上であることが好ましく、０．００００７５／μｍ以上であることがより好ましく、０．０００１／μｍ以上であることがさらに好ましく、０．０００２／μｍ以上であることが特に好ましい。
なお、屈折率分布の上限値は特に限定されるものではないが、例えば後述する製造方法等に起因して０．０００３５とすることができる。
コア近傍領域における屈折率分布は０．００００７／μｍ以上であることが好ましく、０．００００７５／μｍ以上であることがより好ましく、０．０００１／μｍ以上であることがさらに好ましく、０．０００２／μｍ以上であることが特に好ましい。
なお、屈折率分布の上限値は特に限定されるものではないが、例えば後述する製造方法等に起因して０．０００３５とすることができる。
コア近傍領域におけるアンダークラッド１２の屈折率は、コア１１に対し近位側の屈折率が最大値ｎｍａｘとなり、コア１１に対し遠位側の屈折率が最小値ｎｍｉｎとなる。コア近傍領域におけるアンダークラッド１２の屈折率の最大値ｎｍａｘと最小値ｎｍｉｎとの差（ｎｍａｘ−ｎｍｉｎ）が０．０００１以上であることが、シングルモード光ファイバとの接続時の接続損失の抑制という点で好ましく、０．０００２以上であることがより好ましく、０．０００４以上であることがさらに好ましく、特に０．０００８以上であることが好ましい。
なお、屈折率の最大値ｎｍａｘと最小値ｎｍｉｎとの差の上限値は特に限定されるものではないが、例えば後述する製造方法等に起因して０．００３５とすることができる。
なお、屈折率の最大値ｎｍａｘと最小値ｎｍｉｎとの差の上限値は特に限定されるものではないが、例えば後述する製造方法等に起因して０．００３５とすることができる。
シリコン光導波路との接続損失の抑制、および、シングルモード光ファイバとの接続時の接続損失の抑制の両立という点では、コア１１における屈折率の最大値ｎ’ｍａｘと、コア近傍領域におけるアンダークラッド１２の屈折率の最大値ｎｍａｘと、の差（ｎ’ｍａx−ｎｍａｘ）が０．００８〜０．０２であることが好ましい。ここで、コア１１における屈折率の最大値ｎ’ｍａｘとしているのは、コア１１にも屈折率分布が存在する場合を考慮しているからである。
ｎ’ｍａx−ｎｍａｘが０．０１０〜０．０１５であることがより好ましい。
ｎ’ｍａx−ｎｍａｘが０．０１０〜０．０１５であることがより好ましい。
本発明の樹脂光導波路において、アンダークラッド１２のコア露出部に該当する部位のうち、コア近傍領域以外の部位の屈折率は、コア近傍領域におけるアンダークラッド１２の屈折率の最小値ｎｍｉｎ以下であることが、シングルモード光ファイバとの接続時の接続損失の抑制という点で好ましい。当該コア近傍領域以外の、アンダークラッド１２の屈折率は最小値ｎｍｉｎ以下である限り特に限定されない。したがって、前記コア近傍領域以外の部位の屈折率がすべて同一の数値であってもよいし、コア近傍領域の場合と同様に、コア１１に対し遠位側に向けて屈折率がさらに低くなる屈折率分布を有していてもよい。
また、本発明の樹脂光導波路において、アンダークラッド１２の厚さによっては、アンダークラッド１２のコア露出部に該当する部位全体が、上記（１）、（２）、好ましくは上記（１）〜（３）を満たすコア近傍領域であってもよい。この場合、アンダークラッド１２の厚みは上記ｘと一致する。
また、本発明の樹脂光導波路において、アンダークラッド１２の厚さによっては、アンダークラッド１２のコア露出部に該当する部位全体が、上記（１）、（２）、好ましくは上記（１）〜（３）を満たすコア近傍領域であってもよい。この場合、アンダークラッド１２の厚みは上記ｘと一致する。
また、本発明の樹脂光導波路において、コア１１の上下にオーバークラッド１３およびアンダークラッド１２が配された部位のアンダークラッド１２の屈折率は、コア近傍領域を含む全ての領域が、コア１１の屈折率よりも低い数値であれば特に限定されない。したがって、例えば当該部位のアンダークラッド１２は、屈折率がすべて同一の数値であってもよいし、コア１１に対し遠位側に向けて屈折率が低くなる屈折率分布を有していてもよい。また、上記（１）〜（３）を満たした、コア近傍領域と同様の領域を有していてもよい。
本発明の樹脂光導波路についてさらに記載する。
（コア１１）
図１に示す樹脂光導波路１０では、コア１１の断面形状が矩形であるが、これに限られず、例えば台形、円形、楕円形であってもよい。コア１１の断面形状が多角形である場合は、その角が丸みを帯びていてもよい。
（コア１１）
図１に示す樹脂光導波路１０では、コア１１の断面形状が矩形であるが、これに限られず、例えば台形、円形、楕円形であってもよい。コア１１の断面形状が多角形である場合は、その角が丸みを帯びていてもよい。
コアサイズは特に限定されず、光源または受光素子との結合効率等を考慮して適宜設計できる。結合効率はコア径と開口数（ＮＡ）に依存する。例えばコア１１のコアサイズ（図１に示すコア１１のように、コア１１の断面形状が矩形の場合は、該矩形の幅および高さ）は、シリコンフォトニクスインターフェースとして用いる際に接続するシリコン光導波路との結合効率を考えると１〜１０μｍであることが好ましい。１．５〜８μｍであることがより好ましく、２〜７μｍであることがさらに好ましい。ここで、矩形の幅は、高さの中央の位置での幅の長さであり、矩形の高さは、幅の中央の位置での高さの長さである。なお、コアサイズは、樹脂光導波路の光伝搬方向に沿ってテーパー状に変化していてもよい。
コア１１は、コアの中心に対し遠位側に向けて屈折率が低くなる屈折率分布を有していてもよい。また、オーバークラッド側の屈折率が高くてアンダークラッド側の屈折率が低くなる屈折率分布を有していてもよいし、オーバークラッド側の屈折率が低くてアンダークラッド側の屈折率が高くなる屈折率分布を有していてもよい。
（オーバークラッド１３）
オーバークラッド１３の屈折率は、コア１１の屈折率よりも数値が低い限り特に限定されない。したがって、例えばオーバークラッド１３は、屈折率がすべて同一の数値であってもよいし、コア１１に対し遠位側に向けて屈折率が低くなる構成であってもよく、コア１１に対し遠位側に向けて屈折率が高くなる構成であってもよい。
オーバークラッド１３の厚さは特に限定されないが、本発明の樹脂光導波路１０がシングルモード光導波路の場合、コア１１の中心から１０μｍ程度の範囲内にあるクラッド部分にも伝搬する光が漏れ出ることがある。したがってシングルモード光導波路の場合は、光の伝搬損失を少なくするという観点から、１０μｍ以上であることが好ましい。また、アンダークラッド１２およびオーバークラッド１３の合計厚さが２０〜９０μｍであることが好ましく、３０〜７０μｍであることがより好ましい。
オーバークラッド１３の屈折率は、コア１１の屈折率よりも数値が低い限り特に限定されない。したがって、例えばオーバークラッド１３は、屈折率がすべて同一の数値であってもよいし、コア１１に対し遠位側に向けて屈折率が低くなる構成であってもよく、コア１１に対し遠位側に向けて屈折率が高くなる構成であってもよい。
オーバークラッド１３の厚さは特に限定されないが、本発明の樹脂光導波路１０がシングルモード光導波路の場合、コア１１の中心から１０μｍ程度の範囲内にあるクラッド部分にも伝搬する光が漏れ出ることがある。したがってシングルモード光導波路の場合は、光の伝搬損失を少なくするという観点から、１０μｍ以上であることが好ましい。また、アンダークラッド１２およびオーバークラッド１３の合計厚さが２０〜９０μｍであることが好ましく、３０〜７０μｍであることがより好ましい。
本発明の樹脂光導波路において、コア１１、アンダークラッド１２、および、オーバークラッド１３の構成材料は、樹脂光導波路としての要求特性を満たす限り特に限定されない。コア１１を伝搬する光の損失抑制という観点では、コア１１の構成材料はフッ素を含む樹脂であることが好ましい。
また、コア１１、アンダークラッド１２、および、オーバークラッド１３の構成材料、ならびに、樹脂光導波路の製造手順については、例えば、下記文献の記載を参考にすることができる。
国際公開第２０１０／１０７００５号
日本国特開２０１３−１２０３３８号公報
日本国特開２０１２−６３６２０号公報
また、コア１１、アンダークラッド１２、および、オーバークラッド１３の構成材料、ならびに、樹脂光導波路の製造手順については、例えば、下記文献の記載を参考にすることができる。
国際公開第２０１０／１０７００５号
日本国特開２０１３−１２０３３８号公報
日本国特開２０１２−６３６２０号公報
上記文献を参考にして、図１に示す本発明の樹脂光導波路１０を製造する場合、樹脂光導波路の１０のコア露出部１４は以下の手順で形成することができる。
アンダークラッドを形成し、フォトリソグラフィプロセスを用いて、アンダークラッド上にコアを形成した後、アンダークラッドおよびコア上に硬化物組成物を塗布し、加熱および／または光照射により硬化性樹脂組成物硬化させ、オーバークラッドを形成する。オーバークラッド層を形成する際に、フォトリソグラフィプロセスを用いて、オーバークラッドを有する領域と、オーバークラッドが無くコアが露出した領域（すなわち、コア露出部）と、を形成することができる。
アンダークラッドを形成し、フォトリソグラフィプロセスを用いて、アンダークラッド上にコアを形成した後、アンダークラッドおよびコア上に硬化物組成物を塗布し、加熱および／または光照射により硬化性樹脂組成物硬化させ、オーバークラッドを形成する。オーバークラッド層を形成する際に、フォトリソグラフィプロセスを用いて、オーバークラッドを有する領域と、オーバークラッドが無くコアが露出した領域（すなわち、コア露出部）と、を形成することができる。
また、上記（１）、（２）を満たすコア近傍領域を有するアンダークラッド１２は以下の手順で形成することができる。
上記、アンダークラッドを形成する際の、加熱温度や加熱時間を調整することにより、および／または、光の照射強度や照射時間を調整することにより、上記（１）、（２）、好ましくは上記（１）〜（３）を満たすコア近傍領域を有するアンダークラッド１２を形成できる。または、屈折率を調整するためのドーパントを添加することにより、調整することにより、および／または、光の照射強度や照射時間を調整することにより、上記（１）、（２）、好ましくは上記（１）〜（３）を満たすコア近傍領域を有するアンダークラッド１２を形成できる。
なお、ドーパント添加によって、屈折率を調整する場合は、当該屈折率は、アンダークラッドを構成する材料とドーパントの種類とに依存するので、目的とする屈折率を得るために、アンダークラッドを構成する材料に応じて当該ドーパントを適宜選択する。
上記、アンダークラッドを形成する際の、加熱温度や加熱時間を調整することにより、および／または、光の照射強度や照射時間を調整することにより、上記（１）、（２）、好ましくは上記（１）〜（３）を満たすコア近傍領域を有するアンダークラッド１２を形成できる。または、屈折率を調整するためのドーパントを添加することにより、調整することにより、および／または、光の照射強度や照射時間を調整することにより、上記（１）、（２）、好ましくは上記（１）〜（３）を満たすコア近傍領域を有するアンダークラッド１２を形成できる。
なお、ドーパント添加によって、屈折率を調整する場合は、当該屈折率は、アンダークラッドを構成する材料とドーパントの種類とに依存するので、目的とする屈折率を得るために、アンダークラッドを構成する材料に応じて当該ドーパントを適宜選択する。
本発明の樹脂光導波路は、シリコン光導波路と、光ファイバと、を低損失、かつ、低コストで接続するシリコンフォトニクスインターフェースに使用されるため、シングルモード光導波路であることが、光信号を高密度化できるため好ましい。この場合、波長１３１０ｎｍおよび１５５０ｎｍの少なくとも一方において、シングルモード光導波路であることが、シリコン光導波路やシングルモード光ファイバに対しても低損失で光を伝搬できるため好ましい。
本発明の樹脂光導波路をシリコンフォトニクスインターフェースに用いる場合、樹脂光導波路のコア露出部において、シリコン光導波路と接続される。
以下に実施例を用いて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
以下に示す実施例では、樹脂光導波路とシングルモード光ファイバの構造（サイズと屈折率）をＲＳｏｆｔ Ｄｅｓｉｇｎ Ｇｒｏｕｐ株式会社製のＲＳｏｆｔ ＣＡＤで定義し、シミュレーション・エンジンであるＲＳｏｆｔ Ｄｅｓｉｇｎ Ｇｒｏｕｐ株式会社製のＢｅａｍＰｒｏｐ（有限差分ビーム伝搬法）で光伝搬のシミュレーションを行った。
図２は、実施例での樹脂光導波路と、シングルモード光ファイバとの接続部を示した模式図である。
図２は、実施例での樹脂光導波路と、シングルモード光ファイバとの接続部を示した模式図である。
（例１〜５２）
例１〜５２のうち、例１〜５、７〜１１、例１３〜５２は実施例、例６、例１２が比較例である。
樹脂光導波路とシングルモード光ファイバの構造を、以下に示すように、ＲＳｏｆｔ ＣＡＤにより定義した。
例１〜５２のうち、例１〜５、７〜１１、例１３〜５２は実施例、例６、例１２が比較例である。
樹脂光導波路とシングルモード光ファイバの構造を、以下に示すように、ＲＳｏｆｔ ＣＡＤにより定義した。
（シングルモード光ファイバ４００）
コア４１０
コア径 ８．４μｍ
屈折率 １．４７
クラッド４２０
クラッド径 ８０μｍ
屈折率 １．４６５２
コア４１０
コア径 ８．４μｍ
屈折率 １．４７
クラッド４２０
クラッド径 ８０μｍ
屈折率 １．４６５２
（樹脂光導波路１０）
シングルモード光導波路
コア１１
コアサイズ 幅方向５．９μｍ、縦方向２．３μｍ
屈折率 １．５３４
アンダークラッド１２
厚み ４０μｍ
コア１１との界面における屈折率 １．５２
コア１１からの距離が１０μｍ以内のコア近傍領域に、コア１１との界面側の屈折率が高く、コア１１との界面に対し遠位側の屈折率が低くなる屈折率分布（０×１０-4〜３．５×１０-4／μｍ）を有する。
オーバークラッド１３
厚み ４０μｍ
屈折率 １．５２
コア露出部１４
コア露出部１４を水（屈折率１．３２）もしくは空気（屈折率１．００）で満たした状態について、波長１．５５μｍにおける接続損失をＢｅａｍＰｒｏｐにより計算により求めた。結果を下記表に示す。なお、表中、アンダークラッド１２の屈折率のうち、コア１１との界面側の屈折率をｎ２、コア１１との界面からの距離が１０μｍの位置での屈折率をｎ１とする。なお、ｎ２はコア近傍領域におけるアンダークラッド１２の屈折率の最大値ｎｍａｘであり、ｎ１はコア近傍領域におけるアンダークラッド１２の屈折率の最小値ｎｍｉｎであり、また、光導波路１０のコア１１と、シングルモード光ファイバ４００のコア４１０と、のオフセットＹは、図２に示す通りである。また、表中の指標は下記表に示す通りである。
シングルモード光導波路
コア１１
コアサイズ 幅方向５．９μｍ、縦方向２．３μｍ
屈折率 １．５３４
アンダークラッド１２
厚み ４０μｍ
コア１１との界面における屈折率 １．５２
コア１１からの距離が１０μｍ以内のコア近傍領域に、コア１１との界面側の屈折率が高く、コア１１との界面に対し遠位側の屈折率が低くなる屈折率分布（０×１０-4〜３．５×１０-4／μｍ）を有する。
オーバークラッド１３
厚み ４０μｍ
屈折率 １．５２
コア露出部１４
コア露出部１４を水（屈折率１．３２）もしくは空気（屈折率１．００）で満たした状態について、波長１．５５μｍにおける接続損失をＢｅａｍＰｒｏｐにより計算により求めた。結果を下記表に示す。なお、表中、アンダークラッド１２の屈折率のうち、コア１１との界面側の屈折率をｎ２、コア１１との界面からの距離が１０μｍの位置での屈折率をｎ１とする。なお、ｎ２はコア近傍領域におけるアンダークラッド１２の屈折率の最大値ｎｍａｘであり、ｎ１はコア近傍領域におけるアンダークラッド１２の屈折率の最小値ｎｍｉｎであり、また、光導波路１０のコア１１と、シングルモード光ファイバ４００のコア４１０と、のオフセットＹは、図２に示す通りである。また、表中の指標は下記表に示す通りである。
上記表１〜表６は、コア露出部１４の光伝搬方向の長さを２０００μｍとした実施例であるが、表７および表８にはコア露出部１４の長さを５００μｍ、１０００μｍ、１５００μｍおよび３０００μｍとしたものの結果を示す。
表から明らかなように、コア露出部に該当するコア近傍領域が屈折率分布を有していない例６、１２は接続損失が大きかった。これに対し、コア露出部に該当するコア近傍領域における屈折率分布が０．００００４μｍ以上の例１〜５、例７〜１１、例１３〜例５２は接続損失が小さかった。
また、表４〜６に示すように、コア露出部１４を水で満たした状態、もしくは空気で満たした状態のいずれの場合も、コア近傍領域における屈折率分布が０．００００４μｍ以上であれば、屈折率分布の大きさによらず、また、光導波路１０のコア１４と、シングルモード光ファイバ４００のコア４１０と、のオフセットＹによる影響が少ない。
また、表４〜６に示すように、コア露出部１４を水で満たした状態、もしくは空気で満たした状態のいずれの場合も、コア近傍領域における屈折率分布が０．００００４μｍ以上であれば、屈折率分布の大きさによらず、また、光導波路１０のコア１４と、シングルモード光ファイバ４００のコア４１０と、のオフセットＹによる影響が少ない。
（例５３、例５４）
例５３は実施例であり、例５４は比較例である。例５３として、コアの屈折率が１．５３でコア幅が６．０μｍ、コア高さが２．４９μｍであり、オーバークラッドの厚みが２４μｍ、アンダークラッドの厚みが５０μｍの樹脂光導波路を作製した。アンダークラッドのコア界面側の屈折率は１．５１６であり、コアの界面から離れるに伴って屈折率が低くなる屈折率分布０．００００８／μｍを有する。アンダークラッドの屈折率分布は、オーバークラッドを有する領域も、オーバークラッドを有しない領域も同様の屈折率分布を有する。コア露出部１４の光伝搬方向の長さは１７５０μｍであり、コア露出部の状態は水である。この実施例５３の樹脂光導波路とシングルモード光ファイバとの接続損失は、７．０ｄＢであり、接続損失の指標は「４」であった。
例５４として、アンダークラッドの屈折率が厚さ方向に亘って一定とした以外は、実施例５３と同じ構造の光ファイバを作製した。アンダークラッドの屈折率は１．５１６で一定である。この例５４の樹脂光導波路とシングルモード光ファイバとの接続損失は、２０ｄＢ超であり接続損失の指標は「１」であった。
例５３は実施例であり、例５４は比較例である。例５３として、コアの屈折率が１．５３でコア幅が６．０μｍ、コア高さが２．４９μｍであり、オーバークラッドの厚みが２４μｍ、アンダークラッドの厚みが５０μｍの樹脂光導波路を作製した。アンダークラッドのコア界面側の屈折率は１．５１６であり、コアの界面から離れるに伴って屈折率が低くなる屈折率分布０．００００８／μｍを有する。アンダークラッドの屈折率分布は、オーバークラッドを有する領域も、オーバークラッドを有しない領域も同様の屈折率分布を有する。コア露出部１４の光伝搬方向の長さは１７５０μｍであり、コア露出部の状態は水である。この実施例５３の樹脂光導波路とシングルモード光ファイバとの接続損失は、７．０ｄＢであり、接続損失の指標は「４」であった。
例５４として、アンダークラッドの屈折率が厚さ方向に亘って一定とした以外は、実施例５３と同じ構造の光ファイバを作製した。アンダークラッドの屈折率は１．５１６で一定である。この例５４の樹脂光導波路とシングルモード光ファイバとの接続損失は、２０ｄＢ超であり接続損失の指標は「１」であった。
本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。本出願は２０１５年８月４日出願の日本特許出願（特願２０１５−１５４０１１号）、に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
１０：樹脂光導波路
１１：コア
１２：アンダークラッド
１３：オーバークラッド
１４：コア露出部
１００：コネクタ
２００：シリコン光導波路チップ
２１０：シリコン光導波路
２２０：コア
２３０：被覆
３００：樹脂光導波路チップ
３１０：樹脂光導波路
３２０：コア
３３０：アンダークラッド
３４０：オーバークラッド
３５０：コア露出部
４００：シングルモード光ファイバ
１１：コア
１２：アンダークラッド
１３：オーバークラッド
１４：コア露出部
１００：コネクタ
２００：シリコン光導波路チップ
２１０：シリコン光導波路
２２０：コア
２３０：被覆
３００：樹脂光導波路チップ
３１０：樹脂光導波路
３２０：コア
３３０：アンダークラッド
３４０：オーバークラッド
３５０：コア露出部
４００：シングルモード光ファイバ
Claims (11)
- コア、ならびに、該コアよりも屈折率が低いアンダークラッド、および、オーバークラッドを備える樹脂光導波路であって、
前記樹脂光導波路の一端側に、オーバークラッドが存在せずコアおよび該コアに隣接するアンダークラッドが露出したコア露出部が設けられており、
前記アンダークラッドのうち、前記コア露出部に該当する部位が、下記（１）、（２）を満たすコア近傍領域を有する、ことを特徴とする樹脂光導波路。
（１）前記コア近傍領域は、前記コアからの距離がｘ以内の領域であり、該ｘは５μｍ以上２０μｍ以下である。
（２）前記コア近傍領域は、前記コアとの界面側の屈折率が高く、該コアとの界面に対し遠位側の屈折率が低くなる屈折率分布を有する。 - 前記コア露出部の光伝搬方向の長さが１００μｍ以上である請求項１記載の樹脂光導波路。
- 前記コア近傍領域の屈折率分布が０．００００４／μｍ以上である、請求項１または２に記載の樹脂光導波路。
- 前記コア近傍領域における前記アンダークラッドの屈折率の最大値ｎｍａｘと最小値ｎｍｉｎの差（ｎｍａｘ−ｎｍｉｎ）が０．０００１以上である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の樹脂光導波路。
- 前記コアにおける屈折率の最大値ｎ’ｍａｘと、前記コア近傍領域における前記アンダークラッドの屈折率の最大値ｎｍａｘと、の差（ｎ’ｍａｘ−ｎｍａｘ）が０．００８〜０．０２である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の樹脂光導波路。
- 前記アンダークラッドの前記コア露出部に該当する部位のうち、前記コア近傍領域以外の部位の屈折率は、前記コア近傍領域における前記アンダークラッドの屈折率の最小値ｎｍｉｎ以下である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の樹脂光導波路。
- 前記樹脂光導波路が、波長１３１０ｎｍおよび波長１５５０ｎｍの少なくても一方において、シングルモード光導波路である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の樹脂光導波路。
- 前記樹脂光導波路のコアサイズが１〜１０μｍである、請求項１〜７のいずれか１項に記載の樹脂光導波路。
- 前記樹脂光導波路のコアがフッ素を含む樹脂からなることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の樹脂光導波路。
- コア、ならびに、該コアよりも屈折率が低いアンダークラッド、および、オーバークラッドを備える樹脂光導波路であって、
前記樹脂光導波路の一端側に、オーバークラッドが存在せずコアおよび該コアに隣接するアンダークラッドが露出したコア露出部が設けられており、樹脂光導波路の光伝搬方向における該コア露出部の長さが５００μｍ以上であり、
前記アンダークラッドのうち、前記コア露出部に該当する部位が、下記（１）〜（３）を満たすコア近傍領域を有する、ことを特徴とする樹脂光導波路。
（１）前記コア近傍領域は、前記コアからの距離がｘ以内の領域であり、ｘは１０μｍ以上２０μｍ以下である。
（２）前記コア近傍領域は、前記コアとの界面側の屈折率が高く、該コアとの界面に対し遠位側の屈折率が低くなる屈折率分布を有する。
（３）前記コア近傍領域における前記アンダークラッドの屈折率の最大値ｎｍａｘと最小値ｎｍｉｎの差（ｎｍａｘ−ｎｍｉｎ）が０．００１以上である。 - 前記コア露出部において、シリコン光導波路と接続される、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の樹脂光導波路。
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