CN1768283A - 光波导芯片以及含有该芯片的光学元件 - Google Patents

光波导芯片以及含有该芯片的光学元件 Download PDF

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Abstract

光波导芯片1具有光波导芯部6、下部包层4和上部包层5所成的包层部3、以及光纤用引导部7；所述光纤用引导部7连接于芯部6用以定位单模用光纤，并且与包层部3一体形成。通过照相平版印刷法将感放射线性聚硅氧烷组合物层压来形成光波导芯片1的各构成部份。为使芯部6的折射率大于包层部3，使用至少2种感放射线性聚硅氧烷组合物。

Description

光波导芯片以及含有该芯片的光学元件
技术领域
本发明涉及用作光学元件的构成部份的光波导芯片，所述光学元件被使用于光通信，例如有光合分波器；特别是涉及合适地用于与单模用光纤连接的光波导芯片。
背景技术
将具有光波导的光合分波器，与光纤连接时，为了减少连接部位的光传输损耗，使光波导的光轴与光纤的光轴高精度配合是所不可或缺的。
因此，以往提出了用于使光波导的光轴与光纤的光轴配合的技术。
例如，提出了这样的光学设备即通过对支撑体上的感光树脂实施照相平版印刷法，同时形成光轴配合用波导和光波导(参照日本专利特开平1-316710号公报和特开平2-62502号公报)。
其中，设置光轴配合用波导，使与光波导的端面连接的光纤的光轴和光波导的光轴高精度配合。光轴配合用波导的形状取决于光纤的形状。
此外，作为光轴配合用波导等材料的感光树脂，例如可使用可传输波长为0.66μm的光的甲基丙烯酸酯类树脂。
记载于上述文献的波长0.66μm的光，通过单模用光纤传输。
另一方面，作为光纤的种类，除多模光纤以外，有一般干线系统使用的用以传输波长1.31μm、1.55μm的单模光的单模用光纤。
由于该单模用光纤的芯部直径小，约10μm，比起多模用光纤的芯部，直径小约为1/5，截面积小约为1/25，因此必须有能使光轴之间高精度配合的单模用光学设备。
若将记载于上述文献的技术适用于单模用装置，则有如下问题。
(1)以(甲基)丙烯酸酯类感放射线性树脂用作材料，通过照相平版印刷法制作单模用光学元件时，难以将单模用光学元件的光波导的光轴，与小直径的单模用光纤的光轴高精度配合。
(2)使用(甲基)丙烯酸酯类感放射线性树脂时，由于1.31μm、1.55μm波长的吸光量大，所以不能得到实用性的传输效率。
(3)为提高光学设备的可靠性所要求的耐热性不充分。
尤其是为解决上述(1)的问题，为提高基于照相平版印刷法的分辨率，必须用基于碱性水溶液等含碱性物质的溶液的碱显影法来取代有机溶剂的显影方法。但是若将(甲基)丙烯酸酯类感放射线性树脂和碱性水溶液并用，则由于碱显影，树脂中必要的酸成分，在单模光的使用波长(1.31μm、1.55μm)下表现出吸光，从而产生光的传输效率下降的问题。
发明内容
本发明鉴于上述以往技术的问题，其目的在于提供光波导芯片，所述光波导芯片即使对于单模用光纤也能使光轴之间高精度配合，也能使单模光的传输效率高，并且还具有优异的耐热性。
本发明的发明人为了解决上述课题精心研究后发现，通过取代以往的(甲基)丙烯酸酯类树脂，改用聚硅氧烷类感放射线性树脂，并且设置用于高精度定位光纤的单元，就可以得到符合上述目的的光波导芯片(特别是能够适用于与单模用光纤连接的光波导芯片)，从而完成本发明。
即，本发明的光波导芯片，其具有光波导芯部、形成于该芯部周围的包层部、以及连接于上述芯部的用于定位光纤的光纤用引导部分，其特征在于，至少一部份由感放射线性聚硅氧烷组合物的固化物形成。
如此构成的本发明的光波导芯片，即使对于单模用光纤也能使光轴之间高精度配合，也能使单模光的传输效率高，并且还具有优异的耐热性。
优选由感放射线性聚硅氧烷组合物的固化物形成上述芯部、上述包层部以及光纤用引导部分来构成本发明的光波导芯片。
如此构成的光波导芯片具有更优异的光轴配合精度、光传输效率以及耐热性，同时可由简易工序高效率地制造。
而且，可以使光纤用引导部分与包层部一体形成，也可以使光纤用引导部分与包层部独立形成。
本发明的光波导芯片特别合适地被使用于与单模用光纤连接。
本发明的光波导芯片可以具有滤光器插孔，所述滤光器插孔用于插入与上述芯部交叉配置的滤光器。
可以通过将电介体多层滤波器插入固定到所述滤光器插孔，来制造光学元件(例如，光合分波器)，所述光学元件中，电介体多层滤波器安装于上述光波导芯片。
因为本发明的光波导芯片至少一部份由具有优异加工性、传输特性以及耐热性的感放射线性聚硅氧烷组合物形成，可以容易地使光波导的光轴与光纤的光轴高精度一致，对于光通信所需的近红外波长范围的光也具有高传输效率，并且即使在高温下放置也可以保持优异性能，从而使用时可以期待高可靠性(性能稳定性)。
本发明的光波导芯片适合被使用于下述光学元件的构成部份，所述光学元件的构成部份用以连接单模用光纤，所述单模用光纤的芯部直径尺寸小于多模用光纤。
附图说明
图1是表示光波导芯片的一个例子的立体图。
图2是表示在基板上形成了下部包层的状态的立体图。
图3是表示在下部包层上形成了芯部的状态的立体图。
图4是表示光波导芯片其它例子的立体图。
图5是表示下部包层的一个例子的平面图。
图6是表示在下部包层上形成了芯部的状态的平面图。
图7是表示在下部包层和芯部上形成上部包层从而得到光波导芯片的状态的平面图。
图8是表示在图7的光波导芯片上安装了滤光器以及光纤的状态的平面图。
组件对照表
1、10、20：光波导芯片
6、16、26：芯部
4、14、21：下部包层
5、15、27：上部包层
3、13：包层部
7、17、22、23、24：光纤用引导部分
2、12：基板(支撑体)
8、18、25：滤光器插孔
28：滤光器
32：光学元件(光合分波器)
29、30、31：光纤
具体实施方式
以下对本发明加以详细说明。
首先，对于作为本发明的光波导芯片的材料而使用的感放射线性聚硅氧烷组合物加以说明。
优选用于本发明的感放射线性聚硅氧烷组合物含有下述(A)成分和(B)成分：
(A)选自由水解性硅烷化合物、水解性硅烷化合物水解物以及水解性硅烷化合物水解物的缩合物组成的组中的至少一种
(B)光致产酸剂。
下文对这些(A)成分以及(B)成分分别说明。
[(A)成分]
(A)成分是选自由水解性硅烷化合物、水解性硅烷化合物水解物以及水解性硅烷化合物水解物的缩合物组成的组中的至少一种。
其中，水解性硅烷化合物是下述式(1)表示的化合物。
(R1)pSi(X)4-p    (1)
(式中，R1是碳原子数为1～12的非水解性有机基团，X为水解性基团，P是0～3的整数。)
式(1)中的有机基团R1可选自非水解性的一价有机基团。其中，非水解性的一价有机基团可为非聚合性或聚合性。而且，“非水解性”该词指的是，在水解性基团X发生水解的条件下，具有仍然稳定存在的性质。
作为非聚合性有机基团R1可以举出例如烷基、芳基、芳烷基等。这些有机基团可为直链、支链或环状中的任意一种或这些的组合。
其中，作为烷基可以举出例如甲基、乙基、丙基、丁基、己基、环己基、辛基、氘代烷基、卤代烷基等。其中，优选甲基。
作为芳基可以举出例如苯基、甲苯基、二甲苯基、萘基、联苯基、氘代芳基、卤代芳基等。其中优选苯基。
作为芳烷基可以举出例如苄基、苯乙基等。其中，优选苄基。
作为非聚合性的有机基团R1的优选例可以举出含杂原子的结构单元。作为该结构单元可以举出例如醚键、酯键、硫醚键等。此外，含杂原子时，优选非碱性。
聚合性的有机基团R1优选在分子中具有自由基聚合性官能团和/或阳离子聚合性官能团。具有该官能团时，由于不仅进行光聚合还进行自由基聚合或阳离子聚合，从而可以使感放射性聚硅氧烷组合物更有效地固化。
在自由基聚合性官能团和阳离子聚合性官能团之中，更优选的官能团是阳离子聚合性官能团。若(A)成分中含有阳离子聚合性官能团，则通过(B)成分的光致产酸剂，不仅进行在硅烷醇基中的固化反应，还同时进行在阳离子聚合性官能团中的固化反应，所以可以促进固化，提高制造效率。
作为式(1)中的水解性基X可以举出例如，氢原子、碳原子数为1～12的烷氧基、苯氧基、苄氧基、乙酰氧基、环氧丙氧基、苯氧基苄氧基、卤素原子、氨基等。
其中，作为碳原子数为1～12的烷氧基的优选的具体例，可以举出例如甲氧基、乙氧基、丙氧基、丁氧基、甲氧基乙氧基、乙酰氧基乙氧基、2-(甲基)丙烯酰氧基乙氧基、3-(甲基)丙烯酰氧基丙氧基、4-(甲基)丙烯酰氧基丁氧基等，以及2-(3，4-环氧环己基)乙氧基等含环氧基的烷氧基；甲氧杂环丁基甲氧基、乙氧杂环丁基甲氧基等含氧杂环丁基的烷氧基；氧代环己氧基等具有六员环醚基的烷氧基等。
作为卤素原子优选的具体例，可以举出例如氟、氯、溴、碘等。
而且，使用水解性基团是卤素原子的水解性硅烷化合物作为(A)成分时，由于水解产生卤化氢，从而使感放射线性聚硅氧烷组合物的保存稳定性变差，所以虽然也根据卤化氢产生量的多少而有时无需除去所产生的卤化氢，但优选通过中和、蒸馏等操作除去卤化氢。
接着对于本发明使用的水解性硅烷化合物的具体例加以说明。
首先，作为式(1)中p为0的不具有非水解性有机基团R1的水解性硅烷化合物，可以举出，四氯硅烷、四氨硅烷、四乙酰氧硅烷、四甲氧硅烷、四乙氧硅烷、四丁氧硅烷、四苯氧硅烷、四苄氧硅烷、三甲氧硅烷、三乙氧硅烷等的由四个水解性基团取代的硅烷化合物。
作为式(1)中p为1的水解性硅烷化合物，可以举出，甲基三氯硅烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、甲基三丁氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、乙基三异丙氧基硅烷、乙基三丁氧基硅烷、丁基三甲氧基硅烷、五氟苯基三甲氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、氘代甲基三甲氧基硅烷、九氟丁基乙基三甲氧基硅烷、三氟甲基三甲氧基硅烷等。
此外，作为式(1)中p为2的水解性硅烷化合物，可以举出，二甲基二氯硅烷、二甲基二氨基硅烷、二甲基二乙酰氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、二苯基二甲氧基硅烷、二苯基二乙氧基硅烷、二丁基二甲氧基硅烷等。
进一步，作为式(1)中p为3的水解性硅烷化合物，可以举出，三甲基氯硅烷、六甲基二硅氨烷、三甲基硅烷、三丁基硅烷、三甲基甲氧基硅烷、三丁基乙氧基硅烷等。
本说明书中，水解性硅烷化合物的“水解物”不仅指的是在式(1)表示的水解性硅烷化合物中，水解性基团X全部水解的物质，也指水解性基团X的仅只一部份水解，残余部分未水解的物质。
此外，本发明书中，水解性硅烷化合物的“水解物的缩合物”不仅指的是通过水解由烷氧基转化的硅烷醇基的全部缩合物质，也指一部份硅烷醇基之间缩合的部份缩合物。
本发明中，通过适当选择水解性硅烷化合物的种类，可以使光波导中的折射率值大幅变化。例如，为了得到较高折射率值(大于等于1.50)时，在上述水解性硅烷化合物中，优选使用苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、二苯基二甲氧基硅烷、二苯基二乙氧基硅烷等。
另一方面，欲得到较低的折射率值(小于1.50)时，在上述水解性硅烷化合物中，优选使用甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、九氟丁基乙基三甲氧基硅烷、二甲基二氯硅烷、二甲基二氨基硅烷、二甲基二乙酰氧基硅烷、二甲基二乙酰氧基硅烷、3，3，4，4，5，5，6，6，7，7，8，8，8-十七氟癸基三氯硅烷、3，3，4，4，5，5，6，6，7，7，8，8，8-十七氟癸基三甲氧基硅烷等。
通常通过将式(1)表示的水解性硅烷化合物加热来调制(A)成分。具体的调制方法无特殊限定，可以举出例如，下文中含有1)～3)的工序的方法。
1)将式(1)表示的水解性硅烷化合物和酸催化剂放入具有搅拌单元的容器内。
2)接着，边调节容器内溶液的粘度，边加入有机溶剂形成混合溶液。
3)空气氛围气中，在小于等于有机溶剂和水解性硅烷化合物的沸点的温度下搅拌所得混合溶液，同时将水滴入，然后在150℃或更低的温度下，边搅拌边加热1小时～24小时。而且，搅拌时根据必要也可以蒸馏浓缩混合溶液，或置换有机溶剂。
调制(A)成分时，为调整感放射线性聚硅氧烷组合物的固化性、粘度等物性，或为了调整该组合物的固化物的折射率等，可以不仅仅使用1种上述式(1)表示的水解性硅烷化合物，还可并用多种。此时，上述1)的工序中，可以将式(1)表示的多种水解性硅烷化合物放入容器内混合。
作为在上述1)的工序中使用的酸催化剂，可以举出例如一元或多元有机酸、无机酸、路易斯酸等。
其中，作为有机酸，可以举出例如甲酸、乙酸、草酸等。作为无机酸，可以举出例如盐酸、硝酸、硫酸等。作为路易斯酸，可以举出例如金属化合物，Ti、Zr、Al、B等的无机盐、醇盐、羧酸盐等。
作为上述2)、3)的工序中使用的有机溶剂，可以举出例如，醚类有机溶剂、酯类有机溶剂、酮类有机溶剂、烃类有机溶剂、醇类有机溶剂等。
其中，优选的有机溶剂在大气压下沸点为50℃～200℃，并且能使各成分均一溶解。作为这样的有机溶剂的具体例，可以举出例如丙二醇单甲醚、丙二醇单甲醚乙酸酯、乳酸乙酯、甲基异丁酮、甲基戊基酮、甲苯、二甲苯、甲醇等。
接着，对于作为(A)成分使用的水解性硅烷化合物的水解物，及其缩合物的重均分子量加以说明。
本说明书中是以聚苯乙烯换算的值来表示该重均分子量，所述聚苯乙烯换算的值通过使用凝胶渗透色谱法(以下略称″GPC″)来得到，所述凝胶渗透色谱法中，流动相使用四氢呋喃。
该重均分子量优选500～10000，更优选1000～5000。若该重均分子量不足500则涂膜的成膜性的变差，若该重均分子量超出10000，则光固化性下降。
[(B)成分]
将感放射线性聚硅氧烷组合物所含的(B)成分光致产酸剂定义为，通过照射光等能量线可以放出酸性活性物质的化合物，所述酸性活性物质，用于使(A)成分水解性硅烷化合物等光固化(交联)。
其中，作为能量线，可以举出例如，可见光、紫外线、红外线、X线、α线、β线、γ线等。其中，由于紫外线有一定能级(energy level)，固化速度快，此外照射装置相对廉价并且小型，所以优选使用紫外线。
作为(B)成分光致产酸剂的种类，可以举出例如下述式(2)的表示的鎓(onium)盐、下述式(3)表示的磺酸衍生物。
[R2 aR3 bR4 cR5 dW]+m[MZm+n]-m    (2)
(式(2)中，阳离子为鎓离子，W为S、Se、Te、P、As、Sb、Bi、O、I、Br、Cl或-N N，R2、R3、R4和R5为相同或不同的有机基团，a、b、c和d分别为0～3的整数，(a+b+c+d)等于W的价数。此外，M是构成螯合物[MZm+n]的中心原子的金属或类金属(metalloid)，例如B、P、As、Sb、Fe、Sn、Bi、Al、Ca、In、Ti、Zn、Sc、V、Cr、Mn、Co。Z是F、Cl、Br等卤素原子或芳基，m是螯合物离子的净电荷，n为M的原子价。)
Qs-[S(＝O)2-R6]t    (3)
(式(3)中，Q为一价或二价有机基团，R6为碳原子数为1～12的一价有机基团，s为0或1，t为1或2。)
(B)成分光致产酸剂的添加量无特殊限制，相对于100重量份(A)成分，优选为0.1重量份～15重量份，更优选为1重量份～10重量份。若该添加量不足0.1重量份则光固化性差，有得不到充分的固化速度的倾向。若该添加量超出15重量份，则所得固化物的耐候性、耐热性有下降的倾向。
本发明中，将含(A)成分和(B)成分的感放射线性聚硅氧烷组合物涂布到支撑体上，通过照相平版印刷法进行光固化来制造光波导芯片。
其中，照相平版印刷法如下，隔着具有规定形状图案的光掩模(photomask)等，将紫外线等能量线照射到支撑体上的感放射线性组合物后，利用显影液对照射部份与非照射部份溶解度差，例如，将非照射部份去除，通过仅留下照射部份作为固化物来形成具有特定形状图案的成形体(例如光波导)。
感放射线性聚硅氧烷组合物由于在加工性、传输特性、耐热性方面优异，通过作为用以连接单模用光纤的光波导芯片的材料使用时，可使光波导芯片中的芯部(光波导)光轴与单模用光纤的光轴以高精度配合，同时还可提高单模光的传输效率，并且，即使在高温下放置也能保持优异性能。
接着基于附图对本发明的光波导芯片的构造以及制造方法加以说明。图1是表示光波导芯片的一个例子的立体图，图2是表示在基板上形成了下部包层的状态的立体图，图3是表示在下部包层上形成了芯部的状态的立体图，图4是表示光波导芯片其它例子的立体图，图5是表示下部包层的一个例子的平面图，图6是表示在下部包层上形成了芯部的状态的平面图，图7是表示在下部包层和芯部上形成上部包层从而得到光波导芯片的状态的平面图。图8是表示在图7的光波导芯片上安装了滤光器以及光纤的状态的平面图。
图1中，本发明的光波导芯片1具有光波导芯部6、包层部3、和与包层部3一体形成的光纤用引导部分7。所述包层部3由形成于芯部6周围的上部包层5和下部包层4构成。
设置芯部6，使其和插入光纤用引导部分7的光纤(未图示)的光轴之间一致。
包层部3用以支持并保护芯部6，基于制造上的理由，构成的包层部3具有形成于基板(支撑体)2上的下部包层4，和层压于下部包层4上的上部包层5的2层构造。而且，虽然期待形成包层部3使其遮盖芯部6的全部周围，但是也可以仅在芯部6周围的一部份(例如，仅为除上部以外的侧部及下部)形成包层部3。
光纤用引导部分7是用以将连接于芯部6的光纤定位的引导单元。光纤用引导部分7是由与包层部3一体形成的感放射线性聚硅氧烷组合物形成的固化体，并且形成的光纤用引导部分7具有可以将光纤的定位并固定的形状。
虽然沿垂直于基板的方向切断光纤用引导部分7的截面形状无特殊限制，但是可以举出例如U字底形、V字底形、平底形等。
优选光纤用引导部分7至少有一对对向的壁体，所述对向的壁体，对于光纤外径尺寸隔着大略一致的距离来设置。通过设置这种壁体，可以更确实地防止插入于光纤用引导部分7后的光纤的松脱、偏轴。
光波导芯片1具有滤光器插孔8，设置所述滤光器插孔8时，使滤光器插孔8从包层部3的顶面垂下到下方来遮断芯部6。滤光器插孔8是用以插入固定滤光器的孔，所述滤光器例如有电介体多层滤波器。
光波导芯片1各构成部份的尺寸优选例如下部包层4的厚度为3μm～100μm，芯部6的厚度为3μm～20μm，芯部6的宽度为1μm～50μm，上部包层5的厚度为3μm～100μm，构成光纤用引导部分7的一对壁体间的距离(缺口部份的宽度)为125μm～130μm，滤光器插孔8的深度为10μm～200μm。
而且，构成光纤用引导部分7的一对壁体间的距离(缺口部份的宽度)取决于光纤的外径。
图1中的构成光波导芯片1的各构成部份(芯部6、包层部3和光纤用引导部分7)由感放射线性聚硅氧烷组合物的固化物形成。
但是本发明中，光波导芯片1的所有构成部份(芯部6、包层部3及光纤用引导部分7)未必都必须由感放射线性聚硅氧烷组合物的固化体形成，也可以仅这些构成部份的一部份由感放射线性聚硅氧烷组合物的固化体形成。例如，芯部6可由感放射线性聚硅氧烷组合物的固化体形成，包层部3和光纤用引导部分7可由其它材料(例如石英玻璃等)形成。
光波导芯片1中的芯部6的折射率值，必须大于包层部3(下部包层4和上部包层5)的折射率值。
具体而言，芯部6的折射率值，优选比包层部3的折射率值大0.002～0.5。
特别是为了得到优异的波导特性，优选例如对于波长为1300nm～1600nm的光，将芯部6的折射率调整为1.450～1.650，并且将下部包层4和上部包层5的折射率调整为1.400～1.648。
而且，本发明中，作为光波导芯片1的材料，也可以使用感放射线性聚硅氧烷组合物的同时，并用感放射线性聚酰亚胺组合物等。
本发明中，也可以如图4，使光纤用引导部分17与包层部13独立形成。此时，可以在分别形成下部包层14和上部包层15的同时，依次层压来形成光纤用引导部分17，还可以在形成下部包层14和上部包层15中的任意一个的同时一次形成光纤用引导部分17。
而且图4中，光波导芯片10是由下部包层14、光纤用引导部分17、芯部16、上部包层15构成的；所述下部包层14和光纤用引导部分17形成于基板12上；所述芯部16和上部包层15层压形成于下部包层14上。此外，在光波导芯片10上，形成的从上部包层15顶面延伸至下部包层14底面而贯通的滤光器插孔18，与芯部16的光轴方向大致垂直交叉来遮断芯部16。
接着，基于图5～图8对本发明的光波导芯片的制造方法的一个例子加以说明。
本发明光波导芯片的制造方法包括，(a)下部包层的形成工序，(b)芯部的形成工序，以及(c)上部包层的形成工序。通过这些工序(a)～(c)，同时形成光纤用引导部分、滤光器插孔、下部包层等。
[(a)下部包层的形成工序]
此工序中，在例如硅基板、玻璃基板等具有平坦面的基板(支撑体)顶面，形成下部包层21(参考图5)。
该工序中，首先在基板(未图示)顶面，涂布下部包层用的感放射线性聚硅氧烷组合物然后进行干燥或预烘烤(作为前处理的加热处理)来形成下部包层用的薄膜。
其中，作为涂布下部包层用的感放射线性聚硅氧烷组合物的方法，可以使用例如旋涂法、浸涂法、喷涂法、棒涂法、辊涂法、幕涂法、照相凹版印刷法、丝网法、喷墨法等。其中由于可以得到厚度均一的薄膜，优选旋涂法。
对于下部包层用的薄膜，隔着具有规定形状的光掩模，以光照射，可以使构成薄膜的材料部份固化。
其中，用于照射的光无特殊限制，通常使用200nm～450nm的紫外～可见范围的光，优选含波长365nm的紫外线的光。按规定图案照射于被照射体(感放射线性聚硅氧烷组合物)的光，其波长为200nm～450nm，照度为1mW/cm2～1000mW/cm2，照射量为0.01mJ/cm2～5000mJ/cm2，优选为0.1mJ/cm2～1000mJ/cm2。
作为按规定图案照射光的方法，除了使用具有透光部和非透光部的光掩模的方法以外，可以举出例如下文所示的a～c的方法。
a.利用如下单元的方法，所述单元利用与液晶显示装置相同的原理并且根据规定图案以光电学方式形成掩模像，所述掩模像包括透光部分和不透光部分。
b.使用多根光纤集束而形成导光元件，通过对应于该导光元件中的规定图案的光纤来照射光的方法。
c.边以激光或得自透镜、反射镜等聚光性光学系统的集束光扫描，边照射到光固化性组合物的方法。
对于下部包层用的薄膜，必要时也可于光的照射后，在50℃～200℃进行预烘烤。
光照射后，通过显影液将非照射部份(未曝光部份)显影来去除未固化的不需要部份，并且可以在基板上形成下部包层21(即，具有光纤用引导部分22、23、24以及滤光器插孔25的规定厚度的固化体层)，所述下部包层21由带有图案的固化膜形成。
作为显影用的显影液，可以使用将碱性物质以溶剂稀释而成的溶液。
其中，作为碱性物质，可以举出例如，氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、硅酸钠、偏硅酸钠、氨、乙胺、正丙胺、二乙胺、二正丙胺、三乙胺、甲基二乙胺、乙醇胺、N-甲基乙醇胺、N，N-二甲基乙醇胺、三乙醇胺、氢氧化四甲铵、氢氧化四乙铵、氢氧化四丁铵、胆碱、吡咯、哌啶、1，8-二氮杂双环[5.4.0]-7-十一碳烯、1，5-二氮杂双环[4.3.0]-5-壬烷等。
作为溶剂，可以举出例如水、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、辛醇、丙二醇单甲醚、丙二醇单乙醚、N-甲基吡咯烷酮、甲酰胺、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺等。
显影液中碱性物质的浓度通常为0.05重量％～25重量％，优选0.1重量％～3.0重量％。
显影时间通常为30秒～600秒。作为显影方法可以采用例如，涌液法、浸沾法、喷淋显影法等。
使用有机溶剂作为显影液溶剂时，直接风干、蒸发有机溶剂，形成图案状的薄膜。
使用水(或水溶液)作为显影液的溶剂时，例如，以流水清洗30秒～90秒后，用压缩空气、压缩氮气等风干去除水分，形成图案状的薄膜。
而曝光后为促进曝光部份的固化，优选进行加热处理。其加热条件随感放射线性聚硅氧烷组合物的成份组成或添加剂的种类等而不同，通常为30℃～200℃，优选50℃～150℃。
除了曝光后的加热处理以外，还优选进行后烘烤(后处理的加热处理)来使薄膜全面充分固化。该加热条件随感放射线性聚硅氧烷组合物的成分组成及添加剂的种类等而不同，通常系30℃～400℃，优选50℃～300℃。加热时间无特殊限制，例如5分钟～72小时。
下部包层的形成工序(a)中，感放射线性聚硅氧烷组合物的涂布方法、曝光时的光(能量线)照射量以及照射方法等，也适用于后述的芯部形成工序(b)、上部包层的形成工序(c)。
[(b)芯部的形成工序]
是在上述工序(a)得到的下部包层21上，形成芯部26的工序(参考图6)。
该工序中，首先，在下部包层21上，涂布芯部形成用的感放射线性聚硅氧烷组合物，并加以干燥，必要时进行预烘烤，形成芯部用的薄膜。
然后，对于芯部用的薄膜顶面，隔着具有规定线条图案的光掩模等，通过规定图案的形成方法，进行光的照射。照射后，以显影液显影，去除未固化的不需要部份，形成仅由曝光部份(固化部份)所成的芯部26。
接着，如同下部包层21，使用加热板、烘箱等加热单元，在例如30℃～400℃的温度下进行5分钟～600分钟的后烘烤，从而可以得到固化状态良好的芯部26。
[(c)上部包层的形成工序]
该工序是在由芯部26和下部包层21形成的固化体上，形成上部包层27的工序(参考图7)，所述芯部26通过上述工序(b)得到。
该工序中，首先在由芯部26和下部包层21形成的固化体上方，涂布上部包层形成用的感放射线性聚硅氧烷组合物，并加以干燥，必要时进行预烘烤来形成上部包层用的薄膜。
接着，对于上部包层用薄膜的顶面，隔着具有规定线条图型的光掩模等，通过规定的图案的形成方法，进行光的照射。照射后以显影液显影，去除未固化的不需要部份，从而形成仅由曝光部份(固化部份)所成的上部包层27。
对于上部包层27，根据必要，优选实施与上述工序(a)中的加热处理(后烘烤)一样的加热处理(后烘烤)。通过加热处理(后烘烤)可以得到在硬度和耐热性方面优异的上部包层27。
形成光波导芯片20的各构成部份(上部包层27、芯部26、下部包层21)时，使用可形成滤光器插孔25等的规定光掩模，边正确配合位置边层压各层来制作光波导芯片20，从而可以形成贯通全层或部份层的光纤用引导部分22、23、24和滤光器插孔25。
通过将滤光器28插入固定到光波导芯片20的滤光器插孔25，可以完成光学元件(光合分波器)32(参考图7和图8)。而且作为滤光器28的优选种类，可以举出例如电介体多层滤波器等。
作为将滤光器28固定的方法，可以举出例如，通过UV粘合剂粘合。因为在室温下可以短时间固定，并且光反射所致损耗小，所以优选使用UV粘合剂。作为UV粘合剂的具体例，可以举出例如，紫外线固化型丙烯酸酯树脂、环氧树脂等。
光学元件32例如适合用作光合分波器，所述光合分波器用于连接单模用光纤。
实施例
以下说明本发明的实施例。本发明不限于实施例的记载，也可以包含不脱离权利要求的种种实施方式。
(1)感放射线性聚硅氧烷组合物的调制
①芯部形成用感放射线性组合物的调制
在带有搅拌机的容器内，放入苯基三甲氧基硅烷(68.4克，0.34摩尔)、甲基三甲氧基硅烷(131.6克，0.96摩尔)、离子交换水(70.8克，3.94摩尔)以及草酸(0.1克，1.1×10-3摩尔)后，通过在60℃搅拌6小时，来进行苯基三甲氧基硅烷和甲基三甲氧基硅烷的水解。
接着，在容器内加入丙二醇单甲醚后，使用蒸发装置(evaporator)去除水解副产物甲醇。然后最终将固体成分调整为67重量％，得到含聚硅氧烷的丙二醇单甲醚溶液。下文称该溶液为“芯部形成用聚硅氧烷溶液”。通过GPC分析求得的聚硅氧烷溶液1的重均分子量为2500。
将149.2克芯部形成用聚硅氧烷溶液(固体成分含量：100克)、50.2克丙二醇单甲醚、1.0克三苯锍三氟甲磺酸盐、0.20克羟甲基蒽以及0.5克含2重量％的三辛胺的丙二醇单甲醚溶液混合成均一溶液，从而得到25℃的粘度为45毫帕斯卡秒的芯部形成用感放射线性组合物201.2克(固体成分含有率：50重量％)。
如下测定所得芯部形成用感放射线性组合物的折射率。
首先，在硅片上将芯部形成用感放射线性组合物旋涂成10μm厚度后，在120℃预烘烤(前处理的加热)10分钟，然后用高压水银灯(500mJ/cm2)进行光的照射(曝光)。曝光后在100℃烘烤(加热)1分钟，在200℃后烘烤(后处理的加热)1小时，制作固化膜。固化膜的折射率是棱镜耦合法测定的值，对于30μm波长的光为1.471，对于1.55μm波长的光为1.469。
②包层部形成用感放射线性组合物的调制
在带有搅拌机的容器内放入甲基丙烯酸甲酯(450克，4.50摩尔)，甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(50克，0.20摩尔)，丙二醇单甲醚(600克)以及2，2′-偶氮双(2，4-二甲基戊腈)(35克，0.14摩尔)后，系统内以氮气置换。然后将容器内的温度设定为70℃，搅拌6小时。最终将固体成分浓度调整为45重量％，得到含丙烯酸聚合物的丙二醇单甲醚溶液(丙烯酸聚合物溶液)。
将所得丙烯酸聚合物溶液(133.33克)，甲基三甲氧基硅烷(231.36克，1.70摩尔)，苯基三甲氧基硅烷(193.48克，0.97摩尔)，离子交换水(108.48克，6.0摩尔)以及草酸(0.30克，3.32×10-3摩尔)放入容器内后，通过在60℃搅拌6小时来进行苯基三甲氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷和丙烯酸聚合物溶液的水解以及缩聚。
其次，使用蒸发器来去除水解副产物甲醇。最终调整固体成分为70重量％，得到含聚硅氧烷的丙二醇单甲醚溶液(聚硅氧烷溶液)。以下称所得聚硅氧烷溶液为“包层部形成用聚硅氧烷溶液”。
将142.8克包层部形成用聚硅氧烷溶液(固体成分含量：100克)、20.5克丙二醇单甲醚、2.0克三苯锍三氟甲磺酸盐、0.67克羟甲基蒽以及0.5克含2重量％的三辛胺的丙二醇单乙醚溶液混合成均一溶液，从而得到25℃的粘度为2500毫帕斯卡秒的包层部形成用感放射线性组合物166.6克(固体成分含有率：61重量％)。
如下测定所得包层部形成用感放射线性组合物的折射率。
在硅片上将包层部形成用感放射线性组合物旋涂成10μm的厚度后，在100℃预烘烤(前处理的加热)5分钟，然后用高压水银灯(500mJ/cm2)进行光照射曝光后，在100℃烘烤(加热处理)2分钟，在200℃后烘烤(后处理的加热)1小时，制作固化膜。固化膜的折射率是棱镜耦合法测定的值，对于1.30μm波长的光为1.465，对于1.55μm波长的光为1.463。
(2)光合分波器的制造
利用上述芯部形成用感放射线性组合物和包层部形成用感放射线性组合物，如下制造光合分波器。以下参照图5～图8加以说明。
[工序1]
通过光学平版印刷加工，在硅片上形成包层部形成用感放射线性组合物所成的下部包层21(参照图5)。
下部包层21具有三个光纤用引导部分和滤光器插孔25；所述三个光纤用引导部分分别对应于入射、反射、透射三个端口(即，入射端口侧光纤用引导部分22、反射端口侧光纤用引导部分23、透射端口侧光纤用引导部分24)；所述滤光器插孔25用以插入电介体多层滤波器。下部包层21的厚度为58.5μm。
光纤用引导部分22、23、24是与下部包层一体形成的沟状部份。光纤用引导部分22、23、24的尺寸如下，宽度(对于光纤的光轴方向垂直切开的截面宽度)为125μm，厚度为58.5μm。滤光器插孔25的宽度(对于芯部26的光轴垂直切开的截面宽度)为20μm。
[工序2]
通过照相平版印刷方法在下部包层21上形成芯部形成用感放射线性组合物所成的Y字形芯部26(宽度为8μm、高度为8μm)(图6)。
而且，在芯部26的近中央部(Y字形的“Y”的中心附近)，在与上述工序1形成的滤光器插孔25相同的位置，设置芯部的遮断部份(未形成芯部形成用感放射线性组合物的部份)。
[工序3]
通过照相平版印刷方法在下部包层21以及芯部26上，形成包层部形成用感放射线性组合物所成的上部包层27(厚度为30μm)(图7)。
形成上部包层27使其与下部包层21的图案形状一致。形成的光波导芯片20中，入射端口侧光纤用引导部分22、反射端口侧光纤用引导部分23、透射端口侧光纤用引导部分24以及滤光器插孔25分别具有光滑内面。
[工序4]
将滤光器(电介体多层滤波器)28插入通过工序3得到的光波导芯片20的滤光器插孔25，用UV粘合剂固定，从而得到光学元件(光合分波器)32(图8)。
而且，作为电介体多层滤波器28，使用具有1.31μm的光可透过，且1.55μm的光不透过而反射的特性的物质。此时，若使1.31μm的光从入射端口侧的光纤29入射到光波导芯片20内，则入射的光主要穿透透射侧(光纤31的侧)，而在反射端口侧(光纤30的侧)反射射出的光量减少。另一方面，若使1.55μm的光从入射端口侧的光纤29射入光波导芯片20内，则入射光主要在反射端口侧(光纤30的侧)反射射出，而穿透透射端口侧(光纤31的侧)的光量减少。
[工序5]
将研磨端面后外径为125μm(芯径：10μm)的三根单模用石英光纤29、30、31插入三个光纤用引导部分22、23、24，用UV粘合剂固定(图8)。
(3)光波导芯片光学特性的评估
使用所得的光合分波器32，如下评估光波导芯片20的光学特性。
①损失量的测定
使波长1.31μm或1.55μm的光从入射端口侧的光纤29射入光波导芯片20，用光量计(ANRITSU社制；MT9810)的功率计测定由反射端口侧的光纤30和透射端口侧的光纤31射出的光量，再与入射光量比较来求出损失量。下文将反射端口的光纤30测定的损失量称为“反射端的插入损失”，将透射端口侧的光纤31测定的损失量称为“透射端的插入损失”。
结果列于表1。
[表1]
  波长(μm)   透射端的插入损失(dB)   反射端的插入损失(dB)
  1.31   -3.7   ＜-25
  1.55   ＜-50   -4.8
将单模用的1.31μm以及1.55μm的2种波长的光射入射到光学元件32，则基于薄膜电介体多层膜滤波器28的特性，这2种波长的光在透射端侧及反射端侧分离。此时，通过表1可知，波长1.31μm的光在透射端的插入损失的值和波长1.55μm的光在反射端的插入损失的值都十分小，本发明的光波导芯片20具有连接单模用光纤所需的合适加工精度以及传输效率。

Claims (5)

1.一种光波导芯片，其具有光波导的芯部、形成于该芯部周围的包层部以及光纤用引导部，所述光纤用引导部连接于上述芯部用以定位光纤，其特征在于，至少有一部份由感放射线性聚硅氧烷组合物的固化体形成。
2.如权利要求1项所述的光波导芯片，其中，所述芯部、所述包层部以及光纤用引导部由感放射线性聚硅氧烷组合物的固化体形成。
3.如权利要求1或2所述的光波导芯片，其中，所述光波导芯片用以连接单模用光纤。
4.如权利要求1～3中任意一项所述的光波导芯片，其中，在所述芯部具有交叉配置的滤光器插孔，所述滤光器插孔用以插入滤光器。
5.一种光学元件，其特征在于，其通过将电介体多层滤波器插入固定到如权利要求4所述的光波导芯片中的所述滤光器插孔来形成。
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