JP2002228864A - 光導波路およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 現状、貼り合わせの光導波路を作製する際に
は、余剰の接着層が介在し、導波モードが存在してしま
う。また接着層を除去するのは困難である。 【解決手段】 光導波路用溝が形成されている第１の基
板１１と、第２の基板１３とを備え、前記第２の基板１
３は、前記第１の基板１１および前記第２の基板１３よ
り高い屈折率を有する材料１２により前記第１の基板１
１の前記光導波用溝が形成されている面に張り合わされ
ており、前記光導波路用溝には、前記材料１２が充填さ
れており、前記第１の基板１１の屈折率は、前記第２の
基板１３の屈折率とは異なることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【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およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、公衆通信やコンピュ−タネットワ
−ク等では高速化、高機能化を目的として、広帯域性を
もつ光通信を利用し、波長多重伝送や双方向伝送の機能
を付加した光通信システムが浸透しつつある。

【０００３】光通信分野において、高度な光信号処理を
行うために、各種機能を持つ光集積回路の研究が盛んに
行われている。光集積回路は光導波路を基本要素として
いるが、光導波路は屈折率の高いコア領域を相対的に屈
折率の低いクラッド層で覆うことによってコア領域に光
を閉じこめて伝搬させるものであり、コアをパターン化
して配列することで、多種の機能を実現している。特に
石英系光導波路は低損失性、物理的・化学的安定性、光
ファイバとの整合性など数々のメリットを有しており、
代表的な受動光導波路となっている。

【０００４】光導波路の製造方法としては、コア・クラ
ッド膜形成方法として火炎堆積法を用い、コアパターン
形成法として反応性イオンエッチング法を用いるものが
代表的である。コア・クラッドの形成方法としては、火
炎堆積法以外にＣＶＤ法、真空蒸着法、スパッタ法等も
提案されている。

【０００５】このように多くの提案がなされているにも
関わらず、未だに性能、量産性、低コスト性を兼ね備え
た光導波路の製造方法は皆無である。これは各種膜形成
方法が利点と欠点を併せ持っているためである。例えば
火炎堆積法やＣＶＤ法では良質なコアが作製できるが、
火炎堆積法は１０００℃以上の高温アニールが十数時
間、複数回必要であり、ＣＶＤ法は成膜エリアが狭い
等、量産面で難点がある。また電子ビーム蒸着やスパッ
タ法でも低損失な膜形成が可能であるが、膜の形成速度
が遅いために、通常１０〜数十μｍ程度の膜厚を必要と
する光導波路の製造プロセスとしてはコスト的に問題が
ある。

【０００６】このような光導波路の製造上の課題に対
し、下部クラッドとなる基板に溝を形成し、基板よりも
屈折率の高い材料を充填させ、コアとして用いれば、短
時間でコアを実現できるため、非常に有望な光導波路プ
ロセスと考えられる。

【０００７】図５に、このような光導波路の製造方法を
示す。まず、図５の（ａ）に示すように、光導波路用溝
が形成されている光導波路用溝基板５１に、コアとして
用いられる高屈折率材料５２を充填する。

【０００８】次に、図５の（ｂ）に示すように、（ａ）
に示す工程で充填された高屈折率材料のうち余剰な高屈
折率材料を除去する。

【０００９】そして、最後に図５の（ｃ）に示すよう
に、光導波路用溝基板５１にクラッド基板５３を張り合
わせる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな光導波路においてはコスト面、性能性で次のような
課題を有していた。

【００１１】図５のような光導波路用溝に充填する製造
方法においては、高屈折率材料が接着層として存在する
と、コアに閉じこめられた光が接着層部分に漏れてしま
うため、コア材料充填時の余剰な材料を除去する工程
（図５（ｂ））が必要となり、製造上の負担がかかる。

【００１２】また、立体的な回路を構成しようとする場
合には、各層ごとに余剰な材料を除去する工程が必要と
なる。

【００１３】また、余剰な材料を除去する工程を追加し
ても、工程の精度が十分でないと所定寸法のコアが得ら
れないが、これを正確に制御することは困難である。

【００１４】また、除去が十分でないと導波層として残
ってしまう。特に研磨を行う場合には、導波路部分に細
かい傷が発生するため、導波光の散乱の原因となる。従
って現状、光導波路については大量生産には不向きで低
コスト化が困難であるという課題を有していた。

【００１５】すなわち、従来の光導波路は、大量生産に
は不向きで低コスト化が困難であるという課題がある。

【００１６】本発明は、従来の光導波路が有する上述し
た課題を鑑み、性能、量産性、低コスト性を兼ね備えた
光導波路、および光導波路の製造方法を提案することを
目的とするものである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、第１の本発明（請求項１に対応）は、光導波路
用溝が形成されている第１の基板と、第２の基板とを備
え、前記第２の基板は、前記第１の基板および前記第２
の基板より高い屈折率を有する材料により前記第１の基
板の前記光導波用溝が形成されている面に張り合わされ
ており、前記光導波路用溝には、前記材料が充填されて
おり、前記第１の基板の屈折率は、前記第２の基板の屈
折率とは異なる光導波路である。

【００１８】また、第２の本発明（請求項２に対応）
は、前記材料の屈折率をＮａとし、前記第１の基板の屈
折率をＮｂとし、前記第２の基板の屈折率をＮｃとし、
前記第２の基板と前記第１の基板の前記光導波路用溝が
形成されている面の前記光導波路用溝以外の部分との間
に存在する前記材料の厚みをｄとし、前記光導波路用溝
の深さをｈとし、導波光の波長をλとして、（１）前記
Ｎｂが前記Ｎｃより小さくない場合には、前記Ｎａ、Ｎ
ｂ、Ｎｃ、ｄ、ｈ、λは、数１及び数２を同時に満た
し、

【００１９】

【数１】

【００２０】

【数２】

【００２１】（２）前記Ｎｂが前記Ｎｃより小さい場合
には、前記Ｎａ、Ｎｂ、Ｎｃ、ｄ、ｈ、λは、数３及び
数４を同時に満たす

【００２２】

【数３】

【００２３】

【数４】

【００２４】第１の本発明の光導波路である。

【００２５】また、第３の本発明（請求項３に対応）
は、前記第２の基板の前記第１の基板に張り合わされて
いる面にも光導波路用溝が形成されており、前記第２の
基板の前記光導波路用溝には、前記材料が充填されてい
る第１の本発明の光導波路である。

【００２６】また、第４の本発明（請求項４に対応）
は、前記第２の基板の前記第１の基板に張り合わされて
いる面とは反対側の面に前記材料により張り合わされた
第３の基板を備え、前記第３の基板の前記第２の基板に
張り合わされている面にも光導波路用溝が形成されてお
り、前記第３の基板の前記光導波路用溝には、前記材料
が充填されており、前記材料は、前記第３の基板より高
い屈折率を有し、前記第２の基板の屈折率は、前記第３
の基板の屈折率とは異なる第１の本発明の光導波路であ
る。

【００２７】また、第５の本発明（請求項５に対応）
は、前記材料は、ガラス系材料または樹脂である第１〜
４の本発明のいずれかの光導波路である。

【００２８】また、第６の本発明（請求項６に対応）
は、前記材料は、光硬化性樹脂であり、前記材料により
張り合わせるとは、前記光硬化性樹脂に光を照射し、硬
化させて張り合わせることである第５の本発明の光導波
路である。

【００２９】また、第７の本発明（請求項７に対応）
は、前記基板は、ガラス系材料、もしくは樹脂を用いて
形成されている第１〜４の本発明のいずれかの光導波路
である。

【００３０】また、第８の本発明（請求項８に対応）
は、前記光導波路用溝の凹凸は、表面に凹凸を備えた型
材による成形で一括形成されていること特徴とする第１
〜４の本発明のいずれかの光導波路である。

【００３１】また、第９の本発明（請求項９に対応）
は、第１の基板と、前記第１の基板に張り合わせられた
第２の基板とを少なくとも備え、前記第１の基板および
前記第２の基板のうち少なくとも一方の基板の前記張り
合わせ面に光導波路用溝が形成されている光導波路の製
造方法であって、前記第１の基板および前記第２の基板
のうち少なくとも一方に光を照射して屈折率を変化させ
ることによって前記第１の基板の屈折率と前記第２の基
板の屈折率とが異なるようにし、屈折率が異なるように
された前記第１の基板と前記第２の基板とを、前記第１
の基板の屈折率および前記第２の基板の屈折率より高い
屈折率を有する材料で接着する光導波路の製造方法であ
る。

【００３２】また、第１０の本発明（請求項１０に対
応）は、第１の基板と、前記第１の基板に張り合わせら
れた第２の基板とを少なくとも備え、前記第１の基板お
よび前記第２の基板のうち少なくとも一方の基板の前記
張り合わせ面に光導波路用溝が形成されている光導波路
の製造方法であって、前記第１の基板および前記第２の
基板の少なくとも一方を加熱し冷却して屈折率を変化さ
せることによって前記第１の基板の屈折率と前記第２の
基板の屈折率とが異なるようにし、屈折率が異なるよう
にされた前記第１の基板と前記第２の基板とを、前記第
１の基板の屈折率および前記第２の基板の屈折率より高
い屈折率を有する材料で接着する光導波路の製造方法で
ある。

【００３３】また、第１１の本発明（請求項１１に対
応）は、前記材料の屈折率をＮａとし、前記第１の基板
の屈折率をＮｂとし、前記第２の基板の屈折率をＮｃと
し、前記第２の基板と前記第１の基板の前記光導波路用
溝が形成されている面の前記光導波路用溝以外の部分と
の間に存在する前記材料の厚みをｄとし、前記光導波路
用溝の深さをｈとし、導波光の波長をλとして、（１）
前記Ｎｂが前記Ｎｃより小さくない場合には、前記Ｎ
ａ、Ｎｂ、Ｎｃ、ｄ、ｈ、λは、数１及び数２を同時に
満たし、

【００３４】

【数１】

【００３５】

【数２】

【００３６】（２）前記Ｎｂが前記Ｎｃより小さい場合
には、前記Ｎａ、Ｎｂ、Ｎｃ、ｄ、ｈ、λは、数３及び
数４を同時に満たす

【００３７】

【数３】

【００３８】

【数４】

【００３９】第９または１０の本発明の光導波路の製造
方法である。

【００４０】また、第１２の本発明（請求項１２に対
応）は、前記第１の基板の屈折率と前記第２の基板の屈
折率とが異なるようにする際、他方の基板をも前記一方
の基板とは異なる温度で加熱して屈折率を変化させる第
１０の本発明の光導波路の製造方法である。

【００４１】また、第１３の本発明（請求項１３に対
応）は、前記第１の基板の屈折率と前記第２の基板の屈
折率とが異なるようにする際、前記一方の基板のみなら
ず他方の基板をも加熱し、それぞれ異なる時間で冷却し
て屈折率を変化させる第１０の本発明の光導波路の製造
方法である。

【００４２】また、第１４の本発明（請求項１４に対
応）は、前記第１の基板および前記第２の基板のうち、
少なくとも一方を加熱して軟化させ、表面に凹凸を備え
た型材を押しつけて前記光導波路用溝を形成する第９ま
たは１０に記載の光導波路の製造方法である。

【００４３】

【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照して本発
明の実施形態を説明する。なお、図面で同一番号を付し
た部品は同一のものを示す。

【００４４】（第１の実施の形態）図１は、本発明の第
１の実施の形態における光導波路を示す。

【００４５】まず、図１のようにガラスもしくは透明樹
脂よりなる基板１１の表面に、型（図示せず）を用いた
成形により光導波路用溝を形成する。

【００４６】次に光導波路用溝形成面に高屈折率材料１
２として紫外線硬化樹脂を塗布して溝内に充填し、その
後、光導波路用溝基板１１とは屈折率の異なるクラッド
基板１３を貼り合わせる。紫外線硬化樹脂の塗布はスピ
ンコーティングで、その際回転数は５００〜７０００ｒ
ｐｍの範囲で行った。紫外線を照射することで溝内の紫
外線硬化樹脂は硬化される。紫外線硬化樹脂として光導
波路用溝基板１１およびクラッド基板１３よりも高い屈
折率を有するものを用いることにより、溝内の紫外線硬
化樹脂は光導波路コアとして機能する。このようにして
作製した光導波路の接着層を光学顕微鏡観察した結果、
接着層の厚さは約１μｍであった。

【００４７】ここでシミュレーションの結果を用いて、
クラッド基板１３と光導波路用溝基板１１の屈折率を変
化させることによる効果を図２に示す。図２において
は、横軸が接着層の厚さ、縦軸が等価屈折率を示してお
り、グラフの実線が横軸と交差する点がカットオフ膜厚
となる。カットオフ膜厚より接着層が薄い場合、導波モ
ードは存在しないことになる。ただし全ての計算におい
て波長１．３μｍとした。

【００４８】まず導波路コアの屈折率を１．４５３、ク
ラッド基板１３の屈折率を１．４５、光導波路用溝基板
１１の屈折率をクラッド基板１３の屈折率と同じ１．４
５として計算した結果を図２（ａ）に示す。この場合、
実線が原点で交差するため、接着層を薄くしても導波モ
ードが存在してしまい、接着層を光が伝搬してしまう。

【００４９】これに対して、クラッド基板１３の屈折率
を１．４５１と０．００１だけ増加させた場合、図２
（ｂ）のようにカットオフ膜厚が１．８μｍとなり、接
着層が存在しても１．８μｍ以下の厚みであれば導波し
ないことになる。

【００５０】また同様にして、クラッド基板１３の屈折
率を１．４４９と０．００１だけ減少させた場合、図２
（ｃ）のようにカットオフ膜厚が１．２μｍとなり、ク
ラッド基板１３の屈折率を増加させた場合と同様に、接
着層が存在しても１．２μｍ以下の厚みであれば導波し
ないことが確認できる。

【００５１】このため光導波路用溝基板１１とクラッド
基板１３の屈折率を変化させることによって、接着層の
除去工程を行わなくても光の漏洩を防ぐことが出来る。

【００５２】このように、接着層の除去工程を行わなく
ても光の漏洩を防ぐことが出来るようにするためには、
どのような条件が必要かをシミュレーションによりさら
に詳細に検討してみた。その結果以下のようにすればよ
いことが解った。

【００５３】すなわち、図７に示すように、光導波路用
溝基板１１の屈折率をＮｂとし、光導波路用溝基板１１
に形成されている光導波路用溝の深さをｈとし、高屈折
率材料１２の屈折率をＮａとし、クラッド基板１３の屈
折率をＮｃとする。そして、接着層の厚みをｄとし、導
波光の波長λとする。

【００５４】そうすると、ＮａがＮｂより大きく、かつ
ＮｂがＮｃより大きい場合には、これらのパラメータが
次の数１及び数２を同時に満たせばよいことが解った。

【００５５】

【数１】

【００５６】

【数２】

【００５７】すなわち、これらのパラメータが数１及び
数２を同時に満たす場合、接着層の除去工程を行わなく
ても光が接着層に漏洩しない。

【００５８】また、ＮａがＮｃより大きく、かつＮｃが
Ｎｂより大きい場合には、これらのパラメータが次の数
３及び数４を同時に満たせばよいことが解った。

【００５９】

【数３】

【００６０】

【数４】

【００６１】すなわち、これらのパラメータが数３及び
数４を同時に満たす場合、接着層の除去工程を行わなく
ても光が接着層に漏洩しない。

【００６２】具体的には、Ｎａが１．５０７であり、Ｎ
ｃが１．５０４であり、ｄが１μｍであり、ｈが８μｍ
であり、λが１．３μｍであるとすると、ＮａがＮｂよ
り大きく、かつＮｂがＮｃより大きいようなＮｂは１．
５０４５より小さくなく、かつ１．５０６６４より小さ
い場合には、導波光が接着層に漏洩しない。

【００６３】また、Ｎａが１．５０７であり、Ｎｃが
１．５０３であり、ｄが１μｍであり、ｈが８μｍであ
り、λが１．３μｍであるとすると、ＮａがＮｂより大
きく、かつＮｂがＮｃより大きいようなＮｂは１．５０
３８３より小さくなく、かつ１．５０６６４より小さい
場合には、導波光が接着層に漏洩しない。

【００６４】このように、上記の条件を満たす場合に
は、接着層の厚みｄが０より大きい場合であっても、導
波光は接着層に漏洩しない。

【００６５】図８は、ｈが８μｍであり、λが１．３μ
ｍとし、Ｎａが１．５０７であり、Ｎｂが１．５０４、
Ｎｃが１．５０４である場合について接着層厚と、等価
屈折率との関係を示す。この場合、実線が原点で交差す
るため、接着層を薄くしても導波モードが存在してしま
い、接着層を光が伝搬してしまうことになる。

【００６６】これに対して、図９の（ａ）にＮｃを０．
００１だけ大きくした場合の接着層圧と等価屈折率との
関係を示す。すなわち、図９の（ａ）は、ｈが８μｍで
あり、λが１．３μｍとし、Ｎａが１．５０７であり、
Ｎｂが１．５０４、Ｎｃが１．５０５である場合につい
て接着層厚と、等価屈折率との関係を示すものである。

【００６７】この場合、カットオフ膜厚が１．８μｍと
なり、接着層が存在しても１．８μｍ以下の厚みであれ
ば導波しないことになる。

【００６８】さらに、図９の（ｂ）は図９の（ａ）より
もＮｃをさらに０．００１だけ大きくしたものである。
すなわち、図９の（ｂ）は、ｈが８μｍであり、λが
１．３μｍとし、Ｎａが１．５０７であり、Ｎｂが１．
５０４、Ｎｃが１．５０６である場合について接着層厚
と、等価屈折率との関係を示すものである。

【００６９】この場合、カットオフ膜厚が３．８μｍと
なり、接着層が存在しても３．８μｍ以下の厚みであれ
ば導波しないことになる。すなわち、ＮｂがＮｃよりも
大きい場合、ＮｃとＮｂとの屈折率の違いが大きくなれ
ば、接着層がより厚くなっても、接着層を導波光が伝搬
しないといえる。

【００７０】図１０の（ａ）に図８の場合より、Ｎｃを
０．００１だけ小さくした場合の接着層圧と等価屈折率
との関係を示す。すなわち、図１０の（ａ）は、ｈが８
μｍであり、λが１．３μｍとし、Ｎａが１．５０７で
あり、Ｎｂが１．５０４、Ｎｃが１．５０３である場合
について接着層厚と、等価屈折率との関係を示すもので
ある。

【００７１】この場合、カットオフ膜厚が１．３μｍと
なり、接着層が存在しても１．３μｍ以下の厚みであれ
ば導波しないことになる。

【００７２】さらに、図１０の（ｂ）は、図１０の
（ａ）よりも、Ｎｃを０．００１だけ小さくしたもので
ある。すなわち、図１０の（ｂ）は、ｈが８μｍであ
り、λが１．３μｍとし、Ｎａが１．５０７であり、Ｎ
ｂが１．５０４、Ｎｃが１．５０２である場合について
接着層厚と、等価屈折率との関係を示すものである。

【００７３】この場合、カットオフ膜厚が１．６μｍと
なり、接着層が存在しても１．６μｍ以下の厚みであれ
ば導波しないことになる。

【００７４】このようにＮｃがＮｂよりも大きい場合に
も、屈折率の違いが大きくなれば、接着層の厚みがより
厚くなっても接着層を導波光が伝搬しないと言える。

【００７５】このように、図７に示す各パラメータとし
て、ＮａがＮｂより大きくかつＮｂがＮｃより大きい場
合には数１及び数２を満たし、ＮａがＮｃより大きくか
つＮｃがＮｂより大きい場合には、数３及び数４を満た
すようなものを選ぶことにより、接着層が存在しても導
波光が接着層に漏洩しない光導波路を得ることが出来
る。

【００７６】なお、本実施の形態の光導波路用溝基板１
１は本発明の第１の基板の例であり、本実施の形態のク
ラッド基板１３は本発明の第２の基板の例である。

【００７７】さらに、本発明の第２の基板は、本実施の
形態におけるように、クラッド基板１３の屈折率を変化
させるものに限らず、光導波路用溝基板１１の屈折率を
変化させるなど、要するに本発明の第２の基板は、その
屈折率が第１の基板の屈折率と異なっていさえすればよ
い。

【００７８】さらに、本実施の形態では屈折率変化を
０．００１として計算したが、これに限るものではな
く、クラッド基板１３および光導波路用溝基板１１の屈
折率がコアの屈折率を越えない範囲で変化させても良
い。

【００７９】さらに、本実施の形態においては、波長
１．３μｍとして計算を行ったがこれに限るものではな
く、その他の波長においても一般化して考えられる。

【００８０】さらに、本実施の形態では、光導波路コア
材料として紫外線硬化樹脂を用いたが、これに限るもの
ではなく、例えば熱硬化樹脂やガラス系材料を用いても
構わない。

【００８１】さらに、本実施の形態では高屈折率材料の
塗布方法としてスピンコーティングを用いたが、これに
限るものではなく、ディップコーティングやスプレーコ
ーティングを用いても構わない。

【００８２】さらに、光導波路用溝については、本実施
の形態で述べたように成形で形成するのが生産上望まし
いが、これに限るものでなく、必要に応じてエッチング
により形成しても構わない。

【００８３】さらに、本実施の形態においては、１本の
直線の導波路を例に挙げて説明したが、これに限るもの
ではなく、一般に使用されている光導波路パターンすべ
てに応用することができ、光波の曲がり、分岐、結合の
制御もできる。

【００８４】（第２の実施の形態）次に、本発明の第２
の実施の形態における光導波路の製造方法について説明
する。

【００８５】図６に、本実施の形態の光導波路の製造方
法を示す。

【００８６】図６の（ａ）に示すように、ガラスもしく
は透明樹脂よりなる基板１１の表面に、型（図示せず）
を用いた成形により光導波路用溝を形成する。すなわ
ち、基板１１を加熱して軟化させ、表面に凹凸を備えた
型材を押しつけて光導波路用溝を形成する。

【００８７】次に、図６の（ｂ）に示すように光導波路
用溝を形成した基板１１に紫外線を照射する。基板に紫
外線を照射することにより、光化学反応によって屈折率
変化が誘起される。このため光導波路用溝基板１１とク
ラッド基板１３に同じ材料を用いても異なる屈折率にす
ることができる。

【００８８】次に、図６の（ｃ）に示すように光導波路
用溝形成面に高屈折率材料１２を塗布して溝内に充填す
る。

【００８９】最後に図６の（ｄ）に示すように、その
後、紫外線を照射した光導波路用溝基板１１と紫外線照
射を行わないクラッド基板１３を貼り合わせる。

【００９０】このようにすれば、図１に示すような光導
波路を製造することが出来る。

【００９１】なお、本発明の第１の基板は、本実施の形
態におけるように、光導波路用溝を形成した基板１１の
屈折率を変化させるものに限らず、クラッド基板１３の
屈折率を変化させるなど、要するに本発明の第１の基板
は、その屈折率が第２の基板の屈折率と異っていさえす
ればよい。

【００９２】さらに、本発明の第１の基板は、本実施の
形態におけるように、光導波路用溝を形成した基板１１
のみの屈折率を変化させるものに限らず、クラッド基板
１３と光導波路用溝基板１１に、照射量を変えて紫外線
を照射するなど、要するに本発明の第１の基板は、その
屈折率が第２の基板の屈折率と異なっていさえすればよ
い。

【００９３】さらに、本実施の形態では、図１に示した
光導波路を製造する光導波路の製造方法について説明し
たが、これに限らず、本実施の形態の光導波路の製造方
法により図３や図４に示す光導波路をも製造することが
出来る。なお、図３や図４に示す光導波路については後
述する。

【００９４】さらに、光導波路用溝については、本実施
の形態で述べたように成形で形成するのが生産上望まし
いが、これに限るものでなく、必要に応じてエッチング
により形成しても構わない。

【００９５】（第３の実施の形態）次に、本発明の第３
の実施の形態における光導波路の製造方法について説明
する。

【００９６】第２の実施の形態で説明した光導波路の製
造方法では、図６の（ｂ）に示す工程で、基板１１に紫
外線を照射したが、本実施の形態では、その代わりに、
基板１１を加熱して冷却する。

【００９７】すなわち、第２の実施の形態の図６の
（ａ）と同様にして、図１のようにガラスもしくは透明
樹脂よりなる基板１１の表面に、型（図示せず）を用い
た成形により光導波路用溝を形成する。

【００９８】次に光導波路用溝を形成した基板１１を加
熱する。ガラスはその熱履歴に応じた構造を持ち、加熱
した温度や冷却される速度によって室温での密度が異な
る。例えば、急冷されたガラスは徐冷されたガラスより
も容積が大きくなる。このため加熱温度や冷却速度の違
いによって屈折率も異なる。このため光導波路用溝基板
１１とクラッド基板１３に同じ材料を用いても異なる屈
折率にすることができる。

【００９９】次に光導波路用溝形成面に高屈折率材料１
２として紫外線硬化樹脂を塗布して溝内に充填する。

【０１００】その後、光導波路用溝基板１１とクラッド
基板１３を貼り合わせる。紫外線を照射することで溝内
の紫外線硬化樹脂は硬化される。紫外線硬化樹脂として
光導波路用溝基板１１および上部クラッド基板１３より
も高い屈折率を有するものを用いることにより、溝内の
紫外線硬化樹脂は光導波路コアとして機能する。

【０１０１】なお、本実施の形態では、光導波路用溝を
形成した基板を加熱して屈折率を変化させたが、クラッ
ド基板１３と光導波路用溝基板１１の屈折率が異なって
いればよく、クラッド基板１３の屈折率を変化させても
良い。

【０１０２】さらに、本実施の形態では、光導波路用溝
を形成した基板１１のみを加熱して屈折率を変化させた
が、２枚の基板を異なる温度で加熱してもよい。

【０１０３】さらに、本実施の形態では、光導波路用溝
を形成した基板１１のみを加熱して屈折率を変化させた
が、２枚の基板を同じ温度で加熱し、冷却速度を変えて
冷却してもよい。

【０１０４】さらに、本実施の形態では、光導波路コア
材料として紫外線硬化樹脂を用いたが、これに限るもの
ではなく、例えばガラス系材料を用いても構わない。

【０１０５】さらに、光導波路用溝については、本実施
の形態で述べたように成形で形成するのが生産上望まし
いが、これに限るものでなく、必要に応じてエッチング
により形成しても構わない。

【０１０６】（第４の実施の形態）次に、本発明の第４
の実施の形態における光導波路について説明する。

【０１０７】図３は、本発明の第４の実施の形態におけ
る光導波路である。図３のようにガラスもしくは透明樹
脂よりなる第１の基板３１の表面に、型（図示せず）を
用いた成形により光導波路用溝を形成する。同様にして
第１の基板３１と屈折率の異なる第２の基板３３の表面
に型（図示せず）を用いた成形により光導波路用溝を形
成する。

【０１０８】次に光導波路用溝形成面に高屈折率材料３
２として紫外線硬化樹脂を塗布して溝内に充填し、その
後、第１の基板３１と第２の基板３３を貼り合わせる。
紫外線を照射することで溝内の紫外線硬化樹脂は硬化さ
れる。紫外線硬化樹脂として第１の光導波路用溝基板３
１および第２の光導波路用溝基板３３よりも高い屈折率
を有するものを用いることにより、溝内の紫外線硬化樹
脂は光導波路コアとして機能する。このような構成によ
り、より集積度の高い光回路が作製できる。また導波路
の一部を重ねて貼り合わせることによって、立体的な交
差や分岐導波路として用いることができる。

【０１０９】なお、本実施の形態の第１の光導波路用溝
基板３１は本発明の第１の基板の例であり、本実施の形
態の第２の光導波路用溝基板３３は本発明の第２の基板
の例である。

【０１１０】さらに、本実施の形態では、第２の基板と
して、第１の基板と屈折率の異なる基板を用いたが、同
じ基板を用いて溝を形成し、その後、熱処理や光照射に
より屈折率を変化させて用いてもよい。

【０１１１】さらに、本実施の形態では、光導波路コア
材料として紫外線硬化樹脂を用いたが、これに限るもの
ではなく、例えば熱硬化樹脂やガラス系材料を用いても
構わない。

【０１１２】さらに、光導波路用溝については、本実施
の形態で述べたように成形で形成するのが生産上望まし
いが、これに限るものでなく、必要に応じてエッチング
により形成しても構わない。

【０１１３】さらに、本実施の形態においては、一対の
導波路を例に挙げて説明したが、これに限るものではな
く、１枚の基板上に複数の導波路を形成してもよい。ま
た、さらに、本実施の形態においては、直線の導波路を
例に挙げて説明したが、これに限るものではなく、一般
に使用されている光導波路パターンすべてに応用するこ
とができ、光波の曲がり、分岐、結合の制御もできる。

【０１１４】（第５の実施の形態）次に、第５の実施の
形態について説明する。図４は、本発明の第４の実施の
形態における光導波路である。

【０１１５】図４のようにガラスもしくは透明樹脂より
なる第１の基板４１の表面に、型（図示せず）を用いた
成形により光導波路用溝を形成する。同様にして第１の
基板４１と第２の基板４３の表面に型（図示せず）を用
いた成形により光導波路用溝を形成する。

【０１１６】次に光導波路用溝形成面に高屈折率材料４
２として紫外線硬化樹脂を塗布して溝内に充填し、その
後、第１の光導波路用溝基板４１と第２の光導波路用溝
基板４３を、第１の光導波路用溝基板４１および第２の
光導波路用溝基板４３と屈折率の異なるクラッド基板４
４を介して光導波路用溝が対向するように貼り合わせ
る。紫外線を照射することで溝内の紫外線硬化樹脂は硬
化される。紫外線硬化樹脂として第１の光導波路用溝基
板４１、第２の光導波路用溝基板４３およびクラッド基
板４４よりも高い屈折率を有するものを用いることによ
り、溝内の紫外線硬化樹脂は光導波路コアとして機能す
る。クラッド基板の厚さを数ミクロン程度にすることに
よって、立体的な方向性結合器を容易に形成することが
できる。なお、本実施の形態の第１の光導波路用溝基板
４１は本発明の第１の基板の例であり、本実施の形態の
第２の光導波路用溝基板４３は本発明の第３の基板の例
であり、本実施の形態のクラッド基板４４は本発明の第
２の基板の例である。

【０１１７】さらに、本実施の形態では、光導波路コア
材料として紫外線硬化樹脂を用いたが、これに限るもの
ではなく、例えば熱硬化樹脂やガラス系材料を用いても
構わない。

【０１１８】さらに、光導波路用溝については、本実施
の形態で述べたように成形で形成するのが生産上望まし
いが、これに限るものでなく、必要に応じてエッチング
により形成しても構わない。

【０１１９】さらに、本実施の形態では、クラッド基板
として、第１の基板および第２の基板と屈折率の異なる
基板を用いたが、同じ基板を用いて、熱処理や光照射に
より屈折率を変化させて用いてもよい。

【０１２０】さらに、本実施の形態では、別のクラッド
基板を貼り合わせたが、これに限るものではなく、薄膜
を堆積させても良い。

【０１２１】さらに、本実施の形態においては、一対の
導波路を例に挙げて説明したが、これに限るものではな
く、１枚の基板上に複数の導波路を形成してもよい。

【０１２２】さらに、本実施の形態においては、直線の
導波路を例に挙げて説明したが、これに限るものではな
く、一般に使用されている光導波路パターンすべてに応
用することができ、光波の曲がり、分岐、結合の制御も
できる。

【０１２３】

【発明の効果】以上、説明したところから明らかなよう
に、本発明は、低コストで大量生産することが容易にで
きる光導波路および光導波路の製造方法を提供すること
が出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態における光導波路を
示す図

【図２】（ａ）本発明の第１の実施の形態における導波
路コアの屈折率を１．４５３、クラッド基板１３の屈折
率を１．４５、光導波路用溝基板１１の屈折率をクラッ
ド基板１３の屈折率と同じ１．４５として計算した場合
の接着層厚と等価屈折率との関係を示す図 （ｂ）本発明の第１の実施の形態におけるクラッド基板
１３の屈折率を図２の（ａ）に示す例より０．００１だ
け増加させた場合の接着層厚と等価屈折率との関係を示
す図 （ｃ）本発明の第１の実施の形態におけるクラッド基板
１３の屈折率を図２の（ａ）に示す例より０．００１だ
け減少させた場合の接着層厚と等価屈折率との関係を示
す図

【図３】本発明の第４の実施の形態における光導波路を
示す図

【図４】本発明の第５の実施の形態における光導波路を
示す図

【図５】（ａ）従来の光導波路の製造方法における光導
波路用溝が形成されている光導波路用溝基板５１に、コ
アとして用いられる高屈折率材料５２を充填する工程を
示す図 （ｂ）従来の光導波路の製造方法における（ａ）に示す
工程で充填された高屈折率材料のうち余剰な高屈折率材
料を除去する工程を示す図 （ｃ）従来の光導波路の製造方法における光導波路用溝
基板５１にクラッド基板５３を張り合わせる工程を示す
図

【図６】（ａ）本発明の第２の実施の形態における光導
波路の製造方法のうち基板１１の表面に、型を用いた成
形により光導波路用溝を形成する工程を示す図 （ｂ）本発明の第２の実施の形態における光導波路の製
造方法のうち光導波路用溝を形成した基板１１に紫外線
を照射する工程を示す図 （ｃ）本発明の第２の実施の形態における光導波路の製
造方法のうち光導波路用溝形成面に高屈折率材料１２を
塗布して溝内に充填する工程を示す図 （ｄ）本発明の第２の実施の形態における光導波路の製
造方法のうち紫外線を照射した光導波路用溝基板１１と
紫外線照射を行わないクラッド基板１３を貼り合わせる
工程を示す図

【図７】本発明の第１の実施の形態における光導波路の
パラメータを示す図

【図８】本発明の第１の実施の形態における導波路コア
の屈折率を１．５０７、クラッド基板１３の屈折率を
１．５０４、光導波路用溝基板１１の屈折率をクラッド
基板１３の屈折率と同じ１．５０４として計算した場合
の接着層厚と等価屈折率との関係を示す図

【図９】（ａ）本発明の第１の実施の形態におけるクラ
ッド基板１３の屈折率を図８に示す例より０．００１だ
け増加させた場合の接着層厚と等価屈折率との関係を示
す図 （ｂ）本発明の第１の実施の形態におけるクラッド基板
１３の屈折率を図９の（ａ）に示す例よりさらに０．０
０１だけ増加させた場合の接着層厚と等価屈折率との関
係を示す図

【図１０】（ａ）本発明の第１の実施の形態におけるク
ラッド基板１３の屈折率を図８に示す例より０．００１
だけ減少させた場合の接着層厚と等価屈折率との関係を
示す図 （ｂ）本発明の第１の実施の形態におけるクラッド基板
１３の屈折率を図９の（ａ）に示す例よりさらに０．０
０１だけ減少させた場合の接着層厚と等価屈折率との関
係を示す図

【符号の説明】

１１、５１ 光導波路用溝基板 １２、３２、４２、５２ 高屈折率材料 １３、３３、４４、５３ クラッド基板 ３１、４１ 第１の光導波路用溝基板 ３３、４３ 第２の光導波路用基板

フロントページの続き (72)発明者 飯田 正憲 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 朝倉 宏之 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 2H047 KA04 PA02 PA21 PA24 QA04 QA05

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光導波路用溝が形成されている第１の基
   板と、 第２の基板とを備え、 前記第２の基板は、前記第１の基板および前記第２の基
   板より高い屈折率を有する材料により前記第１の基板の
   前記光導波用溝が形成されている面に張り合わされてお
   り、 前記光導波路用溝には、前記材料が充填されており、 前記第１の基板の屈折率は、前記第２の基板の屈折率と
   は異なる光導波路。
2. 【請求項２】 前記材料の屈折率をＮａとし、前記第１
   の基板の屈折率をＮｂとし、前記第２の基板の屈折率を
   Ｎｃとし、前記第２の基板と前記第１の基板の前記光導
   波路用溝が形成されている面の前記光導波路用溝以外の
   部分との間に存在する前記材料の厚みをｄとし、前記光
   導波路用溝の深さをｈとし、導波光の波長をλとして、
   （１）前記Ｎｂが前記Ｎｃより小さくない場合には、前
   記Ｎａ、Ｎｂ、Ｎｃ、ｄ、ｈ、λは、数１及び数２を同
   時に満たし、 【数１】 【数２】 （２）前記Ｎｂが前記Ｎｃより小さい場合には、前記Ｎ
   ａ、Ｎｂ、Ｎｃ、ｄ、ｈ、λは、数３及び数４を同時に
   満たす 【数３】 【数４】 請求項１記載の光導波路。
3. 【請求項３】 前記第２の基板の前記第１の基板に張り
   合わされている面にも光導波路用溝が形成されており、 前記第２の基板の前記光導波路用溝には、前記材料が充
   填されている請求項１記載の光導波路。
4. 【請求項４】 前記第２の基板の前記第１の基板に張り
   合わされている面とは反対側の面に前記材料により張り
   合わされた第３の基板を備え、 前記第３の基板の前記第２の基板に張り合わされている
   面にも光導波路用溝が形成されており、 前記第３の基板の前記光導波路用溝には、前記材料が充
   填されており、 前記材料は、前記第３の基板より高い屈折率を有し、 前記第２の基板の屈折率は、前記第３の基板の屈折率と
   は異なる請求項１記載の光導波路。
5. 【請求項５】 前記材料は、ガラス系材料または樹脂で
   ある請求項１〜４のいずれかに記載の光導波路。
6. 【請求項６】 前記材料は、光硬化性樹脂であり、 前記材料により張り合わせるとは、前記光硬化性樹脂に
   光を照射し、硬化させて張り合わせることである請求項
   ５記載の光導波路。
7. 【請求項７】 前記基板は、ガラス系材料、もしくは樹
   脂を用いて形成されている請求項１〜４のいずれかに記
   載の光導波路。
8. 【請求項８】 前記光導波路用溝の凹凸は、表面に凹凸
   を備えた型材による成形で一括形成されていること特徴
   とする請求項１〜４のいずれかに記載の光導波路。
9. 【請求項９】 第１の基板と、前記第１の基板に張り合
   わせられた第２の基板とを少なくとも備え、前記第１の
   基板および前記第２の基板のうち少なくとも一方の基板
   の前記張り合わせ面に光導波路用溝が形成されている光
   導波路の製造方法であって、 前記第１の基板および前記第２の基板のうち少なくとも
   一方に光を照射して屈折率を変化させることによって前
   記第１の基板の屈折率と前記第２の基板の屈折率とが異
   なるようにし、 屈折率が異なるようにされた前記第１の基板と前記第２
   の基板とを、前記第１の基板の屈折率および前記第２の
   基板の屈折率より高い屈折率を有する材料で接着する光
   導波路の製造方法。
10. 【請求項１０】 第１の基板と、前記第１の基板に張り
    合わせられた第２の基板とを少なくとも備え、前記第１
    の基板および前記第２の基板のうち少なくとも一方の基
    板の前記張り合わせ面に光導波路用溝が形成されている
    光導波路の製造方法であって、 前記第１の基板および前記第２の基板の少なくとも一方
    を加熱し冷却して屈折率を変化させることによって前記
    第１の基板の屈折率と前記第２の基板の屈折率とが異な
    るようにし、 屈折率が異なるようにされた前記第１の基板と前記第２
    の基板とを、前記第１の基板の屈折率および前記第２の
    基板の屈折率より高い屈折率を有する材料で接着する光
    導波路の製造方法。
11. 【請求項１１】 前記材料の屈折率をＮａとし、前記第
    １の基板の屈折率をＮｂとし、前記第２の基板の屈折率
    をＮｃとし、前記第２の基板と前記第１の基板の前記光
    導波路用溝が形成されている面の前記光導波路用溝以外
    の部分との間に存在する前記材料の厚みをｄとし、前記
    光導波路用溝の深さをｈとし、導波光の波長をλとし
    て、（１）前記Ｎｂが前記Ｎｃより小さくない場合に
    は、前記Ｎａ、Ｎｂ、Ｎｃ、ｄ、ｈ、λは、数１及び数
    ２を同時に満たし、 【数１】 【数２】 （２）前記Ｎｂが前記Ｎｃより小さい場合には、前記Ｎ
    ａ、Ｎｂ、Ｎｃ、ｄ、ｈ、λは、数３及び数４を同時に
    満たす 【数３】 【数４】 請求項９または１０に記載の光導波路の製造方法であ
    る。
12. 【請求項１２】 前記第１の基板の屈折率と前記第２の
    基板の屈折率とが異なるようにする際、 他方の基板をも前記一方の基板とは異なる温度で加熱し
    て屈折率を変化させる請求項１０記載の光導波路の製造
    方法。
13. 【請求項１３】 前記第１の基板の屈折率と前記第２の
    基板の屈折率とが異なるようにする際、 前記一方の基板のみならず他方の基板をも加熱し、それ
    ぞれ異なる時間で冷却して屈折率を変化させる請求項１
    ０記載の光導波路の製造方法。
14. 【請求項１４】 前記第１の基板および前記第２の基板
    のうち、少なくとも一方を加熱して軟化させ、表面に凹
    凸を備えた型材を押しつけて前記光導波路用溝を形成す
    る請求項９または１０に記載の光導波路の製造方法。