JP2003004990A - 光導波路の形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 光ファイバ同士もしくは光デバイスとの接続
等における光導波路の形状が調節可能な光導波路の形成
方法を提供する。 【解決手段】 軸方向の両端部側に光ファイバ用Ｖ溝１
１が形成されるとともに、中間部に容器状の樹脂貯留部
１２が形成された石英ガラス製の光ファイバ用基板１３
の片側端部に、発光ダイオードアレイ２０をその素子２
１がＶ溝１１とつきあわされるように固定する。また他
端側のＶ溝１１に、ファイバ１０の出射側の端部を位置
させ、感光性樹脂を基板１３に隙間無く埋め込む。ファ
イバ１０より光を感光樹脂中に照射すると、基板１３お
よび押さえ板１４内で反射されて照射域内に回帰して高
照度となった光により大口径の光導波路が形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光導波路の形成方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、光技術を利用した電子機器、光学
機器等の各種光デバイスは例えば光ファイバ等の光導波
路によって接続されている。その接続には極めて高い位
置精度が要求されるため、自己形成光導波路の技術が開
発されている。その光導波路の形成方法は次のようであ
る。例えばガラス基板の表面にＶ溝を形成したＶ溝基板
の片側端部に例えば光デバイス等の接続端部を突き合わ
せた状態としておくとともに、その接続端部から所定の
距離を介して光ファイバの接続端部をＶ溝内に位置させ
ておき、そのＶ溝内に感光性樹脂を隙間無く埋まるよう
に塗布し、Ｖ溝押さえ板にて光ファイバの接続端部およ
び感光性樹脂を動かないように挟み込んだ状態に保持し
ておく。その状態で、光ファイバを通して感光性樹脂内
に光を照射すると、光ファイバから照射された光の照射
域の感光性樹脂が線状に硬化して光ファイバの先端から
光デバイスの接続端部に連なる光導波路が形成される。
このようにして硬化された感光性樹脂の屈折率は、未硬
化の感光性樹脂またはこれと置換した樹脂との屈折率と
相違させることができるから、光ファイバーと同様な原
理で光を閉じこめる光導波路が完成する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
にして形成される光導波路においては、その直径寸法は
感光性樹脂を貫通する光の直径（所定以上の強度の光が
分布している領域の直径）に依存する。しかるに、光フ
ァイバの先端部分から感光性樹脂中に照射される光は、
先端側ほど拡散して光強度が低下することが避けられな
い。このため、従来の光導波路の形成方法では、自然と
光導波路の径は先端側ほど細くなるという事情があっ
た。

【０００４】このような傾向は、太い光ファイバを細い
光ファイバに接続しようとする場合には好都合である
が、逆に、細い光ファイバを太い光ファイバに接続しよ
うとする場合には、好ましいものではない。また、例え
ば光ファイバを、その径に比べて大きな面積の発光部を
有する光ディバイスに接続しようとする場合には、光導
波路の先端側の直径を十分に広げることができないた
め、結合損失が生じ易いことになる。

【０００５】このように、従来の光導波路の形成方法で
は、形成される光導波路の径を自由に調節できないとい
う問題があった。本発明は上記事情に鑑みてなされたも
のであって、形成される光導波路の直径をある程度の範
囲で自由に調整することができる光導波路の形成方法を
提供することを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段および作用】上記課題を解
決するための請求項１の発明は、樹脂収容部内に感光性
樹脂を収容し、前記感光性樹脂内に光を照射することに
よって光の照射域を線状に硬化させる光導波路の形成方
法であって、前記樹脂収容部内は、前記光の照射域から
周囲に散乱した後に回帰してくる光の回帰率が前記光導
波路の形成方向に沿って異なるようにしたところに特徴
を有する。

【０００７】感光性樹脂内において、光の照射域から周
囲に散乱した後に回帰してくる光が多い場合には、光の
照射域の光の強度が高くなり、所定以上の強度の光が分
布している領域の直径が大きくなるため、形成される光
導波路の直径が大きくなる。逆に、回帰してくる光が少
ない場合には、光の照射域の光の強度は低くなるため、
形成される光導波路の直径は小さくなる。よって、上記
請求項１の発明のように、光導波路の形成方向に沿って
光の回帰率を異なる構成とすることにより、軸方向にお
ける光導波路の直径をある程度の範囲内で調整すること
が可能となる。

【０００８】このように、光導波路の形成方向に沿って
光の回帰率を異ならせる方法のひとつとしては、樹脂収
容部の内面における反射率を変化させる方法がある（請
求項２の発明）。また他の方法としては、光の照射域と
樹脂収容部の内面との距離を変化させる方法がある（請
求項３の発明）。

【０００９】

【発明の実施の形態】光の回帰率を光導波路の形成方向
に沿って異ならせるためのひとつの方法は、上述したよ
うに、樹脂収容部の内面における光の反射率を変化させ
ることである。具体的には、反射率を高くするために
は、光導波路を形成する感光性樹脂よりも低い屈折率を
有する物質にて樹脂収容部の内面を形成すればよい。そ
のようにすると、ある一定の入射角以上の光は樹脂収容
部の内面において全反射されるので、反射率を高めるこ
ととなる。なお、物質によっては照射光を吸収するもの
もあるので、照射光の波長範囲において吸収効率の低い
ものを使用することが好ましい。樹脂収容部の内面を構
成するのに好ましい物質としては、具体的には、照射光
が紫外領域の場合には石英ガラスであり、可視領域であ
れば石英ガラス、ソーダガラス、ホウケイ酸ガラス等で
あり、赤外領域では石英ガラス等である。さらに反射率
を高めたい場合には、樹脂収容部の内面に例えばスパッ
タなどによって金属をコーティングすれば、あらゆる角
度にて入射される照射光をほとんどすべて反射させるこ
とができ、感光性樹脂中に照射される光の強度を高くす
ることができる。

【００１０】一方、反射率を低くするためには、照射光
を吸収させればよく、そのためには、樹脂収容部の内面
を照射光を吸収させる物質にて形成すればよい。具体的
には、照射光が紫外線である場合には、Ｃｅ、Ｇｅなど
紫外線領域にて吸収係数の大きなものドープしたガラス
が効果的であり、紫外から可視領域の場合はＦｅ、Ｃ
ｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｎ等の遷移金属イオンをドープし
た、いわゆる着色ガラスが有効である。まだＣｄＳ−Ｃ
ｄＳｅ混晶系ガラスなどを用いたシャープカットフィル
タなどは、その混晶比によって吸収波長を制御できる。
また、一般に有機材料は無機材料よりも電子遷移や分子
振動に基づく吸収が大きいので、紫外から赤外の領域に
わたり、光を吸収することができる。あるいは、樹脂収
容部の内面を、光導波路を形成する感光性樹脂とほぼ同
じ屈折率を有する物質にて形成すればよい。同じ屈折率
であれば光は反射されないため、反射率は低くなる。

【００１１】また、光の回帰率を光導波路の形成方向に
沿って異ならせるための他の方法は、照射された光を透
過させることである。その一番簡単な方法は、光導波路
が形成される領域の近接に何も置かないことである。領
域の遠方には異物質があってもよく、この場合は反射さ
れる光があっても充分にその強度は減衰するので、形成
される光導波路の形状にはほとんど影響を及ぼさない。

【００１２】上述した内容を確認するために下記の手順
にて実験を行い、光導波路の形成状況について観察を行
った。 ファイバカッタなどで端面処理を施したＧＩ型石英
製マルチモードファイバ（フジクラ化成社製；コア／ク
ラッド＝５０μｍ／１２５μｍ）を１ｍ程度用意した。

【００１３】 ファイバの片端より、高圧水銀ランプ
を光源とした紫外線照射装置（松下マシンアンドビジョ
ン社製、５２５２Ｌ）より紫外線を入射した。ファイバ
の出射端から出射される紫外線照度を紫外線照度計（ウ
シオ電機社製ＵＩＴ−１５０）を用いて０．７〜０．８
ｍＷ／ｃｍ^２になるように、高圧水銀にランプの照射強
度を調整した。

【００１４】＜自由空間での形成＞ −Ａ 長さ１ｃｍ、内径６ｍｍ程度のアクリル製の筒
を用意し、底面をスライドガラス上に接着剤にて固定し
た。筒内部に紫外線を照射することによりラジカル重合
を起こす紫外線硬化型樹脂（ロックタイト社製Ｌｏｃｔ
ｉｔｅ３５８）を注ぎこみ、出射側のファイバ端を樹脂
の中に入れた。ファイバは筒の中心部あたりに位置さ
せ、動かないように固定した。

【００１５】＜ガラスＶ溝中の形成＞ −Ｂ 出射側のファイバの端部を石英ガラス製の光フ
ァイバ用Ｖ溝基板（モリテックス社製石英Ｖ溝）に位置
させ、さらにそのファイバの端部全体に、上記紫外線硬
化型樹脂を隙間無く埋まる様に塗布した。石英製Ｖ溝押
さえ板にてファイバの端部および紫外線硬化型樹脂を動
かない様に挟み込んだ。

【００１６】 −ＡおよびＢの状態にファイバを保
持したまま、にて照度を調整した紫外線をファイバの
出射端より紫外線硬化型樹脂中に照射した。

【００１７】上記〜の操作を行い、ファイバの出射
端より自己形成される光導波路を観察したところ、−
ＡおよびＢのいずれの方法においても１０秒で約１．５
ｍｍの光導波路が形成されることが顕微鏡（キーエンス
社製ＶＨ−７０００）上確認された。

【００１８】また、可視光をファイバの出射端より照射
し、光導波路からの漏光を観察することによっても、光
導波路の形状に沿って漏光が観察され、出射した光が光
導波路内に閉じこめられていることを確認した。

【００１９】さらに上記のように形成した光導波路の軸
方向における径の変化を確認したところ、いずれも出射
端近傍の光導波路の径はファイバのコアと同じく５０μ
ｍ程度であり、出射端近傍から離れるにつれて少しずつ
太くなり、５００μｍから６００μｍ離れたところでは
径が６０μｍ程度であった。しかし−Ａに示した方法
にて作製した光導波路はその後徐々に細くなり、１ｍｍ
付近の径は約４５μｍ、１．２ｍｍ付近の径は約３０μ
ｍであった。一方、−Ｂで作製した光導波路は１ｍｍ
付近の径は約６５μｍ、１．２ｍｍ付近でも約５０μｍ
の径を保持していた。

【００２０】上記実験結果からわかるように、紫外線の
照射域とアクリル製の筒との間に距離を設けた−Ａに
おいては、照射域内に回帰する光の強度が非常に弱いた
め、先端側ほど光の強度が徐々に低下して形成される光
導波路の径が小さくなる。これに対し、紫外線を反射す
る石英製のＶ溝基板のＶ溝中に紫外線を照射した−Ｂ
においては、照射域から散乱した光はＶ溝および押さえ
板表面で反射され、照射域内に回帰して光の強度が高く
なるため、径の大きい光導波路が得られる。

【００２１】

【実施例】以下、上記実験の結果をふまえて本発明を具
体化した実施例について図１ないし図９を参照して説明
する。手順は次の通りである。 （I）ファイバカッタなどで端面処理を施したＧＩ型石
英製マルチモードファイバ１０（フジクラ化成社製；コ
ア／クラッド＝５０μｍ／１２５μｍ）を１ｍ程度用意
した。

【００２２】（II）ファイバ１０の片端より、高圧水銀
ランプを光源とした紫外線照射装置（松下マシンアンド
ビジョン社製、５２５２Ｌ）より紫外線を入射した。フ
ァイバ１０の出射端から出射される紫外線照度を紫外線
照度計（ウシオ電機社製ＵＩＴ−１５０）を用いて０．
７〜０．８ｍＷ／ｃｍ^２になるように、高圧水銀にラン
プの照射強度を調整した。

【００２３】＜第１実施例＞ 発光ダイオードアレイと
の接続（I） （III）−Ａ 図１ないし図５に示すような、軸方向の
両端部側に光ファイバ用Ｖ溝１１が形成されるととも
に、中間部に底深に開放された容器状の樹脂貯留部１２
が形成された石英ガラス製の光ファイバ用基板１３を用
意した。この光ファイバ用基板１３の片側端部に、発光
ダイオードアレイ２０を、発光ダイオードの素子２１が
光ファイバ用基板１３のＶ溝１１とつきあわされるよう
に固定した（図１および図２参照）。また光ファイバ用
基板１３の他端側のＶ溝１１に、ファイバ１０の出射側
の端部を、発光ダイオードの素子２１との間の距離が約
１ｍｍとなるように位置させた。さらにファイバ１０の
端部付近から発光ダイオードアレイ２０側（図中右側）
に、紫外線を照射することによりラジカル重合を起こす
紫外線硬化型樹脂（ロックタイト社製Ｌｏｃｔｉｔｅ３
５８）を隙間無く埋め込んだ（図示せず）。石英製押さ
え板１４にてファイバ１０の端部および紫外線硬化型樹
脂を動かない様に挟み込んだ。

【００２４】＜第２実施例＞ フォトダイオードアレイ
との接続 （III）−Ｂ 図６および図７に示すような、軸方向の
片端部側に光ファイバ用Ｖ溝１１が形成されるととも
に、他端部側に底深の樹脂貯留部１２が形成された石英
ガラス製の光ファイバ用Ｖ溝基板１３の樹脂貯留部１２
側に、フォトダイオードアレイ３０を、その素子３１が
光ファイバ用基板１３と突き合わされる向きに固定し
た。また、光ファイバ用Ｖ溝基板１３の他端部側のＶ溝
１１に、ファイバ１０の出射側の端部を、フォトダイオ
ードの素子１７との間の距離が約１ｍｍとなるように位
置させた。さらにファイバ１０の端部付近からフォトダ
イオードアレイ３０側（図中右側）に、上記第１実施形
態と同様の紫外線硬化型樹脂を隙間無く埋まる様に塗布
した（図示せず）。石英製押さえ板１４にてファイバ１
０の端部および紫外線硬化型樹脂を動かない様に挟み込
んだ。

【００２５】＜第３実施例＞ 発光ダイオードアレイと
の接続（II） （III）−Ｃ 図８および図９に示すような、軸方向の
片端部側の溝内に金属膜１５が形成された石英ガラス製
の光ファイバ用Ｖ溝基板１３の片端に、発光ダイオード
アレイ２０を固定した。また、光ファイバ用Ｖ溝基板１
３の他端部側のＶ溝１１に、ファイバ１０の出射側の端
部を、発光ダイオードの素子２１との間の距離が約１ｍ
ｍとなるように位置させた。さらにファイバ１０の端部
付近から発光ダイオードアレイ２０側（図中右側）に、
上記第１実施形態と同様の紫外線硬化型樹脂を隙間無く
埋まる様に塗布した（図示せず）。上記Ｖ溝基板１３の
金属膜１５と対応する位置に同じく金属膜が形成された
石英製押さえ板１４にてファイバ１０の端部および紫外
線硬化型樹脂を動かない様に挟み込んだ。

【００２６】（IV）（III）−Ａ〜Ｃの状態にファイバ
１０を保持したまま、（II）にて照度を調整した紫外線
をファイバ１０の出射端より紫外線硬化型樹脂中に照射
した。

【００２７】上記（I）〜（IV）の操作を行い、ファイ
バ１０の出射端より自己形成される光導波路を観察した
ところ、（III）−Ａ〜Ｃのいずれの方法においてもフ
ァイバ１０と発光ダイオードアレイ２０あるいはフォト
ダイオードアレイ３０の素子２１，３１との間に光導波
路が形成されることが顕微鏡（キーエンス社製ＶＨ−７
０００）上確認された。

【００２８】また可視光をファイバ１０の出射端より照
射し、光導波路からの漏光を観察することによっても、
光導波路の形状に沿って漏光が観察され、出射した光が
光導波路内に閉じこめられていることを確認した。

【００２９】さらに上記のように形成し、顕微鏡により
上部観察された光導波路の軸方向の径を確認したとこ
ろ、上記予備実験と同様にいずれも出射端近傍の光導波
路の径は５０μｍ程度であり、５００μｍから６００μ
ｍ離れたところでは径が６０μｍ程度であった。また、
第１実施例および第３実施例で作製した光導波路は、発
光ダイオードの素子２１の近傍での径が約６５μｍ、７
５μｍであり、素子２１の径とほぼ同等かそれ以上であ
った。一方、第２実施例では徐々に細くなり、フォトダ
イオードの素子３１の近傍で約４５μｍであり、素子３
１の径とほぼ同等かそれ以下であった。

【００３０】＜他の実施例＞本発明は上記記述及び図面
によって説明した実施例に限定されるものではなく、例
えば次のような実施例も本発明の技術的範囲に含まれ、
さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変
更して実施することができる。

【００３１】（１）上記実施例では、２００ｎｍ〜５０
０ｎｍの波長範囲に分光分布を持つ紫外線を高圧水銀ラ
ンプにより照射したが、レーザ等の単色光を照射しても
よい。

【００３２】（２）上記実施例では、光ファイバと光デ
バイスとを接続させる方法を述べたが、これに限らず、
径の異なる光ファイバ同士を光結合させる場合に適用さ
せてもよい。またその場合には、両方の光ファイバから
相手側の光ファイバに向けて照射させる構成としてもよ
い。

【００３３】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、光導
波路の形成方向に沿って、樹脂収容部の内面における光
の反射率を異なるようにしたり、あるいは感光性樹脂中
に照射される光の照射域と樹脂収容部の内面との距離を
異なるようにしておくことにより、感光性樹脂中の光導
波路の形成路に回帰される光の強度を調節することが可
能となる。すなわち、形成される光導波路の形状をある
程度の範囲で自由に調整することが可能となり、面積の
異なるファイバや光デバイスを結合効率よく光結合させ
ることができるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態の光導波路の形成方法を
示す概略図

【図２】同じく図１のＡ−Ａ断面図

【図３】同じく図１のＢ−Ｂ断面図

【図４】同じく図１のＣ−Ｃ断面図

【図５】同じく図１のＤ−Ｄ断面図

【図６】本発明の第２実施形態の光導波路の形成方法を
示す概略図

【図７】同じく図６のＥ−Ｅ断面図

【図８】本発明の第３実施形態の光導波路の形成方法を
示す概略図

【図９】同じく図８のＦ−Ｆ断面図

【符号の説明】

１０…ファイバ １１…光ファイバ用Ｖ溝（樹脂収容部） １２…樹脂貯留部（樹脂収容部） １３…光ファイバ用基板 １４…押さえ板 １５…金属膜

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 樹脂収容部内に感光性樹脂を収容し、前
   記感光性樹脂内に光を照射することによって光の照射域
   を線状に硬化させる光導波路の形成方法であって、 前記樹脂収容部内は、前記光の照射域から周囲に散乱し
   た後に回帰してくる光の回帰率が前記光導波路の形成方
   向に沿って異なるようにしたことを特徴とする光導波路
   の形成方法。
2. 【請求項２】 前記光の回帰率は、前記樹脂収容部の内
   面における光の反射率を前記光導波路の形成方向に沿っ
   て変化させることで異ならせてあることを特徴とする請
   求項１記載の光導波路の形成方法。
3. 【請求項３】 前記光の回帰率は、前記光の照射域と前
   記樹脂収容部の内面との距離を前記光導波路の形成方向
   に沿って変化させることで異ならせてあることを特徴と
   する請求項１記載の光導波路の形成方法。