JP2003043273A - Photonic crystal waveguide and method for manufacturing the same - Google Patents

Photonic crystal waveguide and method for manufacturing the same

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JP2003043273A
JP2003043273A JP2001227980A JP2001227980A JP2003043273A JP 2003043273 A JP2003043273 A JP 2003043273A JP 2001227980 A JP2001227980 A JP 2001227980A JP 2001227980 A JP2001227980 A JP 2001227980A JP 2003043273 A JP2003043273 A JP 2003043273A
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refractive index
photonic crystal
layer
region
polymer layer
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Katsuyuki Imoto
克之 井本
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Hitachi Cable Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a compact photonic crystal waveguide which is small and low in loss and to provide a method for manufacturing the waveguide. SOLUTION: The refractive index of a region 5 which is not irradiated with a ultraviolet laser beam spot becomes relatively higher an a waveguide is formed by forming a lowered refractive index region 4 in a matrix pattern by making a part, which is not made into an optical path of a polymer layer for photo bleaching, directly irradiated with a lot of ultraviolet laser beam spots with prescribed spaces S1 and S2, thus a compact waveguide having low loss is obtained without using a conventional photolithography or a etching process.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、フォトニック結晶
導波路及びその製造方法に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a photonic crystal waveguide and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、超小形光回路を実現する技術とし
て、フォトニック結晶を用いた研究が盛んに行なわれる
ようになってきた。フォトニック結晶とは、ある波長の
光を全く通さなかったり、わずかの波長の変化で光の屈
折率が大きく変わるといった、ユニークな光学特性を示
す人工材料といわれている。
2. Description of the Related Art In recent years, research using photonic crystals has been actively conducted as a technique for realizing a micro optical circuit. Photonic crystals are said to be artificial materials that have unique optical properties, such that they do not allow light of a certain wavelength to pass through at all, or the refractive index of light changes significantly with a slight change in wavelength.

【0003】図13(a)〜(f)はフォトニック結晶
の外観斜視図である。
13 (a) to 13 (f) are external perspective views of the photonic crystal.

【0004】図13(a)はエアギャップ型構造を示
し、ウエットエッチングにより形成され、図13(b)
は深い回折格子構造を示し、ドライエッチングにより形
成される。図13(a)、(b)は共に1次元フォトニ
ック結晶である。図13(c)は垂直孔型構造を示し、
ドライエッチング陽極化成により形成され、図13
(d)はピラー型構造を示し、ドライエッチング選択成
長により形成される。図13(c)、(d)は共に2次
元フォトニック結晶である。図13(e)は斜め孔型構
造を示し、ドライエッチングにより形成され、図13
(f)は積み木型構造を示し、張り付けにより形成され
る。図13(e)、(f)は共に3次元フォトニック結
晶である。図中矢印は光の進行方向を示す。
FIG. 13A shows an air gap type structure, which is formed by wet etching.
Indicates a deep diffraction grating structure and is formed by dry etching. Both FIGS. 13A and 13B are one-dimensional photonic crystals. FIG. 13C shows a vertical hole type structure,
It is formed by dry etching anodization and is shown in FIG.
(D) shows a pillar structure, which is formed by dry etching selective growth. Both (c) and (d) of FIG. 13 are two-dimensional photonic crystals. FIG. 13E shows an oblique hole type structure, which is formed by dry etching.
(F) shows a building block structure, which is formed by pasting. Both (e) and (f) of FIG. 13 are three-dimensional photonic crystals. The arrow in the figure indicates the traveling direction of light.

【0005】これらのフォトニック結晶の中で、図13
(c)、(d)に示す2次元フォトニック結晶は、基板
上に孔や柱を形成したものが典型的な例である。図13
(e)、(f)に示す3次元フォトニック結晶は、立体
的なモザイク構造からなり、角材状の結晶を積み重ねた
ものや、小さな球を重ねたものなどがある。すなわち、
2種類の媒質の屈折率の差が大きくて、周期構造がある
条件を満たすと、特定の波長の光が全く伝達しなくな
り、外部からの光は結晶に進入できずに反射されてしま
う。この波長の範囲がフォトニックバンドギャップと言
われている。
Among these photonic crystals, FIG.
The two-dimensional photonic crystal shown in (c) and (d) is typically one in which holes or columns are formed on a substrate. FIG.
The three-dimensional photonic crystals shown in (e) and (f) have a three-dimensional mosaic structure, and there are a stack of rectangular crystals and a stack of small spheres. That is,
When the difference in refractive index between the two types of media is large and the periodic structure satisfies certain conditions, light of a specific wavelength cannot be transmitted at all, and light from the outside cannot enter the crystal and is reflected. This range of wavelength is called the photonic bandgap.

【0006】図14はフォトニック結晶の他の従来例を
示す外観図である。
FIG. 14 is an external view showing another conventional example of a photonic crystal.

【0007】これは、Si基板50上に形成した石英ガ
ラス膜51中に複数の屈折率変化領域52を所定の間隔
を隔てて面方向に形成し、その屈折率変化領域の中に屈
折率変化領域52の存在しない領域(以下「欠如領域」
という。)53を設けることにより、光ファイバ54−
1からの光信号55−1を欠如領域53の一方の端面
(図では下側)からその欠如領域53内を通して他方の
端面(図では上側)から光ファイバ54−2を通して光
信号55−2を取り出すようにしたフォトニック結晶導
波路である。
This is because a plurality of refractive index changing regions 52 are formed in a plane direction at a predetermined interval in a quartz glass film 51 formed on a Si substrate 50, and the refractive index changing regions are formed in the refractive index changing regions. Area where the area 52 does not exist (hereinafter referred to as “absent area”)
Say. ) 53, the optical fiber 54-
The optical signal 55-1 from 1 is passed from one end face (lower side in the figure) of the lack region 53 through the lack region 53 and the optical signal 55-2 from the other end face (upper side in the diagram) through the optical fiber 54-2. It is a photonic crystal waveguide that is taken out.

【0008】他方、光インターコネクション技術の進展
により、装置間をファイバで並列光伝送する方式が実用
段階に入ってきた。次世代方式として、ボード内やLS
Iチップ間を光信号により並列伝送する方式が本格的に
検討されるようになってきた。この並列伝送方式を実現
するためには、伝送路として、光ファイバの代りに導波
路を用いる必要がある。この導波路として、ポリマ材料
を用いたポリマ導波路が有力視されている。
On the other hand, with the progress of optical interconnection technology, a method of parallel optical transmission between devices by means of fiber has entered a practical stage. As a next-generation system, in-board or LS
A method for parallel transmission of optical signals between I-chips has been studied in earnest. In order to realize this parallel transmission method, it is necessary to use a waveguide as a transmission line instead of an optical fiber. As this waveguide, a polymer waveguide using a polymer material is considered to be promising.

【0009】ポリマ材料を用いたポリマ導波路は、低温
プロセスで簡単に作製することができるので、ガラス材
料を用いた導波路に比して、低コスト化、大型サイズ化
の点で優位性が期待できると考えられている。このよう
なポリマ導波路は、種々の基板の上に、有機溶媒に溶け
たポリマ溶液をスピンコーティング法、押し出しコーテ
ィング法等で塗布し、その後、低温(≦300℃)で加
熱してポリマ膜とし、フォトリソグラフィやエッチング
プロセスを用いて略矩形断面形状の高屈折率のコア用ポ
リマパターンを得た後に、そのコアパターンを覆うよう
に低屈折率のポリマ膜を形成することで得られる。
Since a polymer waveguide using a polymer material can be easily manufactured by a low temperature process, it is superior to a waveguide using a glass material in terms of cost reduction and large size. It is believed to be promising. Such a polymer waveguide is formed by coating a polymer solution dissolved in an organic solvent on various substrates by a spin coating method, an extrusion coating method or the like, and then heating at a low temperature (≦ 300 ° C.) to form a polymer film. After obtaining a high-refractive-index polymer pattern for a core having a substantially rectangular cross-section using a photolithography or etching process, a low-refractive-index polymer film is formed so as to cover the core pattern.

【0010】また、フォトレジスト膜のパターニング技
術の一案として、フォトマスクを用いないでフォトレジ
スト膜の上に紫外線レーザビームを直接に照射してフォ
トレジスト膜を所望パターンに露光する方法が開発され
ている。
Further, as a technique for patterning a photoresist film, a method has been developed in which an ultraviolet laser beam is directly irradiated onto the photoresist film without using a photomask to expose the photoresist film in a desired pattern. ing.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
のフォトニック結晶を用いた光回路は、まだ研究段階で
あり、多くの解決しなければならない課題がある。また
ポリマ導波路にも実用化に対しては多くの課題が存在し
ている。これらの課題を以下に示す。
However, the above-mentioned conventional optical circuit using the photonic crystal is still in the research stage, and there are many problems to be solved. In addition, polymer waveguides also have many problems for practical use. These issues are shown below.

【0012】(1)フォトニック結晶を容易に製造する
ことができる構造及びその製造方法はまだ見出されてい
ない。
(1) A structure capable of easily manufacturing a photonic crystal and a manufacturing method thereof have not been found yet.

【0013】(2)また低損失なフォトニック結晶型光
回路も見出されていない。
(2) Also, a low-loss photonic crystal type optical circuit has not been found.

【0014】(3)ポリマ導波路の損失のトップデータ
として、今までに0.1dB/cmが報告されている
が、この値はガラス導波路に比してまだ損失が大きく、
ガラス導波路の代替え候補にはならない。従来のポリマ
導波路構造及び製造方法では0.1dB/cm以下に低
損失化することは難しい。
(3) As the top data of the loss of the polymer waveguide, 0.1 dB / cm has been reported so far, but this value still has a large loss as compared with the glass waveguide.
It is not an alternative candidate for glass waveguides. It is difficult to reduce the loss to 0.1 dB / cm or less by the conventional polymer waveguide structure and manufacturing method.

【0015】第1の低損失化が難しい理由として、ま
ず、ポリマ導波路の損失の中で、コア側面の荒れによる
散乱損失が極めて大きいことが挙げられる。これの対策
として、フォトレジスト膜のパターニングに、フォトマ
スクを用いないでフォトレジスト膜の上に紫外線レーザ
ビームを直接に照射してフォトレジスト膜を所望パター
ンに露光する方法を応用することが考えられる。
The first reason why it is difficult to reduce the loss is that scattering loss due to roughness of the side surface of the core is extremely large among the losses of the polymer waveguide. As a countermeasure against this, it is conceivable to apply a method of directly irradiating the photoresist film with an ultraviolet laser beam onto the photoresist film in a desired pattern without using a photomask for patterning the photoresist film. .

【0016】しかし、その後に上記パターンをマスクに
してエッチングしなければならないために、エッチング
による側面荒れが必然的に生じてしまい、結果的に低損
失化は難しい。
However, since the pattern must be used as a mask for etching after that, side surface roughness is inevitably caused by etching, and as a result, it is difficult to reduce the loss.

【0017】第2の低損失化が難しい理由として、ポリ
マ材料固有の吸収基(CH基、OH基)に依存する吸収
損失が存在していることが挙げられる。この吸収損失を
低減する対策として、ポリマのフッ素化、あるいは重水
素化を図る試みが行なわれているが、耐熱性の劣化、成
膜の難しさ等の課題が有り、まだ実用的なものは得られ
ていない。
The second reason why it is difficult to reduce the loss is that there is an absorption loss depending on the absorption groups (CH group, OH group) peculiar to the polymer material. As a measure to reduce this absorption loss, attempts have been made to fluorinate or deuterate polymers, but there are problems such as deterioration of heat resistance and difficulty of film formation. Not obtained.

【0018】(4)導波路表面、あるいは裏面、更には
内部に電子部品、電子回路、光部品、光回路等をハイブ
リッド実装する際には半田を用いている。しかし、現状
である程度の低損失特性(0.2dB/cm程度)を期
待できるポリマ材料を用いた導波路は耐熱性が悪く、半
田リフロー温度(Au/Sn半田のリフロー温度:>2
80℃)に耐えることが難しく、また280℃以上の温
度で実装、処理されると、導波路に用いているポリマの
屈折率が変化してしまい、導波路の光学特性が大幅に変
わって使用できなくなってしまう。
(4) Solder is used when hybrid mounting electronic parts, electronic circuits, optical parts, optical circuits, etc. on the front surface or the back surface of the waveguide, and further inside. However, at present, a waveguide using a polymer material, which can be expected to have a low loss characteristic (about 0.2 dB / cm) to some extent, has poor heat resistance, and the solder reflow temperature (Au / Sn solder reflow temperature:> 2
It is difficult to withstand 80 ° C), and when mounted and processed at a temperature of 280 ° C or higher, the refractive index of the polymer used for the waveguide will change, and the optical characteristics of the waveguide will change drastically. I can not do it.

【0019】これとは逆に耐熱特性を期待できるポリマ
材料を用いた導波路では損失が大きかったり、偏波依存
性があったりして実用上問題がある。
On the contrary, a waveguide using a polymer material, which is expected to have heat resistance, has a problem in practical use because of large loss and polarization dependence.

【0020】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、小型で低損失のフォトニック結晶導波路及びその製
造方法を提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to solve the above problems and provide a small-sized and low-loss photonic crystal waveguide and a manufacturing method thereof.

【0021】[0021]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明のフォトニック結晶導波路は、基板上に低屈折
率層が設けられ、その低屈折率層の表面若しくは内部に
高屈折率のフォトブリーチング用のポリマ層が設けられ
ており、ポリマ層内にポリマ層の吸収波長近傍の波長の
紫外線レーザビームがポリマ層の面方向に所定の間隔で
照射されて屈折率の低下した屈折率低下領域がマトリッ
クス状に形成されたフォトニック結晶導波路であって、
屈折率低下領域の中の一部が欠落すると共に、その欠落
した領域が形成する欠落パターンがポリマ層の面方向に
直線、曲線パターン、あるいはこれらの組み合わせたも
のからなり、光信号は欠落パターンに沿ってポリマ層内
を伝搬するものである。
In order to achieve the above object, the photonic crystal waveguide of the present invention is provided with a low refractive index layer on a substrate, and a high refractive index is provided on the surface or inside of the low refractive index layer. Is provided with a polymer layer for photobleaching, and an ultraviolet laser beam having a wavelength in the vicinity of the absorption wavelength of the polymer layer is irradiated at a predetermined interval in the plane direction of the polymer layer to reduce the refractive index. A photonic crystal waveguide in which the index reduction region is formed in a matrix,
A part of the low-refractive-index area is missing, and the missing pattern formed by the missing area consists of straight lines, curved patterns, or a combination thereof in the plane direction of the polymer layer. It propagates along the inside of the polymer layer.

【0022】上記構成に加え本発明のフォトニック結晶
導波路に用いられる紫外線レーザビームのビームスポッ
ト径は2μm以下であるのが好ましい。
In addition to the above structure, the beam spot diameter of the ultraviolet laser beam used in the photonic crystal waveguide of the present invention is preferably 2 μm or less.

【0023】上記構成に加え本発明のフォトニック結晶
導波路の屈折率低下領域の形状は略円形であるのが好ま
しい。
In addition to the above structure, the shape of the refractive index decreasing region of the photonic crystal waveguide of the present invention is preferably substantially circular.

【0024】上記構成に加え本発明のフォトニック結晶
導波路の屈折率低下領域は直線部が所望間隔で平行に配
列されているのが好ましい。
In addition to the above structure, it is preferable that the refractive index decreasing region of the photonic crystal waveguide of the present invention has straight portions arranged in parallel at desired intervals.

【0025】上記構成に加え本発明のフォトニック結晶
導波路に用いられる紫外線レーザの波長は250nmか
ら445nmの範囲内であるのが好ましい。
In addition to the above structure, the wavelength of the ultraviolet laser used in the photonic crystal waveguide of the present invention is preferably in the range of 250 nm to 445 nm.

【0026】上記構成に加え本発明のフォトニック結晶
導波路に用いられる紫外線レーザには連続発振レーザか
パルスレーザが用いられているのが好ましい。
In addition to the above structure, it is preferable that a continuous wave laser or a pulse laser is used as the ultraviolet laser used in the photonic crystal waveguide of the present invention.

【0027】上記構成に加え本発明のフォトニック結晶
導波路の紫外線レーザビームの照射されていない非照射
領域の幅及び屈折率低下領域の幅は0.1μm以上4μ
m以下であるのが好ましい。
In addition to the above structure, the width of the non-irradiated region of the photonic crystal waveguide of the present invention which is not irradiated with the ultraviolet laser beam and the width of the refractive index lowered region are 0.1 μm or more and 4 μm or more.
It is preferably m or less.

【0028】上記構成に加え本発明のフォトニック結晶
導波路の高屈折率のフォトブリーチング用のポリマ層に
はポリシラン化合物、ポリシラン化合物にシリコーン化
合物、シリコーン化合物と光酸発生剤を添加したもの、
あるいはニトロンを添加したシリコーン化合物等が用い
られているのが好ましい。
In addition to the above constitution, the polymer layer for photobleaching of the high refractive index of the photonic crystal waveguide of the present invention has a polysilane compound, a polysilane compound added with a silicone compound, a silicone compound and a photo-acid generator,
Alternatively, a nitrone-added silicone compound or the like is preferably used.

【0029】上記構成に加え本発明のフォトニック結晶
導波路の屈折率低下領域は基板上に少なくとも2層積層
されたフォトブリーチング用のポリマ層内にそれぞれ形
成されており、ポリマ層内に3次元的に光伝搬する光
路、あるいは光回路が形成されているのが好ましい。
In addition to the above structure, the refractive index lowering region of the photonic crystal waveguide of the present invention is formed in each of the photobleaching polymer layers laminated on at least two layers on the substrate, and 3 in the polymer layer. It is preferable that an optical path or an optical circuit for dimensionally propagating light is formed.

【0030】上記構成に加え本発明のフォトニック結晶
導波路は紫外線レーザビームが照射されず光伝搬層とな
るポリマ層の表面若しくは内部にポリマ層の吸収波長か
ら長波長側にシフトした超短パルスレーザビームが集
光、照射されてそのポリマ層の屈折率が高屈折率化して
いるのが好ましい。
In addition to the above structure, the photonic crystal waveguide of the present invention is an ultrashort pulse obtained by shifting the absorption wavelength of the polymer layer to the long wavelength side on the surface or inside of the polymer layer which is not irradiated with the ultraviolet laser beam and becomes the light propagation layer. It is preferable that the laser beam is condensed and irradiated to increase the refractive index of the polymer layer.

【0031】上記構成に加え本発明のフォトニック結晶
導波路の屈折率低下領域には孔が形成されていてもよ
い。
In addition to the above structure, holes may be formed in the refractive index decreasing region of the photonic crystal waveguide of the present invention.

【0032】本発明のフォトニック結晶導波路の製造方
法は、基板上に低屈折率層を形成する低屈折率層形成工
程、低屈折率層の上に高屈折率のフォトブリーチング用
のポリマ層を形成するポリマ層形成工程、ポリマ層の上
から所望幅の光伝搬領域を確保するように光伝搬領域の
両側に紫外線レーザビームを照射して屈折率低下領域を
形成する低屈折率領域形成工程、からなるものである。
The method of manufacturing a photonic crystal waveguide of the present invention comprises a low refractive index layer forming step of forming a low refractive index layer on a substrate, and a high refractive index polymer for photobleaching on the low refractive index layer. Polymer layer forming step of forming a layer, low refractive index region formation by irradiating an ultraviolet laser beam on both sides of the light propagation region so as to secure a light propagation region of a desired width from above the polymer layer, and forming a low refractive index region The process consists of:

【0033】本発明のフォトニック結晶導波路の製造方
法は、基板上に低屈折率層を形成する低屈折率層形成工
程、低屈折率層の上に高屈折率のフォトブリーチング用
ポリマ層を形成するポリマ層形成工程、ポリマ層の上か
ら所望幅の光伝搬領域を確保するように光伝搬領域の両
側に紫外線レーザビームを照射して屈折率低下領域を形
成する低屈折率領域形成工程、ポリマ層の上に低屈折率
の上部クラッド層を形成する上部クラッド層形成工程、
からなるものである。
The method of manufacturing a photonic crystal waveguide of the present invention comprises a low refractive index layer forming step of forming a low refractive index layer on a substrate, and a high refractive index polymer layer for photobleaching on the low refractive index layer. Forming a polymer layer, a low-refractive-index region forming step of irradiating an ultraviolet laser beam on both sides of the light-propagating region so as to secure a light-propagating region of a desired width from above the polymer layer to form a low-refractive-index region An upper clad layer forming step of forming a lower refractive index upper clad layer on the polymer layer,
It consists of

【0034】本発明のフォトニック結晶導波路の製造方
法は、基板上に低屈折率層を形成する低屈折率層形成工
程、低屈折率層の上に高屈折率のフォトブリーチング用
ポリマ層を形成するポリマ層形成工程、ポリマ層の上に
低屈折率の上部クラッド層を形成する上部クラッド層形
成工程、ポリマ層の上から所望幅の光伝搬領域を確保す
るように光伝搬領域の両側に紫外線レーザビームを照射
して屈折率低下領域を形成する低屈折率領域形成工程、
からなるものである。
The method of manufacturing a photonic crystal waveguide according to the present invention comprises a low refractive index layer forming step of forming a low refractive index layer on a substrate, and a high refractive index polymer layer for photobleaching on the low refractive index layer. Forming a polymer layer, forming an upper clad layer having a low refractive index on the polymer layer, forming an upper clad layer on both sides of the light propagating region so as to secure a light propagating region of a desired width from above the polymer layer. A low-refractive-index region forming step of irradiating an ultraviolet laser beam onto the low-refractive-index region
It consists of

【0035】上記構成に加え本発明のフォトニック結晶
導波路の製造方法は、屈折率低下領域を少なくとも1回
のレーザビーム走査で形成するのが好ましい。
In addition to the above structure, in the method of manufacturing the photonic crystal waveguide of the present invention, it is preferable that the low refractive index region is formed by scanning the laser beam at least once.

【0036】上記構成に加え本発明のフォトニック結晶
導波路の製造方法は、紫外線レーザビームの照射されて
いない領域からなる直線パターン、曲線パターン、及び
これらの組み合わせパターンを基板か上記レーザビーム
のいずれか一方の相対的移動によって形成してもよい。
In addition to the above structure, in the method of manufacturing a photonic crystal waveguide of the present invention, a straight line pattern, a curved line pattern, and a combination pattern of the regions not irradiated with the ultraviolet laser beam are formed on the substrate or the laser beam. It may be formed by relative movement of either one.

【0037】上記構成に加え本発明のフォトニック結晶
導波路の製造方法は、高屈折率のフォトブリーチング用
ポリマ層にはポリシラン化合物、ポリシラン化合物にシ
リコーン化合物、あるいはシリコーン化合物と光酸発生
剤を添加したもの、ニトロンを添加したシリコーン化合
物等を用いるのが好ましい。
In addition to the above-mentioned constitution, in the method for producing a photonic crystal waveguide of the present invention, a polysilane compound, a polysilane compound and a silicone compound, or a silicone compound and a photo-acid generator are used in the high refractive index polymer layer for photobleaching. It is preferable to use the added one, the nitrone-added silicone compound, or the like.

【0038】上記構成に加え本発明のフォトニック結晶
導波路の製造方法は、レーザ直接描画導波路を基板上に
少なくとも2層積層してもよい。
In addition to the above structure, in the method of manufacturing the photonic crystal waveguide of the present invention, at least two layers of the laser direct writing waveguide may be laminated on the substrate.

【0039】上記構成に加え本発明のフォトニック結晶
導波路の製造方法は、所望径の紫外線レーザビームを照
射して屈折率の低下した領域に孔を形成してもよい。
In addition to the above structure, in the method of manufacturing the photonic crystal waveguide of the present invention, a hole may be formed in a region where the refractive index is lowered by irradiating an ultraviolet laser beam having a desired diameter.

【0040】本発明は、フォトブリーチング用のポリマ
層の光路としない部分に、ポリマ層の吸収波長近傍(吸
収波長と等しい波長を含む)の多数の紫外線レーザビー
ムスポットを所定の間隔で直接照射して屈折率の低下し
た領域をマトリクス状に形成することにより、紫外線レ
ーザビームスポットの照射されない領域が相対的に高屈
折率となり、導波路を形成するので、従来のようなフォ
トリソグラフィやエッチングプロセスを用いないで、小
型で低損失の導波路を形成することができる。
According to the present invention, a large number of ultraviolet laser beam spots in the vicinity of the absorption wavelength of the polymer layer (including a wavelength equal to the absorption wavelength) are directly irradiated to a portion of the polymer layer for photobleaching which is not used as an optical path at predetermined intervals. As a result, the regions where the ultraviolet laser beam spot is not irradiated have a relatively high refractive index and the waveguides are formed by forming the regions in which the refractive index is lowered in a matrix shape. A small-sized and low-loss waveguide can be formed without using.

【0041】フォトブリーチング用ポリマ層として、例
えばポリシラン化合物を用いれば、そのポリマ層に波長
266nmのDeep UVの紫外線レーザビームを照
射することにより、照射前の屈折率に対して照射後の屈
折率を比屈折率差で最大8%程度低くすることができ
る。また紫外線レーザとして、波長800nmで発振す
る超短パルスレーザの第3高調波(波長266nm)を
用い、パルス幅を1000fs以下にすることにより、
そのパルス幅内で極めて大きなエネルギーを得ることが
できるので、所定の間隔で面方向にマトリックス状に構
成した屈折率低下領域に孔を開けることができ、より一
層の大きな屈折率変化構造を実現することができ、更な
る小型のフォトニック結晶導波路を実現することが可能
となる。なお、孔開けの制御はレーザビームの平均出力
値、パルス幅、くり返し周波数、基板の移動速度等によ
って行なうことができる。
If, for example, a polysilane compound is used as the photobleaching polymer layer, the polymer layer is irradiated with a deep UV ultraviolet laser beam having a wavelength of 266 nm, whereby the refractive index after irradiation is changed with respect to the refractive index before irradiation. Can be reduced by about 8% at the maximum in the relative refractive index difference. As the ultraviolet laser, the third harmonic (wavelength 266 nm) of an ultrashort pulse laser oscillating at a wavelength of 800 nm is used, and the pulse width is set to 1000 fs or less,
Since extremely large energy can be obtained within the pulse width, it is possible to form holes in the refractive index lowering region formed in a matrix in the plane direction at a predetermined interval, and to realize a larger refractive index changing structure. Therefore, it becomes possible to realize an even smaller photonic crystal waveguide. The control of punching can be performed by the average output value of the laser beam, the pulse width, the repetition frequency, the moving speed of the substrate, and the like.

【0042】なお、紫外線レーザビームは2μm以下に
絞ることができるので、紫外線レーザビーム照射による
低屈折率の微小領域を所定の間隔でマトリクス状に構成
してフォトニックバンドギャップ構造を形成し、マトリ
クス状のバンドギャップ構造の中に微小領域の欠落した
パターンを設け、パターン内に光信号を伝搬させるよう
にしたフォトニック結晶導波路を実現することが可能と
なる。しかもポリシラン化合物の膜は波長1.3μm、
1.55μmにおいて、伝搬損失が0.1dB/cm以
下の低損失であるので、低損失なフォトニック結晶導波
路を実現することが可能となる。
Since the ultraviolet laser beam can be narrowed down to 2 μm or less, the photonic band gap structure is formed by arranging minute regions having a low refractive index by irradiation of the ultraviolet laser beam in a matrix at a predetermined interval. It is possible to realize a photonic crystal waveguide in which a pattern in which a minute region is missing is provided in a band-shaped band-like structure and an optical signal is propagated in the pattern. Moreover, the wavelength of the polysilane compound film is 1.3 μm,
At 1.55 μm, the propagation loss is as low as 0.1 dB / cm or less, so that a low-loss photonic crystal waveguide can be realized.

【0043】また前述したように、フォトリソグラフ
ィ、エッチングプロセスを用いないで、フォトブリーチ
ング用ポリマ層に紫外線レーザビームを直接照射により
所望パターンを描画してフォトニック結晶導波路を構成
するようにして作製するので、構造不均一に依存する散
乱損失の極めて少ないフォトニック結晶導波路を製造す
ることができる。
As described above, a photonic crystal waveguide is formed by directly irradiating a photobleaching polymer layer with an ultraviolet laser beam to draw a desired pattern without using photolithography and etching processes. Since the photonic crystal waveguide is manufactured, it is possible to manufacture a photonic crystal waveguide with extremely small scattering loss depending on the structural nonuniformity.

【0044】さらに3次元CAD(Computer Aided Des
ign)を用いることにより、積層したポリシラン化合物
からなるポリマ層内に3次元光回路を形成することもで
きる。
Furthermore, three-dimensional CAD (Computer Aided Des
ign), it is possible to form a three-dimensional optical circuit in the laminated polymer layer made of a polysilane compound.

【0045】さらに製造方法の面からは、ポリマ溶液を
スピンコーティング法で塗布し、加熱によりポリマ層を
形成するという非常に簡易な製造方法であり、低コスト
化を期待することができる。
Further, from the viewpoint of the manufacturing method, it is a very simple manufacturing method in which a polymer solution is applied by a spin coating method and a polymer layer is formed by heating, and cost reduction can be expected.

【0046】フォトブリーチング用ポリマ層には、ポリ
シラン化合物、ポリシラン化合物にシリコーン化合物、
あるいはシリコーン化合物と光酸発生剤を添加したもの
を用いることができる。なお、孔を開けた構造のフォト
ニック結晶導波路において、導波路を300℃よりも高
い温度で熱処理を行なって無機化を促進させることによ
り、ポリマ材料固有の吸収基(CH基、OH基)に依存
する吸収損失を低減することができる。またAu/Sn
半田リフロー温度(Au/Sn半田のリフロー温度:>
280℃)に耐えることができるので、導波路表面、あ
るいは裏面、更には内部に電子部品、電子回路、光部
品、光回路等をハイブリッド実装することが可能とな
る。
For the polymer layer for photobleaching, a polysilane compound, a polysilane compound and a silicone compound,
Alternatively, a silicone compound and a photoacid generator may be used. In the photonic crystal waveguide having a holed structure, the waveguide is subjected to a heat treatment at a temperature higher than 300 ° C. to promote the mineralization, whereby absorption groups (CH group, OH group) unique to the polymer material are obtained. It is possible to reduce the absorption loss depending on. Also Au / Sn
Solder reflow temperature (Au / Sn solder reflow temperature:>
Since it can withstand 280 ° C.), it becomes possible to hybridly mount an electronic component, an electronic circuit, an optical component, an optical circuit, etc. on the front surface or the back surface of the waveguide, and further inside.

【0047】さらに紫外線レーザビームとして、上述し
たようにパルスレーザビームを用いれば照射されたポリ
マ層の熱的なダメージを受けることなく、低い平均出力
レーザビームパワーでポリマ層の屈折率を低下させるこ
とができる。また紫外線レーザビームは、連続波に比し
てパルスにすることにより、瞬間的に高い光強度を持ち
ながら平均強度が低いので、短時間で厚いポリマ層に対
してもその深さ方向に屈折率変化を一様に生じさせるこ
とができる。すなわち、短時間で導波路化を実現させる
ことが可能となる。なお、深さ方向の屈折率変化を起こ
させる度合いはレーザビームのパワー、被加工物(ある
いはレーザビームのどちらか)の移動速度を調節するこ
とにより制御することができる。また同じ領域にレーザ
ビームを複数回照射するようにしてもよい。
Further, if a pulsed laser beam is used as the ultraviolet laser beam as described above, the refractive index of the polymer layer can be lowered with a low average output laser beam power without being thermally damaged by the irradiated polymer layer. You can In addition, since the ultraviolet laser beam is pulsed compared to a continuous wave, it has a high light intensity momentarily but a low average intensity, so even for a thick polymer layer in a short time, the refractive index in the depth direction is increased. The changes can be made uniform. That is, it becomes possible to realize a waveguide in a short time. The degree of change in the refractive index in the depth direction can be controlled by adjusting the power of the laser beam and the moving speed of the workpiece (or either the laser beam). Further, the same region may be irradiated with the laser beam a plurality of times.

【0048】さらにレーザビームのビームスポット径を
調節することにより、屈折率の低下した領域の幅や光伝
搬領域の幅を制御することができる。
Further, by adjusting the beam spot diameter of the laser beam, the width of the region where the refractive index is lowered and the width of the light propagation region can be controlled.

【0049】さらに紫外線レーザの波長はポリマ層に吸
収されてその屈折率変化を起こす波長帯から選ばれる
が、最大吸収波長に選ぶのが好ましい。最大吸収波長か
らずれた波長のレーザを用いる場合には、そのずれ分を
補うために過剰のパワーを必要とする。
Further, the wavelength of the ultraviolet laser is selected from the wavelength band in which the polymer layer absorbs it and changes its refractive index, but it is preferable to select the maximum absorption wavelength. When a laser having a wavelength deviated from the maximum absorption wavelength is used, excessive power is required to compensate for the deviation.

【0050】本発明の別の特長はフォトマスクを使用し
ないので、導波路製造コストを大幅に安くすることがで
きる点にある。特に、光回路パターンの異なった種々の
光回路を作製する際のコストを大幅に安く、かつ、短時
間に作製できるので、トータルコストパフォーマンスを
抜本的に改善することができる。
Another feature of the present invention is that since no photomask is used, the waveguide manufacturing cost can be significantly reduced. In particular, the cost for producing various optical circuits having different optical circuit patterns can be drastically reduced and can be produced in a short time, so that the total cost performance can be drastically improved.

【0051】さらに本発明は光回路の特性の変更がイン
ラインでモニタしながらレーザビーム照射により実現で
き、トリミングによる光学特性の改善もできる。
Furthermore, the present invention can be realized by irradiating a laser beam while in-line monitoring the change of the characteristic of the optical circuit, and the optical characteristic can be improved by trimming.

【0052】さらにレーザビーム照射により屈折率変化
を持たせたポリマ層はほぼ平坦な面を保持しているの
で、その上に上部クラッド層を形成してもその面も平坦
な面を保持できる。その結果、その上面に電子部品、電
子回路、光部品、光回路等を高寸法精度で実装すること
ができる。
Further, since the polymer layer whose refractive index is changed by laser beam irradiation has a substantially flat surface, even if an upper clad layer is formed thereon, the surface can also have a flat surface. As a result, electronic components, electronic circuits, optical components, optical circuits, etc. can be mounted on the upper surface with high dimensional accuracy.

【0053】紫外線レーザビームの照射されていない欠
落パターン領域の表面、あるいは内部に波長がポリマの
吸収波長からはずれた長波長側の超短パルスレーザビー
ムを集光、照射してその領域の屈折率を高屈折率化する
ようにしても良い。超短パルスレーザビームとして、波
長は600nmから1600nmの範囲から選び、パル
ス幅として、数千fsから数十fsの範囲を選び、パル
スの繰り返し周波数を10Hzから200kHzの範囲
から選ぶ。平均出力は数十mwから数百mwの範囲から
選ぶのが好ましい。このように欠落パターン領域の屈折
率を高くすることはその領域、すなわち、光伝搬層内へ
の光の閉じ込めを一層良くし、かつ、超短パルレーザビ
ーム照射で光伝搬層内の有機物が一層取り除かれて無機
化され、かつ高密度で光散乱中心の少ない光伝搬層へ改
質することができる。
An ultrashort pulsed laser beam on the long wavelength side whose wavelength deviates from the absorption wavelength of the polymer is collected on the surface of or inside the missing pattern region where the ultraviolet laser beam is not irradiated, and the refractive index of the region is irradiated. May have a high refractive index. The wavelength of the ultrashort pulsed laser beam is selected from the range of 600 nm to 1600 nm, the pulse width is selected from the range of several thousand fs to several tens fs, and the pulse repetition frequency is selected from the range of 10 Hz to 200 kHz. The average output is preferably selected from the range of several tens mw to several hundred mw. Increasing the refractive index of the missing pattern region in this way improves the confinement of light in that region, that is, the light propagation layer, and the organic matter in the light propagation layer is further improved by irradiation with the ultrashort pulsed laser beam. It can be removed to be inorganic, and can be modified into a light propagation layer having a high density and a small number of light scattering centers.

【0054】[0054]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて詳述する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.

【0055】図1(a)は本発明のフォトニック結晶導
波路の製造方法を適用した導波路の一実施の形態を示す
側面図であり、図1(b)は上面図である。
FIG. 1A is a side view showing an embodiment of a waveguide to which the method for manufacturing a photonic crystal waveguide of the present invention is applied, and FIG. 1B is a top view.

【0056】この導波路は、基板1の上に低屈折率層2
を形成し、その低屈折率層2の上にフォトブリーチング
用ポリマ層3を形成した構造を有している。ポリマ層3
内には所望径Dの紫外線レーザビームが照射されて屈折
率低下領域4を面方向(図1(b)では縦、横)に所定
の間隔S1、S2でマトリックス状に4−1−1から4
−9−17のように形成し構造を有し、マトリクス構造
の中に屈折率低下領域4が欠落し、欠落パターンが導波
路の一方(図1(b)では左側)の端面から他方(図1
(b)では右側)の端面に向かって直線パターン5が形
成されたものである。光信号は欠落パターン5に沿って
ポリマ層3内を矢印6から矢印7のように伝搬するよう
になっている。
This waveguide comprises a low refractive index layer 2 on a substrate 1.
And a photobleaching polymer layer 3 is formed on the low refractive index layer 2. Polymer layer 3
An ultraviolet laser beam having a desired diameter D is radiated in the inside of the refractive index lowering region 4 in a matrix form at predetermined intervals S1 and S2 in the surface direction (vertical and horizontal in FIG. 1B) from 4-1-1. Four
-9-17, the refractive index lowering region 4 is missing in the matrix structure, and the missing pattern is from the end face of one of the waveguides (left side in FIG. 1B) to the other (FIG. 1
The straight line pattern 5 is formed toward the end face on the right side in (b). The optical signal propagates in the polymer layer 3 along the missing pattern 5 as shown by arrows 6 to 7.

【0057】この導波路は、紫外線レーザビームのスポ
ットサイズDを2μm以下にすることができるので、紫
外線レーザビームが照射されて屈折率低下領域4の直径
も2μm以下にすることが好ましい。また屈折率低下領
域4の周期的な間隔も2μm以下にすることが好まし
い。屈折率低下領域4の欠落した直線パターンの幅は4
μm以下にすることが好ましい。なお、これらの構造パ
ラメータはシングルモード伝搬条件、ポリマ層3と屈折
率低下領域4の比屈折率差、フォトニックバンドギャッ
プ条件を考慮に入れて決めることができる。屈折率低下
領域4は前述したように、フォトブリーチング用ポリマ
層として、例えばポリシラン化合物を用いれば、そのポ
リマ層に波長266nmのDeep UVの紫外線レー
ザビームを照射することにより、照射前の屈折率に対し
て照射後の屈折率を比屈折率差で最大8%程度を実現す
ることができる。またマトリックス状に構成した屈折率
低下領域4の形成用紫外線レーザとして、波長800n
mで発振する超短パルスレーザの第3高調波(波長26
6nm)を用い、パルス幅を1000fs以下にするこ
とにより、そのパルス幅内で極めて大きなエネルギーを
得ることができるので、マトリックス状に構成した屈折
率低下領域4に孔を開けることができる。この場合には
より一層の大きな屈折率変化構造を実現することがで
き、更なる小型のフォトニック結晶導波路を実現するこ
とができる。孔開けの制御は超短パルスレーザビームの
平均出力値、パルス幅、くり返し周波数、基板の移動速
度等によって行なうことができる。ポリマ層3の厚みは
シングルモード伝搬条件を考慮に入れて6μm以下にす
ることが好ましい。
Since this waveguide can reduce the spot size D of the ultraviolet laser beam to 2 μm or less, it is preferable that the diameter of the refractive index decreasing region 4 upon irradiation with the ultraviolet laser beam is also 2 μm or less. It is also preferable that the periodic intervals of the refractive index lowering regions 4 be 2 μm or less. The width of the missing linear pattern of the refractive index lowering region 4 is 4
It is preferable that the thickness is less than or equal to μm. These structural parameters can be determined in consideration of the single mode propagation condition, the relative refractive index difference between the polymer layer 3 and the refractive index lowering region 4, and the photonic bandgap condition. As described above, in the refractive index lowering region 4, if, for example, a polysilane compound is used as the photobleaching polymer layer, the polymer layer is irradiated with a Deep UV ultraviolet laser beam having a wavelength of 266 nm to obtain a refractive index before irradiation. On the other hand, it is possible to realize a maximum refractive index difference of about 8% after irradiation. Further, as an ultraviolet laser for forming the refractive index lowering region 4 configured in a matrix, a wavelength of 800 n
The third harmonic (wavelength 26
6 nm) and the pulse width is 1000 fs or less, an extremely large energy can be obtained within the pulse width, so that the refractive index decreasing region 4 formed in a matrix can be perforated. In this case, a larger refractive index changing structure can be realized, and an even smaller photonic crystal waveguide can be realized. The control of perforation can be performed by the average output value of the ultrashort pulse laser beam, the pulse width, the repetition frequency, the moving speed of the substrate, and the like. The thickness of the polymer layer 3 is preferably 6 μm or less in consideration of the single mode propagation condition.

【0058】基板1には、ガラス、セラミックス、プラ
スチック、半導体、強誘電体、ガラスとプラスチックの
複合材、さらには上記材料の組み合わせ材料等を用いる
ことができる。
For the substrate 1, glass, ceramics, plastics, semiconductors, ferroelectrics, composite materials of glass and plastic, and combination materials of the above materials can be used.

【0059】低屈折率層2には、SiO2、 SiO2
Ge、P、Ti、B、Zn、Sn、Ta、F等の屈折率
制御用ドーパントを少なくとも一種添加したもの、ポリ
マ層、有機と無機の複合層等を用いることができる。
The low-refractive index layer 2 includes SiO 2 , SiO 2 to which at least one refractive index control dopant such as Ge, P, Ti, B, Zn, Sn, Ta, and F is added, a polymer layer, an organic layer. And an inorganic composite layer can be used.

【0060】フォトブリーチング用ポリマ層3について
は、ポリシラン化合物、ポリシラン化合物にシリコーン
化合物、あるいはシリコーン化合物と光酸発生剤を添加
したもの、ニトロンを添加したシリコーン化合物等を用
いる。
For the photobleaching polymer layer 3, a polysilane compound, a polysilane compound containing a silicone compound, a silicone compound plus a photoacid generator, a nitrone-containing silicone compound, or the like is used.

【0061】ここで、まず本発明に適用できるポリシラ
ン化合物について述べる。
First, the polysilane compound applicable to the present invention will be described.

【0062】本発明に用いるポリシラン化合物として
は、直鎖型及び分岐型を用いることができる。分岐型と
直鎖型とは、ポリシラン中に含まれるSi原子の結合状
態によって区別される。すなわち、分岐型ポリシランと
は、隣接するSi原子と結合している数(結合数)が、
3または4であるSi原子を含むポリシランである。
As the polysilane compound used in the present invention, a linear type and a branched type can be used. The branched type and the linear type are distinguished by the bonding state of Si atoms contained in polysilane. That is, with the branched polysilane, the number (bond number) bonded to the adjacent Si atoms is
It is a polysilane containing 3 or 4 Si atoms.

【0063】これに対して、直鎖型のポリシランは、S
i原子の、隣接するSi原子との結合数は2である。通
常、Si原子以外に、炭化水素基、アルコキシ基または
水素原子と結合している。
On the other hand, the linear polysilane is S
The number of bonds of the i atom to the adjacent Si atom is 2. Usually, it is bonded to a hydrocarbon group, an alkoxy group or a hydrogen atom in addition to the Si atom.

【0064】このような炭化水素基としては、炭素数1
〜10のハロゲンで置換されていてもよい脂肪族炭化水
素基、炭素数6〜14の芳香族炭化水素基が好ましい。
脂肪族炭化水素基の具体例として、メチル基、プロピル
基、ブチル基、ヘキシル基、オクチル基、デシル基、ト
リフルオロプロピル基及びノナフルオロヘキシル基等の
鎖状のもの、及びシクロヘキシル基、メチルシクロヘキ
シル基のような脂環式のもの等が挙げられる。
Such a hydrocarbon group has a carbon number of 1
An aliphatic hydrocarbon group which may be substituted with halogen of 10 to 10 and an aromatic hydrocarbon group of 6 to 14 carbon atoms are preferable.
Specific examples of the aliphatic hydrocarbon group include a methyl group, a propyl group, a butyl group, a hexyl group, an octyl group, a decyl group, a trifluoropropyl group, a nonafluorohexyl group and the like, and a cyclohexyl group and methylcyclohexyl group. Examples thereof include alicyclic ones such as groups.

【0065】また芳香族炭化水素基の具体例としては、
フェニル基、p−トリル基、ビフェニル基及びアントラ
シル基等が挙げられる。アルコキシ基としては、炭素数
1〜8のものが挙げられる。具体例としては、メトキシ
基、エトキシ基、フェノキシ基、オクチルオキシ基等が
挙げられる。合成の容易さを考慮すると、これらの中で
メチル基及びフェニル基が特に好ましい。
Specific examples of the aromatic hydrocarbon group include:
Examples thereof include a phenyl group, p-tolyl group, biphenyl group and anthracyl group. Examples of the alkoxy group include those having 1 to 8 carbon atoms. Specific examples include a methoxy group, an ethoxy group, a phenoxy group and an octyloxy group. Of these, a methyl group and a phenyl group are particularly preferable in view of ease of synthesis.

【0066】分岐型ポリシランの場合には、隣接するS
i原子との結合数が3または4であるSi原子は、分岐
型ポリシラン中の全体のSi原子数の2%以上であるこ
とがより好ましい。2%未満のものや直鎖型のポリシラ
ンは結晶性が高く、膜中で微結晶が生成し易いことによ
り光散乱の原因となり、光透明性が低下し易い。
In the case of a branched polysilane, the adjacent S
The number of Si atoms having 3 or 4 bonds with i atoms is more preferably 2% or more of the total number of Si atoms in the branched polysilane. If less than 2% or linear polysilane has high crystallinity, microcrystals are easily generated in the film, which causes light scattering, and light transparency is easily deteriorated.

【0067】本発明に用いるポリシランはハロゲン化シ
ラン化合物をナトリウムのようなアルカリ金属の存在
下、n−デカンやトルエンのような有機溶媒中において
80℃以上に加熱することによる重縮合反応によって製
造することができる。また電解重合法や、金属マグネシ
ウムと金属塩化物を用いた方法でも合成可能である。
The polysilane used in the present invention is produced by a polycondensation reaction by heating a halogenated silane compound to 80 ° C. or higher in the presence of an alkali metal such as sodium in an organic solvent such as n-decane or toluene. be able to. It can also be synthesized by an electrolytic polymerization method or a method using metal magnesium and metal chloride.

【0068】分岐型ポリシランの場合には、オルガノト
リハロシラン化合物、テトラハロシラン化合物、及びジ
オルガノジハロシラン化合物からなり、オルガノトリハ
ロシラン化合物及びテトラハロシラン化合物が全体量の
2モル%以上であるハロシラン混合物を加熱して重縮合
することにより、目的とする分岐型ポリシランが得られ
る。
The branched polysilane is composed of an organotrihalosilane compound, a tetrahalosilane compound, and a diorganodihalosilane compound, and the organotrihalosilane compound and the tetrahalosilane compound account for 2 mol% or more of the total amount. The desired branched polysilane is obtained by heating and polycondensing the halosilane mixture.

【0069】ここで、オルガノトリハロシラン化合物
は、隣接するSi原子との結合数が3であるSi原子源
となり、一方のテトラハロシラン化合物は、隣接するS
i原子との結合数が4であるSi原子源となる。なお、
ネットワーク構造の確認は、紫外線吸収スペクトルや珪
素の核磁気共鳴スペクトルの測定により確認することが
できる。
Here, the organotrihalosilane compound serves as a Si atom source whose number of bonds to adjacent Si atoms is 3, and one tetrahalosilane compound is adjacent S atom.
It becomes a Si atom source having 4 bondings with i atoms. In addition,
The network structure can be confirmed by measuring an ultraviolet absorption spectrum and a nuclear magnetic resonance spectrum of silicon.

【0070】ポリシランの原料として用いられるオルガ
ノトリハロシラン化合物、テトラハロシラン化合物、及
びジオルガノジハロシラン化合物がそれぞれ有するハロ
ゲン原子は、塩素原子であることが好ましい。オルガノ
トリハロシラン化合物及びジオルガノハロシラン化合物
が有するハロゲン原子以外の置換基としては、炭化水素
基、アルコキシ基または水素原子が挙げられる。
The halogen atom contained in each of the organotrihalosilane compound, the tetrahalosilane compound and the diorganodihalosilane compound used as the raw material of the polysilane is preferably a chlorine atom. Examples of the substituent other than the halogen atom which the organotrihalosilane compound and the diorganohalosilane compound have include a hydrocarbon group, an alkoxy group or a hydrogen atom.

【0071】次に本発明のポリシラン化合物に添加する
シリコーン化合物としては、化1式で示されるものを用
いる。
Next, as the silicone compound added to the polysilane compound of the present invention, one represented by the chemical formula 1 is used.

【0072】[0072]

【化1】 [Chemical 1]

【0073】ただし、化1式中、R1からR12は、炭
素数1〜10のハロゲンまたはグリシジルオキシ基で置
換されていてもよい脂肪族炭化水素基、炭素数6〜12
の芳香族炭化水素基、炭素数1〜8のアルコキシ基から
なる群から選択される基であり、同一でも異なっていて
もよい。a、b、c及びdは0を含む整数であり、a+
b+c+d≧1を満たすものである。このシリコーン化
合物が有する、脂肪族炭化水素基の具体例として、メチ
ル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基、オクチル
基、デシル基、トリフルオロプロピル基、グリシジルオ
キシプロピル基等のような脂環式のものが挙げられる。
またアルコキシ基の具体例としては、メトキシ基、エト
キシ基、フェノキシ基、オクチルオキシ基、ter−ブ
トキシ基等が挙げられる。R1からR12の種類及び
a、b、c、dの値は特に重要ではなく、ポリシラン及
び有機溶媒と相溶し、膜が透明なものであれば特に限定
されない。相溶性を考慮した場合には、使用するポリシ
ランが有する炭化水素基と同じ基を有していることが好
ましい。例えば、ポリシランとして、フェニルメチル系
のものを使用する場合には、同じフェニルメチル系また
はジフェニル系のシリコーン化合物を使用することが好
ましい。
However, in the chemical formula 1, R1 to R12 are an aliphatic hydrocarbon group which may be substituted with a halogen having 1 to 10 carbon atoms or a glycidyloxy group, and 6 to 12 carbon atoms.
Of aromatic hydrocarbon groups and alkoxy groups having 1 to 8 carbon atoms, which may be the same or different. a, b, c and d are integers including 0, and a +
b + c + d ≧ 1 is satisfied. Specific examples of the aliphatic hydrocarbon group contained in this silicone compound include alicyclic groups such as a methyl group, a propyl group, a butyl group, a hexyl group, an octyl group, a decyl group, a trifluoropropyl group, and a glycidyloxypropyl group. The following are listed.
Further, specific examples of the alkoxy group include a methoxy group, an ethoxy group, a phenoxy group, an octyloxy group, a ter-butoxy group and the like. The types of R1 to R12 and the values of a, b, c, and d are not particularly important and are not particularly limited as long as they are compatible with polysilane and an organic solvent and the film is transparent. In consideration of compatibility, it is preferable that the polysilane used has the same group as the hydrocarbon group. For example, when a phenylmethyl type polysilane is used as the polysilane, it is preferable to use the same phenylmethyl type or diphenyl type silicone compound.

【0074】またR1からR12のうち、少なくとも2
つが炭素数1〜8のアルコキシ系であるような、1分子
中にアルコキシ基を2つ以上有するシリコーン化合物
は、架橋材として利用可能である。そのようなものとし
ては、アルコキシ基を15から35重量%含んだメチル
フェニルメトキシシリコーンやフェニルメトキシシリコ
ーン等を挙げることができる。分子量としては、100
00以下、好ましくは3000以下のものが好適であ
る。
At least 2 of R1 to R12
A silicone compound having two or more alkoxy groups in one molecule, one of which is an alkoxy group having 1 to 8 carbon atoms, can be used as a cross-linking material. Examples thereof include methylphenyl methoxy silicone and phenyl methoxy silicone containing 15 to 35 wt% of alkoxy groups. The molecular weight is 100
A value of 00 or less, preferably 3000 or less is suitable.

【0075】なお、膜中のCH基やOH基による光吸収
を低減するために、ポリシラン化合物やシリコーン化合
物に重水素化、あるいは少なくとも一部がハロゲン化、
特にフッ素化したものを用いれば、吸収基による光損失
を大幅に低減することができる。これにより、波長依存
性の少ない低光損失のポリマ膜を実現可能となり、高性
能導波路型光部品及び光デバイス用として幅広い範囲に
用途を拡大することが可能となる。
In order to reduce light absorption due to CH groups and OH groups in the film, polysilane compounds and silicone compounds are deuterated, or at least a part thereof is halogenated.
In particular, if a fluorinated product is used, the light loss due to the absorbing group can be significantly reduced. As a result, it is possible to realize a polymer film having low wavelength loss and low optical loss, and it is possible to expand the application to a wide range for high-performance waveguide type optical components and optical devices.

【0076】またシリコーン化合物に架橋性、あるいは
アルコキシ基からなるものを用いることによって分岐型
ポリシラン化合物の中に均一に添加することができ、し
かもトルエンのような有機溶媒中に容易に可溶してナノ
メータレベルの超微粒子状溶液となり、ポリマ溶液を用
いることによって光散乱中心のない均一な構造体や膜を
形成することができる。
Further, by using a crosslinkable or alkoxy group-containing silicone compound, the silicone compound can be uniformly added to the branched polysilane compound and is easily soluble in an organic solvent such as toluene. It becomes a nanometer level ultrafine particle solution, and by using a polymer solution, a uniform structure or film without light scattering centers can be formed.

【0077】次に低屈折率素2上へのポリマ層の成膜方
法について説明する。
Next, a method of forming a polymer layer on the low refractive index element 2 will be described.

【0078】ポリマ化合物を有機溶媒に溶かしてポリマ
溶液とし、そのポリマ溶液を低屈折率層2上へスピンコ
ーティング法や押し出しコーティング法などで塗布す
る。ついで80℃から150℃の温度範囲で20分から
40分程度プリベークする。その後に200℃から30
0℃の温度範囲で20分から60分程度のポストベーク
を行ない、ポリマ層とする。なお、プリベーク及びポス
トベークはプログラム式温度制御型電気炉内で昇温、定
温保持、昇温、定温保持、降温工程を連続的に行なうよ
うにしても良い。
A polymer compound is dissolved in an organic solvent to obtain a polymer solution, and the polymer solution is applied onto the low refractive index layer 2 by a spin coating method or an extrusion coating method. Then, prebaking is performed in the temperature range of 80 ° C. to 150 ° C. for about 20 to 40 minutes. Then from 200 ℃ to 30
Post-baking is performed for about 20 to 60 minutes in the temperature range of 0 ° C. to form a polymer layer. The pre-baking and post-baking may be carried out by continuously performing the temperature raising, constant temperature holding, temperature raising, constant temperature holding, and temperature lowering steps in a programmable temperature control type electric furnace.

【0079】ここで、本実施の形態に用いる有機溶媒に
は、炭素数5〜12の炭化水素系、ハロゲン化炭化水素
系及びエーテル系等である。炭化水素の例としては、ペ
ンタン、ヘキサン、ヘプタン、シクロヘキサン、n−デ
カン、n−ドデカン、ベンゼン、トルエン、キシレン、
メトキシベンゼン等を用いることができる。ハロゲン化
炭化水素系の例としては、四塩化炭素、クロロホルム、
1,2−ジクロロエタン、ジクロロメタン、クロロベン
ゼン等を用いることができる。エーテル系の例として
は、ジエチルエーテル、ジブチルエーテル、テトラハイ
ドロフラン等を用いることができる。またフォトブリー
チング用ポリマ材料として、ニトロン化合物を含んだシ
リコーン化合物用の有機溶媒として、前述したように、
ペグミアを用いても良い。フォトブリーチング用ポリマ
材料には、有機溶媒に溶ける材料でなければならない。
Here, the organic solvent used in this embodiment is a hydrocarbon type having 5 to 12 carbon atoms, a halogenated hydrocarbon type, an ether type, or the like. Examples of hydrocarbons are pentane, hexane, heptane, cyclohexane, n-decane, n-dodecane, benzene, toluene, xylene,
Methoxybenzene or the like can be used. Examples of halogenated hydrocarbons include carbon tetrachloride, chloroform,
1,2-dichloroethane, dichloromethane, chlorobenzene and the like can be used. As examples of ether type, diethyl ether, dibutyl ether, tetrahydrofuran, etc. can be used. Further, as a polymer material for photobleaching, as an organic solvent for a silicone compound containing a nitrone compound, as described above,
Pegmia may be used. The photobleaching polymer material must be a material that is soluble in organic solvents.

【0080】次に上述した方法によって作製したポリマ
層に紫外線レーザビームを照射して低屈折率に変化した
領域4を形成する方法について説明する。
Next, a method of irradiating the polymer layer produced by the above-mentioned method with an ultraviolet laser beam to form the region 4 having a low refractive index will be described.

【0081】紫外線レーザとしては、発振波長が266
nmのレーザ(波長800nmのチタニウムドープのサ
ファイア結晶を用いたモードロックのフェムト秒レーザ
の第3高調波レーザ)、発振波長が266nmのDee
p UVの紫外線レーザ、発振波長が325nmのHe
−Cdレーザ、発振波長が355nmのYAGレーザの
第3高調波レーザ、発振波長が400nmの半導体レー
ザ、発振波長が442nmのHe−Cdレーザなどを用
いることができる。発振出力は連続波、またはパルス発
振のものを用いることができる。
The ultraviolet laser has an oscillation wavelength of 266.
nm laser (third harmonic laser of mode-locked femtosecond laser using titanium-doped sapphire crystal of 800 nm wavelength), Dee with oscillation wavelength of 266 nm
p UV ultraviolet laser, He with an oscillation wavelength of 325 nm
A −Cd laser, a third harmonic laser of a YAG laser having an oscillation wavelength of 355 nm, a semiconductor laser having an oscillation wavelength of 400 nm, a He—Cd laser having an oscillation wavelength of 442 nm, or the like can be used. The oscillation output may be continuous wave or pulse oscillation.

【0082】ポリマ層の一例として、分岐度が20%の
分岐状ポリメチルフェニルシラン化合物にシリコーン化
合物を50wt%添加したポリマを有機溶媒トルエンに
溶かしてフォトブリーチング用ポリマ溶液が挙げられ
る。このポリマ溶液を基板1(石英ガラス基板)上の低
屈折率層2(SiO2層、膜厚約10μm)上に塗布
し、150℃、20分のプリベークの後に、200℃、
30分のポストベークを行なって厚さ約5μmのポリマ
層を得た。このポリマ層上に発振波長が442nmのH
e−Cdレーザ(ポリマ層表面での連続波パワー値:約
5mw)をレーザビームスポット径約1.6μmに保持
して、基板1を100μm/sの速度で移動させながら
レーザを周期的にON、OFFを繰り返しながら50m
m×50mmの低屈折率層2の形成された基板1上のポ
リマ層3に低屈折率に変化した領域4−1−1から4−
9−17を形成した。その結果、ポリマ層3と低屈折率
に変化した領域4との比屈折率差Δを約5%とすること
ができた。なお、上記領域4の直径、間隔はいずれも約
1.5μmであった。また欠落した直線パターンの幅は
約3μmであった。
As an example of the polymer layer, a polymer solution for photobleaching is prepared by dissolving a polymer obtained by adding 50 wt% of a silicone compound to a branched polymethylphenylsilane compound having a branching degree of 20% in an organic solvent toluene. This polymer solution was applied onto the low refractive index layer 2 (SiO 2 layer, film thickness of about 10 μm) on the substrate 1 (quartz glass substrate), prebaked at 150 ° C. for 20 minutes, and then at 200 ° C.
Post-baking was performed for 30 minutes to obtain a polymer layer having a thickness of about 5 μm. The oscillation wavelength of 442 nm H on this polymer layer
An e-Cd laser (continuous wave power value on the polymer layer surface: about 5 mw) is held at a laser beam spot diameter of about 1.6 μm, and the laser is periodically turned on while moving the substrate 1 at a speed of 100 μm / s. , M while repeating OFF
Regions 4-1-1 to 4- in the polymer layer 3 on the substrate 1 on which the low-refractive index layer 2 of m × 50 mm is formed are changed to low-refractive index.
9-17 was formed. As a result, the relative refractive index difference Δ between the polymer layer 3 and the region 4 having a low refractive index could be set to about 5%. The diameter and the interval of the region 4 were both about 1.5 μm. The width of the missing linear pattern was about 3 μm.

【0083】次に変形例として、上記条件の内、基板1
の移動速度だけを50μm/sで低屈折率化を行なった
結果、比屈折率差Δを6.5%にすることができた。
Next, as a modified example, the substrate 1 is
As a result of lowering the refractive index only at a moving speed of 50 μm / s, the relative refractive index difference Δ could be 6.5%.

【0084】これらの結果から、レーザビーム照射部で
のエネルギーを高くすることによって、低屈折率化を促
進させることができることが分かった。またポリシラン
化合物の紫外線での最大吸収波長域に近い325nm
か、もう一つの吸収波長266nmの発振波長を有する
レーザを用いればさらに一層の低屈折率化を促進させる
ことができる。
From these results, it was found that lowering the refractive index can be promoted by increasing the energy in the laser beam irradiation portion. In addition, 325 nm, which is close to the maximum absorption wavelength range of polysilane compounds in ultraviolet light
Alternatively, if a laser having another oscillation wavelength of 266 nm is used, the refractive index can be further lowered.

【0085】図2(a)は本発明のフォトニック結晶導
波路の製造方法を適用した導波路の他の実施の形態を示
す側面図であり、図2(b)は上面図である。
FIG. 2A is a side view showing another embodiment of the waveguide to which the method for manufacturing a photonic crystal waveguide of the present invention is applied, and FIG. 2B is a top view.

【0086】この導波路は、屈折率変化をもたらしたポ
リマ層3の上に低屈折率層2と同じ層、すなわち、上部
クラッド層8を形成して埋め込み導波路としたものであ
る。
This waveguide is a buried waveguide in which the same layer as the low refractive index layer 2, that is, the upper clad layer 8 is formed on the polymer layer 3 which causes a change in the refractive index.

【0087】また低屈折率層2及び上部クラッド層8に
ついては以下のような材料を用いて作製しても良い。す
なわち、分岐度が20%の分岐状ポリメチルフェニルシ
ラン化合物にシリコーン化合物を50wt%添加したポ
リマを有機溶媒トルエンに溶かしてフォトブリーチング
用ポリマ溶液を作製し、この溶液に予め紫外線(150
w水銀キセノンランプからの光を直径20mmのイメー
ジファイババンドル内を伝搬させて出力させた光を約1
0cm離して照射、その出力は約1200mw/c
2)を135分照射することによって屈折率を低下
(波長632.8nmにおける屈折率を紫外線照射前に
は1.645から1.62に低下)させ、この溶液を基
板1上に塗布し、150℃、20分のプリベークの後
に、200℃、20分のポストベークを行なって低屈折
率層2用のポリマ層とすることにより得られる。上部ク
ラッド層8も同様の方法で形成する。なお、紫外線レー
ザビーム照射は、上部クラッド層8を形成した後でポリ
マ層3にレーザビームを集光、照射してもよい。この導
波路も図1(a)、(b)に示した導波路と同様の効果
が得られる。
The low refractive index layer 2 and the upper cladding layer 8 may be made of the following materials. That is, a polymer obtained by adding 50 wt% of a silicone compound to a branched polymethylphenylsilane compound having a branching degree of 20% is dissolved in toluene as an organic solvent to prepare a polymer solution for photobleaching, and this solution is preliminarily exposed to ultraviolet rays (150%).
w About 1 light emitted from the mercury xenon lamp is transmitted through the image fiber bundle with a diameter of 20 mm and output.
Irradiation at a distance of 0 cm, the output is about 1200 mw / c
m 2 ) for 135 minutes to lower the refractive index (the refractive index at a wavelength of 632.8 nm is lowered from 1.645 to 1.62 before irradiation with ultraviolet rays), and this solution is applied onto the substrate 1, It is obtained by prebaking at 150 ° C. for 20 minutes and then post-baking at 200 ° C. for 20 minutes to obtain a polymer layer for the low refractive index layer 2. The upper clad layer 8 is also formed by the same method. The ultraviolet laser beam irradiation may be performed by forming a laser beam on the polymer layer 3 after forming the upper cladding layer 8. This waveguide has the same effect as the waveguide shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b).

【0088】図3(a)は本発明のフォトニック結晶導
波路の製造方法を適用した導波路の他の実施の形態を示
す側面図であり、図3(b)は上面図である。
FIG. 3A is a side view showing another embodiment of the waveguide to which the method for manufacturing a photonic crystal waveguide of the present invention is applied, and FIG. 3B is a top view.

【0089】この導波路は、フォトブリーチング用ポリ
マ層3内に紫外線レーザビームを集光、照射して略球形
状の低屈折率領域(屈折率の低下したポリマ領域か、孔
を開けられた領域)を形成したものである。この低屈折
率領域は、パルス幅が1000fs以下の紫外線超短パ
ルスレーザビームを集光、照射して形成したものであ
る。この導波路も図1(a)、(b)に示した導波路と
同様の効果が得られる。
In this waveguide, an ultraviolet laser beam is condensed and irradiated in the photobleaching polymer layer 3 to form a substantially spherical low refractive index region (a polymer region having a lowered refractive index or a hole). Area). This low refractive index region is formed by focusing and irradiating an ultra-ultraviolet ultrashort pulse laser beam having a pulse width of 1000 fs or less. This waveguide has the same effect as the waveguide shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b).

【0090】図4(a)は本発明のフォトニック結晶導
波路の製造方法を適用した導波路の他の実施の形態を示
す側面図であり、図4(b)は上面図である。
FIG. 4A is a side view showing another embodiment of the waveguide to which the method for manufacturing a photonic crystal waveguide of the present invention is applied, and FIG. 4B is a top view.

【0091】この導波路も、フォトブリーチング用ポリ
マ層3内の表面近傍に紫外線レーザビームを集光、照射
して略球形状の低屈折率領域(屈折率の低下したポリマ
領域か、孔が開けられた領域)を形成したものである。
Also in this waveguide, the ultraviolet laser beam is focused and irradiated in the vicinity of the surface in the photobleaching polymer layer 3 and is irradiated with a substantially spherical low refractive index region (a polymer region having a lowered refractive index or a hole). The open area) is formed.

【0092】この導波路も図1(a)、(b)に示した
導波路と同様の効果が得られる。
This waveguide has the same effect as the waveguide shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b).

【0093】図5(a)は本発明のフォトニック結晶導
波路の製造方法を適用した導波路の他の実施の形態を示
す側面図であり、図5(b)は上面図である。
FIG. 5 (a) is a side view showing another embodiment of the waveguide to which the method for manufacturing a photonic crystal waveguide of the present invention is applied, and FIG. 5 (b) is a top view.

【0094】この導波路は、図3(a)、(b)に示し
た導波路の上面に上部クラッド層8を形成したものであ
る。
This waveguide has an upper clad layer 8 formed on the upper surface of the waveguide shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b).

【0095】この導波路も図1(a)、(b)に示した
導波路と同様の効果が得られる。
This waveguide has the same effect as the waveguide shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b).

【0096】図6(a)は本発明のフォトニック結晶導
波路の製造方法を適用した導波路の他の実施の形態を示
す側面図であり、図6(b)は上面図である。
FIG. 6A is a side view showing another embodiment of the waveguide to which the method for manufacturing a photonic crystal waveguide of the present invention is applied, and FIG. 6B is a top view.

【0097】この導波路は欠落部を5−1、5−2のよ
うに直角に曲げた光路として光信号6を直角に曲げて矢
印7方向に伝搬させるようにしたフォトニック結晶導波
路である。この導波路も図1(a)、(b)に示した導
波路と同様の効果が得られる。
This waveguide is a photonic crystal waveguide in which the optical signal 6 is bent at a right angle and propagated in the direction of the arrow 7 as an optical path in which the missing portion is bent at a right angle as 5-1 and 5-2. . This waveguide has the same effect as the waveguide shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b).

【0098】図7は本発明のフォトニック結晶導波路の
製造方法を適用した導波路の他の実施の形態を示す上面
図である。
FIG. 7 is a top view showing another embodiment of a waveguide to which the method for manufacturing a photonic crystal waveguide of the present invention is applied.

【0099】この導波路は、欠落部をY字状に5−1、
5−2、5−3、5−4、5−5のように設けることに
より、光信号6を二つの方向6−1、6−2に分岐させ
て伝搬させ、矢印7−1、7−2方向に出射させるよう
にした分岐導波路構造を示したものである。
In this waveguide, the missing portion is formed in a Y shape 5-1 and
By providing like 5-2, 5-3, 5-4, 5-5, the optical signal 6 is branched and propagated in two directions 6-1 and 6-2, and arrows 7-1 and 7- are used. It shows a branched waveguide structure which is configured to emit light in two directions.

【0100】この導波路も図1(a)、(b)に示した
導波路と同様の効果が得られる。
This waveguide has the same effect as the waveguide shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b).

【0101】図8(a)は本発明のフォトニック結晶導
波路の製造方法を適用した導波路の他の実施の形態を示
す側面図であり、図8(b)は図8(a)の8b−8b
線断面図であり、図8(c)は図8(a)の8c−8c
線断面図である。
FIG. 8A is a side view showing another embodiment of a waveguide to which the method for manufacturing a photonic crystal waveguide of the present invention is applied, and FIG. 8B is a side view of FIG. 8b-8b
8C is a cross-sectional view taken along the line 8C-8C in FIG. 8A.
It is a line sectional view.

【0102】この導波路は、2層のフォトブリーチング
用ポリマ層3−1、3−2を積層したものであり、上部
のフォトブリーチング用ポリマ層3−2内の欠落部5−
1内に入射光を入射させて伝搬させ、途中から下部のフ
ォトブリーチング用ポリマ層3−1内の欠落部5−2内
に直角に曲げて伝搬させ、矢印7のごとく出射させるよ
うにしたものである。すなわち、本導波路は3次元光導
波路である。尚、4a−1−1〜4a−13−21、4
b−1−1〜4b−12−21は屈折率低下領域をそれ
ぞれ示す。
This waveguide is formed by stacking two photobleaching polymer layers 3-1 and 3-2, and a missing portion 5-in the upper photobleaching polymer layer 3-2.
The incident light is made to enter and propagate in the inside of No. 1 and is bent at a right angle into the missing portion 5-2 in the photobleaching polymer layer 3-1 at the lower part and propagated, and is emitted as shown by an arrow 7. It is a thing. That is, this waveguide is a three-dimensional optical waveguide. Incidentally, 4a-1-1 to 4a-13-21, 4
Reference numerals b-1-1 to 4b-12-21 represent refractive index lowering regions, respectively.

【0103】上記2層以外に、多層状にフォトブリーチ
ング用ポリマ層を積層させ、それぞれのポリマ層内に欠
落部領域を設けるようにすれば、3次元光回路を実現す
ることができる。すなわち、光信号を積層ポリマ層の深
さ方向に直角、斜め方向などに曲げて伝搬させたり、そ
れぞれのポリマ層間で光結合させて伝搬させたりするこ
とができる。
In addition to the above-mentioned two layers, a three-dimensional optical circuit can be realized by stacking photobleaching polymer layers in a multi-layered manner and providing a missing portion region in each polymer layer. That is, the optical signal can be bent and propagated at right angles or oblique directions in the depth direction of the laminated polymer layer, or can be propagated by being optically coupled between the respective polymer layers.

【0104】図9は本発明のフォトニック結晶導波路の
製造方法を適用した導波路の他の実施の形態を示す上面
図である。
FIG. 9 is a top view showing another embodiment of a waveguide to which the method for manufacturing a photonic crystal waveguide of the present invention is applied.

【0105】この導波路に光信号6を矢印6−1、6−
2、6−3、6−4、6−5、6−6、6−7、7のよ
うに伝搬させるようにフォトブリーチング用ポリマ層3
内に欠落部をジグザグ状に形成したものである。
An optical signal 6 is supplied to this waveguide by arrows 6-1 and 6-.
2, 6-3, 6-4, 6-5, 6-6, 6-7, 7 so as to propagate the photobleaching polymer layer 3
The cutout portion is formed in a zigzag shape.

【0106】この導波路も図1(a)、(b)に示した
導波路と同様の効果が得られる。
This waveguide also has the same effect as the waveguide shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b).

【0107】図10(a)は本発明のフォトニック結晶
導波路の製造方法を適用した導波路の他の実施の形態を
示す側面図であり、図10(b)は上面図である。
FIG. 10A is a side view showing another embodiment of the waveguide to which the method for manufacturing a photonic crystal waveguide of the present invention is applied, and FIG. 10B is a top view.

【0108】この導波路は、基板1上に複数(図では9
層であるが限定されない。)のフォトブリーチング用ポ
リマ層3−1〜3−9を積層させ、それぞれの層内に低
屈折率領域4を面方向に所定の間隔でフォトニックバン
ドギャップ構造を形成するように設け、フォトブリーチ
ング用ポリマ層3−5内に直線的パターンの欠落部5を
設けたものである。
A plurality of waveguides (9 waveguides in the figure) are provided on the substrate 1.
Layers, but not limited to. ) The photobleaching polymer layers 3-1 to 3-9 are laminated, and the low refractive index regions 4 are provided in the respective layers so as to form a photonic bandgap structure at predetermined intervals in the plane direction. The bleaching polymer layer 3-5 has a linear pattern missing portion 5.

【0109】そして、直線的パターン5内を矢印6方向
に光信号を入射させ、矢印7方向に出力させるように構
成したものである。この導波路も図1(a)、(b)に
示した導波路と同様の効果が得られる。
Then, the optical signal is made incident in the direction of the arrow 6 in the linear pattern 5 and is outputted in the direction of the arrow 7. This waveguide has the same effect as the waveguide shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b).

【0110】尚、本実施の形態では、フォトブリーチン
グ用ポリマ層3−5内のみに欠落部を設けたが、それぞ
れのポリマ層内に欠落部を設けて、これらの層全体で3
次元光伝搬や3次元光回路を形成してもよい。
In this embodiment, the missing portion is provided only in the photobleaching polymer layer 3-5. However, the missing portion is provided in each of the polymer layers, and the total thickness of these layers is 3%.
Dimensional light propagation or a three-dimensional optical circuit may be formed.

【0111】図11(a)は本発明のフォトニック結晶
導波路の製造方法を適用した導波路の他の実施の形態を
示す側面図であり、図11(b)は図11(a)の11
b−11b線断面図である。
FIG. 11A is a side view showing another embodiment of a waveguide to which the method for manufacturing a photonic crystal waveguide of the present invention is applied, and FIG. 11B is a side view of FIG. 11A. 11
It is a b-11b sectional view.

【0112】図1(a)、(b)〜図10(a)、
(b)に示した実施の形態は、低屈折率領域4が直径D
の略円形状構造のものであったが、本実施の形態は幅W
aを有する線状構造とし、この幅Waを2μm以下と
し、各線状部4Lの間隔S3も2μm以下にすることに
より、フォトニックバンドギャップ構造を構成したもの
である。なお、低屈折率の線状部4Lは孔であってもよ
く、中実であってもよい。この導波路も図1(a)、
(b)に示した導波路と同様の効果が得られる。
FIGS. 1A, 1B to 10A,
In the embodiment shown in (b), the low refractive index region 4 has a diameter D.
However, in the present embodiment, the width W
The photonic bandgap structure is formed by using a linear structure having a, the width Wa of which is 2 μm or less, and the interval S3 between the linear portions 4L is also 2 μm or less. The low-refractive-index linear portion 4L may be a hole or may be solid. This waveguide is also shown in FIG.
The same effect as the waveguide shown in (b) can be obtained.

【0113】図12は本発明のフォトニック結晶導波路
の製造方法を適用した導波路の他の実施の形態を示す上
面図である。
FIG. 12 is a top view showing another embodiment of a waveguide to which the method for manufacturing a photonic crystal waveguide of the present invention is applied.

【0114】この導波路は、光信号を矢印6方向から矢
印7方向に直角に曲げて伝搬させるように欠落部を構成
したものである。すなわちL字形状の複数の低屈折率の
線状部4Laを平行に配置すると共に光信号を伝搬させ
る部分5が形成されるように離したものである。この導
波路も図1(a)、(b)に示した導波路と同様の効果
が得られる。
This waveguide has a notch so that the optical signal is bent at a right angle from the direction of arrow 6 to the direction of arrow 7 and propagated. That is, a plurality of L-shaped linear portions 4La having a low refractive index are arranged in parallel and are separated so that a portion 5 for propagating an optical signal is formed. This waveguide has the same effect as the waveguide shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b).

【0115】本発明は上記実施の形態に限定されない。The present invention is not limited to the above embodiment.

【0116】たとえば、シリコーン化合物を添加したポ
リシラン化合物に光酸発生剤(融点192℃、最大吸収
派長77nmのパラメトキシスチルトリアジン)を2%
から5%添加したポリマ層を用いてもよい。この場合に
は導波路損失は多少増加傾向にあったが、紫外線レーザ
ビーム照射による低屈折率変化領域のパターンの深さ方
向の均一性が一層向上し、より寸法精度の高い矩形状コ
ア層を実現することができた。光酸発生剤としては、ト
リアジン系のものが良いことが分かった。
For example, 2% of a photoacid generator (paramethoxystiltriazine with a melting point of 192 ° C. and a maximum absorption length of 77 nm) is added to a polysilane compound containing a silicone compound.
It is also possible to use a polymer layer containing 5% to 5%. In this case, the waveguide loss tended to increase somewhat, but the uniformity of the pattern in the depth direction of the low refractive index change region due to the irradiation of the ultraviolet laser beam was further improved, and a rectangular core layer with higher dimensional accuracy was obtained. Could be realized. It was found that a triazine-based photoacid generator is preferable.

【0117】上部クラッド層6の上には紫外線カット層
を設けて長期的にコア層5の屈折率が変化しないように
してもよい。
An ultraviolet blocking layer may be provided on the upper cladding layer 6 so that the refractive index of the core layer 5 does not change for a long period of time.

【0118】ポリシラン化合物、シリコーン化合物、ト
リアジン系化合物、光酸発生剤等は種々のものを適用す
ることができる。例えば、ポリシラン化合物には分岐度
が2%以上の分岐状ポリシラン化合物が光透明度の点か
ら好ましい。光酸発生剤にはトリアジン系が好ましく、
その中でも長波長での光透明度の高いもの、融点の高い
ものが好ましい。シリコーン化合物も光透明度の高いも
の、融点の高いものなどが好ましい。
Various kinds of polysilane compounds, silicone compounds, triazine compounds, photoacid generators and the like can be applied. For example, a branched polysilane compound having a branching degree of 2% or more is preferable as the polysilane compound from the viewpoint of optical transparency. The photoacid generator is preferably a triazine type,
Among them, those having high light transparency at long wavelengths and those having high melting points are preferable. The silicone compound is also preferably one having a high light transparency and a high melting point.

【0119】また紫外線レーザビームの照射されていな
い光伝搬層となる欠落部の表面、あるいは内部に波長が
上記ポリマの吸収波長からはずれた波長の超短パルスレ
ーザビームを集光、照射してそのコア層の屈折率を高屈
折率化するようにしても良い。
Further, an ultrashort pulsed laser beam having a wavelength deviating from the absorption wavelength of the above-mentioned polymer is collected and irradiated on the surface or inside of the missing portion which is not irradiated with the ultraviolet laser beam and becomes the light propagation layer. The refractive index of the core layer may be increased.

【0120】超短パルスレーザビームとして、波長は6
00nmから1600nmの範囲(好ましくは800n
mの波長)から選び、パルス幅として、数千fsから数
十fsの範囲から選び、パルスの繰り返しを10Hzか
ら200kHzの範囲から選ぶ。平均出力は数十mwか
ら数百mwの範囲から選ぶのが好ましい。このようにコ
ア層の屈折率を16のごとく高くすることはコア層内へ
の光の閉じ込めを一層強くし、かつ、超短パルレーザビ
ーム照射でコア層内の有機物が一層取り除かれて無機化
され、かつ高密度で光散乱中心の少ない高均質なコア層
へ改質することができる。なお、レーザビームのパルス
幅を狭くすればするほどそのパルス幅内のエネルギーは
非常に高くなり、熱的なダメージを全く受けないで高屈
折率化を実現することができる。
The wavelength of the ultrashort pulsed laser beam is 6
In the range of 00 nm to 1600 nm (preferably 800 n
m wavelength), the pulse width is selected from the range of several thousand fs to several tens fs, and the pulse repetition is selected from the range of 10 Hz to 200 kHz. The average output is preferably selected from the range of several tens mw to several hundred mw. Increasing the refractive index of the core layer to 16 as described above further strengthens the confinement of light in the core layer, and the organic matter in the core layer is further removed by the irradiation with the ultrashort pulsed laser beam to make it inorganic. In addition, the core layer can be modified into a highly homogeneous core layer having a high density and a small number of light scattering centers. It should be noted that the narrower the pulse width of the laser beam, the higher the energy within the pulse width becomes, and the higher refractive index can be realized without any thermal damage.

【0121】以上のように、本発明は下記に示すような
効果を有している。
As described above, the present invention has the following effects.

【0122】(1)本発明は、従来のようなフォトリソ
グラフィ、エッチングプロセスを用いないで、フォトブ
リーチング用ポリマ層に紫外線レーザビームを直接照射
により所望パターンを描画してフォトニック結晶導波路
を構成するようにしたものである。フォトブリーチング
用ポリマ層として、例えばポリシラン化合物を用いれ
ば、その層に波長266nmのDeep UVの紫外線
レーザビームを照射することにより、照射前の屈折率に
対して照射後の屈折率を比屈折率差で最大8%程度低く
することができる。また紫外線レーザとして、波長80
0nmで発振する超短パルスレーザの第3高調波(波長
266nm)を用い、パルス幅を1000fs以下にす
ることにより、そのパルス幅内で極めて大きなエネルギ
ーを得ることができるので、マトリックス状に構成した
屈折率低下領域に孔を開けることができ、より一層の大
きな屈折率変化構造を実現することができ、更なる小型
のフォトニック結晶導波路を実現することができる。な
お、孔開けの制御はレーザビームの平均出力値、パルス
幅、くり返し周波数、基板の移動速度等によって行なう
ことができる。
(1) In the present invention, a photonic crystal waveguide is formed by directly irradiating a photobleaching polymer layer with an ultraviolet laser beam to draw a desired pattern without using conventional photolithography and etching processes. It is designed to be configured. If, for example, a polysilane compound is used as the photobleaching polymer layer, by irradiating the layer with a deep UV ultraviolet laser beam having a wavelength of 266 nm, the refractive index after irradiation is relative to the refractive index before irradiation. The difference can be lowered by about 8% at the maximum. Also, as an ultraviolet laser, a wavelength of 80
By using the third harmonic (wavelength of 266 nm) of an ultrashort pulse laser oscillating at 0 nm and setting the pulse width to 1000 fs or less, extremely large energy can be obtained within the pulse width, so that the matrix structure is adopted. It is possible to form a hole in the refractive index lowering region, to realize a larger refractive index changing structure, and to realize an even smaller photonic crystal waveguide. The control of punching can be performed by the average output value of the laser beam, the pulse width, the repetition frequency, the moving speed of the substrate, and the like.

【0123】(2)紫外線レーザビームは2μm以下に
絞ることができるので、紫外線レーザビーム照射による
低屈折率の微小領域を周期的にマトリクス状に構成して
フォトニックバンドギャップ構造を形成し、マトリクス
状のバンドギャップ構造の中に微小領域の欠落したパタ
ーンを設け、パターン内に光信号を伝搬させるようにし
たフォトニック結晶導波路を実現することができる。し
かもポリシラン化合物の膜は波長1.3μm、1.55μ
mにおいて、伝搬損失が0.1dB/cm以下の低損失
であるので、低損失なフォトニック結晶導波路を実現す
ることができる。
(2) Since the ultraviolet laser beam can be narrowed down to 2 μm or less, minute regions having a low refractive index due to the irradiation of the ultraviolet laser beam are periodically arranged in a matrix to form a photonic bandgap structure. It is possible to realize a photonic crystal waveguide in which a pattern in which a minute region is missing is provided in a band-gap structure having a circular shape and an optical signal is propagated in the pattern. Moreover, the wavelength of the polysilane compound film is 1.3 μm and 1.55 μm.
At m, the propagation loss is 0.1 dB / cm or less, which is a low loss, so that a low-loss photonic crystal waveguide can be realized.

【0124】(3)フォトリソグラフィ、エッチングプ
ロセスを用いないで、フォトブリーチング用ポリマ層に
紫外線レーザビームを直接照射により所望パターンを描
画してフォトニック結晶導波路を構成するようにして作
製するので、構造不均一に依存する散乱損失の極めて少
ないフォトニック結晶導波路を製造することができる。
(3) Since a photonic crystal waveguide is formed by directly irradiating a photobleaching polymer layer with an ultraviolet laser beam to form a desired pattern without using photolithography and etching processes. It is possible to manufacture a photonic crystal waveguide with extremely small scattering loss depending on the structural nonuniformity.

【0125】(4)3次元CAD(Computer Aided Des
ign)を用いることにより、積層したポリシラン化合物
からなるポリマ層内に3次元光回路を形成することもで
きる。
(4) Three-dimensional CAD (Computer Aided Des)
ign), it is possible to form a three-dimensional optical circuit in the laminated polymer layer made of a polysilane compound.

【0126】(5)製造方法の面からは、ポリマ溶液を
スピンコーティング法で塗布、加熱によりポリマ層を形
成することができるので、非常に簡易な製造方法であ
り、低コスト化を期待することができる。
(5) From the viewpoint of the manufacturing method, since the polymer layer can be formed by applying the polymer solution by the spin coating method and heating, it is a very simple manufacturing method, and cost reduction can be expected. You can

【0127】(6)フォトブリーチング用ポリマ層に
は、ポリシラン化合物、ポリシラン化合物にシリコーン
化合物、あるいはシリコーン化合物と光酸発生剤を添加
したものを用いることができる。なお、孔を開けた構造
のフォトニック結晶導波路において、導波路を300℃
よりも高い温度で熱処理を行なって無機化を促進させる
ことことにより、ポリマ材料固有の吸収基(CH基、O
H基)に依存する吸収損失を低減することができる。ま
たAu/Sn半田リフロー温度(Au/Sn半田のリフ
ロー温度:>280℃)に耐えることができるので、導
波路表面、あるいは裏面、更には内部に電子部品、電子
回路、光部品、光回路等をハイブリッド実装することが
可能となる。
(6) For the photobleaching polymer layer, a polysilane compound, a polysilane compound, a silicone compound, or a mixture of a silicone compound and a photoacid generator can be used. In addition, in the photonic crystal waveguide having a structure with a hole,
By carrying out heat treatment at a higher temperature to promote mineralization, absorption groups (CH group, O
The absorption loss depending on the (H group) can be reduced. Further, since it can withstand the Au / Sn solder reflow temperature (Au / Sn solder reflow temperature:> 280 ° C.), it can be used for electronic parts, electronic circuits, optical parts, optical circuits, etc. on the front surface or the back surface of the waveguide. Can be implemented as a hybrid.

【0128】(7)紫外線レーザビームとして、上述し
たようにパルスレーザビームを用いれば照射されたポリ
マ層の熱的なダメージを受けることなく、低い平均出力
レーザビームパワーでポリマ層の屈折率を低下させるこ
とができる。また連続波に比してパルスにすることによ
り、瞬間的に高い光強度を持ちながら平均強度が低いの
で、短時間で厚いポリマ層に対してもその深さ方向に屈
折率変化を一様に生じさせることができる。すなわち、
短時間で導波路化を実現させることが可能となる。な
お、深さ方向の屈折率変化を起こさせる度合いはレーザ
ビームのパワー、被加工物(あるいはレーザビームのい
ずれか一方)の移動速度を調節することにより制御する
ことができる。また同じ領域にレーザビームを複数回照
射するようにしてもよい。
(7) If the pulse laser beam is used as the ultraviolet laser beam as described above, the refractive index of the polymer layer is lowered with a low average output laser beam power without being thermally damaged by the irradiated polymer layer. Can be made. In addition, by using a pulse compared to a continuous wave, the average intensity is low while having a high light intensity momentarily, so that even for a thick polymer layer, the change in the refractive index can be made uniform in the depth direction. Can be generated. That is,
It becomes possible to realize a waveguide in a short time. Note that the degree of change in the refractive index in the depth direction can be controlled by adjusting the power of the laser beam and the moving speed of the workpiece (or one of the laser beams). Further, the same region may be irradiated with the laser beam a plurality of times.

【0129】(8)レーザビームのビームスポット径を
調節することにより、屈折率低下領域の幅Wcを制御す
ることができる。
(8) The width Wc of the refractive index lowering region can be controlled by adjusting the beam spot diameter of the laser beam.

【0130】(9)紫外線レーザの波長はポリマ層に吸
収されてその屈折率変化を起こす波長帯から選ばれる
が、最大吸収波長に選ぶのが好ましい。最大吸収波長か
らずれた波長のレーザを用いる場合には、そのずれ分を
補うために過剰のパワーを必要とする。
(9) The wavelength of the ultraviolet laser is selected from the wavelength band in which the polymer layer absorbs and changes its refractive index, but it is preferable to select the maximum absorption wavelength. When a laser having a wavelength deviated from the maximum absorption wavelength is used, excessive power is required to compensate for the deviation.

【0131】本発明の別の特長はフォトマスクを使用し
ないので、導波路製造コストを大幅に安くすることがで
きる点にある。特に、光回路パターンの異なった種々の
光回路を作製する際のコストを大幅に安く、かつ、短時
間に作製できるので、トータルコストパフォーマンスを
抜本的に改善することができる。
Another feature of the present invention is that since no photomask is used, the waveguide manufacturing cost can be significantly reduced. In particular, the cost for producing various optical circuits having different optical circuit patterns can be drastically reduced and can be produced in a short time, so that the total cost performance can be drastically improved.

【0132】(10)光回路の特性の変更がインライン
でモニタしながらレーザビーム照射ででき、またトリミ
ングによる光学特性の改善もできる特長がある。
(10) The characteristics of the optical circuit can be changed by irradiating the laser beam while in-line monitoring, and the optical characteristics can be improved by trimming.

【0133】(11)レーザビーム照射により屈折率変
化を持たせたポリマ層はほぼ平坦な面を保持しているの
で、その上に上部クラッド層を形成してもその面も平坦
な面を保持できる。その結果、その上面に電子部品、電
子回路、光部品、光回路等を高寸法精度で実装すること
ができる。
(11) Since the polymer layer whose refractive index is changed by laser beam irradiation has a substantially flat surface, even if an upper clad layer is formed on the polymer layer, the surface also has a flat surface. it can. As a result, electronic components, electronic circuits, optical components, optical circuits, etc. can be mounted on the upper surface with high dimensional accuracy.

【0134】(12)紫外線レーザビームの照射されて
いない欠落パターン領域の表面、あるいは内部に波長が
ポリマの吸収波長からはずれた波長の超短パルスレーザ
ビームを集光、照射してその領域の屈折率を高屈折率化
するようにしても良い。超短パルスレーザビームとし
て、波長は600nmから1600nmの範囲から選
び、パルス幅として、数千fsから数十fsの範囲を選
び、パルスの繰り返し周波数を10Hzから200kH
zの範囲から選ぶ。平均出力は数十mwから数百mwの
範囲から選ぶのが好ましい。このように欠落パターン領
域の屈折率を高くすることはその領域、すなわち、光伝
搬層内への光の閉じ込めを一層良くし、かつ、超短パル
レーザビーム照射で光伝搬層層内の有機物が一層取り除
かれて無機化され、かつ高密度で光散乱中心の少ない光
伝搬層層へ改質することができる。
(12) The ultrashort pulsed laser beam having a wavelength deviating from the absorption wavelength of the polymer is condensed on the surface of or inside the missing pattern region where the ultraviolet laser beam is not irradiated, and the region is refracted. The refractive index may be increased. The wavelength of the ultrashort pulsed laser beam is selected from the range of 600 nm to 1600 nm, the pulse width is selected from the range of several thousand fs to several tens fs, and the pulse repetition frequency is from 10 Hz to 200 kHz.
Select from the range of z. The average output is preferably selected from the range of several tens mw to several hundred mw. Increasing the refractive index of the missing pattern region in this way improves the confinement of light in that region, that is, the light propagation layer, and the organic matter in the light propagation layer layer is irradiated by the ultrashort pulsed laser beam irradiation. It can be further removed to be inorganicized, and can be modified into a light propagation layer having a high density and a small number of light scattering centers.

【0135】[0135]

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。
In summary, according to the present invention, the following excellent effects are exhibited.

【0136】小型で低損失のフォトニック結晶導波路及
びその製造方法の提供を実現することができる。
It is possible to provide a small-sized and low-loss photonic crystal waveguide and a method for manufacturing the same.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】(a)は本発明のフォトニック結晶導波路の製
造方法を適用した導波路の一実施の形態を示す側面図で
あり、(b)は上面図である。
FIG. 1A is a side view showing an embodiment of a waveguide to which a method for manufacturing a photonic crystal waveguide of the present invention is applied, and FIG. 1B is a top view.

【図2】(a)は本発明のフォトニック結晶導波路の製
造方法を適用した導波路の他の実施の形態を示す側面図
であり、(b)は上面図である。
FIG. 2A is a side view showing another embodiment of the waveguide to which the method for manufacturing a photonic crystal waveguide of the present invention is applied, and FIG. 2B is a top view.

【図3】(a)は本発明のフォトニック結晶導波路の製
造方法を適用した導波路の他の実施の形態を示す側面図
であり、(b)は上面図である。
FIG. 3A is a side view showing another embodiment of a waveguide to which the method for manufacturing a photonic crystal waveguide of the present invention is applied, and FIG. 3B is a top view.

【図4】(a)は本発明のフォトニック結晶導波路の製
造方法を適用した導波路の他の実施の形態を示す側面図
であり、(b)は上面図である。
FIG. 4A is a side view showing another embodiment of a waveguide to which the method for manufacturing a photonic crystal waveguide of the present invention is applied, and FIG. 4B is a top view.

【図5】(a)は本発明のフォトニック結晶導波路の製
造方法を適用した導波路の他の実施の形態を示す側面図
であり、(b)は上面図である。
5A is a side view showing another embodiment of a waveguide to which the method for manufacturing a photonic crystal waveguide of the present invention is applied, and FIG. 5B is a top view.

【図6】(a)は本発明のフォトニック結晶導波路の製
造方法を適用した導波路の他の実施の形態を示す側面図
であり、(b)は上面図である。
FIG. 6A is a side view showing another embodiment of the waveguide to which the method for manufacturing a photonic crystal waveguide of the present invention is applied, and FIG. 6B is a top view.

【図7】本発明のフォトニック結晶導波路の製造方法を
適用した導波路の他の実施の形態を示す上面図である。
FIG. 7 is a top view showing another embodiment of a waveguide to which the method for manufacturing a photonic crystal waveguide of the present invention is applied.

【図8】(a)は本発明のフォトニック結晶導波路の製
造方法を適用した導波路の他の実施の形態を示す側面図
であり、(b)は(a)の8b−8b線断面図であり、
(c)は(a)の8c−8c線断面図である。
FIG. 8A is a side view showing another embodiment of the waveguide to which the method for manufacturing a photonic crystal waveguide of the present invention is applied, and FIG. 8B is a sectional view taken along line 8b-8b of FIG. 8A. Is a figure,
FIG. 8C is a sectional view taken along line 8c-8c of FIG.

【図9】本発明のフォトニック結晶導波路の製造方法を
適用した導波路の他の実施の形態を示す上面図である。
FIG. 9 is a top view showing another embodiment of the waveguide to which the method for manufacturing a photonic crystal waveguide of the present invention is applied.

【図10】(a)は本発明のフォトニック結晶導波路の
製造方法を適用した導波路の他の実施の形態を示す側面
図であり、(b)は上面図である。
10A is a side view showing another embodiment of the waveguide to which the method for manufacturing a photonic crystal waveguide of the present invention is applied, and FIG. 10B is a top view.

【図11】(a)は本発明のフォトニック結晶導波路の
製造方法を適用した導波路の他の実施の形態を示す側面
図であり、(b)は(a)の11b−11b線断面図で
ある。
FIG. 11A is a side view showing another embodiment of the waveguide to which the method for manufacturing a photonic crystal waveguide of the present invention is applied, and FIG. 11B is a sectional view taken along line 11b-11b of FIG. 11A. It is a figure.

【図12】本発明のフォトニック結晶導波路の製造方法
を適用した導波路の他の実施の形態を示す上面図であ
る。
FIG. 12 is a top view showing another embodiment of the waveguide to which the method for manufacturing a photonic crystal waveguide of the present invention is applied.

【図13】(a)〜(f)はフォトニック結晶の外観斜
視図である。
13A to 13F are external perspective views of a photonic crystal.

【図14】フォトニック結晶の他の従来例を示す外観図
である。
FIG. 14 is an external view showing another conventional example of a photonic crystal.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 2 低屈折率層 3 フォトブリーチング用ポリマ層 4−1−1〜4−9−17 屈折率低下領域 5 直線パターン 8 上部クラッド層 1 substrate 2 Low refractive index layer 3 Polymer layer for photobleaching 4-1-1 to 4-9-17 Refractive index decreasing region 5 straight line pattern 8 Upper clad layer

Claims (19)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に低屈折率層が設けられ、その低
屈折率層の表面若しくは内部に高屈折率のフォトブリー
チング用のポリマ層が設けられており、該ポリマ層内に
該ポリマ層の吸収波長近傍の波長の紫外線レーザビーム
が上記ポリマ層の面方向に所定の間隔で照射されて屈折
率の低下した屈折率低下領域がマトリックス状に形成さ
れたフォトニック結晶導波路であって、上記屈折率低下
領域の中の一部が欠落すると共に、その欠落した領域が
形成する欠落パターンが上記ポリマ層の面方向に直線、
曲線パターン、あるいはこれらの組み合わせたものから
なり、光信号は上記欠落パターンに沿って上記ポリマ層
内を伝搬することを特徴とするフォトニック結晶導波
路。
1. A low refractive index layer is provided on a substrate, and a polymer layer for photobleaching having a high refractive index is provided on the surface or inside of the low refractive index layer, and the polymer layer is provided in the polymer layer. A photonic crystal waveguide in which a refractive index lowering region in which the refractive index is lowered by irradiating an ultraviolet laser beam having a wavelength near the absorption wavelength of the layer in the surface direction of the polymer layer at a predetermined interval is formed in a matrix. , A part of the refractive index decreasing region is missing, the missing pattern formed by the missing region is a straight line in the plane direction of the polymer layer,
A photonic crystal waveguide comprising a curved pattern or a combination thereof, wherein an optical signal propagates in the polymer layer along the missing pattern.
【請求項2】 上記紫外線レーザビームのビームスポッ
ト径は2μm以下である請求項1に記載のフォトニック
結晶導波路。
2. The photonic crystal waveguide according to claim 1, wherein the beam spot diameter of the ultraviolet laser beam is 2 μm or less.
【請求項3】 上記屈折率低下領域の形状は略円形であ
る請求項1又は2に記載のフォトニック結晶導波路。
3. The photonic crystal waveguide according to claim 1, wherein the refractive index lowering region has a substantially circular shape.
【請求項4】 上記屈折率低下領域は直線部が所望間隔
で平行に配列されている請求項1又は2に記載のフォト
ニック結晶導波路。
4. The photonic crystal waveguide according to claim 1, wherein the refractive index decreasing region has straight portions arranged in parallel at desired intervals.
【請求項5】 上記紫外線レーザの波長は250nmか
ら445nmの範囲内である請求項1から4のいずれか
に記載のフォトニック結晶導波路。
5. The photonic crystal waveguide according to claim 1, wherein the wavelength of the ultraviolet laser is in the range of 250 nm to 445 nm.
【請求項6】 上記紫外線レーザには連続発振レーザか
パルスレーザが用いられている請求項1から5のいずれ
かに記載のフォトニック結晶導波路。
6. The photonic crystal waveguide according to claim 1, wherein a continuous wave laser or a pulsed laser is used as the ultraviolet laser.
【請求項7】 上記紫外線レーザビームの照射されてい
ない非照射領域の幅及び屈折率低下領域の幅は0.1μ
m以上4μm以下である請求項1から6のいずれかに記
載のフォトニック結晶導波路。
7. The width of the non-irradiated region not irradiated with the ultraviolet laser beam and the width of the refractive index lowered region are 0.1 μm.
The photonic crystal waveguide according to any one of claims 1 to 6, wherein the photonic crystal waveguide has a thickness of m or more and 4 μm or less.
【請求項8】 上記高屈折率のフォトブリーチング用の
ポリマ層にはポリシラン化合物、ポリシラン化合物にシ
リコーン化合物、シリコーン化合物と光酸発生剤を添加
したもの、あるいはニトロンを添加したシリコーン化合
物等が用いられている請求項1から7のいずれかに記載
のフォトニック結晶導波路。
8. The high-refractive-index photobleaching polymer layer is made of a polysilane compound, a polysilane compound containing a silicone compound, a silicone compound plus a photoacid generator, or a nitrone-containing silicone compound. The photonic crystal waveguide according to any one of claims 1 to 7.
【請求項9】 上記屈折率低下領域は上記基板上に少な
くとも2層積層されたフォトブリーチング用のポリマ層
内にそれぞれ形成されており、該ポリマ層内に3次元的
に光伝搬する光路、あるいは光回路が形成されている請
求項1から8のいずれかに記載のフォトニック結晶導波
路。
9. The refractive index decreasing regions are respectively formed in at least two polymer layers for photobleaching laminated on the substrate, and optical paths for three-dimensionally propagating light in the polymer layers, Alternatively, the photonic crystal waveguide according to claim 1, wherein an optical circuit is formed.
【請求項10】 上記紫外線レーザビームが照射されず
光伝搬層となるポリマ層の表面若しくは内部に上記ポリ
マ層の吸収波長から長波長側にシフトした超短パルスレ
ーザビームが集光、照射されてそのポリマ層の屈折率が
高屈折率化している請求項1から9のいずれかに記載の
フォトニック結晶導波路。
10. The ultrashort pulsed laser beam shifted from the absorption wavelength of the polymer layer to the long wavelength side is condensed and irradiated on the surface or inside of the polymer layer which is not the ultraviolet laser beam and becomes the light propagation layer. The photonic crystal waveguide according to claim 1, wherein the polymer layer has a high refractive index.
【請求項11】 上記屈折率低下領域には孔が形成され
ている請求項1から10のいずれかに記載のフォトニッ
ク結晶導波路。
11. The photonic crystal waveguide according to claim 1, wherein a hole is formed in the refractive index lowering region.
【請求項12】 基板上に低屈折率層を形成する低屈折
率層形成工程、該低屈折率層の上に高屈折率のフォトブ
リーチング用のポリマ層を形成するポリマ層形成工程、
該ポリマ層の上から所望幅の光伝搬領域を確保するよう
に該光伝搬領域の両側に紫外線レーザビームを照射して
屈折率低下領域を形成する低屈折率領域形成工程、から
なることを特徴とするフォトニック結晶導波路の製造方
法。
12. A low refractive index layer forming step of forming a low refractive index layer on a substrate, a polymer layer forming step of forming a high refractive index photobleaching polymer layer on the low refractive index layer,
A low refractive index region forming step of irradiating an ultraviolet laser beam on both sides of the light propagation region so as to secure a light propagation region of a desired width from above the polymer layer and forming a low refractive index region. A method for manufacturing a photonic crystal waveguide.
【請求項13】 基板上に低屈折率層を形成する低屈折
率層形成工程、該低屈折率層の上に高屈折率のフォトブ
リーチング用ポリマ層を形成するポリマ層形成工程、該
ポリマ層の上から所望幅の光伝搬領域を確保するように
該光伝搬領域の両側に紫外線レーザビームを照射して屈
折率低下領域を形成する低屈折率領域形成工程、上記ポ
リマ層の上に低屈折率の上部クラッド層を形成する上部
クラッド層形成工程、からなることを特徴とするフォト
ニック結晶導波路の製造方法。
13. A low refractive index layer forming step of forming a low refractive index layer on a substrate, a polymer layer forming step of forming a high refractive index photobleaching polymer layer on the low refractive index layer, and the polymer. A low refractive index region forming step of forming a low refractive index region by irradiating an ultraviolet laser beam on both sides of the light propagation region so as to secure a light propagation region having a desired width from above the layer, and forming a low refractive index region on the polymer layer. An upper clad layer forming step of forming an upper clad layer having a refractive index, and a method of manufacturing a photonic crystal waveguide.
【請求項14】 基板上に低屈折率層を形成する低屈折
率層形成工程、該低屈折率層の上に高屈折率のフォトブ
リーチング用ポリマ層を形成するポリマ層形成工程、上
記ポリマ層の上に低屈折率の上部クラッド層を形成する
上部クラッド層形成工程、上記ポリマ層の上から所望幅
の光伝搬領域を確保するように該光伝搬領域の両側に紫
外線レーザビームを照射して屈折率低下領域を形成する
低屈折率領域形成工程、からなることを特徴とするフォ
トニック結晶導波路の製造方法。
14. A low refractive index layer forming step of forming a low refractive index layer on a substrate, a polymer layer forming step of forming a high refractive index polymer layer for photobleaching on the low refractive index layer, said polymer An upper clad layer forming step of forming an upper clad layer having a low refractive index on the layer, irradiating an ultraviolet laser beam on both sides of the light propagation region so as to secure a light propagation region of a desired width from above the polymer layer. And a low-refractive-index region forming step of forming a low-refractive-index region by a photonic crystal waveguide.
【請求項15】 上記屈折率低下領域を少なくとも1回
のレーザビーム走査で形成する請求項12から14のい
ずれかに記載のフォトニック結晶導波路の製造方法。
15. The method of manufacturing a photonic crystal waveguide according to claim 12, wherein the refractive index lowering region is formed by at least one laser beam scanning.
【請求項16】 上記紫外線レーザビームの照射されて
いない領域からなる直線パターン、曲線パターン、及び
これらの組み合わせパターンを上記基板か上記レーザビ
ームのいずれか一方の相対的移動によって形成する請求
項12から14のいずれかに記載のフォトニック結晶導
波路の製造方法。
16. The method according to claim 12, wherein a linear pattern, a curved pattern, and a combination pattern of the regions not irradiated with the ultraviolet laser beam are formed by relative movement of either the substrate or the laser beam. 15. The method for manufacturing the photonic crystal waveguide according to any one of 14.
【請求項17】 上記高屈折率のフォトブリーチング用
ポリマ層にはポリシラン化合物、ポリシラン化合物にシ
リコーン化合物、あるいはシリコーン化合物と光酸発生
剤を添加したもの、ニトロンを添加したシリコーン化合
物等を用いる請求項12から16のいずれかに記載のフ
ォトニック結晶導波路の製造方法。
17. A polysilane compound, a silicone compound added to a polysilane compound, a silicone compound and a photo-acid generator, or a nitrone-added silicone compound is used for the high refractive index polymer layer for photobleaching. Item 17. A method for manufacturing a photonic crystal waveguide according to any one of items 12 to 16.
【請求項18】 上記レーザ直接描画導波路を基板上に
少なくとも2層積層する請求項12から17のいずれか
に記載のフォトニック結晶導波路の製造方法。
18. The method for manufacturing a photonic crystal waveguide according to claim 12, wherein at least two layers of the laser direct writing waveguide are laminated on a substrate.
【請求項19】 所望径の紫外線レーザビームを照射し
て屈折率の低下した領域に孔を形成する請求項12から
18のいずれかに記載のフォトニック結晶導波路の製造
方法。
19. The method of manufacturing a photonic crystal waveguide according to claim 12, wherein a hole is formed in a region having a lowered refractive index by irradiating an ultraviolet laser beam having a desired diameter.
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