JP2003098366A - 光導波路および光導波路の形成方法 - Google Patents

光導波路および光導波路の形成方法

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JP2003098366A JP2001289744A JP2001289744A JP2003098366A JP 2003098366 A JP2003098366 A JP 2003098366A JP 2001289744 A JP2001289744 A JP 2001289744A JP 2001289744 A JP2001289744 A JP 2001289744A JP 2003098366 A JP2003098366 A JP 2003098366A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 光学部品同士や光配線同士、また、光学部品
と光配線とを光学的に接続する際に、これらの間に介在
させることにより、コリメートレズや集光レンズ等を用
いることなく光信号を確実に伝送することができ、ま
た、光信号を出射する側の光学部品や光配線に直接取り
付けることにより、光信号を確実に、かつ、効率よく伝
送することができる光導波路を提供する。 【解決手段】 光配線と独立して形成された光導波路で
あって、コア部の形状は、その一端に向かって徐々に細
くなる形状であることを特徴とする光導波路。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光導波路および光
導波路の形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、通信分野を中心として光ファイバ
に注目が集まっている。特にIT(情報技術)分野にお
いては、高速インターネット網の整備に、光ファイバを
用いた光通信技術が必要となる。光ファイバは、低損
失、高帯域、細径・軽量、無誘導、省資源等の
特徴を有しており、この特徴を有する光ファイバを用い
た通信システムでは、従来のメタリックケーブルを用い
た通信システムに比べ、中継器数を大幅に削減すること
ができ、建設、保守が容易になり、通信システムの経済
化、高信頼性化を図ることができる。
【0003】また、光ファイバは、一つの波長の光だけ
でなく、多くの異なる波長の光を1本の光ファイバで同
時に多重伝送することができるため、多様な用途に対応
可能な大容量の伝送路を実現することができ、映像サー
ビス等にも対応することができる。
【0004】このような光ファイバには、例えば、半導
体レーザ等の光学部品からの出射光を入射させるのであ
るが、このとき、如何に効率よく出射光を光ファイバに
入射させるかは、光通信における重要な要素であり、特
に長距離伝送を行う場合、高効率で出射光を光ファイバ
に入射させることが要求される。ところが、光ファイバ
と光学部品との間には、光ファイバの熱膨張に起因する
光学部品の破損の防止等を目的として、空隙を設けてお
く必要があり、出射光を光ファイバに効率よく入射させ
ることの障害となっている。
【0005】そこで、光学部品と光ファイバとの間にコ
リメートレンズや集光レンズ等のレンズを設け、光学部
品からの出射光を光ファイバに入射させる方法が用いら
れている。この方法によれば、光学部品と光ファイバと
の間に空隙を設けている場合であっても、効率よく光学
部品からの出射光を光ファイバに入射させることができ
る。
【0006】また、この方法は、光学部品から光ファイ
バへ光を伝達させる場合に限らず、光ファイバから光学
部品へ光を伝達させる場合や、一の光ファイバから他の
光ファイバへ光の伝達させる場合等にも用いられてお
り、この方法によれば、いずれの場合であっても、効率
よく光を伝達させることができる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た方法に使用するレンズには、非常に小さなレンズを用
いなければならず、また、効率よく光を伝達させるため
に、レンズの形状には精密さが要求される。そのような
レンズの製造は煩雑であり、コストが嵩むという問題が
あった。
【0008】また、光学部品や光ファイバ等とレンズと
を配置する作業は、例えば、手作業または高精度な位置
合わせを行うことができる設備により行われているが、
それらの配置には極めて高い位置精度が要求されるた
め、コストが上昇する一因となるという問題があった。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記問題を
解説するために鋭意検討を重ねた結果、コア部の形状が
その一端に向かって徐々に細くなる形状の光導波路であ
れば、上記レンズに代えて用いることができること、お
よび、このような形状の光導波路を所定の方法を用いる
ことにより、簡便、かつ、安価に形成することができる
ことを見出した。また、上記した形状を有する光導波路
は、光学部品や光ファイバ等の光配線に直接取り付けた
状態で形成することも可能であり、この場合には、高い
精度で位置合わせを行う工程を必要としないため、上述
した問題を解消することができることを見出し、本発明
を完成させた。
【0010】すなわち、本発明の光導波路は、光配線と
独立して形成された光導波路であって、コア部の形状
が、その一端に向かって徐々に細くなる形状であること
を特徴とする。本発明の光導波路において、上記コア部
の周囲に、クラッド部が形成されていることが望まし
い。また、上記コア部は、感光性組成物からなることが
望ましい。
【0011】また、本発明の光導波路の形成方法は、未
硬化の感光性組成物中に、光配線を介して光を照射する
ことにより、上記光を集束させる形状を有する上記未硬
化の感光性組成物の硬化物を成長させ、その一端に向か
って徐々に細くなる形状のコア部を形成することを特徴
とする。本発明の光導波路の形成方法においては、上記
コア部を形成した後、その周囲に安定なクラッド部を形
成することが望ましい。
【0012】
【発明の実施の形態】本発明の光導波路は、光配線と独
立して形成された光導波路であって、コア部の形状が、
その一端に向かって徐々に細くなる形状であることを特
徴とする。以下、本明細書においては、上記コア部の細
くなった一端を、頂部ともいうこととし、他の一端を、
底部ともいうこととする。
【0013】本発明の光導波路は、コア部の形状がその
一端に向かって徐々に細くなる形状であるため、底部か
ら入射した光を集束させることができ、集束させた光を
頂部から効率よく出射させることができる。ここで、
「コア部の形状がその一端に向かって徐々に細くなる形
状」とは、頂部が底部よりも小さくなっている形状であ
れば特に限定されず、例えば、四角柱の平行する一組の
面のみが、略同一の傾斜を有するように削られたような
形状であってよいが、頂部が底部よりも小さくなってお
り、かつ、頂部と底部とが略相似形を有するような形
状、例えば、略円錐状や略角錐状、氷柱状等の形状であ
ることが望ましい。より確実に底部から入射した光を集
束させることができるからである。
【0014】また、「光配線と独立して形成されてい
る」とは、光配線の延長として同じ材料により一体的に
形成されているのではなく、異なる材料により異なる時
期に形成されていることを意味し、両者が接着された状
態で形成されているか否かは問題としない。従って、こ
の光導波路は、後述するように、独立した部品として取
り扱うこともできる。ただし、光配線の先端に光導波路
を形成した際には、これらがお互いに接着された状態と
なっており、そのまま使用することが望ましい。位置合
わせを行うことなく、光信号を確実に受信することがで
きるからである。
【0015】本発明の光導波路では、光学部品同士や光
配線同士、また、光学部品と光配線とを光学的に接続す
る際に、これらの間に本発明の光導波路を、その底部か
ら頂部に向かって光信号が伝送されるように介在させる
ことにより、コリメートレンズや集光レンズ等の高価な
レンズを用いることなく、光信号を確実に伝送すること
ができる。また、上記コア部の底部を、光信号を出射す
る側の光学部品や光配線に直接取り付けることにより、
該コア部を介して、光信号を確実に、かつ、効率よく伝
送することができる。
【0016】なお、上記光学部品としては、例えば、P
D(フォトダイオード)、APD(アバランシェフォト
ダイオード)等の受光素子や、LD(半導体レーザ)、
DFB−LD(分布帰還型−半導体レーザ)、LED
(発光ダイオード)等の発光素子等が挙げられる。
【0017】また、本明細書において、「光配線」と
は、光ファイバ等の光導波路部品で、紫外線、可視光
線、赤外線等の光を通し、それにより情報を伝達するた
めのものであるが、その材質は特に限定されず、例え
ば、無機材料よりなるものであっても、高分子材料(プ
ラスチック)よりなるものであってもよい。上記光配線
に用いられる材料は、紫外線、可視光線、赤外線等の光
を通す材料であれば、上述したように特に限定されず、
無機材料としては、例えば、石英ガラスを主成分とする
もの、ソーダ石灰ガラス、ホウ硅ガラス等を主成分とす
る多成分ガラス等が挙げられ、高分子材料(プラスチッ
ク)としては、例えば、シリコーン樹脂、PMMA(ポ
リメタクリル酸メチル)等のアクリル樹脂等が挙げられ
る。さらに、高分子材料(プラスチック)として、場合
によっては、下記する光導波路として用いられる材料も
用いることができる。
【0018】本発明の光導波路は、コア部の形状が、そ
の一端に向かって徐々に細くなる形状を有していればよ
く、その材質は特に限定されない。従って、上記コア部
は、無機材料からなるものであってもよいし、有機材料
からなるものであってもよい。これらのなかでは、加工
性に優れるとともに、低コストであるという点で有機材
料からなるものが望ましい。
【0019】上記無機材料の具体例としては、例えば、
LiNbO(ニオブ酸リチウム)、YIG(イットリ
ウム鉄ガーネット)等の絶縁体結晶;GaAs(ガリウ
ム砒素)、InP(インジウムリン)等の半導体化合
物;石英ガラスやSiO−B−NaO等の多
成分系ガラス等が挙げられる。
【0020】上記有機材料の具体例としては、例えば、
PMMA(ポリメチルメタクリレート)、重水素化PM
MA、重水素フッ素化PMMA、フッ素化PMMA等の
樹脂成分に、必要に応じて、単量体、光重合開始剤、増
感剤、溶剤等が配合された感光性組成物;エポキシ樹
脂、フッ素化エポキシ樹脂、ポリオレフィン系樹脂、重
水素化シリコーン樹脂等のシリコーン樹脂、ベンゾシク
ロブテンからなる樹脂等の樹脂成分に、必要に応じて、
各種添加剤が配合された樹脂組成物等が挙げられる。
【0021】これらのなかでは、感光性組成物が望まし
い。このような感光性組成物を用いることが、上記した
形状を有するコア部を形成するのに適しているからであ
る。なお、このような感光性組成物を用いて上記した形
状のコア部を形成する方法については後述する。また、
上記エポキシ樹脂やポリオレフィン系樹脂等に感光性を
付与し、これらの樹脂に、必要に応じて、単量体、光重
合開始剤、増感剤等を配合したものを感光性組成物とし
て用いてもよい。なお、上記エポキシ樹脂やポリオレフ
ィン系樹脂等に感光性を付与する方法としては、これら
の樹脂の末端や側鎖にアリル基やアクリロイル基を付与
する方法等が挙げられる。
【0022】また、アリル基やアクリロイル基を分子の
末端または側鎖にもつポリエン化合物と、ポリチオール
化合物と、光重合開始剤と、必要に応じて、各種添加剤
や溶剤等を含むものも感光性組成物として用いることが
できる。
【0023】また、上記感光性組成物としては、光を照
射することにより硬化反応が進行するものであればよ
く、例えば、エポキシ樹脂と、芳香族ジアゾニウム塩、
芳香族ヨードニウム塩等の光を照射することによりルイ
ス酸を発生する光開始剤とを含むものも用いることがで
きる。さらに、ベンゾインアルキルエーテル、アセトフ
ェノン誘導体類、ベンゾフェノンやその誘導体等の光を
照射することによりラジカルを生成する光開始剤と、ラ
ジカル重合機構により重合が進行する樹脂成分とを含む
ものや、塩素化アセトフェノンやその誘導体等の光を照
射することにより強酸が遊離する光開始剤と、酸により
重合が進行する樹脂成分とを含むものも感光性組成物と
して用いることができる。さらに、上記感光性組成物
は、例えば、石英にGe、P等をドープしたもの等から
なる無機組成物であってもよい。
【0024】なお、本明細書において、感光性組成物
は、光の照射により化学反応を起す高分子のみならず、
光の照射により、光重合反応が進行する単量体、例え
ば、(メタ)アクリル酸メチル等も含むものとし、さら
には、2種類以上の樹脂成分および/または単量体が、
光の照射により化学反応を起し、樹脂複合体を形成する
ものも含むものとする。
【0025】また、上記コア部には、樹脂粒子、無機粒
子、金属粒子等の粒子が含まれていてもよい。このよう
な粒子を含む光導波路は、光学部品や光配線に直接取り
付けた際に、この光学部品との間で熱膨張係数の整合を
はかることができる。
【0026】上記樹脂粒子としては、例えば、熱硬化性
樹脂、熱可塑性樹脂、感光性樹脂、熱硬化性樹脂の一部
が感光性化された樹脂、熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂と
の樹脂複合体、感光性樹脂と熱可塑性樹脂との複合体等
からなるものが挙げられる。
【0027】具体的には、例えば、エポキシ樹脂、フェ
ノール樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミド樹脂、ポ
リフェニレン樹脂、ポリオレフィン樹脂、フッ素樹脂等
の熱硬化性樹脂;これらの熱硬化性樹脂の熱硬化基(例
えば、エポキシ樹脂におけるエポキシ基)にメタクリル
酸やアクリル酸等を反応させ、アクリル基を付与した樹
脂;フェノキシ樹脂、ポリエーテルスルフォン(PE
S)、ポリスルフォン(PSF)、ポリフェニレンスル
ホン(PPS)、ポリフェニレンサルファイド(PPE
S)、ポリフェニルエーテル(PPE)、ポリエーテル
イミド(PI)等の熱可塑性樹脂;アクリル樹脂等の感
光性樹脂等からなるものが挙げられる。また、上記熱硬
化性樹脂と上記熱可塑性樹脂との樹脂複合体や、上記ア
クリル基を付与した樹脂や上記感光性樹脂と上記熱可塑
性樹脂との樹脂複合体からなるものを用いることもでき
る。また、上記樹脂粒子としては、ゴムからなる樹脂粒
子を用いることもできる。
【0028】また、上記無機粒子としては、例えば、ア
ルミナ、水酸化アルミニウム等のアルミニウム化合物、
炭酸カルシウム、水酸化カルシウム等のカルシウム化合
物、炭酸カリウム等のカリウム化合物、マグネシア、ド
ロマイト、塩基性炭酸マグネシウム等のマグネシウム化
合物、シリカ、ゼオライト等のケイ素化合物等からなる
ものが挙げられる。また、上記無機粒子として、リンや
リン化合物からなるものを用いることもできる。
【0029】上記金属粒子としては、例えば、金、銀、
銅、パラジウム、ニッケル、白金、鉄、亜鉛、鉛、アル
ミニウム、マグネシウム、カルシウム等からなるものが
挙げられる。これらの樹脂粒子、無機粒子および金属粒
子は、単独で用いても良いし、2種以上併用してもよ
い。
【0030】また、上記粒子の形状は特に限定されず、
例えば、球状、楕円球状、破砕状、多面体状等が挙げら
れる。これらのなかでは、球状、または、楕円球状が望
ましい。球状や楕円球状の粒子には角がないため、光導
波路にクラック等が発生しにくいからである。
【0031】また、上記粒子の粒径は、通信波長より短
いことが望ましい。粒径が通信波長より長いと光信号の
伝送を阻害することがあるからである。なお、本明細書
において、粒子の粒径とは、粒子の一番長い部分の長さ
をいう。
【0032】上記コア部に粒子が含まれる場合、その配
合量は、硬化後の配合量で10〜80重量%であること
が望ましく、20〜70重量%であることがより望まし
い。粒子の配合量が10重量%未満であると、粒子を配
合させる効果があまり得られないことがあり、一方、粒
子の配合量が80重量%を超えると、光信号の伝送が阻
害されることがあるからである。
【0033】本発明の光導波路では、上記した形状のコ
ア部の周囲に、クラッド部が形成されていることが望ま
しい。上記コア部の周囲にクラッド部を形成することに
より、より確実に光信号を伝送することができるからで
ある。
【0034】ここで、上記コア部の材料が感光性組成物
であって、該感光性組成物が硬化後に、光屈折率が硬化
前よりも大きくなるものである場合には、上記感光性組
成物の一部を硬化させて、コア部を形成した際に、該コ
ア部の周囲に残る未硬化の感光性組成物がクラッド部と
しての役割を果たすことができる。しかしながら、この
場合、クラッドは流動性を有しており、光導波路の信頼
性という点であまり望ましくない。従って、クラッド部
は硬化することにより安定化しているほうが望ましい。
【0035】また、上記コア部が上述したような材質か
らなるものである場合、その光屈折率は、空気よりも大
きいため、特に上記コア部の周囲に無機材料や有機材料
からなるクラッド部を形成しなくても、コア部の周囲に
存在する空気がクラッドとしての役割を果たし、該コア
部において光信号を伝送することができる。従って、本
発明の光導波路においては、空気もまた安定なクラッド
部としての役割を果たすことができる。
【0036】上記クラッド部の材質としては、その光屈
折率が、上記コア部の光屈折率よりも小さいものであれ
ば特に限定されず、具体的には、例えば、上記コア部の
材質と同様のもの等が挙げられる。また、上記クラッド
部の形状としては特に限定されず、その外観が、上記コ
ア部と同様、一端に向かって徐々に細くなる形状であっ
てもよいし、円柱状や角柱状等であってもよい。また、
上記クラッド部にも上記した粒子が含まれていてもよ
い。
【0037】なお、上記コア部や上記クラッド部の光屈
折率を調整する方法としては、従来公知の方法を用いる
ことができる。すなわち、上記光導波路が無機材料から
なるものである場合には、チタニア(TiO)、アル
ミナ(Al)、ゲルマニア(GeO)、五酸化
リン(P )、イオウ(S)等の光屈折率を上げる
ドーパントや、ボロニア(B )、フッ素(F)等
の光屈折率を下げるドーパント等を配合することより光
屈折率を調整することができる。
【0038】このような本発明の光導波路を形成する方
法としては、上記コア部が無機材料からなるものである
場合には、例えば、従来公知の方法を用いることができ
る。すなわち、無機材料からなる光導波路を形成する方
法としては、気相エピタキシ(VPE)、液相エピタキ
シ(LPE)、分子線エピタキシ(MPE)等を用いた
エピタキシャル成長による方法;プラズマCVD、熱C
VD、光CVD等の化学堆積法や、真空蒸着法、スパッ
タリング等の物理堆積法(PVD)等の堆積法等を用い
て形成することができる。
【0039】また、このような方法を用いて無機材料か
らなるコア部を形成する際に、コア部の形状を、その一
端に向かって徐々に細くなる形状とするには、このよう
な形状に原材料を成長させたり、堆積させたりしてもよ
いし、まず、円柱状や角柱状の光導波路を形成し、その
後、エッチング処理や研磨処理等を施すことにより上記
した形状の光導波路としてもよい。
【0040】また、上記コア部が有機材料からなるもの
である場合には、例えば、後述する本発明の光導波路の
形成方法により形成することができる。なお、以上の説
明においては、その一端に向かって徐々に細くなる形状
のコア部について説明したが、コア部は、図1(a)〜
(d)に示すような形状のものであってもよい。
【0041】すなわち、(a)に示すコア部11では、
その一端に向かって徐々に細くなった後、端部近傍で一
度太くなり、その後、もう一度細くなっている。(b)
に示すコア部12では、その一端に向かって徐々に細く
なっていくが、端部では尖塔状とならず、急激に細くな
って、ほぼ球面を形成している。(c)に示すコア部1
3では、その一端に向かって徐々に細くなりかけた後、
短い距離で太くなり、再び徐々に細くなっている。
(d)に示すコア部14では、その一端に向かって徐々
に細くなってはいるものの、途中でほぼ垂直に屈曲して
いる。
【0042】さらに、本発明の光導波路は、図2に示す
ように、コア部54がアレイ状に多数形成されたもので
あってもよい。このような光導波路では、例えば、一度
に、多数の光学部品同士、光配線同士を確実に光学的に
接続することができ、また、一度に、多数の光学部品と
光配線とを光学的に接続することができ、光信号を確実
に伝送することができる。
【0043】次に、本発明の光導波路の形成方法につい
て説明する。本発明の光導波路の形成方法は、未硬化の
感光性組成物中に、光配線を介して光を照射することに
より、上記光を集束させる形状を有する上記未硬化の感
光性組成物の硬化物を成長させ、その一端に向かって徐
々に細くなる形状のコア部を形成することを特徴とす
る。
【0044】本発明の光導波路の形成方法では、その一
端に向かって徐々に細くなる形状のコア部を好適に形成
することができる。本発明の光導波路の形成方法では、
照射した光の経路に応じた硬化物を形成させることによ
りコア部を形成しており、また、この硬化物を、照射し
た光を集束させる形状で成長させていくため、照射した
光は、未硬化の感光性組成物中で集束するような光路を
とることとなり、その結果、その一端に向かって徐々に
細くなる形状のコア部を形成することができる。
【0045】本発明の形成方法では、未硬化の感光性組
成物中に、光配線を介して光を照射することにより、上
記未硬化の感光性組成物等を硬化させることとなるが、
ここで、光を照射する際には、(i)上記光配線の一端
を上記未硬化の感光性組成物中に浸漬して光を照射する
方法(第一の形成方法ともいう)を用いてもよいし、
(ii)上記未硬化の感光性組成物を容器内に入れてお
き、この容器の壁面を介して光を照射する方法(以下、
第二の形成方法ともいう)を用いてもよい。
【0046】上記第一の形成方法では、光配線に直接取
り付けられた光導波路を形成することができ、上記第二
の形成方法では、主に、光学部品同士や光配線同士、ま
た、光学部品と光配線とを光学的に接続する際に、レン
ズに代えて用いることが可能な光導波路を形成すること
ができる。
【0047】ここでは、まず、第一の形成方法について
図面を参照しながら説明する。図3(a)〜(c)およ
び図4(a)〜(c)は、それぞれ、本発明の光導波路
の形成方法の一例(第一の形成方法)を説明するための
模式図である。
【0048】第一の形成方法では、まず、感光性組成物
中に光配線の一端を浸漬し、次に、この光配線を介し
て、上記感光性組成物に光を照射することにより光の経
路に応じたコア部を形成し光導波路とする。
【0049】具体的には、まず、感光性組成物1を光配
線2の先端部を包み込むように塗り付けたり(図3
(a)、図4(a)参照)、感光性組成物を容器に入
れ、ここに光配線の一端を浸漬したりする。
【0050】次に、光配線2を介して、感光性組成物1
に光を照射することにより、この感光性組成物1の硬化
物を成長させ、照射する光の経路に応じたコア部を形成
する。ここで、感光性組成物1の硬化物を成長させる際
に、照射する光を集束させる形状の硬化物を成長させる
ことにより(図3(b)、図4(b)参照)、その一端
に向かって徐々に細くなる形状のコア部を形成すること
ができる(図3(c)、図4(c)参照)。なお、本明
細書においては、光を照射することにより成長させる硬
化物には、半硬化物も含むこととする。従って、光を照
射することにより感光性組成物を硬化させることには、
感光性組成物を半硬化させることも含むものとする。
【0051】このような光を集束させる形状の硬化物を
形成する方法としては、光配線の光を出射する側の端部
に集光レンズやコリメートレンズを取り付けておき、こ
の集光レンズ等を介して光を照射する方法(図4参
照)、弱い強度の光を照射する方法、これらを組み合わ
せた方法等が挙げられる。なお、弱い強度の光を照射す
る場合、その具体的な強度は、感光性組成物の組成によ
って異なるため一概には言えない。
【0052】以下、光配線を介して弱い強度の光を照射
した際に、光を集束させる形状の硬化物が形成される理
由について簡単に説明する。光ファイバ等の光配線を介
して光を照射した場合、光配線の出射側の端面での光の
強度分布は、光配線の中心部分で一番強く、その外縁部
に向かって連続的に弱くなる正規分布に近い形を有して
いる。そのため、光配線を介して弱い強度の光を感光性
組成物に照射した場合には、この強度部分を反映した硬
化物が形成されることとなり、この硬化物の形状が光を
集束させる形状となると推察される。なお、光配線を介
して強い強度の光を照射した場合でも光配線の出射端側
の光の強度部分は、正規分布に近い形を有することがあ
るものの、端面外縁部から照射される光も感光性組成物
を硬化させるのに充分な強度を有しており、この場合、
光の強度分布を反映した硬化物を形成することができ
ず、硬化物の形状も光を集束させる形状とはならないも
のと推察される。
【0053】このように、第一の形成方法では、照射す
る光を集束させる形状の硬化物が成長していくことによ
り、その一端に向かって徐々に細くなる形状のコア部が
形成されることとなる。
【0054】また、本発明の形成方法において、感光性
組成物を硬化させる際に照射する光としては特に限定さ
れず、感光性組成物の組成を考慮して適宜選択すればよ
く、例えば、紫外線領域にて感光性を有する組成物であ
れば、紫外線領域の波長の光を照射する光源、例えば、
高圧水銀ランプ等を用いることができる。また、メタル
ハライドランプやキセノンランプ、レーザ等も使用する
ことができる。
【0055】また、ここで用いる感光性組成物は、硬化
後に、その光屈折率が硬化前よりも高くなるものである
必要がある。硬化後に光屈折率が高くなることにより、
光配線を介して照射した光が形成されたコア部に閉じ込
められつつ、その先端から集束するように照射されるこ
ととなるからである。
【0056】この第一の形成方法の場合、光配線の一端
部を感光性組成物に浸漬した状態でコア部の形成を行う
ため、この感光性組成物の硬化後の光屈折率は、上記光
配線のコアの光屈折率の75〜125%であることが望
ましい。上記範囲の光屈折率を有するコア部を形成する
ことができる感光性組成物を用いる場合には、上記光配
線の端面に特に平坦化処理が施されていない場合や、上
記光配線の端面のJIS B 0601に基づく面粗度
が0.1μm以上であっても、該光配線との接続性に優
れたコア部を形成することができるからである。上記感
光性組成物の硬化後の光屈折率は、上記光配線のコアの
光屈折率の85〜115%であることがより望ましく、
95〜105%であることが特に望ましい。
【0057】上記光配線のコアの光屈折率は、その材料
により異なるが、例えば、純粋石英ガラスの光屈折率
は、nが約1.46であるので、純粋石英ガラスを光
配線に用いる場合には、感光性組成物の硬化後の光屈折
率nが、約1.24〜約1.82であるものを用いる
ことが望ましい。なお、上記光屈折率nは、Naの輝
線589nmの光を通過させたときの屈折率を意味す
る。また、光配線や光導波路に用いる樹脂等の光屈折率
は、その波長に依存して変化するが、その比(光導波路
のコア部の光屈折率/光配線のコアの光屈折率)は、例
えば、紫外線領域〜近赤外線領域において殆ど変わらな
い。
【0058】また、硬化前のコア部の光屈折率、すなわ
ち、上記感光性組成物等自体の光屈折率もまた、上記光
配線のコアの光屈折率の75〜125%であることが望
ましい。より望ましくは85〜115%であり、特に望
ましくは95〜105%である。
【0059】このように本発明の形成方法では、硬化後
に上記した範囲の光屈折率を有する感光性組成物を選択
して使用することが望ましいが、上記した範囲外の光屈
折率となる感光性組成物であっても、その光屈折率を調
整して使用することができる。また、ここで、感光性組
成物等の光屈折率を調整する場合、硬化前後のコア部の
光屈折率が上記範囲になるように調整することが望まし
い。
【0060】一般に、高分子の光屈折率は、分子屈折と
分子容との比(以下、(分子屈折)/(分子容)と示
す)が大きければ大きくなるため、分子屈折および/ま
たは分子容を調整することにより、高分子の光屈折率を
調整することができる。
【0061】具体的には、分子屈折(高分子の折り返し
単位を構成する個々の基の原子屈折の総和)を調整する
場合には、例えば、塩素、イオウ等の分極率の大きな基
を導入すると原子屈折が上がるため、分子屈折を大きく
することができる。また、二重結合基や芳香族環基を導
入し、分子の対称性を下げた場合にも分極率が大きくな
り、原子屈折が上がるため、分子屈折を大きくすること
ができる。
【0062】また、分子容(分子量/密度)を調整する
場合には、例えば、密度を調整すればよく、この場合に
は、例えば、架橋点間分子量を小さくすることにより密
度を大きくすることができる。また、例えば、フッ素は
分極率に比してその体積が大きいため、フッ素を含む基
を導入することによっても密度を大きくすることができ
る。
【0063】なお、本明細書において、「光配線のコア
の光屈折率」とは、光配線のコアがステップインデック
ス光ファイバ(SI型光ファイバ)のコアのように単一
の光屈折率を有するものである場合には、その光屈折率
をいい、グレードインデックス光ファイバのようにある
範囲の光屈折率を有するものである場合には、そのピー
ク光屈折率をいう。
【0064】ここでは、感光性組成物中に光配線の一端
を浸漬して光導波路を形成する方法について説明した
が、このとき、光配線に代えて、発光素子等の光学部品
を使用し、その発光面(発光部)を感光性組成物中に浸
漬したり、該発光面に感光性組成物を塗り付けたりする
ことにより、光学部品の発光面に直接取り付けられたコ
ア部を形成することができる。このように、コア部が直
接取り付けられた光配線や光学部品では、光導波路(コ
ア部)と光配線等との間で位置合わせが不要である。
【0065】次に、第二の形成方法について図面を参照
しながら説明する。図5(a)〜(c)は、本発明の光
導波路の形成方法の一例(第二の形成方法)を説明する
ための模式図である。
【0066】第二の形成方法では、まず、感光性組成物
を容器に入れ、次に、この容器の壁面を介して、上記感
光性組成物に光を照射することにより光の経路に応じた
コア部を形成し光導波路とする。なお、上記容器の材質
としては、照射する光を透過するものであれば特に限定
されず、また、上記容器の形状も特に限定されない。
【0067】具体的には、まず、感光性組成物21を円
筒状の容器25内に入れ、この容器25の底面に光配線
22の一端部を取り付け固定する(図5(a)参照)。
【0068】次に、光配線22から、容器25の壁面
(底面)を介して、感光性組成物21に光を照射するこ
とにより、この感光性組成物21の硬化物を成長させ、
照射する光の経路に応じたコア部を形成する。ここで、
感光性組成物21の硬化物を成長させる際に、照射する
光を集束させる形状の硬化物を成長させることにより
(図5(b)参照)、その一端に向かって徐々に細くな
る形状のコア部を形成することができる(図5(c)参
照)。
【0069】このような光を集束させる形状の硬化物を
形成する方法としては、光配線の容器の壁面に取り付け
る側の端部に集光レンズやコリメートレンズを取り付け
ておき、この集光レンズ等を介して光を照射する方法、
弱い強度の光を照射する方法、これらを組み合わせた方
法等が挙げられる。なお、第二の形成方法においても、
弱い強度の光を照射する場合の光の強度は、感光性組成
物の組成や容器の材質等によって異なるため、一概には
言えない。
【0070】このように、第二の形成方法においても、
照射する光を集束させる形状の硬化物が成長していくこ
とにより、その一端に向かって徐々に細くなる形状のコ
ア部が形成されることとなる。
【0071】また、第二の形成方法において、感光性組
成物を硬化させる際に照射する光としては、第一の形成
方法と同様のもの等が挙げられ、その光源としても第一
の形成方法で用いるものと同様のものを用いることがで
きる。
【0072】また、第二の形成方法で用いる感光性組成
物は、第一の形成方法で用いる感光性組成物と同様、硬
化後に、その光屈折率が硬化前よりも高くなるものであ
る必要がある。
【0073】このような第一または第二の形成方法を用
いることにより、その一端に向かって徐々に細くなる形
状のコア部を形成することができる。
【0074】また、第一または第二の形成方法におい
て、光配線を介して照射した光の経路に応じたコア部を
形成する際に、この光の経路上に受光面(受光部)が配
置されるように、受光素子等の光学部品を配置してお
き、この状態を維持したまま光を照射することによりコ
ア部を形成した場合には、感光性組成物の硬化物が上記
受光面向かって集束するように成長していくため、光学
部品の受光面に直接取り付けられたコア部を形成するこ
とができる。また、このような方法で形成した、コア部
が直接取り付けられた光学部品では、光信号を確実に受
信することができる。
【0075】本発明の光導波路の形成方法では、上述し
た方法でコア部を形成した後、該コア部の周囲に安定な
クラッド部を形成することが望ましい。安定なクラッド
部を形成することにより、より確実に光信号を伝送する
ことができる光導波路となるからである。
【0076】上記クラッド部を形成する場合には、例え
ば、上記コア部を形成した後、その周囲の未硬化の感光
性組成物を除去し、続いて、上記コア部を別の樹脂組成
物(感光性組成物であってもよいし、感光性組成物でな
くてもよい)に浸漬した後、この樹脂組成物に硬化処理
を施すことにより安定なクラッド部を形成することがで
きる。しかしながら、この方法は、未硬化の感光性組成
物を除去する際等に、コア部の取り扱いを極めて慎重に
行わなければならず、あまり実用的ではない。従って、
例えば、下記のような方法を用いることが望ましい。
【0077】すなわち、コア部を形成するための感光性
組成物(以下、コア形成用樹脂ともいう)中に、予め、
別途、クラッド部を形成するための樹脂(以下、クラッ
ド形成用樹脂ともいう)を混合しておく。ここで、クラ
ッド形成用樹脂としては、上記コア部を形成するための
感光性組成物よりも強い強度の光を受けて初めて重合す
る感光性組成物であって、硬化前後の光屈折率がともに
コア部の光屈折率よりも小さいものを選択しておく。上
記クラッド形成用樹脂としては、上記した特性を有する
ものであれば、上述した感光性樹脂を適宜選択して使用
することができる。
【0078】そして、上述したように、光配線を介して
光を照射する。その際、コア形成用樹脂の重合は可能で
あるが、クラッド形成用樹脂の重合は実質的に不可能な
強度の光を照射する。すると、感光性組成物のうち感光
性がより高いコア形成用樹脂だけが選択的に重合を開始
する。コア形成用樹脂およびクラッド形成用樹脂を含む
感光性組成物のうち、コア形成用樹脂だけが重合を始め
ると、未硬化のクラッド形成用樹脂は、流動性を保って
いるため、硬化していくコア形成用樹脂から排除されて
いく。また、コア部の光屈折率は未硬化のクラッド形成
用樹脂の光屈折率よりも大きいため、光配線を介して照
射した光は形成されたコア部に閉じ込められつつ、先端
に集中的に照射される。その結果、光配線の一端から照
射された光によって、光の経路に応じてコア形成用樹脂
が優先的に硬化し、その光の経路に応じたコア部が形成
され、その周囲を未硬化の感光性組成物が包囲した状態
となる。勿論、ここでコア形成用樹脂を硬化させるため
に照射する光は、その一端に向かって徐々に細くなる形
状のコア部を形成することができる強度の光である。
【0079】この後、例えば、光源からの光を未硬化の
感光性組成物全体に照射することができるようにし、光
源の出力を上げてクラッド形成用樹脂を重合させること
が可能な強度の光を照射する。すると、クラッド形成用
樹脂および未硬化のコア形成用樹脂が硬化してコア部の
周囲に安定なクラッド部を形成することができる。
【0080】このように、予め重合反応が進行する光の
強度が異なる2種類の感光性組成物を混合しておき、コ
ア部とクラッド部とを形成する場合、コア形成用樹脂お
よびクラッド形成用樹脂としては、例えば、互いに異な
る重合反応機構を経て重合反応が進行する樹脂を選択す
ることができる。すなわち、アクリル系樹脂に代表され
るようなラジカルによる逐次重合反応によって重合が進
むラジカル重合系の感光性組成物と、エポキシ系樹脂に
代表されるようなイオン対を介して重合が進むカチオン
重合系の感光性組成物とを選択することができる。これ
らを選択した場合、ラジカル重合系の感光性組成物の方
が、カチオン重合系の感光性組成物よりも重合反応が急
速に進行するため、光の強度が弱い場合には、アクリル
系樹脂だけが選択的に重合することになる。
【0081】また、より確実に一方の感光性組成物の重
合が進行するように、上述の2種類の感光性樹脂の重合
の進み具合いにさらに差をつけてもよい。これは、例え
ば、ラジカル重合系の感光性組成物の重合反応速度を速
くすることにより行うことができる。具体的には、アク
リル系樹脂を例にとると、アクリル系樹脂の単位質量あ
たりに含まれるアクリル基の数を多く(すなわち、アク
リル当量を少なく)したり、単量体の濃度を高めること
により、重合に関与する反応基の濃度を高くして重合反
応速度を速くすることができる。また、光重合開始剤の
量子収率(光子量あたりのラジカル生成量)や濃度を高
くして重合反応速度を速くすることもできる。
【0082】また、2種類の感光性組成物の重合の進み
具合いに差をつけることは、カチオン重合系の感光性組
成物の重合反応速度を遅くすることによっても行うこと
ができる。具体的には、エポキシ系樹脂を例にとると、
エポキシ系樹脂の単位質量あたりに含まれるエポキシ基
の数を少なく(すなわち、エポキシ当量を多く)した
り、単量体の濃度を低くすることにより、重合に関与す
る反応基の濃度を低くして重合反応速度を遅くすること
ができる。また、重合に関与するイオン対の非求核性を
低くしたり、または、光重合開始剤の量子収率(光子量
あたりのカチオン生成量)を低くして重合反応速度を遅
くすることもできる。
【0083】また、同一の機構を経て重合反応が進行す
る感光性組成物同士を混合しても、どちらか一方の感光
性組成物のみを選択的に重合させることができる。この
場合、同一の機構で反応が進行するため、光重合開始剤
や増感剤の異なる感光性組成物同士を混合しても選択的
に重合させることは困難であるが、マトリクスであるオ
リゴマ分子に反応基の濃度差をつけることにより一方の
感光性組成物のみを選択的に重合させることができる。
例えば、ラジカル重合系のアクリル樹脂であれば、反応
基であるアクリル当量に差をつければ、ある照射光にて
反応基の多い(すなわち、アクリル当量の少ない)方が
選択的に重合する。
【0084】このようなコア形成用樹脂およびクラッド
形成用樹脂を用いて光導波路を形成する場合、1種類の
光源で両者の重合反応を行うことができるため、設備コ
ストや工程数を少なくすることができる。なお、コア形
成用樹脂とクラッド形成用樹脂とを選択する際に、両者
の硬化波長が全く同一でない場合でも、増感剤等を添加
することにより、1種類の光源で両者の重合反応を行う
ことができる。これは、照射する光の波長域に吸収を持
たないか、または、少量しか持たない感光性樹脂であっ
ても、その波長域に吸収を持つ適当な増感剤を添加し、
その増感剤が吸収したエネルギーを利用することによ
り、重合反応を進行させることができるからである。す
なわち、増感剤を添加すると照射光の波長域内に大きな
吸収を持たせ、結果として感度を増大させることができ
る。一般にこのような増感された吸収波長域はラジカル
発生剤本来の持つ吸収波長域よりもより長波長側に拡大
され、光源の発する光子を効率よく利用することができ
るので、感度が上昇する。
【0085】また、上記クラッド形成用樹脂として、上
記した特性を有する感光性組成物に代えて、加熱処理を
行うことにより始めて重合が進行する樹脂組成物を選択
し、さらに、コア部を形成した後、強度の強い光を未硬
化の感光性組成物全体に照射する方法に代えて、未硬化
の樹脂を加熱硬化させる方法を用いて安定なクラッド部
を形成し、光導波路としてもよい。
【0086】さらには、クラッド形成用樹脂として、上
記コア形成用樹脂とは異なる波長の光を照射することに
より初めて重合し、硬化後の光屈折率が硬化後のコア形
成用樹脂の光屈折率よりも小さいものを選択しておき、
コア部を形成した後、未硬化の感光性組成物全体にクラ
ッド形成用樹脂が重合する波長の光を照射する方法を用
いてクラッド部を形成し、コア部の周囲に安定なクラッ
ド部を形成してもよい。なお、2種類以上の感光性組成
物(例えば、コア形成用樹脂とクラッド形成用樹脂)を
含むものを用いる場合、その混合比は特に限定されな
い。このような形成方法を用いることにより、光配線と
の接続性に優れるとともに、系全体が固体化して安定性
に優れる光導波路を形成することができる。
【0087】また、図1(a)〜(c)に示すような形
状の光導波路を作製する場合は、例えば、上述した方法
で感光性組成物に光を照射する際に、光導波路の形状に
応じて、照射する光の強度を経時的に変化させればよ
い。また、図1(d)に示すような形状の光導波路を作
製する場合には、例えば、上述した方法で感光性組成物
に光を照射する際に、予め、光の経路にミラー等を配置
しておけばよい。また、コア部を形成する際、レジスト
形成法、金型成形法、露光・現像法、RIE(Reactive
Ion Etching)による方法等を用いることもできる。
【0088】
【実施例】以下、本発明をさらに詳細に説明する。
【0089】(実施例1) (1)ファイバカッタを用いて端面処理を施した、長さ
約1mのGI型石英製マルチモード光ファイバ(フジク
ラ社製、コア/クラッド=50/125μm)を用意し
た。
【0090】(2)次に、高圧水銀ランプ38′を光源
とした紫外線照射装置38(松下マシンアンドビジョン
社製、5252L)よりライトガイド37を通じて照射
された紫外線を、石英製マルチモード光ファイバ32の
一端部から入射し、他端から照射される紫外線の強度を
0.01mW/cm以下(検出限界以下)になるよう
に調整した。なお、光ファイバの他端から光が照射され
ていることは、該光ファイバの端部から光(ランプ光に
含まれる可視光線)が視認できたことにより確認した。
なお、紫外線の強度の測定は、紫外線照度計(ウシオ電
機社製、UIT−150)を用いて行った。
【0091】(3)次に、石英製マルチモード光ファイ
バ32の一端を石英ガラス製の光ファイバ用V溝基板3
5(モリテックス社製)上に載置し、この光ファイバの
一端部全体に紫外線硬化型樹脂組成物31(ロックタイ
ト社製、Loctite358)を隙間なく埋まるよう
に塗布した。次に、光ファイバ用V溝基板35上にV溝
押さえ板を載置し、該押さえ板にて光ファイバ32の端
部および紫外線硬化型樹脂組成物31を動かないように
固定した。
【0092】(4)次に、石英製マルチモード光ファイ
バ32を固定したまま、上記(2)の工程で調整した強
度で紫外線39を紫外線硬化型樹脂組成物31に照射す
ることにより、該樹脂組成物を硬化させ、その一端が徐
々に細くなる形状の光導波路34を形成した(図6参
照)。
【0093】上記(4)の工程で紫外線を約5分間照射
した結果、その長さが約30μm〜約50μmの先端が
徐々に細くなる形状のコア部が形成されているのが、顕
微鏡(キーエンス社製、VH−7000)により確認さ
れた。また、この形成したコア部を取り出し、波長53
2nmのレーザ光をコア部の底部から入射したところ、
該コア部の頂部にレーザ光が集光されていることが確認
された。
【0094】(実施例2) (1)まず、集光タイプのコリメートレンズ(焦点距
離:5mm(波長850nm))にGI型マルチモード
光ファイバ(コア/クラッド=50/125μm)の一
端が取り付けられた光ファイバコリメータ(レンズ付き
光ファイバ)(日本板硝子社製、OPCL;長さ約1
m)を用意した。
【0095】(2)次に、高圧水銀ランプ48′を光源
とした紫外線照射装置48(松下マシンアンドビジョン
社製、5252L)よりライトガイド47を通じて照射
された紫外線を、光ファイバコリメータ42のコリメー
トレンズ42′を取り付けた側と反対側の端部から入射
し、他方の端部からコリメートレンズ42′を介して照
射される紫外線の強度を約0.3〜0.5mW/cm
になるように調整した。なお、紫外線の強度の測定は、
紫外線照度計(ウシオ電機社製、UIT−150)を用
いて行った。
【0096】(3)次に、上記(1)および(2)の工
程とは別に、長さ約1cm、内径約6mm程度のアクリ
ル製の筒45を用意し、その一端をスライドガラス46
上に接着剤を用いて固定した。その後、筒45内に、紫
外線硬化型樹脂組成物41(ロックタイト社製、Loc
tite358)に注ぎ込み、さらに、筒45の下部
に、光ファイバコリメータ42のコリメートレンズ4
2′側をスライドガラス46を介して取り付け、接着剤
により固定した。なお、光ファイバコリメータ42は、
コリメートレンズが筒45の略中央部に位置するように
取り付けた。
【0097】(4)次に、光ファイバコリメータ42
を、筒45にスライドガラス46を介して固定したま
ま、上記(2)の工程で調整した強度で紫外線49を紫
外線硬化型樹脂組成物41に照射することにより、該樹
脂組成物を硬化させ、その一端が徐々に細くなる形状の
光導波路44を形成した(図7参照)。
【0098】上記(4)の工程で紫外線を照射した結
果、紫外線照射開始から約10秒後に約1mm、約30
秒から90秒後にかけて約2mmの先端が徐々に細くな
る形状のコア部が形成されているのが確認された。
【0099】また、紫外線を90秒間照射した後、形成
したコア部を取り出し、波長532nmのレーザ光をコ
ア部の底部から入射したところ、該コア部の頂部にレー
ザ光が集光されていることが確認された。
【0100】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の光導波路
は、上述した形状を有しているため、底部から入射した
光を集束させることができ、集束させた光を頂部から効
率よく出射させることができる。従って、光学部品同士
や光配線同士、また、光学部品と光配線とを光学的に接
続する際に、これらの間に本発明の光導波路を、その底
部から頂部に向かって光信号が伝送されるように介在さ
せることにより、コリメートレンズや集光レンズ等の高
価なレンズを用いることなく、光信号を確実に伝送する
ことができる。また、上記コア部の底部を、光信号を出
射する側の光学部品や光配線に直接取り付けたり、上記
コア部の頂部を光信号を受信する側の光学部品や光配線
に直接取り付けたりすることにより、該コア部を介し
て、光信号を確実に、かつ、効率よく伝送することがで
きる。
【0101】また、本発明の光導波路の形成方法では、
照射した光の経路に応じた硬化物を形成させることによ
りコア部を形成しており、また、この硬化物を照射した
光を集束させる形状で成長させていくため、照射した光
は、未硬化の感光性組成物中で集束するような光路をと
ることとなり、その結果、その一端に向かって徐々に細
くなる形状のコア部を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)〜(d)は、光導波路を構成するコア部
の形状の一例を示す模式図である。
【図2】コア部がアレイ状に多数形成された光導波路を
示す模式図である。
【図3】(a)〜(c)は、本発明の光導波路の形成方
法の一実施形態を説明するための模式図である。
【図4】(a)〜(c)は、本発明の光導波路の形成方
法の別の一実施形態を説明するための模式図である。
【図5】(a)〜(c)は、本発明の光導波路の形成方
法のさらに別の一実施形態を説明するための模式図であ
る。
【図6】実施例1で行った光導波路の形成方法を説明す
るための概略図である。
【図7】実施例2で行った光導波路の形成方法を説明す
るための概略図である。
【符号の説明】
1、21、31、41 感光性組成物 2、22、32、42 光ファイバ 3、23 コア 4、24、34、44 コア部 7 レンズ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (出願人による申告)国等の委託研究の成果に係る特許 出願(平成13年度新エネルギー・産業技術総合開発機構 超高密度電子SI技術の研究開発(エネルギー使用合 理化技術開発)委託研究、産業活力再生特別措置法第30 条の適用を受けるもの)

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光配線と独立して形成された光導波路で
    あって、コア部の形状が、その一端に向かって徐々に細
    くなる形状であることを特徴とする光導波路。
  2. 【請求項2】 前記コア部の周囲に、クラッド部が形成
    されている請求項1に記載の光導波路。
  3. 【請求項3】 前記コア部は、感光性組成物からなる請
    求項1または2に記載の光導波路。
  4. 【請求項4】 未硬化の感光性組成物中に、光配線を介
    して光を照射することにより、前記光を集束させる形状
    を有する前記未硬化の感光性組成物の硬化物を成長さ
    せ、その一端に向かって徐々に細くなる形状のコア部を
    形成することを特徴とする光導波路の形成方法。
  5. 【請求項5】 前記コア部を形成した後、その周囲に安
    定なクラッド部を形成する請求項4に記載の光導波路の
    形成方法。
JP2001289744A 2001-09-21 2001-09-21 光導波路および光導波路の形成方法 Expired - Lifetime JP4480307B2 (ja)

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