JP2003227957A - Optical waveguide, optical waveguide device and method of manufacturing the same - Google Patents
Optical waveguide, optical waveguide device and method of manufacturing the sameInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、光導波路、光導波
路装置およびその製造方法にかかり、特に、光通信分野
における光スイッチ、光変調器、光分波器などに用いら
れる、伝送効率が高い新しい構造の光導波路に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical waveguide, an optical waveguide device and a method for manufacturing the same, and in particular, it is used for an optical switch, an optical modulator, an optical demultiplexer and the like in the optical communication field and has a high transmission efficiency. The present invention relates to an optical waveguide having a new structure.
【0002】[0002]
【従来の技術】光通信分野などに用いられる通常の光導
波路は、光が伝搬する屈折率の高いコア部とその周囲に
配設された屈折率の低いクラッド部とから構成され、コ
ア部に導入した光がコア部とクラッド部との界面で全反
射することで光を伝搬させるようにしたものである。2. Description of the Related Art An ordinary optical waveguide used in the field of optical communication is composed of a core portion having a high refractive index for propagating light and a clad portion having a low refractive index disposed around the core portion. The introduced light is propagated by being totally reflected at the interface between the core part and the clad part.
【0003】図14(a)は、平面状の光導波路を示す
ものであり、基板100の表面に、順次、下部クラッド
層101、コア層102、上部クラッド層103とが形
成されてなるものである。一方、図14(b)は、線状
の光導波路を示すものであり、基板100の表面に形成
されたクラッド層105が、線状のコア層104のまわ
りを覆うように形成されてなるものである。FIG. 14A shows a planar optical waveguide, in which a lower clad layer 101, a core layer 102, and an upper clad layer 103 are sequentially formed on the surface of a substrate 100. is there. On the other hand, FIG. 14B shows a linear optical waveguide, in which the clad layer 105 formed on the surface of the substrate 100 is formed so as to cover the linear core layer 104. Is.
【0004】光導波路においてはコア部とクラッド部の
屈折率差が大きい方が光の閉じ込め効果が大きい。コア
とクラッドとの屈折率差が大きいと光の伝搬損失(放射
損失)は小さくなる。このため、特に光導波路により光
の進行方向を変える場合、屈折率差の大きい光導波路を
用いることにより、曲げの曲率半径を小さくすることが
できる。このため、光導波路の占有面積を小さくするこ
とが出来、その結果光導波路が使用される光通信用デバ
イスの小型化をはかることが可能となる。In the optical waveguide, the larger the refractive index difference between the core portion and the clad portion, the greater the light confinement effect. If the refractive index difference between the core and the clad is large, the propagation loss (radiation loss) of light becomes small. Therefore, particularly when the traveling direction of light is changed by the optical waveguide, the radius of curvature of bending can be reduced by using the optical waveguide having a large difference in refractive index. Therefore, the occupied area of the optical waveguide can be reduced, and as a result, the optical communication device using the optical waveguide can be downsized.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、一般的
に光導波路におけるコア部とクラッド部は石英ガラスや
ポリマー材料などの固体材料で作成されており、例え
ば、可視光領域で透明な材料においてはその屈折率の範
囲はおおむね1.3〜1.6台に集中しており、屈折率
の差はこの範囲内に限定されてしまい、伝搬損失の低減
には限界があった。However, the core portion and the clad portion in the optical waveguide are generally made of a solid material such as quartz glass or a polymer material. For example, in a material transparent in the visible light region, The range of the refractive index is mostly concentrated in the range of 1.3 to 1.6, and the difference in the refractive index is limited within this range, and there is a limit in reducing the propagation loss.
【0006】また、曲げ部すなわち、光伝送方向の変更
部における固体材料の加工には限界があり、更なる小型
化は困難であった。Further, there is a limit to the processing of the solid material in the bent portion, that is, the portion where the light transmission direction is changed, and it is difficult to further reduce the size.
【0007】本発明は前記実情に鑑みてなされたもの
で、伝搬損失が小さく、高効率でかつ小型化の可能な光
導波路を提供することを特徴とする。The present invention has been made in view of the above circumstances, and is characterized by providing an optical waveguide having a small propagation loss, a high efficiency, and a small size.
【0008】また本発明は、小型でかつ高効率の光導波
路装置を提供することを目的とする。Another object of the present invention is to provide a compact and highly efficient optical waveguide device.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】そこで本発明の光導波路
は、光が伝搬するコア部と、前記コア部を囲むように形
成された低屈折率のクラッド部とを含み、前記クラッド
部が気体または液体であることを特徴とする。Therefore, the optical waveguide of the present invention includes a core portion through which light propagates and a low refractive index clad portion formed so as to surround the core portion, and the clad portion is a gas. Alternatively, it is a liquid.
【0010】かかる構成によれば、気体または液体は、
固体に比べて密度が小さく、屈折率が低い。また、形を
自由に変えることができ、微細化が可能である上、装置
の加工が容易である。According to this structure, the gas or liquid is
It has a lower density and a lower refractive index than solids. Further, the shape can be freely changed, miniaturization is possible, and the device can be easily processed.
【0011】例えば、前記クラッド部は空気層であるこ
とが望ましい。For example, it is desirable that the clad portion is an air layer.
【0012】また、クラッド層をヘリウム、アルゴンな
どの希ガスあるいは、窒素などの不活性ガスとしてもよ
い。これにより、コア部の劣化が防止され、長寿命化を
はかることが可能となる。Further, the clad layer may be made of a rare gas such as helium or argon, or an inert gas such as nitrogen. As a result, deterioration of the core portion can be prevented and the life can be extended.
【0013】さらにまた、酸素あるいは二酸化炭素を用
いることも可能である。Furthermore, it is also possible to use oxygen or carbon dioxide.
【0014】空気の屈折率は1であるが、他の気体につ
いてもおおむね1であるため、コア部との屈折率差を大
きくすることができる。Although the refractive index of air is 1, it is about 1 for other gases, so that the difference in refractive index from the core can be increased.
【0015】また、前記クラッド部はアルコールまたは
水で構成されていてもよい。The clad portion may be made of alcohol or water.
【0016】アルコールも固体に比べて密度が小さく、
液体の中でも低い屈折率を得ることができる上、反応性
が少なく、クラッド材料の保存性を高めることが可能と
なる。Alcohol has a lower density than solid,
It is possible to obtain a low refractive index even in a liquid, and it is possible to improve the storage stability of the clad material since the reactivity is low.
【0017】水の屈折率は1.33、エタノールの屈折
率は1.36、グリセリンの屈折率は1.47、パラフ
ィン油の屈折率は1.48、メタノールの屈折率は1.
33である。コア部を構成する材料の屈折率に応じてク
ラッド部を構成する材料を選択するようにすればよい。The refractive index of water is 1.33, the refractive index of ethanol is 1.36, the refractive index of glycerin is 1.47, the refractive index of paraffin oil is 1.48, and the refractive index of methanol is 1.
33. The material forming the clad may be selected according to the refractive index of the material forming the core.
【0018】また、前記コア部は板状の平面構造を持つ
ように形成されてもよい。Further, the core portion may be formed to have a plate-like planar structure.
【0019】前記コア部は線状体であってもよい。The core portion may be a linear body.
【0020】前記コア部は曲げ部を有するように形成し
てもよい。The core portion may be formed to have a bent portion.
【0021】前記コア部は有機重合体と金属系化合物と
を含む有機無機複合体であってもよい。The core part may be an organic-inorganic composite containing an organic polymer and a metal compound.
【0022】また、望ましくは、前記金属系化合物は、
ゾルゲル法で形成された化合物である。Preferably, the metal compound is
It is a compound formed by the sol-gel method.
【0023】ゾルゲル法では、前駆体溶液を塗布した
後、120〜200℃程度で加熱し、乾燥することによ
り、形成することができるため、高温工程を経ることな
く形成することができ、製造が容易である。In the sol-gel method, after the precursor solution is applied, it can be formed by heating at about 120 to 200 ° C. and drying, so that it can be formed without going through a high temperature step, and the production is It's easy.
【0024】本発明の光導波路装置は、上記光導波路
と、その光導波路のコア部が、前記クラッド部内に位置
するように、その端部で支持せしめられるように、前記
コア部に接続された光デバイスを含むことを特徴とす
る。In the optical waveguide device of the present invention, the optical waveguide and the core portion of the optical waveguide are connected to the core portion so that the core portion of the optical waveguide is positioned in the clad portion and supported by the end portion thereof. An optical device is included.
【0025】かかる構成によれば、光導波路に直接光デ
バイスが接続するように形成されているため、光デバイ
スからあるいは光デバイスへの伝送損失が抑制され、損
失の低い光導波路装置を得ることができる。According to this structure, since the optical device is formed so as to be directly connected to the optical waveguide, the transmission loss from or to the optical device is suppressed, and an optical waveguide device with low loss can be obtained. it can.
【0026】本発明の方法では、複数に分割可能な型枠
を用意する工程と、前記型枠内に、金属アルコキシドと
有機重合体とを含む前駆体溶液を注入し、前記前駆体溶
液を加熱し硬化させる工程と、前記型枠を分割して除去
し、有機金属化合物からなるコア部と、気相または液相
からなるクラッド部とを具備した光導波路を形成するよ
うにしている。In the method of the present invention, a step of preparing a mold that can be divided into a plurality of parts is performed, and a precursor solution containing a metal alkoxide and an organic polymer is injected into the mold, and the precursor solution is heated. Then, the mold is divided and removed, and an optical waveguide including a core part made of an organometallic compound and a clad part made of a vapor phase or a liquid phase is formed.
【0027】この方法によれば、型枠内に、金属アルコ
キシドと有機重合体とを含む前駆体溶液を注入し、加熱
し硬化させたのち、型枠を除去するのみで、作業性よ
く、金属有機ハイブリッド化合物からなるコア部と、空
気層などの気相からなるクラッド部とを備えた光導波路
を形成することが可能となる。また、この空気層の部分
を容器で囲み、この容器の外壁とコア部との間にアルコ
ールなどの液体を充填すれば、容易に液体をクラッドと
する光導波路を形成することも可能である。According to this method, a precursor solution containing a metal alkoxide and an organic polymer is poured into a mold, heated and cured, and then the mold is simply removed to improve workability and to improve the metal property. It is possible to form an optical waveguide including a core portion made of an organic hybrid compound and a cladding portion made of a gas phase such as an air layer. Also, by enclosing this air layer portion with a container and filling a liquid such as alcohol between the outer wall of the container and the core portion, it is possible to easily form an optical waveguide using the liquid as a clad.
【0028】[0028]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below.
【0029】まず、各実施の形態の説明に先立ち、その
動作原理と構造について説明する。First, prior to the description of each embodiment, the operation principle and structure thereof will be described.
【0030】この光導波路は、図1に概念図を示すよう
に、石英基板などで構成された台座1に、支持部1Sを
介して高屈折率材料からなるコア部2を形成してなるも
ので、コア部2と台座1との間には空気層からなるクラ
ッド部3が位置しており、入射光4がコア部2を通過し
て出射光5として光が導出されるようになっている。こ
の構造ではコア部2の裏面の一部を台座に設けた支持部
により支持している。As shown in the conceptual diagram of FIG. 1, this optical waveguide has a pedestal 1 made of a quartz substrate or the like and a core portion 2 made of a high refractive index material formed through a support portion 1S. The clad portion 3 made of an air layer is located between the core portion 2 and the pedestal 1, and the incident light 4 passes through the core portion 2 and is emitted as the emitted light 5. There is. In this structure, a part of the back surface of the core portion 2 is supported by the support portion provided on the pedestal.
【0031】また、図2に他の構造概念図を示すよう
に、円柱状のコア部12を低屈折率材料で構成された支
持用平板11a、11bで支持し、他の部分は空気層か
らなるクラッド部13となるようにし、入射光14がこ
の円柱状のコア部12を通過して出射光15として光が
導出されるようになっている。この構造ではコア部12
を平行な2枚の支持用平板11a、11bによって2本
の線状の接触部でのみ支持した構造となっており、この
接触部分をできるだけ低屈折率の材料で形成するように
すれば、より伝搬損失を低減することが可能となる。Further, as shown in another structural conceptual view in FIG. 2, the cylindrical core portion 12 is supported by supporting flat plates 11a and 11b made of a low refractive index material, and the other portions are separated from the air layer. The incident light 14 passes through the cylindrical core 12 and is emitted as the emitted light 15. In this structure, the core portion 12
Has a structure in which only two linear contact portions are supported by two parallel supporting flat plates 11a and 11b. If this contact portion is formed of a material having a refractive index as low as possible, It is possible to reduce the propagation loss.
【0032】光導波路におけるコア部サイズは、一般的
な光導波路のコア幅あるいはコア径と同様あるいはそれ
以下に設定することが可能であり、平面型光導波路にお
いて波、その厚みが5μm〜1mmであることが望まし
く、また線型の光導波路においては、その直径が5μm
〜1mmであることが望ましい。The core portion size in the optical waveguide can be set to be equal to or smaller than the core width or core diameter of a general optical waveguide, and in the planar optical waveguide, the wave has a thickness of 5 μm to 1 mm. It is desirable that the diameter be 5 μm in a linear optical waveguide.
It is desirable that it is ˜1 mm.
【0033】光導波路を構成する材料としては特に限定
されるものではなく、石英系材料または有機高分子材料
を使用することが可能である。The material forming the optical waveguide is not particularly limited, and a quartz material or an organic polymer material can be used.
【0034】また、近年、特に有機無機複合材料中の有
機物領域および無機物領域をナノメータレベルあるいは
分子レベルで複合したいわゆるナノコンポジット材料
(有機無機ハイブリッド材料)の開発が盛んであり、有
機物領域および無機物領域をナノメータレベルあるいは
分子レベルで分散させることができる。したがって、材
料中の有機物領域や無機物領域が光の波長よりも小さく
設計できるため、光の吸収や散乱が小さく、光導波路な
どの材料に必要とされる光学的透明性をも付与すること
が可能となる。In recent years, in particular, a so-called nanocomposite material (organic-inorganic hybrid material) in which an organic material region and an inorganic material region in an organic-inorganic composite material are composited at a nanometer level or a molecular level has been actively developed. Can be dispersed at the nanometer level or the molecular level. Therefore, since the organic region and the inorganic region in the material can be designed to be smaller than the wavelength of light, light absorption and scattering are small, and optical transparency required for materials such as optical waveguides can be added. Becomes
【0035】また、この有機無機複合体を構成する有機
重合体は、有機無機名のコンポジットあるいは有機無機
ハイブリッド材料として適用可能な有機材料であればよ
い。例えばポリメタクリル酸メチル、ポリアミド、ポリ
イミド、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネ
ート、ポリビニルピロリドン、エポキシ樹脂、フェノー
ル樹脂、アクリル樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂あるい
はこれらの前駆体が使用可能である。また複数の有機重
合体から構成されていてもよい。Further, the organic polymer constituting the organic-inorganic composite may be any organic material applicable as a composite of organic-inorganic name or an organic-inorganic hybrid material. For example, polymethylmethacrylate, polyamide, polyimide, polystyrene, polypropylene, polycarbonate, polyvinylpyrrolidone, epoxy resin, phenol resin, acrylic resin, urea resin, melamine resin or precursors thereof can be used. It may also be composed of a plurality of organic polymers.
【0036】さらにまた有機無機複合体を構成する無機
成分としての金属系化合物については特に制限はなく、
その製造方法についても制限はないが、ゾルゲル法で形
成された酸化物系化合物を用いるのが望ましく、さらに
望ましくは金属元素として珪素、チタン、ジルコニウ
ム、アルミニウム、スズ、亜鉛のうち、少なくとも1元
素を含む酸化物系化合物を用いるのが望ましい。Furthermore, there is no particular limitation on the metal-based compound as an inorganic component constituting the organic-inorganic composite,
The method for producing the same is not limited, but it is desirable to use an oxide compound formed by the sol-gel method, and it is more desirable to use at least one element of silicon, titanium, zirconium, aluminum, tin, and zinc as the metal element. It is desirable to use an oxide-based compound that contains.
【0037】これらの酸化物系化合物を用いることによ
り、光通信波長(0.4〜1.6μm)における光の吸
収を小さくすることができるという効果がある。The use of these oxide compounds has the effect of reducing the absorption of light at the optical communication wavelength (0.4 to 1.6 μm).
【0038】さらにまた本発明で用いられる有機無機複
合材料に含まれる金属系化合物の割合は、有機重合体と
金属系化合物がナノメートルオーダで複合化できるよう
な範囲であればよいが、例えば金属系化合物の金属が珪
素の場合では、有機無機複合材中のケイ素元素の量が
0.1〜46重量%であることが望ましい。さらに望ま
しくは5〜37重量%である。Furthermore, the ratio of the metal-based compound contained in the organic-inorganic composite material used in the present invention may be in a range such that the organic polymer and the metal-based compound can be composited on the order of nanometers. When the metal of the system compound is silicon, the amount of elemental silicon in the organic-inorganic composite material is preferably 0.1 to 46% by weight. More preferably, it is 5 to 37% by weight.
【0039】ここでこの組成を評価する方法としては、
二次イオン質量分析法(SIMS)、X線光電子分光法(XP
S)、電子線マイクロアナライザ(EPMA)、透過型電子
顕微鏡(TEM)、による観察などが適用可能である。Here, as a method for evaluating this composition,
Secondary ion mass spectrometry (SIMS), X-ray photoelectron spectroscopy (XP
S), electron microanalyzer (EPMA), transmission electron microscope (TEM), etc. can be used for observation.
【0040】さらにまた、ゾルゲル法における金属系化
合物の製造に用いる出発材料としては、少なくとも2個
の加水分解基を有する金属元素を含む金属アルコキシド
であればよい。例えば、ケイ素を含有する金属アルコキ
シドとしては、テトラエトキシシラン、テトラメトキシ
シラン、テトライソプロポキシシラン、テトラ−n−ブ
トキシシラン、テトライソブトキシシラン、フェニルト
リエトキシシランなどを上げることができる。金属アル
コキシドを構成するケイ素原子をチタン、ジルコニウ
ム、アルミニウム、すず、亜鉛原子など置換した金属ア
ルコキシドも適用可能である。また2種以上の金属アル
コキシドを組み合わせて使用することも可能である。Furthermore, the starting material used for producing the metal compound in the sol-gel method may be a metal alkoxide containing a metal element having at least two hydrolyzable groups. For example, examples of silicon-containing metal alkoxides include tetraethoxysilane, tetramethoxysilane, tetraisopropoxysilane, tetra-n-butoxysilane, tetraisobutoxysilane, and phenyltriethoxysilane. A metal alkoxide in which a silicon atom forming the metal alkoxide is substituted with titanium, zirconium, aluminum, tin, zinc atom or the like is also applicable. It is also possible to use two or more metal alkoxides in combination.
【0041】ゾルゲル法で用いる型枠としては、有機無
機複合体との剥離が容易であり、有機無機複合体作成プ
ロセスで使用される溶媒などの薬品や、プロセス温度で
変形、変質しないようなもので洗えば金属、有機物など
の限定はなく、有機無機複合体の構成材料をもとに選定
すればよい。特に好ましくは、柔軟性に富んだ有機系ポ
リマー材料を用いるのが望ましく、ポリプロピレン、ポ
リテトラフルオロエチレンなどのフッ素系樹脂、ポリエ
チレンテレフタレートまたはそれらを主成分とする有機
系ポリマー材料を用いるのが望ましい。
(実施の形態1)この光導波路は、図3に示すように、
有機無機複合体を用いた平板状のコア部32が、石英で
構成された台座31に、スペーサ30Sを介して支持せ
しめられたもので、コア部32と台座31との間には空
気層からなるクラッド部33が位置しており、入射光3
4がコア部32を通過して出射光35として光が導出さ
れるようになっている。この構造ではコア部32の裏面
の端部をスポット的に台座31に設けたスペーサ30S
により空間的に支持している。The mold used in the sol-gel method is one that can be easily peeled off from the organic-inorganic composite and does not deform or deteriorate at the process temperature or chemicals used in the organic-inorganic composite preparation process. If it is washed with, there is no limitation on metals, organic substances, etc., and it may be selected based on the constituent material of the organic-inorganic composite. It is particularly preferable to use an organic polymer material having high flexibility, and it is preferable to use a fluorine resin such as polypropylene or polytetrafluoroethylene, polyethylene terephthalate, or an organic polymer material containing them as a main component. (Embodiment 1) This optical waveguide is, as shown in FIG.
A flat plate-shaped core portion 32 made of an organic-inorganic composite is supported by a pedestal 31 made of quartz via a spacer 30S. An air layer is provided between the core portion 32 and the pedestal 31. The clad part 33 is located, and the incident light 3
4 passes through the core portion 32 and is emitted as the emitted light 35. In this structure, the spacer 30S in which the end portion of the back surface of the core portion 32 is spotted on the pedestal 31
Is spatially supported by.
【0042】この光導波路の製造に際しては、まず、ゾ
ルゲル法でコア部を形成するための前駆体溶液を調整す
る。In manufacturing this optical waveguide, first, a precursor solution for forming the core portion is prepared by the sol-gel method.
【0043】まず、テトラエトキシシラン39.6wt
%、0.05規定の塩酸(塩化水素の水溶液)6.8wt
%、イソプロピルアルコール53.6wt%の割合で混
合した溶液を26℃に保持しながら約24時間ビーカB
で攪拌を行ない、テトラエトキシシランの加水分解、重
縮合反応を進行させて形成した溶液A38gと、ポリビ
ニルピロリドン17.5wt%、イソプロピルアルコー
ル82.5wt%の割合で、混合した溶液B12gを混
合することで適度な粘度を有する溶液を得る。First, tetraethoxysilane 39.6 wt.
%, 0.05 N hydrochloric acid (hydrogen chloride aqueous solution) 6.8 wt
%, Isopropyl alcohol 53.6 wt% mixed solution at a temperature of 26 ℃ for about 24 hours Beaker B
The solution A 38 g formed by advancing the hydrolysis and polycondensation reaction of tetraethoxysilane is mixed with 12 g of the mixed solution B at a ratio of 17.5 wt% polyvinylpyrrolidone and 82.5 wt% isopropyl alcohol. To obtain a solution having an appropriate viscosity.
【0044】次に、図4に示すように、底部41と第1乃
至第4の側面部42、43、44、45との5枚のポリテ
トラフルオロエチレンからなる板状体で構成された型枠
を用意し、この型枠内に、前述のようにして形成された
前駆体溶液20を流し込む(図4(b))。Next, as shown in FIG. 4, a mold composed of a plate-like body composed of five sheets of polytetrafluoroethylene, that is, a bottom portion 41 and first to fourth side surface portions 42, 43, 44 and 45. A frame is prepared, and the precursor solution 20 formed as described above is poured into the frame (FIG. 4 (b)).
【0045】そして、大気中で乾燥し、型枠の底部41
を除去し、ついで第1乃至第4の側面部42、43、4
4、45を除去し、図4(c)に示すような幅10m
m、長さ(光の伝播方向)30mm、厚み0.5mmの
平板状の光導波路(コア部32)を形成する。Then, after drying in the atmosphere, the bottom portion 41 of the formwork is
Are removed, and then the first to fourth side surfaces 42, 43, 4
4 and 45 are removed and the width is 10 m as shown in FIG.
A flat optical waveguide (core portion 32) having a length of m, a length of 30 mm (direction of propagation of light) and a thickness of 0.5 mm is formed.
【0046】このとき、サンプル50個作成し、割れの
状況を確認した結果、このサンプルでは50個中4個の
サンプルでわれが発生した。これに対し、型枠を前記第
1の実施の形態のように分割構造にせず、一体で形成し
た場合、サンプル50個作成し、割れの状況を確認した
結果、このサンプルでは50個中43個のサンプルでわ
れが発生した。これらの比較から型枠を分割構造にする
ことにより、割れの発生が低減され製造歩留まりが大き
く向上することがわかる。At this time, 50 samples were prepared and the state of cracking was confirmed. As a result, in this sample, cracking occurred in 4 out of 50 samples. On the other hand, when the formwork is not formed into a divided structure as in the first embodiment but integrally formed, 50 samples are prepared and the cracks are confirmed. As a result, 43 out of 50 samples are obtained in this sample. Occurred in the sample. From these comparisons, it is understood that the split structure of the mold reduces the occurrence of cracks and greatly improves the manufacturing yield.
【0047】このようにして形成したコア部32をスペ
ーサ30Sを介して台座31に固定することにより、光
導波路を形成した。An optical waveguide was formed by fixing the thus formed core portion 32 to the pedestal 31 via the spacer 30S.
【0048】そしてこの光導波路を、図5に示すよう
に、波長632.8nmのHe−Neレーザ装置の光路
上に、このレーザ光を入射光34として導入できるよう
に実装して光導波路装置を形成し、反対側の端面から導
出される出射光35を光学系36で拡大したのちスクリ
ーン37に投影した。その結果シャープなスポットが観
察され、吸収や分散がなく良好に光が伝播していること
がわかる。Then, as shown in FIG. 5, this optical waveguide is mounted on the optical path of a He-Ne laser device having a wavelength of 632.8 nm so that this laser light can be introduced as incident light 34 to form an optical waveguide device. The emitted light 35 formed and emitted from the end face on the opposite side was enlarged by the optical system 36 and then projected on the screen 37. As a result, a sharp spot is observed, and it can be seen that light propagates satisfactorily without absorption or dispersion.
【0049】(実施の形態2)この光導波路は、図6
(a)および(b)に示すように、円柱状のコア部52
を低屈折率材料で構成された支持用平板61a、61b
で支持し、他の部分は空気層からなるクラッド部63と
なるようにし、入射光64がこの円柱状のコア部52を
通過して出射光65として光が導出されるようになって
いる。この構造ではコア部52を平行な2枚の支持用平
板61a、61bに支持された低屈折率材料からなるス
ペーサ60Sによって2点の接触部でのみ支持した構造
となっており、この接触部分をできるだけ低屈折率の材
料で形成するようにすれば、より伝搬損失を低減するこ
とが可能となる。(Embodiment 2) This optical waveguide is shown in FIG.
As shown in (a) and (b), a cylindrical core portion 52
Are supporting flat plates 61a, 61b made of a low refractive index material.
The clad portion 63 composed of an air layer is provided in the other portion, and the incident light 64 passes through the cylindrical core portion 52 and is emitted as the emitted light 65. In this structure, the core portion 52 is supported only at two contact portions by a spacer 60S made of a low refractive index material supported by two parallel supporting flat plates 61a and 61b. Propagation loss can be further reduced by using a material having a refractive index as low as possible.
【0050】この光導波路の形成に際しては、図7
(a)に示すように、前記第1の実施の形態と同様にし
て形成した前駆体溶液を液溜50の底面に形成された所
望の径の開口部を有するダイス51を通して線引きし、
乾燥し、所定の長さに切断することで、図7(b)に示
すように、直径0.5mmの線状のコア部52を形成す
る。In forming this optical waveguide, as shown in FIG.
As shown in (a), the precursor solution formed in the same manner as in the first embodiment is drawn through a die 51 having an opening of a desired diameter formed on the bottom surface of the liquid reservoir 50,
By drying and cutting into a predetermined length, a linear core portion 52 having a diameter of 0.5 mm is formed as shown in FIG. 7B.
【0051】このようにして形成されたコア部52をス
ペーサ60Sを介して平行な2枚の支持用平板61a、
61bで支持することによって本発明の第2の実施の形
態の光導波路が形成される。The core portion 52 thus formed is provided with two supporting flat plates 61a parallel to each other with a spacer 60S interposed therebetween.
The optical waveguide of the second embodiment of the present invention is formed by supporting it with 61b.
【0052】そして図8に示すように、この光導波路を
波長632.8nmのHe−Neレーザ光(ビーム断
面:円形)の光路上に、このレーザ光を入射光84とし
て導入できるように実装して光導波路装置を形成し、反
対側の端面から導出される出射光85を光学系86で拡
大したのち、スクリーン87に投影した。その結果シャ
ープなスポットが観察され、吸収や分散がなく良好に光
が伝播していることがわかる。Then, as shown in FIG. 8, this optical waveguide is mounted on the optical path of the He-Ne laser light (beam cross section: circular) having a wavelength of 632.8 nm so that this laser light can be introduced as incident light 84. An optical waveguide device was formed by using the optical waveguide device, and the outgoing light 85 led out from the opposite end face was enlarged by the optical system 86 and then projected on the screen 87. As a result, a sharp spot is observed, and it can be seen that light propagates satisfactorily without absorption or dispersion.
【0053】なお、前記第1および第2の実施の形態で
はテトラエキシシラン、ポリビニルピロリドン系の有機
無機複合体前駆体溶液を用いたが、フェニルトリエトキ
シシラン、アクリル系でもよい。In the first and second embodiments, the tetraexisilane / polyvinylpyrrolidone-based organic-inorganic composite precursor solution is used, but phenyltriethoxysilane or acryl-based solution may be used.
【0054】この場合は以下のようにして形成される。In this case, it is formed as follows.
【0055】まず、フェニルトリエトキシシラン39.
6wt%、0.05規定の塩酸(塩化水素の水溶液)6.8
wt%、N−メチル−2−ピロリドン53.6wt%の割
合で混合した溶液を26℃に保持しながら約24時間ビ
ーカで攪拌を行ない、フェニルエトキシシランの加水分
解、重縮合反応を進行させて形成した溶液A38gと、
ポリメタクリル酸メチル17.5wt%、N−メチル−2
−ピロリドン82.5wt%の割合で、混合した溶液B
12gを混合することで適度な粘度を有する溶液を得
る。First, phenyltriethoxysilane 39.
6wt%, 0.05N hydrochloric acid (hydrogen chloride aqueous solution) 6.8
wt% and N-methyl-2-pyrrolidone 53.6 wt% mixed solution was stirred at a beaker for about 24 hours while maintaining it at 26 ° C. to promote hydrolysis and polycondensation reaction of phenylethoxysilane. 38 g of the formed solution A,
Polymethylmethacrylate 17.5 wt%, N-methyl-2
-Pyrrolidone 82.5 wt% mixed solution B
A solution having an appropriate viscosity is obtained by mixing 12 g.
【0056】このようにして調整した有機無機複合体前
駆体溶液を用いても同様のコア部を形成することができ
る。The same core portion can be formed by using the organic-inorganic composite precursor solution thus prepared.
【0057】(実施の形態3)この光導波路は、図9に
断面図、図10に斜視図を示すように、シリコン基板で
構成された台座91に、とりつけられた中空の容器99
に支持部91Sを介して高屈折率材料からなるコア部9
2を形成してなるもので、コア部92と台座91との間
には空気層からなるクラッド部93が存在しており、支
持部91Sに取り付けられたレーザ装置94から発せら
れた光がコア部92を通過し、他端にとりつけられた光
コネクタ95を介して出射光として光が導出されるよう
になっている。この構造ではコア部92の両端の台座へ
の支持部の機能を光コネクタ95およびレーザ装置94
が有するとともに、光が直接入出射するため、伝播損失
の低減をはかることができる。(Third Embodiment) As shown in the sectional view of FIG. 9 and the perspective view of FIG. 10, this optical waveguide has a hollow container 99 attached to a pedestal 91 made of a silicon substrate.
The core portion 9 made of a high refractive index material via the support portion 91S.
2, a clad portion 93 formed of an air layer is present between the core portion 92 and the pedestal 91, and the light emitted from the laser device 94 attached to the support portion 91S is the core. The light passes through the portion 92 and is emitted as outgoing light through the optical connector 95 attached to the other end. In this structure, the functions of the supporting portions for supporting the pedestals at both ends of the core portion 92 are performed by the optical connector 95 and the laser device 94.
In addition, since light directly enters and exits, propagation loss can be reduced.
【0058】次にこの光導波路の製造工程について説明
する。Next, the manufacturing process of this optical waveguide will be described.
【0059】まず図11(a)に示すように、シリコン
ゴムからなる型枠1101に形成された溝1102Sの
1端部にレーザ94を固定する。First, as shown in FIG. 11A, the laser 94 is fixed to one end of the groove 1102S formed in the mold 1101 made of silicon rubber.
【0060】この状態で図11(b)に示すように、レ
ーザ装置94を含む前記溝1102S内に前記第1およ
び第2の実施の形態で調整したのと同様の前駆体溶液を
流し込み、乾燥して硬化させ、有機無機複合体からなる
コア部1102を形成する。In this state, as shown in FIG. 11B, the same precursor solution as that prepared in the first and second embodiments is poured into the groove 1102S including the laser device 94 and dried. Then, it is cured to form a core portion 1102 made of an organic-inorganic composite.
【0061】そして図11(c)に示すように、この型
枠1101を取り外し、端面にレーザ装置94の装着さ
れたコア部1102が形成される。Then, as shown in FIG. 11C, the mold 1101 is removed, and the core portion 1102 on which the laser device 94 is mounted is formed on the end face.
【0062】このコア1102を図9および図10に示
すように容器99にとりつけられた支持部91Sを介し
てレーザ装置94を固定するとともに、他端には光ファ
イバ97に接続された光コネクタ95が支持部に固定さ
れており、コア部1102の他端を光コネクタ95に接
続することにより、コア部1102が枠体に支持される
構造となっている。したがって光接続部でのもれや減衰
がなく高効率の伝播が可能となる。As shown in FIGS. 9 and 10, a laser device 94 is fixed to the core 1102 via a support portion 91S attached to a container 99, and an optical connector 95 connected to an optical fiber 97 is attached to the other end. Is fixed to the support portion, and the other end of the core portion 1102 is connected to the optical connector 95, so that the core portion 1102 is supported by the frame body. Therefore, there is no leakage or attenuation at the optical connection portion, and highly efficient propagation is possible.
【0063】かかる構成によれば、コア部は有機無機複
合材料で構成されているため柔軟性があり、型枠からは
ずした後も曲げることもでき、形状加工が自在である。According to this structure, since the core portion is made of the organic-inorganic composite material, it has flexibility, can be bent even after being removed from the mold, and can be shaped.
【0064】また、コア部の形成に際し、溝自体を曲線
形状にしておくことにより、曲線状に曲がったコアを形
成することも可能である。When forming the core portion, it is possible to form a curved core by forming the groove itself into a curved shape.
【0065】なお、この本発明の第3の実施の形態では
光コネクタと光ダイオードとは1直線状をなすように形
成したが、光導波路を自由に曲げることができるため、
配置に自由度が得られ、設計が自由となる。In the third embodiment of the present invention, the optical connector and the photo diode are formed so as to form a straight line, but the optical waveguide can be freely bent.
The degree of freedom in layout is obtained, and the design is free.
【0066】また、基板としてもシリコン基板に限定さ
れることなくサファイア基板などを用いることも可能で
あり、光電変換素子、半導体レーザなどの発光素子を同
一基板上に集積化することも可能であり、小型でより高
速動作の可能な、光集積回路装置を提供することが可能
となる。
(第4の実施の形態)また、前記第3の実施の形態によ
れば、コア部は有機無機複合材料で構成されているため
柔軟性があり、型枠からはずした後も曲げることもで
き、形状加工が自在である。The substrate is not limited to the silicon substrate, and a sapphire substrate or the like can be used, and a photoelectric conversion element, a light emitting element such as a semiconductor laser can be integrated on the same substrate. Therefore, it is possible to provide an optical integrated circuit device that is small and can operate at higher speed. (Fourth Embodiment) Further, according to the third embodiment, since the core portion is made of the organic-inorganic composite material, it has flexibility and can be bent even after being removed from the mold. The shape can be freely processed.
【0067】そこで、この例では、図12(a)に示す
ように、前記第2の実施の形態で形成した円柱状のコア
部をダイスを用いて前駆体溶液を供給しながら線引し、
円柱状のコア部1202を形成した後、図12(b)に
示すように、これを曲げ部Rでほぼ90度湾曲させた導
波路を形成するものである。Therefore, in this example, as shown in FIG. 12A, the cylindrical core portion formed in the second embodiment is drawn by using a die while supplying the precursor solution,
After forming the cylindrical core portion 1202, as shown in FIG. 12B, a waveguide is formed by bending the core portion 1202 at the bent portion R by approximately 90 degrees.
【0068】上記構成により、容易に曲げ部Rを有する
導波路を形成することが可能となる。With the above structure, it is possible to easily form the waveguide having the bent portion R.
【0069】このようにして形成したコア部を容器(図
示せず)内に保持し、容器内に気体または液体を充填し
コア部の壁面が容器に接触しないように気体または液体
で覆うようにすればよい。The thus formed core portion is held in a container (not shown), and the container is filled with gas or liquid so that the wall surface of the core portion is covered with gas or liquid so as not to contact the container. do it.
【0070】また常に流体を流しながらコア部を流路の
中心に保持するようにし、壁面へのコア部の接触を防止
するようにした構造も有効である。
(第5の実施の形態)また、コア部の形成に際し、溝自
体を曲線形状にしておくことにより、曲線状に曲がった
コアを形成することも可能である。Further, a structure is also effective in which the core portion is kept at the center of the flow path while always flowing the fluid to prevent the core portion from contacting the wall surface. (Fifth Embodiment) It is also possible to form a curved core by forming the core portion into a curved shape when forming the core portion.
【0071】この例では、図13(a)に示すように、
前記第3の実施の形態で形成したのど同様に溝部130
2Sを有する型枠1301および1303を用い、この
溝部1302Sに同様の前駆体溶液を供給し、乾燥硬化
後型枠1301および1303を除去し、コア部130
2を形成するものである。In this example, as shown in FIG.
The groove portion 130 is formed in the same manner as the throat formed in the third embodiment.
The molds 1301 and 1303 having 2S are used, the same precursor solution is supplied to the groove 1302S, and the molds 1301 and 1303 are removed after drying and curing, and the core 130 is formed.
2 is formed.
【0072】この例では、溝部1302Sが曲げ部Rを
有しているため、図13(b)に示すように、曲げ部R
を有する円柱状のコア部が形成される。In this example, since the groove 1302S has the bent portion R, as shown in FIG.
A cylindrical core portion having is formed.
【0073】このように、この方法によっても容易に曲
げ部Rでほぼ90度湾曲させたコア部からなる導波路を
形成することができる。As described above, also by this method, it is possible to easily form the waveguide having the core portion bent at the bent portion R by approximately 90 degrees.
【0074】[0074]
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、クラッドとして気体または液体を用いているため、
コア部とクラッド部との屈折率差を大きくすることがで
き、光閉じ込め効果が向上し、伝播損失の小さい光導波
路を得ることが可能となる。As described above, according to the present invention, since gas or liquid is used as the clad,
The refractive index difference between the core portion and the clad portion can be increased, the optical confinement effect is improved, and an optical waveguide with small propagation loss can be obtained.
【0075】また、クラッドが気体または液体であるた
め、形状変化が自在であり、加工性が良好である。Further, since the clad is a gas or a liquid, the shape can be freely changed and the workability is good.
【0076】また、クラッドの屈折率を小さくすること
ができるため、コア部にどのような材料を使っても良
く、設計が自由で低コストの光導波路装置を得ることが
可能となる。Further, since the refractive index of the clad can be made small, any material can be used for the core portion, and it is possible to obtain an optical waveguide device of free design and low cost.
【0077】型枠内に、前駆体溶液を流し込み、ゾルゲ
ル法でコア部を形成し、型枠を除去したのち、気体中あ
るいは液体中に固定すれば良く、製造歩留まりが高く、
製造が容易な光導波路の製造方法を提供することが可能
となる。The precursor solution may be poured into the mold, the core may be formed by the sol-gel method, the mold may be removed, and then the mold may be fixed in a gas or a liquid, resulting in a high manufacturing yield.
It is possible to provide a manufacturing method of an optical waveguide which is easy to manufacture.
【図1】 本発明の光導波路装置の動作原理を示す説明
図である。FIG. 1 is an explanatory diagram showing an operating principle of an optical waveguide device of the present invention.
【図2】 本発明の光導波路装置の動作原理を示す説明
図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing the operating principle of the optical waveguide device of the present invention.
【図3】 本発明の第1の実施の形態の光導波路を示す
図である。図3(b)は、図3(a)のA−A断面図で
ある。FIG. 3 is a diagram showing an optical waveguide according to the first embodiment of the present invention. FIG. 3B is a sectional view taken along the line AA of FIG.
【図4】 図4(a)乃至(c)は、本発明の第1の実
施の形態の光導波路の製造工程を示す図である。FIGS. 4A to 4C are views showing manufacturing steps of the optical waveguide according to the first embodiment of the present invention.
【図5】 本発明の第1の実施の形態の光導波路装置を
示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an optical waveguide device according to a first embodiment of the present invention.
【図6】 本発明の第2の実施の形態の光導波路を示す
図である。図6(b)は、図6(a)のA−A断面図で
ある。FIG. 6 is a diagram showing an optical waveguide according to a second embodiment of the present invention. FIG. 6B is a sectional view taken along the line AA of FIG.
【図7】 図7(a)および(b)は、本発明の第2の
実施の形態の光導波路の製造工程を示す図である。7 (a) and 7 (b) are views showing a manufacturing process of the optical waveguide according to the second embodiment of the present invention.
【図8】 本発明の第2の実施の形態の光導波路装置を
示す図である。FIG. 8 is a diagram showing an optical waveguide device according to a second embodiment of the present invention.
【図9】 本発明の第3の実施の形態の光導波路装置を
示す図である。FIG. 9 is a diagram showing an optical waveguide device according to a third embodiment of the present invention.
【図10】 本発明の第3の実施の形態の光導波路装置
を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an optical waveguide device according to a third embodiment of the present invention.
【図11】 図11(a)乃至(c)は、本発明の第3
の実施の形態の光導波路の製造工程を示す図である。11 (a) to 11 (c) show a third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing a manufacturing process of the optical waveguide according to the embodiment of the present invention.
【図12】 本発明の第4の実施の形態の光導波路の製
造工程で用いられるコア部の製造工程を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing a manufacturing process of a core portion used in a manufacturing process of an optical waveguide according to a fourth embodiment of the present invention.
【図13】 図13(a)および(b)は、本発明の第
5の実施の形態の光導波路の製造工程で用いられるコア
部の製造工程を示す図である。FIGS. 13A and 13B are views showing a manufacturing process of a core portion used in a manufacturing process of the optical waveguide according to the fifth embodiment of the present invention.
【図14】 従来の光導波路を示す説明図である。FIG. 14 is an explanatory diagram showing a conventional optical waveguide.
1 土台 1S 支持部 2 コア部 3 クラッド部 4 入射光 5 出射光 11a、11b 支持用平板 12 コア部 13 クラッド部 14 入射光 15 出射光 1 foundation 1S support 2 core parts 3 Clad part 4 incident light 5 emitted light 11a, 11b Supporting flat plate 12 Core part 13 Clad part 14 incident light 15 Outgoing light
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山野 耕治 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会 社内 (72)発明者 平野 均 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会 社内 Fターム(参考) 2H050 AC62 AC67 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Koji Yamano 2-5-3 Keihan Hondori, Moriguchi City, Osaka Prefecture Yo Denki Co., Ltd. (72) Inventor Hitoshi Hirano 2-5-3 Keihan Hondori, Moriguchi City, Osaka Prefecture Yo Denki Co., Ltd. F-term (reference) 2H050 AC62 AC67
Claims (10)
むように形成された低屈折率のクラッド部とを含み、 前記クラッド部が気体または液体であることを特徴とす
る光導波路。1. An optical waveguide comprising a core part through which light propagates and a clad part having a low refractive index formed so as to surround the core part, wherein the clad part is gas or liquid.
酸素または二酸化炭素で構成されることを特徴とする請
求項1に記載の光導波路。2. The clad portion is formed of air, rare gas, nitrogen,
The optical waveguide according to claim 1, wherein the optical waveguide is composed of oxygen or carbon dioxide.
セリンまたはパラフィン油で構成されることを特徴とす
る請求項1に記載の光導波路。3. The optical waveguide according to claim 1, wherein the clad portion is made of alcohol, water, glycerin or paraffin oil.
に形成されていることを特徴とする請求項1乃至3のい
ずれかに記載の光導波路。4. The optical waveguide according to claim 1, wherein the core portion is formed to have a plate-shaped planar structure.
する請求項1に記載の光導波路。5. The optical waveguide according to claim 1, wherein the core portion is a linear body.
とする請求項1乃至5のいずれかに記載の光導波路。6. The optical waveguide according to claim 1, wherein the core portion has a bent portion.
とを含む有機無機複合体であることを特徴とする請求項
1乃至6のいずれかに記載の光導波路。7. The optical waveguide according to claim 1, wherein the core portion is an organic-inorganic composite containing an organic polymer and a metal compound.
された化合物であることを特徴とする請求項7に記載の
光導波路。8. The optical waveguide according to claim 7, wherein the metal-based compound is a compound formed by a sol-gel method.
と、前記コア部が、前記クラッド部内に位置するよう
に、その端部で支持せしめられるように、前記コア部に
接続された光デバイスを含むことを特徴とする光導波路
装置。9. The optical waveguide according to any one of claims 1 to 8 and an optical waveguide connected to the core portion so that the core portion is positioned in the clad portion and supported by the end portion thereof. An optical waveguide device comprising a device.
と、 前記型枠内に、金属アルコキシドと有機重合体とを含む
前駆体溶液を注入し、前記前駆体溶液を加熱し硬化させ
る工程と、 前記型枠を分割して除去し、有機金属化合物からなるコ
ア部と、前記コア部のまわりに気体または液体を配し、
気相または液相からなるクラッド部とを具備した光導波
路を形成するようにしたことを特徴とする光導波路の製
造方法。10. A step of preparing a mold which can be divided into a plurality of steps, and a step of injecting a precursor solution containing a metal alkoxide and an organic polymer into the mold and heating the precursor solution to cure the precursor solution. And dividing and removing the mold, a core portion made of an organometallic compound, and a gas or liquid is arranged around the core portion,
A method of manufacturing an optical waveguide, characterized in that an optical waveguide having a cladding portion formed of a gas phase or a liquid phase is formed.
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