JP2004086175A - 光導波路およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】高生産性、高性能を満足する光導波路およびその製造方法を提供する。
【解決手段】第１クラッド１１と、第２クラッド１２と、コア１３とを備え、コア１３は、第２クラッド１２側に形成された第１クラッド１１の一方の主面に露出するように埋め込まれており、第１クラッド１１と第２クラッド１２とは、コア１３を挟むように形成されていて、コア１３は、分岐型ポリシランおよびポリシロキサンを含む高分子材料を、加熱および紫外線照射の少なくとも一方により反応させた生成物からなり、コア１３の屈折率は、第１クラッド１１および第２クラッド１２の屈折率よりも高い。
【選択図】 図１
【解決手段】第１クラッド１１と、第２クラッド１２と、コア１３とを備え、コア１３は、第２クラッド１２側に形成された第１クラッド１１の一方の主面に露出するように埋め込まれており、第１クラッド１１と第２クラッド１２とは、コア１３を挟むように形成されていて、コア１３は、分岐型ポリシランおよびポリシロキサンを含む高分子材料を、加熱および紫外線照射の少なくとも一方により反応させた生成物からなり、コア１３の屈折率は、第１クラッド１１および第２クラッド１２の屈折率よりも高い。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は主として光通信などに用いられる光導波路およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光通信市場の進展に伴い、光学部品には高性能と低コストとの両立が求められている。特に、それ自身は動作しない受動光部品に対しては、低価格化の要望が高まっている。
【０００３】
光導波路の作製においては、非常に微細で正確なパターンを必要とする。とりわけシングルモードの光導波路に関してはパターン精度スペックが厳しい。このようなパターンの形成には、一般には半導体プロセスに多用されているドライエッチングが用いられる。以下、光通信用のシングルモード光導波路の従来の製造プロセスについて図を参照しながら説明する。
【０００４】
図１２（ａ）および図１２（ｂ）は、一般的な石英系シングルモードの光導波路の構成を示す図である。図１２（ａ）は、光導波路の平面図であり、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）に示す面Ａ−Ａに沿った断面図である。クラッド１２２よりも屈折率の高い、導波層となるコア１２１がクラッド１２２の内部に形成されている。一定の条件を満たす光は、矢印１２３に示す方向に沿って、コア１２１内に閉じこめられて伝達される。例えば、波長１．３μｍ以上１．５５μｍ以下の導波光が伝達される場合においては、コア１２１は図１２（ｂ）に示すように、一般には一辺が８μｍ程度の正方形の断面を有する。また、コア１２１を図１２（ａ）のように、例えば、Ｙ分岐等の所望とする形にパターン化して作製することにより、様々な光回路を構成できる。なお、コア形状、およびコア表面荒さは光の伝搬性能に大きく影響する。
【０００５】
図１３（ａ）〜図１３（ｃ）は、従来の石英系光導波路の一般的な製造方法を示した工程図である。まず、下部クラッド層１３２を兼ねた石英基板上に火炎堆積法によりコア膜１３１を形成する（図１３（ａ））。なお、火炎堆積法とは、大気中にＨ２およびＯ２で形成した火炎の中に、ＳｉＣｌ４および少量のＧｅＣｌ４を混入し、加水分解反応をさせてＧｅがドーピングされたＳｉＯ２（コア膜１３１）を生成する方法である。生成されたＳｉＯ２は、石英基板上に微粉末状に堆積されるので、１０００℃以上に昇温して、ガラス化する。このガラス化されたＳｉＯ２が、コア膜１３１である。なお、石英基板以外の材料の基板上に光導波路を用いる場合には、先にその基板上に、下部クラッド層１３２を火炎堆積法にて形成しておく。
【０００６】
次に、フォトリソグラフィおよびドライエッチングを用いることにより、図１３（ａ）のコア膜１３１を所定のパターンにパターニングして、コア１３１ａを形成する（図１３（ｂ））。
【０００７】
さらに、下部クラッド層１３２およびコア１３１ａ上に、上部クラッド層１３３を火炎堆積法により形成する（図１３（ｃ））。このようにして、光導波路が作製される。このような方法で作製された光導波路は、低損失で良好な特性を示す。
【０００８】
また、近年では、光導波路材料として、石英系材料に加えて樹脂も検討されている。現状では、樹脂材料は透過性能および信頼性において石英よりも劣る。しかし、樹脂材料は、石英に比べて成形が容易であるという利点がある。また波長６５０ｎｍ以上８５０ｎｍ以下付近の光の透過性能も優れており、非常に有望な光導波路材料である。具体的な樹脂材料としては、例えば、透明性に優れたポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）などが知られている。近年ではアクリル系、エポキシ系、あるいはポリイミド系樹脂材料などをベースとして、重水素化やフッ素化が行われている。それにより得られた樹脂材料は、１．３μｍ以上１．５５μｍ以下の波長域の光に対して、低吸収化が図られている。したがって、これらの材料を用いて、低損失な光導波路を形成することができる。
【０００９】
樹脂材料を用いた光導波路の製造方法は、主にスピンコートによってコア層およびクラッド層を形成し、ドライエッチングを用いてコア層のパターニングを行う方法が一般的である。
【００１０】
以上のように、従来の光導波路の製造においては、石英系材料および樹脂材料のどちらを用いた場合でも、２０μｍ以上の厚膜であるクラッド層を、複数回堆積することで形成する。次に、コア層を堆積してから、ドライエッチングを用いて凸状にコア層をパターニングする。しかし、ドライエッチングを行なうには、複雑で多くの設備が必要である。そのため、従来の光導波路の製造においては、コスト、生産性において課題を有している。この課題を解決するために、様々な光導波路の製造方法が提案されており、その典型的なものの一つとして溝充填による光導波路の製造方法がある（例えば、特許文献１、特許文献２または特許文献３参照）。
【００１１】
図１４（ａ）〜図１４（ｄ）を用いて、溝充填光導波路の製造工程について説明する。図１４（ａ）〜図１４（ｄ）は、溝充填光導波路の製造方法を示した工程図である。
【００１２】
まず、ガラスあるいは樹脂からなる基板である、クラッド１４１に、光導波路の所望のコアパターンに対応した溝１４２を形成する（図１４（ａ））。この場合の溝１４２の形成方法としてはドライエッチングが一般的である。次に、光導波路溝１４２をコアとするために、クラッド１４１よりも高屈折率なコア材料１４３を溝１４２に埋め込む（図１４（ｂ））。溝からあふれた余剰材料１４３ｂは除去して、コア１４３ａを基板１４１に形成する（図１４（ｃ））。最後に、コア１４３ａおよび基板１４１の上に、クラッド１４４を形成して（図１４（ｄ））、溝充填光導波路が作製される。溝充填光導波路の製造方法は、図１３（ａ）〜図１３（ｃ）で示した製造方法と同様にドライエッチングを用いてはいるが、図１３（ａ）〜図１３（ｃ）で示した製造方法に比べて、効率がよく、高生産性が期待できる。
【００１３】
【特許文献１】
特開昭６３−１３９３０４号公報
【００１４】
【特許文献２】
特開平８−３２０４２０号公報
【００１５】
【特許文献３】
特開平１１−３０５０５５号公報
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、溝充填による光導波路の製造方法においても課題があり、コア材料として、石英系材料を用いた場合と、アクリル系、エポキシ系あるいはポリイミド系材料を代表とする樹脂材料を用いた場合と、それぞれに別々の課題を有する。
【００１７】
まず、コア材料として、石英系のガラス材料を用いた場合の課題について説明する。光導波路に形成された溝にコア材料を充填する方法としては、火炎堆積法、ＣＶＤ、真空蒸着およびスパッタなどが代表的である。シングルモード光導波路の場合は、コアとして８μｍ程度の厚膜が形成されている。また、マルチモード光導波路の場合は、コアとして数十μｍもの厚膜が形成されている。しかし、このような厚膜を堆積するには工程時間が非常に長くなり、生産上不利である。
【００１８】
次に、コア材料にアクリル系やエポキシ系、あるいはポリイミド系材料などの樹脂材料を用いた場合の課題について説明する。コア材料に、樹脂材料を用いた場合には、例えば、スピンコートを用いて堆積することで、厚膜堆積については容易に形成することができる。しかし、図１４（ｃ）に示す、余剰部分１４３ｂの除去において問題が生じる。樹脂材料は硬度が低く、研磨除去によりコア１４３ａ表面に細かい傷が発生する。そのため、この傷が導波光の散乱原因となり、大きな導波損失が生じる。他の除去方法として、ドライエッチングによる方法が考えられるが、これは、上述したように、コストの面で不利となる。
【００１９】
したがって、石英系材料や、アクリル系、エポキシ系、あるいはポリイミド系材料などの樹脂材料を用いて溝充填により光導波路を製造しても、高生産性と高い性能を両立することができなかった。
【００２０】
本発明は、上記従来の課題に鑑みなされたものであって、高生産性、高性能を満足する光導波路およびその製造方法を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明の光導波路は、第１クラッドと、第２クラッドと、コアとを備え、前記コアは、前記第２クラッド側に形成された前記第１クラッドの一方の主面に露出するように埋め込まれており、前記第１クラッドと前記第２クラッドとは、前記コアを挟むように設置されていて、前記コアは、分岐型ポリシランおよびポリシロキサンを含む高分子材料を、加熱および紫外線照射の少なくとも一方により反応させた生成物からなり、前記コアの屈折率は、前記第１クラッドおよび前記第２クラッドの屈折率よりも高いことを特徴とする。
【００２２】
また、本発明の光導波路の製造方法は、熱で軟化させた第１クラッドに、コアとなる溝を形成するための金型を押し付けて溝を形成し、前記溝に、分岐型ポリシランおよびポリシロキサンを含む高分子材料を含むコア材料を充填し、前記コア材料を加熱することで、前記コア材料の屈折率が変化するよう前記コア材料を反応させ、前記第１クラッドの前記溝側の面に、第２クラッドを接合することを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本実施の形態の光導波路は、損失が少なく、高性能である。
【００２４】
また、前記第２クラッドの屈折率は、前記第１クラッドの屈折率と略等しい構成としてもよい。
【００２５】
また、前記第１クラッドおよび前記第２クラッドは、ガラスとしてもよい。
【００２６】
また、好ましくは、前記第１クラッドおよび前記コアと、前記第２クラッドとの間には、接着層が形成されている。そのため、第１クラッドと、第２クラッドを加熱しなくても接合することができる。それにより、各部材の特性が変化することがない。
【００２７】
また、前記接着層は、分岐型ポリシランおよびポリシロキサンを含む高分子材料を含むこととしてもよい。
【００２８】
また、好ましくは、前記接着層の屈折率は、前記第２クラッドの屈折率と略等しいか、または、前記第２クラッドの屈折率よりも高い。それにより、コアに導波光を閉じ込めて伝搬することができる。
【００２９】
また、本実施の形態の光導波路の製造方法によれば、生産効率よく、コア表面に傷のない高性能の光導波路を製造することができる。
【００３０】
また、前記第１クラッドおよび前記第２クラッドは、ガラスとしてもよい。
【００３１】
また、前記第２クラッドの屈折率は、前記第１クラッドの屈折率と略等しくしてもよい。
【００３２】
また、好ましくは、前記コア材料は、分岐型ポリシランおよびポリシロキサンを含む高分子材料と溶剤とを含む樹脂溶液であって、前記樹脂溶液であるコア材料を前記第１クラッドの前記溝が形成された面に塗布することで、前記コア材料を前記溝に充填し、さらに、屈折率を変化させるために、前記コア材料を加熱した後に、前記溝以外に形成された前記コア材料を、研磨により除去し、前記研磨後に、前記第１クラッドの前記溝側に、第２クラッドを直接接合によって接合する。それにより、低損失であり、高性能の光導波路を、容易に製造することができる。また、コアの屈折率の制御も容易にできる。
【００３３】
また、好ましくは、前記溝以外に形成された前記コア材料を、研磨除去した後に、前記第１クラッドの前記溝が形成された面および前記第２クラッドの前記第１クラッドと接合される面の少なくとも一方に、前記第２クラッドの屈折率と略等しい屈折率を有する接着剤を塗布し、前記接着剤を介して、前記第１クラッドと前記第２クラッドを接合する。それにより、前記第１クラッドと前記第２クラッドを、加熱することなく容易に接合することができ、性能低下がなく、生産性が高い。
【００３４】
また、好ましくは、前記コア材料は、分岐型ポリシランおよびポリシロキサンを含む高分子材料と溶剤とを含む樹脂溶液であって、前記第１クラッドの前記溝が形成された面および前記第２クラッドの前記第１クラッドと接合される面の少なくとも一方に、前記樹脂溶液であるコア材料を塗布し、前記第１クラッドおよび前記第２クラッドで、前記塗布された樹脂溶液であるコア材料を挟んで加圧し、かつ前記樹脂溶液であるコア材料を加熱することで、前記コア材料の屈折率を変化させ、前記溝に前記コア材料を充填し、前記コア材料を介して、前記第１クラッドと前記第２クラッドを接合する。それにより、前記コア材料の屈折率の制御と、前記第１クラッドと前記第２クラッドの接合を同時に行なうことができる。そのため、製造工程数を削減することができる。
【００３５】
また、好ましくは、前記コア材料は、少なくとも分岐型ポリシランおよびポリシロキサンを含む高分子材料と溶剤とを含む樹脂溶液であって、前記第１クラッドの前記溝が形成された面および前記第２クラッドの前記第１クラッドと接合される面の少なくとも一方に、前記樹脂溶液であるコア材料を塗布した後、前記溶剤を蒸発させるために加熱し、当該加熱においては、前記溶剤の沸点以下の温度を開始温度とし、昇温する。温度の上限は、前記コア材料の屈折率の変化する反応が開始される温度未満とする。それにより、塗布されたコア材料の表面にむらができるのを防ぎ、第１クラッドと第２クラッドとの接合における不良を防ぐことができる。
【００３６】
また、好ましくは、前記コア材料は、少なくとも分岐型ポリシランおよびポリシロキサンを含む高分子材料からなるフィルムであって、前記第１クラッドの前記溝が形成された面および前記第２クラッドの前記第１クラッドと接合される面の少なくとも一方に、前記フィルムであるコア材料を設置し、前記第１クラッドおよび前記第２クラッドで、前記設置されたフィルムであるコア材料を挟んで加圧し、かつ前記フィルムであるコア材料を加熱することで、前記コア材料の屈折率を変化させ、前記溝に前記コア材料を充填し、前記コア材料を介して、前記第１クラッドと前記第２クラッドを接合する。それにより、前記コア材料の屈折率の制御と、前記第１クラッドと前記第２クラッドの接合を同時に行なうことができる。そのため、製造工程数を削減することができる。
【００３７】
また、好ましくは、前記コア材料は、少なくとも分岐型ポリシランおよびポリシロキサンを含む液状高分子材料であって、前記第１クラッドの前記溝が形成された面および第２クラッドの前記第１クラッドと接合される面の少なくとも一方に、前記液状高分子であるコア材料を滴下し、前記第１クラッドおよび前記第２クラッドで、前記滴下された液状高分子であるコア材料を挟んで加圧し、かつ前記液状高分子であるコア材料を加熱することで、前記コア材料の屈折率を変化させ、前記溝に前記コア材料を充填し、前記コア材料を介して、前記第１クラッドと前記第２クラッドを接合する。それにより、前記コア材料の屈折率の制御と、前記第１クラッドと前記第２クラッドの接合を同時に行なうことができる。そのため、製造工程数を削減することができる。
【００３８】
以下、本発明のさらに具体的な実施形態について説明する。
【００３９】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る光導波路について、図を用いて説明する。図１は実施の形態１に係る光導波路１の構成を示す断面図である。図１に示しているように、実施の形態１の光導波路１は、導波光が閉じ込められて伝搬するコア１３と、コア１３の周りに形成されたクラッドであるガラス基板１１、１２とを備えている。
【００４０】
コア１３は、ガラス基板１２側に形成されたガラス基板１１の主面に、露出するように埋め込まれ、ガラス基板１１とガラス基板１２とは、コア１３を挟むように設置されている。ガラス基板１１とガラス基板１２とは、例えば、同じ材料から構成されている。
【００４１】
コア１３には、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料の加熱等の反応による生成物を用いている。コア１３の断面の寸法は、例えば８μｍ角とする。コア１３とクラッドであるガラス基板１１、１２との比屈折率差は、０．２５％とすることが好ましい。非屈折率差とは、コアの屈折率の二乗の二倍に対する、コアの屈折率の二乗とクラッドの屈折率の二乗との差の百分率である。具体的には、比屈折率差Δは、コアの屈折率ｎ１とクラッドの屈折率ｎ２とを用いて、以下の式で表わすことができる。
【００４２】
Δ＝（ｎ１ ２−ｎ２ ２）／２ｎ１ ２×１００（％）
なお、シングルモード導波路のように、コアとクラッドとの屈折率差が小さい場合には、コアの屈折率に対する、コアとクラッドとの屈折率差の百分率に近似することができる。つまり、以下の式のように表わすことができる。
【００４３】
Δ≒（ｎ１−ｎ２）／ｎ１×１００（％）
なお、コア１３の屈折率は、ガラス基板１１、１２の屈折率よりも高い。このような構成の光導波路１は、波長１．３μｍおよび１．５５μｍの導波光を、シングルモードで伝搬させることができる。なお、波長１．３μｍおよび１．５５μｍの導波光は、光通信においてよく用いられる。
【００４４】
コア１３は、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料を、加熱または紫外線照射により、無機化反応を起こした生成物である。無機化反応とは、有機成分であるＣ、Ｈ等が反応が進むにつれて脱離し、分岐型ポリシランの
Ｓｉ−Ｓｉ結合が、−Ｏ−Ｓｉ−Ｏ−の結合に変わる反応である。分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料は、この無機化反応によって、屈折率が低下するという特性を持つ。また、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料は、ガラス材料ともよく密着する。
【００４５】
分岐型ポリシランとポリシロキサンとの混合比や加熱条件や紫外線照射条件を変えることで、無機化反応を制御し、コア１３の屈折率を制御することができる。それにより、コア１３とガラス基板１１、１２との比屈折率差を所望の値に正確に調整することができる。例えば、コア１３とガラス基板１１、１２との比屈折率差を０．２５％にすることで、上述したように、光通信としてよく用いられる、波長１．３μｍおよび１．５５μｍの導波光をシングルモードで導波させる光導波路１を形成することができる。
【００４６】
また、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料を、加熱して反応させたものに、部分的に紫外線を照射すると、照射された部分だけさらに屈折率が低下する。この効果を用いて光導波路１のコア１３内に所定の屈折率分布を設けることができる。それにより、特定波長を透過、あるいは反射させるフィルタ機能を光導波路１に付加することもできる。
【００４７】
以下、実施の形態１の光導波路１の製造方法について図を用いて説明する。図２（ａ）〜図２（ｄ）は、実施の形態１に係る光導波路１の製造方法を説明する工程図である。図３は、実施の形態１に係る光導波路１を製造する際に用いるプレス成形装置３０の構成を示す図である。
【００４８】
まず図２（ａ）に示すように、ガラス基板１１に、ガラス成形工法を用いて溝１１ａを形成する。溝１１ａを形成する方法の一例について説明する。溝１１ａを形成するには、例えば、図３に示すプレス成形装置３０を用いる。プレス成形装置３０は、チャンバー３６を備えている。チャンバー３６の中に、上下１対の上部ヒーターブロック３１および下部ヒーターブロック３２を備えている。上部ヒーターブロック３１は上下方向に可動であり、下部ヒーターブロック３２は固定されている。上部ヒーターブロック３１には、２０ｍｍ角サイズの上型３３が設置されている。上型３３の成形面３３ｂには、凸部３３ａが形成されている。凸部３３ａは、ドライエッチングによって微細加工された凸状の光導波路形成用パターンである。上型３３の成形面３３ｂの表面には、ガラス等との離型および耐食性のために貴金属系の保護膜が形成されている。凸部３３ａの断面サイズは８μｍ角である。
【００４９】
下部ヒーターブロック３２上には、平面状の下型３５が設置されている。図２（ａ）のように、ガラス基板１１に溝１１ａを形成するには、まず、下型３５上に、例えば、８ｍｍ角のガラス基板１１（例えば、屈折率１．５８１、軟化点５２０℃の光学ガラス）を設置する。
【００５０】
窒素をチャンバー３６内に充填し、上部ヒーターブロック３１を下方へ動かし、例えば、５０ｋｇ／ｃｍ２以下の低荷重で上型３３の凸部３３ａをガラス基板１１に接するようにする。この状態で、上部および下部ヒーターブロック３１、３２に通電して発熱させる。上部および下部ヒーターブロック３１、３２が発熱することで、ガラス基板１１は加熱される。ガラス基板１１を例えば、軟化点５２０℃まで加熱して軟化させ、上部ヒーターブロック３１の下方への荷重を、４００ｋｇ／ｃｍ２まで増加する。ガラス基板１１が、例えば０．２ｍｍ変形したところで荷重をかけることを止め、上部および下部ヒーターブロック３１、３２への通電を止めて冷却を開始する。なお、ガラス基板１１の厚みは、上記のように、０．２ｍｍ減少したが、その分、ガラス基板の主面の面積は増えている。このようにして作製した溝１１ａが形成された、成形ガラス基板１１の表面及び断面を光学顕微鏡および電子顕微鏡にて観察したところ、ガラス基板１１に、微細パターンの光導波路溝１１ａが確認できた。この溝１１ａは、金型の凸パターンである凸部３３ａが正確に転写されていることが確認できた。
【００５１】
次に、溝１１ａを形成したガラス基板１１（図２（ａ））にスピンコーティング法により、図２（ｂ）に示すように溝１１ａを満たしている樹脂層１３ａを形成する。樹脂層１３ａは、溝１１ａが形成されたガラス基板１１の面に、コア材料を塗布することで形成される。ここで、コア材料は、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料と、溶剤とを含む樹脂溶液である。樹脂層１３ａの形成においては、スピンコーティング法以外に、例えば、ディッピング法、スプレー法およびブレード法などの、均一な塗膜を得られる一般的な塗布方法を用いることができる。また、容易に、十分の厚さの樹脂層１３ａを形成することができるので、生産効率が高い。
【００５２】
ここで、コア材料である、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料について説明する。分岐型ポリシランの分岐度は、５％以上２５％以下とする。最も好ましい分岐度は２０％である。分岐度が５％よりも小さくなると、分岐の効果がなくなり、コア材料が複屈折特性を有する等の問題が生じる。また、分岐度が２５％よりも大きくなると、コア材料が溝１１ａに充填されにくくなる。
【００５３】
分岐型のポリシランとポリシロキサンとを、より適当な特性を示すような混合比率となるように混合しておく。すなわち、溝１１ａに充填しやすい程度の軟らかさを持ち、充填後にコア１３を形成する際には、溝１１ａの内壁と高い接着力を有し、溝１１ａ内を満たしてコア１３を形成するようなコア材料を用いる。そのための混合比率は、例えば、分岐型ポリシラン１００に対して、ポリシロキサンが２５以上１００以下になるようにすればよい。なお、好ましくは、分岐型ポリシラン１００に対して、ポリシロキサンが５０以上７５以下になるような混合比率である。なお、以下の実施の形態の説明においては、分岐型ポリシラン１００に対して、ポリシロキサンを５０とした比率で混合されたコア材料を用いている。
【００５４】
また、コア材料である樹脂溶液に含まれる溶剤としては、トルエン、アニソールおよび有機溶剤等の一般的に用いられる溶剤を用い、塗布した際の膜厚等により、樹脂溶液が適当な濃度になるように添加する。例えば、溶剤の濃度は、３０％以上６０％以下が適当である。その他にも、コア材料は、一般的な添加剤を含んでいる。例えば、塗膜の状態をよくするための界面活性剤等を含んでいる。
【００５５】
樹脂層１３ａを形成した後、ガラス基板１１をホットプレート上に載せ、例えば、１２０℃を開始温度とし、２００℃まで昇温して予備加熱を行い、溶剤成分を除去する。この場合の開始温度は、樹脂溶液の溶剤の沸点以下の温度とすることが望ましい。その後は、加熱して、連続的に昇温させることが望ましい。また、温度の上限は、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料の屈折率が変化し始める温度（反応開始温度）未満とする。樹脂溶液の溶剤の沸点以上の温度で、予備加熱を開始した場合には、樹脂層１３ａの表面にムラが発生する。
【００５６】
分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料は、加熱によって反応し、屈折率が変化するという性質を有している。そこで、あらかじめ、実測により作成した、屈折率と加熱温度との関係を示す検量線に基づき、所望の屈折率になる加熱温度を求める。例えば、シングルモードの条件となるコア１３の屈折率（例えば１．５８３以上１．５８４以下）となる温度（例えば３５０℃）を、検量線より求め、その温度まで昇温、加熱する。このようにして、光導波路１のコア１３の屈折率を所望の値とする。
【００５７】
次に、図２（ｃ）に示すように、図２（ｂ）に示す樹脂層１３ａのうち、コア１３以外の余分な部分を研磨により除去する。樹脂層１３ａである分岐型ポリシランとポリシロキサンを含む高分子材料の加熱等の反応による生成物は、有機物と無機物との中間的な材料である。そのため、研磨によって通常の樹脂では生じる、細かい傷は発生せず、非常に平滑な研磨面が得られる。そのため、高性能な光導波路を作成することができる。
【００５８】
有機物である分岐型ポリシランおよびポリシロキサンは、加熱あるいは紫外線反応により、空気中の酸素を取り込み、有機成分を脱離しながら、ＳｉＯ２に近づいていく。つまり、有機物と無機物との中間的な材料となる。ただし、完全にＳｉＯ２になることはなく、有機成分が残っている。
【００５９】
なお、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料は、加熱すると体積収縮を起こすという性質を有する。そのため、樹脂層１３ａの厚みが薄い場合には、屈折率を変化させるための加熱により、樹脂層１３ａが溝１１ａを満たさなくなる現象が生じる。そうなると、コア１３の寸法が所定の大きさよりも小さくなる。そこで、あらかじめ溝１１ａを、最終的な完成品である光導波路１のコア１３よりも深く形成しておく。すなわち、図３の、上型３３の凸部３３ａの高さを８μｍよりも高くする。このようにすることで、樹脂層１３ａが十分な厚みを持って溝１１ａ内に存在する状態で加熱を行うことができ、コア１３の所定寸法以上の厚みを確保することができる。さらに、ガラス基板１１およびコア１３の研磨量を調整することによって所望とするコア寸法を得ることができる。例えば、コア１３の厚みを８μｍとすることができる。
【００６０】
最後に、図２（ｄ）に示すように、コア１３が形成されたガラス基板１１に、平滑なガラス基板１２を、コア１３を挟むように、接着剤等を用いずに、直接接合によって接合して、光導波路１が作製される。具体的には、コア１３が形成されたガラス基板１１の面と、ガラス基板１１に接合されるガラス基板１２の面とをそれぞれ十分に酸や溶剤で洗浄してから、例えば３５０℃まで加熱して、両ガラス基板１１、１２を直接接合する。なお、直接接合による加熱は、３００℃以上４００℃以下程度であればよい。
【００６１】
このようにして作製した光導波路１のサンプルを用いて、その表面及び断面を光学顕微鏡および電子顕微鏡にて観察したところ、コア１３には、溝１１ａへの充填不十分や接合不良による気泡や異物の生成は観察されなかった。
【００６２】
また、このようにして作製したシングルモード光導波路１と、シングルモードの石英系光ファイバとを接続して、波長１．５５μｍの光を伝搬させて、伝搬ロスを測定した。その結果、伝搬ロスの測定値は約０．０７ｄＢ／ｃｍであり、実用上問題ないことが確認された。また、−４０℃以上８０℃以下の環境温度下で測定した場合でも、伝搬ロスの変動は全く見られなかった。すなわち、コア材料として用いた、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料の加熱等の反応による生成物と、クラッド材料として用いた光学ガラスとは、それぞれの屈折率の温度依存性が同等である。そのため、光導波路を構成する組み合わせとしては、非常に優れている。
【００６３】
なお、実施の形態１では、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料を、まず加熱により反応させて屈折率を変化させた。しかし、加熱により反応させる前に、紫外線照射をすることで、屈折率を変化させてもよい。それにより、その後、加熱により、所望の屈折率になるまで反応させる場合でも、加熱温度が低くてすむという効果を奏する。
【００６４】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る光導波路について図を用いて説明する。図４は実施の形態２に係る光導波路の構成を示す断面図である。図４に示しているように、実施の形態２の光導波路４は、導波光が閉じ込められて伝搬するコア４３と、コア４３の周りに形成されたクラッドであるガラス基板４１、４２と、接着層４４とを備えている。
【００６５】
コア４３は、ガラス基板４２側に形成されたガラス基板４１の主面に、露出するように埋め込まれており、ガラス基板４１とガラス基板４２とは、接着層４４を介して、コア４３を挟むように形成されている。ガラス基板４１とガラス基板４２とは、例えば、同じ材料から構成されている。また、接着層４４は、例えば、ガラス基板４１、４２と同等の屈折率を有する
コア４３には、分岐型ポリシランおよびポリシロキサンとを含む高分子材料の加熱等の反応による生成物を用いている。なお、コア４３の断面の寸法は、例えば８μｍ角とする。コア４３とクラッドであるガラス基板４１、４２との比屈折率差は、０．２５％とすることが好ましい。なお、コア４３の屈折率は、ガラス基板４１、４２の屈折率よりも高い。このような構成の光導波路４は、波長１．３μｍおよび１．５５μｍの導波光を、シングルモードで伝搬させることができる。なお、波長１．３μｍおよび１．５５μｍの導波光は、光通信においてよく用いられる。
【００６６】
コア４３は、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料を、加熱または紫外線照射により、無機化反応を起こした生成物である。分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料は、この無機化反応によって、屈折率が低下するという特性を持つ。また、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料は、ガラス材料ともよく密着する。
【００６７】
また、分岐型ポリシランとポリシロキサンの混合比や加熱条件や紫外線照射条件を変えることで、無機化反応を制御し、コア４３の屈折率を制御することができる。それにより、コア４３とガラス基板４１、４２との比屈折率差を所望の値に正確に調整することができる。上述したように、光通信としてよく用いられる、波長１．３μｍおよび１．５５μｍの導波光をシングルモードで導波させるための比屈折率差は、０．２５％なので、例えばこの値に調整すればよい。
【００６８】
また、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料を、加熱して反応させたものに、部分的に紫外線を照射すると、照射された部分だけさらに屈折率が低下する。この効果を用いて光導波路４のコア４３内に所定の屈折率分布を設けることができる。それにより、特定波長を透過、あるいは反射させるフィルタ機能を光導波路４に付加することもできる。
【００６９】
また、接着層４４は、ガラス基板４１およびコア４３と、ガラス基板４２との間に形成されている。接着層４４は、光導波路４に伝搬させる光の波長において、透明であることが必要である。そのため、接着層４４としては、例えば、フッ素化したエポキシ系紫外線硬化樹脂や熱硬化接着剤が用いられる。なお、接着層４４の屈折率は、ガラス基板４１、４２の屈折率以上であればよい。
【００７０】
また、コア４３の材料として用いる分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料も、ガラスを接着する効果を有するため、接着層４４として適用することができる。特に、ガラス基板４２を設置せずとも、接着層４４として、例えば、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料を２０μｍ以上の厚さで形成すれば、クラッドとして用いることができ、光導波路として十分に機能する。
【００７１】
以下、実施の形態２の光導波路４の製造方法について図を用いて説明する。図５（ａ）〜図５（ｅ）は、実施の形態２に係る光導波路４の製造方法を説明する工程図である。まず、図５（ａ）に示すように、ガラス基板４１に、ガラス成形工法を用いて、溝４１ａを形成する。溝４１ａをガラス基板４１に形成する方法は、図３に示すプレス成形装置を用いて、実施の形態１のガラス基板１１に溝１１ａを形成する方法と同様なので、ここではその詳細な説明は省略する。
【００７２】
次に、光導波路溝４１ａを作製したガラス基板４１（図５（ａ））にスピンコーティング法により、図５（ｂ）に示すように溝４１ａを満たしている樹脂層４３ａを形成する。樹脂層４３ａは、溝４１ａが形成されたガラス基板４１の面に、コア材料を塗布することで形成される。ここで、コア材料は、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料と、溶剤とを含む樹脂溶液である。樹脂層４３ａの形成においては、スピンコーティング法以外に、例えば、ディッピング法、スプレー法およびブレード法などの、均一な塗膜を得られる一般的な塗布方法を用いることができる。また、容易に、十分の厚さの樹脂層４３ａを形成することができるので、生産効率が高い。なお、コア材料である樹脂溶液の詳細説明については、実施の形態１で説明したので省略する。
【００７３】
樹脂層４３ａを形成した後、ガラス基板４１をホットプレート上に載せ、例えば、１２０℃を開始温度とし、２００℃まで昇温して予備加熱を行い、溶剤成分を除去する。
【００７４】
分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料は、加熱によって反応し、屈折率が変化するという性質を有している。そこで、あらかじめ、実測により作成した、屈折率と加熱温度の関係を示す検量線に基づき、所望の屈折率になる加熱温度を求める。例えば、シングルモードの条件となるコア４３の屈折率（例えば１．５８３以上１．５８４以下）となる温度（例えば３５０℃）を、検量線より求め、その温度まで昇温、加熱する。このようにして、光導波路４のコア４３の屈折率を所望の値とする。
【００７５】
次に、図５（ｃ）に示すように、図５（ｂ）に示す樹脂層４３ａのうち、コア４３以外の余分な部分を研磨により除去する。樹脂層４３ａである分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料の加熱等の反応による生成物は、有機物と無機物との中間的な材料である。そのため、研磨によって通常の樹脂では生じる、細かい傷が発生せず、非常に平滑な研磨面が得られる。
【００７６】
なお、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料は、加熱すると体積収縮を起こすという性質を有する。そのため、樹脂層４３ａの厚みが薄い場合には、屈折率を変化させるための加熱により、樹脂層４３ａが、溝４１ａを満たさなくなる現象が生じる。そうなると、コア４３の寸法が所定の大きさよりも小さくなる。そこで、あらかじめ光導波路溝４１ａを、最終的な完成品である光導波路４のコア４３よりも深く形成しておく。すなわち、図３の、上型３３の凸部３３ａの高さを８μｍよりも高くする。このようにすることで、樹脂層４３ａが十分な厚みを持って溝４１ａ内に存在する状態で加熱を行うことができ、コア４３の所定寸法以上の厚みを確保することができる。さらに、ガラス基板４１およびコア４３の研磨量を調整することによって所望とするコア寸法を得ることができる。例えば、コア４３の厚みを８μｍとすることができる。
【００７７】
次に、図５（ｃ）に示すように、露呈したガラス基板４１およびコア４３の研磨面に、例えば、スピンコーティング法により紫外線硬化接着剤を塗布することで、図５（ｄ）に示すように接着層４４を形成する。なお、接着層４４を形成するには、他にも、ディッピング法、スプレー法およびブレード法などの均一な塗膜を得られる一般的な方法を用いればよい。
【００７８】
最後に、図５（ｅ）に示すように、平滑なガラス基板４２を接着層４４に貼り付け、紫外線を照射する。それにより、接着層４４である紫外線硬化接着剤が硬化して、光導波路４が完成する。このように、加熱処理が不要なので、加熱による部材の変化が生じない。なお、接着層４４の屈折率は、光導波路４のクラッドとして適した屈折率になればよく、ガラス基板４２の屈折率以上であればよい。
【００７９】
このようにして作製した光導波路４のサンプルの表面及び断面を光学顕微鏡および電子顕微鏡にて観察したところ、コア４３には、溝４１ａへの充填不十分や接合不良による気泡や異物の生成は観察されなかった。
【００８０】
また、このようにして作製したシングルモード光導波路４と、シングルモードの石英系光ファイバとを接続して、波長１．５５μｍの光を伝搬させて、伝搬ロスを測定した。その結果、伝搬ロスの測定値は約０．１０ｄＢ／ｃｍであり、実用上問題ないことが確認された。
【００８１】
次に、実施の形態２の光導波路４の他の製造方法について説明する。図６（ａ）〜図６（ｅ）は、実施の形態２に係る光導波路４の他の製造方法を説明する工程図である。なお、図６（ａ）〜図６（ｅ）に示す製造工程は、接着層４４として、コア材料を用いている点が、図５（ａ）〜図５（ｅ）に示す製造工程と異なっている。つまり、図６（ａ）〜図６（ｅ）に示す製造工程では、接着層４４として、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料と、溶剤を含む樹脂溶液を用いている。
【００８２】
まず、図６（ａ）〜図６（ｃ）の製造工程は、図５（ａ）〜図５（ｃ）の製造工程と同様であるので、説明を省略する。
【００８３】
図６（ｄ）に示しているように、平滑なガラス基板４２の、ガラス基板４１と接合する側の表面に、スピンコーティング法により、例えば、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料と、溶剤とを含む樹脂溶液を塗布し、接着層４４を形成する。次いで、接着層４４を形成したガラス基板４２をホットプレート上に載せ、１２０℃を開始温度とし、２００℃まで昇温して予備加熱を行い、溶剤成分を除去する。さらに、あらかじめ作成しておいた屈折率と加熱温度との関係を示す検量線に基づき、所望の屈折率になるように、例えば、３５５℃まで昇温、加熱する。接着層４４の屈折率は、光導波路４のクラッドとして適した屈折率になればよく、ガラス基板４２の屈折率以上であればよい。
【００８４】
最後に、図６（ｅ）に示すように、コア４３が形成されたガラス基板４１と、ガラス基板４２に形成された接着層４４とが、コア４３を挟むように、コア４３およびガラス基板４１と、接着層４４とを直接接合によって接合する。具体的には、ガラス基板４１のコア４３が形成された面と、ガラス基板４１と接合される接着層４４の面とを、それぞれ十分に酸や溶剤で洗浄してから、３５０℃まで加熱して、それらの面を合わせて加圧する。このようにして、光導波路４を作製する。
【００８５】
このように、実施の形態２の他の製造方法で作製した光導波路４のサンプルの表面及び断面を光学顕微鏡および電子顕微鏡にて観察したところ、コア４３には、溝４１ａへの充填不十分や接合不良による気泡や異物の生成は観察されなかった。
【００８６】
また、このようにして作製したシングルモード光導波路４と、シングルモードの石英系光ファイバとを接続して、波長１．５５μｍの光を伝搬させて、伝搬ロスを測定した。その結果、伝搬ロスの測定値は約０．０９ｄＢ／ｃｍであり、実用上問題ないことが確認された。
【００８７】
なお、実施の形態２では、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料を、まず加熱により反応させて屈折率を変化させた。しかし、加熱により反応させる前に、紫外線照射をすることで、屈折率を変化させてもよい。それにより、その後、加熱により、所望の屈折率になるまで反応させる場合でも、加熱温度が低くてすむという効果を奏する。
【００８８】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係る光導波路について図を用いて説明する。図７は実施の形態３に係る光導波路７の構成を示す断面図である。図７に示しているように、実施の形態３の光導波路７は、導波光が閉じ込められるコア７３と、コア７３の周りに形成されたクラッドであるガラス基板７１、７２と、ガラス基板７１とガラス基板７２との間に形成され、コア７３と一体である接着層７３ａとを備えている。
【００８９】
コア７３は、ガラス基板７２側に形成されたガラス基板７１の主面に、露出するように埋め込まれており、ガラス基板７１とガラス基板７２とは、接着層７３ａを介して、コア７３を挟むように形成されている。ガラス基板７１とガラス基板７２とは、例えば、同じ材料から構成されている。また、接着層７３ａとコア７３とは、一体形成されている。
【００９０】
コア７３および接着層７３ａには、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料の加熱等の反応による生成物を用いている。なお、コア７３の断面の寸法は、例えば８μｍ角とする。コア７３および接着層７３ａと、クラッドであるガラス基板７１、７２との比屈折率差は、０．２５％とすることが好ましい。なお、コア７３および接着層７３ａの屈折率は、ガラス基板７１、７２の屈折率よりも高い。このような構成の光導波路７は、波長１．３μｍおよび１．５５μｍの導波光を、シングルモードで伝搬させることができる。なお、波長１．３μｍおよび１．５５μｍの導波光は、光通信においてよく用いられる。
【００９１】
コア７３は、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料を、加熱または紫外線照射により、無機化反応を起こした生成物である。上述したように、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料は、この無機化反応によって、屈折率が低下するという特性を持つ。そのため、コア７３の屈折率を制御することができる。また、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料は、ガラス材料ともよく密着する。
【００９２】
また、分岐型ポリシランとポリシロキサンの混合比や加熱条件や紫外線照射条件を変えることで、無機化反応を制御し、コア７３の屈折率を制御することができる。それにより、コア７３とガラス基板７１、７２との比屈折率差を所望の値に正確に調整することができる。上述したように、光通信としてよく用いられる、波長１．３μｍおよび１．５５μｍの導波光をシングルモードで導波させるための比屈折率差は、０．２５％なので、例えばこの値に調整すればよい。
【００９３】
また、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料を、加熱して反応させたものに、部分的に紫外線を照射すると、照射された部分だけさらに屈折率が低下する。この効果を用いて光導波路７のコア７３内に所定の屈折率分布を設ければ特定波長を透過、あるいは反射させるフィルタ機能を光導波路７に付加することもできる。
【００９４】
以下、実施の形態３の光導波路７の製造方法について図を用いて説明する。図８（ａ）〜図８（ｃ）は、実施の形態３に係る光導波路７の製造方法を説明する工程図である。図８（ａ）は、ガラス基板７１に溝７１ａを形成する工程を示し、図２（ａ）に示したガラス基板１１に溝１１ａを形成する工程と同様なので、詳細な説明は省略する。また、図８（ｂ）は、溝７１ａが形成されたガラス基板７１の面に、コア材料を塗布することで、樹脂層７３ｂを形成する工程である。ここで、コア材料は、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料と、溶剤とを含む樹脂溶液である。さらに、樹脂層７３ｂを形成した後に、予備加熱によって溶剤成分を除去する。この図８（ｂ）の工程は、図２（ｂ）に示した、ガラス基板１１に樹脂層１３ａを形成してから予備加熱によって、溶剤成分を除去する工程と同様なので、詳細な説明は省略する。
【００９５】
次に、平滑なガラス基板７２を、ガラス基板７１に形成された樹脂層７３ｂに貼り合わせる。図８（ｃ）に示すように、この工程により、樹脂層７３ｂ（図８（ｂ））の一部は、溝７１ａに充填されてコア７３を形成し、残りは、ガラス基板７１とガラス基板７２とを接合する接着層７３ａを形成して、光導波路７が完成する。この工程には、図３で示したプレス成形装置３０を用いる。まず、プレス成形装置３０の上型３３と下型３５とを取り除いた、プレス成形装置３０を用意する。図９に示すように、プレス成形装置３０の下部ヒーターブロック３２の上に、樹脂層７３ｂが形成されたガラス基板７１を設置し、その上にガラス基板７２を設置する。上部ヒーターブロック３１が、ガラス基板７２を上方から下方に押さえつける。チャンバー３６内は、空気が満たされている。空気雰囲気中で、ガラス基板７１、７２に、例えば、１００ｋｇ／ｃｍ２まで荷重をかける。同時に、上部および下部ヒーターブロック３１、３２は通電され発熱している。
【００９６】
なお、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料は、加熱によって屈折率が変化するという性質を有している。そこで、あらかじめ、実測により作成した、屈折率と加熱温度との関係を示す検量線に基づき、所望の屈折率になる加熱温度を求める。例えば、シングルモードの条件となるコア７３の屈折率（例えば１．５８３以上１．５８４以下）となる温度（例えば３５０℃）を、検量線より求め、その温度まで昇温、加熱する。このようにして、光導波路７のコア７３の屈折率を所望の値とする。
【００９７】
このようにすることで、図８（ｃ）に示すように、ガラス基板７１とガラス基板７２とを接着層７３ａを介して貼り合わせると同時に、コア７３の屈折率を所望の値とすることができる。そのため、光導波路７の製作工程数を削減することができる。
【００９８】
このようにして作製した光導波路７のサンプルの表面及び断面を光学顕微鏡、電子顕微鏡にて観察したところ、コア７３には、溝７１ａへの充填不十分や接着不良による気泡や異物の生成は観察されなかった。また、溝７１ａには、コア材料の無機化反応による生成物が充填され、コア７３を形成していた。
【００９９】
また、光導波路７のサンプルを数カ所、ダイシングで切り出し、断面を電子顕微鏡で観察したところ、接着層７３ａの厚みは、約１μｍであった。この程度の厚みであれば、十分にコア７３での光閉じ込め効果が得られる。なお、シングルモード伝搬を可能とするためには、接着層７３ａの厚みは、３μｍ以下であればよい。また、特に伝搬ロスを小さくするためには、接着層７３ａの厚みを１μｍ以下とすることが望ましい。
【０１００】
また、このようにして作製したシングルモード光導波路７と、シングルモードの石英系光ファイバとを接続して、波長１．５５μｍの光を伝搬させて、伝搬ロスを測定した。その結果、伝搬ロスの測定値は約０．０８ｄＢ／ｃｍであり、実用上問題ないことが確認された。
【０１０１】
なお、実施の形態３では、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料を、まず加熱により反応させて屈折率を変化させた。しかし、加熱により反応させる前に、紫外線照射をすることで、屈折率を変化させてもよい。それにより、その後、加熱により、所望の屈折率になるまで反応させる場合でも、加熱温度が低くてすむという効果を奏する。
【０１０２】
なお、上述の実施の形態３の光導波路７の製造方法においては、コア材料として、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料と、溶剤とを含む樹脂溶液を用いていた。しかし、その代わりに、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料を含む固体をコア材料として用いてもよい。その場合の製造方法について、図１０を用いて以下に説明する。なお、コア材料は、薄膜形状のフィルム７５を用いている。
【０１０３】
図１０に示すように、溝７１ａを形成したガラス基板７１を、プレス成形装置３０の下部ヒーターブロック３２の上に設置する。その上に、フィルム７５を設置し、さらにその上に平滑なガラス基板７２を設置する。なお、フィルム７５は、溶剤を含んでいないので、予備加熱は不要である。
【０１０４】
フィルム７５は、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料を含む固体であり、例えば厚さが１０μｍとする。なお、フィルム７５における分岐型ポリシランとポリシロキサンとの混合比は、上述した樹脂溶液の場合と同様である。上部ヒーターブロック３１が、ガラス基板７２を上方から下方に押さえつける。チャンバー３６内は、空気が満たされている。空気雰囲気中で、ガラス基板７１、７２に、例えば、１５０ｋｇ／ｃｍ２まで、荷重をかける。同時に、上部および下部ヒーターブロック３１、３２は通電され発熱している。
【０１０５】
なお、あらかじめ、実測により作成した、屈折率と加熱温度との関係を示す検量線に基づき、所望の屈折率になる加熱温度を求める。例えば、シングルモードの条件となるコア１３の屈折率（例えば１．５８３以上１．５８４以下）となる温度（例えば３５０℃）を、検量線より求め、その温度まで昇温、加熱する。このようにして、光導波路７のコア７３の屈折率を所望の値とする。
【０１０６】
このように、荷重をかけながら加熱することで、フィルム７５は、溝７１ａに入り込み、図８（ｃ）に示すようにコア７３を形成し、かつ、ガラス基板７１とガラス基板７２に接着され接着層７３ａを形成する。また、コア材料は、加熱によって反応するので、コア７３を所望の屈折率とすることができる。また、ガラス基板７１とガラス基板７２とは、接着層７３ａを介して、貼り合わせられる。これらの工程を、同時に行なうことができるため、製作工程数を削減することができる。
【０１０７】
このようにして作製した光導波路７のサンプルの表面及び断面を光学顕微鏡、電子顕微鏡にて観察したところ、コア７３には、溝７１ａへの充填不十分や接着不良による気泡や異物の生成は観察されなかった。また、溝７１ａには、コア材料の無機化反応による生成物が充填され、コア７３を形成していた。
【０１０８】
また、光導波路７のサンプルを数カ所、ダイシングで切り出し、断面を電子顕微鏡で観察したところ、接着層７３ａの厚みは、約１μｍであった。この程度の厚みであれば、十分にコア７３での光閉じ込め効果が得られる。
【０１０９】
また、このようにして作製したシングルモード光導波路７と、シングルモードの石英系光ファイバとを接続して、波長１．５５μｍの光を伝搬させて、伝搬ロスを測定した。その結果、伝搬ロスの測定値は約０．１ｄＢ／ｃｍであり、実用上問題ないことが確認された。
【０１１０】
さらに、コア材料として、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む液状高分子材料７６を用いて、光導波路を製造する方法について図１１を用いて説明する。
【０１１１】
図１１に示すように、溝７１ａを形成したガラス基板７１を、プレス成形装置３０の下部ヒーターブロック３２の上に設置する。その上に、分岐型ポリシランとポリシロキサンを含む液状高分子材料７６を滴下する。なお、液状高分子材料７６における分岐型ポリシランとポリシロキサンとの混合比は、樹脂溶液の場合と同様である。さらに、その上から、平滑なガラス基板７２を設置する。なお、ガラス基板７１、７２は、例えば、屈折率が１．５９５、軟化点が５４０℃の光学ガラスを用いる。また、液状高分子材料７６は溶剤を含んでいないので、予備加熱は不要である。
【０１１２】
次に、真空ポンプで減圧されたチャンバー３６内で、上部ヒーターブロック３１が、ガラス基板７２を上方から下方に押さえつけ、ガラス基板７１、７２に、例えば、１ｋｇ／ｃｍ２の荷重をかける。その後、チャンバー３６内に空気を導入し、５０ｋｇ／ｃｍ２まで昇圧しながら、液状高分子材料７６が、所望の屈折率となる温度３００℃になるまで、昇温、加熱する。それにより、液状高分子材料７６が溝７１ａに入り込み、図８（ｃ）に示すようにコア７３を形成する。また、ガラス基板７１とガラス基板７２は、接着層７３ａを介して貼り合わせることができる。また、コア７３の屈折率を所望の値とすることができる。さらに、これらの工程を、同時に行なうことができるため、光導波路７の製作工程数を削減することができる。
【０１１３】
このようにして作製した光導波路７のサンプルの表面及び断面を光学顕微鏡、電子顕微鏡にて観察したところ、コア７３には、溝７１ａへの充填不十分や接着不良による気泡や異物の生成は観察されなかった。また、溝７１ａには、コア材料の無機化反応による生成物が充填され、コア７３を形成していた。
【０１１４】
また、光導波路７のサンプルを数カ所、ダイシングで切り出し、断面を電子顕微鏡で観察したところ、接着層７３ａの厚みは、約０．８μｍであった。この程度の厚みであれば、十分にコア７３での光閉じ込め効果が得られる。
【０１１５】
また、このようにして作製したシングルモード光導波路７と、シングルモードの石英系光ファイバとを接続して、波長１．５５μｍの光を伝搬させて、伝搬ロスを測定した。その結果、伝搬ロスの測定値は約０．１３ｄＢ／ｃｍであり、実用上問題ないことが確認された。
【０１１６】
なお、実施の形態１〜３は、シングルモード光導波路について説明したが、マルチモード光導波路においても同様に適用できる。また、以上説明した、構成および材料は、これらに限定されるわけではない。例えば、クラッドは、ガラス基板を用いたが、これらの代りに、耐熱性樹脂等を用いてもよいし、屈折率も適当な値とすればよい。
【０１１７】
【発明の効果】
本発明は、高生産性、高性能を満足する光導波路およびその製造方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１に係る光導波路の構成を示す断面図
【図２】実施の形態１に係る光導波路の製造方法を説明する工程図であって図２（ａ）〜図２（ｄ）は各工程を示す図
【図３】実施の形態１に係る光導波路を製造する際に用いるプレス成形装置の構成を示す図
【図４】実施の形態２に係る光導波路の構成を示す断面図
【図５】実施の形態２に係る光導波路の製造方法を説明する工程図であって、図５（ａ）〜図５（ｅ）は各工程を示す図
【図６】実施の形態２に係る光導波路の他の製造方法を説明する工程図であって、図６（ａ）〜図６（ｅ）は各工程を示す図
【図７】実施の形態３に係る光導波路の構成を示す断面図
【図８】実施の形態３に係る光導波路の製造方法を説明する工程図であって、図８（ａ）〜図８（ｃ）は各工程を示す図
【図９】実施の形態３に係る光導波路の製造におけるプレス工程を示す図
【図１０】実施の形態３に係る他の光導波路の製造におけるプレス工程を示す図
【図１１】実施の形態３に係るさらに他の光導波路の製造におけるプレス工程を示す図
【図１２】一般的な石英系シングルモードの光導波路の構成を示す図であって、図１２（ａ）は光導波路の構成を示す平面図であり、図１２（ｂ）は光導波路の構成を示す断面図
【図１３】従来の石英系光導波路の一般的な製造方法を示した工程図であって、図１３（ａ）〜図１３（ｃ）は各工程を示す図
【図１４】溝充填光導波路の製造方法を示した工程図であって、図１４（ａ）〜図１４（ｄ）は各工程を示す図
【符号の説明】
１、４、７ 光導波路
１１、１２、４１、４２、７１、７２ ガラス基板
１１ａ、４１ａ、７１ａ 溝
１３、４３、７３ コア
１３ａ、４３ａ、７３ｂ 樹脂層
３０ プレス成形装置
３１ 上部ヒーターブロック
３２ 下部ヒーターブロック
３３ 上型
３３ａ 凸部
３３ｂ 成形面
３５ 下型
３６ チャンバー
４４、７３ａ 接着層
７５ フィルム
７６ 液状高分子材料
１２１、１３１ａ、１４３ａ コア
１２２、１４１、１４４ クラッド
１２３ 矢印
１３１ コア膜
１３２ 下部クラッド層
１３３ 上部クラッド層
１４２ 溝
１４３ コア材料
１４３ｂ 余剰材料
【発明の属する技術分野】
本発明は主として光通信などに用いられる光導波路およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光通信市場の進展に伴い、光学部品には高性能と低コストとの両立が求められている。特に、それ自身は動作しない受動光部品に対しては、低価格化の要望が高まっている。
【０００３】
光導波路の作製においては、非常に微細で正確なパターンを必要とする。とりわけシングルモードの光導波路に関してはパターン精度スペックが厳しい。このようなパターンの形成には、一般には半導体プロセスに多用されているドライエッチングが用いられる。以下、光通信用のシングルモード光導波路の従来の製造プロセスについて図を参照しながら説明する。
【０００４】
図１２（ａ）および図１２（ｂ）は、一般的な石英系シングルモードの光導波路の構成を示す図である。図１２（ａ）は、光導波路の平面図であり、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）に示す面Ａ−Ａに沿った断面図である。クラッド１２２よりも屈折率の高い、導波層となるコア１２１がクラッド１２２の内部に形成されている。一定の条件を満たす光は、矢印１２３に示す方向に沿って、コア１２１内に閉じこめられて伝達される。例えば、波長１．３μｍ以上１．５５μｍ以下の導波光が伝達される場合においては、コア１２１は図１２（ｂ）に示すように、一般には一辺が８μｍ程度の正方形の断面を有する。また、コア１２１を図１２（ａ）のように、例えば、Ｙ分岐等の所望とする形にパターン化して作製することにより、様々な光回路を構成できる。なお、コア形状、およびコア表面荒さは光の伝搬性能に大きく影響する。
【０００５】
図１３（ａ）〜図１３（ｃ）は、従来の石英系光導波路の一般的な製造方法を示した工程図である。まず、下部クラッド層１３２を兼ねた石英基板上に火炎堆積法によりコア膜１３１を形成する（図１３（ａ））。なお、火炎堆積法とは、大気中にＨ２およびＯ２で形成した火炎の中に、ＳｉＣｌ４および少量のＧｅＣｌ４を混入し、加水分解反応をさせてＧｅがドーピングされたＳｉＯ２（コア膜１３１）を生成する方法である。生成されたＳｉＯ２は、石英基板上に微粉末状に堆積されるので、１０００℃以上に昇温して、ガラス化する。このガラス化されたＳｉＯ２が、コア膜１３１である。なお、石英基板以外の材料の基板上に光導波路を用いる場合には、先にその基板上に、下部クラッド層１３２を火炎堆積法にて形成しておく。
【０００６】
次に、フォトリソグラフィおよびドライエッチングを用いることにより、図１３（ａ）のコア膜１３１を所定のパターンにパターニングして、コア１３１ａを形成する（図１３（ｂ））。
【０００７】
さらに、下部クラッド層１３２およびコア１３１ａ上に、上部クラッド層１３３を火炎堆積法により形成する（図１３（ｃ））。このようにして、光導波路が作製される。このような方法で作製された光導波路は、低損失で良好な特性を示す。
【０００８】
また、近年では、光導波路材料として、石英系材料に加えて樹脂も検討されている。現状では、樹脂材料は透過性能および信頼性において石英よりも劣る。しかし、樹脂材料は、石英に比べて成形が容易であるという利点がある。また波長６５０ｎｍ以上８５０ｎｍ以下付近の光の透過性能も優れており、非常に有望な光導波路材料である。具体的な樹脂材料としては、例えば、透明性に優れたポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）などが知られている。近年ではアクリル系、エポキシ系、あるいはポリイミド系樹脂材料などをベースとして、重水素化やフッ素化が行われている。それにより得られた樹脂材料は、１．３μｍ以上１．５５μｍ以下の波長域の光に対して、低吸収化が図られている。したがって、これらの材料を用いて、低損失な光導波路を形成することができる。
【０００９】
樹脂材料を用いた光導波路の製造方法は、主にスピンコートによってコア層およびクラッド層を形成し、ドライエッチングを用いてコア層のパターニングを行う方法が一般的である。
【００１０】
以上のように、従来の光導波路の製造においては、石英系材料および樹脂材料のどちらを用いた場合でも、２０μｍ以上の厚膜であるクラッド層を、複数回堆積することで形成する。次に、コア層を堆積してから、ドライエッチングを用いて凸状にコア層をパターニングする。しかし、ドライエッチングを行なうには、複雑で多くの設備が必要である。そのため、従来の光導波路の製造においては、コスト、生産性において課題を有している。この課題を解決するために、様々な光導波路の製造方法が提案されており、その典型的なものの一つとして溝充填による光導波路の製造方法がある（例えば、特許文献１、特許文献２または特許文献３参照）。
【００１１】
図１４（ａ）〜図１４（ｄ）を用いて、溝充填光導波路の製造工程について説明する。図１４（ａ）〜図１４（ｄ）は、溝充填光導波路の製造方法を示した工程図である。
【００１２】
まず、ガラスあるいは樹脂からなる基板である、クラッド１４１に、光導波路の所望のコアパターンに対応した溝１４２を形成する（図１４（ａ））。この場合の溝１４２の形成方法としてはドライエッチングが一般的である。次に、光導波路溝１４２をコアとするために、クラッド１４１よりも高屈折率なコア材料１４３を溝１４２に埋め込む（図１４（ｂ））。溝からあふれた余剰材料１４３ｂは除去して、コア１４３ａを基板１４１に形成する（図１４（ｃ））。最後に、コア１４３ａおよび基板１４１の上に、クラッド１４４を形成して（図１４（ｄ））、溝充填光導波路が作製される。溝充填光導波路の製造方法は、図１３（ａ）〜図１３（ｃ）で示した製造方法と同様にドライエッチングを用いてはいるが、図１３（ａ）〜図１３（ｃ）で示した製造方法に比べて、効率がよく、高生産性が期待できる。
【００１３】
【特許文献１】
特開昭６３−１３９３０４号公報
【００１４】
【特許文献２】
特開平８−３２０４２０号公報
【００１５】
【特許文献３】
特開平１１−３０５０５５号公報
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、溝充填による光導波路の製造方法においても課題があり、コア材料として、石英系材料を用いた場合と、アクリル系、エポキシ系あるいはポリイミド系材料を代表とする樹脂材料を用いた場合と、それぞれに別々の課題を有する。
【００１７】
まず、コア材料として、石英系のガラス材料を用いた場合の課題について説明する。光導波路に形成された溝にコア材料を充填する方法としては、火炎堆積法、ＣＶＤ、真空蒸着およびスパッタなどが代表的である。シングルモード光導波路の場合は、コアとして８μｍ程度の厚膜が形成されている。また、マルチモード光導波路の場合は、コアとして数十μｍもの厚膜が形成されている。しかし、このような厚膜を堆積するには工程時間が非常に長くなり、生産上不利である。
【００１８】
次に、コア材料にアクリル系やエポキシ系、あるいはポリイミド系材料などの樹脂材料を用いた場合の課題について説明する。コア材料に、樹脂材料を用いた場合には、例えば、スピンコートを用いて堆積することで、厚膜堆積については容易に形成することができる。しかし、図１４（ｃ）に示す、余剰部分１４３ｂの除去において問題が生じる。樹脂材料は硬度が低く、研磨除去によりコア１４３ａ表面に細かい傷が発生する。そのため、この傷が導波光の散乱原因となり、大きな導波損失が生じる。他の除去方法として、ドライエッチングによる方法が考えられるが、これは、上述したように、コストの面で不利となる。
【００１９】
したがって、石英系材料や、アクリル系、エポキシ系、あるいはポリイミド系材料などの樹脂材料を用いて溝充填により光導波路を製造しても、高生産性と高い性能を両立することができなかった。
【００２０】
本発明は、上記従来の課題に鑑みなされたものであって、高生産性、高性能を満足する光導波路およびその製造方法を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明の光導波路は、第１クラッドと、第２クラッドと、コアとを備え、前記コアは、前記第２クラッド側に形成された前記第１クラッドの一方の主面に露出するように埋め込まれており、前記第１クラッドと前記第２クラッドとは、前記コアを挟むように設置されていて、前記コアは、分岐型ポリシランおよびポリシロキサンを含む高分子材料を、加熱および紫外線照射の少なくとも一方により反応させた生成物からなり、前記コアの屈折率は、前記第１クラッドおよび前記第２クラッドの屈折率よりも高いことを特徴とする。
【００２２】
また、本発明の光導波路の製造方法は、熱で軟化させた第１クラッドに、コアとなる溝を形成するための金型を押し付けて溝を形成し、前記溝に、分岐型ポリシランおよびポリシロキサンを含む高分子材料を含むコア材料を充填し、前記コア材料を加熱することで、前記コア材料の屈折率が変化するよう前記コア材料を反応させ、前記第１クラッドの前記溝側の面に、第２クラッドを接合することを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本実施の形態の光導波路は、損失が少なく、高性能である。
【００２４】
また、前記第２クラッドの屈折率は、前記第１クラッドの屈折率と略等しい構成としてもよい。
【００２５】
また、前記第１クラッドおよび前記第２クラッドは、ガラスとしてもよい。
【００２６】
また、好ましくは、前記第１クラッドおよび前記コアと、前記第２クラッドとの間には、接着層が形成されている。そのため、第１クラッドと、第２クラッドを加熱しなくても接合することができる。それにより、各部材の特性が変化することがない。
【００２７】
また、前記接着層は、分岐型ポリシランおよびポリシロキサンを含む高分子材料を含むこととしてもよい。
【００２８】
また、好ましくは、前記接着層の屈折率は、前記第２クラッドの屈折率と略等しいか、または、前記第２クラッドの屈折率よりも高い。それにより、コアに導波光を閉じ込めて伝搬することができる。
【００２９】
また、本実施の形態の光導波路の製造方法によれば、生産効率よく、コア表面に傷のない高性能の光導波路を製造することができる。
【００３０】
また、前記第１クラッドおよび前記第２クラッドは、ガラスとしてもよい。
【００３１】
また、前記第２クラッドの屈折率は、前記第１クラッドの屈折率と略等しくしてもよい。
【００３２】
また、好ましくは、前記コア材料は、分岐型ポリシランおよびポリシロキサンを含む高分子材料と溶剤とを含む樹脂溶液であって、前記樹脂溶液であるコア材料を前記第１クラッドの前記溝が形成された面に塗布することで、前記コア材料を前記溝に充填し、さらに、屈折率を変化させるために、前記コア材料を加熱した後に、前記溝以外に形成された前記コア材料を、研磨により除去し、前記研磨後に、前記第１クラッドの前記溝側に、第２クラッドを直接接合によって接合する。それにより、低損失であり、高性能の光導波路を、容易に製造することができる。また、コアの屈折率の制御も容易にできる。
【００３３】
また、好ましくは、前記溝以外に形成された前記コア材料を、研磨除去した後に、前記第１クラッドの前記溝が形成された面および前記第２クラッドの前記第１クラッドと接合される面の少なくとも一方に、前記第２クラッドの屈折率と略等しい屈折率を有する接着剤を塗布し、前記接着剤を介して、前記第１クラッドと前記第２クラッドを接合する。それにより、前記第１クラッドと前記第２クラッドを、加熱することなく容易に接合することができ、性能低下がなく、生産性が高い。
【００３４】
また、好ましくは、前記コア材料は、分岐型ポリシランおよびポリシロキサンを含む高分子材料と溶剤とを含む樹脂溶液であって、前記第１クラッドの前記溝が形成された面および前記第２クラッドの前記第１クラッドと接合される面の少なくとも一方に、前記樹脂溶液であるコア材料を塗布し、前記第１クラッドおよび前記第２クラッドで、前記塗布された樹脂溶液であるコア材料を挟んで加圧し、かつ前記樹脂溶液であるコア材料を加熱することで、前記コア材料の屈折率を変化させ、前記溝に前記コア材料を充填し、前記コア材料を介して、前記第１クラッドと前記第２クラッドを接合する。それにより、前記コア材料の屈折率の制御と、前記第１クラッドと前記第２クラッドの接合を同時に行なうことができる。そのため、製造工程数を削減することができる。
【００３５】
また、好ましくは、前記コア材料は、少なくとも分岐型ポリシランおよびポリシロキサンを含む高分子材料と溶剤とを含む樹脂溶液であって、前記第１クラッドの前記溝が形成された面および前記第２クラッドの前記第１クラッドと接合される面の少なくとも一方に、前記樹脂溶液であるコア材料を塗布した後、前記溶剤を蒸発させるために加熱し、当該加熱においては、前記溶剤の沸点以下の温度を開始温度とし、昇温する。温度の上限は、前記コア材料の屈折率の変化する反応が開始される温度未満とする。それにより、塗布されたコア材料の表面にむらができるのを防ぎ、第１クラッドと第２クラッドとの接合における不良を防ぐことができる。
【００３６】
また、好ましくは、前記コア材料は、少なくとも分岐型ポリシランおよびポリシロキサンを含む高分子材料からなるフィルムであって、前記第１クラッドの前記溝が形成された面および前記第２クラッドの前記第１クラッドと接合される面の少なくとも一方に、前記フィルムであるコア材料を設置し、前記第１クラッドおよび前記第２クラッドで、前記設置されたフィルムであるコア材料を挟んで加圧し、かつ前記フィルムであるコア材料を加熱することで、前記コア材料の屈折率を変化させ、前記溝に前記コア材料を充填し、前記コア材料を介して、前記第１クラッドと前記第２クラッドを接合する。それにより、前記コア材料の屈折率の制御と、前記第１クラッドと前記第２クラッドの接合を同時に行なうことができる。そのため、製造工程数を削減することができる。
【００３７】
また、好ましくは、前記コア材料は、少なくとも分岐型ポリシランおよびポリシロキサンを含む液状高分子材料であって、前記第１クラッドの前記溝が形成された面および第２クラッドの前記第１クラッドと接合される面の少なくとも一方に、前記液状高分子であるコア材料を滴下し、前記第１クラッドおよび前記第２クラッドで、前記滴下された液状高分子であるコア材料を挟んで加圧し、かつ前記液状高分子であるコア材料を加熱することで、前記コア材料の屈折率を変化させ、前記溝に前記コア材料を充填し、前記コア材料を介して、前記第１クラッドと前記第２クラッドを接合する。それにより、前記コア材料の屈折率の制御と、前記第１クラッドと前記第２クラッドの接合を同時に行なうことができる。そのため、製造工程数を削減することができる。
【００３８】
以下、本発明のさらに具体的な実施形態について説明する。
【００３９】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る光導波路について、図を用いて説明する。図１は実施の形態１に係る光導波路１の構成を示す断面図である。図１に示しているように、実施の形態１の光導波路１は、導波光が閉じ込められて伝搬するコア１３と、コア１３の周りに形成されたクラッドであるガラス基板１１、１２とを備えている。
【００４０】
コア１３は、ガラス基板１２側に形成されたガラス基板１１の主面に、露出するように埋め込まれ、ガラス基板１１とガラス基板１２とは、コア１３を挟むように設置されている。ガラス基板１１とガラス基板１２とは、例えば、同じ材料から構成されている。
【００４１】
コア１３には、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料の加熱等の反応による生成物を用いている。コア１３の断面の寸法は、例えば８μｍ角とする。コア１３とクラッドであるガラス基板１１、１２との比屈折率差は、０．２５％とすることが好ましい。非屈折率差とは、コアの屈折率の二乗の二倍に対する、コアの屈折率の二乗とクラッドの屈折率の二乗との差の百分率である。具体的には、比屈折率差Δは、コアの屈折率ｎ１とクラッドの屈折率ｎ２とを用いて、以下の式で表わすことができる。
【００４２】
Δ＝（ｎ１ ２−ｎ２ ２）／２ｎ１ ２×１００（％）
なお、シングルモード導波路のように、コアとクラッドとの屈折率差が小さい場合には、コアの屈折率に対する、コアとクラッドとの屈折率差の百分率に近似することができる。つまり、以下の式のように表わすことができる。
【００４３】
Δ≒（ｎ１−ｎ２）／ｎ１×１００（％）
なお、コア１３の屈折率は、ガラス基板１１、１２の屈折率よりも高い。このような構成の光導波路１は、波長１．３μｍおよび１．５５μｍの導波光を、シングルモードで伝搬させることができる。なお、波長１．３μｍおよび１．５５μｍの導波光は、光通信においてよく用いられる。
【００４４】
コア１３は、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料を、加熱または紫外線照射により、無機化反応を起こした生成物である。無機化反応とは、有機成分であるＣ、Ｈ等が反応が進むにつれて脱離し、分岐型ポリシランの
Ｓｉ−Ｓｉ結合が、−Ｏ−Ｓｉ−Ｏ−の結合に変わる反応である。分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料は、この無機化反応によって、屈折率が低下するという特性を持つ。また、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料は、ガラス材料ともよく密着する。
【００４５】
分岐型ポリシランとポリシロキサンとの混合比や加熱条件や紫外線照射条件を変えることで、無機化反応を制御し、コア１３の屈折率を制御することができる。それにより、コア１３とガラス基板１１、１２との比屈折率差を所望の値に正確に調整することができる。例えば、コア１３とガラス基板１１、１２との比屈折率差を０．２５％にすることで、上述したように、光通信としてよく用いられる、波長１．３μｍおよび１．５５μｍの導波光をシングルモードで導波させる光導波路１を形成することができる。
【００４６】
また、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料を、加熱して反応させたものに、部分的に紫外線を照射すると、照射された部分だけさらに屈折率が低下する。この効果を用いて光導波路１のコア１３内に所定の屈折率分布を設けることができる。それにより、特定波長を透過、あるいは反射させるフィルタ機能を光導波路１に付加することもできる。
【００４７】
以下、実施の形態１の光導波路１の製造方法について図を用いて説明する。図２（ａ）〜図２（ｄ）は、実施の形態１に係る光導波路１の製造方法を説明する工程図である。図３は、実施の形態１に係る光導波路１を製造する際に用いるプレス成形装置３０の構成を示す図である。
【００４８】
まず図２（ａ）に示すように、ガラス基板１１に、ガラス成形工法を用いて溝１１ａを形成する。溝１１ａを形成する方法の一例について説明する。溝１１ａを形成するには、例えば、図３に示すプレス成形装置３０を用いる。プレス成形装置３０は、チャンバー３６を備えている。チャンバー３６の中に、上下１対の上部ヒーターブロック３１および下部ヒーターブロック３２を備えている。上部ヒーターブロック３１は上下方向に可動であり、下部ヒーターブロック３２は固定されている。上部ヒーターブロック３１には、２０ｍｍ角サイズの上型３３が設置されている。上型３３の成形面３３ｂには、凸部３３ａが形成されている。凸部３３ａは、ドライエッチングによって微細加工された凸状の光導波路形成用パターンである。上型３３の成形面３３ｂの表面には、ガラス等との離型および耐食性のために貴金属系の保護膜が形成されている。凸部３３ａの断面サイズは８μｍ角である。
【００４９】
下部ヒーターブロック３２上には、平面状の下型３５が設置されている。図２（ａ）のように、ガラス基板１１に溝１１ａを形成するには、まず、下型３５上に、例えば、８ｍｍ角のガラス基板１１（例えば、屈折率１．５８１、軟化点５２０℃の光学ガラス）を設置する。
【００５０】
窒素をチャンバー３６内に充填し、上部ヒーターブロック３１を下方へ動かし、例えば、５０ｋｇ／ｃｍ２以下の低荷重で上型３３の凸部３３ａをガラス基板１１に接するようにする。この状態で、上部および下部ヒーターブロック３１、３２に通電して発熱させる。上部および下部ヒーターブロック３１、３２が発熱することで、ガラス基板１１は加熱される。ガラス基板１１を例えば、軟化点５２０℃まで加熱して軟化させ、上部ヒーターブロック３１の下方への荷重を、４００ｋｇ／ｃｍ２まで増加する。ガラス基板１１が、例えば０．２ｍｍ変形したところで荷重をかけることを止め、上部および下部ヒーターブロック３１、３２への通電を止めて冷却を開始する。なお、ガラス基板１１の厚みは、上記のように、０．２ｍｍ減少したが、その分、ガラス基板の主面の面積は増えている。このようにして作製した溝１１ａが形成された、成形ガラス基板１１の表面及び断面を光学顕微鏡および電子顕微鏡にて観察したところ、ガラス基板１１に、微細パターンの光導波路溝１１ａが確認できた。この溝１１ａは、金型の凸パターンである凸部３３ａが正確に転写されていることが確認できた。
【００５１】
次に、溝１１ａを形成したガラス基板１１（図２（ａ））にスピンコーティング法により、図２（ｂ）に示すように溝１１ａを満たしている樹脂層１３ａを形成する。樹脂層１３ａは、溝１１ａが形成されたガラス基板１１の面に、コア材料を塗布することで形成される。ここで、コア材料は、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料と、溶剤とを含む樹脂溶液である。樹脂層１３ａの形成においては、スピンコーティング法以外に、例えば、ディッピング法、スプレー法およびブレード法などの、均一な塗膜を得られる一般的な塗布方法を用いることができる。また、容易に、十分の厚さの樹脂層１３ａを形成することができるので、生産効率が高い。
【００５２】
ここで、コア材料である、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料について説明する。分岐型ポリシランの分岐度は、５％以上２５％以下とする。最も好ましい分岐度は２０％である。分岐度が５％よりも小さくなると、分岐の効果がなくなり、コア材料が複屈折特性を有する等の問題が生じる。また、分岐度が２５％よりも大きくなると、コア材料が溝１１ａに充填されにくくなる。
【００５３】
分岐型のポリシランとポリシロキサンとを、より適当な特性を示すような混合比率となるように混合しておく。すなわち、溝１１ａに充填しやすい程度の軟らかさを持ち、充填後にコア１３を形成する際には、溝１１ａの内壁と高い接着力を有し、溝１１ａ内を満たしてコア１３を形成するようなコア材料を用いる。そのための混合比率は、例えば、分岐型ポリシラン１００に対して、ポリシロキサンが２５以上１００以下になるようにすればよい。なお、好ましくは、分岐型ポリシラン１００に対して、ポリシロキサンが５０以上７５以下になるような混合比率である。なお、以下の実施の形態の説明においては、分岐型ポリシラン１００に対して、ポリシロキサンを５０とした比率で混合されたコア材料を用いている。
【００５４】
また、コア材料である樹脂溶液に含まれる溶剤としては、トルエン、アニソールおよび有機溶剤等の一般的に用いられる溶剤を用い、塗布した際の膜厚等により、樹脂溶液が適当な濃度になるように添加する。例えば、溶剤の濃度は、３０％以上６０％以下が適当である。その他にも、コア材料は、一般的な添加剤を含んでいる。例えば、塗膜の状態をよくするための界面活性剤等を含んでいる。
【００５５】
樹脂層１３ａを形成した後、ガラス基板１１をホットプレート上に載せ、例えば、１２０℃を開始温度とし、２００℃まで昇温して予備加熱を行い、溶剤成分を除去する。この場合の開始温度は、樹脂溶液の溶剤の沸点以下の温度とすることが望ましい。その後は、加熱して、連続的に昇温させることが望ましい。また、温度の上限は、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料の屈折率が変化し始める温度（反応開始温度）未満とする。樹脂溶液の溶剤の沸点以上の温度で、予備加熱を開始した場合には、樹脂層１３ａの表面にムラが発生する。
【００５６】
分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料は、加熱によって反応し、屈折率が変化するという性質を有している。そこで、あらかじめ、実測により作成した、屈折率と加熱温度との関係を示す検量線に基づき、所望の屈折率になる加熱温度を求める。例えば、シングルモードの条件となるコア１３の屈折率（例えば１．５８３以上１．５８４以下）となる温度（例えば３５０℃）を、検量線より求め、その温度まで昇温、加熱する。このようにして、光導波路１のコア１３の屈折率を所望の値とする。
【００５７】
次に、図２（ｃ）に示すように、図２（ｂ）に示す樹脂層１３ａのうち、コア１３以外の余分な部分を研磨により除去する。樹脂層１３ａである分岐型ポリシランとポリシロキサンを含む高分子材料の加熱等の反応による生成物は、有機物と無機物との中間的な材料である。そのため、研磨によって通常の樹脂では生じる、細かい傷は発生せず、非常に平滑な研磨面が得られる。そのため、高性能な光導波路を作成することができる。
【００５８】
有機物である分岐型ポリシランおよびポリシロキサンは、加熱あるいは紫外線反応により、空気中の酸素を取り込み、有機成分を脱離しながら、ＳｉＯ２に近づいていく。つまり、有機物と無機物との中間的な材料となる。ただし、完全にＳｉＯ２になることはなく、有機成分が残っている。
【００５９】
なお、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料は、加熱すると体積収縮を起こすという性質を有する。そのため、樹脂層１３ａの厚みが薄い場合には、屈折率を変化させるための加熱により、樹脂層１３ａが溝１１ａを満たさなくなる現象が生じる。そうなると、コア１３の寸法が所定の大きさよりも小さくなる。そこで、あらかじめ溝１１ａを、最終的な完成品である光導波路１のコア１３よりも深く形成しておく。すなわち、図３の、上型３３の凸部３３ａの高さを８μｍよりも高くする。このようにすることで、樹脂層１３ａが十分な厚みを持って溝１１ａ内に存在する状態で加熱を行うことができ、コア１３の所定寸法以上の厚みを確保することができる。さらに、ガラス基板１１およびコア１３の研磨量を調整することによって所望とするコア寸法を得ることができる。例えば、コア１３の厚みを８μｍとすることができる。
【００６０】
最後に、図２（ｄ）に示すように、コア１３が形成されたガラス基板１１に、平滑なガラス基板１２を、コア１３を挟むように、接着剤等を用いずに、直接接合によって接合して、光導波路１が作製される。具体的には、コア１３が形成されたガラス基板１１の面と、ガラス基板１１に接合されるガラス基板１２の面とをそれぞれ十分に酸や溶剤で洗浄してから、例えば３５０℃まで加熱して、両ガラス基板１１、１２を直接接合する。なお、直接接合による加熱は、３００℃以上４００℃以下程度であればよい。
【００６１】
このようにして作製した光導波路１のサンプルを用いて、その表面及び断面を光学顕微鏡および電子顕微鏡にて観察したところ、コア１３には、溝１１ａへの充填不十分や接合不良による気泡や異物の生成は観察されなかった。
【００６２】
また、このようにして作製したシングルモード光導波路１と、シングルモードの石英系光ファイバとを接続して、波長１．５５μｍの光を伝搬させて、伝搬ロスを測定した。その結果、伝搬ロスの測定値は約０．０７ｄＢ／ｃｍであり、実用上問題ないことが確認された。また、−４０℃以上８０℃以下の環境温度下で測定した場合でも、伝搬ロスの変動は全く見られなかった。すなわち、コア材料として用いた、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料の加熱等の反応による生成物と、クラッド材料として用いた光学ガラスとは、それぞれの屈折率の温度依存性が同等である。そのため、光導波路を構成する組み合わせとしては、非常に優れている。
【００６３】
なお、実施の形態１では、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料を、まず加熱により反応させて屈折率を変化させた。しかし、加熱により反応させる前に、紫外線照射をすることで、屈折率を変化させてもよい。それにより、その後、加熱により、所望の屈折率になるまで反応させる場合でも、加熱温度が低くてすむという効果を奏する。
【００６４】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る光導波路について図を用いて説明する。図４は実施の形態２に係る光導波路の構成を示す断面図である。図４に示しているように、実施の形態２の光導波路４は、導波光が閉じ込められて伝搬するコア４３と、コア４３の周りに形成されたクラッドであるガラス基板４１、４２と、接着層４４とを備えている。
【００６５】
コア４３は、ガラス基板４２側に形成されたガラス基板４１の主面に、露出するように埋め込まれており、ガラス基板４１とガラス基板４２とは、接着層４４を介して、コア４３を挟むように形成されている。ガラス基板４１とガラス基板４２とは、例えば、同じ材料から構成されている。また、接着層４４は、例えば、ガラス基板４１、４２と同等の屈折率を有する
コア４３には、分岐型ポリシランおよびポリシロキサンとを含む高分子材料の加熱等の反応による生成物を用いている。なお、コア４３の断面の寸法は、例えば８μｍ角とする。コア４３とクラッドであるガラス基板４１、４２との比屈折率差は、０．２５％とすることが好ましい。なお、コア４３の屈折率は、ガラス基板４１、４２の屈折率よりも高い。このような構成の光導波路４は、波長１．３μｍおよび１．５５μｍの導波光を、シングルモードで伝搬させることができる。なお、波長１．３μｍおよび１．５５μｍの導波光は、光通信においてよく用いられる。
【００６６】
コア４３は、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料を、加熱または紫外線照射により、無機化反応を起こした生成物である。分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料は、この無機化反応によって、屈折率が低下するという特性を持つ。また、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料は、ガラス材料ともよく密着する。
【００６７】
また、分岐型ポリシランとポリシロキサンの混合比や加熱条件や紫外線照射条件を変えることで、無機化反応を制御し、コア４３の屈折率を制御することができる。それにより、コア４３とガラス基板４１、４２との比屈折率差を所望の値に正確に調整することができる。上述したように、光通信としてよく用いられる、波長１．３μｍおよび１．５５μｍの導波光をシングルモードで導波させるための比屈折率差は、０．２５％なので、例えばこの値に調整すればよい。
【００６８】
また、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料を、加熱して反応させたものに、部分的に紫外線を照射すると、照射された部分だけさらに屈折率が低下する。この効果を用いて光導波路４のコア４３内に所定の屈折率分布を設けることができる。それにより、特定波長を透過、あるいは反射させるフィルタ機能を光導波路４に付加することもできる。
【００６９】
また、接着層４４は、ガラス基板４１およびコア４３と、ガラス基板４２との間に形成されている。接着層４４は、光導波路４に伝搬させる光の波長において、透明であることが必要である。そのため、接着層４４としては、例えば、フッ素化したエポキシ系紫外線硬化樹脂や熱硬化接着剤が用いられる。なお、接着層４４の屈折率は、ガラス基板４１、４２の屈折率以上であればよい。
【００７０】
また、コア４３の材料として用いる分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料も、ガラスを接着する効果を有するため、接着層４４として適用することができる。特に、ガラス基板４２を設置せずとも、接着層４４として、例えば、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料を２０μｍ以上の厚さで形成すれば、クラッドとして用いることができ、光導波路として十分に機能する。
【００７１】
以下、実施の形態２の光導波路４の製造方法について図を用いて説明する。図５（ａ）〜図５（ｅ）は、実施の形態２に係る光導波路４の製造方法を説明する工程図である。まず、図５（ａ）に示すように、ガラス基板４１に、ガラス成形工法を用いて、溝４１ａを形成する。溝４１ａをガラス基板４１に形成する方法は、図３に示すプレス成形装置を用いて、実施の形態１のガラス基板１１に溝１１ａを形成する方法と同様なので、ここではその詳細な説明は省略する。
【００７２】
次に、光導波路溝４１ａを作製したガラス基板４１（図５（ａ））にスピンコーティング法により、図５（ｂ）に示すように溝４１ａを満たしている樹脂層４３ａを形成する。樹脂層４３ａは、溝４１ａが形成されたガラス基板４１の面に、コア材料を塗布することで形成される。ここで、コア材料は、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料と、溶剤とを含む樹脂溶液である。樹脂層４３ａの形成においては、スピンコーティング法以外に、例えば、ディッピング法、スプレー法およびブレード法などの、均一な塗膜を得られる一般的な塗布方法を用いることができる。また、容易に、十分の厚さの樹脂層４３ａを形成することができるので、生産効率が高い。なお、コア材料である樹脂溶液の詳細説明については、実施の形態１で説明したので省略する。
【００７３】
樹脂層４３ａを形成した後、ガラス基板４１をホットプレート上に載せ、例えば、１２０℃を開始温度とし、２００℃まで昇温して予備加熱を行い、溶剤成分を除去する。
【００７４】
分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料は、加熱によって反応し、屈折率が変化するという性質を有している。そこで、あらかじめ、実測により作成した、屈折率と加熱温度の関係を示す検量線に基づき、所望の屈折率になる加熱温度を求める。例えば、シングルモードの条件となるコア４３の屈折率（例えば１．５８３以上１．５８４以下）となる温度（例えば３５０℃）を、検量線より求め、その温度まで昇温、加熱する。このようにして、光導波路４のコア４３の屈折率を所望の値とする。
【００７５】
次に、図５（ｃ）に示すように、図５（ｂ）に示す樹脂層４３ａのうち、コア４３以外の余分な部分を研磨により除去する。樹脂層４３ａである分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料の加熱等の反応による生成物は、有機物と無機物との中間的な材料である。そのため、研磨によって通常の樹脂では生じる、細かい傷が発生せず、非常に平滑な研磨面が得られる。
【００７６】
なお、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料は、加熱すると体積収縮を起こすという性質を有する。そのため、樹脂層４３ａの厚みが薄い場合には、屈折率を変化させるための加熱により、樹脂層４３ａが、溝４１ａを満たさなくなる現象が生じる。そうなると、コア４３の寸法が所定の大きさよりも小さくなる。そこで、あらかじめ光導波路溝４１ａを、最終的な完成品である光導波路４のコア４３よりも深く形成しておく。すなわち、図３の、上型３３の凸部３３ａの高さを８μｍよりも高くする。このようにすることで、樹脂層４３ａが十分な厚みを持って溝４１ａ内に存在する状態で加熱を行うことができ、コア４３の所定寸法以上の厚みを確保することができる。さらに、ガラス基板４１およびコア４３の研磨量を調整することによって所望とするコア寸法を得ることができる。例えば、コア４３の厚みを８μｍとすることができる。
【００７７】
次に、図５（ｃ）に示すように、露呈したガラス基板４１およびコア４３の研磨面に、例えば、スピンコーティング法により紫外線硬化接着剤を塗布することで、図５（ｄ）に示すように接着層４４を形成する。なお、接着層４４を形成するには、他にも、ディッピング法、スプレー法およびブレード法などの均一な塗膜を得られる一般的な方法を用いればよい。
【００７８】
最後に、図５（ｅ）に示すように、平滑なガラス基板４２を接着層４４に貼り付け、紫外線を照射する。それにより、接着層４４である紫外線硬化接着剤が硬化して、光導波路４が完成する。このように、加熱処理が不要なので、加熱による部材の変化が生じない。なお、接着層４４の屈折率は、光導波路４のクラッドとして適した屈折率になればよく、ガラス基板４２の屈折率以上であればよい。
【００７９】
このようにして作製した光導波路４のサンプルの表面及び断面を光学顕微鏡および電子顕微鏡にて観察したところ、コア４３には、溝４１ａへの充填不十分や接合不良による気泡や異物の生成は観察されなかった。
【００８０】
また、このようにして作製したシングルモード光導波路４と、シングルモードの石英系光ファイバとを接続して、波長１．５５μｍの光を伝搬させて、伝搬ロスを測定した。その結果、伝搬ロスの測定値は約０．１０ｄＢ／ｃｍであり、実用上問題ないことが確認された。
【００８１】
次に、実施の形態２の光導波路４の他の製造方法について説明する。図６（ａ）〜図６（ｅ）は、実施の形態２に係る光導波路４の他の製造方法を説明する工程図である。なお、図６（ａ）〜図６（ｅ）に示す製造工程は、接着層４４として、コア材料を用いている点が、図５（ａ）〜図５（ｅ）に示す製造工程と異なっている。つまり、図６（ａ）〜図６（ｅ）に示す製造工程では、接着層４４として、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料と、溶剤を含む樹脂溶液を用いている。
【００８２】
まず、図６（ａ）〜図６（ｃ）の製造工程は、図５（ａ）〜図５（ｃ）の製造工程と同様であるので、説明を省略する。
【００８３】
図６（ｄ）に示しているように、平滑なガラス基板４２の、ガラス基板４１と接合する側の表面に、スピンコーティング法により、例えば、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料と、溶剤とを含む樹脂溶液を塗布し、接着層４４を形成する。次いで、接着層４４を形成したガラス基板４２をホットプレート上に載せ、１２０℃を開始温度とし、２００℃まで昇温して予備加熱を行い、溶剤成分を除去する。さらに、あらかじめ作成しておいた屈折率と加熱温度との関係を示す検量線に基づき、所望の屈折率になるように、例えば、３５５℃まで昇温、加熱する。接着層４４の屈折率は、光導波路４のクラッドとして適した屈折率になればよく、ガラス基板４２の屈折率以上であればよい。
【００８４】
最後に、図６（ｅ）に示すように、コア４３が形成されたガラス基板４１と、ガラス基板４２に形成された接着層４４とが、コア４３を挟むように、コア４３およびガラス基板４１と、接着層４４とを直接接合によって接合する。具体的には、ガラス基板４１のコア４３が形成された面と、ガラス基板４１と接合される接着層４４の面とを、それぞれ十分に酸や溶剤で洗浄してから、３５０℃まで加熱して、それらの面を合わせて加圧する。このようにして、光導波路４を作製する。
【００８５】
このように、実施の形態２の他の製造方法で作製した光導波路４のサンプルの表面及び断面を光学顕微鏡および電子顕微鏡にて観察したところ、コア４３には、溝４１ａへの充填不十分や接合不良による気泡や異物の生成は観察されなかった。
【００８６】
また、このようにして作製したシングルモード光導波路４と、シングルモードの石英系光ファイバとを接続して、波長１．５５μｍの光を伝搬させて、伝搬ロスを測定した。その結果、伝搬ロスの測定値は約０．０９ｄＢ／ｃｍであり、実用上問題ないことが確認された。
【００８７】
なお、実施の形態２では、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料を、まず加熱により反応させて屈折率を変化させた。しかし、加熱により反応させる前に、紫外線照射をすることで、屈折率を変化させてもよい。それにより、その後、加熱により、所望の屈折率になるまで反応させる場合でも、加熱温度が低くてすむという効果を奏する。
【００８８】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係る光導波路について図を用いて説明する。図７は実施の形態３に係る光導波路７の構成を示す断面図である。図７に示しているように、実施の形態３の光導波路７は、導波光が閉じ込められるコア７３と、コア７３の周りに形成されたクラッドであるガラス基板７１、７２と、ガラス基板７１とガラス基板７２との間に形成され、コア７３と一体である接着層７３ａとを備えている。
【００８９】
コア７３は、ガラス基板７２側に形成されたガラス基板７１の主面に、露出するように埋め込まれており、ガラス基板７１とガラス基板７２とは、接着層７３ａを介して、コア７３を挟むように形成されている。ガラス基板７１とガラス基板７２とは、例えば、同じ材料から構成されている。また、接着層７３ａとコア７３とは、一体形成されている。
【００９０】
コア７３および接着層７３ａには、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料の加熱等の反応による生成物を用いている。なお、コア７３の断面の寸法は、例えば８μｍ角とする。コア７３および接着層７３ａと、クラッドであるガラス基板７１、７２との比屈折率差は、０．２５％とすることが好ましい。なお、コア７３および接着層７３ａの屈折率は、ガラス基板７１、７２の屈折率よりも高い。このような構成の光導波路７は、波長１．３μｍおよび１．５５μｍの導波光を、シングルモードで伝搬させることができる。なお、波長１．３μｍおよび１．５５μｍの導波光は、光通信においてよく用いられる。
【００９１】
コア７３は、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料を、加熱または紫外線照射により、無機化反応を起こした生成物である。上述したように、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料は、この無機化反応によって、屈折率が低下するという特性を持つ。そのため、コア７３の屈折率を制御することができる。また、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料は、ガラス材料ともよく密着する。
【００９２】
また、分岐型ポリシランとポリシロキサンの混合比や加熱条件や紫外線照射条件を変えることで、無機化反応を制御し、コア７３の屈折率を制御することができる。それにより、コア７３とガラス基板７１、７２との比屈折率差を所望の値に正確に調整することができる。上述したように、光通信としてよく用いられる、波長１．３μｍおよび１．５５μｍの導波光をシングルモードで導波させるための比屈折率差は、０．２５％なので、例えばこの値に調整すればよい。
【００９３】
また、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料を、加熱して反応させたものに、部分的に紫外線を照射すると、照射された部分だけさらに屈折率が低下する。この効果を用いて光導波路７のコア７３内に所定の屈折率分布を設ければ特定波長を透過、あるいは反射させるフィルタ機能を光導波路７に付加することもできる。
【００９４】
以下、実施の形態３の光導波路７の製造方法について図を用いて説明する。図８（ａ）〜図８（ｃ）は、実施の形態３に係る光導波路７の製造方法を説明する工程図である。図８（ａ）は、ガラス基板７１に溝７１ａを形成する工程を示し、図２（ａ）に示したガラス基板１１に溝１１ａを形成する工程と同様なので、詳細な説明は省略する。また、図８（ｂ）は、溝７１ａが形成されたガラス基板７１の面に、コア材料を塗布することで、樹脂層７３ｂを形成する工程である。ここで、コア材料は、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料と、溶剤とを含む樹脂溶液である。さらに、樹脂層７３ｂを形成した後に、予備加熱によって溶剤成分を除去する。この図８（ｂ）の工程は、図２（ｂ）に示した、ガラス基板１１に樹脂層１３ａを形成してから予備加熱によって、溶剤成分を除去する工程と同様なので、詳細な説明は省略する。
【００９５】
次に、平滑なガラス基板７２を、ガラス基板７１に形成された樹脂層７３ｂに貼り合わせる。図８（ｃ）に示すように、この工程により、樹脂層７３ｂ（図８（ｂ））の一部は、溝７１ａに充填されてコア７３を形成し、残りは、ガラス基板７１とガラス基板７２とを接合する接着層７３ａを形成して、光導波路７が完成する。この工程には、図３で示したプレス成形装置３０を用いる。まず、プレス成形装置３０の上型３３と下型３５とを取り除いた、プレス成形装置３０を用意する。図９に示すように、プレス成形装置３０の下部ヒーターブロック３２の上に、樹脂層７３ｂが形成されたガラス基板７１を設置し、その上にガラス基板７２を設置する。上部ヒーターブロック３１が、ガラス基板７２を上方から下方に押さえつける。チャンバー３６内は、空気が満たされている。空気雰囲気中で、ガラス基板７１、７２に、例えば、１００ｋｇ／ｃｍ２まで荷重をかける。同時に、上部および下部ヒーターブロック３１、３２は通電され発熱している。
【００９６】
なお、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料は、加熱によって屈折率が変化するという性質を有している。そこで、あらかじめ、実測により作成した、屈折率と加熱温度との関係を示す検量線に基づき、所望の屈折率になる加熱温度を求める。例えば、シングルモードの条件となるコア７３の屈折率（例えば１．５８３以上１．５８４以下）となる温度（例えば３５０℃）を、検量線より求め、その温度まで昇温、加熱する。このようにして、光導波路７のコア７３の屈折率を所望の値とする。
【００９７】
このようにすることで、図８（ｃ）に示すように、ガラス基板７１とガラス基板７２とを接着層７３ａを介して貼り合わせると同時に、コア７３の屈折率を所望の値とすることができる。そのため、光導波路７の製作工程数を削減することができる。
【００９８】
このようにして作製した光導波路７のサンプルの表面及び断面を光学顕微鏡、電子顕微鏡にて観察したところ、コア７３には、溝７１ａへの充填不十分や接着不良による気泡や異物の生成は観察されなかった。また、溝７１ａには、コア材料の無機化反応による生成物が充填され、コア７３を形成していた。
【００９９】
また、光導波路７のサンプルを数カ所、ダイシングで切り出し、断面を電子顕微鏡で観察したところ、接着層７３ａの厚みは、約１μｍであった。この程度の厚みであれば、十分にコア７３での光閉じ込め効果が得られる。なお、シングルモード伝搬を可能とするためには、接着層７３ａの厚みは、３μｍ以下であればよい。また、特に伝搬ロスを小さくするためには、接着層７３ａの厚みを１μｍ以下とすることが望ましい。
【０１００】
また、このようにして作製したシングルモード光導波路７と、シングルモードの石英系光ファイバとを接続して、波長１．５５μｍの光を伝搬させて、伝搬ロスを測定した。その結果、伝搬ロスの測定値は約０．０８ｄＢ／ｃｍであり、実用上問題ないことが確認された。
【０１０１】
なお、実施の形態３では、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料を、まず加熱により反応させて屈折率を変化させた。しかし、加熱により反応させる前に、紫外線照射をすることで、屈折率を変化させてもよい。それにより、その後、加熱により、所望の屈折率になるまで反応させる場合でも、加熱温度が低くてすむという効果を奏する。
【０１０２】
なお、上述の実施の形態３の光導波路７の製造方法においては、コア材料として、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料と、溶剤とを含む樹脂溶液を用いていた。しかし、その代わりに、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料を含む固体をコア材料として用いてもよい。その場合の製造方法について、図１０を用いて以下に説明する。なお、コア材料は、薄膜形状のフィルム７５を用いている。
【０１０３】
図１０に示すように、溝７１ａを形成したガラス基板７１を、プレス成形装置３０の下部ヒーターブロック３２の上に設置する。その上に、フィルム７５を設置し、さらにその上に平滑なガラス基板７２を設置する。なお、フィルム７５は、溶剤を含んでいないので、予備加熱は不要である。
【０１０４】
フィルム７５は、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む高分子材料を含む固体であり、例えば厚さが１０μｍとする。なお、フィルム７５における分岐型ポリシランとポリシロキサンとの混合比は、上述した樹脂溶液の場合と同様である。上部ヒーターブロック３１が、ガラス基板７２を上方から下方に押さえつける。チャンバー３６内は、空気が満たされている。空気雰囲気中で、ガラス基板７１、７２に、例えば、１５０ｋｇ／ｃｍ２まで、荷重をかける。同時に、上部および下部ヒーターブロック３１、３２は通電され発熱している。
【０１０５】
なお、あらかじめ、実測により作成した、屈折率と加熱温度との関係を示す検量線に基づき、所望の屈折率になる加熱温度を求める。例えば、シングルモードの条件となるコア１３の屈折率（例えば１．５８３以上１．５８４以下）となる温度（例えば３５０℃）を、検量線より求め、その温度まで昇温、加熱する。このようにして、光導波路７のコア７３の屈折率を所望の値とする。
【０１０６】
このように、荷重をかけながら加熱することで、フィルム７５は、溝７１ａに入り込み、図８（ｃ）に示すようにコア７３を形成し、かつ、ガラス基板７１とガラス基板７２に接着され接着層７３ａを形成する。また、コア材料は、加熱によって反応するので、コア７３を所望の屈折率とすることができる。また、ガラス基板７１とガラス基板７２とは、接着層７３ａを介して、貼り合わせられる。これらの工程を、同時に行なうことができるため、製作工程数を削減することができる。
【０１０７】
このようにして作製した光導波路７のサンプルの表面及び断面を光学顕微鏡、電子顕微鏡にて観察したところ、コア７３には、溝７１ａへの充填不十分や接着不良による気泡や異物の生成は観察されなかった。また、溝７１ａには、コア材料の無機化反応による生成物が充填され、コア７３を形成していた。
【０１０８】
また、光導波路７のサンプルを数カ所、ダイシングで切り出し、断面を電子顕微鏡で観察したところ、接着層７３ａの厚みは、約１μｍであった。この程度の厚みであれば、十分にコア７３での光閉じ込め効果が得られる。
【０１０９】
また、このようにして作製したシングルモード光導波路７と、シングルモードの石英系光ファイバとを接続して、波長１．５５μｍの光を伝搬させて、伝搬ロスを測定した。その結果、伝搬ロスの測定値は約０．１ｄＢ／ｃｍであり、実用上問題ないことが確認された。
【０１１０】
さらに、コア材料として、分岐型ポリシランとポリシロキサンとを含む液状高分子材料７６を用いて、光導波路を製造する方法について図１１を用いて説明する。
【０１１１】
図１１に示すように、溝７１ａを形成したガラス基板７１を、プレス成形装置３０の下部ヒーターブロック３２の上に設置する。その上に、分岐型ポリシランとポリシロキサンを含む液状高分子材料７６を滴下する。なお、液状高分子材料７６における分岐型ポリシランとポリシロキサンとの混合比は、樹脂溶液の場合と同様である。さらに、その上から、平滑なガラス基板７２を設置する。なお、ガラス基板７１、７２は、例えば、屈折率が１．５９５、軟化点が５４０℃の光学ガラスを用いる。また、液状高分子材料７６は溶剤を含んでいないので、予備加熱は不要である。
【０１１２】
次に、真空ポンプで減圧されたチャンバー３６内で、上部ヒーターブロック３１が、ガラス基板７２を上方から下方に押さえつけ、ガラス基板７１、７２に、例えば、１ｋｇ／ｃｍ２の荷重をかける。その後、チャンバー３６内に空気を導入し、５０ｋｇ／ｃｍ２まで昇圧しながら、液状高分子材料７６が、所望の屈折率となる温度３００℃になるまで、昇温、加熱する。それにより、液状高分子材料７６が溝７１ａに入り込み、図８（ｃ）に示すようにコア７３を形成する。また、ガラス基板７１とガラス基板７２は、接着層７３ａを介して貼り合わせることができる。また、コア７３の屈折率を所望の値とすることができる。さらに、これらの工程を、同時に行なうことができるため、光導波路７の製作工程数を削減することができる。
【０１１３】
このようにして作製した光導波路７のサンプルの表面及び断面を光学顕微鏡、電子顕微鏡にて観察したところ、コア７３には、溝７１ａへの充填不十分や接着不良による気泡や異物の生成は観察されなかった。また、溝７１ａには、コア材料の無機化反応による生成物が充填され、コア７３を形成していた。
【０１１４】
また、光導波路７のサンプルを数カ所、ダイシングで切り出し、断面を電子顕微鏡で観察したところ、接着層７３ａの厚みは、約０．８μｍであった。この程度の厚みであれば、十分にコア７３での光閉じ込め効果が得られる。
【０１１５】
また、このようにして作製したシングルモード光導波路７と、シングルモードの石英系光ファイバとを接続して、波長１．５５μｍの光を伝搬させて、伝搬ロスを測定した。その結果、伝搬ロスの測定値は約０．１３ｄＢ／ｃｍであり、実用上問題ないことが確認された。
【０１１６】
なお、実施の形態１〜３は、シングルモード光導波路について説明したが、マルチモード光導波路においても同様に適用できる。また、以上説明した、構成および材料は、これらに限定されるわけではない。例えば、クラッドは、ガラス基板を用いたが、これらの代りに、耐熱性樹脂等を用いてもよいし、屈折率も適当な値とすればよい。
【０１１７】
【発明の効果】
本発明は、高生産性、高性能を満足する光導波路およびその製造方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１に係る光導波路の構成を示す断面図
【図２】実施の形態１に係る光導波路の製造方法を説明する工程図であって図２（ａ）〜図２（ｄ）は各工程を示す図
【図３】実施の形態１に係る光導波路を製造する際に用いるプレス成形装置の構成を示す図
【図４】実施の形態２に係る光導波路の構成を示す断面図
【図５】実施の形態２に係る光導波路の製造方法を説明する工程図であって、図５（ａ）〜図５（ｅ）は各工程を示す図
【図６】実施の形態２に係る光導波路の他の製造方法を説明する工程図であって、図６（ａ）〜図６（ｅ）は各工程を示す図
【図７】実施の形態３に係る光導波路の構成を示す断面図
【図８】実施の形態３に係る光導波路の製造方法を説明する工程図であって、図８（ａ）〜図８（ｃ）は各工程を示す図
【図９】実施の形態３に係る光導波路の製造におけるプレス工程を示す図
【図１０】実施の形態３に係る他の光導波路の製造におけるプレス工程を示す図
【図１１】実施の形態３に係るさらに他の光導波路の製造におけるプレス工程を示す図
【図１２】一般的な石英系シングルモードの光導波路の構成を示す図であって、図１２（ａ）は光導波路の構成を示す平面図であり、図１２（ｂ）は光導波路の構成を示す断面図
【図１３】従来の石英系光導波路の一般的な製造方法を示した工程図であって、図１３（ａ）〜図１３（ｃ）は各工程を示す図
【図１４】溝充填光導波路の製造方法を示した工程図であって、図１４（ａ）〜図１４（ｄ）は各工程を示す図
【符号の説明】
１、４、７ 光導波路
１１、１２、４１、４２、７１、７２ ガラス基板
１１ａ、４１ａ、７１ａ 溝
１３、４３、７３ コア
１３ａ、４３ａ、７３ｂ 樹脂層
３０ プレス成形装置
３１ 上部ヒーターブロック
３２ 下部ヒーターブロック
３３ 上型
３３ａ 凸部
３３ｂ 成形面
３５ 下型
３６ チャンバー
４４、７３ａ 接着層
７５ フィルム
７６ 液状高分子材料
１２１、１３１ａ、１４３ａ コア
１２２、１４１、１４４ クラッド
１２３ 矢印
１３１ コア膜
１３２ 下部クラッド層
１３３ 上部クラッド層
１４２ 溝
１４３ コア材料
１４３ｂ 余剰材料
Claims (15)
- 第１クラッドと、第２クラッドと、コアとを備え、
前記コアは、前記第２クラッド側に形成された前記第１クラッドの一方の主面に露出するように埋め込まれており、
前記第１クラッドと前記第２クラッドとは、前記コアを挟むように設置されていて、
前記コアは、分岐型ポリシランおよびポリシロキサンを含む高分子材料を、加熱および紫外線照射の少なくとも一方により反応させた生成物からなり、前記コアの屈折率は、前記第１クラッドおよび前記第２クラッドの屈折率よりも高い光導波路。 - 前記第２クラッドの屈折率は、前記第１クラッドの屈折率と略等しい、請求項１に記載の光導波路。
- 前記第１クラッドおよび前記第２クラッドは、ガラスである、請求項１に記載の光導波路。
- 前記第１クラッドおよび前記コアと、前記第２クラッドとの間には、接着層が形成されている、請求項１に記載の光導波路。
- 前記接着層は、分岐型ポリシランおよびポリシロキサンを含む高分子材料を含む、請求項４に記載の光導波路。
- 前記接着層の屈折率は、前記第２クラッドの屈折率と略等しいか、または、前記第２クラッドの屈折率よりも高い、請求項４に記載の光導波路。
- 熱で軟化させた第１クラッドに、コアとなる溝を形成するための金型を押し付けて溝を形成し、
前記溝に、分岐型ポリシランおよびポリシロキサンを含む高分子材料を含むコア材料を充填し、
前記コア材料を加熱することで、前記コア材料の屈折率が変化するよう前記コア材料を反応させ、
前記第１クラッドの前記溝側の面に、第２クラッドを接合する光導波路の製造方法。 - 前記第１クラッドおよび前記第２クラッドは、ガラスである、請求項７に記載の光導波路の製造方法。
- 前記第２クラッドの屈折率は、前記第１クラッドの屈折率と略等しい、請求項７に記載の光導波路の製造方法。
- 前記コア材料は、分岐型ポリシランおよびポリシロキサンを含む高分子材料と溶剤とを含む樹脂溶液であって、
前記樹脂溶液であるコア材料を前記第１クラッドの前記溝が形成された面に塗布することで、前記コア材料を前記溝に充填し、
さらに、屈折率を変化させるために、前記コア材料を加熱した後に、前記溝以外に形成された前記コア材料を、研磨により除去し、
前記研磨後に、前記第１クラッドの前記溝側に、第２クラッドを直接接合によって接合する、請求項７に記載の光導波路の製造方法。 - 前記溝以外に形成された前記コア材料を、研磨除去した後に、
前記第１クラッドの前記溝が形成された面および前記第２クラッドの前記第１クラッドと接合される面の少なくとも一方に、前記第２クラッドの屈折率と略等しい屈折率を有する接着剤を塗布し、
前記接着剤を介して、前記第１クラッドと前記第２クラッドを接合する、請求項１０に記載の光導波路の製造方法。 - 前記コア材料は、分岐型ポリシランおよびポリシロキサンを含む高分子材料と溶剤とを含む樹脂溶液であって、
前記第１クラッドの前記溝が形成された面および前記第２クラッドの前記第１クラッドと接合される面の少なくとも一方に、前記樹脂溶液であるコア材料を塗布し、
前記第１クラッドおよび前記第２クラッドで、前記塗布された樹脂溶液であるコア材料を挟んで加圧し、かつ前記樹脂溶液であるコア材料を加熱することで、前記コア材料の屈折率を変化させ、前記溝に前記コア材料を充填し、前記コア材料を介して、前記第１クラッドと前記第２クラッドを接合する、請求項７に記載の光導波路の製造方法。 - 前記コア材料は、少なくとも分岐型ポリシランおよびポリシロキサンを含む高分子材料と溶剤とを含む樹脂溶液であって、
前記第１クラッドの前記溝が形成された面および前記第２クラッドの前記第１クラッドと接合される面の少なくとも一方に、前記樹脂溶液であるコア材料を塗布した後、前記溶剤を蒸発させるために加熱し、
当該加熱においては、前記溶剤の沸点以下の温度を開始温度として昇温し、温度の上限は、前記コア材料の屈折率の変化する反応が開始される温度未満とする、請求項７に記載の光導波路の製造方法。 - 前記コア材料は、少なくとも分岐型ポリシランおよびポリシロキサンを含む高分子材料からなるフィルムであって、
前記第１クラッドの前記溝が形成された面および前記第２クラッドの前記第１クラッドと接合される面の少なくとも一方に、前記フィルムであるコア材料を設置し、
前記第１クラッドおよび前記第２クラッドで、前記設置されたフィルムであるコア材料を挟んで加圧し、かつ前記フィルムであるコア材料を加熱することで、前記コア材料の屈折率を変化させ、前記溝に前記コア材料を充填し、前記コア材料を介して、前記第１クラッドと前記第２クラッドを接合する、請求項７に記載の光導波路の製造方法。 - 前記コア材料は、少なくとも分岐型ポリシランおよびポリシロキサンを含む液状高分子材料であって、
前記第１クラッドの前記溝が形成された面および第２クラッドの前記第１クラッドと接合される面の少なくとも一方に、前記液状高分子であるコア材料を滴下し、
前記第１クラッドおよび前記第２クラッドで、前記滴下された液状高分子であるコア材料を挟んで加圧し、かつ前記液状高分子であるコア材料を加熱することで、前記コア材料の屈折率を変化させ、前記溝に前記コア材料を充填し、前記コア材料を介して、前記第１クラッドと前記第２クラッドを接合する、請求項７に記載の光導波路の製造方法。
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