JP2006010888A

JP2006010888A - 光導波路およびその製造方法

Info

Publication number: JP2006010888A
Application number: JP2004185771A
Authority: JP
Inventors: Masami Aoki; 正己青木; Takahiro Matsuse; 貴裕松瀬; Hideki Kitano; 秀樹北野
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2004-06-24
Filing date: 2004-06-24
Publication date: 2006-01-12
Anticipated expiration: 2024-06-24
Also published as: JP4282070B2

Abstract

【課題】従来に比し、より伝送損失を低減した高性能の光導波路、および、かかる光導波路を簡易な工程により製造することができる光導波路の製造方法を提供する。
【解決手段】コア層１とクラッド層２とを含み、信号光を入射−伝播−出射する光導波路１０である。コア層１とクラッド層２との間の少なくとも一部に、クラッド層２より屈折率が低い低屈折率層３を有する。コア層１およびクラッド層２のうちいずれか一方または双方の形成用材料として、熱または光により収縮可能なものを使用することができる。クラッド層２が上部クラッド層２ａと下部クラッド層２ｂとからなる場合には、上下クラッド層２ａ、２ｂのうち少なくとも一方にコア層１に対応する溝部４が設けられ、溝部３とコア層１とが非密着部分を有し、非密着部分により低屈折率層３が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は光導波路およびその製造方法に関し、詳しくは、簡易な工程により製造でき、伝送損失（伝搬損失）の小さい光導波路、およびその製造方法に関する。

近年の光通信技術の発展に伴い、光スイッチや光合分波器などの光通信用部品を構成する基本素子として、高性能の光導波路の開発が望まれている。光導波路は一般に、基板上に、直接または下部クラッド層を介して、コア層および上部クラッド層を順次形成してなる構造を基本構造とする。そのコア層の材料としては、従来より、光伝播損失が小さいなどの利点から、光ファイバと同様に主として石英ガラス等の無機材料が用いられているが、最近では、加工性やコスト性に優れる合成樹脂などの有機材料を用いたポリマー光導波路について、検討が進められてきている。

このような光導波路の製造方法としては、フォトリソグラフィーや反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等を用いてコア層をパターン形成する方法が一般的である（例えば、特許文献１、２等に記載）。即ち、図５に示すように、まず、（ａ）基板１０１上にクラッド層１０２およびコア層１０３を順次塗布形成した後、（ｂ）その上にマスク層１０４を形成し、（ｃ）フォトリソグラフィーにより所望のコア層形状にパターニングする。さらに、（ｄ）このマスク層１０４を用いてコア層１０３をＲＩＥ等により加工し、最後に（ｅ）マスク層１０４を除去することで、所望の形状のコア層１０３を得ることができる。

一方、光導波路においては、一般にコア層と上下クラッド層との屈折率差が大きいほど、伝送損失が小さく、高効率となる。しかし、コア層およびクラッド層に適用可能とされる石英ガラスや透明有機材料は、いずれも１．３〜１．６程度の範囲の屈折率を有するものであり、屈折率差の設定範囲は自ら制限されてしまうため、材料の選択により伝送損失の低減を図るには限界があった。

これに対し、例えば、特許文献３には、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実現するために、光が伝搬するコア部と、それ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、クラッド部を気体または液体からなるものとした光導波路が記載されている。また、特許文献４には、導波路を用いたデバイスとしてのレーザービーム形成装置における低損失化を目的とした技術として、ホルダに保持され、入射されたレーザービームを伝送する光学的に透明な断面矩形状の導波路形成部材と、その外周面に接する低屈折層とを備え、上記導波路形成部材と低屈折層との間の界面に対するレーザービーム入射角度よりも上記導波路形成部材及び低屈折層の臨海角の方が小さくなっており、上記レーザービームが上記界面で全反射されて上記導波路形成部材内を伝送されるレーザービーム形成装置が記載されている。
特開平６−３４７６５８号公報（段落［００１０］〜［００１２］等）特開平８−３０４６５０号公報（段落［０００９］等）特開２００３−２２７９５７号公報（特許請求の範囲等）特開平１０−２６０３２７号公報（特許請求の範囲等）

近年、ＦＴＴＨ（ＦｉｂｅｒＴｏＴｈｅＨｏｍｅ）などの普及に伴うインターネットの急速なブロードバンド化の流れにより、民生用の安価な光回路部品へのニーズが高まってきている。そのために、より伝送損失が小さく、即ち高効率であって、かつ生産性に優れた光導波路を実現することが望まれていた。

そこで本発明の目的は、従来に比し、より伝送損失を低減した高性能の光導波路、および、かかる光導波路を簡易な工程により製造することができる光導波路の製造方法を提供することにある。

本発明者は鋭意検討した結果、光導波路の構造を改良して、コア層とクラッド層との間に所定の低屈折率層を設けることで上記課題を解決できることを見出して、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明の光導波路の製造方法は、コア層とクラッド層とを含み、信号光を入射−伝播−出射する光導波路において、前記コア層とクラッド層との間の少なくとも一部に、該クラッド層より屈折率が低い低屈折率層を有することを特徴とするものである。本発明においては、前記コア層およびクラッド層のうちいずれか一方または双方の形成用材料が、熱または光により収縮可能であることが好ましい。

本発明の光導波路は、前記クラッド層が上部クラッド層と下部クラッド層とからなり、該上下クラッド層のうち少なくとも一方に前記コア層に対応する溝部が設けられ、該溝部と該コア層とが非密着部分を有し、該非密着部分により前記低屈折率層が形成されているものとすることができる。この場合、前記コア層形成用材料としては、前記溝部表面に対する接触角が９０〜１７０°の範囲内であるものを好適に用いることができ、かかる接触角を得るために、好適には、前記溝部表面の少なくとも一部にフッ素含有化合物を含むものとする。また、前記溝部の設けられたクラッド層をフッ素含有化合物からなるものとすることもできる。

また、本発明の光導波路の製造方法は、前記溝部表面の少なくとも一部にフッ素含有化合物を有する光導波路の製造方法において、前記溝部の設けられたクラッド層の成形後、該溝部表面の少なくとも一部にフッ素含有化合物を塗布することを特徴とするものである。

さらに、本発明の他の光導波路の製造方法は、前記溝部を、該溝部を設けるクラッド層の塗工後に、塗工された該クラッド層に対し凹凸パターンが形成されたモールドをプレスして、該凹凸パターンを該クラッド層表面に転写することにより形成するにあたり、前記モールドとして、少なくとも前記溝部に対応する部分にフッ素含有化合物を塗布したモールドを用いることを特徴とするものである。

さらにまた、本発明のさらに他の光導波路の製造方法は、前記溝部を、該溝部を設けるクラッド層の塗工後に、塗工された該クラッド層に対し凹凸パターンが形成されたモールドをプレスして、該凹凸パターンを該クラッド層表面に転写することにより形成するにあたり、前記クラッド層の塗工後、前記モールドのプレス前に、該クラッド層表面に、フッ素含有化合物を塗工することを特徴とするものである。

本発明によれば、コア層とクラッド層との間に設けた低屈折率層の効果により、コア層とクラッド層との境界面における屈折率差を大きく取ることができ、伝送損失のさらなる低減を図ることで、高効率の光導波路を得ることが可能となった。また、本発明の製造方法によれば、フォトリソグラフィを用いた従来方法と比較して簡易な工程で、かつ容易に、かかる光導波路を製造することができる。なお、上部クラッド層を設けない構造とすることでコア層の周囲に空気からなる低屈折率層を設けることもできるが、この場合、コア層が傷つきやすく、耐久信頼性の面で問題がある。

以下、本発明の具体的な実施の形態につき詳細に説明する。
図１（ａ）に、本発明の好適例の光導波路の拡大断面図を示す。図示するように、本発明の光導波路１０は、コア層１とクラッド層２とを含み、コア層１を介して信号光を入射−伝播−出射するものであり、コア層１とクラッド層２との間に、低屈折率層３が設けられている点に特徴を有する。低屈折率層３はクラッド層２より屈折率が低く形成されているため、これにより、コア層１とクラッド層２との境界面における屈折率差を大きく取ることができ、材料の改良のみでは達成できなかった大幅な伝送損失の低減効果を得ることが可能となった。

本発明に係る低屈折率層３は、クラッド層２よりも屈折率が低い材料からなるものであればよく、例えば、気体や液体のうち屈折率の比較的小さいもの、具体的には、空気（屈折率１．０００２９２）、酸素（屈折率１．０００２７２）、窒素（屈折率１．０００２９７）、二酸化炭素（屈折率１．０００４５０）、水（屈折率１．３３３）などを好ましく用いることができる。実用的な観点からは、空気が最も好適である。

また、低屈折率層３は、コア層１とクラッド層２との間の少なくとも一部に設ければよく、これにより本発明の効果を得ることができるが、より高効率とするためには、コア層１を固定するためにクラッド部２と密着させた部分、図示する断面略円形状のコア層１の場合には、その断面内における上下面に当たる１点または２点以外の、コア層１の全周にわたり低屈折率層３を設けることが好ましい。また、図１（ｂ）に示す光導波路１０Ａのように、コア層１Ａを断面略矩形状に形成する場合についても同様であり、コア層１Ａを固定するためにクラッド層２と少なくとも一部を密着させた底面部以外の、コア層１Ａの全周にわたり低屈折率層３を設けることが好適である。なお、光導波路のコア層は断面矩形状のものが一般的であるが、コア層の断面は真円に近いほど伝播する信号の形状の鈍りを低減することができるため、図１（ａ）に示す断面略円形状の光導波路１０は、コア層の断面形状の点でもより高効率である。

本発明の光導波路１０の具体的な構造については、上述の低屈折率層３を有するものであれば特に制限されるものではないが、例えば、図示するように、クラッド層２を上部クラッド層２ａと下部クラッド層２ｂとからなるものとし、そのうちの少なくとも一方、図示する例では下部クラッド層２ｂに、コア層１に対応する溝部４を設けたものとすることができる。この場合、溝部４とコア層１とが非密着部分を有することで、かかる非密着部分により低屈折率層３が形成されている。

図示するような構造を形成するための具体的手法としては、例えば、コア層１形成用材料の溝部４表面に対する接触角を高く、例えば、９０〜１７０°の範囲内程度とする手法が挙げられる。かかる高接触角を有するコア層１形成用材料を溝部４内に塗工すると、図示するように、コア層１形成用材料は、表面張力により断面略円形状に形成される。その状態で硬化を行うことにより、溝部４内において、その表面と一部のみで密着するコア層１を形成することができ、同時に非密着部分により低屈折率層３を形成することができる。

この場合、コア層１およびクラッド層２の各材料の組み合わせを適宜選択することにより上記接触角を調整することも可能であるが、本発明においては、溝部４の表面にフッ素含有化合物を含有させる手法を好適に用いることができる。フッ素含有化合物は、一般に、屈折率が低い上に撥水、撥油性が高いため、溝部４の表面の少なくとも一部、即ち、コア層１との間で非密着部分を設けて低屈折率層３を形成すべき範囲に、フッ素含有化合物を含有させておくことで、その部分に対するコア層１形成用材料の接触角を高めることができ、本発明に係る低屈折率層３の形成を容易に行うことが可能となる。得られる接触角は、コア層１形成用材料とフッ素含有化合物の組み合わせにより変わるが、例えば、１００〜１４０°程度である。かかるフッ素含有化合物としては、特に制限されるものではなく、汎用の材料から適宜選択して用いることができるが、例えば、フッ素化エポキシ樹脂、フッ素化アクリル樹脂、フッ素化アクリル酸エステル樹脂、フッ素化ポリイミド樹脂などのフッ素化された樹脂、ゴムや無機フッ素化合物、パーフルオロアルキル基含有アクリル酸エステル、メタクリル酸エステルの共重合体などのフッ素系界面活性剤などを挙げることができる。

溝部４の表面にフッ素含有化合物を含有させる方法としては、溝部４を設けたクラッド層２を成形した後、その溝部４表面にフッ素含有化合物をスピンコート法、スプレー法、ディップ法などにより塗布する方法を用いてもよく、また、溝部４を後述するインプリント法により形成する場合には、インプリント法に用いるモールドの、溝部４に対応する部分にフッ素含有化合物を塗布しておき、溝部４の形成と同時に、その表面にフッ素含有化合物を含有させる方法を用いてもよい。また、クラッド層全体をフッ素含有化合物からなるものとしてもよく、さらに、クラッド層の塗工後、引き続きクラッド層表面にフッ素含有化合物を塗工して、その後インプリント法による凹凸パターンの転写を行う手法を用いてもよい。

コア層１およびクラッド層２の材料としては、特に制限されるものではなく、慣用の各種無機材料および有機材料のうちから適宜選択して用いることができるが、本発明においては特に、コア層１およびクラッド層２のうちいずれか一方または双方の形成用材料として、熱または光により収縮可能である材料を用いることが好ましい。このような材料としては、例えば、３〜１３％程度の熱収縮率を有する紫外線（ＵＶ）硬化型エポキシ樹脂やＵＶ硬化型アクリル樹脂、ＵＶ硬化収縮率３５％程度のポリシラン（熱でも収縮）などを挙げることができる。コア層ないしクラッド層の形成用材料として硬化の際に収縮する材料を用いることで、硬化後にコア層−クラッド層間に空隙を生じさせることができるため、これによっても低屈折率層を形成することが可能となる。具体的には例えば、コア層形成用材料として硬化の際に収縮する材料を用いて、図２（ａ）に示すように、下部クラッド層１２ｂに形成された底部が断面略半円形状の溝部１４内に、コア層１１を塗工し、硬化させる。硬化によりコア層１１は収縮するので、その後、コア層１１状に上部クラッド層１２ａを形成することで、図２（ｂ）に示すように、最終的に得られる光導波路２０において、コア層１１−クラッド層１２間に低屈折率層１３を形成することができる。図１（ｂ）に示す断面略矩形状のコア層１Ａを有する光導波路１０Ａについても、同様に製造することができる。

本発明の光導波路は、上記低屈折率層３を形成することができるものであれば、その製造方法については特に制限されるものではないが、特に、クラッド層における溝部の形成に際しては、インプリント法（ホットエンボス法またはナノインプリント法とも称する）を好適に用いることができる。インプリント法を用いて溝部の形成を行うことにより、従来のリソグラフィー法に必要な現像作業が不要となり、簡易な工程で効率良く製造を行うことが可能となる。また、ビーム系が不要であるため装置コストが抑制でき、化学増幅系などの高価なレジスト材料が不要となる点でもコストの低減に寄与することができる。また、インプリント法では、パターンの形状をそのまま転写することができるため、設計通りの３次元形状を容易に得ることができるとともに、従来のリソグラフィー法では対応できなかった曲面などの多様な断面形状にも、光導波路を形成することが可能となるという利点もある。さらに、インプリント法では、熱収縮や光硬化収縮により寸法変化が生ずるため、低屈折率層３の形成を行うに際しても有利である。

図３に、かかるインプリント法を用いた本発明の光導波路の製造工程の一例を示す。図示する例では、（ａ）基板５上に下部クラッド層２ｂを塗工した後、（ｂ）かかる下部クラッド層２ｂに対し凹凸パターンが形成されたモールド６をプレスして、その凹凸パターンをクラッド層表面に転写することにより、溝部４を形成する（インプリント工程）。その後、（ｃ）溝部４内にコア層１を塗工して、さらに、（ｄ）上部クラッド層２ａを積層することにより、光導波路１０を製造することができる。

上記インプリント工程においては、下部クラッド層２ｂの材料として、熱可塑性材料または熱硬化性材料を用いる熱インプリント法、または、光硬化材料を用いる光インプリント法のいずれかを、好適に採用することができる。このうち、熱可塑性材料を用いる場合には、そのガラス転移点以上の温度でモールド６のプレスを行った後、モールド６からの離型前に下部クラッド層２ｂの冷却硬化を行うことにより、形状精度良く溝部４のパターンを形成した下部クラッド層２ｂを形成することができる。また、熱硬化性材料を用いた場合には、プレス後、モールド６からの離型前に下部クラッド層２ｂの熱硬化を行い、光硬化材料を用いた場合には、同様にプレス後、モールド６からの離型前に、下部クラッド層２ｂの光硬化を行えばよい。いずれの場合においても、モールド６からの離型前に下部クラッド層２ｂを硬化させることができるため、所望の形状の溝部４のパターンを、歪みを生ずることなく形成することができる。

熱インプリント法に用いることのできる下部クラッド層２ｂの材料としては、透明性に優れた熱可塑性材料および熱硬化性材料であればよく、特に制限されるものではない。例えば、熱可塑性材料としては、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）などが挙げられる。これらの材料は、単独もしくはブレンドして用いてもよく、ブレンドの場合には、ブレンドされる各々の材料の３次元網目構造が相互貫通している構造（ＩＰＮ（Ｉｎｔｅｒｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇｎｅｔｗｏｒｋｓ）構造）をとってもよい。上記材料の成分をブロックとして、共重合体としてもよい。また、上記材料に適量の溶剤を添加して、転写性を改良することも可能である。

また、熱硬化性材料としては、シリコン系材料、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアリレート樹脂、フッ素系樹脂、これら樹脂の重水素化物などが挙げられる。これらの材料は、単品もしくはブレンドして用いてもよく、ブレンドの場合には、ブレンドされる各々の材料の３次元網目構造が相互貫通している構造（ＩＰＮ構造）をとってもよい。上記材料の成分をブロックとして、共重合体としてもよい。

次に、光インプリント法は、一般的に材料の硬化速度が速いので、熱インプリント法と比較して、プロセス時間を短くできる利点がある。かかる光インプリント法に用いることのできる光硬化材料は、（ａ）重クロム酸塩系感光性樹脂、（ｂ）光分解型感光性樹脂、（ｃ）光二量化型感光性樹脂、（ｄ）光重合型感光性樹脂に分類される。

（ａ）重クロム酸塩系感光性樹脂としては、ゼラチン、グルー、卵白、アラビアゴム、セラミックなどの天然高分子、あるいは、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、ポリアクリルアミドのような合成高分子に、重クロム酸アンモニウムあるいは重クロム酸カリウムを加えたものを挙げることができる。また、（ｂ）光分解型感光性樹脂としては、芳香族ジアゾニウム塩系樹脂、ｏ−キノンジアジド類樹脂、アジド化合物含有樹脂があり、（ｃ）光二量化型感光性樹脂としては、桂皮酸エステル系樹脂が挙げられる。これらはいずれも、光インプリント法における下部クラッド層材料として用いることができる。

さらに、（ｄ）光重合型感光性樹脂としては、不飽和二重結合のラジカル重合反応を利用した光ラジカル重合系組成物、二重結合へのチオール基の付加反応を利用した光付加反応系組成物、および、エポキシ基の開環付加反応（カチオン重合）を利用した光カチオン重合系組成物等が挙げられる。このうち光ラジカル重合系組成物としては、（メタ）アクリロイル基、マレイン酸、フマル酸基を官能基として導入した不飽和ポリエステル、不飽和ポリウレタン、不飽和エポキシ樹脂、オリゴエステル（メタ）アクリレート、ポリエーテル（メタ）アクリレートなどが挙げられる。また、二重結合へのチオール基の付加反応を利用した光付加反応系組成物としては、ポリウレタンプレポリマーの末端イソシアネート基にアリルアルコールを反応結合させたポリエンにペンタエリスリトールテトラキス（β−メルカプトプロピオネート）のようなチオール基を持つ化合物が挙げられ、光カチオン重合系組成物としては、光の照射により、ＢＦ₃、ＳｎＣｌ₄、ＰＦ₅などのルイス酸を放出する化合物を光カチオン重合開始剤として用いて、エポキシ基などを光開環重合させるものが挙げられる。上記の光重合型感光性樹脂は、いずれも光インプリント法に使用可能である。

なお、図２に示すような底部が断面略半円形状の溝部１４を有する下部クラッド層１２ｂを形成する場合には、インプリント工程において使用するモールドとして、図４に示すような、凹凸パターンの凸側が、角部を有しない断面略半円形状であるモールド１６を用いることができる。図示するモールド１６を用いることで、下部クラッド１２ｂに転写される凹凸パターンの底部を断面略半円形状に形成することができ、図中の（ｃ）に示すように、コア層１１を断面略円形状に形成することが容易となる。

なお、インプリント法では、前述したように熱収縮や光硬化収縮により寸法変化が生ずるため、使用する材料に応じて変化量をあらかじめ予測して、光導波路を設計する必要がある。また、解像度がモールドで定まってしまう点、モールド内に樹脂の残膜が発生する場合がある点にも注意を要する。

図３（ａ）、（ｄ）に示す下部クラッド層２ｂおよび上部クラッド層２ａの形成は、使用する材料に応じて慣用の塗工方法により行えばよく、特に制限されるものではない。例えば、スピンコート法、コンマ法、グラビア法等を用いることができる。また、別途作製したフィルム状のクラッド層を積層してもよい。また、図３（ｃ）に示す溝部４内へのコア層１の塗工は、特に制限されるものではなく、例えば、スピンコート法、スクリーン印刷、オフセット印刷、グラビア印刷、インクジェット、ディスペンサー塗布等の慣用の印刷方法により印刷する手法を用いることができる。特に、断面略円形状のコア層を得るためには、インクジェットまたはディスペンサー塗布、中でも、ディスペンサー塗布の手法を用いることがより好ましい。図３（ｄ）に示す上部クラッド層２ａの塗工後には、熱ないし光（ＵＶ、電子線（ＥＢ）等）を適宜付与して、未硬化の部分を硬化させることにより、光導波路を得ることができる。なお、図３（ｃ）に示すコア層１の塗工後にも、コア層をある程度硬化させて形状を保持するために、熱ないし光を付与することが可能である。特に、断面略円形状のコア層とする場合には、塗工後に熱ないし光硬化を行うことが好ましい。

本発明に係るコア層１の材料としては、特に制限されるものではなく、光硬化材料、熱硬化性材料、熱可塑性材料等の各種モノマー（溶液も含む）、オリゴマー（溶液も含む）、ポリマー溶液のうちから、透明性や耐熱性等のコア層としての要求特性等の観点から、適宜選択して用いることができる。但し、上下クラッド層よりも高屈折率にて形成することが必要となるので、クラッド層の材料との関連で選択することを要する。

このうちモノマーとしては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸およびこれらの低級アルコールエステル、下記一般式（１）、

（式中、Ｒ¹は水素原子またはメチル基を表し、Ｒ²は炭素数８〜２０のアルキル基を表す）で表される化合物、ジ（メタ）アクリルエステル、トリ（メタ）アクリルエステル、さらには、スチレン、ジビニルベンゼン等のスチレン系モノマーなどを挙げることができる。

アクリル酸およびメタクリル酸の低級アルコールエステルの低級アルコールとしては、炭素数１〜５、好ましくは１〜３の１価アルコール、より好ましくはメタノールが挙げられる。

また、前記一般式（１）で表される化合物において、炭素数８〜２０の高級アルキル基を示すＲ²の好ましい炭素数は１０〜１６、より好ましくは１２〜１４である。この高級アルキル基Ｒ²は、単独アルキル基であっても混合アルキル基であってもよいが、最も好ましくは炭素数１２と１３との混合アルキル基である。この場合、炭素数１２のアルキル基のものと炭素数１３のアルキル基のものとの割合、即ち、ドデシル（メタ）アクリレートとトリデシル（メタ）アクリレートとの割合は、重量比として通常２０：８０〜８０：２０であり、特に４０：６０〜６０：４０であることが好ましい。

ジ（メタ）アクリルエステルとしては、エチレングリコールと（メタ）アクリル酸とのジエステル、ポリエチレングリコールと（メタ）アクリル酸とのジエステル、アルキル鎖の炭素数が３〜６のジオールと（メタ）アクリル酸とのジエステルが挙げられる。また、トリ（メタ）アクリルエステルとしては、アルキル鎖の炭素数が３〜６のトリオールと（メタ）アクリル酸とのトリエステルが挙げられる。なお、ポリエチレングリコールと（メタ）アクリル酸とのジエステルを構成するポリエチレングリコールとしては、下記一般式（２）、

において、ｎが１〜１５、特に１〜１０のものが好ましい。

上記モノマーを重合あるいは共重合させて層を形成するための方法としては、熱や光による硬化方法が一般的であるが、特に制限されるものではない。一般的には、熱硬化の場合には、ｔ−ブチルヒドロパーオキサイド、ジーｔ−ブチルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、ジミリスチルパーオキシジカーボネート、ｔ−ブチルパーオキシアセテート、ｔ−ブチルパーオキシ（２−エチルヘキサノエート）、クミルパーオキシオクトエートなどの有機過酸化物、アゾビスイソブチロニトリル、アゾビスシクロヘキサンニトリルなどのアゾ化合物等の重合開始剤を添加し、５０〜１２０℃で１〜２０時間重合させる方法を採用することができる。また、光硬化の場合の重合開始剤としては、ベンジルメチルケタール、アセトフェノンジエチルケタールなどのケタール系化合物、α−ヒドロキシケトン、ミヒラーズケトン、α−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトンなどのケトン系化合物、ベンゾフェノンなどのベンゾフェノン系化合物、メタロセンなどのメタロセン系化合物、ベンゾインイソプロピルエーテルなどのベンゾイン化合物などが好適に用いられる。

なお、上記モノマーとともに、リン酸エステル、芳香族カルボン酸エステル、脂肪族カルボン酸、脂肪族カルボン酸エステル、グリコール類及びグリコール（メタ）アクリレート類の１種または２種以上をブレンドして用いることが、高温高湿下に長期間放置した場合の白濁を防止する点から好ましい。

また、ポリマーとしては、例えば、（メタ）アクリル系樹脂（（メタ）アクリル酸のエステル）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等のポリエステル系樹脂（結晶、非結晶）、ポリシラン、ポリエーテルスルホン、ポリノルボルネン、エポキシ系樹脂、例えば、ビスフェノールＡ型、ノボラック型のエポキシ樹脂とポリアミノアミド、変性ポリアミノアミド、変性芳香族ポリアミン、変性脂肪族ポリアミン、変性脂環族ポリアミン，フェノールなどの活性水素を持つ硬化剤との混合硬化物、ポリアリール、ポリイミド（ＰＩ）、ポリカルボジイミド、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリエステルイミド、ポリアミド（ＰＡ）、ポリスチレン（ＰＳ）、アクリロニトリル−スチレン共重合体（ＡＳ）、メチルメタクリレート−スチレン共重合体（ＭＳ、ＭＭＡ−Ｓｔ）、スチレン−ブタジエンブロック共重合体（ＳＢＳ）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体（ＡＢＳ）等のスチレン系樹脂（中でも、ＳＢＳ、ＡＢＳは耐衝撃性に優れる利点を備える）、ポリフェニレンエーテル等のポリアリーレンエーテル、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリアセタール、ポリフェニレンスルフィド、ポリスルホン、ポリエーテルエーテルケトンやポリエーテルケトンケトン等のポリエーテルケトン類、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、スチレン−エチレン−ブタジエン−スチレンブロックポリマー（ＳＥＢＳ）、フッ化ビニリデン系樹脂、ヘキサフルオロプロピレン系樹脂、ヘキサフルオロアセトン系樹脂等のフッ素系樹脂などを挙げることができ、中でも、（メタ）アクリル系樹脂が好ましい。

透明樹脂としては、他に、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、シクロオレフィンポリマー（商品名：アートン（ＪＳＲ（株））、ゼオネックス（日本ゼオン（株）等）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）樹脂、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）、フェノール樹脂、ポリサルフォン（ＰＳＦ）樹脂等が挙げられる。上記のうち、モノマーあるいは低分子材料から出発できるものとしては、スチレン系樹脂、特にはＭＳ樹脂、（メタ）アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂がある。

さらに、アクリル酸、メタクリル酸およびこれらの低級アルコールエステルとスチレン系モノマーとの共重合体の他、前述したモノマー類の一部または全ての水素原子をフッ素原子または重水素に置き換えたモノマーを用いた透明樹脂などを用いることもできる。

また、上部クラッド層２ａについては、先に挙げた下部クラッド層２ｂと同様の材料を用いればよく、伝送損失の低減の観点からは、同一の材料を用いて形成することが好ましい。

なお、図３、４に示す製造工程において使用する基板５としては、従来より知られているものから適宜選択して用いることができ、特に制限されるものではない。例えば、シリコン基板や石英基板、金属箔、ガラス板などの他、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの高分子フィルム等を用いることができる。但し、前述のインプリント工程において光インプリント法を用いる場合には、基板５側から、または、モールド側から光を照射して硬化を行う必要があるため、基板５またはモールドとして透明なものを用いることが必要となる。さらに、上記各層の塗工溶液の調製に用いる溶剤としては、特に制限されるものではなく、例えば、アセトン、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、酢酸エチル、酢酸セロソルブ、ジオキサン、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、ベンゼン、シクロヘキサノン等の慣用の有機溶剤から適宜選択して用いることができる。

以下、本発明を、実施例を用いて具体的に説明する。
２インチ径のＳｉ基板上に、バーコーターを用いて、アクリル系樹脂（ＪＳＲ製）を１００μｍ厚さに塗布し、引き続き、１００℃で３分間加熱した。次に、その表面に、フッ素化エポキシ樹脂を、スピンコート法を用いて１μｍの厚さに塗布した。

次に、凹凸パターンの凸側が断面半円形状（直径５０μｍ）を有する石英製モールドを準備し、熱インプリント法により、１８０℃のプレス温度にて、表面に４本の平行な溝を有する下部クラッド層を成形した後、高熱水銀灯（３６５ｎｍ）の光源を用いて、照度２０ｍＷ／ｃｍ²、光量１．０Ｊ／ｃｍ²にて露光した。それぞれの溝部は底部が半円形であり、幅６０μｍ、高さ６０μｍの形状を有していた。

次に、上記下部クラッド層に用いたアクリル樹脂に対し高屈折率モノマーとしてエポキシアクリレートを添加することで、下部クラッド層のアクリル系樹脂よりも屈折率を３％高くしたアクリル系樹脂組成物を、スクリーン印刷法にて下部クラッド層の溝部に印刷した後、１５０℃の温度にて６０分間加熱した。その後、レーザー顕微鏡にてコア層を観察したところ、コア層断面は略円形で直径が約５０μｍであり、コア層はクラッド層の溝部表面に対しほぼ非接着で、周囲に空気の層が形成されていた。ここで、このアクリル系組成物の上記フッ素化エポキシ樹脂に対する接触角を測定したところ、１１８°であった。

次に、上部クラッド層として、上記下部クラッド層と同じアクリル系樹脂を離型フィルム上にバーコーター法にて塗布してなる３０μｍの膜を、上記のコア層および下部クラッド層上に転写、積層して、１５０℃で６０分間加熱を行った。得られた光導波路（導波路長３０ｍｍ）に波長０．８３μｍの光を通して、損失を測定したところ、０．２ｄＢ／ｃｍと低く、良好な特性を示した。

一方、フッ素化エポキシ樹脂の塗布を行わなかった以外は実施例と同様にして、同じ組成のコア層およびクラッド層材料を用い、同じ熱インプリント法にて作製した光導波路（導波路長３０ｍｍ）の損失を測定したところ、０．４５ｄＢ／ｃｍと高い値を示した。この光導波路のコア層はクラッド層と接着しており、空気の層を有しなかった。

（ａ）、（ｂ）は、本発明の光導波路の一好適例を示す拡大断面図である。（ａ）、（ｂ）は、本発明の光導波路の他の好適例に係る説明図である。（ａ）〜（ｄ）は、本発明の光導波路の製造方法の一好適例を示す製造工程図である。（ａ）〜（ｄ）は、本発明の光導波路の製造方法の他の好適例を示す製造工程図である。（ａ）〜（ｅ）は、従来の光導波路の製造方法の一例を示す製造工程図である。

符号の説明

１、１Ａ、１１コア層
２、１２クラッド層
２ａ、１２ａ上部クラッド層
２ｂ、１２ｂ下部クラッド層
３、１３低屈折率層
４、１４溝部
５基板
６、１６モールド
１０、１０Ａ、２０光導波路

Claims

コア層とクラッド層とを含み、信号光を入射−伝播−出射する光導波路において、前記コア層とクラッド層との間の少なくとも一部に、該クラッド層より屈折率が低い低屈折率層が設けられていることを特徴とする光導波路。
前記コア層およびクラッド層のうちいずれか一方または双方の形成用材料が、熱または光により収縮可能である請求項１記載の光導波路。
前記クラッド層が上部クラッド層と下部クラッド層とからなり、該上下クラッド層のうち少なくとも一方に前記コア層に対応する溝部が設けられ、該溝部と該コア層とが非密着部分を有し、該非密着部分により前記低屈折率層が形成されている請求項１または２記載の光導波路。
前記コア層形成用材料の前記溝部表面に対する接触角が９０〜１７０°の範囲内である請求項３記載の光導波路。
前記溝部表面の少なくとも一部にフッ素含有化合物を含む請求項４記載の光導波路。
前記溝部の設けられたクラッド層がフッ素含有化合物からなる請求項５記載の光導波路。
請求項５記載の光導波路の製造方法において、前記溝部の設けられたクラッド層の成形後、該溝部表面の少なくとも一部にフッ素含有化合物を塗布することを特徴とする光導波路の製造方法。
請求項５記載の光導波路の製造方法において、前記溝部を、該溝部を設けるクラッド層の塗工後に、塗工された該クラッド層に対し凹凸パターンが形成されたモールドをプレスして、該凹凸パターンを該クラッド層表面に転写することにより形成するにあたり、前記モールドとして、少なくとも前記溝部に対応する部分にフッ素含有化合物を塗布したモールドを用いることを特徴とする光導波路の製造方法。
請求項５記載の光導波路の製造方法において、前記溝部を、該溝部を設けるクラッド層の塗工後に、塗工された該クラッド層に対し凹凸パターンが形成されたモールドをプレスして、該凹凸パターンを該クラッド層表面に転写することにより形成するにあたり、前記クラッド層の塗工後、前記モールドのプレス前に、該クラッド層表面に、フッ素含有化合物を塗工することを特徴とする光導波路の製造方法。