JP2007133036A

JP2007133036A - 光合分波素子

Info

Publication number: JP2007133036A
Application number: JP2005324020A
Authority: JP
Inventors: Junji Hirohashi; 淳二廣橋; Takashi Shioda; 剛史塩田
Original assignee: Mitsui Chemicals Inc
Current assignee: Mitsui Chemicals Inc
Priority date: 2005-11-08
Filing date: 2005-11-08
Publication date: 2007-05-31

Abstract

【課題】安価なプロセスにより作製可能で、かつより設計が容易な光合分波素子を提供することにある。
【解決手段】平板の光導波路の上面から見た外形が多角形で構成され、第一辺が反射面あるいは光入出射部１３であり、該第一辺に対して斜めでかつ直線状である第二辺を有し、少なくとも２つ以上の該光入出射部１２は該第二辺に近接して設けられているか、または光導波路内部に設けられていることにより、部品の容易な位置合わせを実現できることを特徴とする光合分波素子である。
【選択図】図１

Description

本発明は光の合波または分波機能を有する光導波路に関する。

近年の光伝送技術の発展に伴い、光を合波または分波する素子(光合分波素子)が必要とされる。たとえば、通信分野においては石英系プレーナ光回路技術を用いたアレイ導波路型回折格子(AWG))による光合分波機能が実現されている。

このような光部品、あるいは光ファイバの基材としては、光伝搬損失が小さく、伝送帯域が広いという特徴を有する石英ガラスや多成分ガラス等の無機系の材料が広く使用されているが、最近では高分子系の材料も開発され、無機系材料に比べて加工性や価格の点で優れていることから、光導波路用材料として注目されている。例えば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、あるいは、ポリスチレンのような透明性に優れた高分子をコアとし、そのコア材料よりも屈折率の低い高分子をクラッド材料としたコア-クラッド構造からなる平板型光導波路が作製されている（特許文献１）。これに対して耐熱性の高い透明性高分子であるポリイミドを用い低損失の平板型光導波路が実現されている（特許文献２）。近年のコスト低減の要求から、安価なポリマー導波路を用いた光合分波機能を有する素子が必要とされている。これまで、たとえば特許文献３のように矩形状の段差構造が提案されているが、成型するために特別な型を用意しなければならず、コストの面で問題となる。また光路変換するための反射手段を位置精度よく設けることは困難であった。

以上のことから、今後、更なるコスト低減の要求を加味すると、より安価なプロセスにより作製可能でかつより設計自由度の高く位置あわせが容易な光合分波素子の構造およびその作製方法が必要とされる。
特開平３-１８８４０２号公報特開平２-１１０５００号公報特開２００２−０４０２８１号公報

本発明の目的は、上記要求をより安価なプロセスにより作製可能で、かつより設計が容易な光合分波素子を提供することにある。

本発明者らは、鋭意検討した結果、光導波路の外形を簡便にすることにより、前期課題である安価なプロセスを実現した簡単な構成の光合分波素子を完成させた。
すなわち本発明は、平板状の光合分波素子であり、少なくとも３つ以上の光入出射部を有し、少なくとも２つ以上の各光入出射部は素子面に設けられた穴に位置し、穴の中に光路変換のための傾斜した反射面を備えたことを特徴とする光合分波素子である。

ここで穴が平板に対して傾斜して形成されており、傾斜した穴の壁面が反射面となるか、または穴が平板に対して垂直に形成されており、穴の中に傾斜した反射面が備えられたことが好ましい。

また以上の本発明において、平板の第一辺が反射面あるいは光入出射部であり、該第一辺に対して斜めでかつ直線状である第二辺を有し、少なくとも２つ以上の該光入出射部は該第二辺に近接して設けられている事が好ましい。
光入出射部は、光入射部として用いてもよいし、光出射部として用いてもよい。

本発明によると、光合分波素子の光入出射部は平板の面に穴として形成されているので、加工が容易でかつ位置の自由度があり、したがって光回路の設計が容易となる。

また穴を第二辺に近接して配置する場合、直線切断装置(たとえばダイシングソー)により実現できる。これにより、従来用途に応じて必要となっていた特別な成型用の型を必要とせず、安価なプロセスが実現できる。

さらに、すくなくとも２つの光入出射部を光導波路内部に形成することにより、光源、および受光素子と光導波路とを結合する際の位置あわせ、または、光入出射用のミラーを挿入する場合の位置合わせを容易に実現できる。

以下、本発明を詳細に説明する。ここでは、ポリイミド光導波路を例に挙げて説明するが、光導波路の材料としてポリイミド以外の光学用材料の樹脂に適用することももちろん可能である。また本発明の光導波路が形成された基板の表面や内部に電気回路や他の光回路が形成されていてもよい。

まず、光透過率の高い材料例えばポリイミドからなる平板をコアとし、その両面をコア材より屈折率の低いクラッド材（たとえばコアに用いたものより屈折率の低いポリイミド）でサンドイッチした光導波路板に、エキシマレーザあるいは炭酸ガスレーザなどの高出力レーザを光入出射部となる箇所に照射して、穴開けを行う。穴は裏面を貫通してもよいし、貫通しなくてもよい。その穴に傾斜した反射面を設けることにより光導波路を導波した光を上方向に向けることができる。図２は長方形の光導波路板１１に光入出射部１２を形成した様子を示す。光導波路基板の一端面１３を光出入射部とし、別の光入出射部１２となる穴を光出入射部である一端面１３に対して斜めに並べたものである。この位置にあわせて光を受光あるいは出射する光電素子（図示せず）を設ければよい。光導波路板からの光の漏洩を小さくするためには、光入出射部１２を一端面１３に投影したとき密に投影されるように配置すればよい。

また図１は台形状の光導波路板１１を準備し、複数の光入出射部１２となる穴を一端面１３に対して傾斜している台形の斜めの第二辺に沿って近接して設けたものである。このように外形を台形とすることで、その形状に加工するのが容易となる。例えば台形は四角形をダイシングソーなどで直線状に切断するだけで得ることができる。光導波路板からの光の漏洩を小さくするためには、光入出射部１２を該一端面１３に投影したとき密に投影されるように配置すればよい。ここで穴のすべてが図６(a)や図６(c)のように光導波路板の多角形の内側にある場合だけでなく、図６(b)のように外周辺が穴の一部を切断する形でもよい。また四角形の穴の場合図6(d)のように前記第二辺が穴の四角形の２つの辺を切断するように位置してもよい。

光入出射部１２として設ける穴の形成は、レーザ照射により行うことができる。そのさい光導波路板面に対して４５度または９０度の角度で穴あけを行う。図４(a)はコア２１と両面に設けられたクラッド２２を有する光導波路板面に対して９０度で穴をあけたもので、穴の中に反射面の形成された三角柱状の微小ミラー１４を納めており、これにより光路１５の変換を行うことができる。
また図４(b)は４５度傾斜した穴を設け、穴の壁面を反射面としている。反射面には反射率を高くするための金属層を設けてもよい。
光導波路板の一端面を光入出射部として用いる場合は、板面に対して垂直に光路変換するために端部に図5(a)のように微小ミラー14を設けてもよいし、図５(b)のように斜めに切断した傾斜端面を反射面としてもよいし、また水平に光の入出力を行うように図５(c)のように垂直な端面としてしてもよい。またこの一端面を反射面として用いる場合は、端面を粗面化することにより拡散反射が可能となる。

図３(a)に示すように、上記形状の光合分波素子のひとつの光入出射部１２ａに光を入射すると、入射した光は光導波路のコア部を伝播し、反射面である一端面１３にあたり光のパス１５として光導波路１１の面内および厚み方向に拡散される。拡散された光は光導波路１１のコアクラッド界面および光導波路１１の側面を反射しながらあらゆる方向に伝播する。ここで一端面１３を粗面化しておけば拡散反射面となる。

また、図3（ｂ）に示すように一端面１３を光入出射部として用い、一端面１３から光を入射した場合は、入射した光が拡散されて光のパス１５は光導波路板１１のコア部を面内および厚み方向の任意の方向に伝播し、面に設けられたすべての光入出射部１２に伝播し、光入出射部１２を通して取り出すことができる。

これらの機能を組み合わせることにより、異なる光入出射部から異なる光信号を入射、取り出しを任意に行うことができ、自由度の高い光の合分波を行うことができる。光の合分波により、ひとつのデータを複数の場所で共有することが可能になり、また複数のデータを同時にあわせることにより、演算処理を行うことも可能になる。光を受光して電気変換して演算する複数のボードのそれぞれを、光入出射部にあわせて平行にたてて並べればよい。

上記説明では、コア層と上下をクラッド層で積層した光導波路について説明したが、クラッド層に空気を用いることにより、上下のクラッド層のないコア層のみで形成されたシート状の光導波路を用いてもよい。

引き続いて、実施例を用いて本発明を更に詳しく説明する。なお、分子構造の異なる種々の高分子の溶液を用いることにより数限りない本発明の高分子光導波路による光合分波素子が得られることは明らかである。したがって、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。

（実施例１）
５インチシリコンウェハ上に２，２-ビス（３，４-ジカルボキシフェニル）ヘキサフルオロプロパン二無水物（６ＦＤＡ）と２，２-ビス（トリフルオロメチル）-４, ４' -ジアミノビフェニル（ＴＦＤＢ）から形成されるポリイミドを上下のクラッド層として、６ＦＤＡと４, ４' -オキシジアニリン（ＯＤＡ）から形成されるポリイミドをコア層として、公知のフォトリソグラフィとドライエッチング技術によりフィルム状光導波路を形成する。ここで長さ方向が互いに平行な複数のコア層が形成されておりマルチアレイの光導波路となっている。その後、この光導波路が形成されたシリコンウエハを５ｗｔ％のフッ酸水溶液中に浸漬させ、シリコンウェハから光導波路を剥し、光導波路板であるフィルム状光導波路を作製した。フィルム状光導波路の厚みは８０μｍとした。

次に、図２に示すような長方形の光導波路板１１に光入出射部１２を形成するために、光導波路板１１の上面に対して垂直にエキシマレーザを照射し、四角い穴を形成した。すべての穴に微小ミラー１４を挿入し、そして熱硬化型エポキシ接着材でフィルム状光導波路と微小ミラー１４を接着した（図４(a)）。微小ミラー１４の形状は三角柱を横にしたものであり、これにより光導波路のコアの光軸に対して４５度傾斜したミラー面となる。微小ミラー１４はポリカーボネート製で表面に金／クロムの積層構造の蒸着膜を０．１ミクロン形成されている。

次に、直線切断装置であるダイシングソーにより、光入出射部１２を切断しないように、光合分波素子の上面から見た外形形状において内角が１８０度以下になるような多角形に切断し、図１に示す光合分波素子を作製した。
光入出射部１２のひとつに光導波路面に垂直方向から光源である面発光レーザーを微小ミラー１４に照射したところ、他の光入出射部１２および光入出射部となる一端面１３から光出力が観測できた。また、一端面１３から光を入射したところ、すべての光入出射部１２から光出力を観測できた。なお、この際の光源と受光素子の実装は、四角形状の光入出射部１２の輪郭となる４辺のうち３辺が光導波路部１１に囲まれており、容易に位置合わせができた。

（実施例２）
光導波路板は実施例１と同様に作成した図１のタイプの光合分波素子であり、光入出射部１２の穴を台形の傾斜線に近接して４個設けたものを用いた。光入出射部１２の穴は傾斜して設け、穴の傾斜壁面を反射面とした。一端部１３に光ファイバーの出射端部を当てて光ファイバーからの光を光合分波素子に入射した。そうすると光入出射部１２の各穴から出射光が観察された。

（実施例３）
光導波路板は実施例１と同様に作成した図２のタイプの光合分波素子であり、光入出射部１２の穴を一端部１３に対して傾斜した線に沿って４個設けたものを用いた。光入出射部１２の穴は傾斜して設け、穴の傾斜壁面を反射面とした。一端部１３に光ファイバーの出射端部を当てて光ファイバーからの光を光合分波素子に入射した。そうすると光入出射部１２の各穴から出射光が観察された。

各実施例で示した光合分波素子の上面から見た外形形状は図1または図２に示すように４角形であるが、図７(a)〜図７(ｄ）に示すように、外形形状は内角１６が１８０度以下である３角形、４角形、５角形、６角形、または多角形であればどのような形状でもよく、光入出射部１２の位置も任意の位置を取ることが可能である。ただし、光出力の損失を低減するため、光入出射部１２の位置は、できるだけ、多角形フィルム光導波路１１の辺の一部と接触していることが望ましい。

本発明は、特に光集積回路、光インターコネクション用光学部品、光電気混載板等に応
用できる。

本発明の光合分波素子の外形の一例を示す図。本発明の光合分波素子の外形の一例を示す図。本発明の光合分波素子の動作原理を説明するための概略図。本発明の光合分波素子を光入出射部を側面から見た例を示す図。本発明の光合分波素子を光入出射端部を側面から見た例を示す図。本発明における光入出射部の位置の例を示す図。本発明の光合分波素子の平面形状の例を示す図。

符号の説明

１１：光導波路板、１２：光入出射部、１３：一端面、
１４：微小ミラー、１５：光のパス、１６：内角、
２１：コア、２２：クラッド

Claims

平板状の光合分波素子であり、少なくとも３つ以上の光入出射部を有し、少なくとも２つ以上の各光入出射部は素子面に設けられた穴に位置し、穴の中に光路変換のための傾斜した反射面を備えたことを特徴とする光合分波素子。
穴が平板に対して傾斜して形成されており、傾斜した穴の壁面が反射面となる請求項１に記載の光合分波素子。
穴が平板に対して垂直に形成されており、穴の中に傾斜した反射面が備えられた請求項１に記載の光合分波素子
平板の第一辺が反射面あるいは光入出射部であり、該第一辺に対して斜めでかつ直線状である第二辺を有し、少なくとも２つ以上の該光入出射部は該第二辺に近接して設けられている請求項１乃至請求項３に記載の光合分波素子。