JP2008241779A - 高分子光導波路とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単且つ安価に長尺物を製造することが可能な高分子光導波路の提供。
【解決手段】中央部にコア材料供給路が設けられ、該コア材料供給路を囲み且つ両側部に線材挿通スペースを有するクラッド材料供給路とが設けられたダイスを用い、前記コア材料供給路とクラッド材料供給路にそれぞれ樹脂材料を供給しつつ、前記線材挿通スペースにそれぞれ線材を通してダイス出口側に向けて移動させ、ダイスから引き出された材料に光照射および／または加熱を行って樹脂硬化させ、中央部に設けられた透明高分子材料からなる１個以上のコア部と、その周囲に設けられコア部よりも屈折率の低い透明高分子材料からなるクラッド部とからなる導波路層と、その両端部に設けられ、前記導波路層を支持する線材とを有する高分子光導波路を連続的に製造する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光通信、光情報処理などで用いられる高分子光導波路とその製造方法に関する。

近年、光インターコネクション用途として、高分子型の導波路構造が多く検討されている。高分子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等を用いてコア部を形成する方法が一般的である（特許文献１〜２参照。）。
しかし、これら従来の方法では、複雑な工程のため、製造コストの面で難点を有するものであった。

一方、近年、高分子光導波路の新しい製造方法として、ナノインプリント方法（特許文献３〜４参照。）など製造コストに優れた方法が提案されている。ナノインプリント方法としては、ナノメールオーダーで樹脂をモールドと基板とで挟み込み、モールドに形成されたパターンを樹脂に転写する技術である。その具体的な手法は、次の通りである。

（１）表面に所望のコアパターンを有するモールドを作製する工程（モールド作製工程）、
（２）基板上に高分子材料（下クラッド材料）を塗布形成する工程（下クラッド形成工程）、
（３）モールドを下クラッド材料にプレスし、熱硬化または光硬化させ、コアパターンを転写させる工程（コアパターン形成工程）、
（４）コア材料をコアパターンに注入し硬化させる工程（コア形成工程）、
（５）上クラッド剤を塗布、硬化させる工程（上クラッド形成工程）。
特開平６−３４７６５８号公報 特開平８−３０４６５０号公報 特開２００６−１１２１１号公報 特開２００６−１１２７４号公報

ナノインプリント工法では、従来のフォトリソグラフィーや反応性イオンエッチング等を用いる工法に比べると、大幅な製造コストの削減が見込める。しかし、前述したように、ナノインプリント工法でも作製工程が複数回に分かれており、製造工程の複雑さとそれに伴って製造コストが上昇するという問題は残っている。
また、従来の工法では、導波路を形成させる基板の大きさによって、導波路長が規制されており、長尺の導波路を形成させるのは困難である。

本発明は、前記事情に鑑みてなされ、簡単且つ安価に長尺物を製造することが可能な高分子光導波路とその製造方法の提供を目的とする。

前記目的を達成するため、本発明は、中央部に設けられた透明高分子材料からなる１個以上のコア部と、その周囲に設けられコア部よりも屈折率の低い透明高分子材料からなるクラッド部とからなる導波路層と、その両端部に設けられ、前記導波路層を支持する線材とを有することを特徴とする高分子光導波路を提供する。

本発明の高分子光導波路において、透明高分子材料からなるコア材料およびクラッド材料が紫外線硬化型樹脂であることが好ましい。

また本発明は、中央部にコア材料供給路が設けられ、該コア材料供給路を囲み且つ両側部に線材挿通スペースを有するクラッド材料供給路とが設けられたダイスを用い、前記コア材料供給路とクラッド材料供給路にそれぞれ樹脂材料を供給しつつ、前記線材挿通スペースにそれぞれ線材を通してダイス出口側に向けて移動させ、ダイスから引き出された材料に光照射および／または加熱を行って樹脂硬化させ、前述した本発明に係る高分子光導波路を連続的に製造することを特徴とする高分子光導波路の製造方法を提供する。

本発明の高分子光導波路の製造方法において、前記クラッド材料の粘度が製造時の樹脂保温温度において５００〜１００００ｃｐｓであり、さらに、コア材料の粘度が製造時の樹脂保温温度において５０００ｃｐｓ以下であることが好ましい。

本発明の高分子光導波路は、中央部に設けられた透明高分子材料からなる１個以上のコア部と、その周囲に設けられコア部よりも屈折率の低い透明高分子材料からなるクラッド部とからなる導波路層と、その両端部に設けられ、前記導波路層を支持する線材とを有する構成としたので、ダイスにコア部とクラッド部のそれぞれの樹脂材料を供給しつつ、線材をダイス内に通して引き出し、樹脂を硬化させることで製造でき、製造工程を簡略化、連続化できるため、従来の製造方法よりも製造コストをさらに低減することが可能である。
また、長尺線材を使用して連続して生産できるため、長尺の高分子光導波路を作ることが可能である。

一般的な光ファイバテープ心線の製造方法としては、特開２００６−１７８００３号公報に開示されているような連続的な樹脂押出し工程が知られており、高分子光導波路についても同じ製造方法が使用できれば、製造工程の簡易化、長尺導波路の形成が可能である。そこで本発明では、単純な製造工程で、長尺の導波路を形成できる高分子光導波路構造、製造方法を提案する。

（高分子光導波路の構造）
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の高分子光導波路の一実施形態を示す断面図である。図１中、符号１は高分子光導波路、２はコア部、３はクラッド部、４は支持用ダミー線材、５は導波路層、Ａは導波路層５の厚さ、Ｂは中央部幅である。

本実施形態の高分子光導波路１は、中央部に設けられた透明高分子材料からなる１個以上のコア部２（図１の例示では５個）と、その周囲に設けられコア部２よりも屈折率の低い透明高分子材料からなるクラッド部３とからなる導波路層５と、その両端部に設けられ、前記導波路層５を支持する支持用ダミー線材４とを有する構成になっている。この高分子光導波路１は、クラッド部３がコア部２を囲むとともに、支持用ダミー線材４を囲んで形成され、それによって両側の支持用ダミー線材４と中央部の導波路層５とが一体化されている。

コア部２とクラッド部３とを構成している透明高分子材料としては、従来から高分子光導波路材料として適用されている樹脂を使用することができ、例えば、光透過性の高いアクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ポリイミド、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、ポリオレフィン系、ポリカーボネートなどが挙げられる。より好ましくは、製造性の面で優れているアクリル、エポキシ、ウレタン系の紫外線硬化型樹脂が好ましい。これら樹脂の屈折率は、コア用の屈折率がクラッド用樹脂の屈折率よりも０．０１以上大きいことが好ましい。

支持用ダミー線材４としては、光ファイバ心線、鋼線、アラミド繊維などが挙げられる。

また、各部の寸法としては、コア部２の幅・高さが５〜２００μｍの範囲、導波路層の厚さＡが５０〜３００μｍの範囲、支持用ダミー線材４の外径が１００〜５００μｍの範囲であることが望ましい。

（高分子光導波路の製造方法）
図２及び図３を参照して、本発明の高分子光導波路の製造方法について説明する。図２は、本発明の製造方法の一例として樹脂押出し形成方法のライン工程を示す構成図である。図３は、このライン工程中の樹脂供給部１１において用いられるダイス２０の断面図である。これらの図中、符号１０は線材送り出し機、１１は樹脂供給部、１２は樹脂架橋炉（又は冷却機）、１３は導波路巻取り機、２０はダイス、２１はコア材料供給路、２２はコア材料、２３はクラッド材料供給路、２４はクラッド材料、２５は線材挿通スペースである。

本発明の製造方法は、中央部にコア材料供給路２１が設けられ、このコア材料供給路２１を囲み且つ両側部に線材挿通スペース２５を有するクラッド材料供給路２３とが設けられたダイス２０を用い、コア材料供給路２１とクラッド材料供給路２３にそれぞれ樹脂材料（コア材料２２とクラッド材料２４）を供給しつつ、前記線材挿通スペース２５にそれぞれ支持用ダミー線材４を通してダイス出口側に向けて移動させ、ダイス２０から引き出された材料に光照射および／または加熱を行って樹脂硬化させ、前述した本発明に係る高分子光導波路１を連続的に製造することを特徴としている。

図２に示すライン工程は、支持用ダミー線材４の送出し機１０、コア材料２２とクラッド材料２４を供給する樹脂供給部１１、コア部２及びクラッド部３を形成する樹脂架橋炉１２（熱可塑性樹脂の場合は冷却機）、最後に完成した高分子光導波路１の巻取り機１３とをライン状に配置して構成されている。本製造例では、製造性の面で有利な紫外線硬化型樹脂をコア材料２２及びクラッド材料２４として採用しており、紫外線硬化型樹脂の場合、樹脂供給部１１は圧力供給によるダイスコーティング方式、樹脂架橋炉１２はＵＶランプ（樹脂が溶剤で希釈された樹脂の場合、ＵＶランプ後に溶剤乾燥のための加熱炉を設置する）となる。図３に樹脂供給部（ダイス出口）の詳細を示した。一つのダイスでコア材料２２とクラッド材料２４を同時に供給する方式である。

ここで、紫外線硬化型樹脂の場合、製造時樹脂保温温度において、クラッド材料２４の粘度は５００〜１００００ｃｐｓであることが望ましい。クラッド材料２４の粘度が５００ｃｐｓ以下の場合、図１のＢで示す中央部が形成されず、逆に、１００００ｃｐｓ以上であると、導波路層厚さＡの長手方向の変動が大きくなってしまう。また、コア材料の粘度は５０００ｃｐｓ以下であることが望ましい。５０００ｃｐｓを超えると、５〜１００μｍオーダーのコア径が困難となる。
なお、支持用ダミー線材を無くして、コア／クラッド樹脂だけの構造の場合、本方法で製造することも可能であるが、Ｂ部の樹脂断面積や引取り線速が制限される欠点や導波路層５の断面形状が安定しない欠点がある。

（実施例１）
コア材料、クラッド材料としてエポキシ系の紫外線硬化型樹脂（溶剤型）を採用した。コア材料の粘度は１０００ｃｐｓ（３５℃）、クラッド材料の粘度は１１００ｃｐｓ（３５℃）とした。支持用ダミー線材としては、φ２５０μｍの光ファイバを採用した。樹脂供給には、図３に示したような構造を出口部に有するダイスを採用し、３５℃に保温して樹脂をエアー圧力にて押出した。ダイス出口部直後、ＵＶランプと加熱炉を設置した。引き取り線速は２０ｍ／ｍｉｎとし、紫外線照射は２０００ｍＪ／ｃｍ^２、加熱条件は２００℃で２０秒とした。完成した導波路は、コア部の幅と高さが各々７０μｍ、導波路層厚さＡが１１０μｍであり、長手方向に断面形状が均一であった。

（実施例２）
コア材料、クラッド材料にエポキシ系の紫外線硬化型樹脂（溶剤型）を採用した。コア材料の粘度は５０００ｃｐｓ（３５℃）、クラッド材料の粘度は１０００ｃｐｓ（３５℃）とした。製造方法は、実施例１と同一である。完成した導波路は、コア部の幅と高さが各々２０μｍ、導波路層厚さＡが９０μｍであり、長手方向に断面形状が均一であった。

（実施例３）
コア材料、クラッド材料にアクリル系の紫外線硬化型樹脂（溶剤型）を採用した。コア材料の粘度は１０００ｃｐｓ（３５℃）、クラッド材料の粘度は２５００ｃｐｓ（３５℃）とした。製造方法は、実施例１と同一である。完成した導波路は、コア部の幅と高さが各々６０μｍ、導波路層厚さＡが９０μｍであり、長手方向に断面形状が均一であった。

（実施例４）
コア材、クラッド材にフッ素系の紫外線硬化型樹脂（無溶剤型）を採用した。コア材料の粘度は１０００ｃｐｓ（３５℃）、クラッド材料の粘度は１０００ｃｐｓ（３５℃）とした。無溶剤型であるため、紫外線照射後の加熱は不要であり、引き取り線速は２０ｍ／ｍｉｎとし、紫外線照射量は４０００ｍＪ／ｃｍ^２とした。完成した導波路は、コア部の幅と高さが各々５０μｍ、導波路層厚さＡが１００μｍであり、長手方向に断面形状が均一であった。

（比較例１）
コア材料、クラッド材料にエポキシ系の紫外線硬化型樹脂（溶剤型）を採用した。コア材料の粘度は１０００ｃｐｓ（３５℃）、クラッド材料の粘度は１５００ｃｐｓ（３５℃）とした。製造方法は、実施例１と同一である。完成した導波路は、長手方向に導波路層厚さＡが不均一であり、形状が凹凸になった。

（比較例２）
コア材料、クラッド材料にエポキシ系の紫外線硬化型樹脂（溶剤型）を採用した。コア材料の粘度は１０００ｃｐｓ（３５℃）、クラッド材料の粘度は１００ｃｐｓ（３５℃）とした。製造方法は、実施例１と同一である。完成した導波路は、図１の断面形状が得られなかった。

（比較例３）
コア材料、クラッド材料にエポキシ系の紫外線硬化型樹脂（溶剤型）を採用した。コア材料の粘度は１００００ｃｐｓ（３５℃）、クラッド材料の粘度は１０００ｃｐｓ（３５℃）とした。製造方法は、実施例１と同一である。結果、コア材料の粘度が高すぎるため、ダイスのコア材料供給路から樹脂が供給できなかった。

本発明の高分子光導波路の一実施形態を示す断面図である。 本発明の製造方法の一例として樹脂押出し形成方法のライン工程を示す構成図である。 本発明の製造方法に用いるダイスの一例を示す断面図である。

符号の説明

１…高分子光導波路、２…コア部、３…クラッド部、４…支持用ダミー線材、５…導波路層、１０…線材送り出し機、１１…樹脂供給部、１２…樹脂架橋炉（又は冷却機）、１３…導波路巻取り機、２０…ダイス、２１…コア材料供給路、２２…コア材料、２３…クラッド材料供給路、２４…クラッド材料、２５…線材挿通スペース。

Claims (4)

1. 中央部に設けられた透明高分子材料からなる１個以上のコア部と、その周囲に設けられコア部よりも屈折率の低い透明高分子材料からなるクラッド部とからなる導波路層と、その両端部に設けられ、前記導波路層を支持する線材とを有することを特徴とする高分子光導波路。
2. 透明高分子材料からなるコア材料およびクラッド材料が紫外線硬化型樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の高分子光導波路。
3. 中央部にコア材料供給路が設けられ、該コア材料供給路を囲み且つ両側部に線材挿通スペースを有するクラッド材料供給路とが設けられたダイスを用い、
   前記コア材料供給路とクラッド材料供給路にそれぞれ樹脂材料を供給しつつ、前記線材挿通スペースにそれぞれ線材を通してダイス出口側に向けて移動させ、ダイスから引き出された材料に光照射および／または加熱を行って樹脂硬化させ、請求項１又は２に記載の高分子光導波路を連続的に製造することを特徴とする高分子光導波路の製造方法。
4. 前記クラッド材料の粘度が製造時の樹脂保温温度において５００〜１００００ｃｐｓであり、さらに、コア材料の粘度が製造時の樹脂保温温度において５０００ｃｐｓ以下であることを特徴とする請求項３に記載の高分子光導波路の製造方法。

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