JP2013061475A - ミラー付き光導波路 - Google Patents

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Daichi Sakai
大地 酒井
Toshihiro Kuroda
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Abstract

【課題】ミラー部と上部クラッド層が剥離しにくく、光導波路の膜厚を容易に制御できるミラー付き光導波路を提供する。
【解決手段】下部クラッド層2、金属膜5で被覆されたミラー部4が形成されたコア層3、上部クラッド層6,7が順に積層されてなるミラー付き光導波路であって、上部クラッド層6,7が複数層であることを特徴とするミラー付き光導波路。
【選択図】図1

Description

本発明はミラー付き光導波路に関し、特に、ミラーと上部クラッド層が剥離しにくく、光導波路の膜厚を調整し易いミラー付き光導波路に関する。
情報容量の増大に伴い、幹線やアクセス系といった通信分野のみならず、ルータやサーバ内の情報処理にも光信号を用いる光インターコネクション技術の開発が進められている。具体的には、ルータやサーバ装置内のボード間あるいはボード内の短距離信号伝送に光を用いるために、光伝送路として、光ファイバに比べ、配線の自由度が高く、かつ高密度化が可能な光導波路が用いられている。
この光導波路として、光路を変換させるためのミラー部を有するものがある(例えば、特許文献1)。
また、ミラー部を有する光導波路としては、コアパターンが形成されたミラー部の表面に、反射のために金属が蒸着されているものがある。このような光導波路において、ミラー部表面の金属と上部クラッド層が剥がれやすいという問題があった。
また、光導波路は、光学製品のデバイスとして用いられる際、他の光学素子、例えば光ファイバと接続して用いられることがあり(例えば、特許文献2)、このため、光導波路と光学素子と接続する際の位置合わせトレランスの確保や位置ずれの防止のために、光導波路の膜厚を制御できることが求められる。
特開2005−300913号公報 特開2001−42149号公報
本発明は、前記の課題を解決するためになされたもので、ミラー部と上部クラッド層が剥離しにくく、光導波路の膜厚を容易に制御できるミラー付き光導波路を提供することを目的とする。
本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、上部クラッド層を複数層として膜厚を厚くすることにより、上記課題を解決することを見出し、本発明に至った。
すなわち、本発明は、以下の発明を提供するものである。
(1)下部クラッド層、金属膜で被覆されたミラー部が形成されたコア層、上部クラッド層が順に積層されてなるミラー付き光導波路であって、前記上部クラッド層が複数層であることを特徴とするミラー付き光導波路。
(2)前記下部クラッド層が基板上に積層されている前記(1)に記載のミラー付き光導波路。
(3)前記金属膜の金属のうち少なくとも反射面側の金属が、金であることを特徴とする前記(1)又は(2)に記載のミラー付き光導波路。
(4)前記上部クラッド層が、コア層側から順に、第1上部クラッド層及び第2上部クラッド層の2層からなり、前記第2上部クラッド層が前記第1上部クラッド層より幅が小さいことを特徴とする前記(1)〜(3)のいずれかに記載のミラー付き光導波路。
(5)前記第1上部クラッド層と前記第2上部クラッド層との間に段差を有することを特徴とする前記(4)に記載のミラー付き光導波路。
(6)前記第1上部クラッド層と前記第2上部クラッド層が共にパターン化されてなることを特徴とする前記(4)又は(5)に記載のミラー付き光導波路。
本発明のミラー付き光導波路は、ミラー部と上部クラッド層が剥離しにくく、光導波路の膜厚を容易に制御できる。
本発明のミラー付き光導波路及びその製造方法を示す断面図である。 本発明のミラー付き光導波路を示す別の図である。
本発明のミラー付き光導波路は、図1(f)に示すように、基材1上に、下部クラッド層2、金属膜5で被覆されたミラー部4が形成されたコア層3、上部クラッド層6,7が順に積層されてなる光導波路であって、上部クラッド層6,7が複数層である。
ミラー部4の表面を被覆する金属膜5の金属としては、Au、Ag、Cu、Cr、Ti、Al、Pd、Ni、それらの積層金属膜、それらの合金等が挙げられ、特に光信号を反射する面の金属は、反射率の観点からAu、Ag、Cu、Alが好ましく、金(Au)が特に好ましい。
本発明において、上部クラッド層6,7を複数層にするとミラー部4から剥離しにくくなるのは、光導波路を形成する際に用いた現像液等が上部クラッド層6,7に染みこんでミラー部4表面に到達しにくくなるためである。
また、上部クラッド層6,7を複数層にすることにより、光導波路の膜厚自体を調整し易くなるため、例えば、光導波路を、コネクタを用いて光学素子等と接続する場合には、コネクタに適合する厚みに光導波路の厚みを調整することが容易であり、光導波路基板を良好に固定することが可能となる。
また、本発明の光導波路は、上部クラッド層6,7が、コア層3側から順に、第1上部クラッド層6及び第2上部クラッド層7の2層からなり、第2上部クラッド層7が第1上部クラッド層6より幅が小さいと好ましく、第1上部クラッド層6と第2上部クラッド層7との間に段差を有するとさらに好ましい。例えば、上部クラッド層6,7は、図1(f)、図2に示すようにパターン化されていても良く、コア層3もパターン化されていても良い。
この理由は、例えば、図2に示すように、本発明の光導波路に光ファイバ8を取り付ける際に、それを固定するための固定板9を取り付けやすいからである。固定板9としては、例えば、ガラス板が挙げられる。
この場合、光ファイバ8を光導波路に固定し、かつ外れなくするために、基材1上面から第1上部クラッド層6の上面までの高さ、もしくは接着層11がある場合には、接着層11上面から第1上部クラッド層6の上面までの高さを、光ファイバ8の径より小さくすると好ましい。
本発明の光導波路の製造方法としては、特に限定されず、公知の方法により製造することができる。
例えば、下記で説明する樹脂又はフィルムを用い、エッチング等により、下部クラッド層2、コア層3、第1上部クラッド層6、第2上部クラッド層7、ミラー部4を形成し、ミラー部4表面には蒸着、スパッタリング、めっき等により金属膜5を被覆する。
また、ミラー部4は、コア層3に開口部を形成して設けるが、開口部は下部クラッド層2や接着層11まで達していても良い。
本発明の光導波路の製造方法の具体例として、図1の例を用いて説明する。以下、ネガ型のクラッド層形成用樹脂及びコア層形成用樹脂を用いた例を示す。
基板1上に、下部クラッド層2を積層して露光、硬化し[工程(a)]、その上にコア層3を積層してパターン露光、現像、硬化し[工程(b)]、コア層3にミラー部4として、レーザーアブレーションやダイシングソーによりV字型の溝を形成し[工程(c)]、形成した溝の表面に、蒸着等により金属膜5を設ける[工程(d)]。
次に、溝を形成したコア層3に、第1上部クラッド層6を積層してパターン露光し、その上に、第2上部クラッド層7を積層し、パターン露光することによって、第1上部クラッド層硬化部と第1クラッド層未硬化部及び第2上部クラッド層硬化部71と第2上部クラッド層未硬化部72からなる層を形成し[工程(e)]、現像することにより、第1上部クラッドパターンと第2上部クラッドパターン73を形成する[工程(f)]。
また、本例示では、2層の上部クラッド層を用いたが、3層以上の上部クラッド層としても良い。
以下、本発明の光導波路を構成する各層について説明する。
(クラッド層形成用樹脂及びクラッド層形成用樹脂フィルム)
以下、本発明で使用される下部クラッド層2、上部クラッド層6,7について説明する。
この下部クラッド層及び上部クラッド層としては、クラッド層形成用樹脂又はクラッド層形成用樹脂フィルムを用いることができる。
本発明で用いるクラッド層形成用樹脂としては、コア層より低屈折率で、光又は光と熱により硬化する樹脂組成物であれば特に限定されず、感光性樹脂組成物を好適に使用することができる。
本発明においては、クラッド層の形成方法は特に限定されず、例えば、クラッド層形成用樹脂の塗布又はクラッド層形成用樹脂フィルムのラミネートにより形成すれば良い。
下部クラッド層及び上部クラッド層の厚さに関しては、乾燥後の厚さで、5〜500μmの範囲が好ましい。5μm以上であると、光の閉じ込めに必要なクラッド厚さが確保でき、500μm以下であると、膜厚を均一に制御することが容易である。以上の観点から、下部クラッド層及び上部クラッド層の厚さは、さらに10〜100μmの範囲であることがより好ましい。
また、コア層を埋め込むために、上部クラッド層の厚さは、コア層を埋め込める厚さの上部クラッドを適宜用いれば良く、コア層の厚さ以上に厚くすることが好ましい。
(コア層形成用樹脂及びコア層形成用樹脂フィルム)
以下、本発明で使用されるコア層3について説明する。
このコア層としては、コア層形成用樹脂又はコア層形成用樹脂フィルムを用いることができる。
コア層形成用樹脂は、クラッド層より高屈折率であるように設計され、活性光線によりコア層を形成し得る樹脂組成物を用いることができる。
本発明においては、コア層の形成方法は特に限定されず、例えば、コア層形成用樹脂の塗布又はコア層形成用樹脂フィルムのラミネートにより形成すれば良い。
コア層形成用樹脂フィルムの厚さについては特に限定されず、乾燥後のコア層の厚さが、通常は10〜100μmとなるように調整される。該フィルムの厚さが10μm以上であると、光導波路形成後の受発光素子又は光ファイバとの結合において位置合わせトレランスが拡大できるという利点があり、100μm以下であると、光導波路形成後の受発光素子又は光ファイバとの結合において、結合効率が向上するという利点がある。以上の観点から、該フィルムの厚さは、さらに30〜70μmの範囲であることが好ましい。
また、クラッド層形成用樹脂フィルム及びコア層形成用樹脂フィルムはキャリアフィルム上に形成すると良い。キャリアフィルムの種類としては、柔軟性及び強靭性のあるキャリアフィルムとして、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル、ポリエーテルサルファイド、ポリアリレート、液晶ポリマー、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリイミドが好適に挙げられる。キャリアフィルムの厚さは、5〜200μmであることが好ましい。5μm以上であると、キャリアフィルムとしての強度が得やすいという利点があり、200μm以下であると、パターン形成時のマスクとのギャップが小さくなり、より微細なパターンが形成できるという利点がある。以上の観点から、キャリアフィルムの厚さは10〜100μmの範囲であることがより好ましく、15〜50μmであることが特に好ましい。
(基材)
基材1の材質としては、特に制限はなく、例えば、ガラスエポキシ樹脂基板、セラミック基板、ガラス基板、シリコン基板、プラスチック基板、金属基板、樹脂層付き基板、金属層付き基板、プラスチックフィルム、樹脂層付きプラスチックフィルム、金属層付きプラスチックフィルム、電気配線板などが挙げられる。
基材1として柔軟性及び強靭性のある基材、例えば、前記クラッド層形成用樹脂フィルム及びコア層形成用樹脂フィルムのキャリアフィルムを基材として用いることで、フレキシブルな光導波路としてもよい。
また、基材1と下部クラッド層2に密着性が無い場合には、その間に接着層11を設けても良い。
この接着層の種類としては特に限定されないが、両面テープ、UVまたは熱硬化性接着剤、プリプレグ、ビルドアップ材、電気配線板製造用途に使用される種々の接着剤が好適に挙げられる。
以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はその要旨を越えない限り、以下の実施例に限定されない。
実施例1(光導波路の製造:図1の製造方法)
[クラッド層形成用樹脂フィルムの作製]
[(A)ベースポリマー;(メタ)アクリルポリマー(A−1)の作製]
撹拌機、冷却管、ガス導入管、滴下ろうと、及び温度計を備えたフラスコに、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート46質量部及び乳酸メチル23質量部を秤量し、窒素ガスを導入しながら撹拌を行った。液温を65℃に上昇させ、メチルメタクリレート47質量部、ブチルアクリレート33質量部、2−ヒドロキシエチルメタクリレート16質量部、メタクリル酸14質量部、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)3質量部、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート46質量部、及び乳酸メチル23質量部の混合物を3時間かけて滴下後、65℃で3時間撹拌し、さらに95℃で1時間撹拌を続けて、(メタ)アクリルポリマー(A−1)溶液(固形分45質量%)を得た。
[重量平均分子量の測定]
(A−1)の重量平均分子量(標準ポリスチレン換算)をGPC(東ソー(株)製「SD−8022」、「DP−8020」、及び「RI−8020」)を用いて測定した結果、3.9×104であった。なお、カラムは日立化成工業(株)製「Gelpack GL−A150−S」及び「Gelpack GL−A160−S」を使用した。
[酸価の測定]
A−2の酸価を測定した結果、79mgKOH/gであった。なお、酸価はA−2溶液を中和するのに要した0.1mol/L水酸化カリウム水溶液量から算出した。このとき、指示薬として添加したフェノールフタレインが無色からピンク色に変色した点を中和点とした。
[クラッド層形成用樹脂ワニスの調合]
(A)ベースポリマーとして、前記A−1溶液(固形分45質量%)84質量部(固形分38質量部)、(B)光硬化成分として、ポリエステル骨格を有するウレタン(メタ)アクリレート(新中村化学工業(株)製「U−200AX」)33質量部、及びポリプロピレングリコール骨格を有するウレタン(メタ)アクリレート(新中村化学工業(株)製「UA−4200」)15質量部、(C)熱硬化成分として、ヘキサメチレンジイソシアネートのイソシアヌレート型三量体をメチルエチルケトンオキシムで保護した多官能ブロックイソシアネート溶液(固形分75質量%)(住化バイエルウレタン(株)製「スミジュールBL3175」)20質量部(固形分15質量部)、(D)光重合開始剤として、1−[4−(2−ヒドロキシエトキシ)フェニル]−2−ヒドロキシ−2−メチル−1−プロパン−1−オン(チバ・ジャパン(株)製「イルガキュア2959」)1質量部、ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)フェニルホスフィンオキシド(チバ・ジャパン(株)製「イルガキュア819」)1質量部、及び希釈用有機溶剤としてプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート23質量部を攪拌しながら混合した。孔径2μmのポリフロンフィルタ(アドバンテック東洋(株)製「PF020」)を用いて加圧濾過後、減圧脱泡し、クラッド層形成用樹脂ワニスを得た。
上記で得られたクラッド層形成用樹脂組成物を、PETフィルム(東洋紡績(株)製「コスモシャインA4100」、厚み50μm)の非処理面上に、前記塗工機を用いて塗布し、100℃で20分乾燥後、保護フィルムとして表面離型処理PETフィルム(帝人デュポンフィルム(株)製「ピューレックスA31」、厚み25μm)を貼付け、クラッド層形成用樹脂フィルムを得た。このとき樹脂層の厚みは、塗工機のギャップを調節することで任意に調整可能であり、本実施例では使用した下部クラッド層及び上部クラッド層の厚みに付いては、実施例中に記載する。実施例中に記載する上部クラッド層形成用樹脂フィルムの膜厚は乾燥後の膜厚とする。
[コア層形成用樹脂フィルムの作製]
(A)ベースポリマーとして、フェノキシ樹脂(商品名:フェノトートYP−70、東都化成株式会社製)26質量部、(B)光重合性化合物として、9,9−ビス[4−(2−アクリロイルオキシエトキシ)フェニル]フルオレン(商品名:A−BPEF、新中村化学工業株式会社製)36質量部、及びビスフェノールA型エポキシアクリレート(商品名:EA−1020、新中村化学工業株式会社製)36質量部、(C)光重合開始剤として、ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)フェニルフォスフィンオキサイド(商品名:イルガキュア819、チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製)1質量部、及び1−[4−(2−ヒドロキシエトキシ)フェニル]−2−ヒドロキシ−2−メチル−1−プロパン−1−オン(商品名:イルガキュア2959、チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製)1質量部、有機溶剤としてプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート40質量部を用いたこと以外は上記製造例と同様の方法及び条件でコア層形成用樹脂ワニスBを調合した。その後、上記製造例と同様の方法及び条件で加圧濾過さらに減圧脱泡した。
上記で得られたコア層形成用樹脂ワニスBを、PETフィルム(商品名:コスモシャインA1517、東洋紡績株式会社製、厚さ:16μm)の非処理面上に、上記製造例と同様な方法で塗布乾燥し、次いで保護フィルムとして離型PETフィルム(商品名:ピューレックスA31、帝人デュポンフィルム株式会社、厚さ:25μm)を離型面が樹脂側になるように貼り付け、コア層形成用樹脂フィルムを得た。このとき樹脂層の厚みは、塗工機のギャップを調節することで任意に調整可能であり、本実施例おいて使用したコア層形成用樹脂フィルム厚みに付いては、実施例中に記載する。実施例中に記載するコア層形成用樹脂フィルムの膜厚は塗布乾燥後の膜厚とする。
[光導波路の作製]
下部クラッド層2として、上記で得られたクラッド層形成用樹脂フィルムの保護フィルムを剥離した厚さ10μmのクラッド層形成フィルムを、基板1である厚さ25μmのポリイミドフィルム(商品名;ユーピレックスRN)に、平板型ラミネータとして真空加圧式ラミネータ(株式会社名機製作所製、MVLP−500)を用い、500Pa以下に真空引きした後、圧力0.4MPa、温度70℃、加圧時間30秒の条件にて加熱圧着した。その後、支持フィルム越しに、紫外線露光機(株式会社オーク製作所製、EXM−1172)にて紫外線(波長365nm)を4J/cm2照射し、その後、キャリアフィルムを剥離し、続いて、170℃で1時間加熱乾燥及び硬化し、下部クラッド層2を形成した[工程(a)]。
次に、下部クラッド層2上に、ロールラミネータ(日立化成テクノプラント株式会社製、HLM−1500)を用い圧力0.4MPa、温度50℃、ラミネート速度0.2m/minの条件で上記コア層形成用樹脂フィルムをラミネートし、次に、開口幅が45mm×50μmネガ型フォトマスクを介し、上記紫外線露光機にて紫外線(波長365nm)を0.6J/cm2照射し、次いで80℃で5分間露光後加熱を行った。その後、支持フィルムであるPETフィルムを剥離し、現像液(プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート/N,N−ジメチルアセトアミド=8/2、質量比)を用いて、コアパターンを現像した。続いて、洗浄液(イソプロパノール)を用いて洗浄し、100℃で10分間加熱乾燥し、コア層3(コアパターン)を形成した。[工程(b)]。
次に、コア層3の基板反対側からダイシングソー(DAC552、株式会社ディスコ製)を用いて、ミラー部4として、傾斜面を有する溝を形成した[工程(c)]。
次に、傾斜面に300μm×300μmの開口を有するメタルマスクをコア層3上に設置し、蒸着装置(RE−0025、株式会社ファースト技研製)を用いてミラー用金属としてAuを0.5μm蒸着させた[工程(d)]。
次いで、第1上部クラッド層6として厚さ52μmの上記クラッド層形成用樹脂フィルムをラミネートした。さらに、紫外線(波長365nm)を支持フィルム越しに、50mm×300μm(コアパターンが第1上部クラッド層6に内包するように位置合わせ)のネガ型フォトマスクを介して、紫外線露光機(株式会社オーク製作所製、EXM−1172)にて紫外線(波長365nm)を0.45J/cm2照射し、その後、第2上部クラッド層7として、厚さ10μmの上記クラッド層形成用樹脂フィルムを、保護フィルムを剥離して積層し[工程(e)]、0.45J/cm2照射後、上記の紫外線露光機を用いて、400μm×250μm×2箇所(開口部がミラー部上になるように設置)の開口部を有するネガ型フォトマスクを介して紫外線(波長365nm)を0.25J/cm2照射し、支持フィルムを剥離し、1%炭酸カリウム水溶液を用いて第1上部クラッド層未硬化部と第2上部クラッド層未硬化部72を現像し、第2上部クラッドパターン73を形成して光導波路を作製した[工程(f)]。
得られた光導波路は、ミラー部近傍の上部クラッド層の厚み(第1、第2上部クラッド層の合計厚み)が20μmであり、使用中に第1上部クラッド層6がミラー部4の金属膜5から剥離することはなかった。
実施例2(光導波路の製造)
実施例1において、光導波路の作製工程において、下部クラッド層2をパターン化し、3mm×100μmの開口部を設け、第1上部クラッド層6にも、下部クラッド層と同様の開口部を開口部を有するネガ型フォトマスクを介して紫外線(波長365nm)を0.45J/cm2照射し、支持フィルムを剥離して第1上部クラッド層にも未硬化部と硬化部を設け、1%炭酸カリウム水溶液を用いて第1上部クラッド層未硬化部及び第2上部クラッド層未硬化部72を一括現像し、第1上部クラッドパターン及び第2上部クラッドパターン73を形成した以外は同様にして、図2に示すような、第1上部クラッド層6と第2上部クラッド層7が共にパターン化され、段差を有する光導波路を形成した。
得られた光導波路は、使用中に第1上部クラッド層6がミラー部4の金属膜5から剥離することはなかった。
比較例1
実施例1において第2上部クラッド層を用いなかった以外は同様の方法でミラー付き光導波路を作製したところ、第1上部クラッド層を現像した際に、ミラー部4の金属膜5と第1上部クラッド層6間に剥離が発生した。
以上詳細に説明したように、本発明のミラー付き光導波路は、ミラー部と上部クラッド層が剥離しにくく、光導波路の膜厚を容易に制御できる。
このため、光導波路と光学素子と接続する際の位置合わせトレランスの確保や位置ずれの防止ができる光導波路として極めて実用性が高い。
1:基材
2:下部クラッド層
3:コア層
4:ミラー部
5:金属膜
6:第1上部クラッド層
7:第2上部クラッド層
71:第2上部クラッド層硬化部
72:第2上部クラッド層未硬化部
73:第2上部クラッドパターン
8:光ファイバ
9:固定板
11:接着層

Claims (6)

  1. 下部クラッド層、金属膜で被覆されたミラー部が形成されたコア層、上部クラッド層が順に積層されてなるミラー付き光導波路であって、前記上部クラッド層が複数層であることを特徴とするミラー付き光導波路。
  2. 前記下部クラッド層が基板上に積層されている請求項1に記載のミラー付き光導波路。
  3. 前記金属膜の金属のうち少なくとも反射面側の金属が、金であることを特徴とする請求項1又は2に記載のミラー付き光導波路。
  4. 前記上部クラッド層が、コア層側から順に、第1上部クラッド層及び第2上部クラッド層の2層からなり、前記第2上部クラッド層が前記第1上部クラッド層より幅が小さいことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のミラー付き光導波路。
  5. 前記第1上部クラッド層と前記第2上部クラッド層との間に段差を有することを特徴とする請求項4に記載のミラー付き光導波路。
  6. 前記第1上部クラッド層と前記第2上部クラッド層が共にパターン化されてなることを特徴とする請求項4又は5に記載のミラー付き光導波路。
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