JP2014074799A

JP2014074799A - 光導波路

Info

Publication number: JP2014074799A
Application number: JP2012222067A
Authority: JP
Inventors: Naoki Hayashida; 直樹林田; Motohiro Inoue; 素宏井上; Yoshinori Uchiyama; 佳則内山
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2012-10-04
Filing date: 2012-10-04
Publication date: 2014-04-24

Abstract

【課題】
高い屈折率差と低光散乱とが両立され、その結果として伝播損失が低く抑えられた光導波路を提供する。さらに、自己形成光導波路のような特殊な手法によっても、従来より伝搬損失が低く抑えられた光導波路を提供する。
【解決手段】
発光素子からの光を伝送するための光導波路において、コア及びクラッドが、少なくとも（メタ）アクリル酸エステルモノマーと（メタ）アリルモノマーとに由来する３次元架橋ポリマーからなり、且つ、前記コアと前記クラッドにおける単位質量当りの前記（メタ）アクリル酸エステルモノマー由来部位の存在量をそれぞれＡｃ_{（ｃｏｒｅ）}、Ａｃ_{（ｃｌａｄ）}としたとき、Ａｃ_{（ｃｏｒｅ）}＞Ａｃ_{（ｃｌａｄ）}の関係を満たすようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、光信号伝送に用いる光導波路に関するものである。

通信技術の発達やクラウドコンピューティングの進展に伴い、電子機器間の光信号伝送に対する要求が高まっている。数メートル以下、さらには数１０センチメートル以下の短距離の光信号伝送技術を特に光インターコネクションと呼び、実装密度の向上や従来の電気配線の製造工程との整合性などの観点から、フィルム状のポリマー光導波路（光導波路フィルム）の適用が主に検討されている。

光インターコネクションにおける課題のひとつである光軸のアライメントを簡便に行うための技術として、以下に述べる自己形成光導波路が提案されている。すなわち、所定の組成からなる感光性樹脂を、対向する光ファイバどうしや光ファイバと光導波路フィルムとの間、または光ファイバ／光導波路フィルムと受発光素子との間に満たし、一方の光ファイバ、光導波路フィルムまたは発光素子から、該感光性樹脂の（第１の）感光波長の光を入射させる。または、他方の光ファイバや光導波路フィルムからも同時に同じ波長の光を入射させる。すると、前記感光性樹脂内部に含まれるモノマーの重合反応が生じ、それに伴い重合部の屈折率が周辺部より高くなる。重合部と周辺部との間に屈折率差が生じることによって光の閉じ込めが起こり、光導波路コアが形成される。光の進行方向に沿って上記反応が連続的に起きることによって、最終的に全光路に亘って光導波路コアが形成される。

一方の光ファイバ／光導波路フィルムと、他方の光ファイバ／光導波路フィルムまたは発光素子との双方から同時に光を入射した場合、前記光導波路コアが前記感光性樹脂の両側から成長する。このとき、双方の光軸に若干のずれがあった場合でも、上記の光導波路コアの形成機構に基づき、前記コアは低損失で結合される。従って、受発光素子と光ファイバとの間で従来必要であった高精度のアライメントが不要になる。

前記光導波路コアが形成された時点では、コアの周辺部、すなわちクラッドとなるべき領域の感光性樹脂は未反応の状態、つまり液状またはゲル状である。従って、このまま最終製品とすることはできない。前記光導波路コアの形成後に、前記クラッドを安定化させるための方法として、以下の２通りが提案されている。

第１の方法は、前記光導波路コアを、感光性樹脂の重合前後の屈折率差によって形成するものである（特許文献１）。一般的な感光性樹脂は、重合による自由体積の減少に伴い、屈折率が上昇する。すなわち、モノマーが重合することで、重合部と未重合部との間に屈折率差が生じる。従って、重合前後における屈折率差が所定の条件を満たせば、重合により光導波路コアが自律的に形成される。その後、コア周辺部に残存する未反応のモノマーを洗浄・除去すれば、空気をクラッドとする自己形成光導波路が得られる（段落［００５６］）。空気の代わりに、窒素やアルゴンなどの不活性ガスを充填してもよい（段落［００５３］）。さらに、前記未反応モノマーの洗浄・除去後に、前記光導波路コアよりも屈折率の低い、第２の感光性樹脂を充填し、全体に光を照射して硬化することもできる（段落［００５６］）。

第２の方法は、重合メカニズムと屈折率とがともに異なる２種類の重合性モノマーの混合物を用いる方法である（特許文献２、３）。すなわち、前記感光性樹脂として、屈折率が相対的に高く、且つ、所定波長λ_１の光の照射によって重合するモノマーＡと、屈折率が相対的に低く、且つ、前記λ_１と異なる所定波長λ_２の光の照射によって重合するモノマーＢとの混合物を用いる。このとき、前記波長λ_１とλ_２との間には、λ_１＞λ_２の関係があるものとする。両者の重合メカニズムは互いに異なるから、共重合することはない。このとき、前記感光性樹脂に挿入された光ファイバまたは光導波路フィルムの先端から波長λ_１の光を出射すると、前記モノマーＡが選択的に重合し、屈折率が上昇する。また、モノマーＡの重合に伴い、当該箇所では未反応のモノマーＡが消費されるため、周辺部との間で未反応のモノマーＡの濃度勾配が生じる。濃度勾配を補償するため、未反応のモノマーＡが周辺部から光照射部に拡散し、モノマーＡの重合がさらに進行する。その結果、光照射部の屈折率がさらに上昇する。すなわち、本法においては、モノマーＡの重合による屈折率上昇に加え、モノマーＡの光照射部への偏在に伴う屈折率上昇が共に生じることによりコアが形成される。

続いて、波長λ_２の光を前記感光性樹脂全体に照射することにより、コア周辺部を硬化させる。波長λ_２の光の照射により、モノマーＢの重合が進行する。一方、すべてのモノマーＡが前記コアに局在化する訳ではないため、波長λ_２の光の照射前の段階では、コア周辺部にも未反応のモノマーＡが残存している。一般に、波長λ_１によって重合するモノマーＡは、それよりも短波長の光の照射によっても重合するから、波長λ_１の光の照射と、それに続く波長λ_２の光の照射により、前記感光性樹脂全体が硬化することになる。その結果、コア周辺部の未硬化樹脂の除去や置換を行うことなく、自己形成光導波路のコアとクラッドが形成される。

特許公開２０００−３４７０４３号公報特許公開２００３−１７７２５９号公報特許公開２００４−１４９５７９号公報

前記第２の方法は、前記第１の方法における課題を改善するために提案されたものであり、前記第１の方法におけるクラッド部の洗浄・置換の必要がないという利点を有する。しかしながら、単一の感光性樹脂中にコアとクラッドを形成する難しさから、新たな課題が生じた。

すなわち、前記モノマーＡとモノマーＢとが所期の屈折率差を有するように両者を選択しても、必ずしも良好な伝播損失は得られない。モノマーＡとモノマーＢ、或いはその重合物どうしの相溶性が低いと、重合時のミクロ相分離におけるドメインサイズが大きくなり、光散乱の原因となる。一方、両者の相溶性が高すぎる場合、モノマーＡのクラッドからコアへの拡散が十分に起きず、高い屈折率差を得ることができない。

本発明の第１の目的は、高い屈折率差と低光散乱とが両立され、その結果として伝播損失が低く抑えられた光導波路を提供することである。さらに、本発明の第２の目的は、自己形成光導波路のような特殊な手法によっても、従来より伝搬損失が低く抑えられた光導波路を提供することである。なお、受発光素子を含む光デバイス全体としての性能は、光導波路に固有の前記伝播損失に加え、光素子と光導波路との結合損失や、光路変換部における放射損失などを含めた全損失因子の総和として定義される光挿入損失に依存する。

本発明者らは鋭意検討し、光導波路のコア及びクラッドが３次元架橋ポリマーからなり、前記ポリマーが、少なくとも（メタ）アクリル酸エステルモノマーと（メタ）アリルモノマーとに由来するものとすることにより、高い屈折率差と低光散乱とを両立できることを見出した。

本発明には、以下の発明が含まれる。
（１）発光素子からの光を伝送するための光導波路であって、コア及びクラッドが、少なくとも（メタ）アクリル酸エステルモノマーと（メタ）アリルモノマーとに由来する３次元架橋ポリマーからなり、且つ、前記コアと前記クラッドにおける単位質量当りの前記（メタ）アクリル酸エステルモノマー由来部位の存在量をそれぞれＡｃ_{（ｃｏｒｅ）}、Ａｃ_{（ｃｌａｄ）}としたとき、それらがＡｃ_{（ｃｏｒｅ）}＞Ａｃ_{（ｃｌａｄ）}であることを特徴とする光導波路。

（２）前記コアと前記クラッドにおける単位質量当りの（メタ）アリルモノマー由来部位の存在量をそれぞれＡｌ_{（ｃｏｒｅ）}、Ａｌ_{（ｃｌａｄ）}としたとき、それらがＡｌ_{（ｃｏｒｅ）}＜Ａｌ_{（ｃｌａｄ）}であることを特徴とする、上記（１）に記載の光導波路。

（３）前記コアと前記クラッドとにおける前記（メタ）アクリル酸エステルモノマー由来部位が、ともに同一の化学構造を有していることを特徴とする、上記（１）または（２）に記載の光導波路。

本発明によれば、主として光導波路コアの形成に寄与する高屈折率モノマーと、主として光導波路クラッドの形成に寄与する低屈折率モノマーとが、互いに同じ高分子鎖に組み込まれ、且つ３次元架橋構造を有する光導波路が得られる。このため、前記高屈折率モノマーに由来する重合部位と、前記低屈折率モノマーに由来する重合部位との間でのミクロ相分離が生じにくく、光導波路内部の光散乱を低く抑えることができる。その結果、前記光散乱に起因する伝播損失が従来より顕著に抑制された光導波路を得ることができる。本発明の光導波路は、それが自己形成光導波路である場合に特に望ましい効果を得ることができる。

実施例で用いた、光導波路評価光学系の概略を示す図である。

本発明の光導波路は、（メタ）アクリル酸エステルモノマーに由来する部位と、（メタ）アリルモノマーに由来する部位とを少なくとも含む３次元架橋ポリマーからなる樹脂硬化物である。それらは、両者の共重合体であってもよい。さらに、前記光導波路のコアには、（メタ）アクリル酸エステルモノマーに由来する部位が、クラッドにおけるそれよりも多く含まれる。

なお、本明細書において、（メタ）アクリル酸エステルモノマーとは、アクリル酸エステル基含有モノマーとメタクリル酸エステル基含有モノマーとを総称する意味である。同様に、（メタ）アリルモノマーとはアリル基含有モノマーとメタリル基含有モノマーとを総称する意味である。また、前記樹脂硬化物が、（メタ）アクリル酸エステル基と（メタ）アリル基とをともに含むモノマーに由来する部位を有していてもよい。本発明において、（メタ）アクリル酸エステル基と（メタ）アリル基とをともに含むモノマーに由来する部位は、後述するモノマー由来部位存在量の測定では、（メタ）アクリル酸エステルモノマー由来部位とみなす。

なお、３次元架橋ポリマーとは、ポリマー鎖が３次元的な網目構造を形成しているものを指す。すなわち、直鎖状の高分子を主体とする熱可塑性樹脂以外の、一般的な熱硬化性樹脂や光硬化性樹脂がこれに該当する。得られた樹脂硬化物が３次元架橋ポリマーを主体としている場合、該硬化物はトルエン、ケトン、エステル等の一般的な有機溶媒に不溶である。

このような光導波路は、例えば以下の方法によって作ることができる。すなわち、（メタ）アクリル酸エステルモノマーと、（メタ）アリルモノマーとを少なくとも含む感光性樹脂組成物に対し、光ファイバや光導波路フィルムを接触又は挿入し、前記光ファイバ／光導波路フィルムの端面から所定波長λ_１の光を入射させる。このとき、前記（メタ）アクリル酸エステルモノマー及び（メタ）アリルモノマーの重合を進行させるため、前記感光性樹脂組成物は、波長λ_１の光によってラジカル種を発生する光ラジカル発生剤を含んでいる必要がある。

従来公知の自己形成光導波路と異なり、前記（メタ）アクリル酸エステルモノマーと（メタ）アリルモノマーは、ともにラジカル反応によって重合が進む。両者が同じ反応機構で重合するにもかかわらず、光照射によって自律的にコアとクラッドとが形成される理由は、以下のように推定される。

前記感光性樹脂組成物に光を照射すると、該組成物中に予め添加してある光ラジカル発生剤によって（メタ）アクリル酸エステルモノマーが重合し、光路に沿ってコアを形成する。一方、（メタ）アリルモノマーの一部は前記光照射よって重合し、前記（メタ）アクリル酸エステルモノマーと共重合するが、そのラジカル重合活性は（メタ）アクリル酸エステルモノマーのそれに比べて低いため、大半の（メタ）アリルモノマーはこの段階では反応せずに系中に残存する。

次いで、光ファイバ／光導波路フィルム及び／又は発光素子から入射させた光よりも強度の高い光を、前記感光性樹脂組成物全体に照射する。それにより、残余の前記光ラジカル発生剤によって（メタ）アリルモノマーが重合して樹脂全体が硬化し、安定な光導波路を形成する。

（メタ）アクリル酸エステルモノマーのラジカル重合活性は（メタ）アリルモノマーのそれより高いため、（メタ）アクリル酸エステルモノマーにおける末端二重結合の消費率は（メタ）アリルモノマーにおけるそれよりも高くなる。すなわち、重合前後の自由体積の減少量は後者よりも前者の方が大きくなり、その結果、後者の重合物よりも前者の重合物の方が、屈折率がより高くなる。さらに、前者の重合物は、上述した重合活性の差により光ファイバ／光導波路フィルム及び／又は発光素子からの光照射部近傍に拡散、偏在するため、前記光照射部近傍に自律的にコアが形成される。

しかも、（メタ）アクリル酸エステルモノマーと（メタ）アリルモノマーとはともにラジカル反応によって重合するため、それらの少なくとも一部は共重合体となり、同一の高分子鎖に取り込まれる。そのため、両者の重合物は相分離を起こしにくく、従来の自己形成光導波路において問題となっていた光散乱を低く抑えることができる。

前記（メタ）アクリル酸エステルモノマーとしては、市販品を含む各種の化合物を用いることができる。（メタ）アクリル酸エステルモノマーの具体例としては、ベンジル（メタ）アクリレート、ジシクロペンタニル（メタ）アクリレート、フェノキシエチル（メタ）アクリレート、イソボルニル（メタ）アクリレート、テトラヒドロフルフリル（メタ）アクリレート、トリブロモフェニル（メタ）アクリレート、ＥＯ変性ビスフェノールＡジ（メタ）アクリレート、ネオペンチルグリコールジ（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。

また、前記（メタ）アリルモノマーとしては、（メタ）アリル基を有する化合物であれば特に限定されることなく用いることができるが、（メタ）アリルエーテル類、（メタ）アリルエステル類、（メタ）アリルカーボネート類、（メタ）アリルアミド類のいずれかを用いることがより好ましい。

（メタ）アリルモノマーの具体例としては、トリメチロールプロパンジ（メタ）アリルエーテル、グリオキサールビス（ジ（メタ）アリルアセタール）、マレイン酸ジ（メタ）アリル、フタル酸ジ（メタ）アリル、コハク酸ジ（メタ）アリル、炭酸ジ（メタ）アリル、（メタ）アリルジグリコールカーボネート、Ｎ，Ｎ−ジ（メタ）アリルアセタミド、Ｎ，Ｎ−ジ（メタ）アリル−２，２，２−トリフルオロアセタミド、トリ（メタ）アリルイソシアヌレート、等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。

さらに、本発明の光導波路のコア／クラッド間における屈折率差をより大きくするため、（メタ）アクリル酸エステルモノマーの官能基密度及び／又は屈折率を、（メタ）アリルモノマーのそれよりも高くしておくことが好ましい。

一方、前記の光ラジカル発生剤としては、公知のものを用いることができる。具体例として、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾフェノン、ジエトキシアセトフェノン等のカルボニル化合物；２，４，６−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキシド、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等のアシルホスフィンオキシド化合物；テトラブチルアンモニウムトリフェニルブチルボレート、テトラブチルアンモニウムトリナフチルブチルボレート等のアルキルアリールホウ酸塩；ジフェニルヨードニウムヘキサフルオロホスフェート等のジアリールヨードニウム塩類；トリス（トリクロロメチル）トリアジン等のトリアジン化合物；３，３’−ジ（ｔｅｒｔ−ブチルパーオキシカルボニル）−４，４’−ジ（メトキシカルボニル）ベンゾフェノン、ｔｅｒｔ−ブチルパーオキシベンゾエート等の有機過酸化物；２，２’−ビス（ｏ−クロロフェニル）−４，４’，５，５’−テトラフェニル−１，１’−ビスイミダゾール等のビスイミダゾール誘導体；等が挙げられる。

前記（メタ）アクリル酸エステルモノマー、（メタ）アリルモノマー及び前記光ラジカル発生剤の好ましい配合質量は、用いるモノマー及び光ラジカル発生剤の組合せにより異なるが、おおむね以下のようにするとよい。すなわち、
前記（メタ）アクリル酸エステルモノマー１０〜９０質量部、
前記（メタ）アリルモノマー１０〜９０質量部、
前記光ラジカル発生剤０．０５〜１０質量部、
とすることが好ましく、
前記（メタ）アクリル酸エステルモノマー２０〜８０質量部、
前記（メタ）アリルモノマー２０〜８０質量部、
前記光ラジカル発生剤０．１〜５質量部、
とすることがより好ましい。

また、上記の各構成成分以外に、カチオン重合性モノマーを併用してもよい。カチオン重合性モノマーとしては、１，２−エポキシエチル基を有する化合物、３，４−エポキシシクロヘキシル基を有する化合物、オキセタニル基を有する化合物、及びビニルオキシ基を有する化合物からなる群から選ばれる化合物を用いることが好ましい。カチオン重合性モノマーを併用する場合、光カチオン発生剤及び／又は熱カチオン発生剤を前記感光性樹脂組成物中に添加しておくことが好ましい。さらに、バインダーとして熱可塑性ポリマーなどを含んでいてもよい。

上記の感光性樹脂組成物中に光導波路コアを自己形成させる光を入射する光ファイバ／光導波路フィルムとしては、コア／クラッド間の屈折率が不連続に変化するステップインデックス型の光ファイバ／光導波路フィルムを用いてもよいし、前記屈折率が連続的に変化するグレーデッドインデックス型の光ファイバ／光導波路フィルムを用いてもよい。また、シングルモードまたはマルチモードのいずれの光ファイバ／光導波路フィルムを用いてもよい。シングルモード光ファイバ／光導波路フィルムにおけるコア径またはモードフィールド径はおおむね１０μｍ以下、マルチモード光ファイバ／光導波路フィルムにおけるコア径またはモードフィールド径はおおむね数１０〜数１００μｍ程度である。それらの光ファイバ／光導波路フィルムによって前記感光性樹脂組成物中に形成される光導波路のコア径またはモードフィールド径は、前記光ファイバ／光導波路フィルムのそれとほぼ同じか、若干大きくなる。

光導波路コアを自己形成させる光源としては、前記光ラジカル発生剤を励起しうる波長の光を発生できるものであれば特に限定されない。例えば、高圧水銀灯、メタルハライドランプ、発光ダイオード（ＬＥＤ）、半導体レーザ、固体レーザなどが利用できる。さらに、本発明の光導波路が組み込まれるデバイスや配線基板に実装された面発光半導体レーザ（ＶＣＳＥＬ：ＶｅｒｔｉｃａｌＣａｖｉｔｙＳｕｒｆａｃｅＥｍｉｔｔｉｎｇＬＡＳＥＲ）などの発光素子を、そのまま自己形成光導波路を形成するための光源として用いてもよい。

一方、前記光導波路コアを前記感光性樹脂中に形成した後に、周囲のクラッドを硬化させるための光源としては、上記と同じものが使用できる。任意の光源からの光が、前記クラッドのほぼ全体に到達するように照射すればよい。また、適切な熱ラジカル発生剤を前記樹脂に添加しておくことで、加熱により前記クラッドを硬化させることもできる。

上記のようにして作製された光導波路は、前記（メタ）アクリル酸エステルモノマーに由来する重合物が偏在している部分が高屈折率のコアを形成するが、実際に（メタ）アクリル酸エステルモノマーに由来する重合物がコアに偏在していることは、例えば以下の方法により確かめることができる。

まず、前記光導波路が形成された樹脂硬化物のコアとクラッドとを個別に採取する。前記光導波路におけるコアの位置や形状は、従来の光導波路フィルム等と同様、一方の端面から光を入射させ、他端からの出射光のニアフィールドパターンを観察することで確認できる。また、コアを取り囲むクラッドをその外側から光学顕微鏡などで観察できる場合、透明なクラッドを通して内部のコアの範囲や形状を直接確認してもよい。コアの位置と範囲とを特定できれば、それに従って前記光導波路をコアとクラッドとに分取する。例えば、エキシマレーザ加工や機械的なドリル加工などによってコアを取り除くことにより、クラッドのみを採取することができる。

一方、コアのみを採取することは一般に困難な場合が多いため、分取したクラッドの単位質量当りの前記（メタ）アクリル酸エステルモノマー由来部位の存在量（ｘ）を、クラッドとコアとを合わせた光導波路全体の単位質量当りの前記（メタ）アクリル酸エステルモノマー由来部位の存在量（ｙ）と比較してもよい。ｙ＞ｘであれば、コアにおける同存在量（Ａｃ_{（ｃｏｒｅ）}）がクラッドにおけるそれ（Ａｃ_{（ｃｌａｄ）}＝ｘ）を上回っていることはいうまでもない。また、前記光導波路全体におけるコアとクラッドとの質量分率がわかっていれば、前記（ｘ）、（ｙ）から、コアの単位質量当りの前記（メタ）アクリル酸エステルモノマー由来部位の存在量（Ａｃ_{（ｃｏｒｅ）}）を推算することができる。

採取した樹脂硬化物は、例えばＧＣ−ＭＳ（ガスクロマトグラフ質量分析）法により同定、定量することができる。その際、水酸化テトラメチルアンモニウムなどの有機アルカリ試薬を用いた反応熱分解法や、超臨界メタノール分解法などにより、測定試料である樹脂硬化物を特定の結合箇所で選択的に切断しておく手法を併用することが好ましい。

なお、上記では本発明の光導波路を自己形成法によって作製する場合に限って説明したが、本発明の光導波路は、それが自己形成光導波路である場合に限定されるものではない。例えば、いわゆるソフトリソグラフィー法によって前記光導波路を作製する場合においても、本発明によって伝搬損失を低減することができる。

ソフトリソグラフィー法による光導波路は、例えば石榑らの報告している方法によって作製することができる（Ｔ．ＩｓｈｉｇｕｒｅａｎｄＹ．Ｎｉｔｔａ，ＯｐｔｉｃｓＥｘｐｒｅｓｓ，Ｖｏｌ．１８（１３），ｐｐ１４１９１−１４２０１）。その場合、コア材料として（メタ）アクリル酸エステルモノマーを相対的に多く含む樹脂組成物を用い、クラッド材料として（メタ）アリルモノマーを相対的に多く含む樹脂組成物を用いればよい。石榑らの手法によれば、金型によってコアの凹形状が賦形されたクラッド材料層を半硬化の状態とし、次いで該凹形状部にコア材料を充填する。前記クラッド材料層は完全に硬化していないから、コア材料との界面においてモノマーの拡散・混合が生じる。その後、クラッド材料およびコア材料を完全に硬化させる。その結果、コアとクラッドとの界面で屈折率が連続的に変化するグレーデッドインデックス型の光導波路フィルムが得られ、モード分散を効果的に低減できるとしている。本発明を用いることにより、クラッドとコアとの界面近傍のモノマー混合が生じた領域におけるミクロ相分離が抑えられ、該界面における光散乱を低減することができる。

その際、より効果的にミクロ相分離を抑制するためには、前記コア材料と前記クラッド材料とが、同一の（メタ）アクリル酸エステルモノマーを含んでいることが好ましい。該モノマーは複数成分の混合物であってもよいが、そのすべてが前記コア材料と前記クラッド材料とに共通して含まれていることが好ましい。なお、前述した自己形成光導波路の場合、形成されたコアとクラッドとに存在する（メタ）アクリル酸エステルモノマー由来部位が同一の化学構造を有していることはいうまでもない。

このようにして作製された光導波路は、例えば、各種光素子が実装された基板内における光配線として用いることができる。さらに、前記光導波路を自己形成法によって作製した場合、光配線基板内において、光ファイバ／光導波路フィルムと発光素子や受光素子との間を低損失で結合するための光ビアとして用いることができる。また、光ファイバ／光導波路フィルムどうしを結合するために用いてもよい。

さらに、前記光導波路コア形成用光源の光路の途中に、前記光源から入射した光の少なくとも一部を反射するミラーを配置しておけば、前記ミラー部で光路変換が可能な光導波路コアを自律的に形成することができる。このような手法を採ることにより、光合波器や光分波器などを簡便に実現することができる。

以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

［実施例１］
（自己形成光導波路の作製）
図１の光学系を用い、表１に示す感光性樹脂組成物に対し、自己形成光導波路を形成した。さらに、形成された光導波路の光挿入損失を同時に測定した。

前記感光性樹脂組成物は、以下の手順で調製した。
（メタ）アクリル酸エステルモノマーとして、ＥＯ変性ビスフェノールＡジアクリレート（日本化薬（株）製、カヤラッドＲ−５５１）５ｇ、（メタ）アリルモノマーとして、トリメチロールプロパンジアリルエーテル（シグマ・アルドリッチ社製）５ｇを混合し、さらに光ラジカル発生剤として、３，３’，４，４’−テトラ（ｔｅｒｔ- ブチルパーオキシカルボニル）ベンゾフェノンの２５％トルエン溶液（日油（株）製、ＢＴＴＢ−２５）０．１ｇ、光増感剤として４，４’−ビス（ジエチルアミノ）ベンゾフェノン０．１ｇを添加し、前記感光性樹脂組成物とした。得られた該樹脂組成物を、対向させた光ファイバ（１４、１５）の先端部及びそれらの間隙部を完全に被覆するように滴下し、光導波路の形成を行った。なお、前記光ファイバとしては、グレーデッドインデックス型のマルチモード石英ファイバ（コア径５０μｍ、クラッド径１２５μｍ）を用いた。また、前記光ファイバは、幅約２２０μｍ、深さ約１９０μｍの直線状のＶ溝が表面に形成されたガラス板（図示していない）の該Ｖ溝部に対向するように嵌合し、双方の前記光ファイバの光軸を一致させた。

図１の光学系において、自己形成光導波路を形成するための光源（１１）として、波長３６５ｎｍの紫外ＬＥＤ（発光ダイオード）を用い、該光源から発振した光を、２本の光ファイバに入射し、分岐比５０／５０の１×２光カプラ（１２、１３）に導入した。前記ＬＥＤの光は２つの光カプラを透過後、前記光ファイバ（１４、１５）を介して前記感光性樹脂組成物（１）に対向して入射される。対向する光ファイバの離間距離は１．０ｍｍとした。前記ＬＥＤの光によって光導波路コアを形成した後、感光性樹脂組成物全体を、上記と同等の紫外ＬＥＤ（図示していない）で均一に照射することにより、コア及びクラッドを完全に硬化させた。

（光挿入損失の測定）
形成された光導波路の光挿入損失を同時計測するための光源（１６）としては、波長８５０ｎｍの面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を用いた。該ＶＣＳＥＬからの光は、片方の前記光カプラ（１２）に入射し、上記と同じマルチモード光ファイバ（１４）を介して前記感光性樹脂（１）中に入射される。入射したＶＣＳＥＬからの光は、形成された光導波路コアを伝播し、対向する他方の光ファイバ（１５）に結合される。対向する光ファイバに結合したＶＣＳＥＬからの出射光は、他方の光カプラ（１３）を介してフォトディテクタ（１７）に入射する。該フォトディテクタで測定された光強度を、前記光ファイバ（１４）端面からの出射光強度と比較することにより、光挿入損失を算出した。結果を併せて表１に示した。

（光導波路の組成分析）
得られた光導波路のコアとクラッドにおけるアクリル酸エステルモノマー由来部位を、以下の手順で定量した。

前記Ｖ溝つきガラス基板上に形成された樹脂硬化物を、該ガラス基板表面と同じ高さまで研磨することにより、過剰な樹脂硬化物を取り除いた。次いで、前記Ｖ溝内に残った樹脂硬化物をすべて掻き出し、コアとクラッドとを含む樹脂硬化物サンプル（Ａ）とした。

一方、光導波路のコアを除去した樹脂硬化物サンプル（Ｂ）を以下の方法により別途作製した。すなわち、上記と同様に過剰な樹脂硬化物を研磨除去したのち、切削加工によって、Ｖ溝内部に残った樹脂硬化物のコアを選択的に取り除いた。まず、光学顕微鏡によって、前記Ｖ溝つきガラス基板上面からコア形状を観察した結果、形成されたコアの平均径は６５μｍであったことから、エンドミルでＶ溝中心線に沿って幅約６５μｍ、深さ約１００μｍとなるように樹脂硬化物を切削し、前記コアを含む樹脂を取り除いた。その後、Ｖ溝基板内に残った樹脂硬化物を掻き出し、クラッドのみからなる樹脂硬化物サンプル（Ｂ）とした。

このようにして作製した前記サンプル（Ａ）、（Ｂ）を、それぞれ反応熱分解ＧＣ−ＭＳ（ガスクロマトグラフ質量分析）により測定した。前記サンプルをめのう乳鉢で粉砕し、約３０μｇ秤量した。次いで有機アルカリ試薬として水酸化テトラメチルアンモニウムの２５％メタノール溶液を約２μＬ加えた。このようにして得られた測定用試料を、反応熱分解ＧＣ−ＭＳにより分析した。熱分解炉内温度は４００℃とした。なお、前記測定用試料には、内部標準として所定量のステアリン酸メチルを添加した。

得られたパイログラムにおいて、前記内部標準物質由来のピーク面積と、アクリル酸エステルモノマーの反応熱分解生成物であるビスフェノールＡ誘導体（ＥＯ変性ビスフェノールＡのメチルエーテル）に由来するピーク面積とを比較することにより、前記ビスフェノールＡ誘導体の単位質量当りの存在量（Ａｃ’_（Ａ）及びＡｃ’_（Ｂ））を求めた。次いで、（メタ）アクリル酸エステルモノマーとして用いたＥＯ変性ビスフェノールＡジアクリレートの分子量（５１２．６、下式（I））と、反応熱分解生成物であるビスフェノールＡ誘導体の分子量（４３２．６、下式（II））をもとに、前記（メタ）アクリル酸エステルモノマー由来部位の単位質量当りの存在量（Ａｃ_（Ａ）及びＡｃ_（Ｂ））を算出した。

これらの値をもとに、下式（１）によってＡｃ_{（ｃｏｒｅ）}を求めた。なお、Ａｃ_{（ｃｌａｄ）}＝Ａｃ_（Ｂ）である。

上式（１）において、ｂはサンプルＡにおけるコアの質量分率であり、下式（２）で計算される。ただし、コアとクラッドとにおける密度差はないと仮定した。

上式（２）において、ｒは形成された光導波路コアの平均半径、ｗおよびｄはそれぞれ前記ガラス基板上のＶ溝の幅および深さである。なお、実施例１における前記ｒは３２．５μｍである。

さらに、サンプルに含まれる（メタ）アリルモノマー由来部位の存在量（Ａｌ_{（ｃｏｒｅ）}及びＡｌ_{（ｃｌａｄ）}）を求めた。なお、Ａｃ_{（ｃｏｒｅ）}＋Ａｌ_{（ｃｏｒｅ）}＝１．０、Ａｃ_{（ｃｌａｄ）}＋Ａｌ_{（ｃｌａｄ）}＝１．０と仮定した。結果を併せて表１に示す。

表１から、Ａｃ_{（ｃｏｒｅ）}はＡｃ_{（ｃｌａｄ）}を有意に上回っており、且つ、Ａｌ_{（ｃｏｒｅ）}はＡｌ_{（ｃｌａｄ）}を有意に下回っていることがわかる。

［実施例２〜３、比較例１］
前記感光性樹脂組成物として、それぞれ表１に示す組成としたほかは、実施例１と同様に感光性樹脂組成物を調製し、光挿入損失を測定した。なお、比較例１では、カチオン重合性モノマーを重合させるための光カチオン発生剤として、スルホニウム塩（トリアリールスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、シグマ・アルドリッチ社製）を併用した。結果を併せて表１に示す。

実施例１〜３の光導波路では、感光性樹脂の構成成分として、（メタ）アクリル酸エステルモノマーと（メタ）アリルモノマーとを併用しているため、光照射による重合硬化後も相分離を起こすことがなく、良好な光挿入損失が得られた。一方、比較例１では、（メタ）アクリル酸エステルモノマーと併用するモノマーとして、カチオン重合性モノマーであるエポキシ化合物を用いたため、光照射によって両者は異なる高分子鎖を形成し、ミクロ相分離を起こしやすい。このため、感光性樹脂中の光散乱が増大し、光挿入損失の悪化につながったと考えられる。これらの光挿入損失の値は、光導波路に固有の伝播損失のほか、光ファイバと自己形成光導波路との接続界面における光結合損失などの光導波路評価用光学系に固有の損失成分の総和である。該光学系に固有の損失成分は各実施例及び比較例において実質的に同等であるから、表１に示した光挿入損失の値の大小は、各実施例及び比較例の材料組成に固有の光伝播損失を反映している。

さらに、実施例１〜３のいずれの光導波路においても、（メタ）アクリル酸エステルモノマー由来部位がコアに偏在し、且つ、（メタ）アリルモノマー由来部位がクラッドに偏在していることが確認された。

（１）感光性樹脂
（１１）紫外ＬＥＤ
（１２）、（１３）光カプラ
（１４）、（１５）マルチモード光ファイバ
（１６）８５０ｎｍ面発光レーザ
（１７）フォトディテクタ

Claims

発光素子からの光を伝送するための光導波路であって、コア及びクラッドが、少なくとも（メタ）アクリル酸エステルモノマーと（メタ）アリルモノマーとに由来する３次元架橋ポリマーからなり、且つ、前記コアと前記クラッドにおける単位質量当りの前記（メタ）アクリル酸エステルモノマー由来部位の存在量をそれぞれＡｃ_{（ｃｏｒｅ）}、Ａｃ_{（ｃｌａｄ）}としたとき、Ａｃ_{（ｃｏｒｅ）}＞Ａｃ_{（ｃｌａｄ）}であることを特徴とする光導波路。
前記コアと前記クラッドにおける単位質量当りの（メタ）アリルモノマー由来部位の存在量をそれぞれＡｌ_{（ｃｏｒｅ）}、Ａｌ_{（ｃｌａｄ）}としたとき、Ａｌ_{（ｃｏｒｅ）}＜Ａｌ_{（ｃｌａｄ）}であることを特徴とする、請求項１に記載の光導波路。
前記コアと前記クラッドとにおける前記（メタ）アクリル酸エステルモノマー由来部位が、ともに同一の化学構造を有していることを特徴とする、請求項１または２に記載の光導波路。