JP2020067522A - 光接続構造およびその形成方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】クラッドを空気とした樹脂光導波路における光の放射損を抑制する。【解決手段】光が透過する樹脂からなる樹脂コア１０５ａと、樹脂コア１０５ａの周囲の空気からなるクラッドとから構成された樹脂光導波路１０５で、第１光導波路層１０３と第２光導波路層１０４とが、光接続されている。また、樹脂光導波路１０５を収容する中空の外壁構造体１０６を備える。外壁構造体１０６は、内部に密閉された空間を備える。外壁構造体１０６は、第１光デバイス１０１と第２光デバイス１０２との間に架設されている。【選択図】 図１
Description
本発明は、光接続構造およびその形成方法に関し、特に、光通信ネットワークに用いられる光ファイバ間の光接続、光ファイバとレーザ，フォトダイオード，光導波路、光変調器などの光デバイスとの光接続、光デバイス間の光接続を実現する光接続構造およびその形成方法に関する。
光通信ネットワークの進展に伴い、光通信用デバイスの集積度を向上させ、光デバイスの小型化することが強く求められている。光通信用デバイスとして用いられる光回路では、従来、ガラスをコアとする石英ガラス系からなる平面光波回路（Planar Lightwave Circuit；ＰＬＣ）が広く用いられている。これは、光ファイバとの結合に優れ、材料としての信頼性も高いため、光スプリッタ、波長合分波器、光スイッチ、偏波制御素子など光通信用の多種多様な光機能素子へ応用されている。
近年では、前述の光回路の小型化に対応するために、コアの屈折率を大きくし、クラッドとの屈折率差を大きくすることで最小曲げ径を小さく設計する高屈折率差の光回路の研究が進んでいる。また、近年では、光の閉じ込めの強いシリコンをコアとしたシリコンフォトニクス技術が進展し、ガラス系よりもより小型な光回路が実現されている。シリコンフォトニクス技術には、電子部品などで一般に用いられているシリコンプロセスが適用できる。
また、透明な高分子重合体などの樹脂（合成樹脂）からなる樹脂光導波路などもよく知られている。また、光変調素子や波長変換素子、増幅素子としては、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）などに代表される強誘電体材料をコアとする光回路なども広く利用されている。また、発光素子や受光素子、光変調素子としては、インジウムリン（ＩｎＰ）やガリウムヒ素（ＧａＡｓ）などに代表されるＩＩＩ−Ｖ族半導体も実用化されており、これらに光導波機構を有する光回路集積型の発光素子、受光素子、光変調素子なども広く応用がなされている。これら強誘電体系や半導体系の光導波路に関しても、ガラスよりも屈折率が大きいことから、光の閉じ込めが強く、回路の小型化が期待できる。以上の光機能素子をまとめて、単に光デバイスと呼ぶこととする。
上記のような、光デバイスの小型化に合わせて、光導波路の光入出力部の小型化の需要が増大している。従来、石英ガラス系ＰＬＣの光入出力部での光学的な接続（光接続）の例では、光ファイバのクラッド径以下に接続ピッチを小さくできないことから、光回路上で接続ピッチを広げたのちに、光ファイバと光接続することが一般的である。したがって、ＰＬＣの光接続には、この接続ピッチが制限となり、光入出力部を含めると光デバイス全体が小型化できないという課題がある。このため、光ファイバのクラッド径で制限されるピッチ以下で光接続する技術が求められている。
一般に、光ファイバ間、光ファイバと光デバイスとの間、および光デバイス同士の間の光接続においては、光デバイスの光軸に直交する接続端面同士を向かい合う状態に配置し、お互いのコア位置の軸ずれがないよう位置決めして光接続するバッドカップリング技術が知られている。他方、光デバイスの光軸に直交する接続端面から出射した光ビームをレンズなどの空間光学系を介して集光するなどして、再度光デバイスに接続する空間系接続なども広く用いられている。
上記のバッドカップリング技術では、必ず光デバイスの光接続面同士を向かい合わせて配置しなければならない上に、熱膨張係数や導波光のモード径の整合性の観点などから実装上の制約が大きいという課題がある。また、空間光学系結合においても、ビーム径の広がりによる制約や、微小のレンズ、ミラーなどの製造上の制約があり、接続ピッチの小型化や量産性向上に技術限界がある。
上述した限界を打破する技術として、光デバイス間を樹脂光導波路で接続する技術が提案されている。例えば、自己形成光導波路を用いた光接続や、非特許文献１に記載のように２光子吸収を用いたナノレベルの光造形技術により、任意の光立体配線パターンを作製し、樹脂内に光を導波させて前記光ファイバ間、光ファイバと光デバイスとの間、および光デバイス同士の間を光学的に接続（光接続）する方法がある。
これは、基板上に樹脂の原材料となるレジスト液などを浸漬させ、レーザからの光ビームをレンズなどにより集光させ、前記光ビームの集光部に２光子吸収を誘起させることにより集光部の樹脂のみを硬化させ、更に、このレーザを走査することにより集光部を任意に動かし、結果として、光造形を行う技術であり、光造形型の３次元プリンタとしても知られている。
特に、２光子吸収を用いた光造形の技術は、よく知られているように、集光サイズが極微小であることから、微小駆動する走査部と組み合わせることにより、ナノレベルの光造形が可能である。この技術を用いて、非特許文献１のように造形した樹脂自体をコアとした微小樹脂光配線（光導波路）を用い、接続対象の光デバイスと光接続する方法が知られている。
N. Lindenmann et al., "Photonic wire bonding: a novel concept for chip-scale interconnects", Optics Express, vol. 20, no. 16, pp. 17667-17677, 2012.
上述したように、微小領域での光接続構造では、非常に小さな曲率半径で樹脂光導波路を曲げることになる。このように小さな曲率半径で曲げるためには、曲げによる光の放射損失を低減するために、樹脂光導波路により強く光を閉じ込めることが重要となる。このためには、樹脂光導波路を構成するコアとクラッドとの屈折率差を高くすることが求められる。コアとする樹脂の屈折率は、一般に１．３〜１．６程度であるため、上記屈折率差をより高くするためには、クラッドを屈折率が１の空気とすることになる。しかしながら、空気をクラッドとして外部に露出した状態で樹脂光導波路を構成すると、周囲のごみやガスなどがコアの部分に付着し、この付着部により理想的な導波構造が乱れ、光の放射損増大などを招くという問題がある。
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、クラッドを空気とした樹脂光導波路における光の放射損の抑制を目的とする。
本発明に係る光接続構造は、光導波路が形成された第１光導波路層を備える第１光デバイスと、光導波路が形成された第２光導波路層を備える第２光デバイスと、光が透過する樹脂からなる樹脂コアから構成され、第１光導波路層と第２光導波路層とを光接続する樹脂光導波路と、樹脂光導波路を収容する中空の外壁構造体とを備え、樹脂光導波路の一部は、樹脂コアと樹脂コアの周囲の空気からなるクラッドとから構成されている。
上記光接続構造の一構成例において、外壁構造体は、樹脂から構成されている。
上記光接続構造の一構成例において、外壁構造体の内壁に樹脂コアを支持固定する支持梁を備える。
上記光接続構造の一構成例において、樹脂コアは、第１光導波路層および第２光導波路層の少なくとも一方の光導波路のコアの導波方向に沿って樹脂コアの一部の側面が接することで、第１光導波路層および第２光導波路層の少なくとも一方に、断熱的に光接続されている。
上記光接続構造の一構成例において、樹脂コアの端面と、第１光導波路層および第２光導波路層の少なくとも一方の光導波路のコアの接続端面とは、ともに導波方向に垂直に形成され、バッドカップリングにより光接続されている。
また、本発明に係る光接続構造の形成方法は、光導波路が形成された第１光導波路層を備える第１光デバイス、および光導波路が形成された第２光導波路層を備える第２光デバイスを用意する第１工程と、露光のための露光光を照射することにより光硬化樹脂を硬化して光硬化樹脂が光硬化した樹脂コアを形成し、樹脂コアと樹脂コアの周囲の空気からなるクラッドとから構成された樹脂光導波路で、第１光導波路層と第２光導波路層とを光接続する第２工程と、樹脂光導波路を収容する中空の外壁構造体を形成する第３工程とを備え、光硬化樹脂は、光硬化することにより光が透過する樹脂となる。
以上説明したように、本発明によれば、第１光導波路層と第２光導波路層とを光接続する樹脂光導波路の樹脂コアを、中空の外壁構造体に収容するので、クラッドを空気とした樹脂光導波路における、異物付着などによる光の放射損が抑制できるという優れた効果が得られる。
以下、本発明の実施の形態に係る光接続構造について説明する。
［実施の形態１］
はじめに、本発明の実施の形態１に係る光接続構造について図１，図２を参照して説明する。
はじめに、本発明の実施の形態１に係る光接続構造について図１，図２を参照して説明する。
この光接続構造は、第１光デバイス１０１、第２光デバイス１０２を備え、第１光デバイス１０１の第１光導波路層１０３と、第２光デバイス１０２の第２光導波路層１０４とが、樹脂光導波路１０５で光学的に接続（光接続）されている。樹脂光導波路１０５は、光が透過する樹脂からなる樹脂コア１０５ａと、樹脂コア１０５ａの周囲の空気からなるクラッドとから構成されている。実施の形態１では、例えば、樹脂コア１０５ａは、第１光導波路層１０３および第２光導波路層１０４の少なくとも一方の光導波路のコアの導波方向に沿って樹脂コアの一部の側面が接することで、第１光導波路層１０３および第２光導波路層１０４の少なくとも一方に、断熱的に光接続されている。
なお、樹脂光導波路１０５の伝搬距離は微小ではあるが、樹脂コア１０５ａを構成する樹脂は、光デバイスに入出力する光の波長における透過率が高いことが好ましい。また、樹脂コア１０５ａの断面寸法は、光を伝搬する範囲であれば任意であるが、導波方向を急峻に変更する微小曲げを行う領域においては、径が小さい方が好ましい。また、樹脂光導波路１０５は、全域においてクラッドを空気とする必要は無いが、微小曲げを行う領域においては、クラッドを空気とすることが好ましい。
また、光接続構造は、樹脂光導波路１０５を収容する中空の外壁構造体１０６を備える。外壁構造体１０６は、例えば、内部に密閉された空間を形成している。外壁構造体１０６は、例えば、第１光デバイス１０１と第２光デバイス１０２との間に架設されている。外壁構造体１０６は、例えば、樹脂から構成することができる。この場合、外壁構造体１０６は、樹脂コア１０５ａと同一の樹脂から構成することができる。また、外壁構造体１０６は、樹脂に限るものではなく、ガラス、半導体、金属などから構成することが可能である。
ところで、樹脂光導波路１０５は、樹脂コア１０５ａとこの周囲の空気によるクラッドとから構成されている。したがって、外壁構造体１０６の内壁と樹脂コア１０５ａとの間に、樹脂光導波路１０５のクラッドとなる領域が十分に確保されるように、樹脂コア１０５ａから離間して外壁構造体１０６を形成する。
例えば、第１光導波路層１０３は、複数の光導波路が形成され、第２光導波路層１０４も、複数の光導波路が形成されている。これらの各光導波路に対応して複数の樹脂光導波路１０５が設けられている構成とすることもできる。この場合、複数の樹脂光導波路１０５の各々は、第１光導波路層１０３の光導波路と、第２光導波路層１０４の光導波路との各々を光接続する。この場合においても、外壁構造体１０６に、複数の樹脂光導波路１０５を収容し、複数の樹脂光導波路１０５を外壁構造体１０６で覆う。
前述したように、実施の形態１では、樹脂コア１０５ａの端部の側面が、光の伝搬方向に沿って第１光導波路層１０３の光導波路コアの上面と接することで、この光導波路コアと樹脂コア１０５ａとが互いに断熱結合している。第２光導波路層１０４の光導波路コアと樹脂コア１０５ａについても同様である。これは、リブ型導波路などのように、空気が上側クラッドが構成してコアがむき出しになった光導波路に対し、そのコア光軸に沿って、むき出しのコアの上面に樹脂コア１０５ａを側面を接して形成することで、例えば、第１光導波路層１０３の光導波路コアを導波する導波光のしみ出しによるエバネッセント結合により、両者を断熱的に光結合して低損失に光接続を実現する技術である。なお、必ずしもコアがむき出しでなくても、コアからのクラッドへの光のしみ出しが大きく、かつ、クラッドが薄ければ、断熱的な光結合が実現できる。
樹脂光導波路１０５は、空気をクラッドとしており、樹脂などをクラッドとした場合に比較して、樹脂コア１０５ａとクラッドとの間の屈折率差が大きい。また、樹脂コア１０５ａの径は、５μｍ程度と微小径に設定されている。上述したように、樹脂光導波路１０５は高い屈折率差により光の閉じ込め効果が大きい。このため、樹脂光導波路１０５は、導波方向を微小な曲率で曲げても、放射損なく光が導波できる。
例えば、第１光デバイス１０１と第２光デバイス１０２との間で光接続しようとする光導波路同士の光軸がずれている場合、これらの間を直線的に接続することができず、樹脂光導波路１０５の一部を曲げることになる。加えて、第１光デバイス１０１と第２光デバイス１０２とが近接している場合、より小さい領域に樹脂光導波路１０５を納めるためには、樹脂光導波路１０５の曲げる箇所の曲率を小さくする必要がある。このように、第１光デバイス１０１と第２光デバイス１０２とが近設し、加えて、光接続しようとする光導波路同士の光軸がずれていても、光の閉じ込め効果が大きい樹脂光導波路１０５を用いれば、光接続しようとする光導波路同士が放射損なく光接続ができる。
実施の形態１によれば、樹脂光導波路１０５が、外壁構造体１０６に覆われて収容されているので、周囲のごみやかすなどが樹脂コア１０５ａに付着することが抑制できる。外壁構造体１０６を設けて樹脂コア１０５ａへのごみなどの付着を抑制すれば、光の放射損が抑制できるようになり、低損失性を高信頼に維持することが可能となる。この効果は、外壁構造体１０６を気密構造とすることでより高くなる。また、樹脂コア１０５ａに誤って触れて破壊することなどを予防することが可能となり、機械的な信頼性を高めることができる。
なお、上述では、２つの第１光デバイス１０１と第２光デバイス１０２との間を光接続する場合を例に説明したが、これに限るものではない。３つ以上の光デバイスの各々の間を光接続する場合にも同様である。例えば、光ファイバアレイと、光導波路デバイスと各々の間の光接続にも全く同様に適用できる。
なお、第１光導波路層１０３，第２光導波路層１０４が備える光導波路は、例えば、シリコン細線をコアとし、酸化シリコンをクラッドとすることができる。この光導波路は、例えば、よく知られたＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板などから形成できる。光導波路を形成するには、まず、公知のフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術などによりＳＯＩ基板の表面シリコン層をパターニングし、光導波路（光回路）を構成するコア層を形成する。次に、例えば、プラズマＣＶＤ法などのよく知られた堆積法により、酸化シリコンを堆積してクラッドを形成することにより、光導波路が得られる。
また、第１光デバイス１０１、第２光デバイス１０２は、上述したシリコン細線による光導波路に限らず、例えばシリコン基板上に堆積して形成された石英ガラスからなるコアを有する平面光波回路とすることができる。また、他の光導波機構を有する光導波路デバイスから第１光デバイス１０１、第２光デバイス１０２を構成することもできる。例えば、基板や光導波路として、石英ガラスのほか、有機物からなるポリマーや、Ｓｉ、シリコンナイトライド（ＳｉＮ）、ガリウムヒ素、インジウムリン（ＩｎＰ）などの半導体あるいは化合物半導体導波路、ニオブ酸リチウム（ＬＮ）、周期的分極反転ニオブ酸リチウム（ＰＰＬＮ）等の誘電体を用いた光導波路デバイスから第１光デバイス１０１、第２光デバイス１０２を構成することができる。
また、光を伝搬、入出力する光デバイスであれば、この機能も第１光デバイス１０１、第２光デバイス１０２に適応可能である。例えば、光導波路の他に、レーザなどの発光素子、フォトダイオードなどの受光素子、光変調器などから第１光デバイス１０１、第２光デバイス１０２を構成してもよい。また、第１光デバイス１０１、第２光デバイス１０２は、光増幅器、アイソレータ、偏波回転、偏波分離素子、光減衰器、など任意の光機能素子を含むことも可能である。いずれにおいても、第１光デバイス１０１、第２光デバイス１０２は、光導波路を含んでいる。
第１光デバイス１０１、第２光デバイス１０２は、例えば、信号を処理するための各種の光回路や、発光・受光・変調・制御等するための各種の光機能素子が集積されているが、本発明は、光導波路間の光接続構造にその特徴を有するのであり、回路構成や回路の機能によらない。
次に、光接続構造の形成方法について説明する。樹脂コア１０５ａおよび外壁構造体１０６は、光造形により形成することができる。
例えば、光硬化樹脂の露光波長の紫外線を用いたフォトリソグラフィ技術により樹脂コア１０５ａおよび外壁構造体１０６が形成できる。具体的には、まず、光導波路が形成された第１光導波路層１０３を備える第１光デバイス１０１、および光導波路が形成された第２光導波路層１０４を備える第２光デバイス１０２を用意する（第１工程）。次に、紫外線硬化型の樹脂やＳＵ−８などに代表されるネガ型のフォトレジストなどの光硬化樹脂を、第１光デバイス１０１、第２光デバイス１０２の樹脂コア１０５ａを形成する箇所に塗布する。あるいは、光硬化樹脂を塗布する代わりに、光硬化樹脂を収容した容器に、第１光デバイス１０１、第２光デバイス１０２を浸漬する。
この状態で、光学系や光源をモータあるいはピエゾステージなどを用いて、樹脂コア１０５ａの形成領域に露光光を順次照射して、照射箇所を選択的に光硬化させ、樹脂コア１０５ａとなる部分（潜像）を形成する。
また、光硬化樹脂の露光波長よりも長い波長のフェムト秒レーザを用いる光造形によっても、樹脂コア１０５ａおよび外壁構造体１０６が形成できる。この光造形では、一定の光強度が集光された箇所のみに非線形効果による２光子吸収が発生し、この箇所の光硬化樹脂を光硬化させることができる。フェムト秒レーザを用いる光造形では、前述した露光波長の光源を用いるフォトリソグラフィ技術に比較して、より高精度に、かつ、ナノレベルで光造形を行うことができる。
これらの光造形技術を用いて樹脂コア１０５ａとなる部分を光硬化させた後、未硬化の領域の光硬化樹脂を除去することにより、樹脂コア１０５ａを形成する（第２工程）。樹脂コア１０５ａを形成した後、外壁構造体１０６も、上述した光造形技術を用いて同様に形成する（第３工程）。外壁構造体１０６を形成するには、例えば、まず、直方体の外壁構造体１０６のうち５つの面となる部分を光硬化させた後、未硬化の光硬化樹脂を除去する。これにより、直方体の外壁構造体１０６の内、５つの面が形成され、この内側は空間となる。この後、直方体の外壁構造体１０６の残りの１面を上述した光造形技術により形成することで、中空構造の外壁構造体１０６が形成できる。
［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２に係る光接続構造について図３、図４Ａ、図４Ｂを参照して説明する。
次に、本発明の実施の形態２に係る光接続構造について図３、図４Ａ、図４Ｂを参照して説明する。
この光接続構造は、第１光デバイス１０１、第２光デバイス１０２を備え、第１光デバイス１０１の第１光導波路層１０３と、第２光デバイス１０２の第２光導波路層１０４とが、樹脂光導波路１０５で光接続されている。樹脂光導波路１０５は、光が透過する樹脂からなる樹脂コア１０５ａと、樹脂コア１０５ａの周囲の空気からなるクラッドとから構成されている。第１光導波路層１０３は、コア１０３ａによる複数の光導波路を備える。また、第２光導波路層１０４も、コア１０４ａによる複数の光導波路を備える。これらの構成は、前述した実施の形態１と同様である。
また、実施の形態２では、第１光デバイス１０１と第２光デバイス１０２とは、樹脂層１１３を介して積層され、これらが一体とされている。第１光デバイス１０１の第１光導波路層１０３が形成されている面と、第２光デバイス１０２の第２光導波路層１０４が形成されている面とが、向かい合い、これらの間に樹脂層１１３を挟んでいる。樹脂層１１３は、例えば、接着剤から構成され、この樹脂層１１３が、第１光デバイス１０１と第２光デバイス１０２とを互いに接着固定している。
また、実施の形態２では、第１光導波路層１０３の光入出射がなされる光導波路端面（接続端面）と、第２光導波路層１０４の光入出射がなされる光導波路端面（接続端面）とは、同一の方向を向いて配置されている。第１光導波路層１０３および第２光導波路層１０４の、同一の方向を向いている接続端面の間が、樹脂コア１０５ａによる樹脂光導波路１０５で光接続されている。
実施の形態２では、樹脂コア１０５ａの一方の端面と、第１光導波路層１０３の光導波路のコアの接続端面とが、ともに導波方向に垂直に形成され、これらが互いに当接することで、第１光導波路層１０３の光導波路と樹脂光導波路１０５とがバッドカップリングにより光接続している。また、樹脂コア１０５ａの他方の端面と、第２光導波路層１０４の光導波路のコアの接続端面とが、ともに導波方向に垂直に形成され、これらが互いに当接することで、第２光導波路層１０４の光導波路と樹脂光導波路１０５とがバッドカップリングにより光接続している。また、実施の形態２では、樹脂コア１０５ａが、Ｕ字状などの適切な曲率で折り返された構造を有している。
また、実施の形態２においても、樹脂光導波路１０５を収容する中空構造の外壁構造体１０６ａを備える。実施の形態２では、前述した接続端面側の樹脂層１１３の側面が、外壁構造体１０６ａの一部となる。
なお、図３に示すように、実施の形態２において、第１光導波路層１０３の他方の接続端には、光ファイバ１０７が光接続されている。光ファイバ１０７は、固定部品１０９により、接着剤による接着層１１１を介して、第１光デバイス１０１の１端面（側面）に固定されている。また、第２光導波路層１０４の他方の接続端には、光ファイバ１０８が光接続されている。光ファイバ１０８は、固定部品１１０により、接着剤による接着層１１２を介して、第２光デバイス１０２の１端面（側面）に固定されている。
ここで、実施の形態２において、第１光デバイス１０１と第２光デバイス１０２との、同じ方向を向いている各々の接続端面の間隔が、例えば１００μｍ程度とされているとすると、これらを光接続する樹脂光導波路１０５の樹脂コア１０５ａの折り返される構造の曲率半径が１００μｍ程度となる。この値は、非常に小さな値であり、通常の光ファイバなどでは、放射損が非常に大きい。
これに対し、樹脂光導波路１０５は、クラッドを空気とし、樹脂コア１０５ａの直径を１０μｍ以下とすることで、曲げの半径が１００μｍ程度と小さくても、放射損失がほぼない状態で、光を導波させることができる。
実施の形態２の樹脂コア１０５ａおよび外壁構造体１０６ａも、前述した光造形技術により形成できる。また、外壁構造体１０６ａは、図４Ａに示すように、微小な孔部１２０を有していてもよい。孔部１２０を備える外壁構造体１０６ａは、外壁構造体１０６ａのの形状に光硬化樹脂を光硬化させた後、孔部１２０を介して内部の未硬化の光樹脂を除去することで、形成することができる。孔部１２０は、未硬化部分を除去するための流路として機能する。孔部１２０を開始、適切な溶剤で未硬化部分を溶解して流し出せば、中空構造を有する外壁構造体１０６ａが得られる。
また、上述したように中空構造とした後、孔部１２０を、樹脂などによる板状の蓋部材１２１で閉じることで、図４Ｂに示すように、外壁構造体１０６ａを気密構造とすることができる。
実施の形態２においても、樹脂光導波路１０５が、外壁構造体１０６ａに覆われて収容されているので、周囲のごみやかすなどが樹脂コア１０５ａに付着することが抑制でき、前述した実施の形態１と同様に、光の放射損増大などが抑制できるようになり、低損失性を高信頼に維持することが可能となる。また、樹脂コア１０５ａに誤って触れて破壊するなどを予防することが可能となり、機械的な信頼性を高めることができる。
［実施の形態３］
次に、本発明の実施の形態３に係る光接続構造について図５を参照して説明する。
次に、本発明の実施の形態３に係る光接続構造について図５を参照して説明する。
この光接続構造は、第１光デバイス１０１、第２光デバイス１０２を備え、第１光デバイス１０１の第１光導波路層１０３と、第２光デバイス１０２の第２光導波路層１０４とが、樹脂光導波路１０５で光接続されている。樹脂光導波路１０５は、光が透過する樹脂からなる樹脂コア１０５ａと、樹脂コア１０５ａの周囲の空気からなるクラッドとから構成されている。第１光導波路層１０３は、コア１０３ａによる複数の光導波路を備える。また、第２光導波路層１０４も、コア１０４ａによる複数の光導波路を備える。これらの構成は、前述した実施の形態１、２と同様である。
また、実施の形態３では、第１光デバイス１０１の第１光導波路層１０３が形成されている面と、第２光デバイス１０２の第２光導波路層１０４が形成されている面とが、向かい合って配置されている。これらの第１光デバイス１０１および第２光デバイス１０２の配置は、前述した実施の形態２と同様であるが、実施の形態３では、第１光デバイス１０１と第２光デバイス１０２との間は、空間（空気層）であり、樹脂層は配置されていない。
また、実施の形態３も、実施の形態２と同様に、第１光導波路層１０３の接続端面と、第２光導波路層１０４の接続端面とは、同一の方向を向いて配置されて、これらの接続端面の間が、樹脂コア１０５ａによる樹脂光導波路１０５で光接続されている。また、実施の形態３でも、前述した実施の形態２と同様に、樹脂コア１０５ａの一方の端面と、第１光導波路層１０３の光導波路のコアの接続端面とが、導波方向に垂直に形成され、樹脂光導波路１０５と第１光導波路層１０３の光導波路とがバッドカップリングにより光接続している。また、樹脂コア１０５ａの他方の端面と、第２光導波路層１０４の光導波路のコアの接続端面とが、導波方向に垂直に形成され、樹脂光導波路１０５と第２光導波路層１０４の光導波路とがバッドカップリングにより光接続している。また、実施の形態３でも、樹脂コア１０５ａが、Ｕ字状などの適切な曲率で折り返された構造を有している。
なお、実施の形態３においても、第１光導波路層１０３の他方の接続端には、光ファイバ１０７が光接続されている。光ファイバ１０７は、固定部品１０９により、第１光デバイス１０１に固定されている。固定部品１０９は、接着剤による接着層１１１で、第１光デバイス１０１の１端面（側面）に接着されている。また、第２光導波路層１０４の他方の接続端には、光ファイバ１０８が光接続されている。光ファイバ１０８は、固定部品１１０により、第２光デバイス１０２に固定されている。固定部品１１０は、接着剤による接着層１１２で、第２光デバイス１０２の１端面（側面）に接着されている。
上述した構成に加え、実施の形態３では、第１光導波路層１０３の接続端面および第２光導波路層１０４の接続端面から導波方向に延在する樹脂コア１０５ａの直線部が、樹脂からなるクラッド部１１４内に埋め込まれている。このクラッド部１１４は、第１光導波路層１０３の接続端面を含む第１光デバイス１０１の側面と、第２光導波路層１０４の接続端面を含む第２光デバイス１０２の側面との間に架設されている。
また、実施の形態３においても、樹脂光導波路１０５を収容する中空構造の外壁構造体１０６ｂを備える。実施の形態３では、クラッド部１１４が、外壁構造体１０６ａの一部となる。
実施の形態３において、樹脂光導波路１０５は、直線部分では、樹脂コア１０５ａとクラッド部１１４とから構成されている。一方、Ｕ字形状とされた屈曲部における樹脂光導波路１０５は、樹脂コア１０５ａと空気によるクラッドとから構成されている。
樹脂光導波路１０５の直線部分は、コアとクラッドとの屈折率差が比較的小さくても、光の放射損失がほとんど無い。このため、樹脂光導波路１０５の直線部分は、屈折率が１より大きくなる樹脂によるクラッド部１１４を設けても、ほぼロス無く光を導波させることができる。
一方、屈曲部における樹脂光導波路１０５では、空気によるクラッドとすることで、コアとクラッドとの屈折率差を十分に高くしているので、小さな曲げ半径とされていても、放射損失が防止できる。
また、実施の形態３では、樹脂コア１０５ａの直線部分は、クラッド部１１４に埋め込まれ、樹脂コア１０５ａの屈曲部分は、中空構造の外壁構造体１０６ｂにより囲われているので、前述した実施の形態１，２と同様に、周囲のごみやかすなどが樹脂コア１０５ａに付着することを抑制でき、低損失性を高信頼に維持することが可能となる。また、実施の形態３では、樹脂コア１０５ａの直線部分が、クラッド部１１４に埋め込まれて固定されているので、機械的な強度をより高くすることができ、機械的な信頼性をより高めることができる。なお、樹脂コアの直線部に樹脂からなるクラッド部を設ける構成は、前述した実施の形態１における断熱的な接続形態にも適用可能である。
［実施の形態４］
次に、本発明の実施の形態４に係る光接続構造について図６を参照して説明する。
次に、本発明の実施の形態４に係る光接続構造について図６を参照して説明する。
この光接続構造は、第１光デバイス１０１、第２光デバイス１０２を備え、第１光デバイス１０１の第１光導波路層１０３と、第２光デバイス１０２の第２光導波路層１０４とが、樹脂光導波路１０５で光接続されている。樹脂光導波路１０５は、光が透過する樹脂からなる樹脂コア１０５ａと、樹脂コア１０５ａの周囲の空気からなるクラッドとから構成されている。第１光導波路層１０３は、コア１０３ａによる複数の光導波路を備える。また、第２光導波路層１０４も、コア１０４ａによる複数の光導波路を備える。
また、第１光デバイス１０１と第２光デバイス１０２とは、樹脂層１１３を介して積層され、これらが一体とされている。また、第１光導波路層１０３の接続端面と、第２光導波路層１０４の接続端面とは、同一の方向を向いて配置されている。樹脂コア１０５ａの一方の端面と、第１光導波路層１０３の光導波路のコアの接続端面とが、導波方向に垂直に形成され、樹脂光導波路１０５と第１光導波路層１０３の光導波路とがバッドカップリングにより光接続している。また、樹脂コア１０５ａの他方の端面と、第２光導波路層１０４の光導波路のコアの接続端面とが、導波方向に垂直に形成され、樹脂光導波路１０５と第２光導波路層１０４の光導波路とがバッドカップリングにより光接続している。また、実施の形態３でも、樹脂コア１０５ａが、Ｕ字状などの適切な曲率で折り返された構造を有している。
また、樹脂光導波路１０５を収容する中空構造の外壁構造体１０６ａを備える。実施の形態４では、前述した接続端面側の樹脂層１１３の側面が、外壁構造体１０６ａの一部となる。
また、第１光導波路層１０３の他方の接続端には、光ファイバ１０７が光接続されている。光ファイバ１０７は、固定部品１０９により、接着剤による接着層１１１を介して、第１光デバイス１０１の１端面（側面）に固定されている。また、第２光導波路層１０４の他方の接続端には、光ファイバ１０８が光接続されている。光ファイバ１０８は、固定部品１１０により、接着剤による接着層１１２を介して、第２光デバイス１０２の１端面（側面）に固定されている。
上述した構成は、前述した実施の形態２と同様である。実施の形態４では、外壁構造体１０６ａの内壁に樹脂コア１０５ａを支持固定する支持梁１１５を備える。外壁構造体１０６ａの内壁と支持梁１１５、および樹脂コア１０５ａと支持梁１１５とは、互いに機械的に接続されている。
また、樹脂コア１０５ａと支持梁１１５との接点の面積は、樹脂コア１０５ａのコア直径以下に設定されている。また、支持梁１１５は、樹脂コア１０５ａの延在方向に直交するように接続されている。支持梁１１５は、樹脂光導波路１０５の光導波損失の増加につながらないように、適切に樹脂コア１０５ａに接続する。
空気をクラッドとし、一部がＵ字の形状に屈曲している樹脂コア１０５ａは、非常に撓みやすく、また、屈曲部の近傍において折れなどが発生しやすい。このような状態に対し、支持梁１１５を設け、樹脂コア１０５ａを支持することで、樹脂コア１０５ａの機械強度を高めることができ、上述した撓みや破損が防止できるようになる。
上述した支持梁１１５と樹脂コア１０５ａとの接続箇所においては、樹脂光導波路１０５の導波方向に対する支持梁１１５の樹脂コア１０５ａとの接続角度が重要となる。支持梁１１５の接続角度が浅いと、よく知られる光スプリッタや方向性結合器のように、支持梁１１５の方に光が漏れていくこととなる。一方、支持梁１１５の接続角度を９０°により近づけることで、支持梁１１５への光の漏れを低減させることができる。特に、支持梁１１５の接続角度を９０°とすることで、支持梁１１５への光の漏れを最小とすることができる。
また、支持梁１１５と樹脂コア１０５ａとの接続箇所が散乱点とならないよう、これらの接点の面積は、可能な限り小さいことが好ましい。この観点より、よりよくは、接点の面積を樹脂コア１０５ａの直径の１／２以下程度にすることが好ましい。これにより、光の放射損の影響を増やすことなく、樹脂コア１０５ａの機械的な強度を増すことができる。また、樹脂コア１０５ａ、支持梁１１５、外壁構造体１０６ａは、同一の光造形の工程で形成できるので、製造上の優位性も大きいという特徴がある。
なお、支持梁１１５は、図６に例示したように、３本に限るものではなく、４本や５本とすることや、１本とすることも可能である。また、支持梁１１５の形状は、棒状に限るものではなく、所望とする必要な機械強度、および前述した光学的な観点から、任意に設定することができる。また、支持梁は、前述した実施の形態１における光接続構造にも適用可能であることは、言うまでもない。
以上に説明したように、本発明によれば、第１光導波路層と第２光導波路層とを光接続する樹脂光導波路の樹脂コアを、中空の外壁構造体に収容するので、クラッドを空気とした樹脂光導波路における、異物付着などによる光の放射損が抑制できるようになる。
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。
１０１…第１光デバイス、１０２…第２光デバイス、１０３…第１光導波路層、１０４…第２光導波路層、１０５…樹脂光導波路、１０５ａ…樹脂コア、１０６…外壁構造体。
Claims (6)
- 光導波路が形成された第１光導波路層を備える第１光デバイスと、
光導波路が形成された第２光導波路層を備える第２光デバイスと、
光が透過する樹脂からなる樹脂コアから構成され、前記第１光導波路層と前記第２光導波路層とを光接続する樹脂光導波路と、
前記樹脂光導波路を収容する中空の外壁構造体と
を備え、
前記樹脂光導波路の一部は、前記樹脂コアと前記樹脂コアの周囲の空気からなるクラッドとから構成されていることを特徴とする光接続構造。 - 請求項１記載の光接続構造において、
前記外壁構造体は、前記樹脂から構成されていることを特徴とする光接続構造。 - 請求項１または２記載の光接続構造において、
前記外壁構造体の内壁に前記樹脂コアを支持固定する支持梁を備えることを特徴とする光接続構造。 - 請求項１〜３のいずれか１項に記載の光接続構造において、
前記樹脂コアは、前記第１光導波路層および前記第２光導波路層の少なくとも一方の光導波路のコアの導波方向に沿って前記樹脂コアの一部の側面が接することで、前記第１光導波路層および前記第２光導波路層の少なくとも一方に、断熱的に光接続されていることを特徴とする光接続構造。 - 請求項１〜３のいずれか１項に記載の光接続構造において、
前記樹脂コアの端面と、前記第１光導波路層および前記第２光導波路層の少なくとも一方の光導波路のコアの接続端面とは、ともに導波方向に垂直に形成され、バッドカップリングにより光接続されていることを特徴とする光接続構造。 - 光導波路が形成された第１光導波路層を備える第１光デバイス、および光導波路が形成された第２光導波路層を備える第２光デバイスを用意する第１工程と、
露光のための露光光を照射することにより光硬化樹脂を硬化して前記光硬化樹脂が光硬化した樹脂コアを形成し、前記樹脂コアと前記樹脂コアの周囲の空気からなるクラッドとから構成された樹脂光導波路で、前記第１光導波路層と前記第２光導波路層とを光接続する第２工程と、
前記樹脂光導波路を収容する中空の外壁構造体を形成する第３工程と
を備え、
前記光硬化樹脂は、光硬化することにより光が透過する樹脂となることを特徴する光接続構造の形成方法。
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