JP3609685B2

JP3609685B2 - 光導波路の製造方法

Info

Publication number: JP3609685B2
Application number: JP2000094486A
Authority: JP
Inventors: 敏文田中; 透木練
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2000-03-30
Filing date: 2000-03-30
Publication date: 2005-01-12
Anticipated expiration: 2020-03-30
Also published as: JP2001281482A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信分野において分波器、合波器、光スイッチング素子等の光受動部品などに用いられ、また、光集積回路にも適用可能な光導波路の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信の実用化に伴ない、光導波路が注目されている。光導波路は、高屈折率材からなるコアの周囲を低屈折率材からなるクラッドで被覆したものである。
【０００３】
光導波路の製造方法としては、例えばスパッタ法、ＣＶＤ法、真空蒸着法等の薄膜形成方法と、フォトリソグラフィー等の微細加工技術とを併用する方法がよく知られており、これらの方法では、境界が明瞭な矩形断面をもつコアを形成できる。しかし、これらの方法では、薄膜の形成とそのエッチングとを繰り返す必要があるので、工程数が多くなってコスト高を招く。
【０００４】
製造コストを著しく低減できる光導波路として、コアおよびクラッドを樹脂で構成した光導波路が提案されている。例えば特公平７−９４９２号公報では、樹脂からなり、矩形断面の溝を有する基板（クラッド）を射出成形、注型成形、圧縮成形等により製造し、この溝内にコア材料の樹脂を充填して光回路板（光導波路）を製造する方法が記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記特公平７−９４９２号公報に記載されたように、コア埋設用の溝をクラッド製造時に一体成形すれば、製造工程を著しく簡素化できる。
【０００６】
しかし、本発明の発明者らの実験によれば、コア寸法に応じた矩形断面を有する凸条を形成した金型を用い、射出成形等によりクラッドを成形すると、クラッドを金型から離型する際に、溝付近においてクラッドに欠けが発生し、歩留まりが低くなってしまうことがわかった。
【０００７】
本発明はこのような事情からなされたものであり、製造が容易で、しかも歩留まりの高い光導波路を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、下記（１）〜（４）の本発明により達成される。
（１）樹脂からなるコアを、コアよりも屈折率の低い樹脂からなる一対のクラッドで挟んだ構造の光導波路を製造する方法であって、
溝を有する一方のクラッドを、前記溝の母型パターンとなる凸条を有する金型を用いて成形する工程と、前記溝内にコア材料を充填する工程と、前記一方のクラッドの前記溝を形成した面に、他方のクラッドを積層する工程とを有し、
前記金型として、前記凸条の断面の角部が鈍っているものを用いることにより、光伝搬方向に垂直な断面において、前記一方のクラッド表面からの深さの増大に伴って前記溝の幅が増大することはなく、かつ、前記一方のクラッドの上面と前記溝との境界が曲線で構成されている光導波路を得る光導波路の製造方法。
（２）樹脂からなるコアを、コアよりも屈折率の低い樹脂からなる一対のクラッドで挟んだ構造の光導波路を製造する方法であって、
溝を有する一方のクラッドを、前記溝の母型パターンとなる凸条を有する金型を用いて成形する工程と、前記溝内にコア材料を充填する工程と、前記一方のクラッドの前記溝を形成した面に、他方のクラッドを積層する工程とを有し、
前記一方のクラッドを成形する際に転写精度を敢えて低下させることにより、光伝搬方向に垂直な断面において、前記一方のクラッド表面からの深さの増大に伴って前記溝の幅が増大することはなく、かつ、前記一方のクラッドの上面と前記溝との境界が曲線で構成されている光導波路を得る光導波路の製造方法。
（３）前記光導波路の前記曲線の曲率半径が５μm以上である上記（１）または（２）の光導波路の製造方法。
（４）前記光導波路の光伝搬方向に垂直な断面において、前記溝の深さ方向と前記溝の輪郭の接線とのなす角度が１度以上である上記（１）〜（３）のいずれかの光導波路の製造方法。
【０００９】
【発明の実施の形態】
従来の光導波路について、光伝搬方向に垂直な断面を図１（Ｅ）に示す。この光導波路は、それぞれ平板状である下部クラッド２１および上部クラッド２２からなる一対のクラッドで、コア３を挟んだ構造をもつ。コア３は、下部クラッド２１に形成された溝内に埋め込まれている。クラッドおよびコアは、いずれも樹脂から構成される。図１（Ｅ）において、コア３が埋設された溝は矩形断面をもつ。そのため、前述したように、下部クラッド２１を射出成形等により製造し、金型から離型する際に、溝付近で下部クラッドに欠けが生じやすい。
【００１０】
本発明の光導波路の構成例を、図１（Ａ）、図１（Ｂ）、図１（Ｃ）および図１（Ｄ）にそれぞれ示す。
【００１１】
図１（Ａ）においてコア３が埋設される溝は、深さによらず幅が一定である。そして、下部クラッド２１の上面と溝との境界、および、溝の側面と溝の底面との境界が、曲線で構成されている。
【００１２】
図１（Ｂ）においてコア３が埋設される溝は、深さの増大に伴って幅が減少する輪郭をもつ。そして、下部クラッド２１の上面と溝との境界が曲線で構成され、かつ、それ以外の溝輪郭のすべても曲線で構成されている。
【００１３】
図１（Ｃ）においてコア３が埋設される溝は、深さの増大に伴って幅が減少する輪郭をもつ。そして、下部クラッド２１の上面と溝との境界、および、溝の側面と溝の底面との境界が、曲線で構成されている。
【００１４】
このように、本発明における溝は、クラッド表面からの深さの増大に伴って幅が増大することはなく、かつ、溝の輪郭の少なくとも一部が曲線で構成されている。そのため、クラッドを金型から離型する際に、クラッド上面と溝との境界や、溝の側面と溝の底面との境界が欠けにくい。しかも発明者らは、このようにコアの輪郭の少なくとも一部に曲線を導入しても、伝搬損失にはほとんど影響を与えないことを見いだした。
【００１５】
なお、図１（Ａ）、図１（Ｂ）および図１（Ｃ）に示す例では、クラッド上面と溝との境界を曲線で構成し、かつ、溝の側面と溝の底面との境界または溝の輪郭全体を曲線で構成しているが、例えば、図１（Ｄ）に示すようにクラッド上面と溝との境界だけを曲線としてもよい。最も欠けが生じやすいことから、少なくともクラッド上面と溝との境界を曲線で構成する。
【００１６】
溝の少なくとも一部を構成する曲線は、曲率半径が５μｍ以上であることが好ましく、１０μｍ以上であることがより好ましい。曲率半径が小さすぎると、離型時のクラッド破損を防ぐ効果が不十分となりやすい。
【００１７】
図示する断面において、溝の深さ方向と溝の輪郭の接線とのなす角度は、１度以上であることが好ましく、３度以上であることがより好ましい。この角度は、図１（Ｃ）に例示する角度θである。溝の少なくとも一部を曲線で構成し、かつ、角度θをこのように設定することにより、離型時のクラッド破損を防ぐ効果は著しく高くなる。ただし、角度θが大きすぎると、光導波路のコアとしての機能が阻害されるので、角度θは好ましくは２０度以下、より好ましくは１０度以下とする。
【００１８】
コアおよびクラッドをそれぞれ構成する樹脂は特に限定されず、クラッドがコアよりも屈折率が低くなるように適宜選択すればよい。両者の屈折率差は、使用モード等の各種条件に応じて、適宜設定すればよい。なお、クラッド構成材料には、通常、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂または光硬化性樹脂を用い、コア構成材料には、通常、光硬化性樹脂を用いることが好ましい。
【００１９】
本発明においてコアの寸法は特に限定されない。例えばコア径が５〜１０μｍ程度のシングルモード用光導波路にも、コア径が５０μｍ〜１ｍｍ程度のマルチモード用光導波路にも適用可能である。
【００２０】
本発明の光導波路は、溝を有する一方のクラッドを成形する工程と、前記溝内にコア材料を充填する工程と、前記一方のクラッドの前記溝を形成した面に、他方のクラッドを積層する工程とを有する方法により製造される。そのほかは特に限定されないが、通常、以下に説明する方法により製造することが好ましい。
【００２１】
この方法では、まず、下部クラッドおよび上部クラッドを成形する。コアを埋設するための溝も、クラッド成形の際に一体的に形成する。クラッドを成形する手段としては射出成形が好ましいが、このほか、注型成形、加圧加熱成形等のいずれを用いてもよい。
【００２２】
クラッドに設ける溝を本発明で限定する断面形状とする方法は特に限定されないが、例えば以下に説明する方法が利用できる。
【００２３】
クラッド成形の際には、溝の母型パターンとなる凸条を有する金属原盤（スタンパ）を成形空間内に設けて金型としたり、成形空間を構成する金型自体に凸条を形成したりする。凸条は、フォトリソグラフィーにより形成することが一般的である。フォトリソグラフィーの際に、露光条件や現像条件等を適宜制御すれば、凸条の矩形断面の角部を鈍らせることができるので、本発明で限定する溝形状に応じた凸条を形成できる。
【００２４】
また、金型に設ける凸条が、角部の鋭い矩形断面を有するものであったとしても、成形の際に転写精度を敢えて低下させることにより、本発明で限定する形状をもつ溝を形成できる。例えば射出成形の際に凸条の基部付近に所定量の空気が残留するように成形条件を設定すれば、クラッド上面と溝との境界が曲線であるクラッドが得られる。また、射出成形の際の金型温度を比較的低く設定しておけば、樹脂が金型表面で冷やされて流動性が低下し、その結果、凸条の基部に樹脂が完全には入り込めなくなる。その結果、クラッド上面と溝との境界が曲線であるクラッドが得られる。なお、金型温度を低くする方法は、成形サイクルを速くできるので、生産性が向上するという効果もある。
【００２５】
このようにしてクラッドを形成した後、下部クラッドに設けた溝内にコア用の樹脂を充填する。樹脂の充填には、塗布や流し込みなどが利用できる。このとき、溝の上端まで充填する必要があるので、通常、樹脂は下部クラッド表面まで広がることになる。この状態で上部クラッドを積層すると、下部クラッドと上部クラッドとの間に、コアの上端に連続する樹脂層（図示する樹脂層３１）が存在することになる。この樹脂層が厚いほど光導波路の伝搬損失が大きくなる。したがって、必要に応じ、下部クラッド表面に広がった樹脂の少なくとも一部を、スキージ等により除去する。
【００２６】
次に、下部クラッド上に上部クラッドを積層する。コア材料に光硬化性樹脂を用いた場合、上部クラッド積層後に硬化用の光を照射する。コアおよびその上端に連続する樹脂層の硬化により、上部クラッドと下部クラッドとが接着され、光導波路が完成する。
【００２７】
なお、上部クラッドは、樹脂の塗布や流し込みなどにより形成することもできる。
【００２８】
【実施例】
クラッド材料として熱可塑性のアクリル系樹脂を、コア材料として紫外線硬化性のアクリル系樹脂を用意した。
【００２９】
凸条を形成したスタンパを、成形装置の成形空間内に配置し、射出成形により下部クラッドを形成した。凸条の断面は、幅５０μｍ、高さ５０μｍの矩形とした。成形時のスタンパの温度は７０℃とした。その結果、図１（Ｄ）に示す形状の下部クラッド２１が得られた。溝の輪郭に存在する曲線の曲率半径は７μｍであった。この下部クラッドをスタンパから離型する際に、欠けの発生率は５％であった。
【００３０】
一方、比較のために、スタンパの温度を９０℃として射出成形を行い、図１（Ｅ）に示す形状の下部クラッドを２１を得た。この下部クラッドをスタンパから離型する際に、欠けの発生率は６０％であった。
【００３１】
これらの下部クラッドの溝内にコア材料を流し込み、次いで、射出成形により形成した上部クラッドを接着して光導波路サンプルを作製した。これらのサンプルについて挿入損失を測定したところ、コア断面が矩形である比較サンプルに対し、本発明サンプルにおける挿入損失の増大量は１ｄＢ程度と小さかった。
【００３２】
【発明の効果】
本発明では、クラッドに設けるコア埋設用の溝の断面を所定形状とするため、金型から離型する際のクラッド破損を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）および（Ｄ）は本発明の光導波路の構成例を示す断面図であり、（Ｅ）は従来の光導波路の構成例を示す断面図である。
【符号の説明】
２１下部クラッド
２２上部クラッド
３コア
３１樹脂層

Claims

樹脂からなるコアを、コアよりも屈折率の低い樹脂からなる一対のクラッドで挟んだ構造の光導波路を製造する方法であって、
溝を有する一方のクラッドを、前記溝の母型パターンとなる凸条を有する金型を用いて成形する工程と、前記溝内にコア材料を充填する工程と、前記一方のクラッドの前記溝を形成した面に、他方のクラッドを積層する工程とを有し、
前記金型として、前記凸条の断面の角部が鈍っているものを用いることにより、光伝搬方向に垂直な断面において、前記一方のクラッド表面からの深さの増大に伴って前記溝の幅が増大することはなく、かつ、前記一方のクラッドの上面と前記溝との境界が曲線で構成されている光導波路を得る光導波路の製造方法。
樹脂からなるコアを、コアよりも屈折率の低い樹脂からなる一対のクラッドで挟んだ構造の光導波路を製造する方法であって、
溝を有する一方のクラッドを、前記溝の母型パターンとなる凸条を有する金型を用いて成形する工程と、前記溝内にコア材料を充填する工程と、前記一方のクラッドの前記溝を形成した面に、他方のクラッドを積層する工程とを有し、
前記一方のクラッドを成形する際に転写精度を敢えて低下させることにより、光伝搬方向に垂直な断面において、前記一方のクラッド表面からの深さの増大に伴って前記溝の幅が増大することはなく、かつ、前記一方のクラッドの上面と前記溝との境界が曲線で構成されている光導波路を得る光導波路の製造方法。
前記光導波路の前記曲線の曲率半径が５μm以上である請求項１または２の光導波路の製造方法。
前記光導波路の光伝搬方向に垂直な断面において、前記溝の深さ方向と前記溝の輪郭の接線とのなす角度が１度以上である請求項１〜３のいずれかの光導波路の製造方法。