JP4501949B2 - 光導波路の製造方法 - Google Patents
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高分子光導波路の製造方法は、図44に示す如き、ドライエッチング(dry etching)を用いた方法や、図45に示す如き、パターン(pattern)露光及び現像を用いた方法が一般的である。
光導波路は、コア上に光路変換するミラーが形成され、ミラーの光軸上の光導波路表面に受光素子又は発光素子である光部品が実装される。
従来から光導波路では、図48に示すように、直線導波路、曲線導波路、導波路端の斜めミラーが用いられている(例えば、電子情報通信学会誌Vol.84, No.9, pp.656-662, 2001年9月(p.661、図8)参照)。詳しくは、基本的には直線導波路が用いられ、直線導波路の位置や向きを変える場合には曲線導波路が用いられている。また、各導波路と、面発光素子又は受光素子(併せて外部素子という)との接続のために斜めミラーが用いられている。
次に、光導波路7をフィルム(film)状に形成して別基板に貼り合わせる場合について述べる。
図1は本発明の第1の実施形態に係る光導波路の製造方法を示す工程断面図である。
[凹型1]
第1の実施形態の実施例1について、図4を用いて説明する。まず、図4の(a)に示すように、基板31(ガラス(glass))上にドライフィルムレジスト(dry film resist)を貼り合わせ、露光・現像することにより、感光性樹脂32パターンとして、断面が40μm角の導波路状の凸パターンを形成した。
[光導波路1]
第1の実施形態の実施例2について、図2を用いて説明する。まず、図2の(a)に示すように、実施例1で作製した凹型10(シリコーン樹脂)を準備する。
[光導波路2]
第1の実施形態の実施例3について、図3を用いて説明する。まず、図3の(a)に示すように、実施例1で作製した凹型10(シリコーン樹脂)を準備し、図3の(b)に示すように、斜めミラー相当面4’に、反射膜6としてAlをマスク蒸着した。以下、前述した図2の(b)〜(d)と同様に、図3の(c)〜(e)に示すように、第1クラッド2上にコアパターン1を形成した。但し、コア材1’としては、紫外線硬化型アクリル樹脂を用いた。
[凹型2]
第1の実施形態の実施例4について、図4を用いて説明する。まず、図4の(a)に示すように、基板31(ガラス)上に紫外線硬化型エポキシを塗布し、露光、溶剤現像することにより、感光性樹脂32の凸部のパターンを形成した。
[光導波路3]
第1の実施形態の実施例5について、図2を用いて説明する。実施例5は、図2の(a)に示すように、実施例4で作製した凹型10(フッ素樹脂)を準備し、この凹型10を用いて、図2の(b)〜(g)に示すように、実施例2と同様に導波路7を作成するものである。
[プレスロールと導波路の方向1]
図4の(f)に示す如き、直線のコアパターン形状を有する凹型10を使用した。
[プレスロールと導波路の方向2]
図4の(g)に示す如き、直交する2直線とそれらを接続する面内ミラー相当面5’を有する凹型10を使用した。
この結果、コア材1’を良好に埋め込むことができた。
[フィルム化]
図11の(a)は、図2の(a)と同じである。次に、図11の(b)に示すように、基板20上に剥離層14としてポジ(positive)型レジストを1μm塗布、加熱した後、図11の(c)〜(h)に示すように、実施例2と同じ方法によって導波路7を作製した。
[凹型3]
まず、実施例1と同様に凸型30を形成した。次に、凸型30に液状のシリコーン樹脂34を重ね、さらに裏打ち材15としてのステンレス(stainless)板を重ねた。
図12は、本発明の第2の実施形態に係る光導波路の製造方法の一例を示す断面図である。始めに、図12の(a)に示すように、凹型10を準備する。
[凹型の作製]
凹型10は、図4に示したように、作製した。但し、型取り前の基板31上の凸パターン32は、高さが40μm、幅が20μm〜150μmの複数の光導波路形状とした。
図12及び図16を用いて説明する。まず、図12の(a)に示すように、凹型10(シリコーン樹脂)を準備した。次に、図12の(b)に示すように、パターン状凹部を有する基板に酸素プラズマ処理を行った。使用した装置は、東京応化工業(株)製のOPMーSQ600(型番)である。酸素流量を100SCCM、圧力を60Paとし、プラズマパワー(plasma power)100W、時間を2分とした。
[光導波路2の作製]
酸素プラズマ処理の条件を、酸素流量を100SCCM及び圧力を60Paを一定にし、プラズマパワー20W〜400W、時間1秒〜10分の間で変えて、シリコーン上のコア材の接触角を測定した。
[光導波路3の作製]
図14を用いて説明する。まず、実施例10と同様にして、図14の(a)に示すように、凹型10を準備し、図14の(b)に示すように、凹型に酸素プラズマ処理を行った。
[光導波路4の作製]
図15を用いて説明する。まず、実施例10と類似の方法によって、図15の(a)に示すように、凸型(シリコーン)16を準備し、図15の(b)に示すように、凸型16に酸素プラズマ処理を行った。
[光導波路5の作製]
図18を用いて説明する。まず、実施例10と同様に、図18の(a)に示す如き、パターン状凹部を有する基板10(シリコーン樹脂)を準備した。
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。第3の実施形態は、光源からの光をほぼ平行光に変換しながらコア1に接続することにより、接続効率を改善するものである。図47に示すような平面鏡4,6を用いた場合、発光素子40からの光が角度分布を持ったままコア1に入射されるので、信号光8は角度を持ったまま進行し、出射時に大きな広がりをもたらす。
[概略円形の影を有するレーザ加工]
第3の実施形態に係る実施例14について、図22を用いて説明する。図22の(a)に示すように、基板31(ガラス)上にドライフィルムレジストを貼り合わせ、露光及び現像により、感光性樹脂32を40μm角の断面をもつコアパターン形状に形成した。
[複数回照射]
第3の実施形態に係る実施例15について、図24を用いて説明する。図24の(a)に示すように、基板31(ガラス)上にドライフィルムレジストを貼り合わせ、露光及び現像により、感光性樹脂32を40μm角の断面をもつコアパターン形状に形成した。
[リフロー]
第3の実施形態に係る実施例16について、図25を用いて説明する。図25の(a)に示すように、基板31(ガラス)上に液状レジストを塗布し、露光及び現像により、感光性樹脂32パターンとして40μm角の断面をもつコアパターン形状に形成した。
[光導波路の作製]
図21の(a)に示す如き、実施例15の方法で作製した凸型30に、液状のシリコーン樹脂34を重ねて室温硬化させ、剥離することにより、図21の(b)に示すように、凹型10を作製した。
[入射側ミラーの評価]
実施例17の方法によって、一端が凹面鏡、他端が平面鏡のコアを含む光導波路を作製した。凹面鏡側の光導波路の中心から100μm(導波路表面から50μm)の位置に波長850nmのVCSEL(面発光レーザ)を設置した。
[出射側ミラーの評価]
実施例17の方法によって、両端が凹面鏡のコアを含む光導波路を作製した。コアの両端は、それぞれコアの中心から100μm(光導波路表面から50μm)の位置に、波長850nmのVCSEL及び直径80μmのPDを設置した。
次に、本発明の第4の実施形態について説明する。第4の実施形態は、第1〜第3の実施形態に述べた光導波路を容易に実装するためのものである。
[プロセス]
第4の実施形態に係る実施例20を、図29を用いて説明する。なお、図29は、図26のような光導波路の1のコアを示している。
[導波路1]
実施例20のプロセス(process)により、図26に示す如き、導波路を作製した。原型を作製する際、面内ミラー相当面5’はフォトリソグラフィによって形成し、斜めミラー相当面4’をレーザの斜め照射によって形成した。斜めミラーの向きが3種類のみなので、試料のセッティングは3回で済んだ。完成した導波路の斜めミラー4に近接させたシングルモードファイバ(single mode fiber)から波長0.85μmの赤外光を入射し、他端の斜めミラー4から赤外光が出射することを確認した。
[面内ミラー1]
実施例20のプロセスにおいて、図30の(a)に示すフォトマスク35を用い、図30の(b)〜(c)に示すように、面内ミラー5を作製した。aが40μm、bが50μmである。導波路端に近接させたシングルモードファイバから波長0.85μmの赤外光を入射し、他端からの光をハードポリマークラッドファイバ(hard polymer clad fiber)で受光した。面内ミラー5を有する導波路の損失から、同じ長さの導波路の損失を差し引くことにより、面内ミラー5での損失は1dB程度と見積もられた。
[面内ミラー2]
実施例20のプロセスにおいて、図31の(a)に示すフォトマスク35を用い、図31の(b)〜(c)に示すように、面内ミラー5を作製した。aが40μm、bが50μm、cが50μm、dが50μmである。導波路端に近接させたシングルモードファイバから波長0.85μmの赤外光を入射し、他端からの光をハードポリマークラッドファイバで受光した。面内ミラー5を有する導波路の損失から、同じ長さの導波路の損失を差し引くことにより、面内ミラー5での損失は1dB程度と見積もられた。
[面内ミラー3]
実施例20のプロセスにおいて、図32の(a)に示すフォトマスク35を用い、図32の(b)〜(c)に示すように、面内ミラー5を作製した。aが40μm、bが35μmであった。導波路端に近接させたシングルモードファイバから波長0.85μmの赤外光を入射し、他端からの光をハードポリマークラッドファイバで受光した。面内ミラー5を有する導波路の損失から、同じ長さの導波路の損失を差し引くことにより、面内ミラー5での損失は2dB程度と見積もられた。
[斜めミラー1]
実施例20のプロセスにおいて、図33の(a)に示すフォトマスク35を用い、図33の(b)〜(d)に示すように、斜めミラー4を作製した。aが40μm、bが50μmである。導波路端に近接させたシングルモードファイバから波長0.85μmの赤外光を入射し、他端の斜めミラー4からの光をハードポリマークラッドファイバで受光した。斜めミラー4を出射側として測定した損失から、同じ長さの導波路の損失を差し引くことにより、斜めミラー4での損失は1dB程度と見積もられた。
[斜めミラー2]
実施例20のプロセスにおいて、図35の(a)に示すフォトマスク35を用い、図35の(b)〜(d)に示すように、斜めミラー4を作製した。aが40μm、bが35μmであった。導波路端に近接させたシングルモードファイバから波長0.85μmの赤外光を入射し、他端の斜めミラー4からの光をハードポリマークラッドファイバで受光した。斜めミラー4を出射側として測定した損失から、同じ長さの導波路の損失を差し引くことにより、面内ミラー4での損失は2dB程度と見積もられた。
[斜めミラー2]
実施例20のプロセスにおいて、図34の(a)に示すフォトマスク35を用い、図34の(b)〜(c)に示すように、斜めミラー4を作製した。aが40μm、bが50μmである。斜めミラー4に近接させたシングルモードファイバから波長0.85μmの赤外光を入射し、他端の斜めミラー4からの光をハードポリマークラッドファイバで受光した。設計方向に光を通した場合の損失に比較して、逆方向の場合の損失は1dB程度大きくなった。
次に、本発明の第5の実施形態について説明する。第5の実施形態は、第1〜第4の実施形態に述べた光導波路を別基板に貼り合わせる場合に、別基板との間隔を規定するスペーサ、及び/又は別基板との位置合せ用のアライメント台を備えたものである。
面4’を形成し、凸型30を作製する。以下、前述した図38の(c)〜(g)と同様の工程により、図39の(c)〜(f)に示すように、コア1及びスペーサ71を基板20の第1クラッド2上に形成する。
[スペーサを有する光導波路]
第5の実施形態に係る実施例26について、図38を用いて説明する。図38の(a)に示すように、基板31(ガラス)上にドライフィルムレジストを貼り合わせ・露光・現像することにより、断面が40μm角の導波路状のレジストパターン32を形成した。
[スペーサを有する光導波路の転写]
第5の実施形態に係る実施例27について、図36を用いて説明する。図36の(a)に示す如き、光導波路7に紫外線硬化型エポキシ樹脂を塗布して、別基板60と重ね、基板20側から全面に4J/cm2の紫外線を照射することにより、図36の(b)に示すように、第2クラッド3兼接着剤62を硬化させた。図36の(c)に示すように、最後に基板20を剥離して、貼り合わせ構造が完成した。
[スペーサを有する光導波路2]
第5の実施形態の実施例27Aについて、図39を用いて説明する。図39の(a)に示すように、基板31(ガラス)上にドライフィルムレジストを貼り合わせ、コア形状32及びスペーサ原型71a’の露光を行なった。さらに第2のドライフィルムレジストを貼り合わせ、スペーサ原型71a’の露光を行なった。その後、現像により、断面が40μm角のコア形状32及び高さ70μmのスペーサ原型71’を形成した。
[スペーサを有する光導波路の転写2]
第5の実施形態に係る実施例27Bについて、図37を用いて説明する。図37の(a)に示す如き、光導波路7に紫外線硬化型エポキシ樹脂を塗布して、凹部63を有する別基板60と重ね、凹部63とスペーサ71を嵌め合わせた。これによって、自動的に位置合わせが行われた。そして、基板20側から全面に4J/cm2の紫外線を照射することにより、図37の(b)に示すように、第2クラッド3兼接着剤62を硬化させた。図37の(c)に示すように、最後に基板20を剥離して、貼り合わせ構造が完成した。
[アライメントマークを有する光導波路]
第5の実施形態の実施例28について、図42を用いて説明する。図42の(a)に示すように、基板31(ガラス)上にドライフィルムレジストを貼り合わせて、露光及び現像により、断面が40μm角の導波路状のレジストパターン32及びアライメントマーク台形状72’を形成した。
[アライメントマークを有する光導波路の転写]
第5の実施形態に係る実施例29について、図40を用いて説明する。図40の(a)に示す如き、光導波路7に紫外線硬化型エポキシ樹脂を塗布して、別基板60と重ね、アライメントマーク70を用いて位置合わせし、基板20側から全面に4J/cm2の紫外線を照射することにより、図40の(b)に示すように、接着剤62を硬化させた。最後に基板20を剥離して、図40の(c)に示すように、貼り合わせ構造が完成した。
[スペーサ及びアライメントマークを有する光導波路]
第5の実施形態に係る実施例30について、図43を用いて説明する。図43の(a)に示すように、基板31(ガラス)上に第1のドライフィルムレジストを貼り合わせ、コアパターン32及びアライメントマーク台原型72a’(兼スペーサ原型)の露光を行った。さらに第2のドライフィルムレジストを貼り合わせ、アライメントマーク台原型72b’(兼スペーサ原型)の露光を行った。その後、現像により、断面が40μm角のコア形状32及び高さ70μmのアライメントマーク台原型72’(兼スペーサ原型)を形成した。
[スペーサ及びアライメントマークを有する光導波路の転写]
第5の実施形態に係る実施例31について、図41を用いて説明する。図41の(a)に示す如き、光導波路7に紫外線硬化型エポキシ樹脂を塗布して、別基板60と重ね、アライメントマークを用いて位置合わせし、基板20側から全面に4J/cm2の紫外線を照射することにより、図41の(b)に示すように、第2クラッド3兼接着剤62を硬化させた。図41の(c)に示すように、最後に基板20を剥離して、貼り合わせ構造が完成した。
本発明によれば、コア材の使用効率が良く、コアが変形しにくい、安価な光導波路の製造方法を提供できる。また、光路変換ミラーの接続効率が良く、素子の位置ずれ余裕を大きくでき、構造が簡単で、安価な光導波路を提供できる。さらに、多数かつ任意の点を結ぶコアを作製するのに適した光導波路を提供できる。また、光導波路と別基板との間の距離や位置合わせの精度を向上でき、別基板との貼り合わせに適した光導波路を提供できる。
Claims (1)
- 第1クラッド(2)上に形成された複数のコア(A,B)が第2クラッド(3)で覆われた光導波路であって、
前記複数のコアのうち、第1のコア(A)は、
2種類に限定された延長方向(X,Y)を有し、前記第1のコアが形成された面内において光路を変換するための面内ミラー(5)であって、前記第1のコアの2本の直線導波路の交差部における2つの鈍角に挟まれた側面内の前記面内ミラー(5)で互いに接続された、前記2本の直線導波路を含む複数の直線導波路(45)を備え、
前記複数のコアのうち、他のコア(B)は、
前記第1のコアに含まれる各直線導波路のうちのいずれかの直線導波路の延長方向(X)と略一致する延長方向(X)を持つ直線導波路(45)を備えており、
前記面内ミラー(5)を光入射側の直線導波路(45i)に直交する面に投影した幅(b)は、当該光入射側の直線導波路(45i)のコアの幅(a)よりも大きい形状であり、
前記面内ミラー(5)を光出射側の直線導波路(45o)に直交する面に投影した幅(c)は、当該光出射側の直線導波路(45o)のコアの幅(d)以下であり、
前記各コア(A,B)の両端は、前記第1クラッドの表面に対して斜めに形成されて当該第1クラッドを介して外部素子と接続するための斜めミラー(4)を備えており、
前記斜めミラー(4)の幅(f)は、当該斜めミラーに接する直線導波路(45)のコアの幅(e)よりも大きい形状であり、前記幅(f)をもつ斜めミラー(4)が光出射側に形成された光導波路に対する、前記光導波路の製造方法であって、
第1基板(20)上に樹脂を塗布及び硬化させて前記第1クラッドを形成する工程と、
前記コアパターン形状の窪みを有する凹型(10)と前記第1基板(20)上の第1クラッドとの間にコア材(1’)を挟む工程と、
前記挟まれたコア材を硬化させて前記窪みに対応したコアパターン(1)を第1クラッド上に形成する工程と、
凹型(10)を前記コアパターン及び前記第1クラッドから剥離する工程と、
前記凹型を剥離した後、前記コアパターンの端部の凸面に反射膜(6)を形成する工程と、
前記反射膜を形成した後、前記コアパターン及び前記第1クラッドを覆うように樹脂を塗布及び硬化させて前記第2クラッドを形成する工程と
を備え、
前記挟まれたコア材(1’)を硬化させる工程は、前記第1基板(20)及び前記第1クラッドを通して紫外線を前記コア材に照射する紫外線硬化工程を含んでおり、
第2基板(31)上にコアパターン形状の凸部(32)を形成することにより、凸型(30)を作製する工程と、
前記凸型に樹脂を塗布及び硬化させ、当該樹脂から前記凸型を剥がして凹型(10)を作製する工程と、
を備えており、
前記凸型(30)を作製する工程は、
フォトリソグラフィにより、前記第2基板(31)上にコアパターン形状のレジストパターンからなる凸部を形成する工程と、
この凸部の端部にレーザ光を斜めに照射し、当該端部を部分的に蒸発させることにより、前記端部を斜面状に形成する工程と、
を備えたことを特徴とする光導波路の製造方法。
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