JP4550323B2

JP4550323B2 - 光導波路の形成方法

Info

Publication number: JP4550323B2
Application number: JP2001191395A
Authority: JP
Inventors: 直宏広瀬
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 2001-06-25
Filing date: 2001-06-25
Publication date: 2010-09-22
Anticipated expiration: 2021-06-25
Also published as: JP2003004990A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光導波路の形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光技術を利用した電子機器、光学機器等の各種光デバイスは例えば光ファイバ等の光導波路によって接続されている。その接続には極めて高い位置精度が要求されるため、自己形成光導波路の技術が開発されている。その光導波路の形成方法は次のようである。例えばガラス基板の表面にＶ溝を形成したＶ溝基板の片側端部に例えば光デバイス等の接続端部を突き合わせた状態としておくとともに、その接続端部から所定の距離を介して光ファイバの接続端部をＶ溝内に位置させておき、そのＶ溝内に感光性樹脂を隙間無く埋まるように塗布し、Ｖ溝押さえ板にて光ファイバの接続端部および感光性樹脂を動かないように挟み込んだ状態に保持しておく。その状態で、光ファイバを通して感光性樹脂内に光を照射すると、光ファイバから照射された光の照射域の感光性樹脂が線状に硬化して光ファイバの先端から光デバイスの接続端部に連なる光導波路が形成される。このようにして硬化された感光性樹脂の屈折率は、未硬化の感光性樹脂またはこれと置換した樹脂との屈折率と相違させることができるから、光ファイバーと同様な原理で光を閉じこめる光導波路が完成する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のようにして形成される光導波路においては、その直径寸法は感光性樹脂を貫通する光の直径（所定以上の強度の光が分布している領域の直径）に依存する。しかるに、光ファイバの先端部分から感光性樹脂中に照射される光は、先端側ほど拡散して光強度が低下することが避けられない。このため、従来の光導波路の形成方法では、自然と光導波路の径は先端側ほど細くなるという事情があった。
【０００４】
このような傾向は、太い光ファイバを細い光ファイバに接続しようとする場合には好都合であるが、逆に、細い光ファイバを太い光ファイバに接続しようとする場合には、好ましいものではない。また、例えば光ファイバを、その径に比べて大きな面積の発光部を有する光ディバイスに接続しようとする場合には、光導波路の先端側の直径を十分に広げることができないため、結合損失が生じ易いことになる。
【０００５】
このように、従来の光導波路の形成方法では、形成される光導波路の径を自由に調節できないという問題があった。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、形成される光導波路の直径をある程度の範囲で自由に調整することができる光導波路の形成方法を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段および作用】
上記課題を解決するための請求項１の発明は、樹脂収容部内に感光性樹脂を収容し、前記感光性樹脂内に光を照射することによって光の照射域を線状に硬化させる光導波路の形成方法であって、前記樹脂収容部の内面における光の反射率を前記光導波路の形成方向に沿って変化させることによって、形成される光導波路の径を制御するところに特徴を有する。
【０００７】
感光性樹脂内において、光の照射域から周囲に散乱した後に回帰してくる光が多い場合には、光の照射域の光の強度が高くなり、所定以上の強度の光が分布している領域の直径が大きくなるため、形成される光導波路の直径が大きくなる。逆に、回帰してくる光が少ない場合には、光の照射域の光の強度は低くなるため、形成される光導波路の直径は小さくなる。よって、上記請求項１の発明のように、樹脂収容部の内面における光の反射率を光導波路の形成方向に沿って変化させることにより、軸方向における光導波路の直径をある程度の範囲内で制御することが可能となる。
【０００８】
また、感光性樹脂内に照射する光の光軸と樹脂収容部の内面との距離を光導波路の形成方向に沿って変化させることによっても、形成される光導波路の径を制御することができる（請求項２の発明）。
【０００９】
【発明の実施の形態】
樹脂収容部の内面における光の反射率を高くするためには、光導波路を形成する感光性樹脂よりも低い屈折率を有する物質にて樹脂収容部の内面を形成すればよい。そのようにすると、ある一定の入射角以上の光は樹脂収容部の内面において全反射されるので、反射率を高めることとなる。なお、物質によっては照射光を吸収するものもあるので、照射光の波長範囲において吸収効率の低いものを使用することが好ましい。樹脂収容部の内面を構成するのに好ましい物質としては、具体的には、照射光が紫外領域の場合には石英ガラスであり、可視領域であれば石英ガラス、ソーダガラス、ホウケイ酸ガラス等であり、赤外領域では石英ガラス等である。さらに反射率を高めたい場合には、樹脂収容部の内面に例えばスパッタなどによって金属をコーティングすれば、あらゆる角度にて入射される照射光をほとんどすべて反射させることができ、感光性樹脂中に照射される光の強度を高くすることができる。
【００１０】
一方、反射率を低くするためには、照射光を吸収させればよく、そのためには、樹脂収容部の内面を照射光を吸収させる物質にて形成すればよい。具体的には、照射光が紫外線である場合には、Ｃｅ、Ｇｅなど紫外線領域にて吸収係数の大きなものドープしたガラスが効果的であり、紫外から可視領域の場合はＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｎ等の遷移金属イオンをドープした、いわゆる着色ガラスが有効である。まだＣｄＳ−ＣｄＳｅ混晶系ガラスなどを用いたシャープカットフィルタなどは、その混晶比によって吸収波長を制御できる。また、一般に有機材料は無機材料よりも電子遷移や分子振動に基づく吸収が大きいので、紫外から赤外の領域にわたり、光を吸収することができる。あるいは、樹脂収容部の内面を、光導波路を形成する感光性樹脂とほぼ同じ屈折率を有する物質にて形成すればよい。同じ屈折率であれば光は反射されないため、反射率は低くなる。
【００１１】
また、感光性樹脂内に照射する光の光軸と樹脂収容部の内面との距離を光導波路の形成方向に沿って変化させるための一番簡単な方法は、光導波路が形成される領域の近接に何も置かないことである。領域の遠方には異物質があってもよく、この場合は反射される光があっても充分にその強度は減衰するので、形成される光導波路の形状にはほとんど影響を及ぼさない。
【００１２】
上述した内容を確認するために下記の手順にて実験を行い、光導波路の形成状況について観察を行った。
▲１▼ ファイバカッタなどで端面処理を施したＧＩ型石英製マルチモードファイバ（フジクラ化成社製；コア／クラッド＝５０μｍ／１２５μｍ）を１ｍ程度用意した。
【００１３】
▲２▼ ファイバの片端より、高圧水銀ランプを光源とした紫外線照射装置（松下マシンアンドビジョン社製、５２５２Ｌ）より紫外線を入射した。ファイバの出射端から出射される紫外線照度を紫外線照度計（ウシオ電機社製ＵＩＴ−１５０）を用いて０．７〜０．８ｍＷ／ｃｍ^２になるように、高圧水銀にランプの照射強度を調整した。
【００１４】
＜自由空間での形成＞
▲３▼−Ａ長さ１ｃｍ、内径６ｍｍ程度のアクリル製の筒を用意し、底面をスライドガラス上に接着剤にて固定した。筒内部に紫外線を照射することによりラジカル重合を起こす紫外線硬化型樹脂（ロックタイト社製Ｌｏｃｔｉｔｅ３５８）を注ぎこみ、出射側のファイバ端を樹脂の中に入れた。ファイバは筒の中心部あたりに位置させ、動かないように固定した。
【００１５】
＜ガラスＶ溝中の形成＞
▲３▼−Ｂ出射側のファイバの端部を石英ガラス製の光ファイバ用Ｖ溝基板（モリテックス社製石英Ｖ溝）に位置させ、さらにそのファイバの端部全体に、上記紫外線硬化型樹脂を隙間無く埋まる様に塗布した。石英製Ｖ溝押さえ板にてファイバの端部および紫外線硬化型樹脂を動かない様に挟み込んだ。
【００１６】
▲４▼ ▲３▼−ＡおよびＢの状態にファイバを保持したまま、▲２▼にて照度を調整した紫外線をファイバの出射端より紫外線硬化型樹脂中に照射した。
【００１７】
上記▲１▼〜▲４▼の操作を行い、ファイバの出射端より自己形成される光導波路を観察したところ、▲３▼−ＡおよびＢのいずれの方法においても１０秒で約１．５ｍｍの光導波路が形成されることが顕微鏡（キーエンス社製ＶＨ−７０００）上確認された。
【００１８】
また、可視光をファイバの出射端より照射し、光導波路からの漏光を観察することによっても、光導波路の形状に沿って漏光が観察され、出射した光が光導波路内に閉じこめられていることを確認した。
【００１９】
さらに上記のように形成した光導波路の軸方向における径の変化を確認したところ、いずれも出射端近傍の光導波路の径はファイバのコアと同じく５０μｍ程度であり、出射端近傍から離れるにつれて少しずつ太くなり、５００μｍから６００μｍ離れたところでは径が６０μｍ程度であった。しかし▲３▼−Ａに示した方法にて作製した光導波路はその後徐々に細くなり、１ｍｍ付近の径は約４５μｍ、１．２ｍｍ付近の径は約３０μｍであった。一方、▲３▼−Ｂで作製した光導波路は１ｍｍ付近の径は約６５μｍ、１．２ｍｍ付近でも約５０μｍの径を保持していた。
【００２０】
上記実験結果からわかるように、紫外線の照射域とアクリル製の筒との間に距離を設けた▲３▼−Ａにおいては、照射域内に回帰する光の強度が非常に弱いため、先端側ほど光の強度が徐々に低下して形成される光導波路の径が小さくなる。これに対し、紫外線を反射する石英製のＶ溝基板のＶ溝中に紫外線を照射した▲３▼−Ｂにおいては、照射域から散乱した光はＶ溝および押さえ板表面で反射され、照射域内に回帰して光の強度が高くなるため、径の大きい光導波路が得られる。
【００２１】
【実施例】
以下、上記実験の結果をふまえて本発明を具体化した実施例について図１ないし図９を参照して説明する。手順は次の通りである。
（I）ファイバカッタなどで端面処理を施したＧＩ型石英製マルチモードファイバ１０（フジクラ化成社製；コア／クラッド＝５０μｍ／１２５μｍ）を１ｍ程度用意した。
【００２２】
（II）ファイバ１０の片端より、高圧水銀ランプを光源とした紫外線照射装置（松下マシンアンドビジョン社製、５２５２Ｌ）より紫外線を入射した。ファイバ１０の出射端から出射される紫外線照度を紫外線照度計（ウシオ電機社製ＵＩＴ−１５０）を用いて０．７〜０．８ｍＷ／ｃｍ^２になるように、高圧水銀にランプの照射強度を調整した。
【００２３】
＜第１実施例＞発光ダイオードアレイとの接続（I）
（III）−Ａ図１ないし図５に示すような、軸方向の両端部側に光ファイバ用Ｖ溝１１が形成されるとともに、中間部に底深に開放された容器状の樹脂貯留部１２が形成された石英ガラス製の光ファイバ用基板１３を用意した。この光ファイバ用基板１３の片側端部に、発光ダイオードアレイ２０を、発光ダイオードの素子２１が光ファイバ用基板１３のＶ溝１１とつきあわされるように固定した（図１および図２参照）。また光ファイバ用基板１３の他端側のＶ溝１１に、ファイバ１０の出射側の端部を、発光ダイオードの素子２１との間の距離が約１ｍｍとなるように位置させた。さらにファイバ１０の端部付近から発光ダイオードアレイ２０側（図中右側）に、紫外線を照射することによりラジカル重合を起こす紫外線硬化型樹脂（ロックタイト社製Ｌｏｃｔｉｔｅ３５８）を隙間無く埋め込んだ（図示せず）。石英製押さえ板１４にてファイバ１０の端部および紫外線硬化型樹脂を動かない様に挟み込んだ。
【００２４】
＜第２実施例＞フォトダイオードアレイとの接続
（III）−Ｂ図６および図７に示すような、軸方向の片端部側に光ファイバ用Ｖ溝１１が形成されるとともに、他端部側に底深の樹脂貯留部１２が形成された石英ガラス製の光ファイバ用Ｖ溝基板１３の樹脂貯留部１２側に、フォトダイオードアレイ３０を、その素子３１が光ファイバ用基板１３と突き合わされる向きに固定した。また、光ファイバ用Ｖ溝基板１３の他端部側のＶ溝１１に、ファイバ１０の出射側の端部を、フォトダイオードの素子１７との間の距離が約１ｍｍとなるように位置させた。さらにファイバ１０の端部付近からフォトダイオードアレイ３０側（図中右側）に、上記第１実施形態と同様の紫外線硬化型樹脂を隙間無く埋まる様に塗布した（図示せず）。石英製押さえ板１４にてファイバ１０の端部および紫外線硬化型樹脂を動かない様に挟み込んだ。
【００２５】
＜第３実施例＞発光ダイオードアレイとの接続（II）
（III）−Ｃ図８および図９に示すような、軸方向の片端部側の溝内に金属膜１５が形成された石英ガラス製の光ファイバ用Ｖ溝基板１３の片端に、発光ダイオードアレイ２０を固定した。また、光ファイバ用Ｖ溝基板１３の他端部側のＶ溝１１に、ファイバ１０の出射側の端部を、発光ダイオードの素子２１との間の距離が約１ｍｍとなるように位置させた。さらにファイバ１０の端部付近から発光ダイオードアレイ２０側（図中右側）に、上記第１実施形態と同様の紫外線硬化型樹脂を隙間無く埋まる様に塗布した（図示せず）。上記Ｖ溝基板１３の金属膜１５と対応する位置に同じく金属膜が形成された石英製押さえ板１４にてファイバ１０の端部および紫外線硬化型樹脂を動かない様に挟み込んだ。
【００２６】
（IV）（III）−Ａ〜Ｃの状態にファイバ１０を保持したまま、（II）にて照度を調整した紫外線をファイバ１０の出射端より紫外線硬化型樹脂中に照射した。
【００２７】
上記（I）〜（IV）の操作を行い、ファイバ１０の出射端より自己形成される光導波路を観察したところ、（III）−Ａ〜Ｃのいずれの方法においてもファイバ１０と発光ダイオードアレイ２０あるいはフォトダイオードアレイ３０の素子２１，３１との間に光導波路が形成されることが顕微鏡（キーエンス社製ＶＨ−７０００）上確認された。
【００２８】
また可視光をファイバ１０の出射端より照射し、光導波路からの漏光を観察することによっても、光導波路の形状に沿って漏光が観察され、出射した光が光導波路内に閉じこめられていることを確認した。
【００２９】
さらに上記のように形成し、顕微鏡により上部観察された光導波路の軸方向の径を確認したところ、上記予備実験と同様にいずれも出射端近傍の光導波路の径は５０μｍ程度であり、５００μｍから６００μｍ離れたところでは径が６０μｍ程度であった。また、第１実施例および第３実施例で作製した光導波路は、発光ダイオードの素子２１の近傍での径が約６５μｍ、７５μｍであり、素子２１の径とほぼ同等かそれ以上であった。一方、第２実施例では徐々に細くなり、フォトダイオードの素子３１の近傍で約４５μｍであり、素子３１の径とほぼ同等かそれ以下であった。
【００３０】
＜他の実施例＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施例に限定されるものではなく、例えば次のような実施例も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
【００３１】
（１）上記実施例では、２００ｎｍ〜５００ｎｍの波長範囲に分光分布を持つ紫外線を高圧水銀ランプにより照射したが、レーザ等の単色光を照射してもよい。
【００３２】
（２）上記実施例では、光ファイバと光デバイスとを接続させる方法を述べたが、これに限らず、径の異なる光ファイバ同士を光結合させる場合に適用させてもよい。またその場合には、両方の光ファイバから相手側の光ファイバに向けて照射させる構成としてもよい。
【００３３】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、光導波路の形成方向に沿って、樹脂収容部の内面における光の反射率を異なるようにしたり、あるいは感光性樹脂中に照射される光の光軸と樹脂収容部の内面との距離を異なるようにしておくことにより、感光性樹脂中の光導波路の形成路に回帰される光の強度を調節することが可能となる。すなわち、形成される光導波路の形状をある程度の範囲で自由に調整することが可能となり、面積の異なるファイバや光デバイスを結合効率よく光結合させることができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の光導波路の形成方法を示す概略図
【図２】同じく図１のＡ−Ａ断面図
【図３】同じく図１のＢ−Ｂ断面図
【図４】同じく図１のＣ−Ｃ断面図
【図５】同じく図１のＤ−Ｄ断面図
【図６】本発明の第２実施形態の光導波路の形成方法を示す概略図
【図７】同じく図６のＥ−Ｅ断面図
【図８】本発明の第３実施形態の光導波路の形成方法を示す概略図
【図９】同じく図８のＦ−Ｆ断面図
【符号の説明】
１０…ファイバ
１１…光ファイバ用Ｖ溝（樹脂収容部）
１２…樹脂貯留部（樹脂収容部）
１３…光ファイバ用基板
１４…押さえ板
１５…金属膜

Claims

樹脂収容部内に感光性樹脂を収容し、前記感光性樹脂内に光を照射することによって光の照射域を線状に硬化させる光導波路の形成方法であって、
前記樹脂収容部の内面における光の反射率を前記光導波路の形成方向に沿って変化させることによって、形成される光導波路の径を制御することを特徴とする光導波路の形成方法。
樹脂収容部内に感光性樹脂を収容し、前記感光性樹脂内に光を照射することによって光の照射域を線状に硬化させる光導波路の形成方法であって、
前記感光性樹脂内に照射する光の光軸と前記樹脂収容部の内面との距離を前記光導波路の形成方向に沿って変化させることによって、形成される光導波路の径を制御することを特徴とする光導波路の形成方法。