JP4581328B2 - Polymer optical waveguide and optical element manufacturing method - Google Patents

Polymer optical waveguide and optical element manufacturing method Download PDF

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高分子光導波路及び光学素子の製造方法並びに光学素子に関し、特に、可撓性に優れた高分子光導波路及び光学素子に関する。
【0002】
【従来の技術】
高分子導波路の製造方法としては、(1)フイルムにモノマーを含浸させてコア部を選択的に露光して屈折率を変化させフイルムを張り合わせる方法(選択重合法)、(2)コア層及びクラッド層を塗布後、反応性イオンエチングを用いてクラッド部を形成する方法(RIE法)、(3)高分子材料中に感光性の材料を添加した紫外線硬化樹脂を用いて、露光・現像するフォトリソグラフィー法を用いる方法(直接露光法)、(4)射出成形を利用する方法、(5)コア層及びクラッド層を塗布後、コア部を露光してコア部の屈折率を変化させる方法(フォトブリーチング法)等が提案されている。
しかし、(1)の選択重合法はフイルムの張り合わせに問題があり、(2)や(3)の方法は、フォトリソグラフィー法を使うためコスト高になり、(4)の方法は、得られるコア径の精度に課題がある。また、(5)の方法はコア層とクラッド層との十分な屈折率差がとれないという問題がある。
現在、性能的に優れた実用的な方法は、(2)や(3)の方法だけであるが前記のごときコストの問題がある。そして(1)ないし(5)のいずれの方法も、大面積でフレキシブルなプラスチック基材に高分子導波路を形成するのに適用しうるものではない。
【0003】
また、高分子光導波路を製造する方法として、キャピラリーとなる溝のパターンが形成されたパターン基板(クラッド)にコア用のポリマー前駆体材料を充填し、その後硬化させてコア層を作り、その上に平面基板(クラッド)を貼り合わせる方法が知られているが、この方法ではキャピラリー溝にだけでなく、パターン基板と平面基板の間にも全面的にポリマー前駆体材料が薄く充填され硬化されて、コア層と同じ組成の薄い層が形成される結果、この薄い層を通って光が漏洩してしまうという問題があった。
この問題を解決する方法の1つとして、デビット・ハートはキャピラリーとなる溝のパターンが形成されたパターン基板と平面基板とをクランプ用治具で固着し、さらにパターン基板と平面基板との接触部分を樹脂でシールなどした後減圧して、モノマー(ジアリルイソフタレート)溶液をキャピラリーに充填して、高分子光導波路を製造する方法を提案した(以下の特許文献1を参照)。この方法はコア形成用樹脂材料としてポリマー前駆体材料を用いる代わりにモノマーを用いて充填材料を低粘度化し、キャピラリー内に毛細管現象を利用して充填させ、キャピラリー以外にはモノマーが充填されないようにする方法である。
しかし、この方法はコア形成用材料としてモノマーを用いているため、モノマーが重合してポリマーになる際の体積収縮率が大きく、高分子光導波路の透過損失が大きくなるいう問題がある。また、この方法は、パターン基板と平面基板とをクランプで固着する、あるいはこれに加えさらに接触部を樹脂でシールするなど煩雑な方法であり、量産にはむかず、その結果コスト低下を期待することはできない。また、クラッドとして厚さがmmオーダーあるいは1mm以下のフィルムを用いる高分子光導波路の製造に適用することは不可能である。
【0004】
また、最近、ハーバード大学のGeorge M. Whitesidesらは、ナノ構造を作る新技術として、ソフトリソグラフィーの一つとして毛細管マイクロモールドという方法を提唱している。これは、フォトリソグラフィーを利用してマスター基板を作り、ポリジメチルシロキサン(PDMS)の密着性と容易な剥離性を利用してマスター基板のナノ構造をPDMSの鋳型に写し取り、この鋳型に毛細管現象を利用して液体ポリマーを流し込んで固化させる方法である。以下の非特許文献1には詳しい解説記事が記載されている。
【0005】
また、ハーバード大学のGeorge M. WhitesidesのグループのKim Enochらによって毛細管マイクロモールド法に関する特許が出願されている(以下の特許文献2を参照)。しかし、この特許に記載の製造方法を高分子光導波路の製造に適用しても、光導波路のコア部は断面積が小さいので、コア部を形成するのに時間がかかり、量産に適さない。また、モノマー溶液が重合して高分子になるときに体積変化を起こしコアの形状が変化し、透過損失が大きくなるという欠点をもつ。
【0006】
また、IBMチュリッヒ研究所のB. MichelらはPDMSを用いた高解像度のリソグラフィー技術を提案しており、この技術により数十nmの解像力が得られると報告している。詳しい解説記事は、以下の非特許文献2に記載されている。
このように、PDMSを使ったソフトリソグラフィー技術や、毛細管マイクロモールド法は、ナノテクノロジーとして最近、米国を中心に注目を集めている技術である
【0007】
しかしながら、前記のごときマイクロモールド法を用いて光導波路を作製すると、硬化時の体積収縮率を小さくする(したがって透過損失を小さくする)ことと、充填を容易にするために充填液体(モノマー等)を低粘度化することを両立させえない。したがって、透過損失を小さくすることを優先的に考慮すると、充填液体の粘度をある限度以下にすることができず、充填速度が遅くなり、量産は望めない。また前記のマイクロモールド法は、基板としてガラスやシリコン基板を用いることが前提になっており、フレキシブルなフィルム基材を用いることは考慮されていない。
【0008】
一方、下記の特許文献3には、高分子光導波路を、剛性の低い型を用いることにより作製する方法が示されている。この方法は、第1の凹型から第2の凸型を作製し、第2の凸型に樹脂を塗布硬化させてコアパターンとなる凹部を有する第1のクラッドを形成し、第2の凸型を剥離した後、コアパターンとなる凹部に樹脂を塗布硬化させてコアを形成し、その後、さらに樹脂を塗布硬化させて第2クラッドを形成する方法であるが、凹部だけにコア用樹脂を充填することは難しく、微細なコアパターンを精度高く作製することは困難である。
【0009】
ところで、最近、IC技術やLSI技術において、動作速度や集積度向上のために、高密度に電気配線を行なう代わりに、機器装置間、機器装置内のボード間、チップ内において光配線を行なうことが注目されている。
光配線のための素子として、例えば、以下の特許文献4には、コアとコアを包囲するクラッドを有する高分子光導波路の、コア・クラッド積層方向に発光素子および受光素子を備え、さらに発光素子からの光をコアに入射させるための入射側ミラーとコアからの光を受光素子に出射させるための出射側ミラーを有する光学素子であって、発光素子から入射側ミラーおよび出射側ミラーから受光素子に至る光路に相当する箇所において、クラッド層を凹状に形成し、発光素子からの光および出射側ミラーからの光を収束させた光学素子が記載されている。また、以下の特許文献5には、コアとコアを包囲するクラッドを有する高分子光導波路のコア端面に発光素子からの光を入射させる光学素子において、コアの光入射端面を発光素子に向かって凸面となるように形成し、発光素子からの光を収束させて導波損失を抑えた光学素子が記載されている。
さらに、以下の特許文献6には、電子素子と光素子とを集積化した光電融合回路基板の上に高分子光導波路回路が直接組み立てられた光電子集積回路が記載されている。
【0010】
ところで、前記光配線において前記のごとき素子を曲げたりして、装置内に組み込むことができれば、光配線の組み立てを考える際の自由度を大きくすることが可能になり、その結果ICやLSIの集積度を高めることになる。
しかしながら、前記光学素子及び光電子集積回路は、いずれも可撓性(フレキシビリティー)がないため、これらを曲げるなどして装置内に組み込むことは不可能である。また、前記光学素子及び光電子集積回路は、コアの端面を凸状に形成したりミラーを併用する必要があり、複雑な構造を採用せざるを得ないものとなっている。前記のようにコア端面を凸状にしたり、レンズを用いて集光したりすることが必要な理由は、前記光学素子等に用いられている発光素子としての半導体レーザー素子は発熱が大きく、これを単に高分子導波路に密着させて使用すれると熱が逃げなくなり動作不良の原因となるので、高分子導波路部分と発光素子との間にギャップを設けて熱を逃がしてやる必要がある一方、半導体レーザーのスポットには広がり角が存在(したがって、前記ギャップが大きくなるに従い、光が広がり光導波路に光を閉じこめることが困難になる)するからである。
さらに、前記光学素子及び光電子集積回路はいずれも高分子光導波路を含んでいるが、いずれも、フォトリソグラフィー法を利用して作製しており、工程が複雑であり廃液等の問題もあり環境に対する負荷も大きい。
【0011】
このように、可撓性を有する高分子光導波路シート自体これまで全く提供されていないことに加えて、この可撓性を損なわないように、高分子光導波路シートの端面に発光素子を接続して光配線に用いる光学素子とするという考え方は全く提起されていない。
【0012】
【特許文献1】
特許公報3151364号明細書)
【特許文献2】
米国特許6355198号明細書
【特許文献3】
特開2002−311273号公報
【特許文献4】
特開2000−39530号公報
【特許文献5】
特開2000−39531号公報
【特許文献6】
特開2000−235127号公報
【非特許文献1】
SCIENTIFIC AMERICAN SEPTEMBER 2001(日経サイエンス2001年12月号)
【非特許文献2】
IBM J. REV. & DEV. VOL. 45 NO. 5 SEPTEMBER 2001
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記のごとき問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、極めて低コストで単純化された簡便な方法により高分子光導波路及び光学素子を製造する方法並びに光学素子を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
前記課題は、以下の高分子光導波路の製造方法、光学素子の製造方法及び光学素子を提供することにより解決される。
(1)1)鋳型形成用硬化性樹脂の硬化層から形成され、かつ、光導波路コア凸部に対応する複数の凹部と、該複数の凹部の一端に共通して連通する液だめのための貫通孔及び他端に共通して連通する減圧吸引のための貫通孔が2以上設けられた鋳型であって、前記液だめのための貫通孔及び減圧吸引のための貫通孔が、鋳型の凹部が形成された面及び前記面に対向する面を貫通する孔である、鋳型を準備する工程、2)前記鋳型に該鋳型との密着性が良好なクラッド用可撓性フィルム基材を密着させる工程、3)クラッド用可撓性フィルム基材を密着させた鋳型の凹部の一端にある前記貫通孔に、コア形成用硬化性樹脂を充填し、鋳型の凹部の他端にある前記貫通孔から減圧吸引してコア形成用硬化性樹脂を前記鋳型の凹部に充填する工程、4)充填したコア形成用硬化性樹脂を硬化させ、鋳型をクラッド用可撓性フィルム基材から剥離する工程、5)コアが形成されたクラッド用可撓性フィルム基材の上にクラッド層を形成する工程、を有する高分子光導波路の製造方法。
【0015】
(2)前記5)の工程の後、コア端部を切断して光学的な鏡面を持つコア面を形成する工程を行うことを特徴とする前記(1)に記載の高分子光導波路の製造方法。
(3)前記液だめのための貫通孔は、その断面積が、クラッド用可撓性フィルム基材に接する側が大きく、クラッド用可撓性フィルム基材から離れるに従って小さくなることを特徴とする前記(1)に記載の高分子光導波路の製造方法。
【0016】
(4)前記クラッド用可撓性フィルム基材の屈折率が1.55以下であることを特徴とする前記(1)に記載の高分子光導波路の製造方法。
(5)前記クラッド用可撓性フィルム基材が脂環式オレフィン樹脂フイルムであることを特徴とする前記(1)に記載の高分子光導波路の製造方法。
(6)前記脂環式オレフィン樹脂フイルムが主鎖にノルボルネン構造を有しかつ側鎖に極性基をもつ樹脂フィルムであることを特徴とする前記(5)に記載の高分子光導波路の製造方法。
(7)前記2)の工程において、前記クラッド用可撓性フィルム基材を平坦度の高い剛体で保持することを特徴とする前記(1)に記載の高分子光導波路の製造方法。
【0017】
(8)前記鋳型形成用硬化性樹脂が液状シリコーンゴムであることを特徴とする前記(1)に記載の高分子光導波路の製造方法。
(9)前記鋳型の表面エネルギーが10dyn/cm〜30dyn/cmであることを特徴とする前記(1)に記載の高分子光導波路の製造方法。
(10)前記鋳型のシェア(Share)ゴム硬度が15〜80であることを特徴とする前記(1)に記載の高分子光導波路の製造方法。
(11)前記鋳型の表面粗さが0.1μm以下であることを特徴とする前記(1)に記載の高分子光導波路の製造方法。
(12)前記鋳型が紫外領域及び/又は可視領域において光透過性であることを特徴とする前記(1)に記載の高分子光導波路の製造方法。
【0018】
(13)前記クラッド層がクラッド用硬化性樹脂を塗布した後硬化させることにより形成されることを特徴とする前記(1)に記載の高分子光導波路の製造方法。
(14)前記クラッド層がクラッド用フィルムを該フィルムと近い屈折率をもつ接着剤により貼り合わせることにより形成されることを特徴とする前記(1)に記載の高分子光導波路の製造方法。
(15)1)鋳型形成用硬化性樹脂の硬化層から形成され、かつ、光導波路コア凸部に対応する複数の凹部と、該複数の凹部の一端に共通して連通する液だめのための貫通孔及び他端に共通して連通する減圧吸引のための貫通孔が2以上設けられた鋳型であって、前記液だめのための貫通孔及び減圧吸引のための貫通孔が、鋳型の凹部が形成された面及び前記面に対向する面を貫通する孔である、鋳型を準備する工程、2)前記鋳型に該鋳型との密着性が良好なクラッド用可撓性フィルム基材を密着させる工程、3)クラッド用可撓性フィルム基材を密着させた鋳型の凹部の一端にある前記貫通孔に、コア形成用硬化性樹脂を充填し、鋳型の凹部の他端にある前記貫通孔から減圧吸引してコア形成用硬化性樹脂を前記鋳型の凹部に充填する工程、4)充填したコア形成用硬化性樹脂を硬化させる工程、を有する高分子光導波路の製造方法。
【0019】
(16)1)鋳型形成用硬化性樹脂の硬化層から形成され、かつ、光導波路コア凸部に対応する複数の凹部と、該複数の凹部の一端に共通して連通する液だめのための貫通孔及び他端に共通して連通する減圧吸引のための貫通孔が2以上設けられた鋳型であって、前記液だめのための貫通孔及び減圧吸引のための貫通孔が、鋳型の凹部が形成された面及び前記面に対向する面を貫通する孔である、鋳型を準備する工程、2)前記鋳型に該鋳型との密着性が良好なクラッド用可撓性フィルム基材を密着させる工程、3)クラッド用可撓性フィルム基材を密着させた鋳型の凹部の一端にある前記貫通孔に、コア形成用硬化性樹脂を充填し、鋳型の凹部の他端にある前記貫通孔から減圧吸引してコア形成用硬化性樹脂を前記鋳型の凹部に充填する工程、4)充填したコア形成用硬化性樹脂を硬化させ、鋳型をクラッド用可撓性フィルム基材から剥離する工程、5)コアが形成されたクラッド用可撓性フィルム基材の上にクラッド層を形成する工程、6)コアを切断して光学的な鏡面を持つコア端面を形成する工程、7)発光部を取り付ける工程、を有する光学素子の製造方法。
【0020】
(17)コア端面がコア長手方向に対し90°に切断され、発光部がコア端面に直接接続されることを特徴とする前記(16)に記載の光学素子の製造方法。
(18)コア端面がコア長手方向に対し45°に切断されてミラー面が形成され、発光部からの光がミラー面によりコアに導かれることを特徴とする前記(16)に記載の光学素子の製造方法。
(19)前記7)の工程の後、光コネクタを取り付ける工程をさらに有することを特徴とする前記(16)に記載の光学素子の製造方法。
(20)可撓性フィルム基材からなるクラッド、クラッドの上に設けられたコア形成用硬化性樹脂の硬化物からなるコア及びコアを覆うように形成されたクラッド層を有する可撓性高分子光導波路シートに、発光部と光コネクタを設けた光学素子。
【0021】
【発明の実施の形態】
[高分子光導波路の製造方法]
初めに、高分子光導波路の製造方法について説明する。本発明の高分子光導波路の製造方法は以下の工程により行われる。
1)鋳型形成用硬化性樹脂の硬化層から形成され、かつ、光導波路コア凸部に対応する複数の凹部と、該複数の凹部の一端に共通して連通する液だめのための貫通孔及び他端に共通して連通する減圧吸引のための貫通孔が2以上設けられた鋳型であって、前記液だめのための貫通孔及び減圧吸引のための貫通孔が、鋳型の凹部が形成された面及び前記面に対向する面を貫通する孔である、鋳型を準備する工程
2)前記鋳型に該鋳型との密着性が良好なクラッド用可撓性フィルム基材(以下において、単にクラッド用フィルム基材ということがある)を密着させる工程
3)クラッド用可撓性フィルム基材を密着させた鋳型の凹部の一端にある前記貫通孔に、コア形成用硬化性樹脂を充填し、鋳型の凹部の他端にある前記貫通孔から減圧吸引してコア形成用硬化性樹脂を鋳型の凹部に充填する工程
4)充填したコア形成用硬化性樹脂を硬化させ、鋳型をクラッド用可撓性フィルム基材から剥離する工程
5)コアが形成されたクラッド用可撓性フィルム基材の上にクラッド層を形成する工程
【0022】
本発明の高分子光導波路の製造方法は、前記のごとく鋳型に、鋳型との密着性が良好なクラッド用可撓性フィルム基材を密着させると、両者を特別な手段を用いて固着させなくても(前記特許第3151364号明細書に記載のごとき固着手段)、鋳型に形成された凹部構造以外には、鋳型とクラッド用基材の間に空隙が生ずることなく、コア形成用硬化性樹脂を前記凹部のみに進入させることができることを見い出したことに基づくもので、本発明の高分子光導波路の製造方法は、製造工程が極めて単純化され容易に高分子光導波路を作製することができ、従来の高分子光導波路の製造方法に比較し、極めて低コストで高分子光導波路を作製することを可能にする。また、本発明の高分子光導波路の製造方法は、鋳型に貫通孔を設け、鋳型凹部のコア形成用硬化性樹脂排出側を減圧吸引するので、鋳型とフイルム基材との密着性が更に向上し、気泡の混入を避けることができる。
したがって、本発明の高分子光導波路の製造方法により、損失ロスが少なく高精度であり、かつ各種機器への自由な装填を可能とするフレキシブルな高分子光導波路が低コストで得られる。さらに高分子光導波路の形状等を自由に設定することができる。
【0023】
以下に、本発明による高分子光導波路の製造方法を工程順に説明する。以下においては、凸部に対応する凹部の一端及び他端にそれぞれ連通する貫通孔を2つ設ける例について説明するが、貫通孔は、2以上設けることができる。例えば、Y分岐を1カ所持つ場合には3つの貫通孔を、Y分岐を3カ所持ち1対8に分岐させる場合には、9個の貫通孔を設けて凹部にコア形成用の硬化性樹脂を充填する必要がある。また、分岐は、多段の場合も含む。
1)鋳型形成用硬化性樹脂の硬化層から形成され、かつ、光導波路コア凸部に対応する複数の凹部と、該複数の凹部の一端に共通して連通する液だめのための貫通孔及び他端に共通して連通する減圧吸引のための貫通孔が2以上設けられた鋳型であって、前記液だめのための貫通孔及び減圧吸引のための貫通孔が、鋳型の凹部が形成された面及び前記面に対向する面を貫通する孔である、鋳型を準備する工程
鋳型の作製は、光導波路コアに対応する凸部を形成した原盤を用いて行うのが好ましいが、これに限定されるものではない。以下では、原盤を用いる方法について説明する。
<原盤の作製>
光導波路コアに対応する凸部を形成した原盤の作製には、従来の方法、例えばフォトリソグラフィー法を特に制限なく用いることができる。また、本出願人が先に出願した電着法又は光電着法により高分子光導波路を作製する方法(特願2002−10240号)も、原盤を作製するのに適用できる。原盤に形成される光導波路に対応する凸部の大きさは高分子光導波路の用途等に応じて適宜決められる。例えばシングルモード用の光導波路の場合には、10μm角程度のコアを、マルチモード用の光導波路の場合には、50〜100μm角程度のコアが一般的に用いられるが、用途によっては数百μm程度とさらに大きなコア部を持つ光導波路も利用される。
【0024】
<鋳型の作製>
鋳型の作製の一例として、前記のようにして作製した原盤の凸部形成面に、鋳型形成用硬化性樹脂を塗布したり注型するなどの方法により鋳型形成用硬化性樹脂の層を形成した後、必要に応じ乾燥処理をし、硬化処理を行い、その後硬化樹脂層を原盤から剥離して前記凸部に対応する凹部が形成された型をとり、その型凹部の一端及び他端にそれぞれ連通する貫通孔(前記型の凹部が形成された面及び前記面に対向する面を貫通する孔である)を形成する方法が挙げられる。前記通孔は、例えば前記型を所定形状に打ち抜くことにより形成できる。打ち抜いた貫通孔の場合であっても、鋳型とクラッド用フィルム基材との密着性がよく、鋳型凹部以外にクラッド用フィルム基材との間に空隙が形成されないため、凹部以外にコア形成用硬化性樹脂が浸透する虞はない。
前記型(樹脂硬化層)の厚さは、鋳型としての取り扱い性を考慮して適宜決められるが、一般的に0.1〜50mm程度が適切である。
また、前記原盤にはあらかじめ離型剤塗布などの離型処理を行なって鋳型との剥離を促進することが望ましい。
【0025】
コア形成用硬化性樹脂進入側に設ける貫通孔は液(コア形成用硬化性樹脂)だめの機能を有する。また、コア形成用硬化性樹脂排出側に設ける貫通孔は、該樹脂を鋳型凹部に充填する際、鋳型凹部を減圧するための減圧吸引用に用いられる。進入側の貫通孔の形状や大きさは、貫通孔が凹部の進入端に連通しかつ液だめの機能を有していれば特に制限はない。また、排出側の貫通孔は、凹部の排出端に連通しかつ減圧吸引用に用いることができれば、その形状や大きさに特に制限はない。
【0026】
鋳型凹部のコア形成用硬化性樹脂進入側に設けた貫通孔は液だめの機能をもっているため、その断面積が、鋳型をクラッド用フィルム基材に密着させた場合、該基材に接する側が大きく、基材から離れるに従って小さくなるようにすると、コア形成用硬化性樹脂を凹部に充填、硬化後、鋳型と基材との剥離がしやすくなる。コア形成用硬化性樹脂排出側の貫通孔には、液だめの機能を持たせる必要はないので、特にこのような断面構造を採用することを要しない。
【0027】
また、鋳型作製の他の例として、原盤に光導波路コアに対応する凸部だけでなく貫通孔形成のための凸部(この凸部の高さは鋳型形成用硬化性樹脂の硬化層の厚さより高くする)を設け、この原盤に鋳型形成用硬化性樹脂を貫通孔形成のための凸部が樹脂層を突き抜けるように塗布等し、次いで樹脂層を硬化させ、その後硬化樹脂層を原盤から剥離する方法を挙げることができる。
【0028】
図1に本発明において用いる鋳型の一例の模式図を示す。図1(A)は鋳型20の平面図を示し、鋳型凹部22の、コア形成用硬化性樹脂の進入側及び排出側に設けた2つ貫通孔26及び28は打ち抜き孔であり、貫通孔の平面形状は円形である。また、図1(B)は鋳型凹部22及び2つの貫通孔26、28が顕れるように鋳型長手方向に沿って切断した鋳型断面を示し、進入側の貫通孔26の断面積は、クラッド用フィルム基材に接触する側(凹部が形成されている側)が大きく、該基材から遠くなるほど小さくなっている。一方、排出側の貫通孔28は、クラッド用フィルム基材に接触する側の断面積がより大きくなっている(減圧吸引管の口径に合わせて)が、このような断面構造に限られるものではない。
【0029】
図2は、貫通孔形成用の凸部を設けた原盤の一例を示す斜視図で、10は原盤、12は光導波路コアに対応する凸部、14aはコア形成用硬化性樹脂進入側の貫通孔形成のための凸部、14bは樹脂排出側の貫通孔形成のための凸部をそれぞれ示す。
【0030】
鋳型作製に用いる鋳型形成用硬化性樹脂しては、その硬化物が原盤から容易に剥離できること、鋳型(繰り返し用いる)として一定以上の機械的強度・寸法安定性を有すること、凹部形状を維持する硬さ(硬度)を有すること、クラッド用フィルム基材との密着性が良好なことが好ましい。鋳型形成用硬化性樹脂には、必要に応じて各種添加剤を加えることができる。
鋳型形成用硬化性樹脂は、原盤の表面に塗布や注型等することが可能で、また、原盤に形成された個々の光導波路コアに対応する凸部を正確に写し取らなければならないので、ある限度以下の粘度、たとえば、500〜7000mPa・s程度を有することが好ましい。(なお、本発明において用いる「鋳型形成用硬化性樹脂」の中には、硬化後、弾性を有するゴム状体となるものも含まれる。)また、粘度調節のために溶剤を、溶剤の悪影響が出ない程度に加えることができる。
【0031】
前記鋳型形成用硬化性樹脂としては、前記のごとき剥離性、機械強度・寸法安定性、硬度、クラッド用基材との密着性の点から、硬化後、シリコーンゴム(シリコーンエラストマー)又はシリコーン樹脂となる硬化性オルガノポリシロキサンが好ましく用いられる。前記硬化性オルガノポリシロキサンは、分子中にメチルシロキサン基、エチルシロキサン基、フェニルシロキサン基を含むものが好ましい。また、前記硬化性オルガノポリシロキサンは、一液型のものでもまた硬化剤と組み合わせて用いる二液型のものでもよく、また、熱硬化型のものでもまた室温硬化型(例えば空気中の水分で硬化するもの)のものでもよく、更に他の硬化(紫外線硬化等)を利用するものであってもよい。
【0032】
硬化性オルガノポリシロキサンとしては、硬化後シリコーンゴムとなるものが好ましく、これには通常液状シリコーンゴム(「液状」の中にはペースト状のように粘度の高いものも含まれる)と称されているものが用いられ、硬化剤と組み合わせて用いる二液型のものが好ましく、中でも付加型の液状シリコーンゴムは、表面と内部が均一にかつ短時間に硬化し、またその際副生成物が無く又は少なく、かつ離型性に優れ収縮率も小さいので好ましい。
【0033】
前記液状シリコーンゴムの中でも特に液状ジメチルシロキサンゴムが密着性、剥離性、強度及び硬度の点から好ましい。また、液状ジメチルシロキサンゴムの硬化物は、一般に屈折率が1.43程度と低いために、これから作った鋳型は、クラッド用基材から剥離させずに、そのままクラッド層として好ましく利用することができる。この場合には、鋳型と、充填したコア形成用樹脂及びクラッド用基材とが剥がれないような工夫が必要になる。
【0034】
液状シリコーンゴムの粘度は、光導波路コアに対応する凸部を正確に写し取り、かつ気泡の混入を少なくして脱泡し易くする観点と、数ミリの厚さの鋳型形成の点から、500〜7000mPa・s程度のものが好ましく、さらには、2000〜5000mPa・s程度のものがより好ましい。
【0035】
鋳型の表面エネルギーは、10dyn/cm〜30dyn/cm、好ましくは15dyn/cm〜24dyn/cmの範囲にあることが、基材フィルムとの密着性の点からみて好ましい。
鋳型のシェア(Share)ゴム硬度は、15〜80、好ましくは20〜60であることが、型取り性能や凹部形状の維持、剥離性の点からみて好ましい。
鋳型の表面粗さ(二乗平均粗さ(RMS))は、0.2μm以下、好ましくは0.1μm以下にすることが、型取り性能の点からみて好ましい。
また、鋳型は、紫外領域及び/又は可視領域において光透過性であることが好ましい。鋳型が可視領域において光透過性であることが好ましいのは、以下の2)の工程において鋳型をクラッド用フィルム基材に密着させる際、位置決めが容易に行え、また、以下の3)の工程においてコア形成用硬化性樹脂が鋳型凹部に充填される様子が観察でき、充填完了等が容易に確認しうるからである。また、鋳型が紫外領域において光透過性であることが好ましいのは、コア形成用硬化性樹脂として紫外線硬化性樹脂を用いる場合に、鋳型を透して紫外線硬化を行うためであり、鋳型の、紫外領域(250nm〜400nm)における透過率が80%以上であることが好ましい。
【0036】
前記硬化性オルガノポリシロキサン、中でも硬化後シリコーンゴムとなる液状シリコーンゴムは、クラッド用フィルム基材との密着性と剥離性という相反した特性に優れ、ナノ構造を写し取る能力を持ち、シリコーンゴムとクラッド用基材とを密着させると液体の進入させ防ぐことができる。このようなシリコーンゴムを用いた鋳型は高精度に原盤を写し取り、クラッド用基材に良く密着するため、鋳型とクラッド用基材の間の凹部のみに効率よくコア形成用樹脂を充填することが可能となり、さらにクラッド用基材と鋳型の剥離も容易である。したがって、この鋳型からは高精度に形状を維持した高分子光導波路を、極めて簡便に作製することができる。
【0037】
2)鋳型に、鋳型との密着性が良好なクラッド用可撓性フィルム基材を密着させる工程
本発明の高分子光導波路から作製される光学素子は、種々の階層における光配線に用いられるので、前記クラッド用可撓性フィルム基材の材料は光学素子の用途に応じ、屈折率、光透過性等の光学的特性、機械的強度、耐熱性、鋳型との密着性、フレキシビリティー等を考慮して選択される。前記フィルムとしては脂環式アクリル樹脂フイルム、脂環式オレフィン樹脂フイルム、三酢酸セルロースフイルム、含フッ素樹脂フイルム等が挙げられる。フィルム基材の屈折率は、コアとの屈折率差を確保するため、1.55より小さく、好ましくは1.53より小さくすることが望ましい。
【0038】
前記脂環式アクリル樹脂フイルムとしてはトリシクロデカン等の脂肪族環状炭化水素をエステル置換基に導入した、OZ−1000、OZ−1100(日立化成(株)製)等が用いられる。
また、脂環式オレフィン樹脂フイルムとしては主鎖にノルボルネン構造を有するもの、及び主鎖にノルボルネン構造を有しかつ側鎖にアルキルオキシカルボニル基(アルキル基としては炭素数1から6のものやシクロアルキル基)等の極性基をもつものが挙げられる。中でも前記のごとき主鎖にノルボルネン構造を有しかつ側鎖にアルキルオキシカルボニル基等の極性基をもつ脂環式オレフィン樹脂は、低屈折率(屈折率が1.50近辺であり、コア・クラッドの屈折率の差を確保できる)及び高い光透過性等の優れた光学的特性を有し、鋳型との密着性に優れ、さらに耐熱性に優れているので特に本発明の光導波路シートの作製に適している。
また、前記フィルム基材の厚さはフレキシビリティーと剛性や取り扱いの容易さ等を考慮して適切に選ばれ、一般的には0.1mm〜0.5mm程度が好ましい。
【0039】
3)クラッド用フィルム基材を密着させた鋳型の凹部の一端にある貫通孔に、コア形成用硬化性樹脂を充填し、鋳型の凹部の他端にある貫通孔から減圧吸引してコア形成用硬化性樹脂を前記鋳型の凹部に充填する工程
この工程においては、コア形成用硬化性樹脂を、該樹脂の進入部側に設けた貫通孔に充填し、該樹脂の排出部側に設けた貫通孔から減圧吸引して、鋳型とクラッド用フィルム基材との間に形成された空隙(鋳型の凹部)に充填する。減圧吸引することにより、鋳型とクラッド用フイルム基材との密着性が向上し、気泡の混入を避けることができる。減圧吸引は、例えば、吸引管を排出部側に設けた貫通孔に挿入し、吸引管をポンプにつなげて行われる。
コア形成用硬化性樹脂としては放射線硬化性、電子線硬化性、熱硬化性等の樹脂を用いることができ、中でも紫外線硬化性樹脂及び熱硬化性樹脂が好ましく用いられる。
前記コア形成用の紫外線硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂としては、紫外線硬化性又は熱硬化性のモノマー、オリゴマー若しくはモノマーとオリゴマーの混合物が好ましく用いられる。
また、前記紫外線硬化性樹脂としてエポキシ系、ポリイミド系、アクリル系紫外線硬化性樹脂が好ましく用いられる。
【0040】
コア形成用硬化性樹脂は、毛細管現象により鋳型とフィルム基材との間に形成された空隙(鋳型の凹部)に充填されるため、用いるコア形成用硬化性樹脂はそれが可能なように十分低粘度であることが必要である。したがって、前記硬化性樹脂の粘度は、10mPa・s〜2000mPa・s、望ましくは20mPa・s〜1000mPa・s、更に好ましくは30mPa・s〜500mPa・sにするのが好ましい。
このほかに、原盤に形成された光導波路コアに対応する凸部が有する元の形状を高精度に再現するため、前記硬化性樹脂の硬化前後の体積変化が小さいことが必要である。例えば、体積が減少すると導波損失の原因になる。したがって、コア形成用硬化性樹脂は、体積変化ができるだけ小さいものが望ましく、10%以下、好ましくは6%以下であるのが望ましい。溶剤を用いて低粘度化することは、硬化前後の体積変化が大きいのでできれば避ける方が好ましい。
【0041】
コア形成用硬化性樹脂の硬化後の体積変化(収縮)を小さくするため、前記樹脂にポリマーを添加することができる。前記ポリマーはコア形成用硬化性樹脂との相溶性を有し、かつ該樹脂の屈折率、弾性率、透過特性に悪影響を及ぼさないものが好ましい。またポリマーを添加することにより体積変化を小さくする他、粘度や硬化樹脂のガラス転移点を高度に制御できる。前記ポリマーとしては例えばアクリル系、メタクリル酸系、エポキシ系のものが用いられるがこれに限定されるものではない。
【0042】
コア形成用硬化性樹脂の硬化物の屈折率は、クラッドとなる前記フィルム基材(以下の5)の工程におけるクラッド層を含む)より大きいことが必要で、1.50以上、好ましくは1.53以上である。クラッド(以下の5)の工程におけるクラッド層を含む)とコアの屈折率の差は、0.01以上、好ましくは0.03以上である。
【0043】
4)充填したコア形成用硬化性樹脂を硬化させ、鋳型をクラッド用フィルム基材から剥離する工程
この工程では充填したコア形成用硬化性樹脂を硬化させる。紫外線硬化性樹脂を硬化させるには、紫外線ランプ、紫外線LED、UV照射装置等が用いられ、熱硬化性樹脂を硬化させるには、オーブン中での加熱等が用いられる。
また、前記1)〜3)の工程で用いる鋳型は、屈折率等の条件を満たせばそのままクラッド層に用いることも可能で、この場合は、鋳型を剥離する必要はなくそのままクラッド層として利用することができる。この場合、鋳型とコア材料の接着性を向上させるために鋳型をオゾン処理することが好ましい。
【0044】
5)コアが形成されたクラッド用フィルム基材の上にクラッド層を形成する工程
コアが形成されたフィルム基材の上にクラッド層を形成するが、クラッド層としてはフィルム(たとえば前記2)の工程で用いたようなクラッド用フィルム基材が同様に用いられる)や、クラッド用硬化性樹脂を塗布して硬化させた層、高分子材料の溶剤溶液を塗布して乾燥して得られる高分子膜等が挙げられる。クラッド用硬化性樹脂としては紫外線硬化性樹脂や熱硬化性樹脂が好ましく用いられ、例えば、紫外線硬化性又は熱硬化性のモノマー、オリゴマー若しくはモノマーとオリゴマーの混合物が用いられる。
クラッド用硬化性樹脂の硬化後の体積変化(収縮)を小さくするために、該樹脂と相溶性を有し、また該樹脂の屈折率、弾性率、透過特性に悪影響を及ぼさないポリマー(例えばメタクリル酸系、エポキシ系)を該樹脂に添加することができる。
【0045】
クラッド層としてフィルムを用いる場合は、接着剤を用いて貼り合わされるが、その際、接着剤の屈折率が該フィルムの屈折率と近いことが望ましい。用いる接着剤は紫外線硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂が好ましく用いられ、例えば、紫外線硬化性又は熱硬化性のモノマー、オリゴマー若しくはモノマーとオリゴマーの混合物が用いられる。
前記紫外線硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂の硬化後の体積変化(収縮)を小さくするために、クラッド層に添加するポリマーと同様のポリマーを添加することができる。
クラッド層の屈折率は、コアとの屈折率差を確保するため、1.55以下、好ましくは1.53以下にすることが望ましい。また、クラッド層の屈折率を前記フィルム基材の屈折率と同じにすることが、光の閉じ込めの点からみて好ましい。
【0046】
次に、図を用いて本発明の高分子光導波路の製造方法の一例について説明する。
図3(A)は光導波路コアに対応する凸部12が形成された原盤10を、凸部12の長手方向に直角に切断した切断面を示す。最初に図3(B)で示すように、原盤10の凸部12が形成された面に、鋳型形成用硬化性樹脂の層を塗布などにより形成しその後硬化させて硬化層20aを形成する。図3(B)は原盤の上に硬化層20aを形成したものを、凸部12の長手方向に直角に切断した切断面を示す。次に、硬化層20aを原盤10から剥離し(型取り)、その後、型に形成された前記凸部に対応する凹部22の両端が露出するように貫通孔を2つ設けて(図示せず)鋳型20を作製する。図3(C)は、鋳型20を、凹部22の長手方向に直角に切断した面が顕れるように切断した面を示す。
このようにして作製した鋳型に、該鋳型との密着性がよいクラッド用フィルム基材30を密着させる。図3(D)は、鋳型とフィルムを密着させたものを、鋳型凹部22の長手方向に直角に切断した面が顕れるように切断した面を示す。次に、鋳型の図示しない貫通孔の一つにコア形成用硬化性樹脂40aを充填し、図示しないもう1つの貫通孔から減圧吸引して鋳型の凹部22に毛細管現象を利用して前記樹脂を充填する。図3(E)は鋳型の凹部にコア形成用硬化性樹脂40aが充填された状態において、鋳型凹部22の長手方向に直角の切断面が顕れるように切断した面を示す。その後、凹部内の硬化性樹脂を硬化させ、鋳型を剥離する(図示せず)。図3(F)は、クラッド用フィルム基材の上に光導波路コア40が形成されたものを、コア長手方向に直角に切断した切断面を示す。
さらに、クラッド用フィルム基材のコア形成面にクラッド層50を形成することにより、本発明の高分子光導波路シート60が作製される。図3(G)は、高分子光導波路シート60をコア長手方向に直角に切断した切断面を示す。
【0047】
また、図4に、コアが形成されたフィルム基材の上にクラッドとなるフィルムを接着剤により接着させる例を示す。図4(A)から図4(F)までは、図3(A)から図3(F)で表される工程と共通で、原盤からスタートして、フィルム基材の上にコアを形成する工程までを示す。図4(G)は、フィルム基材のコア形成面に接着剤54を用いてクラッドとなるフィルム52を貼り合わせる工程により得られた高分子光導波路シート60を、コア長手方向に直角に切断した切断面を示す。
【0048】
本発明の高分子光導波路の製造方法において、特に、鋳型形成用硬化性樹脂として硬化してゴム状になる液状シリコーンゴム、中でも液状ジメチルシロキサンゴムを用い、クラッド用フィルム基材として主鎖にノルボルネン構造を有しかつ側鎖にアルキルオキシカルボニル基等の極性基をもつ脂環式オレフィン樹脂を用いる組み合わせは、両者の密着性が特に高く、また、鋳型凹部構造の変形がなく、さらに凹部構造の断面積が極めて小さくても(たとえば10×10μmの矩形)毛細管現象により素早く凹部に硬化性樹脂を充填することができる。
【0049】
前記のごとき高分子光導波路の製造方法により作製される高分子光導波路は、可撓性を有しシート状のもの(可撓性高分子光導波路シート)として得られる。
【0050】
[光学素子の製造方法]
本発明の光学素子の製造方法は、前記の様にして作製した高分子光導波路である可撓性高分子光導波路シート(以下において、「光導波路シート」ということがある)のコア端部を切断して光学的な鏡面を持つコア端面を形成した後、発光部を取り付けることにより製造される。また、発光部を取り付けた後、さらに光コネクタを接続することができる。
コア端部を切断するには、ダイシングソーを用いることが好ましい。発光部を光導波路シートのコア端面に直接接続する場合には、コアを、コア端面がコア長手方向に対し90°になるように切断する。また、コアを、コア端面がコア長手方向に対し45°になるように切断してミラー面を形成し、発光部をクラッド用フィルム基材又はクラッド層の平面上端部に置くことにより、発光部からの光はミラー面によりコアに導くことができる。この場合は、コア径は発光部の広がり角を考慮すると、50μm程度が実質的に必要である。なお、45°ミラーの形成は、45°の角度を持ったブレードを用いてダイシングソーで切断するだけでよく、光の全反射を利用した45°ミラーが形成される。
図5に光学素子の一例を示す概念図である。光学素子100は、高分子光導波路のコア40の端面をダイシングソーで45°に切断してミラー面42を形成し、ミラー面に発光部からの光(矢印で示す)が入射し反射してコアに導入されるように、クラッド層50の上に発光部70を配置したものである。また、80は光コネクターである。
【0051】
発光部は、集積回路の集積度を上げるために、面発光レーザーアレイ(VCSELアレイ)を用いることが好ましい。
面発光レーザーアレイの半導体レーザー素子は発熱があるため、発熱による悪影響を防ぐためには、半導体レーザー素子とコア端面との間に間隔を保ち放熱させる必要があるが、半導体レーザービームは広がり角度を有するため、前記間隔がある限度を超えるとコア端面におけるレーザー光スポット直径が、コアが許容する以上(例えばコア直径が50μmの場合、許容直径は45μm)のものになってしまう。
しかし、面発光レーザーアレイにおける半導体レーザーのスポット径、レーザービームの広がり角度を考慮することにより、前記のレンズ等を設けなくても半導体レーザーとコア端面の間の間隔を、発熱の影響を十分避けることができる程度に空けることが可能になる。
【0052】
例えば、半導体レーザーのスポット径が10μm、ビーム広がり角度が25°、アレイ間隔が250μmの面発光レーザーアレイ(富士ゼロックス株式会社製、VCSEL-AM-0104)を、コア径が50μmのマルチモード光導波路シートの端面に取り付ける場合、コア面におけるレーザー光スポット直径が45μm程度まで許容されるため、半導体レーザーとコア端面との間隔は最大79μmまで可能となる。また、コア端面におけるレーザー光直径を30μmに設定する場合には、半導体レーザーとコア端面との間隔は45μm程度となるが、この程度の間隔があれば半導体レーザー素子が100℃位まで温度上昇することを考慮しても十分熱を逃がすことが可能である。
したがって、面発光レーザーアレイにおける半導体レーザーのスポット径が1〜20μm、レーザービームの広がり角度が5°〜30°程度のものが好ましく用いられ、また、アレイ間隔は100〜500μm程度のものが好ましい。例えば、富士ゼロックス株式会社のVCSEL-AM-0104、VCSEL-AM-0112等が好ましく用いられる。
【0053】
また、光導波路シートのコア端面と、面発光レーザーアレイの半導体レーザーとの間の間隔を前記のように保つ手段としては、面発光レーザーアレイに前記間隔を維持するに十分な高さの枠を設ければよく、枠と光導波路シートとの取り付けは、接着剤などを用いて行なわれる。
【0054】
また、本発明の光学素子には、光コネクタを接続する方が良い。光コネクターとしては、光ファイバーとの接続を容易にするために、MTコネクターなどのファイバーアレイ用のコネクターと互換性を持たせる方が好ましい。
【0055】
本発明の光学素子の製造方法は、前記のようにして作製した光導波路シートのコア端部又はクラッド面端部に面発光レーザー(あるいはさらに光コネクター)を取り付けるだけであるので、全体として非常に簡易な方法であり、従来の光学素子の製造方法に対して比較にならないほどの低コストが達成できる。
【0056】
前記の製造方法により作製される光学素子は、可撓性フィルム基材からなるクラッド、クラッドの上に設けられたコア形成用硬化性樹脂の硬化物からなるコア及びコアを覆うように形成されたクラッド層を有する可撓性高分子光導波路シートの、コア端面あるいはクラッド面端部の上に発光部を取り付け、さらに光コネクタを設けたものである。
前記光学素子は、レンズやミラーなどの光路変更素子が不要であるため、素子として極めて単純化されている。また、前記光学素子は、可撓性を有する高分子光導波路シートを用い、かつそのコア端面あるいはクラッド面端部に発光部を設けたため、素子全体のフレキシビリティーが高く、簡単に曲げるなどの変形をさせることができ、また変形させた状態で集積回路内に組み込むことができ、前記単純化された素子であることと相俟って、集積回路の集積度を大幅に高めることが可能になる。
前記光学素子は、種々の階層における光配線、例えば機器装置間、機器装置内のボード間、ボード内のチップ間における光配線など、広範な用途に用いうる。
図6に前記光学素子の他の一例を概念図(斜視図)として示す。図6中、110は光学素子、120は下部クラッド(クラッド用可撓性フィルム基材)、140はコア、160は上部クラッド(クラッド層)、170は発光部(例えば1×4のVCSEL Array)および180は受光部(例えば1×4のPhoto Diode Array)をそれぞれ示す。また、190は光コネクター(例えばMTコネクター)を示す。
【0057】
【実施例】
以下に実施例を示し本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
実施例1
Si基板に厚膜レジスト(マイクロケミカル(株)製、SU−8)をスピンコート法で塗布した後、80℃でプリベークし、フォトマスクを通して露光し、現像して、4本の、断面が正方形の凸部(幅:50μm、高さ:50μm、長さ:80mm)を形成した。凸部と凸部の間隔は250μmとした。次に、これを120℃でポストベークして、高分子光導波路作製用原盤を作製した。
次に、この原盤に離型剤を塗布した後、熱硬化性液状ジメチルシロキサンゴム(ダウ・コウニングアジア社製:SYLGARD184、粘度5000mPa.s)及びその硬化剤を混合したものを流し込み、120℃で30分間加熱して硬化させた後、剥離して、前記断面が矩形の凸部に対応する凹部を持った型(型の厚さ:5mm)を作製した。
さらに、図1で示すような、平面形状が円形で鋳型厚さ方向の断面形状がテーパー状の貫通孔を、凹部の一端及び他端において、凹部と連通するように、打ち抜きにより形成して鋳型を作製した。鋳型のコア形成用硬化性樹脂が進入する側の貫通孔は、鋳型がクラッド用フィルム基材に接する面においては直径を4mm、鋳型の反対側の面においては直径を3.5mmとした。また、減圧吸引用の貫通孔は、進入側の貫通孔とはその大きさが同じで、テーパーが逆になるように形成した。
鋳型は表面エネルギーが22dyn/cm、シェアゴム硬度が60、表面粗さが10nm以下、紫外線透過率80%以上であり、また、透明で下のものがよく観察できた。
【0058】
この鋳型と、鋳型より一回り大きい膜厚188μmのクラッド用フィルム基材(アートンフイルム、JSR(株)製、屈折率1.510)を密着させた。次に、鋳型の進入側貫通孔に、粘度が1300mPa・sの紫外線硬化性樹脂(JSR社製:PJ3001)を数滴落とし、排出側(減圧吸引側)貫通孔から減圧吸引したところ、20分で前記凹部に紫外線硬化性樹脂が充填された。次いで、50mW/cm2のUV光を鋳型の上部から5分間照射して紫外線硬化させた。鋳型をアートンフイルムから剥離したところ、アートンフイルム上に前記原盤凸部と同じ形状のコアが形成された。コアの屈折率は1.591であった。
次に、アートンフイルムのコア形成面に、硬化後の屈折率がアートンフイルムと同じ1.510である紫外線硬化性樹脂(JSR(株)製)を全面に塗布した後、50mW/cm2のUV光を5分間照射して紫外線硬化させ(硬化後の膜厚10μm)た。フレキシブルな光導波路シート(50mm×300mm)が得られた。
次に、Si用のブレードを備えたダイシングソーを使って、この光導波路シートをコアの長手方向に対し直角に切断し、鏡面を持ったコアを露出させ、光の入出力部とした。この高分子光導波路の損失は、0.33dB/cmであった。
次に、前記のようにして作製した光導波路シートのコア端面に、1X4面発光レーザーアレイ(富士ゼロックス製:VCSEL-AM-0104、半導体レーザーのスポット径が10μm、ビーム広がり角度が25°、アレイ間隔が250μm)を、50μmのギャップを設けて取り付けて、面発光レーザーアレイ付きのフレキシブルな光学素子とした。
【0059】
実施例2
実施例1と同じ方法により断面が正方形の凸部(幅:50μm、高さ:50μm、長さ:80mm)を4本持った高分子光導波路作製用の原盤を作製した。
次に、実施例1と同じ方法で型を作った後、実地例1と同じようなテーパーを持つ2カ所の貫通孔を設けて鋳型とした。
この鋳型と鋳型より一回り大きいアートンフイルム(膜厚188μm)を密着させ、鋳型の1カ所の貫通孔に、粘度が500mPa・sの熱硬化性樹脂(JSR(株)製)を数滴落とし、他方の貫通孔から吸引したところ前記凹部に5分で熱硬化性樹脂が充填された。これを130℃のオーブン中で30分間加熱して熱硬化させた。鋳型をアートンフイルムから剥離したところ、アートンフイルム上に前記原盤凸部と同じ形状のコアが形成された。コアの屈折率は1.570であった。
さらに、アートンフイルムのコア形成面に、硬化後の屈折率がアートンフイルムと同じ1.510の熱硬化性樹脂(JSR(株)製)を全面に塗布した後、加熱硬化させ(硬化後の膜厚10μm)た。フレキシブルな光導波路シート(50mm×300mm)を得た。
次に、Si用のブレードを備えたダイシングソーを使って、この光導波路シートをコアの長手方向に対し直角に切断し、鏡面を持ったコアを露出させ、光の入出力部とした。この高分子光導波路の損失は、0.33dB/cmであった。
次に、前記のようにして作製した光導波路シートのコア端面に、1X4面発光レーザーアレイ(富士ゼロックス製:VCSEL-AM-0104)を、50μmのギャップを設けて取り付けて、面発光レーザーアレイ付きのフレキシブルな光学素子とした。
【0060】
実施例3
実施例1におけるアートンフイルム上にコアを形成する工程までを同じ方法により実施した。次に、アートンフイルムのコア形成面に、アートンフイルム(膜厚188μm)を、屈折率1.510の接着剤(JSR(株)製)を使って貼り合わせ、フレキシブルな光導波路シートを作製した。
次に、Si用のブレードを備えたダイシングソーを使って、この光導波路シートをコアの長手方向に対し直角に切断し、鏡面を持ったコアを露出させ、光の入出力部とした。この高分子光導波路の損失は、0.33dB/cmであった。
次に、前記のようにして作製した光導波路シート(50mm×300mm)のコア端面に、1X4面発光レーザーアレイ(富士ゼロックス製:VCSEL-AM-0104)を、50μmのギャップを設けて取り付けて、面発光レーザーアレイ付きのフレキシブルな光学素子とした。
【0061】
実施例4
実施例3におけるアートンフイルム上にコアを形成する工程までを、コア径が100μmであることを除いて同じ方法により実施した。次に、アートンフイルムのコア形成面に、アートンフイルム(膜厚100μm)を、屈折率1.510の接着剤(JSR(株)製)を使って貼り合わせ、フレキシブルな光導波路シートを作製した。
次に、45°の角度付きSi用のブレードを備えたダイシングソーを使ってこの光導波路シートをコアの長手方向に対し45°に切断し、45°ミラー面を持ったコアを露出させ、光の入出力部とした。
次に、前記のようにして作製した光導波路シート(50mm×300mm)のクラッド層たるアートンフイルム面上に、1X4面発光レーザーアレイ(富士ゼロックス製:VCSEL-AM-0104)を、密着させて取り付けて面発光レーザーアレイ付きのフレキシブルな光学素子とした。
【0062】
【発明の効果】
本発明の高分子光導波路の製造方法は、製造工程が極めて単純化され容易に高分子光導波路を作製することができ、従来の高分子光導波路の製造方法に比較し、極めて低コストで高分子光導波路を作製することができ、さらに、鋳型に貫通孔を設け、鋳型凹部のコア形成用硬化性樹脂排出側を減圧吸引するので、鋳型とフイルム基材との密着性が向上し、気泡の混入を避けることができる。したがって、本発明の製造方法により作製される高分子光導波路は、損失ロスが少なく高精度であり、かつ各種機器への自由な装填を可能とするフレキシブルな高分子光導波路である。また、高分子光導波路の形状等を自由に設定することができる。
また、本発明の光学素子の製造方法は、前記のようにして作製した高分子光導波路(光導波路シート)のコア端部又はクラッド面端部に面発光レーザー(あるいはさらに光コネクター)を取り付けるだけであるので、全体として非常に簡易な方法であり、従来の光学素子の製造方法に対して比較にならないほどの低コストが達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明で用いる鋳型の一例を示す概念図で、図1(A)はその平面図を、図1(B)は断面図を示す。
【図2】 鋳型作製に用いる原盤の一例を示す斜視図である。
【図3】 本発明の高分子光導波路の製造工程を示す概念図である。
【図4】 本発明の高分子光導波路の他の製造工程を示す概念図である。
【図5】 本発明の高分子光導波路のコア端面を切断し、発光部及び光コネクターを付けた光学素子の断面を示す概念図である。
【図6】 本発明の製造方法により作製される光学素子の他の一例を示す概念図である。
【符号の説明】
10 原盤
20a 鋳型形成用硬化性樹脂の硬化層
20 鋳型
22 鋳型凹部
26 進入側貫通孔
28 排出側貫通孔
30 クラッド用可撓性フィルム基材
40a コア用硬化性樹脂
40 コア
50 クラッド層
52 クラッド用フィルム
54 接着剤
70 発光部
80 光コネクター
100、110 光学素子
120 クラッド用可撓性フィルム基材
140 コア
160 クラッド層
170 発光部
190 光コネクター
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a polymer optical waveguide, an optical element manufacturing method, and an optical element, and more particularly to a polymer optical waveguide and an optical element excellent in flexibility.
[0002]
[Prior art]
The polymer waveguide manufacturing method includes (1) a method of impregnating a film with a monomer and selectively exposing the core portion to change the refractive index to bond the films (selective polymerization method), and (2) a core layer. And a method of forming a cladding portion using reactive ion etching after applying the cladding layer (RIE method), and (3) exposure and development using an ultraviolet curable resin in which a photosensitive material is added to a polymer material. A method using a photolithography method (direct exposure method), (4) a method using injection molding, (5) a method of changing the refractive index of the core portion by exposing the core portion after applying the core layer and the clad layer ( Photo bleaching method) has been proposed.
However, the selective polymerization method (1) has a problem in film lamination, and the methods (2) and (3) are expensive because the photolithographic method is used. There is a problem in the accuracy of the diameter. Further, the method (5) has a problem that a sufficient refractive index difference between the core layer and the clad layer cannot be obtained.
At present, the practical methods excellent in performance are only the methods (2) and (3), but there is a problem of cost as described above. None of the methods (1) to (5) is applicable to forming a polymer waveguide on a flexible plastic substrate having a large area.
[0003]
In addition, as a method of manufacturing a polymer optical waveguide, a core substrate is formed by filling a polymer substrate material for a core into a pattern substrate (cladding) on which a groove pattern serving as a capillary is formed, and then curing the core layer. In this method, the polymer precursor material is thinly filled and cured not only in the capillary groove but also between the pattern substrate and the flat substrate. As a result of forming a thin layer having the same composition as the core layer, there is a problem that light leaks through the thin layer.
As one method for solving this problem, Debit Hart uses a clamping jig to fix the pattern substrate on which a groove pattern serving as a capillary is formed and a flat substrate, and further, the contact portion between the pattern substrate and the flat substrate. A method of manufacturing a polymer optical waveguide by sealing the resin with a resin and then reducing the pressure and filling a capillary with a monomer (diallyl isophthalate) solution was proposed (see Patent Document 1 below). In this method, instead of using the polymer precursor material as the core forming resin material, the viscosity of the filling material is reduced by using a monomer, and the capillary is filled using the capillary phenomenon so that the monomer is not filled except the capillary. It is a method to do.
However, since this method uses a monomer as the core forming material, there is a problem that the volumetric shrinkage when the monomer is polymerized to become a polymer is large, and the transmission loss of the polymer optical waveguide is increased. In addition, this method is a complicated method such as fixing the pattern substrate and the flat substrate with a clamp, or additionally sealing the contact portion with resin, so that it is not suitable for mass production, and as a result, cost reduction is expected. I can't. Further, it cannot be applied to the production of a polymer optical waveguide using a film having a thickness of mm order or 1 mm or less as a clad.
[0004]
Recently, George M. Whitesides and others at Harvard University have proposed a method called capillary micromolding as one of the soft lithography as a new technology for creating nanostructures. This is because a master substrate is made using photolithography, and the nanostructure of the master substrate is copied to a PDMS mold using the adhesion and easy peelability of polydimethylsiloxane (PDMS). This is a method of pouring and solidifying a liquid polymer. The following non-patent document 1 describes detailed explanation articles.
[0005]
A patent on capillary micromolding has been filed by Kim Enoch et al. Of George M. Whitesides group at Harvard University (see Patent Document 2 below). However, even if the manufacturing method described in this patent is applied to the manufacture of a polymer optical waveguide, the core portion of the optical waveguide has a small cross-sectional area, so that it takes time to form the core portion and is not suitable for mass production. In addition, when the monomer solution is polymerized into a polymer, the volume is changed, the core shape is changed, and the transmission loss is increased.
[0006]
B. Michel et al. Of the IBM Zurich Research Institute have proposed a high-resolution lithography technique using PDMS, and reported that this technique can achieve a resolution of several tens of nanometers. Detailed commentary articles are described in Non-Patent Document 2 below.
In this way, soft lithography technology using PDMS and capillary micromolding are technologies that have recently attracted attention as nanotechnology mainly in the United States.
[0007]
However, when an optical waveguide is manufactured by using the micromold method as described above, the volume shrinkage during curing is reduced (thus, transmission loss is reduced), and a filling liquid (monomer or the like) is used to facilitate filling. It is impossible to achieve a low viscosity. Therefore, if priority is given to reducing the transmission loss, the viscosity of the filling liquid cannot be reduced below a certain limit, the filling speed becomes slow, and mass production cannot be expected. The micromold method is based on the premise that a glass or silicon substrate is used as the substrate, and does not consider the use of a flexible film substrate.
[0008]
On the other hand, Patent Document 3 below shows a method for producing a polymer optical waveguide by using a mold having low rigidity. In this method, a second convex mold is produced from the first concave mold, a resin is applied to the second convex mold and cured to form a first clad having a concave portion that becomes a core pattern, and the second convex mold. After the film is peeled off, the core is formed by coating and curing the resin in the recesses that become the core pattern, and then the resin is further coated and cured to form the second cladding. However, only the recesses are filled with the core resin. It is difficult to make a fine core pattern with high accuracy.
[0009]
By the way, recently, in IC technology and LSI technology, in order to improve the operation speed and the degree of integration, instead of performing high-density electrical wiring, optical wiring is performed between equipment devices, between boards in equipment equipment, and in chips. Is attracting attention.
As an element for optical wiring, for example, in Patent Document 4 below, a polymer optical waveguide having a core and a clad surrounding the core is provided with a light emitting element and a light receiving element in the core / cladding direction, and the light emitting element An optical element having an incident side mirror for causing light from the core to enter the core and an output side mirror for causing the light from the core to be emitted to the light receiving element, the light receiving element from the light emitting element and the light receiving element from the output side mirror An optical element is described in which a cladding layer is formed in a concave shape at a position corresponding to the optical path leading to, and the light from the light emitting element and the light from the exit side mirror are converged. Further, in Patent Document 5 below, in an optical element in which light from a light emitting element is incident on a core end face of a polymer optical waveguide having a core and a clad surrounding the core, the light incident end face of the core faces the light emitting element. An optical element that is formed to have a convex surface and converges light from the light emitting element to suppress waveguide loss is described.
Further, Patent Document 6 below describes an optoelectronic integrated circuit in which a polymer optical waveguide circuit is directly assembled on a photoelectric fusion circuit substrate in which electronic elements and optical elements are integrated.
[0010]
By the way, if the above-described elements can be bent in the optical wiring and incorporated in the apparatus, it becomes possible to increase the degree of freedom when considering the assembly of the optical wiring. Will increase the degree.
However, since the optical element and the optoelectronic integrated circuit are not flexible, it is impossible to incorporate them into the apparatus by bending them. Further, the optical element and the optoelectronic integrated circuit need to form a convex end face of the core or use a mirror together, and thus have to adopt a complicated structure. The reason why it is necessary to make the core end surface convex as described above or to collect light using a lens is that the semiconductor laser element as a light emitting element used in the optical element or the like generates a large amount of heat. If it is used simply in close contact with a polymer waveguide, heat will not escape and cause malfunction, so it is necessary to provide a gap between the polymer waveguide portion and the light emitting element to release the heat. On the other hand, there is a divergence angle in the spot of the semiconductor laser (thus, as the gap becomes larger, the light spreads and it becomes difficult to confine the light in the optical waveguide).
Furthermore, both the optical element and the optoelectronic integrated circuit include a polymer optical waveguide, but both are manufactured using a photolithography method, and the process is complicated and there are problems such as waste liquid. The load is also great.
[0011]
Thus, in addition to the flexible polymer optical waveguide sheet itself that has never been provided, a light emitting element is connected to the end face of the polymer optical waveguide sheet so as not to impair this flexibility. Thus, the idea of using an optical element for an optical wiring is not proposed at all.
[0012]
[Patent Document 1]
(Patent Publication No. 3151364)
[Patent Document 2]
US Pat. No. 6,355,198
[Patent Document 3]
JP 2002-31273 A
[Patent Document 4]
JP 2000-39530 A
[Patent Document 5]
JP 2000-39531 A
[Patent Document 6]
JP 2000-235127 A
[Non-Patent Document 1]
SCIENTIFIC AMERICAN SEPTEMBER 2001 (Nikkei Science December 2001 issue)
[Non-Patent Document 2]
IBM J. REV. & DEV. VOL. 45 NO. 5 SEPTEMBER 2001
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a polymer optical waveguide and an optical element by an easy and simplified method at an extremely low cost, and an optical element. There is to do.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
  The above-described problems are solved by providing the following polymer optical waveguide manufacturing method, optical element manufacturing method, and optical element.
(1) 1) It is formed from a cured layer of a mold-forming curable resin and corresponds to the optical waveguide core convex portion.pluralA recess and thepluralAt one end of the recessIn commonIn the through hole for the fluid reservoir to communicate with and the other endIn commonA mold having two or more through-holes for vacuum suction that communicate with each other, wherein the through-hole for the reservoir and the through-hole for vacuum suction are formed on the surface of the mold and the surface on which the concave portion is formed. A step of preparing a mold, which is a hole penetrating the opposing surface, 2) a step of closely contacting the mold with a flexible film substrate for clad having good adhesion to the mold, and 3) flexibility of the clad The core-forming curable resin is filled into the through-hole at one end of the concave portion of the mold to which the film base is adhered, and the core-forming curable resin is sucked under reduced pressure from the through-hole at the other end of the concave portion of the mold. A step of filling the concave portion of the mold with resin, 4) a step of curing the filled core-forming curable resin, and peeling the mold from the flexible film base material for cladding. Form a clad layer on a flexible film substrate Degree, producing a polymer optical waveguide having a.
[0015]
(2) After the step (5), the step of forming a core surface having an optical mirror surface by cutting the end of the core is performed. Method.
(3) The aboveFor the sumpPenetrationHoleThe production of the polymer optical waveguide according to (1), wherein the cross-sectional area is larger on the side in contact with the clad flexible film substrate and becomes smaller as the clad flexible film substrate is separated from the clad flexible film substrate. Method.
[0016]
(4) The method for producing a polymer optical waveguide according to (1), wherein the clad flexible film substrate has a refractive index of 1.55 or less.
(5) The method for producing a polymer optical waveguide according to (1), wherein the clad flexible film substrate is an alicyclic olefin resin film.
(6) The method for producing a polymer optical waveguide according to (5), wherein the alicyclic olefin resin film is a resin film having a norbornene structure in the main chain and a polar group in the side chain. .
(7) The method for producing a polymer optical waveguide according to (1), wherein in the step (2), the clad flexible film substrate is held by a rigid body having high flatness.
[0017]
(8) The method for producing a polymer optical waveguide according to (1), wherein the mold-forming curable resin is liquid silicone rubber.
(9) The method for producing a polymer optical waveguide according to the above (1), wherein the surface energy of the mold is 10 dyn / cm to 30 dyn / cm.
(10) The method for producing a polymer optical waveguide according to (1), wherein the mold has a Share rubber hardness of 15 to 80.
(11) The method for producing a polymer optical waveguide according to (1), wherein the mold has a surface roughness of 0.1 μm or less.
(12) The method for producing a polymer optical waveguide according to (1), wherein the template is light transmissive in an ultraviolet region and / or a visible region.
[0018]
(13) The method for producing a polymer optical waveguide according to (1), wherein the clad layer is formed by applying a curable resin for clad and then curing.
(14) The method for producing a polymer optical waveguide according to (1), wherein the clad layer is formed by bonding a clad film with an adhesive having a refractive index close to that of the film.
(15) 1) It is formed from a cured layer of a mold-forming curable resin and corresponds to the optical waveguide core convex portion.pluralA recess and thepluralAt one end of the recessIn commonIn the through hole for the fluid reservoir to communicate with and the other endIn commonA mold having two or more through-holes for vacuum suction that communicate with each other, wherein the through-hole for the reservoir and the through-hole for vacuum suction are formed on the surface of the mold and the surface on which the concave portion is formed. A step of preparing a mold, which is a hole penetrating the opposing surface, 2) a step of closely contacting the mold with a flexible film substrate for clad having good adhesion to the mold, and 3) flexibility of the clad The core-forming curable resin is filled into the through-hole at one end of the concave portion of the mold to which the film base is adhered, and the core-forming curable resin is sucked under reduced pressure from the through-hole at the other end of the concave portion of the mold. A method for producing a polymer optical waveguide, comprising: filling a resin into a recess of the mold; and 4) curing a filled core-forming curable resin.
[0019]
(16) 1) It is formed from a cured layer of a curable resin for mold formation and corresponds to the convex portion of the optical waveguide core.pluralA recess and thepluralAt one end of the recessIn commonIn the through hole for the fluid reservoir to communicate with and the other endIn commonA mold having two or more through-holes for vacuum suction that communicate with each other, wherein the through-hole for the reservoir and the through-hole for vacuum suction are formed on the surface of the mold and the surface on which the concave portion is formed. A step of preparing a mold, which is a hole penetrating the opposing surface, 2) a step of closely contacting the mold with a flexible film substrate for clad having good adhesion to the mold, and 3) flexibility of the clad The core-forming curable resin is filled into the through-hole at one end of the concave portion of the mold to which the film base is adhered, and the core-forming curable resin is sucked under reduced pressure from the through-hole at the other end of the concave portion of the mold. A step of filling the concave portion of the mold with resin, 4) a step of curing the filled core-forming curable resin, and peeling the mold from the flexible film base material for cladding. Form a clad layer on a flexible film substrate Degree, 6) forming a cut core core end face with an optical mirror surface, 7) The method of producing an optical element having a step, to attach the light-emitting portion.
[0020]
(17) The method for manufacturing an optical element according to (16), wherein the core end surface is cut at 90 ° with respect to the core longitudinal direction, and the light emitting portion is directly connected to the core end surface.
(18) The optical element according to (16), wherein the end surface of the core is cut at 45 ° with respect to the longitudinal direction of the core to form a mirror surface, and light from the light emitting portion is guided to the core by the mirror surface. Manufacturing method.
(19) The method for manufacturing an optical element according to (16), further including a step of attaching an optical connector after the step of (7).
(20) A flexible polymer having a clad made of a flexible film substrate, a core made of a cured product of a core-forming curable resin provided on the clad, and a clad layer formed so as to cover the core An optical element in which a light emitting portion and an optical connector are provided on an optical waveguide sheet.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[Method for producing polymer optical waveguide]
  First, a method for producing a polymer optical waveguide will be described. The method for producing a polymer optical waveguide of the present invention is performed by the following steps.
1) It is formed from a cured layer of a mold-forming curable resin and corresponds to the optical waveguide core protrusion.pluralA recess and thepluralAt one end of the recessIn commonIn the through hole for the fluid reservoir to communicate with and the other endIn commonA mold having two or more through-holes for vacuum suction that communicate with each other, wherein the through-hole for the reservoir and the through-hole for vacuum suction are formed on the surface of the mold and the surface on which the concave portion is formed. A step of preparing a mold, which is a hole penetrating the opposing surface
2) A step of adhering a flexible film base material for clad (hereinafter sometimes simply referred to as a clad film base material) having good adhesion to the mold to the mold.
3) Filling the through hole at one end of the concave portion of the mold with the flexible film base material for clad in close contact, and filling the through hole at the other end of the concave portion of the mold with vacuum suction. Filling the mold recess with the core-forming curable resin
4) Step of curing the filled core-forming curable resin and peeling the mold from the clad flexible film substrate
5) A step of forming a clad layer on the clad flexible film substrate on which the core is formed.
[0022]
In the method for producing a polymer optical waveguide of the present invention, as described above, when the flexible film base material for clad having good adhesion to the mold is adhered to the mold, both are not fixed using a special means. However, the curable resin for forming the core without any gap between the mold and the base material for the clad other than the concave structure formed in the mold, except for the fixing means as described in the above-mentioned patent 3151364. The method of manufacturing a polymer optical waveguide according to the present invention is based on the discovery that the polymer optical waveguide can be made to enter only into the recess. Compared to a conventional method for producing a polymer optical waveguide, it is possible to produce a polymer optical waveguide at an extremely low cost. In the method for producing a polymer optical waveguide according to the present invention, a through hole is provided in the mold, and the core forming curable resin discharge side of the mold recess is sucked under reduced pressure, so that the adhesion between the mold and the film substrate is further improved. In addition, air bubbles can be avoided.
Therefore, according to the method for producing a polymer optical waveguide of the present invention, a flexible polymer optical waveguide with low loss loss and high accuracy and enabling free loading into various devices can be obtained at low cost. Furthermore, the shape of the polymer optical waveguide can be freely set.
[0023]
  Below, the manufacturing method of the polymer optical waveguide by this invention is demonstrated in order of a process. In the following, an example will be described in which two through holes communicating with one end and the other end of the concave portion corresponding to the convex portion are provided, but two or more through holes can be provided. For example, if you have one Y branch and three through holes, and if you have three Y branches and branch to one-to-eight, then you will have nine through holes and a curable resin for core formation in the recess. Need to be filled. Further, the branch includes a case of multistage.
1) It is formed from a cured layer of a mold-forming curable resin and corresponds to the optical waveguide core protrusion.pluralA recess and thepluralAt one end of the recessIn commonIn the through hole for the fluid reservoir to communicate with and the other endIn commonA mold having two or more through-holes for vacuum suction that communicate with each other, wherein the through-hole for the reservoir and the through-hole for vacuum suction are formed on the surface of the mold and the surface on which the concave portion is formed. A step of preparing a mold, which is a hole penetrating the opposing surface
  The production of the mold is preferably performed using a master having a convex portion corresponding to the optical waveguide core, but is not limited thereto. In the following, a method using the master will be described.
<Preparation of master>
  A conventional method, for example, a photolithography method can be used without particular limitation for producing a master having a convex portion corresponding to the optical waveguide core. Further, the method (Japanese Patent Application No. 2002-10240) for producing a polymer optical waveguide by the electrodeposition method or the photo-deposition method previously filed by the present applicant can also be applied to produce the master. The size of the convex portion corresponding to the optical waveguide formed on the master is appropriately determined according to the use of the polymer optical waveguide. For example, in the case of a single mode optical waveguide, a core of about 10 μm square is generally used, and in the case of a multimode optical waveguide, a core of about 50 to 100 μm square is generally used. An optical waveguide having a larger core part of about μm is also used.
[0024]
<Production of mold>
  As an example of mold production, a mold-forming curable resin layer was formed by applying or casting a mold-forming curable resin to the convex surface of the master produced as described above. Then, if necessary, a drying process is performed, a curing process is performed, and then the cured resin layer is peeled off from the master and a mold in which a concave portion corresponding to the convex portion is formed is taken.ofThrough holes communicating with one end and the other end of the recess(It is a hole penetrating the surface where the concave portion of the mold is formed and the surface facing the surface)The method of forming is mentioned. AbovePenetratingThe through hole can be formed, for example, by punching the mold into a predetermined shape. Even in the case of punched through-holes, the adhesion between the mold and the film base for cladding is good, and no gap is formed between the film base for cladding other than the mold recess. There is no risk of penetration of the curable resin.
  The thickness of the mold (cured resin layer) is appropriately determined in consideration of the handleability as a mold, but generally about 0.1 to 50 mm is appropriate.
  Further, it is desirable that the master is subjected to a release treatment such as application of a release agent in advance to promote peeling from the mold.
[0025]
The through-hole provided on the core-forming curable resin entry side has a function of storing liquid (core-forming curable resin). The through hole provided on the core-forming curable resin discharge side is used for vacuum suction for decompressing the mold recess when filling the resin into the mold recess. The shape and size of the penetration hole on the entry side are not particularly limited as long as the penetration hole communicates with the entry end of the recess and has the function of a liquid reservoir. Also, the shape and size of the through hole on the discharge side are not particularly limited as long as it communicates with the discharge end of the recess and can be used for vacuum suction.
[0026]
Since the through hole provided on the mold forming curable resin entrance side of the mold recess has a function of a liquid reservoir, when the mold is brought into close contact with the clad film base, the side in contact with the base is large. When it is made smaller as it gets away from the base material, the core-forming curable resin is filled in the recesses and, after curing, the mold and the base material can be easily separated. Since it is not necessary for the through hole on the core forming curable resin discharge side to have a function of a liquid reservoir, it is not particularly necessary to adopt such a cross-sectional structure.
[0027]
In addition, as another example of mold production, not only the projection corresponding to the optical waveguide core but also the projection for forming the through hole on the master (the height of this projection is the thickness of the cured layer of the mold-forming curable resin). The mold forming curable resin is applied to the master so that the projections for forming the through-holes penetrate the resin layer, and then the resin layer is cured, and then the cured resin layer is removed from the master. A method of peeling can be mentioned.
[0028]
FIG. 1 shows a schematic diagram of an example of a mold used in the present invention. FIG. 1A shows a plan view of the mold 20, and two through holes 26 and 28 provided in the mold concave portion 22 on the entrance side and the discharge side of the core-forming curable resin are punched holes. The planar shape is a circle. FIG. 1B shows a cross section of the mold cut along the mold longitudinal direction so that the mold recess 22 and the two through holes 26 and 28 can be seen. The side that comes into contact with the base material (the side on which the recesses are formed) is large, and the distance from the base material decreases. On the other hand, the through-hole 28 on the discharge side has a larger cross-sectional area on the side in contact with the clad film substrate (in accordance with the diameter of the vacuum suction pipe), but is not limited to such a cross-sectional structure. Absent.
[0029]
FIG. 2 is a perspective view showing an example of a master plate provided with a convex portion for forming a through hole. 10 is a master plate, 12 is a convex portion corresponding to the optical waveguide core, and 14a is a penetration on the core forming curable resin entrance side. The convex part for hole formation, 14b shows the convex part for through-hole formation by the side of resin discharge, respectively.
[0030]
The mold-forming curable resin used for mold production is such that the cured product can be easily peeled off from the master, has a certain level of mechanical strength and dimensional stability as a mold (repeated use), and maintains the concave shape. It is preferable to have hardness (hardness) and good adhesion to the clad film substrate. Various additives can be added to the mold-forming curable resin as necessary.
The mold-forming curable resin can be applied or cast on the surface of the master, and the projections corresponding to the individual optical waveguide cores formed on the master must be accurately copied. It is preferable to have a viscosity below a certain limit, for example, about 500 to 7000 mPa · s. (Note that the “mold-forming curable resin” used in the present invention also includes a resin that becomes a rubber-like body having elasticity after curing.) In addition, the solvent is used for viscosity adjustment, and the adverse effect of the solvent. Can be added to the extent that does not occur.
[0031]
As the mold-forming curable resin, from the viewpoint of releasability, mechanical strength / dimensional stability, hardness, and adhesion to the base material for cladding, the cured silicone rubber (silicone elastomer) or silicone resin is used. A curable organopolysiloxane is preferably used. The curable organopolysiloxane preferably contains a methylsiloxane group, an ethylsiloxane group, or a phenylsiloxane group in the molecule. Further, the curable organopolysiloxane may be a one-component type or a two-component type used in combination with a curing agent, or a thermosetting type or a room temperature curable type (for example, with moisture in the air). A material that cures), and other materials (such as ultraviolet curing) may be used.
[0032]
The curable organopolysiloxane is preferably a silicone rubber after curing, which is usually referred to as a liquid silicone rubber (“liquid” includes those with a high viscosity such as a paste). The two-part type used in combination with a curing agent is preferable. Among them, the addition type liquid silicone rubber cures uniformly and in a short time on the surface and inside, and there is no by-product at that time. Or, it is preferable because it is small and has excellent releasability and small shrinkage.
[0033]
Among the liquid silicone rubbers, liquid dimethylsiloxane rubber is particularly preferable from the viewpoints of adhesion, peelability, strength and hardness. In addition, since a cured product of liquid dimethylsiloxane rubber generally has a low refractive index of about 1.43, a mold made therefrom can be preferably used as a clad layer as it is without being peeled off from the clad substrate. . In this case, it is necessary to devise such that the mold, the filled core forming resin, and the clad substrate are not peeled off.
[0034]
The viscosity of the liquid silicone rubber is 500 from the viewpoint of accurately copying the convex portion corresponding to the optical waveguide core and facilitating defoaming by reducing the mixing of bubbles, and from the point of forming a mold having a thickness of several millimeters. The thing of about -7000 mPa * s is preferable, Furthermore, the thing of about 2000-5000 mPa * s is more preferable.
[0035]
The surface energy of the mold is preferably in the range of 10 dyn / cm to 30 dyn / cm, and preferably in the range of 15 dyn / cm to 24 dyn / cm from the viewpoint of adhesion to the base film.
The share rubber hardness of the mold is 15 to 80, preferably 20 to 60, from the viewpoint of mold taking performance, maintaining the shape of the recess, and peelability.
The surface roughness (root mean square roughness (RMS)) of the mold is preferably 0.2 μm or less, and preferably 0.1 μm or less from the viewpoint of mold-taking performance.
The template is preferably light transmissive in the ultraviolet region and / or visible region. The mold is preferably light transmissive in the visible region when positioning the mold in close contact with the clad film substrate in the following step 2), and in the following 3) step. This is because it can be observed that the core-forming curable resin is filled in the mold recess, and the completion of filling can be easily confirmed. In addition, it is preferable that the mold is light transmissive in the ultraviolet region because, when an ultraviolet curable resin is used as the core-forming curable resin, ultraviolet curing is performed through the mold. The transmittance in the ultraviolet region (250 nm to 400 nm) is preferably 80% or more.
[0036]
Liquid silicone rubber, which becomes a silicone rubber after curing, is excellent in the conflicting properties of adhesion to the clad film substrate and peelability, and has the ability to copy nanostructures. Silicone rubber and cladding When the base material is in close contact, liquid can be prevented from entering. Such a mold using silicone rubber copies the master with high accuracy and adheres well to the clad substrate, so that only the recess between the mold and the clad substrate is efficiently filled with the core forming resin. In addition, the clad substrate and the mold can be easily peeled off. Therefore, a polymer optical waveguide whose shape is maintained with high accuracy can be produced very simply from this mold.
[0037]
2) The process of adhering the flexible film substrate for clad with good adhesion to the mold to the mold
Since the optical element produced from the polymer optical waveguide of the present invention is used for optical wiring at various levels, the material of the flexible film base material for clad depends on the refractive index and light transmission depending on the use of the optical element. It is selected in consideration of optical characteristics such as properties, mechanical strength, heat resistance, adhesion to a mold, flexibility, and the like. Examples of the film include an alicyclic acrylic resin film, an alicyclic olefin resin film, a cellulose triacetate film, and a fluorine-containing resin film. In order to secure a difference in refractive index from the core, the refractive index of the film substrate is preferably smaller than 1.55, preferably smaller than 1.53.
[0038]
As the alicyclic acrylic resin film, OZ-1000, OZ-1100 (manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.) or the like in which an aliphatic cyclic hydrocarbon such as tricyclodecane is introduced into an ester substituent is used.
As the alicyclic olefin resin film, those having a norbornene structure in the main chain, and those having a norbornene structure in the main chain and an alkyloxycarbonyl group (the alkyl group having 1 to 6 carbon atoms as the alkyl group) And those having a polar group such as an alkyl group). Among them, the alicyclic olefin resin having a norbornene structure in the main chain and a polar group such as an alkyloxycarbonyl group in the side chain as described above has a low refractive index (refractive index is around 1.50, core clad In particular, the optical waveguide sheet of the present invention is produced because it has excellent optical characteristics such as a high refractive index, excellent adhesive properties with a mold, and excellent heat resistance. Suitable for
The thickness of the film substrate is appropriately selected in consideration of flexibility, rigidity, ease of handling, etc., and is generally preferably about 0.1 mm to 0.5 mm.
[0039]
3) A core-forming curable resin is filled into a through-hole at one end of a mold recess to which a clad film base is in close contact, and the core is formed by vacuum suction from the through-hole at the other end of the mold recess. Filling the concave portion of the mold with a curable resin
In this step, the core-forming curable resin is filled into the through-hole provided on the resin entrance portion side, and is sucked under reduced pressure from the through-hole provided on the resin discharge portion side, and the mold and the clad film The gap formed between the substrate and the substrate (the concave portion of the mold) is filled. By sucking under reduced pressure, the adhesion between the mold and the film substrate for clad is improved, and mixing of bubbles can be avoided. The vacuum suction is performed, for example, by inserting a suction tube into a through hole provided on the discharge portion side and connecting the suction tube to a pump.
As the core-forming curable resin, resins such as radiation curable, electron beam curable, and thermosetting can be used, and among them, an ultraviolet curable resin and a thermosetting resin are preferably used.
As the ultraviolet curable resin or thermosetting resin for forming the core, an ultraviolet curable or thermosetting monomer, an oligomer, or a mixture of a monomer and an oligomer is preferably used.
In addition, an epoxy-based, polyimide-based, or acrylic-based ultraviolet curable resin is preferably used as the ultraviolet curable resin.
[0040]
Since the core-forming curable resin fills the gaps (mold recesses) formed between the mold and the film substrate by capillarity, the core-forming curable resin used is sufficient to make it possible. It must be low viscosity. Therefore, the viscosity of the curable resin is preferably 10 mPa · s to 2000 mPa · s, desirably 20 mPa · s to 1000 mPa · s, more preferably 30 mPa · s to 500 mPa · s.
In addition, in order to accurately reproduce the original shape of the convex portion corresponding to the optical waveguide core formed on the master, it is necessary that the volume change before and after curing of the curable resin is small. For example, a reduction in volume causes waveguide loss. Therefore, the core-forming curable resin desirably has a volume change as small as possible, and is desirably 10% or less, preferably 6% or less. Lowering the viscosity using a solvent is preferably avoided if possible because the volume change before and after curing is large.
[0041]
In order to reduce the volume change (shrinkage) after curing of the core-forming curable resin, a polymer can be added to the resin. The polymer preferably has compatibility with the core-forming curable resin and does not adversely affect the refractive index, elastic modulus, and transmission characteristics of the resin. In addition to reducing the volume change by adding a polymer, the viscosity and the glass transition point of the cured resin can be highly controlled. Examples of the polymer include, but are not limited to, acrylic, methacrylic acid, and epoxy polymers.
[0042]
The refractive index of the cured product of the core-forming curable resin needs to be larger than that of the film base material (including the clad layer in the step 5 below) to be the clad, and is 1.50 or more, preferably 1. 53 or more. The difference in refractive index between the clad (including the clad layer in the following 5) and the core is 0.01 or more, preferably 0.03 or more.
[0043]
4) Step of curing the filled core-forming curable resin and peeling the mold from the clad film substrate
In this step, the filled core-forming curable resin is cured. To cure the ultraviolet curable resin, an ultraviolet lamp, an ultraviolet LED, a UV irradiation device or the like is used. To cure the thermosetting resin, heating in an oven or the like is used.
Further, the mold used in the steps 1) to 3) can be used as it is for the cladding layer as long as the conditions such as the refractive index are satisfied. In this case, the mold does not need to be peeled off and is used as it is as the cladding layer. be able to. In this case, the mold is preferably subjected to ozone treatment in order to improve the adhesion between the mold and the core material.
[0044]
5) A step of forming a clad layer on the clad film substrate on which the core is formed.
A clad layer is formed on the film base material on which the core is formed. As the clad layer, a film base material (for example, a clad film base material used in the step 2) is used) Examples thereof include a layer obtained by applying and curing a curable resin, and a polymer film obtained by applying and drying a solvent solution of a polymer material. As the curable resin for cladding, an ultraviolet curable resin or a thermosetting resin is preferably used. For example, an ultraviolet curable or thermosetting monomer, an oligomer, or a mixture of a monomer and an oligomer is used.
In order to reduce the volume change (shrinkage) after curing of the curable resin for cladding, a polymer (for example, methacrylic acid) that is compatible with the resin and does not adversely affect the refractive index, elastic modulus, and transmission characteristics of the resin. Acid-based and epoxy-based) can be added to the resin.
[0045]
When a film is used as the clad layer, it is bonded using an adhesive. At this time, it is desirable that the refractive index of the adhesive is close to the refractive index of the film. As the adhesive to be used, an ultraviolet curable resin or a thermosetting resin is preferably used. For example, an ultraviolet curable or thermosetting monomer, an oligomer, or a mixture of a monomer and an oligomer is used.
In order to reduce the volume change (shrinkage) after curing of the ultraviolet curable resin or the thermosetting resin, a polymer similar to the polymer added to the cladding layer can be added.
The refractive index of the cladding layer is 1.55 or less, preferably 1.53 or less in order to ensure a difference in refractive index from the core. In addition, it is preferable from the viewpoint of light confinement that the refractive index of the cladding layer be the same as the refractive index of the film substrate.
[0046]
Next, an example of a method for producing a polymer optical waveguide of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 3A shows a cut surface obtained by cutting the master 10 on which the convex portion 12 corresponding to the optical waveguide core is formed at a right angle to the longitudinal direction of the convex portion 12. First, as shown in FIG. 3B, a layer of a mold-forming curable resin is formed on the surface of the master 10 on which the convex portions 12 are formed by coating, and then cured to form a cured layer 20a. FIG. 3 (B) shows a cut surface obtained by cutting the hard disk 20a formed on the master disk at a right angle to the longitudinal direction of the convex portion 12. FIG. Next, the hardened layer 20a is peeled from the master 10 (molding), and then two through holes are provided so that both ends of the concave portion 22 corresponding to the convex portion formed in the mold are exposed (not shown). ) Prepare the mold 20. FIG. 3C shows a surface obtained by cutting the mold 20 so that a surface cut at right angles to the longitudinal direction of the concave portion 22 appears.
The clad film substrate 30 having good adhesion to the mold is brought into close contact with the mold thus produced. FIG. 3D shows a surface obtained by cutting a mold and a film in close contact so that a surface cut at right angles to the longitudinal direction of the mold recess 22 appears. Next, one of the through holes (not shown) of the mold is filled with the core-forming curable resin 40a, and the resin is sucked into the concave portion 22 of the mold by using a capillary phenomenon by sucking under pressure from another through hole (not shown). Fill. FIG. 3E shows a surface cut so that a cut surface perpendicular to the longitudinal direction of the mold recess 22 appears in the state where the recess of the mold is filled with the core-forming curable resin 40a. Thereafter, the curable resin in the recess is cured, and the mold is peeled off (not shown). FIG. 3F shows a cut surface obtained by cutting an optical waveguide core 40 formed on a clad film base material at a right angle to the longitudinal direction of the core.
Further, the polymer optical waveguide sheet 60 of the present invention is produced by forming the clad layer 50 on the core forming surface of the clad film substrate. FIG. 3G shows a cut surface obtained by cutting the polymer optical waveguide sheet 60 perpendicularly to the longitudinal direction of the core.
[0047]
FIG. 4 shows an example in which a film serving as a clad is bonded to a film base material on which a core is formed by an adhesive. 4 (A) to 4 (F) are the same as the steps shown in FIGS. 3 (A) to 3 (F), and start from the master and form the core on the film substrate. The process is shown. FIG. 4G shows a polymer optical waveguide sheet 60 obtained by bonding a film 52 to be a clad with an adhesive 54 on the core forming surface of a film base material, cut at right angles to the longitudinal direction of the core. The cut surface is shown.
[0048]
In the method for producing a polymer optical waveguide of the present invention, in particular, a liquid silicone rubber that is cured as a curable resin for forming a mold and becomes a rubbery state, particularly a liquid dimethylsiloxane rubber, and a norbornene in the main chain as a film substrate for cladding. The combination using an alicyclic olefin resin having a structure and having a polar group such as an alkyloxycarbonyl group in the side chain has particularly high adhesion between the two, and there is no deformation of the mold recess structure, and the recess structure Even when the cross-sectional area is extremely small (for example, a rectangle of 10 × 10 μm), the concave portion can be quickly filled with the curable resin by the capillary phenomenon.
[0049]
The polymer optical waveguide produced by the method for producing a polymer optical waveguide as described above is obtained as a sheet having flexibility (flexible polymer optical waveguide sheet).
[0050]
[Method for Manufacturing Optical Element]
The method for producing an optical element of the present invention comprises a core end portion of a flexible polymer optical waveguide sheet (hereinafter sometimes referred to as “optical waveguide sheet”) which is a polymer optical waveguide produced as described above. After the core end face having an optical mirror surface is formed by cutting, the light emitting part is attached. Moreover, after attaching the light emitting part, an optical connector can be further connected.
In order to cut the core end, it is preferable to use a dicing saw. When the light emitting unit is directly connected to the core end surface of the optical waveguide sheet, the core is cut so that the core end surface is 90 ° with respect to the core longitudinal direction. Further, the core is cut so that the end surface of the core is 45 ° with respect to the longitudinal direction of the core to form a mirror surface, and the light emitting unit is placed on the upper end of the clad film base or the plane of the clad layer. The light from can be guided to the core by the mirror surface. In this case, the core diameter is substantially required to be about 50 μm in consideration of the spread angle of the light emitting part. The 45 ° mirror can be formed only by cutting with a dicing saw using a blade having an angle of 45 °, and a 45 ° mirror using total reflection of light is formed.
FIG. 5 is a conceptual diagram illustrating an example of an optical element. In the optical element 100, the end surface of the core 40 of the polymer optical waveguide is cut at 45 ° with a dicing saw to form a mirror surface 42, and light (shown by an arrow) from the light emitting portion is incident on the mirror surface and reflected. The light emitting unit 70 is disposed on the cladding layer 50 so as to be introduced into the core. Reference numeral 80 denotes an optical connector.
[0051]
The light emitting unit preferably uses a surface emitting laser array (VCSEL array) in order to increase the degree of integration of the integrated circuit.
Since the semiconductor laser element of the surface emitting laser array generates heat, it is necessary to radiate heat while keeping a space between the semiconductor laser element and the core end face in order to prevent adverse effects due to the heat generation, but the semiconductor laser beam has a spread angle. Therefore, if the interval exceeds a certain limit, the laser beam spot diameter on the core end face is larger than the core allows (for example, when the core diameter is 50 μm, the allowable diameter is 45 μm).
However, by taking into account the spot diameter of the semiconductor laser in the surface emitting laser array and the spread angle of the laser beam, the distance between the semiconductor laser and the end face of the core is sufficiently avoided from the influence of heat generation without providing the lens or the like. It will be possible to leave as much as possible.
[0052]
For example, a surface-emitting laser array (Fuji Xerox Co., Ltd., VCSEL-AM-0104) having a semiconductor laser spot diameter of 10 μm, a beam divergence angle of 25 °, and an array interval of 250 μm, a multimode optical waveguide with a core diameter of 50 μm. When attached to the end face of the sheet, the laser beam spot diameter on the core surface is allowed to be about 45 μm, so that the distance between the semiconductor laser and the core end face can be up to 79 μm. When the diameter of the laser beam at the core end face is set to 30 μm, the distance between the semiconductor laser and the core end face is about 45 μm. If this gap is present, the temperature of the semiconductor laser element rises to about 100 ° C. Even if this is taken into consideration, sufficient heat can be released.
Therefore, the surface emitting laser array preferably has a semiconductor laser spot diameter of 1 to 20 μm, a laser beam spread angle of about 5 ° to 30 °, and an array interval of about 100 to 500 μm. For example, Fuji Xerox Co., Ltd. VCSEL-AM-0104, VCSEL-AM-0112, etc. are preferably used.
[0053]
Further, as a means for maintaining the distance between the core end surface of the optical waveguide sheet and the semiconductor laser of the surface emitting laser array as described above, a frame having a height sufficient to maintain the distance is provided on the surface emitting laser array. The frame and the optical waveguide sheet may be attached using an adhesive or the like.
[0054]
In addition, it is better to connect an optical connector to the optical element of the present invention. The optical connector is preferably compatible with a fiber array connector such as an MT connector in order to facilitate connection with an optical fiber.
[0055]
The method for producing an optical element of the present invention is simply a surface emitting laser (or an optical connector) attached to the core end portion or the clad surface end portion of the optical waveguide sheet produced as described above. This is a simple method and can achieve a low cost that is not comparable to a conventional method of manufacturing an optical element.
[0056]
  Made by the above manufacturing methodThe optical element includes a clad made of a flexible film substrate, a core made of a cured product of a core-forming curable resin provided on the clad, and a clad layer formed so as to cover the core. In the molecular optical waveguide sheet, a light emitting part is attached on the core end face or the clad face end, and an optical connector is further provided.
  SaidThe optical element is extremely simplified as an element because an optical path changing element such as a lens or a mirror is unnecessary. Also,SaidThe optical element uses a flexible polymer optical waveguide sheet, and a light emitting part is provided at the end of the core or clad surface, so the entire element is highly flexible and can be easily bent and deformed. In addition, it can be incorporated in an integrated circuit in a deformed state, and in combination with the simplified element, the degree of integration of the integrated circuit can be greatly increased.
  SaidThe optical element can be used for a wide range of applications such as optical wiring in various layers, for example, optical wiring between equipment devices, between boards in equipment devices, and between chips in boards.
  In FIG.SaidAnother example of the optical element is shown as a conceptual diagram (perspective view). In FIG. 6, 110 is an optical element, 120 is a lower clad (flexible film base material for clad), 140 is a core, 160 is an upper clad (cladding layer), and 170 is a light emitting portion (for example, 1 × 4 VCSEL Array). Reference numerals 180 and 180 denote light receiving portions (for example, 1 × 4 Photo Diode Array). Reference numeral 190 denotes an optical connector (for example, an MT connector).
[0057]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples.
Example 1
A thick film resist (SU-8, manufactured by Micro Chemical Co., Ltd.) is applied to the Si substrate by spin coating, then pre-baked at 80 ° C., exposed through a photomask, developed, and square with four cross sections. Convex portions (width: 50 μm, height: 50 μm, length: 80 mm) were formed. The interval between the protrusions was 250 μm. Next, this was post-baked at 120 ° C. to prepare a master for preparing a polymer optical waveguide.
Next, after applying a release agent to this master, a thermosetting liquid dimethylsiloxane rubber (manufactured by Dow Corning Asia Co., Ltd .: SYLGARD 184, viscosity 5000 mPa.s) and a mixture of the curing agent are poured, and 120 ° C. After being cured by heating for 30 minutes, the mold was peeled off to produce a mold having a concave portion corresponding to a rectangular convex portion (mold thickness: 5 mm).
Further, as shown in FIG. 1, a through hole having a circular planar shape and a tapered cross-sectional shape in the mold thickness direction is formed by punching so as to communicate with the recess at one end and the other end of the recess. Was made. The through hole on the side where the curable resin for forming the core of the mold enters is 4 mm in diameter on the surface where the mold is in contact with the clad film substrate, and 3.5 mm in the surface on the opposite side of the mold. Moreover, the through-hole for decompression suction was formed so that the size was the same as the through-hole on the entry side, and the taper was reversed.
The mold had a surface energy of 22 dyn / cm, a shear rubber hardness of 60, a surface roughness of 10 nm or less, an ultraviolet transmittance of 80% or more, and was transparent and well observed.
[0058]
The mold and a clad film base material (Arton Film, manufactured by JSR Corporation, refractive index 1.510) having a film thickness of 188 μm, which is slightly larger than the mold, were brought into close contact with each other. Next, a few drops of UV curable resin (manufactured by JSR: PJ3001) having a viscosity of 1300 mPa · s are dropped into the mold entrance side through hole and sucked under reduced pressure from the discharge side (vacuum suction side) through hole. 20 minutes The recess was filled with an ultraviolet curable resin. Then 50mW / cm2The UV light was irradiated from the upper part of the mold for 5 minutes to be cured by ultraviolet rays. When the mold was peeled off from the arton film, a core having the same shape as that of the master disc protrusion was formed on the arton film. The refractive index of the core was 1.591.
Next, an UV curable resin (manufactured by JSR Co., Ltd.) having a refractive index after curing of 1.510, which is the same as that of ARTON film, is applied to the entire surface of the core of ARTON film, and then 50 mW / cm.2Were cured by UV irradiation for 5 minutes (film thickness after curing: 10 μm). A flexible optical waveguide sheet (50 mm × 300 mm) was obtained.
Next, using a dicing saw equipped with a blade for Si, the optical waveguide sheet was cut at a right angle to the longitudinal direction of the core to expose the core having a mirror surface, thereby forming a light input / output unit. The loss of this polymer optical waveguide was 0.33 dB / cm.
Next, a 1 × 4 surface emitting laser array (manufactured by Fuji Xerox: VCSEL-AM-0104, semiconductor laser spot diameter of 10 μm, beam divergence angle of 25 °, arrayed on the core end face of the optical waveguide sheet produced as described above A flexible optical element with a surface emitting laser array was obtained by attaching a gap of 250 μm) with a gap of 50 μm.
[0059]
Example 2
A master for producing a polymer optical waveguide having four convex portions (width: 50 μm, height: 50 μm, length: 80 mm) having a square cross section was produced by the same method as in Example 1.
Next, after a mold was made by the same method as in Example 1, two through holes having the same taper as in Example 1 were provided to form a mold.
This mold and an Arton film (film thickness 188 μm) that is slightly larger than the mold are brought into close contact with each other, and a few drops of a thermosetting resin (manufactured by JSR Co., Ltd.) having a viscosity of 500 mPa · s is dropped into one through hole of the mold. When sucked from the other through hole, the concave portion was filled with the thermosetting resin in 5 minutes. This was heat-cured by heating in an oven at 130 ° C. for 30 minutes. When the mold was peeled off from the arton film, a core having the same shape as that of the master disc protrusion was formed on the arton film. The refractive index of the core was 1.570.
Furthermore, a 1.510 thermosetting resin (made by JSR Co., Ltd.) having the same refractive index as that of Arton Film was applied on the entire surface of the core forming surface of ARTON film, and then heat-cured (cured film). 10 μm thick). A flexible optical waveguide sheet (50 mm × 300 mm) was obtained.
Next, using a dicing saw equipped with a blade for Si, the optical waveguide sheet was cut at a right angle to the longitudinal direction of the core to expose the core having a mirror surface, thereby forming a light input / output unit. The loss of this polymer optical waveguide was 0.33 dB / cm.
Next, a 1 × 4 surface emitting laser array (manufactured by Fuji Xerox: VCSEL-AM-0104) is attached to the core end face of the optical waveguide sheet produced as described above with a 50 μm gap, and a surface emitting laser array is attached. A flexible optical element was obtained.
[0060]
Example 3
The process up to the step of forming the core on the arton film in Example 1 was carried out by the same method. Next, Arton film (film thickness: 188 μm) was bonded to the core forming surface of Arton film using an adhesive having a refractive index of 1.510 (manufactured by JSR Co., Ltd.) to produce a flexible optical waveguide sheet.
Next, using a dicing saw equipped with a blade for Si, the optical waveguide sheet was cut at a right angle to the longitudinal direction of the core to expose the core having a mirror surface, thereby forming a light input / output unit. The loss of this polymer optical waveguide was 0.33 dB / cm.
Next, a 1 × 4 surface emitting laser array (manufactured by Fuji Xerox: VCSEL-AM-0104) is attached to the core end face of the optical waveguide sheet (50 mm × 300 mm) produced as described above, with a gap of 50 μm, A flexible optical element with a surface emitting laser array was obtained.
[0061]
Example 4
The process up to the step of forming the core on the arton film in Example 3 was carried out by the same method except that the core diameter was 100 μm. Next, arton film (film thickness 100 μm) was bonded to the core forming surface of arton film using an adhesive having a refractive index of 1.510 (manufactured by JSR Co., Ltd.) to prepare a flexible optical waveguide sheet.
Next, this optical waveguide sheet is cut at 45 ° with respect to the longitudinal direction of the core using a dicing saw equipped with a 45 ° angled Si blade to expose the core having a 45 ° mirror surface. I / O section.
Next, a 1 × 4 surface emitting laser array (manufactured by Fuji Xerox: VCSEL-AM-0104) is attached in close contact with the Arton film surface which is the cladding layer of the optical waveguide sheet (50 mm × 300 mm) produced as described above. And a flexible optical element with a surface emitting laser array.
[0062]
【The invention's effect】
  The method for producing a polymer optical waveguide according to the present invention makes it possible to produce a polymer optical waveguide easily by simplifying the production process. Compared with the conventional method for producing a polymer optical waveguide, the production method is extremely low and expensive. A molecular optical waveguide can be produced, and a through hole is provided in the mold, and the core forming curable resin discharge side of the mold recess is sucked under reduced pressure, so that the adhesion between the mold and the film substrate is improved, and air bubbles Can be avoided. Therefore, the polymer optical waveguide produced by the manufacturing method of the present invention is a flexible polymer optical waveguide that has high loss and little loss loss and can be freely loaded into various devices. In addition, the shape of the polymer optical waveguide can be freely set.
  In addition, the method for producing an optical element of the present invention simply attaches a surface emitting laser (or optical connector) to the core end portion or the clad surface end portion of the polymer optical waveguide (optical waveguide sheet) produced as described above. Therefore, it is a very simple method as a whole, and it is possible to achieve a cost that is incomparable with conventional optical element manufacturing methods.The
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a conceptual diagram showing an example of a mold used in the present invention, FIG. 1 (A) is a plan view thereof, and FIG. 1 (B) is a sectional view thereof.
FIG. 2 is a perspective view showing an example of a master used for producing a mold.
FIG. 3 is a conceptual diagram showing a production process of the polymer optical waveguide of the present invention.
FIG. 4 is a conceptual diagram showing another manufacturing process of the polymer optical waveguide of the present invention.
FIG. 5 is a conceptual diagram showing a cross section of an optical element in which a core end face of a polymer optical waveguide of the present invention is cut and a light emitting portion and an optical connector are attached.
FIG. 6 of the present inventionMade by manufacturing methodIt is a conceptual diagram which shows another example of an optical element.
[Explanation of symbols]
10 Master disc
20a Hardened layer of curable resin for mold formation
20 Mold
22 Mold recess
26 Entry side through hole
28 Discharge side through hole
30 Flexible film base material for clad
40a Curable resin for core
40 cores
50 Clad layer
52 Clad film
54 Adhesive
70 Light emitting part
80 optical connector
100, 110 Optical element
120 Flexible film base material for clad
140 cores
160 Clad layer
170 Light emitter
190 Optical connector

Claims (19)

1)鋳型形成用硬化性樹脂の硬化層から形成され、かつ、光導波路コア凸部に対応する複数の凹部と、該複数の凹部の一端に共通して連通する液だめのための貫通孔及び他端に共通して連通する減圧吸引のための貫通孔が2以上設けられた鋳型であって、前記液だめのための貫通孔及び減圧吸引のための貫通孔が、鋳型の凹部が形成された面及び前記面に対向する面を貫通する孔である、鋳型を準備する工程、2)前記鋳型に該鋳型との密着性が良好なクラッド用可撓性フィルム基材を密着させる工程、3)クラッド用可撓性フィルム基材を密着させた鋳型の凹部の一端にある前記貫通孔に、コア形成用硬化性樹脂を充填し、鋳型の凹部の他端にある前記貫通孔から減圧吸引してコア形成用硬化性樹脂を前記鋳型の凹部に充填する工程、4)充填したコア形成用硬化性樹脂を硬化させ、鋳型をクラッド用可撓性フィルム基材から剥離する工程、5)コアが形成されたクラッド用可撓性フィルム基材の上にクラッド層を形成する工程、を有する高分子光導波路の製造方法。1) is formed from a cured layer of mold-forming curable resin, and a plurality of recesses corresponding to the optical waveguide core protrusion, the through hole for the liquid reservoir communicating in common to one end of the plurality of recesses and A mold having two or more through-holes for vacuum suction that communicate in common with the other end, wherein the through-hole for the reservoir and the through-hole for vacuum suction are formed in a recess of the mold. A step of preparing a mold, which is a hole penetrating the surface and the surface opposite to the surface, 2) a step of closely adhering a flexible film base material for clad with the mold to the mold, 3 ) Filling the through hole at one end of the concave portion of the mold with the flexible film base material for clad closely attached, and sucking under reduced pressure from the through hole at the other end of the concave portion of the mold. And filling the recess of the mold with the core-forming curable resin 4) A step of curing the filled core-forming curable resin and peeling the mold from the clad flexible film substrate; and 5) forming a clad layer on the clad flexible film substrate on which the core is formed. A process for producing a polymer optical waveguide comprising the steps. 前記5)の工程の後、コア端部を切断して光学的な鏡面を持つコア面を形成する工程を行うことを特徴とする請求項1に記載の高分子光導波路の製造方法。  The method for producing a polymer optical waveguide according to claim 1, wherein after the step (5), a step of forming a core surface having an optical mirror surface by cutting the end portion of the core is performed. 前記液だめのための貫通孔は、その断面積が、クラッド用可撓性フィルム基材に接する側が大きく、クラッド用可撓性フィルム基材から離れるに従って小さくなることを特徴とする請求項1に記載の高分子光導波路の製造方法。  The through hole for the liquid reservoir has a cross-sectional area that is larger on a side in contact with the clad flexible film substrate and becomes smaller as the clad flexible film substrate is separated from the clad flexible film substrate. The manufacturing method of the polymer optical waveguide of description. 前記クラッド用可撓性フィルム基材の屈折率が1.55以下であることを特徴とする請求項1に記載の高分子光導波路の製造方法。  The method for producing a polymer optical waveguide according to claim 1, wherein the clad flexible film substrate has a refractive index of 1.55 or less. 前記クラッド用可撓性フィルム基材が脂環式オレフィン樹脂フイルムであることを特徴とする請求項1に記載の高分子光導波路の製造方法。  The method for producing a polymer optical waveguide according to claim 1, wherein the clad flexible film base material is an alicyclic olefin resin film. 前記脂環式オレフィン樹脂フイルムが主鎖にノルボルネン構造を有しかつ側鎖に極性基をもつ樹脂フィルムであることを特徴とする請求項5に記載の高分子光導波路の製造方法。  6. The method for producing a polymer optical waveguide according to claim 5, wherein the alicyclic olefin resin film is a resin film having a norbornene structure in the main chain and a polar group in the side chain. 前記2)の工程において、前記クラッド用可撓性フィルム基材を平坦度の高い剛体で保持することを特徴とする請求項1に記載の高分子光導波路の製造方法。  2. The method for producing a polymer optical waveguide according to claim 1, wherein in the step 2), the clad flexible film substrate is held by a rigid body having high flatness. 前記鋳型形成用硬化性樹脂が液状シリコーンゴムであることを特徴とする請求項1に記載の高分子光導波路の製造方法。  The method for producing a polymer optical waveguide according to claim 1, wherein the mold-forming curable resin is a liquid silicone rubber. 前記鋳型の表面エネルギーが10dyn/cm〜30dyn/cmであることを特徴とする請求項1に記載の高分子光導波路の製造方法。  The method for producing a polymer optical waveguide according to claim 1, wherein the surface energy of the mold is 10 dyn / cm to 30 dyn / cm. 前記鋳型のシェア(Share)ゴム硬度が15〜80であることを特徴とする請求項1に記載の高分子光導波路の製造方法。  The method of manufacturing a polymer optical waveguide according to claim 1, wherein the mold has a Share rubber hardness of 15 to 80. 前記鋳型の表面粗さが0.1μm以下であることを特徴とする請求項1に記載の高分子光導波路の製造方法。  2. The method for producing a polymer optical waveguide according to claim 1, wherein the mold has a surface roughness of 0.1 [mu] m or less. 前記鋳型が紫外領域及び/又は可視領域において光透過性であることを特徴とする請求項1に記載の高分子光導波路の製造方法。  The method for producing a polymer optical waveguide according to claim 1, wherein the template is light transmissive in an ultraviolet region and / or a visible region. 前記クラッド層がクラッド用硬化性樹脂を塗布した後硬化させることにより形成されることを特徴とする請求項1に記載の高分子光導波路の製造方法。  The method for producing a polymer optical waveguide according to claim 1, wherein the clad layer is formed by applying a curable resin for clad and then curing the clad layer. 前記クラッド層がクラッド用フィルムを該フィルムと近い屈折率をもつ接着剤により貼り合わせることにより形成されることを特徴とする請求項1に記載の高分子光導波路の製造方法。  2. The method of manufacturing a polymer optical waveguide according to claim 1, wherein the clad layer is formed by laminating a clad film with an adhesive having a refractive index close to that of the film. 1)鋳型形成用硬化性樹脂の硬化層から形成され、かつ、光導波路コア凸部に対応する複数の凹部と、該複数の凹部の一端に共通して連通する液だめのための貫通孔及び他端に共通して連通する減圧吸引のための貫通孔が2以上設けられた鋳型であって、前記液だめのための貫通孔及び減圧吸引のための貫通孔が、鋳型の凹部が形成された面及び前記面に対向する面を貫通する孔である、鋳型を準備する工程、2)前記鋳型に該鋳型との密着性が良好なクラッド用可撓性フィルム基材を密着させる工程、3)クラッド用可撓性フィルム基材を密着させた鋳型の凹部の一端にある前記貫通孔に、コア形成用硬化性樹脂を充填し、鋳型の凹部の他端にある前記貫通孔から減圧吸引してコア形成用硬化性樹脂を前記鋳型の凹部に充填する工程、4)充填したコア形成用硬化性樹脂を硬化させる工程、を有する高分子光導波路の製造方法。1) is formed from a cured layer of mold-forming curable resin, and a plurality of recesses corresponding to the optical waveguide core protrusion, the through hole for the liquid reservoir communicating in common to one end of the plurality of recesses and A mold having two or more through-holes for vacuum suction that communicate in common with the other end, wherein the through-hole for the reservoir and the through-hole for vacuum suction are formed in a recess of the mold. A step of preparing a mold, which is a hole penetrating the surface and the surface opposite to the surface, 2) a step of closely adhering a flexible film base material for clad with the mold to the mold, 3 ) Filling the through hole at one end of the concave portion of the mold with the flexible film base material for clad closely attached, and sucking under reduced pressure from the through hole at the other end of the concave portion of the mold. And filling the recess of the mold with the core-forming curable resin 4) Curing the Hama cores forming curable resin, producing a polymer optical waveguide having a. 1)鋳型形成用硬化性樹脂の硬化層から形成され、かつ、光導波路コア凸部に対応する複数の凹部と、該複数の凹部の一端に共通して連通する液だめのための貫通孔及び他端に共通して連通する減圧吸引のための貫通孔が2以上設けられた鋳型であって、前記液だめのための貫通孔及び減圧吸引のための貫通孔が、鋳型の凹部が形成された面及び前記面に対向する面を貫通する孔である、鋳型を準備する工程、2)前記鋳型に該鋳型との密着性が良好なクラッド用可撓性フィルム基材を密着させる工程、3)クラッド用可撓性フィルム基材を密着させた鋳型の凹部の一端にある前記貫通孔に、コア形成用硬化性樹脂を充填し、鋳型の凹部の他端にある前記貫通孔から減圧吸引してコア形成用硬化性樹脂を前記鋳型の凹部に充填する工程、4)充填したコア形成用硬化性樹脂を硬化させ、鋳型をクラッド用可撓性フィルム基材から剥離する工程、5)コアが形成されたクラッド用可撓性フィルム基材の上にクラッド層を形成する工程、6)コアを切断して光学的な鏡面を持つコア端面を形成する工程、7)発光部を取り付ける工程、を有する光学素子の製造方法。1) is formed from a cured layer of mold-forming curable resin, and a plurality of recesses corresponding to the optical waveguide core protrusion, the through hole for the liquid reservoir communicating in common to one end of the plurality of recesses and A mold having two or more through-holes for vacuum suction that communicate in common with the other end, wherein the through-hole for the reservoir and the through-hole for vacuum suction are formed in a recess of the mold. A step of preparing a mold, which is a hole penetrating the surface and the surface opposite to the surface, 2) a step of closely adhering a flexible film base material for clad with the mold to the mold, 3 ) Filling the through hole at one end of the concave portion of the mold with the flexible film base material for clad closely attached, and sucking under reduced pressure from the through hole at the other end of the concave portion of the mold. And filling the recess of the mold with the core-forming curable resin 4) A step of curing the filled core-forming curable resin and peeling the mold from the clad flexible film substrate; and 5) forming a clad layer on the clad flexible film substrate on which the core is formed. A method for manufacturing an optical element, comprising: a step, 6) a step of cutting a core to form a core end surface having an optical mirror surface, and 7) a step of attaching a light emitting part. コア端面がコア長手方向に対し90°に切断され、発光部がコア端面に直接接続されることを特徴とする請求項16に記載の光学素子の製造方法。  The method of manufacturing an optical element according to claim 16, wherein the core end surface is cut at 90 ° with respect to the longitudinal direction of the core, and the light emitting portion is directly connected to the core end surface. コア端面がコア長手方向に対し45°に切断されてミラー面が形成され、発光部からの光がミラー面によりコアに導かれることを特徴とする請求項16に記載の光学素子の製造方法。  17. The method of manufacturing an optical element according to claim 16, wherein the core end surface is cut at 45 degrees with respect to the longitudinal direction of the core to form a mirror surface, and light from the light emitting portion is guided to the core by the mirror surface. 前記7)の工程の後、光コネクタを取り付ける工程をさらに有することを特徴とする請求項16に記載の光学素子の製造方法。  The method of manufacturing an optical element according to claim 16, further comprising a step of attaching an optical connector after the step (7).
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