JP4682672B2 - 光導波路の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光硬化性樹脂溶液と光を用いて作製されるコアを有する光導波路及びその製造方法に関する。本発明は、光ファイバ通信における安価で低損失な光送受信器、光インタ−コネクション、光分波器あるいは合波器等の光モジュールに適用できる。

本発明者らは、共同発明者らとともに、いわゆる自己形成型のコアを有する光導波路を開発し、出願している。自己形成型のコアとは、未硬化の液状の光硬化性樹脂に、例えば光ファイバから硬化波長の光をビーム状に照射することで、当該ビーム状に照射した光路部分の樹脂のみを硬化させて軸状の硬化物（コア）を形成し、その後例えばより屈折率の低い樹脂で周囲を取り囲み、光導波路を形成するものである（特許文献１参照）。また、屈折率と硬化波長の異なる２つの光硬化性樹脂を用いることで、高屈折率側の樹脂のみを時間をかけて硬化させる場合（特許文献２参照）や、低屈折率側の樹脂のみを短時間に硬化させる場合（特許文献３参照）においては、その後未硬化の残余の樹脂溶液を硬化させることで、特異な屈折率分布を有する２種類の光導波路をそれぞれ形成できることを示した。
特開２００２−３６５４５９ 特開２００２−１６９０３８ 特開２００４−１４９５７９

特許文献１に記載された技術を、図３を用いて説明する。図３は、特許文献１に記載された、受光素子と発光素子を１つずつ有する光モジュールの製造工程を示す工程図である。

図３．Ａのように、上面の無い、透明樹脂から成る筐体９１を用意し、光ファイバ９２のコアの端面９２１を当該筐体９１の内部に導入して固着部材９３にて固定する。次に筐体９１にハーフミラー又はダイクロイックミラー（波長選択性ミラー）９４を固定する。ハーフミラー又はダイクロイックミラー（波長選択性ミラー）９４は、筐体９１の底面に対して４５度傾いた状態で固定される。この後、コア部材を形成するため、高屈折率の未硬化の光硬化性樹脂液９５を筐体９１の内部に充填する。

次に、光ファイバ９２により、硬化波長の光を端面９２１から筐体９１に充填された光硬化性樹脂液９５に照射すると、当該光の光路に沿って硬化物９５ｃが軸状に形成される（図３．Ｂ）。ハーフミラー又はダイクロイックミラー（波長選択性ミラー）９４を用いたので、硬化物９５ｃは分岐を有することとなる。この後、未硬化の光硬化性樹脂液９５を除去する（図３．Ｃ）。次に、クラッドとなるべき低屈折率の未硬化の硬化性樹脂液９６を筐体９１の内部に充填する。硬化性樹脂液９６の硬化方法は光硬化、熱硬化、その他任意である。こうして筐体９１の内部に充填した硬化性樹脂液９６は全て硬化して硬化物９６ｃとなり、高屈折率の硬化物９５ｃをコア、低屈折率の硬化物９６ｃをクラッドとする光導波路が形成される（図３．Ｄ）。

この後、コアである硬化物９５ｃと透明樹脂から成る筐体９１との接合部分付近に、例えば発光素子９７と受光素子９８を装着して、単線双方向光通信が可能な光モジュール９００を完成させることができる（図３．Ｅ）。

上記の技術で作製される、光硬化性樹脂を硬化させた軸状のコアを有する光導波路は、以下に示す通り、可視光領域で約１．３ｄＢ／ｃｍの光伝送損失を有する。また、クラッド材の充填の際は、空気等を巻き込むことを避けるため、時間をかけて充填しなければならなかった。そこで本発明は、この光伝送損失を低減させることを目的とする。また、光導波路の形成時間を短縮することをも目的とする。

請求項１に係る発明は、光導波路の製造方法であって、固定部材に光ファイバを挿入して固定する工程と、固定部材の内部に、少なくとも１個の受光素子又は発光素子を固定する工程と、光硬化性樹脂を固定部材に注入する工程と、光ファイバから硬化波長を導入し、自己形成的に軸状のコアを、光ファイバの先端に連続的に接合し、光ファイバの先端から少なくとも固定部材の内部に固定された、少なくとも１個の受光素子又は発光素子まで成長させて、該受光素子又は発光素子と接合させる工程と、固定部材から、コアで一体的に連結された、光ファイバ及び少なくとも１個の受光素子又は発光素子とを取り外し、残余の未硬化の光硬化性樹脂を除去する工程と、固定部材から取り外され、コアにより光ファイバ及び少なくとも１個の受光素子又は発光素子が連結された状態で、軸状のコア外周に金属めっきを施す工程と、金属めっきを施したコアを覆うように支持部材を形成する工程とを有することを特徴とする光導波路の製造方法である。
請求項２に係る発明は、光導波路の製造方法であって、固定部材に光ファイバを挿入して固定する工程と、固定部材の内部に、波長選択性ミラーと、受光素子と、発光素子とを固定する工程と、光硬化性樹脂を固定部材に注入する工程と、光ファイバから硬化波長を導入し、自己形成的に軸状のコアを、光ファイバの先端に連続的に接合し、光ファイバの先端から成長させて、軸状のコアにより、光ファイバと、波長選択性ミラーと、受光素子と、発光素子とを一体的に連結させる工程と、固定部材から、コアで一体的に連結された、光ファイバと、波長選択性ミラーと、受光素子と、発光素子とを取り外し、残余の未硬化の光硬化性樹脂を除去する工程と、固定部材から取り外され、コアにより、光ファイバと、波長選択性ミラーと、受光素子と、発光素子とが一体的に連結された状態で、軸状のコア外周に金属めっきを施す工程と、金属めっきを施したコアを覆うように支持部材を形成する工程とを有することを特徴とする光導波路の製造方法である。

請求項３に係る発明は、金属めっきは無電解めっきであることを特徴とする。また、請求項４に係る発明は、金属めっきは銀めっきであることを特徴とする。

従来の、光硬化性樹脂のコアと、それよりも低屈折率のクラッド材との構成に替えて、光硬化性樹脂のコアの外周に金属めっきを施すことで、可視光領域での光伝送損失を１ｃｍ当たり約０．５ｄＢ改善することができる。また、クラッド材を充填しないことで、クラッド材の充填時間が不要となり、或いは充填する場合でも空気等の巻き込みを回避する必要がないので、クラッド材の充填時間を短縮でき、光導波路の全体の作製時間を短縮できる。

自己形成的にコアを形成するので、例えば光ファイバの一端を筐体又は固定部材内に入れて、光硬化性樹脂を筐体又は固定部材内に注入したのち、光ファイバの端面からビーム状の硬化光を照射することでコアは容易に形成される。筐体中にコアを形成した場合は、未硬化の光硬化性樹脂を除去したのちめっきを施す。固定部材内でコアを形成した場合は、未硬化の光硬化性樹脂を除去して固定部材内でめっきを施しても良く、或いは光ファイバとその先に形成されたコア、更にはそれに接続されたミラー、発光／受光素子とを固定部材から抜き出して別途めっき工程を設けても良い。いずれにせよ、光伝送損失の低減された光導波路及びそれを有する光モジュールが容易に形成できる。

本発明は上記特許文献で得られる軸状のコアに金属めっきを施したこと、或いは施すことを特徴としており、金属めっきの方法は公知の任意の方法を選択することができる。特に樹脂部分表面にめっきを施すことから、無電解めっき（化学めっき）が好適である。また、光を好適に反射する材料である、銀、白金、ロジウムを用いることが好ましい。この中で銀は無電解めっき（化学めっき）材料として安価且つ簡便に用いることができる。

本発明に適用する基本的技術は例えば上記３特許文献に記載されている。光硬化性樹脂等はそれらの記載から類推される任意の公知の樹脂材料を用いることができる。即ちコアを形成するための光硬化性樹脂は入手可能な任意のものを用いることができる。例えば特許文献２、３には、２液の混合液として用いる例として、ラジカル重合系、カチオン重合系の光硬化性樹脂及び重合開始剤を列挙しているが、本願のコアを形成するための光硬化性樹脂としては、それら特許文献２、３に記載された光硬化性樹脂の任意の１種類を単独で用いることが可能である。光ファイバのコア端面や光素子の素子面との接着を補強するため、特許文献１のようにシランカップリング材を光硬化性樹脂液に溶解又は分散させて用いても良い。めっきされたコアをクラッド材で固定する場合についても同様に、特許文献２、３に記載された光硬化性樹脂及び重合開始剤の任意の１種類を単独で用いることが可能であり、その他熱硬化性樹脂を用いても良い。

本発明を実施するための光学部品等は任意のものを使用することができる。光ファイバ（ＰＯＦ、ＧＯＦ）を好適に用いることができる。このうち、ＰＯＦのようにクラッド部分の加工が容易なものを用いると、後述する通り、自己形成型光導波路のクラッド材で当該加工されたＰＯＦのクラッド部分を覆うことで、ＰＯＦが光モジュールから抜けにくくすることが容易である。

次に図を用いて本発明による光導波路の製造方法を説明する。図１は筐体を用いた場合の本発明による光導波路の製造方法を示す工程図（断面図）である。

図１．Ａのように、上面の無い、透明樹脂から成る筐体１を用意し、光ファイバ２のコアの端面２１を当該筐体１の内部に導入して固着部材３にて固定する。次に筐体１にハーフミラー又はダイクロイックミラー（波長選択性ミラー）４を固定する。ハーフミラー又はダイクロイックミラー（波長選択性ミラー）４は、筐体１の底面に対して４５度傾いた状態で固定される。この後、コア部材を形成するため、未硬化の光硬化性樹脂液５を筐体１の内部に充填する。

次に、光ファイバ２により、硬化波長の光を端面２１から筐体１に充填された光硬化性樹脂液５に照射すると、当該光の光路に沿って硬化物５ｃが軸状に形成される（図１．Ｂ）。ハーフミラー又はダイクロイックミラー（波長選択性ミラー）４を用いたので、硬化物５ｃは分岐を有することとなる。この後、未硬化の光硬化性樹脂液５を除去して、筐体内部を金属めっきする。図１．Ｂで実線で、図１．Ｃで太線で示した部分が、めっきされた部分である。尚、筐体１の内面も明示していないが金属めっきされる。次に、支持部材となるべき未硬化の硬化性樹脂液６を筐体１の内部に充填する。硬化性樹脂液６の硬化方法は光硬化、熱硬化、その他任意である。こうして筐体１の内部に充填した硬化性樹脂液６は全て硬化して硬化物６ｃとなり、メッキされた硬化物５ｃをコアとする光導波路が形成される（図１．Ｄ）。

この後、コアである硬化物５ｃと透明樹脂から成る筐体１との接合部分付近に、例えば発光素子７と受光素子８を装着して、単線双方向光通信が可能な光モジュール１００を完成させることができる（図１．Ｅ）。

図２は筐体を用いない場合の本発明による光導波路の製造方法を示す工程図（断面図）である。尚図２は製造方法を概念的に示す工程図であって、具体的な治具は公知のものから容易に構成できる。

まず、プラスチック製光ファイバ（ＰＯＦ）２、発光素子７、受光素子８及び波長選択性ミラー４を用意する。ＰＯＦ２のコア端面２１、受光素子８の受光面、発光素子７の発光面、波長選択性ミラー４の反射面を固定し、それら光学部品を着脱可能な固定部材１０に各部品を配置する。固定部材１０には、ＰＯＦ２のコア端面２１と波長選択性ミラー４の左下面との間、波長選択性ミラー４の右上面と受光素子８の受光面との間、波長選択性ミラー４の左下面と発光素子７の発光面との間に、コアとなる光硬化性樹脂液５を配置することが可能となっている。これらを概念的に図２．Ａのように示す。固定部材１０全体の形状とその光硬化性樹脂液６を配置する部分の形状については、概念的に点線で示すに留める。

レーザ光をＰＯＦ２から光硬化性樹脂液５中に照射すると、波長選択性ミラー４の前後で分岐を有する軸状の硬化物５ｃが形成される。軸状の硬化物５ｃは、ＰＯＦ２のコア端面２１と波長選択性ミラー４の左下面との間、波長選択性ミラー４の右上面と受光素子８の受光面との間、波長選択性ミラー４の左下面と発光素子７の発光面との間をそれぞれ連結するように形成される（図２．Ｂ）。

この後、固定部材１０を取り外し、未硬化の光硬化性樹脂液５を除去して、必要な部分に金属めっきを施す（図２．Ｃ、太線で示した部分）。「必要な部分」とは、各素子の端子を短絡させないことを考慮したものである。

この後、例えば別の型等に形成したモジュール主要部を入れ、支持部材６で周囲を覆って硬化させれば単線双方向光通信可能な光モジュール２００を容易に形成することができる（図２．Ｄ）。

尚、図２では未硬化の光硬化性樹脂液５を除去する際に固定部材１０を取り外す構成としているが、固定部材１０を全工程で使用するような、「１型式」の製造方法とすることも可能であることは容易に理解できる。

図１の光モジュール１００において、ミラー４と発光素子７を用いず、ＰＯＦ２の端面２１から筐体１の対抗面まで、直径１ｍｍ、長さ１５ｍｍの導波路を形成した。ＰＯＦ２としてはコア径980μm、NAが0.30のものを用いた。光硬化性樹脂液５として、アクリル樹脂である東亞合成社製「ＵＶＸ−４０３７」を用い、波長４５８ｎｍのレーザ光をＰＯＦ２から光硬化性樹脂液５中に照射すると、軸状の硬化物５ｃが形成される。軸状の硬化物５ｃは、ＰＯＦ２のコア端面２１と受光素子８の受光面との間を連結するように形成される。軸状に硬化する要因は、光硬化性樹脂液５が硬化により屈折率が上昇することである。実際、「ＵＶＸ−４０３７」は硬化前屈折率は1.471、硬化後屈折率は1.491である。

次に未硬化の光硬化性樹脂液５を除去し、筐体１内及び軸状の硬化物５ｃ外周を洗浄した。次に塩酸、第１塩化スズ及びブドウ糖の混合水溶液から成る活性液で筐体１内及び軸状の硬化物５ｃ外周を活性化した。この活性液を除去したのち、銀液（硝酸銀アンモニウム錯体水溶液）と還元液としてヒドラジン化合物の水溶液を１：１の比で筐体１内に充填した。これにより筐体１内及び軸状の硬化物５ｃ外周が銀鏡反応により銀めっきされた。

このように作製した、直径１ｍｍ、長さ１５ｍｍの、外周が銀メッキされた光硬化性樹脂硬化物のコアから成る導波路の伝送損失を測定したところ、波長５２５ｎｍに対し０．７８ｄＢ／ｃｍ、波長６５０ｎｍに対し０．７６ｄＢ／ｃｍであった。このように、本発明によれば伝送損失の低減された光導波路を得ることができる。

比較のため、銀メッキせず、代わりに、クラッド材として、光硬化性フッ素化アクリル樹脂である大日本インキ化学工業社製「ＯＰ−３８ＺＴ」（硬化後の屈折率は1.380）を用いて光導波路を作製した。直径１ｍｍ、長さ１５ｍｍの、外周がクラッド材で覆われた光硬化性樹脂硬化物のコアから成る導波路の伝送損失を測定したところ、波長５２５ｎｍに対し１．３０ｄＢ／ｃｍ、波長６５０ｎｍに対し１．２７ｄＢ／ｃｍであった。ここから、本発明は１ｃｍあたり伝送損失を約０．５ｄＢ改善できることがわかる。

本発明の具体的な一実施例に係る光導波路（光モジュール）の製造方法を示す工程図（断面図）。 本発明の具体的な他の実施例に係る光導波路（光モジュール）の製造方法を示す工程図（断面図）。 従来の光導波路（光モジュール）の製造方法を示す工程図（断面図）。

１：筐体
１０：固定部材
２：光ファイバ（ＰＯＦ）
３：固着部材
４：波長選択性ミラー
５：未硬化の光硬化性樹脂液
５ｃ：光硬化性樹脂の硬化物から成るコア
６：未硬化の支持部材
６ｃ：硬化した支持部材
７：発光素子
８：受光素子

Claims (4)

1. 光導波路の製造方法であって、
   固定部材に光ファイバを挿入して固定する工程と、
   前記固定部材の内部に、少なくとも１個の受光素子又は発光素子を固定する工程と、
   光硬化性樹脂を前記固定部材に注入する工程と、
   前記光ファイバから硬化波長を導入し、自己形成的に軸状のコアを、光ファイバの先端に連続的に接合し、光ファイバの先端から少なくとも前記固定部材の内部に固定された、少なくとも１個の受光素子又は発光素子まで成長させて、該受光素子又は発光素子と接合させる工程と、
   前記固定部材から、前記コアで一体的に連結された、前記光ファイバ及び前記少なくとも１個の受光素子又は発光素子とを取り外し、残余の未硬化の光硬化性樹脂を除去する工程と、
   前記固定部材から取り外され、前記コアにより前記光ファイバ及び前記少なくとも１個の受光素子又は発光素子が一体的に連結された状態で、前記軸状のコア外周に金属めっきを施す工程と、
   金属めっきを施した前記コアを覆うように支持部材を形成する工程と
   を有することを特徴とする光導波路の製造方法。
2. 光導波路の製造方法であって、
   固定部材に光ファイバを挿入して固定する工程と、
   前記固定部材の内部に、波長選択性ミラーと、受光素子と、発光素子とを固定する工程と、
   光硬化性樹脂を前記固定部材に注入する工程と、
   前記光ファイバから硬化波長を導入し、自己形成的に軸状のコアを、光ファイバの先端に連続的に接合し、光ファイバの先端から成長させて、前記軸状のコアにより、前記光ファイバと、前記波長選択性ミラーと、前記受光素子と、前記発光素子とを一体的に連結させる工程と、
   前記固定部材から、前記コアで一体的に連結された、前記光ファイバと、前記波長選択性ミラーと、前記受光素子と、前記発光素子とを取り外し、残余の未硬化の光硬化性樹脂を除去する工程と、
   前記固定部材から取り外され、前記コアにより、前記光ファイバと、前記波長選択性ミラーと、前記受光素子と、前記発光素子とが一体的に連結された状態で、前記軸状のコア外周に金属めっきを施す工程と、
   金属めっきを施した前記コアを覆うように支持部材を形成する工程と
   を有することを特徴とする光導波路の製造方法。
3. 前記金属めっきは無電解めっきであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光導波路の製造方法。
4. 前記金属めっきは銀めっきであることを特徴とする請求項３に記載の光導波路の製造方法。

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