JP5367576B2 - 材料製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、重合化反応または置換反応を行わせて材料の分子量を変化させて所望の材料を製造する材料製造方法に関する。

従来から、熱処理によって、通常の酸素分子（Ｏ_２）よりも活性化された状態の活性化酸素を発生させ、この活性化酸素を用いて材料の特性を変化させる方法が知られている（非特許文献１参照）。このような活性化酸素として、スーパーオキシド（・Ｏ_２ ⁻）、ヒドロキシルラジカル（ＨＯ・）、一重項酸素（^１Ｏ_２）がある。

社団法人 日本化学会編，「活性酸素種の化学〔季刊 化学総説Ｎｏ．７〕」，初版，学会出版センター，１９９０年４月，ｐ．２９−３６

しかしながら、従来の熱処理による方法では、特性変化処理対象の材料に熱を加えることによって、特性変化処理対象以外の他の領域や他の材料も熱せられてしまい、これらの他の部分も変質してしまうため、特性変化処理対象以外の他の領域や他の材料の特性の維持が難しかった。すなわち、従来の熱処理による方法では、活性化酸素を用いて局所的に材料の特性を変化させて所望の材料を製造することは困難であった。

本発明は、活性化酸素を用いて材料の特性を局所的に変化できる材料製造方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明にかかる材料製造方法は、材料内部に酸素分子を透過させた状態、または該材料表面に酸素分子を存在させた状態で少なくとも酸素分子を一重項酸素化できるエネルギーを有した光を照射し一重項酸素を発生させ、該発生させた一重項酸素で前記材料中の分子構造の結合を切断することによって重合化反応または置換反応を行わせて、前記材料の分子量を変化させて所望の材料を製造することを特徴とする。

また、この発明にかかる材料製造方法は、上記発明において、少なくとも１２７０ｎｍ近傍の波長を含む光を照射して前記一重項酸素を発生させることを特徴とする。

また、この発明にかかる材料製造方法は、上記発明において、前記所望の材料は、前記材料よりも分子量が大きいことを特徴とする。

また、この発明にかかる材料製造方法は、上記発明において、前記所望の材料は、前記材料よりも分子量が小さいことを特徴とする。

また、この発明にかかる材料製造方法は、上記発明において、前記材料は、シリコーン樹脂であることを特徴とする。

また、この発明にかかる材料製造方法は、上記発明において、当該材料製造方法は、前記発生させた一重項酸素で前記シリコーン樹脂中のメチル基を切断することによって重合化反応または置換反応を行わせてガラス化することを特徴とする。

また、この発明にかかる材料製造方法は、上記発明において、前記少なくとも酸素分子を一重項酸素化できるエネルギーを有した光とともに前記メチル基以外の基を切断できるエネルギーを有した光を照射することによって、前記メチル基以外の基を切断し、生成した一重項酸素を用いて前記メチル基以外の基を切断した位置で重合化反応または置換反応を行なわせることを特徴とする。

また、この発明にかかる材料製造方法は、上記発明において、１２７０ｎｍ近傍にピークを有する光を照射して前記一重項酸素を発生させることを特徴とする。

また、この発明にかかる材料製造方法は、上記発明において、少なくとも１２７０ｎｍ近傍の波長を含むレーザ光を照射して前記一重項酸素を発生させることを特徴とする。

また、この発明にかかる材料製造方法は、上記発明において、前記材料を酸素雰囲気中に設置した状態で前記少なくとも酸素分子を一重項酸素化できるエネルギーを有した光を照射して前記一重項酸素を発生させることを特徴とする。

本発明によれば、材料に酸素分子を透過させた状態で少なくとも酸素分子を一重項酸素化できるエネルギーを有した光を処理対照部分に照射し一重項酸素を発生させ、該発生させた一重項酸素で材料中の分子構造の結合を切断することによって重合化反応または置換反応を行わせて、材料の分子量を変化させて所望の材料を製造するため、熱処理を行なわなくとも活性化酸素を用いて材料の特性を局所的に変化することが可能になる。

図１は、実施の形態における製造装置の構成を示す図である。 図２は、酸素分子の基底状態および励起状態を説明する図である。 図３は、シリコーン樹脂と一重項酸素との反応を説明する図である。 図４は、図１の製造装置による処理対象領域の例を説明する図である。 図５は、図１の製造装置による処理対象領域の例を説明する図である。 図６は、図１に示すレーザダイオードが発するレーザ光の強度の波長依存を示す図である。 図７は、実施の形態における製造装置の他の構成を示す図である。 図８は、実施の形態における製造装置の他の構成の要部を示す図である。 図９は、図８に示す処理対象物に照射されるレーザ光の波長を説明する図である。 図１０は、実施の形態における製造装置の他の構成の要部を示す図である。 図１１は、図１０に示す処理対象物に照射されるレーザ光の波長を説明する図である。 図１２は、本発明にかかる材料製造方法を適用した光モジュールの好ましい実施形態を示す断面図である。 図１３は、図１２に示した光モジュールの回路の一例を示した図である。 図１４は、図１２の部分Ｘを模式的に示す図である。 図１５は、メチルレジン系シリコーン樹脂の変質メカニズムを説明するための図である。 図１６は、図１２に示す半導体レーザの光出射部から出力される出力光信号Ｌのパワーが、時間が経過するのに伴って上昇していく例を示す図である。 図１７は、図１２に示す半導体レーザ及び光ファイバから出射光を出力して、光ファイバの光入射端部のコアの端面の間に光導波路を形成する例を示す図である。 図１８は、図１２に示す光モジュールの他の構成を示す断面図である。 図１９は、本発明の他の実施形態１に係る光ファイバ接続構造の模式的な断面図である。 図２０は、図１９に示す光ファイバ接続構造の製造方法の一例を説明する説明図である。 図２１は、本発明の他の実施形態２に係る光経路変換構造の模式的な断面図である。 図２２は、図２１に示す光経路変換構造の製造方法の一例を説明する説明図である。 図２３は、樹脂封止した半導体レーザの光放射遠視野像の半値全角θのフィラー添加量依存性を示す図である。

符号の説明

１，２０１ 製造装置
２，２１，２２ レーザダイオード
３ ファイバ
４ 出射管
５，２０５ 制御部
６ 入力部
７ 出力部
１０ 処理対象物
２１５ 酸素供給機構
２１６ 酸素供給管
３０１ 光モジュール
３０２ 本体部
３０３ フェルール部
３１０ 半導体レーザ
３２０ 透明樹脂
３３０ 光ファイバ
３１２０ 第１部分（透明樹脂の変質部）
３１３０ 第２部分（透明樹脂の未変質部）
３２００ 光導波路
４００ 光ファイバ接続構造
４０１、４０２ コネクタフェルール
４０１１〜４０１４、４０２１〜４０２４ 光ファイバ
４０３ 導波路フィルム
４０３１〜４０３４ 変質部
４０３５ 未変質部
４０４ フィルム基材
５００ 光光路変換構造
５０１ 光ファイバ
５０２ プリズム
５０３ 受光素子
５０４ 導波路部材
５０４１、５０４２ 変質部
５０４３ 未変質部
５０５ 基材

以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。図面の記載において、同一部分には同一の符号を付している。

図１は、本実施の形態における製造装置の要部構成を示す図である。図１に示すように、本実施の形態における製造装置１は、所定帯域の波長のレーザ光を発するレーザダイオード２、レーザダイオード２が発したレーザ光を伝送するファイバ３、ファイバ３から伝送されたレーザ光の出射口を有する出射管４、製造装置１の各構成部位を制御する制御部５、製造装置１の処理動作に要する諸情報や製造処理に対する指示情報等を外部から取得する入力部６、および、処理結果などの諸情報を出力する出力部７を備える。制御部５は、レーザダイオード２のレーザ光の出射や出力を制御する。

レーザダイオード２は、１２７０ｎｍをピークとするレーザ光Ｌを発し、レーザダイオード２が発したレーザ光は、ファイバ３および出射管４を介して、処理対象物１０内部の処理対象領域Ａに照射される。

処理対象物１０は、酸素分子（Ｏ_２）１１が内部に透過可能である材料である。言い換えると、処理対象物１０は、金属板のように内部に気体が浸入できないものではなく、少なくとも処理対象領域Ａまで気体状の酸素分子が透過できる程度のスペースを骨格間に有するものであり、たとえば大気中に設置された場合には、材料内部に気体状の酸素分子が透過できるものである。

ここで、酸素分子は、所定のエネルギーを吸収することによって、基底状態（三重項酸素：^３Σ⁻（０））から励起状態の一重項酸素になる。具体的には、図２に示すように、酸素分子が、基底状態から、反結合性の軌道の不対電子１個がスピンの向きを変えた^１Σ_ｇ ^＋（０）の一重項酸素になるためには、１．６３ｅＶのエネルギーが必要となる。たとえば、１．６３ｅＶに対応する７６２ｎｍの波長の光が酸素分子に照射されることによって、酸素分子が励起され、^１Σ_ｇ ^＋（０）の一重項酸素が生成する。

また、酸素分子が、基底状態から、反結合性の軌道の不対電子が別の軌道に入って該別の軌道に存在した異なるスピンの不対電子と対になって互いのスピンを打ち消すようになった^１Δ_ｇ（０）の一重項酸素になるためには、０．９８ｅＶのエネルギーが必要となる。たとえば、０．９８ｅＶに対応する１２７０ｎｍ近傍の波長の光が酸素分子に照射されることによって、酸素分子が励起され、^１Δ_ｇ（０）の一重項酸素が生成する。そして、以下の化学反応式（ａ）に示すように、酸素分子（Ｏ_２）に１２７０ｎｍの波長の光を照射することによって、^１Δ_ｇ（０）の一重項酸素（^１Ｏ_２）が生成する。

この一重項酸素は、通常の酸素分子（Ｏ_２）よりも活性化された反応性に富む活性化酸素の一種であり、この活性化酸素の一種である一重項酸素を用いて材料の特性を変化させることができる。

そして、この^１Σ_ｇ ^＋（０）および^１Δ_ｇ（０）の一重項酸素のうち、^１Σ_ｇ ^＋（０）の一重項酸素の寿命が７〜１２秒と短い。これに対し、^１Δ_ｇ（０）一重項酸素の寿命は、数分から数十分と格段に長い。すなわち、^１Δ_ｇ（０）の一重項酸素は、一度生成されると、数分から数十分と長時間の間、安定して存在することができる。

本実施の形態においては、活性化酸素の一種である一重項酸素のうち、寿命が格段に長い^１Δ_ｇ（０）の一重項酸素の酸素を生成することによって、処理対象物１０の処理対象領域Ａの特性を変化させている。すなわち、製造装置１は、処理対象物１０を大気中に設置し、処理対象領域Ａに酸素分子を透過させた状態で、この処理対象領域Ａにレーザダイオード２から１２７０ｎｍの波長のレーザ光Ｌを照射する。制御部５は、処理対象物１０の処理対象領域Ａにレーザ光Ｌが到達するようにレーザダイオード２の出力を制御する。そして、制御部５は、処理対象物１０の処理対象領域Ａのみにレーザ光Ｌが照射されるように、レーザダイオード２のスポット径を調整する。そして、制御部５は、レーザダイオード２のレーザ光照射時間に関しても制御を行なう。

この結果、処理対象領域Ａに透過していた酸素分子（Ｏ_２）は、１２７０ｎｍの波長のレーザ光Ｌのエネルギーを吸収することによって、^１Δ_ｇ（０）の一重項酸素（^１Ｏ_２）１２となる。そして、この^１Δ_ｇ（０）の一重項酸素が処理対象物１０の処理対象領域Ａの材料の特性を変化させて、処理対象領域Ａのみを所望の材料に変質させる。

具体的に、処理対象物１０と^１Δ_ｇ（０）の一重項酸素との反応について説明する。まず、処理対象物１０がシリコーン樹脂｛（ＣＨ_３）_ｎ−Ｓｉ−Ｏ｝_ｍ（ただし、ｎ＝２）であって、内部に気体状の酸素分子（Ｏ_２）が透過可能であるものを例に説明する。図３（１）に示すように処理対象であるシリコーン樹脂｛（ＣＨ_３）_ｎ−Ｓｉ−Ｏ｝_ｍ材料１０ａ内部に酸素分子（Ｏ_２）１１が透過した状態で、１２７０ｎｍのレーザ光Ｌを照射する。このレーザ光Ｌのエネルギーを吸収することによって、酸素分子（Ｏ_２）１１は励起し、図３（２）に示すように^１Δ_ｇ（０）の一重項酸素（^１Ｏ_２）１１ａとなる。この一重項酸素（^１Ｏ_２）１１ａは、反応性に富み、シリコーン樹脂｛（ＣＨ_３）_ｎ−Ｓｉ−Ｏ｝_ｍの側鎖のうち結合性の弱いメチル（ＣＨ_３）基の結合を切断する。この一重項酸素（^１Ｏ_２）１１ａによる側鎖切断によって、図３（３）に例示する中間体１２が生成されるとともに、シリコーン樹脂間での重合化反応または置換反応が進行し、図３（４）に示すように、もとのシリコーン樹脂｛（ＣＨ_３）_ｎ−Ｓｉ−Ｏ｝_ｍよりも分子量が大きいシリコーン樹脂｛（ＣＨ_３）_Ｘ−Ｓｉ−Ｏ｝_Ｙ（Ｘ＝２、Ｙ＞ｍ）１３が生成する。

さらに、詳しく、一重項酸素（^１Ｏ_２）を用いた場合における重合化反応、置換反応について以下に示す化学反応式（ｂ）を参照して説明する。

処理対象であるシリコーン樹脂｛（ＣＨ_３）_ｎ−Ｓｉ−Ｏ｝_ｍ材料１０ａにおける側鎖のメチル基と、一重項酸素（^１Ｏ_２）１１ａとが反応することによって、矢印Ｙ１のように、反応したメチル基の位置はＣＨ_２ＯＯＨ基が置換した中間体１２ａを経た後、矢印Ｙ２のように、ＣＨ_２ＯＯＨ基の結合が切断してラジカル化した中間体１２ｂと、ヒドロペルオキシド（・ＯＨ）と、ＣＨ_２Ｏとが生成する。なお、ＣＨ_２Ｏは、矢印Ｙ３のように、ＣＯとＨ_２に分離するほか、さらにＯ_２分子と反応することによって、矢印Ｙ４のように、ＨＣＯＯＨとなり、または、ＣＯ_２とＨ_２Ｏとに分離する。

その後、中間体１２ｂおよびヒドロペルオキシド（・ＯＨ）は、矢印Ｙ５のように、シリコーン樹脂｛（ＣＨ_３）_ｎ−Ｓｉ−Ｏ｝_ｍ材料１０ａとの重合化によって、２種の中間体１２ｃを経て、矢印Ｙ７のように、シリコーン樹脂｛（ＣＨ_３）_ｎ−Ｓｉ−Ｏ｝_ｍ材料１０ａが重合した中間体１２ｅとなる。また、中間体１２ｂおよびヒドロペルオキシド（・ＯＨ）は、矢印Ｙ６のように、シリコーン樹脂｛（ＣＨ_３）_ｎ−Ｓｉ−Ｏ｝_ｍ材料１０ａとの重合化によって、中間体１２ｄおよびＨ_２Ｏを経て、矢印Ｙ７のように、シリコーン樹脂｛（ＣＨ_３）_ｎ−Ｓｉ−Ｏ｝_ｍ材料１０ａが重合した中間体１２ｅとなる。なお、この中間体１２ｅは、もとのシリコーン樹脂｛（ＣＨ_３）_ｎ−Ｓｉ−Ｏ｝_ｍ材料１０ａの重合化反応によるものであるため、もとのシリコーン樹脂｛（ＣＨ_３）_ｎ−Ｓｉ−Ｏ｝_ｍ材料１０ａよりも分子量が大きくなる。

そして、中間体１２ｅと一重項酸素（^１Ｏ_２）１１ａとの反応が繰り返されることによって、重合化反応が進み、最終的には、メチル基が一部切断されてガラス化した中間体、および、矢印Ｙ８のように、メチル基が全て切断されてガラス化した酸化シリコン（ＳｉＯ_２）１３ａが生成できる。

また、中間体１２ｂおよびヒドロペルオキシド（・ＯＨ）は、互いに反応して、矢印Ｙ９のように中間体１０ｂとなった後に、矢印Ｙ１０のように、一重項酸素（^１Ｏ_２）１１ａとの反応によって中間体１２ｆおよびＨ_２Ｏを経る。次いで、中間体１２ｆと一重項酸素（^１Ｏ_２）１１ａとの反応が繰り返されることによって、重合化反応を進み、矢印Ｙ１１のように、最終的には、ガラス化した中間体、および、ガラス化した酸化シリコン（ＳｉＯ_２）１３ａが生成できる。なお、このガラス化した中間体および酸化シリコン（ＳｉＯ_２）１３ａは、もとのシリコーン樹脂｛（ＣＨ_３）_ｎ−Ｓｉ−Ｏ｝_ｍ材料１０ａよりも分子量が小さくなる。そして、ガラス化するため、この中間体および酸化シリコン（ＳｉＯ_２）１３ａの屈折率は、もとのシリコーン樹脂｛（ＣＨ_３）_ｎ−Ｓｉ−Ｏ｝_ｍ材料１０ａの屈折率（１．４０）よりも高くなり、１．４６に近づく。

このように、一重項酸素（^１Ｏ_２）１１ａで、シリコーン樹脂｛（ＣＨ_３）_ｎ−Ｓｉ−Ｏ｝_ｍ材料１０ａ中のメチル基を切断することによって、重合化反応または置換反応を行なわせて、ガラス化された中間体および酸化シリコンを製造することができる。

また、処理対象領域Ａを構成する材料がフェニル基を有するメチルフェニルレジンである場合には、以下の化学反応式（ｃ）に示すように、フェニル基よりも結合性の弱いメチル基が一重項酸素（^１Ｏ_２）によって切断され、切断位置にて、他のメチルフェニルレジンと重合化してガラス化され、もとの材料よりも分子量および屈折率が大きく変化なる。なお、^１Δ_ｇ（０）の一重項酸素はフェニル基を切断できる程度の反応性は有していない。

同様に、処理対象領域Ａを構成する材料がメチルレジンである場合には、メチル基が一重項酸素（^１Ｏ_２）によって切断され、切断位置にて、他のメチルレジンと重合化してガラス化され、もとの材料よりも分子量および屈折率が大きくなる。なお、屈折率は、１．４６近くまで大きくなり、ガラスに近づくこととなる。また、処理対象物１０は、上述したシリコーン樹脂のみならず、ＰＣ（ポリカーボネイト）、ポリエチレン等の樹脂であっても良い。さらに、処理対象物は、一重項酸素生成の円滑化を図るため、酸素分子および光の透過率が良い材料であることが好ましい。

このように、本実施の形態では、処理対象物１０の処理対象領域Ａに酸素分子を透過させた状態で、この処理対象領域Ａにレーザダイオード２から１２７０ｎｍの波長のレーザ光Ｌを照射することによって、^１Δ_ｇ（０）の一重項酸素を発生させている。そして、本実施の形態では、^１Δ_ｇ（０）の一重項酸素で処理対象領域Ａの材料中の分子構造の結合を切断することによって、重合化反応または置換反応を行わせて材料の分子量を変化させて所望の材料を製造することができる。すなわち、本実施の形態では、１２７０ｎｍの波長のレーザ光Ｌを照射することによって熱処理を行なうことなく一重項酸素を生成できるため、従来問題となっていた熱処理による特性変化処理対象以外の他の領域や他の材料の変質を防止することができる。

さらに、本実施の形態では、レーザダイオード２の出力、出力時間およびスポット径を調整することによって、処理対象物１０の所望の領域に所望の時間、レーザ光Ｌを照射することができるため、レーザ光Ｌを照射した領域のみに一重項酸素を発生させて、この領域の材料のみを所望の材料に作り分けることができる。たとえば、図４に示すように、処理対象物１０内部の領域Ａ１のみにレーザ光Ｌを照射することによって、領域Ａ１内に浸透した酸素分子（Ｏ_２）１１をもとに領域Ａ１のみに一重項酸素を発生させて、領域Ａ１の材料のみを所望の材料に作り変えることができるほか、図５に示すように、処理対象物１０の表面領域Ａ２のみにレーザ光Ｌを照射することによって、この表面領域Ａ２近傍の酸素分子（Ｏ_２）１１をもとに表面領域Ａ２のみに一重項酸素を発生させて、表面領域Ａ２の材料のみを所望の材料に作り変えることができる。このように、本実施の形態では、レーザダイオード２の出力、出力時間およびスポット径を調整することによって、活性化酸素である一重項酸素を用いて局所的に材料の特性を変化させて所望の材料を製造することが可能になる。

なお、本実施の形態においては、１２７０ｎｍにピークを有する波長のレーザ光を発するレーザダイオード２を使用した場合を説明したが、このレーザダイオード２が発するレーザ光は、実際には、図６に示すように、±１０ｎｍ程度の半値幅を有する。また、レーザダイオードによっては、±３０ｎｍ程度の半値幅を有するものもある。Ｏ_２分子における原子間距離や全体のスピン状態に応じて、^１Δ_ｇ（０）の一重項酸素化に要するエネルギーは、０．９８ｅＶを中心として幅を有するため、レーザ光が±１０ｎｍ〜±３０程度の半値幅を有することは酸素分子の一重項酸素化の円滑化を妨げるものではない。

また、本実施の形態においては、使用する光として、１２７０ｎｍにピークを有する波長の光を用いた場合を例に説明したが、特に１２７０ｎｍにピークを有する必要はなく、酸素分子を一重項酸素化できる強度の１２７０ｎｍ近傍の波長の光が含まれていれば足り、特には１２６８．７ｎｍの波長の光が好ましい。また、本実施の形態においては、処理領域に浸透した酸素分子のみを正確かつ効率的に一重項酸素化するために光束が絞られたレーザ光を使用した場合を例に説明したが、もちろんレーザ光以外を使用しても可能である。

また、本実施の形態にかかる製造装置として、処理対象物１０を大気中に設置する製造装置１を例に説明したが、酸素分子の一重項酸素化のさらなる効率化のために、図７に示すように、酸素雰囲気中に処理対象物１０を設置する製造装置２０１であってもよい。図７に示すように、製造装置２０１は、酸素供給管２１６を介して酸素供給機構２１５から酸素が供給された容器２１４の酸素雰囲気中に、処理対象物１０を設置できる構成を有する。制御部２０５は、他の構成部位を制御するとともに酸素供給機構２１５における酸素供給処理を制御する。この場合、大気中に処理対象物１０を配置した場合と比較し、さらに高い密度で酸素分子（Ｏ_２）１１が処理対象物１０表面および処理対象物１０内部に供給されるため、一重項酸素の生成をさらに効率的に行なうことができる。

また、^１Δ_ｇ（０）の一重項酸素は、メチル基などの結合性の低い基の切断は行なえるものの、フェニル基などの結合性の高い基の切断は行なえない。このため、図８に示すように、一重項酸素生成化に要する１２７０ｎｍのレーザ光Ｌとともに、メチル基以外の切断対象の基を切断できるエネルギーを有する波長のレーザ光Ｌ１を照射することによって、メチル基以外の切断対象の基を切断し、生成した一重項酸素を用いて、メチル基以外の基を切断した位置で重合化または置換が起こるようにして、所望の材料を製造してもよい。この場合、製造装置１の構成部位として、１２７０ｎｍのレーザ光Ｌを発するレーザダイオード２とともに、レーザ光Ｌ１を発するレーザダイオード２１、レーザダイオード２１が発したレーザ光Ｌ１を伝送するファイバ３、ファイバ３から伝送されたレーザ光の出射口を有する出射管４をさらに設ければよい。なお、レーザダイオード２１が発するレーザ光の波長は、図９に示すように、切断対象の基の結合性に対応させた１２７０ｎｍよりもエネルギーの高い短波長側の波長λ１となる。また、この場合、製造装置１は、レーザ光Ｌ１を発するレーザダイオード２１をさらに設ける構成のほか、図１０に示すように、図１のレーザダイオード２に代えて、１２７０ｎｍおよび波長λ１の双方の波長を含むレーザ光Ｌ２を発するレーザダイオード２２を備えた場合も同様に、切断対象の基を切断し、生成した一重項酸素を用いて、切断位置で重合化または置換を起こして所望の材料を製造することができる。なお、このレーザ光Ｌ２は、図１１に示すように、１２７０ｎｍおよび波長λ１の双方の波長を含むブロードなものとなる。

また、本実施の形態にかかる材料製造方法の応用例として、半導体テープの界面を一重項酸素生成によってシリカ化して粘着性を低減させるテープ取り外し方法、異種材料の接合および接着部分を一重項酸素生成によってシリカ化して表面を改質する方法または接着界面の強度を向上させる方法がある。

また、本実施の形態では、処理対象物１０の例として、シリコーン樹脂などの固体を例として説明したが、もちろん粉末状の材料や半固相状態の材料に対しても適用可能である。また、液体状の材料や気体状の材料に対しても、１２７０ｎｍの波長を含むレーザ光を液中に溶解する酸素分子または気体中に存在する酸素分子に照射して一重項酸素生成を行なうことが可能であることから適用可能である。もちろん、処理対象物は、単一の材料のみならず複数の材料であってもよい。処理対象領域が複数の材料にわたる場合には、この処理対象領域に１２７０ｎｍの波長を含むレーザ光を照射し、一重項酸素生成を行なって、重合化反応または置換反応を行なわせて所望の材料を製造すればよい。

また、本実施の形態においては、一重項酸素（^１Ｏ_２）１２として^１Δ_ｇ（０）の一重項酸素を生成する場合を例に説明したが、もちろんこの^１Δ_ｇ（０）の一重項酸素に限らない。たとえば、^１Σ_ｇ ^＋（０）の一重項酸素を生成する場合には、一重酸素生成装置として、レーザダイオード２に代えて、１．６３ｅＶに対応する７６２ｎｍの波長を少なくとも含むレーザ光を発振できるレーザダイオードを備えた構成であればよく、この７６２ｎｍの波長を少なくとも含むレーザ光を酸素分子に発振して、Σ_ｇ ^＋（０）の一重項酸素を生成すればよい。また、図２に示す^１Δ_ｇ（１）の一重項酸素を生成する場合には、一重酸素生成装置として、レーザダイオード２に代えて、１０６０ｎｍの波長を少なくとも含むレーザ光を発振できるレーザダイオードを備えた構成であればよく、この１０６０ｎｍの波長を少なくとも含むレーザ光を酸素分子に発振して、^１Δ_ｇ（１）の一重項酸素を生成すればよい。このように、生成対象の一重項酸素に対応させて、照射するレーザ光の波長を選択すればよい。すなわち、本実施の形態では、少なくとも酸素分子を一重項酸素化できるエネルギーを有した光を発するレーザダイオードを備え、このレーザダイオードから、酸素分子に少なくとも酸素分子を一重項酸素化できるエネルギーを有した光を発することによって、生成対象の一重項酸素を発生させることが可能になる。

さらに、本実施の形態にかかる材料製造方法を、半導体レーザや光ファイバから出力させた出射光の照射条件を調整して、光が照射されている透明樹脂の一部（半導体レーザの光出射部近傍の第１部分）を積極的に変質させ、この変質させた透明樹脂の一部が半導体レーザの出射光を光ファイバへ導くための光導波路またはレンズを形成する場合に適用した例について説明する。

図１２は、本実施の形態にかかる材料製造方法を適用した光モジュールの構成を示す断面図である。図１２に示す光モジュールは、一例として光送受信モジュールであり、図１２の例では出力光信号Ｌ３１を送信し、入力光信号Ｌ３２を受信することができる。

図１２に示す光モジュール３０１は、概略的には本体部３０２とフェルール部３０３を有している。まず、本体部３０２の構造について説明する。

図１２に示す本体部３０２は、基板３０５と、半導体レーザ３１０と、モニター用受光素子３１１と、受光部３１２と、透明樹脂３２０と、光ファイバ３３０などを有している。

基板３０５は、例えば金属リードフレーム材であり、基板３０５は絶縁性を有するベース部材３０６の上に配置されている。基板３０５の上には、発光部基板３０７と、受光した入力光信号処理部３０８が搭載されている。発光部基板３０７は例えばシリコン基板である。

発光部基板３０７の上には、半導体レーザ３１０とモニター用受光素子３１１が搭載されており、半導体レーザ３１０とモニター用受光素子３１１は、外部接続端子３０９を介して外部の回路に対して電気的に接続されている。

半導体レーザ３１０は、例えばファブリペロー半導体レーザ（ＦＰＬＤ：Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）、端面発光レーザ（Ｅｄｇｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ）などのレーザダイオード（ＬＤ）チップを用いることができ、例えば１２７０ｎｍを含む１３１０ｎｍの波長を有する出力光信号（上り信号）Ｌ３１を出力する。モニター用受光素子３１１は、半導体レーザ３１０の発生する出力光信号Ｌ３１の光出力をモニターする。ここで、モニター用受光素子３１１は、例えばフォトダイオードである。

図１２に示す受光部３１２は、光ファイバ３３０を通じて入力された入力光信号Ｌ３２を受光する。ここで、受光部３１２は、例えばフォトダイオードである。光ファイバ３３０の途中には、ＷＤＭ（波長分割多重）フィルタ３２１が配置されており、光ファイバ３３０を通じて入射されてきた入力光信号Ｌ３２は、ＷＤＭフィルタ３２１により反射されて受光部３１２に入る。ＷＤＭフィルタ３２１は、出力光信号Ｌ３１を通過させて、入力光信号Ｌ３２を選択的に反射する機能を有する。入力光信号（下り信号）Ｌ３２は、例えば１５５０ｎｍあるいは１４９０ｎｍの波長を有する。

図１２に示す光ファイバ３３０は、光モジュール３０１内において光導波路を形成している。

光ファイバ３３０の光入射端部３３１は、半導体レーザ３１０の光出射部に対応して配置されている。光ファイバ３３０は、コア３３２とこのコア３３２の周囲を覆うクラッド３３３を有している。光ファイバ３３０は、樹脂成形体３１９のΩ型断面を有する溝部３３４内に嵌め込まれており、光ファイバ３３０の光入射端部３３１は半導体レーザ３１０の光出射部に対して高精度に位置決めして保持されている。

図１２に示す透明樹脂３２０としては、例えばシリコーン樹脂を用いることができる。このシリコーン樹脂は、シロキサン結合を骨格とした高分子有機化合物（ポリマー）の総称であり、無色・無臭で撥水性がある。以下、透明樹脂３２０として、シリコーン樹脂を例に挙げて説明する。

図１２に示すように、半導体レーザ３１０とモニター用受光素子３１１と光ファイバ３３０の一部分と受光部３１２は、透明樹脂３２０により、封止して保護されている。透明樹脂３２０にはさらに樹脂成形体３１９が配置されている。本体部３０２のホルダ３５０は、光ファイバ３３０の途中の部分とフェルール部３０３を保持している。

次に、フェルール部３０３の構造について説明する。フェルール部３０３は、２つのフェルール３４１，３４２とスリーブ３４３を有している。フェルール３４１は、光ファイバ３３０の他端部３３６と、別の接続用の光ファイバ３５５の端部３３７を直接光接続している。

図１２に示すように、光モジュール３０１は、発光部３６０と、光ファイバ保持部３６１と、出力端部３６２の各領域に分けることができる。発光部３６０は、半導体レーザ３１０とモニター用受光素子３１１を含む領域であり、光ファイバ保持部３６１は、光ファイバ３３０を透明樹脂３２０で保持している領域である。出力端部３６２は、ホルダ３５０とフェルール部３０３を含む領域である。

図１３は、図１２に示した光モジュール３０１の回路の一例を示した図である。

図１３は、光ファイバ３３０と、半導体レーザ３１０と、モニター用受光素子３１１と、受光部３１２と、入力光信号Ｌ３２の入力光信号処理部３０８と、レーザダイオードドライバ回路３７０を示している。

レーザダイオードドライバ回路３７０は、半導体レーザ３１０に駆動用の電流を供給して半導体レーザ３１０を駆動する。駆動された半導体レーザ３１０は、出力光信号Ｌ３１を発生する。発生した出力光信号Ｌ３１は、光ファイバ３３０を通じて相手側に送られる。

また、半導体レーザ３１０により発生された出力光信号Ｌ３１は、モニター用受光素子３１１により受光される。レーザダイオードドライバ回路３７０は、モニター用受光素子３１１によって受光された出力光信号Ｌ３１の光信号出力をモニターすることにより、一定の光信号出力を有する出力光信号Ｌ３１を出力する。

一方、受光側の入力光信号Ｌ３２は、相手側から光ファイバ３３０を通じて送られてきて、ＷＤＭフィルタ３２１により反射されてバンドパスフィルタ３７５を通った後に、受光部３１２に入る。受光された入力光信号Ｌ３２は、入力光信号処理部３０８により所定の処理が行われる。このバンドパスフィルタ３７５は、１４８０ｎｍ〜１５００ｎｍのみの波長を有する入力光信号を通す。

図１４は、図１２の部分Ｘを示す模式的な図である。部分Ｘは、半導体レーザ３１０、光ファイバ３３０の光入射端部３３１、及び透明樹脂３２０の一部分を示している。半導体レーザ３１０と光ファイバ３３０との間は、透明樹脂３２０により埋めてあり、半導体レーザ３１０と光ファイバ３３０は透明樹脂３２０により封止されている。

図１４において、半導体レーザ３１０と光ファイバ３３０の光入射端部３３１の距離Ｍは、例えば１５μｍである。また、半導体レーザ３１０の出力光信号Ｌ３１の光出力は、例えば１０ｍＷである。

図１２に示す光モジュール３０１では、図１４に示すように、半導体レーザ３１０が駆動されて半導体レーザ３１０から出射光であって１２７０ｎｍの波長を含む出射光である出力光信号Ｌ３１を発生するときに、出射光の照射条件を調整することにより、効率よく一重項酸素を発生させ、透明樹脂３２０の半導体レーザ３１０の光出射部３１００の近傍の第１部分３１２０を変質させて、シリコーン樹脂の主鎖の架橋密度を上げて硬くする。

この第１部分３１２０の樹脂密度の増加により、透明樹脂３２０の光出射部３１００近傍の第１部分３１２０の屈折率を、透明樹脂３２０の光出射部３１００近傍以外の第２部分３１３０の屈折率よりも高めて、半導体レーザ３１０の出射光を光ファイバ３３０の光入射端部３３１に導く光導波路３２００を形成することができる。

すなわち、半導体レーザ３１０からの出射光の波長が、酸素を一重項励起状態にする波長領域（１２７０ｎｍ以下の波長領域）を含むため、出射光のエネルギーにより雰囲気中の酸素分子が活性化して三重項励起状態から一重項励起状態になり、この一重項励起状態の一重項酸素とメチル基を側鎖に有するメチルレジン系シリコーン樹脂と反応するからである。

言い換えると、シリコーン樹脂において、酸素が活性化（三重項状態から一重項状態になる）し、場合によってラジカル反応が起こり、メチル基等の低分子側鎖を切り、主鎖を重合化させる。

具体的に、図１５を参照して、一重項酸素存在下におけるシリコーン樹脂の重合化反応について説明する。図１５は、メチルレジン系シリコーン樹脂の変質メカニズムを説明するための図である。図１５に示すように、酸素雰囲気において、メチル基を側鎖に有するメチルレジン系シリコーン樹脂（状態１）に、１２７０ｎｍ以下の波長領域を満足する波長の出射光を半導体レーザ３１０から出力すると、メチル基である側鎖を切って一重項励起状態の酸素と結合し（状態２）、主鎖を重合化する（状態３）。この結果、第１部分３１２０の樹脂密度が増加し、さらに透明樹脂３２０の光出射部３１００近傍の第１部分３１２０の屈折率が、透明樹脂３２０の光出射部３１００近傍以外の第２部分３１３０の屈折率よりも高くなるため、半導体レーザ３１０の出射光を光ファイバ３３０の光入射端部３３１に導く光導波路３２００が形成される。

ここで、出射光の照射条件を限定することによって、この光導波路３２００の形成の効率化を図ることができる。出射光の照射条件としては、少なくとも出射光の波長、雰囲気温度、及び出射光の照射時間が挙げられる。また、少なくとも酸素分子を含む雰囲気で、酸素を活性化させる波長領域（１２７０ｎｍ）の強度を高めることができるように、出射光の波長及び雰囲気温度を調整する。

まず、図１６を参照して、図１２に示す半導体レーザ３１０の出射光の波長及び雰囲気温度の関係を説明する。

図１６は、半導体レーザ３１０の光出射部３１００から出力される出力光信号Ｌ３１のパワーが、時間が経過するのに伴って上昇していく例を示す図である。図１６では、雰囲気温度（環境温度ともいう）が０℃、−２０℃、−４０℃の場合を示している。

図１６に示すように、雰囲気温度が下がるほど、時間に対して、出力光信号Ｌ３１のパワーが大きい結果となった。これは、雰囲気温度が０℃のとき、出力光信号Ｌ３１の波長は１２９０ｎｍ近傍となり、−２０℃のとき、出力光信号Ｌ３１の波長は１２８０ｎｍ近傍となり、−４０℃のとき、出力光信号Ｌ３１の波長は１２７０ｎｍ近傍となるためである。

半導体レーザ３１０から出力される光信号Ｌ３１の波長は、幅を持つため、雰囲気温度が０℃のとき、即ち、出力光信号Ｌ３１の波長は１２９０ｎｍ近傍であっても、酸素を活性化させる１２７０ｎｍ以下の波長も有している。しかし、その分布量は、雰囲気温度が−４０℃のときに比較して少ないため、透明樹脂３２０の第１部分３１２０の変質による樹脂密度の増加が小さい。そのため、雰囲気温度が下がるほど、時間に対して、出力光信号Ｌ３１のパワーが大きくなった。

また、図１６に示すように、雰囲気温度によって、時間に対して出力光信号Ｌ３１のパワーの変化は、一定ではないことがわかる。このため、雰囲気温度によって、光結合効率が最適となる出射光の照射時間を、即ち、パワーが最大となる出射光の照射時間を調整し、これにより、透明樹脂３２０の第１部分３１２０の変質による樹脂密度を増加させる。

図１２及び図１４に示したように、半導体レーザ３１０が、１３１０ｎｍの波長を有する出力光信号Ｌ３１を出力する場合は、出射時間を調整するとともに雰囲気温度を室温よりも低温にすることにより、レーザ光のピーク波長を１３１０ｎｍから１２７０ｎｍに変化させることができる。このため、室温よりも低温である雰囲気温度下で半導体レーザ３１０からレーザ光を出射させることによって、このレーザ光のピーク波長を１２７０ｎｍとして、この１２７０ｎｍの波長のレーザ光に対応する出力光信号Ｌ３１で、透明樹脂３２０の第１部分３１２０を効率よく変質させ、樹脂密度を増加させることができる。

このように、半導体レーザ３１０から１２７０ｎｍの波長を含むレーザ光を発することによって、半導体レーザ３１０と光ファイバ３３０の光入射端部３３１のコア３３２の端面が透明樹脂３２０の光導波路３２００を通じて直接光結合されて、半導体レーザ３１０の出射光を光ファイバ３３０の光入射端部３３１へ導くための光導波路３２００を形成することにより光結合効率を高めることができる。

即ち、透明樹脂３２０の半導体レーザ３１０の光出射部３１００の近傍の第１部分３１２０の樹脂密度を増加させることで、透明樹脂３２０の光出射部３１００近傍の第１部分３１２０は、光信号Ｌ３１により変質された透明樹脂３２０の変質部と呼ぶことができるとともに、透明樹脂３２０の光出射部３１００近傍以外の第２部分３１３０は透明樹脂３２０の未変質部と呼ぶことができる。この変質部の光の屈折率は未変質部の光の屈折率に比べて高く、この変質部と未変質部との間には光の屈折率差があることから、透明樹脂３２０は、この屈折率差を利用して半導体レーザ３１０の光出射部３１００と光ファイバ３３０の光入射端部３３１のコア３３２の端面の間に光導波路３２００を形成できる。

このように透明樹脂３２０では、半導体レーザ３１０の光出射部３１００と光ファイバ３３０の光入射端部３３１のコア３３２の端面の間の変質部の第１部分３１２０が、それ以外の第２部分３１３０に比べて高屈折率化が可能になるので、半導体レーザ３１０から出力される出射光の照射条件を調整して出射光のピーク波長を１２７０ｎｍにすることで、効率よく一重項酸素を発生さシリコーン樹脂の重合化反応を進めることで、変質部（第１部分３１２０）と未変質部（第２部分３１３０）との屈折率差が大きくなり、透明樹脂３２０における光導波路３２００を形成できる。

例えば、光モジュール３０１の置かれた雰囲気が室温よりも低温であれば、効率よく一重項酸素を生成できることから、変質部（第１部分３１２０）と未変質部（第２部分３１３０）との屈折率差が大きくなり、透明樹脂３２０における光導波路を確実に形成できる。

また、半導体レーザ３１０を駆動して、透明樹脂３２０に対して半導体レーザ３１０から出射光を発生するときに、出射光のピーク波長を１２７０ｎｍにすることで、効率よく一重項酸素を発生させることができるため、透明樹脂３２０を変質させ、シリコーン樹脂の主鎖の架橋密度が上がって硬くなった光導波路効果が得られる。

また、本発明の光モジュール３０１の透明樹脂３２０は、入手し易く加工が容易であるシリコーン樹脂であることから、半導体レーザ３１０と光ファイバ３３０の間の封止化も確実かつ簡易に行なうことができる。

また、半導体レーザ３１０のＬＤチップとして分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢ−ＬＤ）を用いて、半導体レーザ３１０からの出力される出射光のピーク波長を１２７０ｎｍの波長に特定することにより、室温のままでも一重項酸素を効率よく発生させることができるため、透明樹脂３２０における光導波路３２００を円滑に形成できる。

ところで、本発明は、上記実施形態に限定されず種々の変形例を採用できる。

上述した図１２及び図１４に示す光モジュールの例では、半導体レーザ３１０から出力した１２７０ｎｍの波長を含む出射光により、一重項酸素を発生させ、透明樹脂３２０の第１部分３１２０を変質させ、半導体レーザ３１０の光出射部３１００と光ファイバ３３０の光入射端部３３１のコア３３２の端面との間に光導波路３２００を形成しているが、図１７に示すように、半導体レーザ３１０からだけでなく、光ファイバ３３０側からも、１２７０ｎｍの波長を含む出射光を、光ファイバ３３０のコア３３２より出力することにより、光ファイバ３３０の光入射端部３３１のコア３３２の端面の間に光導波路３２００を形成することもできる。

即ち、照射時間に対して、半導体レーザ３１０側から出射光による透明樹脂３２０の変質部３２１０の境界を光ファイバ３３０のコア３３２の端面に連続的に近づけるとともに、光ファイバ３３０側から１２７０ｎｍの波長を含む出射光による透明樹脂３２０の変質部３２２０の境界を半導体レーザ３１０の光出射部３１００に連続的に近づけることにより、半導体レーザ３１０の光出射部３１００と光ファイバ３３０の光入射端部３３１のコア３３２の端面との間に光導波路３２００となる、少なくとも変質部３２１０と変質部３２２０とを含む、変質した透明樹脂３２０の第１部分３１２０を短時間で形成することができる。

また、例えば、図１２に示す光モジュールの例では、光信号の送信と受信が可能な光送受信モジュールであるが、これに限らず、光モジュールは光信号を送信できる光送信モジュールであってもよい。

また、図１２に示すに光モジュール３０１は、出力光信号Ｌ３１を発生して光ファイバ３３０を通じて出力し、光ファイバ３３０を通じて入力された入力光信号Ｌ３２を受光できる。しかし、これに限らず、図１８に示すように、半導体レーザ３１０と光導波路としての光ファイバ３３０Ａを備えており、半導体レーザ３１０と光ファイバ３３０Ａを直接光結合していて、半導体レーザ３１０と光ファイバ３３０Ａの間が透明樹脂３２０により埋めてあるような構成であれば、本発明は適用できる。また、透明樹脂３２０の種類は、シリコーンに限らず、他の種類を採用できる。

（その他の実施形態１）
つぎに、本発明の他の実施形態について説明する。図１９は、本発明の他の実施形態１に係る光ファイバ接続構造の模式的な断面図である。この光ファイバ接続構造４００は、コネクタフェルール４０１と、コネクタフェルール４０２とが、導波路フィルム４０３を介在させて突き合わせた状態で接続した構造を有している。コネクタフェルール４０１、４０２には、それぞれアレイ状に並べた４本の光ファイバ４０１１〜４０１４、４０２１〜４０２４が挿通固定されている。また、コネクタフェルール４０１、４０２は、不図示のラッチ構造またはクリップ等で互いに固定されている。ここで、導波路フィルム４０３には、たとえば酸化シリコンからなる変質部４０３１〜４０３４と、変質部４０３１〜４０３４よりも屈折率が低い、たとえばシリコーン樹脂からなる未変質部４０３５とが構成する光導波路が形成されている。そして、対向して配置された光ファイバ４０１１と光ファイバ４０２１は、変質部４０３１と未変質部４０３５とが構成する光導波路によって光学的に接続している。また、他の対向する光ファイバ同士もそれぞれ対応する光導波路によって光学的に接続している。なお、変質部４０３１〜４０３４の屈折率は１．４６に近く、光ファイバ４０１１〜４０１４、４０２１〜４０２４と屈折率の整合がとれているため、変質部と光ファイバとの界面での反射はきわめて低く抑制されている。

この光ファイバ接続構造４００においては、導波路フィルム４０３に光導波路が形成されているので、従来の屈折率整合剤や屈折率整合シートを用いる場合と比較して、導波路フィルム４０３の厚さが厚くても接続損失が増大することがない。さらには、この導波路フィルム４０３は柔軟性を有するので、各光ファイバの端面の位置がばらついているなどの理由により、対向する光ファイバの端面間の距離がばらついていても、そのばらつきにかかわらず、導波路フィルム４０３が光ファイバの端面間を隙間なく埋めることができる。また、上述した光導波路の効果によって、光ファイバ同士はその端面間距離が大きくても、低接続損失で接続できる。たとえば、光ファイバの端面間の距離が１〜２００μｍ程度であれば、その距離に応じた厚さの導波路フィルム４０３を用いることによって、その隙間を埋めることができるとともに、低接続損失が実現される。また、言い換えれば、この光ファイバ接続構造４００は、各光ファイバの端面の加工精度が低くても、すなわち、端面の位置がばらついていたり、または端面の研磨精度が低かったりしても、低接続損失が実現できるので、低コストで製造できるものとなる。

なお、この光ファイバ接続構造４００は、たとえば以下のように製造することができる。図２０は、図１９に示す光ファイバ接続構造の製造方法の一例を説明する説明図である。図２０に示すように、まず光ファイバ４０１１〜４０１４、４０２１〜４０２４が挿通固定されたコネクタフェルール４０１、４０２を準備し、これらを厚さ１〜２００μｍ程度のシリコーン樹脂からなるフィルム基材４０４を介在させて突き合わせた状態で接続し、固定する。つぎに、アレイ光源等を用いて、光ファイバ４０１１〜４０１４のそれぞれの一端から、１２７０ｎｍの波長を含むレーザ光Ｌ４１を入力する。すると、レーザ光Ｌ４１は光ファイバ４０１１〜４０１４のフィルム基材４０４に接する他端から出射されるので、フィルム基材４０４内で一重項酸素の発生により重合化反応等が起こり、酸化シリコンからなる変質部４０３１〜４０３４が徐々に形成され、光導波路が形成される。その結果、フィルム基材４０４は最終的に導波路フィルム４０３となり、光ファイバ接続構造４００が完成する。

なお、レーザ光Ｌ４１は、光ファイバ４０２１〜４０２４のそれぞれから入力してもよいし、光ファイバ４０１１〜４０１４と光ファイバ４０２１〜４０２４の両側から入力してもよい。また、導波路フィルム４０３およびフィルム基材４０４の材料は、シリコーン樹脂のみならず、ＰＣ、ポリエチレン等の樹脂でもよい。

（他の実施形態２）
つぎに、本発明のさらに他の実施形態について説明する。図２１は、本発明の他の実施形態２に係る光経路変換構造の模式的な断面図である。この光経路変換構造５００は、光ファイバ５０１と、反射手段としての反射面の反射率を金蒸着等により高めた三角プリズム等のプリズム５０２と、フォトダイオード等の受光素子５０３と、導波路部材５０４とを備える。ここで、導波路部材５０４は、たとえば酸化シリコンからなる変質部５０４１、５０４２と、変質部５０４１、５０４２よりも屈折率が低い、たとえばシリコーン樹脂からなる未変質部５０４３から構成される光導波路が形成されている。変質部５０４１は、光ファイバ５０１から出射した光Ｌ５１をプリズム５０２へ導波するように配置されている。また、プリズム５０２は、その反射面５０２１で光Ｌ５１を反射し、光Ｌ５１の伝搬方向を９０度だけ回転するように配置されている。また、変質部５０４２は、表面５０２１で反射した光Ｌ５１を受光素子５０３へ導波するように配置されている。すなわち、この光経路変換構造５００は、光ファイバ５０１から出射した光Ｌ５１の光路を９０度だけ回転するような機能を有するものである。なお、光Ｌ５１の波長は特に限定されないが、たとえば光ファイバ通信で最も用いられる波長１３１０ｎｍ近傍、あるいは１５５０ｎｍ近傍の光とすることができる。

この光経路変換構造５００は、たとえば以下のように製造することができる。図２２は、図２１に示す光経路変換構造の製造方法の一例を説明する説明図である。図２２に示すように、まず光ファイバ５０１、プリズム５０２、受光素子５０３を所定の位置に配置し、これらの間をシリコーン樹脂からなる基材５０５で埋める。つぎに、光ファイバ５０１の一端から、１２７０ｎｍの波長を含むレーザ光Ｌ５２を入力する。すると、レーザ光Ｌ５２は光ファイバ５０１の基材５０５に接する他端から出射されるので、基材５０５内で一重項酸素の発生により重合化反応等が起こる。その結果、酸化シリコンからなる変質部５０４１が徐々に形成され、さらに変質部５０４１がプリズム５０２に到るまで形成された後、変質部５０４２が徐々に形成され、光導波路が形成される。その結果、基材５０５は最終的に導波路部材５０４となり、光経路変換構造５００が完成する。

この光経路変換構造５００は、容易に形成できるとともに、レンズ等の光学系を用いなくても、光ファイバ５０１と受光素子５０３との光結合効率を高めることができるので、部材点数を削減でき、小型化かつ安価なものとなる。なお、反射手段は、プリズム５０２に限らず、金属ミラーや多層膜フィルタでもよい。また、光Ｌ５１の回転角度も、９０度に限らず、適宜設定できる。また、基材５０５および導波路部材５０４の材料は、シリコーン樹脂のみならず、ＰＣ、ポリエチレン等の樹脂でもよい。

なお、一重項酸素により重合反応を生じさせることができる樹脂については、メチルレジンシリコーン樹脂やメチルフェニルレジンシリコーン樹脂を例として述べたが、これらの樹脂にフィラーを添加する事により、架橋重合の程度を制御することができることが実験的に判っている。このことは、本発明の光導波路への応用において、最適な導波路構造を意図的に作製することができることを示唆している。

以下、図１２と同様に半導体レーザを樹脂で封止し、１２７０ｎｍ近傍のレーザ光を出射して樹脂に通光させた場合と、未封止とした場合の実験結果について説明する。図２３は、樹脂封止した半導体レーザの光放射遠視野像の半値全角θのフィラー添加量依存性を示す図である。なお、横軸は半導体レーザからのレーザ光を樹脂に通光させる時間を示し、縦軸は半値全角θを示している。また、樹脂としてはシリコーン樹脂を用いた。また、フィラーとしてはナノフィラーを用いた。

この例では，未封止の半導体レーザの半値全角θが２３°であるのに対し、ナノフィラーを無添加の樹脂の場合、樹脂に形成された光導波路端からの光放射の遠視野像の半値全角θは5°程度になる。一方、ナノフィラーを１％（重量比）添加した樹脂では半値全角θが１０°で安定し、また、ナノフィラーを５％添加した樹脂では半値全角θが１５°で安定することが判った。

図２３に示す実験結果より、ある種のナノフィラーを添加することにより、一重項酸素による重合反応の程度を制御できると共に、重量比率を増やすことにより、重合反応部の屈折率変化を小さくすることができる。このようにフィラーの添加量を調整することにより，所望の光導波路構造を作ることができる。

なお、光導波路への応用においては、光透過性が必要なため、フィラーの成分はシリカ（ＳｉＯ_２）等が好ましく、その形状は、不定形またはコロイダルシリカのような球形のものが適用出来る。その寸法としては数ｎｍ〜数十ｎｍのナノフィラーや、数十μｍの大きさのマイクロフィラーがある。

本発明は、活性化酸素を用いて局所的に材料の特性を変化させて所望の材料を製造する際に好適に利用できる。

Claims (9)

1. シリコーン樹脂である材料の内部に酸素分子を透過させた状態、または該材料表面に酸素分子を存在させた状態で少なくとも酸素分子を一重項酸素化できるエネルギーを有した光を照射し一重項酸素を発生させ、該発生させた一重項酸素で前記材料中の分子構造の結合を切断することによって重合化反応または置換反応を行わせて、前記材料の分子量を変化させて所望の材料を製造することを特徴とする材料製造方法。
2. 少なくとも１２７０ｎｍ近傍の波長を含む光を照射して前記一重項酸素を発生させることを特徴とする請求項１に記載の材料製造方法。
3. 前記所望の材料は、前記材料よりも分子量が大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の材料製造方法。
4. 前記所望の材料は、前記材料よりも分子量が小さいことを特徴とする請求項１または２に記載の材料製造方法。
5. 当該材料製造方法は、前記発生させた一重項酸素で前記シリコーン樹脂中のメチル基を切断することによって重合化反応または置換反応を行わせてガラス化することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の材料製造方法。
6. 前記少なくとも酸素分子を一重項酸素化できるエネルギーを有した光とともに前記メチル基以外の基を切断できるエネルギーを有した光を照射することによって、前記メチル基以外の基を切断し、生成した一重項酸素を用いて前記メチル基以外の基を切断した位置で重合化反応または置換反応を行なわせることを特徴とする請求項５に記載の材料製造方法。
7. １２７０ｎｍ近傍にピークを有する光を照射して前記一重項酸素を発生させることを特徴とする請求項２〜６のいずれか一つに記載の材料製造方法。
8. 少なくとも１２７０ｎｍ近傍の波長を含むレーザ光を照射して前記一重項酸素を発生させることを特徴とする請求項２〜７のいずれか一つに記載の材料製造方法。
9. 前記材料を酸素雰囲気中に設置した状態で前記少なくとも酸素分子を一重項酸素化できるエネルギーを有した光を照射して前記一重項酸素を発生させることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の材料製造方法。

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