JPH01237505A

JPH01237505A - 新規な光導波路

Info

Publication number: JPH01237505A
Application number: JP6319888A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Shimizu; 正清水; Akihiko Ikeda; 章彦池田
Original assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 1988-03-18
Filing date: 1988-03-18
Publication date: 1989-09-22

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、感光性樹脂の重合体で形成された光導波路に
関するものである。特に光ファイバと接続して用いられ
る光通信用デバイスに好適な先導波路に関するものであ
る０通用される光通信用デバイスとしては、光分岐結合
器、スターカップラー、光アクセッサ等が挙げられる。

〔従来の技術〕

光通信用デバイスは、その構造によりバルク型、光フア
イバ加工型、先導波路型に分類される。バルク型、光フ
アイバ加工型は従来光通信用デバイスとして多用されて
きたが、バルク型は光軸合せが難しいため生産性、安定
性ともに低く、光フアイバ加工型は光分配均一性が低い
ために、高性能な光導波路型の光通信用デバイスが望ま
れている。

特に感光性樹脂による光導波路は極めて生産性が高いた
めに、光通信用デバイスへの通用が期待されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

光導波路を光通信用デバイスへ適用するには光ファイバ
と接続する必要があるが、光ファイバとの接続は、一般
に先導波路の端面と光ファイバの端面を共に研磨した後
、端面同士を正確に突き合わせると云う生産性の低い方
法で行われており、先導波路の高生産性が活かしきれて
いなかった。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、上記の問題点を克服すべく鋭意研究を重ねた
結果なされたものであり、その目的は、光ファイバとの
接続を簡便ならしめる先導波路を提供することにある。

即ち、接続時に光ファイバのコアと、先導波路のコア部
の位置合わせが容易になるよう先導波路部を２層型とな
したものである。

即ち、本発明は、支持体上に第１感光性樹脂の重合体及
びその上に第２感光性樹脂の重合体が積層されており、
後者の屈折率が前者の屈折率よりも高いことを特徴とす
る２層型光導波路に関するものである。

先ず本発明に用いられる感光性樹脂について述べる。

本発明における感光性樹脂としては、種々のものを用い
ることができる０組成による分類によれば、（１）感光
性化合物＋高分子型、（２）感光基をもつ高分子型、（
３）光重合組成型に大きく分けられる。

（１）に属するものとしては、例えば、重クロム酸塩＋
高分子化合物、ジアゾ又はアジド化合物＋高分子化合物
などがあり、感光性化合物が光により活性化されて高分
子化合物と反応し、光照射前と性質を異にする組成物と
なることを利用するものである。（２）に属するものと
しては、例えば、ポリ桂皮酸ビニル若しくはその類似化
合物又はジアゾ基やアジド基を有する高分子等があり、
光による高分子間の架橋等を利用する。（３）に属する
ものとしては、光重合開始剤と重合性上ツマ−の混合物
の系が多く知られている。

本発明における感光性樹脂は、上に述べた組成のみでも
、目的を達することが可能であるが、必要に応じて添加
剤を加えることが好ましい、添加剤としては、光増感剤
、安定剤、熱重合開始剤、可塑剤、着色剤などが挙げら
れるが、これらに限定されるものではない。

本発明において、第１感光性樹脂の重合体は先導波路の
クラッドとなり、第２感光性樹脂の重合体はコアとなる
ものである。従って、第２！３光性樹脂の重合体は、導
波される光の波長に対して実質的に透明である必要があ
る。又、第１感光性樹脂の重合体も実質的に透明である
ことが好ましい。

本発明の第１感光性樹脂と第２感光性樹脂の組合せは、
第１感光性樹脂の重合体の屈折率が第２感光性樹脂の重
合体の屈折率よりも低ければ良（、特に限定されるもの
ではないが、両者の接着性が良好であり、又、同時にフ
ォトリソグラフ法を施す場合には、フォトリソグラフ特
性、特に感度、現像特性が類似していることが好ましい
。

本発明の第１感光性樹脂と第２感光性樹脂の組合せとし
ては、以下に述べる組成物の組合せが、光伝搬特性、接
着性、フォトリゾグラフ特性ともに優れている。即ち、
第１感光性樹脂がポリ　（メチルメタクリレート）、（
メタ）アクリレートモノマー及び光開始剤を含む組成物
（以後組成物（ａ）と云うことがある）であり、かつ、
第２感光性樹脂が一般式（Ａ）で表される臭化物、（Ｙ＝Ｈ，ＣＨｓ　１ＣＨ＝ＣＨｔ　、０ＣＨｓまたは
ＣＩ　）ポリスチレン系化合物及び光開始剤を含む組成
物（以後組成物−）と云うことがある）である。

上記の組合せの第１感光性樹脂において、（メタ）アク
リレートモノマーとしては、ポリ　（メチルメタクリレ
ート）と相溶性があれば特に限定されるものではない、
使用される（メタ）アクリレートモノマーの具体例を挙
げれば、エチレングリコールジアクリレート、エチレン
グリコールジメタクリレート、トリエチレングリコール
ジアクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレ
ート、テトラエチレングリコールジアクリレート、テト
ラエチレングリコールジメタクリレート、ヘキサメチレ
ングリコールジアクリレート、ヘキサメチレングリコー
ルジメタクリレート、トリメチロールプロパントリアク
リレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート
、ペンタエリスリトールジアクリレート、ペンタエリス
リトールジメタクリレート、ペンタエリスリトールテト
ラアクリレート、ペンタエリスリトールテトラメタクリ
レート、１．４−ブタンジオールジアクリレート、１．
４−ブタンジオールジメタクリレート、プロピレングリ
コールジアクリレート、ブピレングリコールジメタクリ
レートなどが挙げられる。これらの（メタ）アクリレー
トモノマーは、単独又は２種以上を併用して用いること
ができる。

上記の第１感光性樹脂における（メタ）アクリレートモ
ノマーの量は、２０〜８０重量％が好ましい。

本発明における上記一般式（Ａ）で表される臭素化物に
おいて、Ｒ１及びＲ２の少なくとも一方はアクロイル基
又はメタクロイル基であり、かかる反応性基が重合に関
与するものである。又、ｎ＋ｍはＯ〜４の範囲の整数で
あり、好ましくは２〜４の範囲の整数である。

本発明の臭素化物を具体的な例を挙げて説明すると、下
記の臭素化物（１）〜（９）が挙げられる０本発明の臭
素化物は単一化合物で用いることができるが、必要に応
じて一般式（Ａ＞で表される臭素化物の複数種の混合物
を用いることも可能である。

本発明における一般式（Ｂ）で表される繰り返し単位を
含むポリスチレン系化合物において、ＹはＨ，ＣＩ、　
、Ｃｌ−Ｃｌ！　、ＱＣ）＋３又はＣＩである。ＹがＣ
Ｂ　−ＣＢ、の場合は、かかる反応性基は重合に関与す
る。Ｙは芳香環のどの位置に結合していても良く特に限
定するものではない。

本発明におけるポリスチレン系化合物は、−ｉ式（Ｂ）
で表される単一の繰り返し単位からなるものも使用でき
るが、複数種の一般式（Ｂ）で表される繰り返し単位か
らなるものも使用可能である。又、本発明のポリスチレ
ン系化合物の繰り返し単位として、必要に応じてブタジ
ェン、アクリロニトリルなどのビニル単量体などを一部
導入した共重合体も使用可能である。

本発明のポリスチレン系化合物を、具体的な例を挙げて
説明すると、ポリスチレン、ポリ（ｐ−メチルスチレン
）、ポリ　（訃クロロスチレン）及びポリ（ｐ−メトキ
シスチレン）などの単一重合体、スチレン−ジビニルベ
ンゼン線状共重合体、スチレン−ｐ−メチルスチレン共
重合体、及びｐ−クロロスチレン−ｐ−メトキシスチレ
ン共重合体などの複数置換スチレンの共重合体、スチレ
ン−ブタジェン共重合体、スチレン−アクリロニトリル
共重合体などのスチレン系共重合体などが挙げられる。

本発明のポリスチレン系化合物の分子量は特に限定され
ないが、１　、０００〜１００万が好ましい。

本発明における組成物において、臭素化物とポリスチレ
ン系化合物の組成比は、当然これらの物性と使用形態に
より最適量が決まるが、好ましい組成比は、臭素化物：
ポリスチレン系化合物−１０〜９０　：　９０〜１０の
範囲であり、更に好ましくは、３０〜７０　：　７０〜
３０の範囲である。

前記の具体的組成物（ａ）からなる第１感光性樹脂及び
前記具体的組成物（ｂｌからなる第２感光性樹脂におけ
る光開始剤は、同一であっても異なるもの−であっても
良い、光開始剤は、当該２層型光導波路を伝搬させる光
に対して実質上透明であるのが好ましい、伝搬させる光
は、可視光又は近赤外光が用いられることが多く、光開
始剤としては、紫外光又は近紫外光に吸収、即ち感度を
有するものが通している。かかる光開始剤としては、例
えばベンゾインメチルエーテル、ベンゾインイソブチル
エーテル、ジメトキシフェニルアセトフェノン、ペンツ
フェノン、ミヒラーズケトン、メチルチオキサントン、
１−フェニル−１，２−プロパンジオン−２−０−（エ
トキシカルボニル）オキシム等があるが、これらに限定
されるものではない、かかる光開始剤を用いた場合の重
合体を形成するための光源としては水銀ランプが最も好
ましい０本発明の組成物における光開始剤の適当な含有
量は、光開始剤の吸収係数、重合効率及び光導波路の厚
みなどに依存するが、０．１〜１０重量％の範囲が好ま
しく、更に１〜５重量％の範囲が好ましい。

次に本発明における支持体について、以下に説明する。

本発明に用いられる支持体は、当該光導波路を保持でき
、又、フォトリソグラフ法を施す場合には、現像液に対
して耐性を示すものであれば何でも使用できる。支持体
の材料の具体例を挙げれば、ポリエチレンテレフタレー
ト、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリアクリロニト
リル、ポリメチルメタクリレート、ポリオキシメチレン
、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、シリコン樹脂
、ポリフッ化ビニリデン、ポリ四フッ化エチレン等の高
分子材料、ソーダガラス、パイレックスガラス、バイコ
ールガラス、石英ガラス等のガラス材料、石英、ＡＤＰ
、ＫＤＰ、シリコン等の単結晶材料及びアルミ、銅、ニ
ッケル等の金属材料などがあるが、これらに限定される
ものではない。

又、支持体の表面を当該２層型光導波路との接着性を向
上させる等の目的で処理を行うことも可能である。かか
る処理の例としては、上記高分子材料のコロナ放電処理
、上記ガラス材料のシランカップリング処理が挙げられ
る。

本発明に用いられる支持体の形状は特に限定されるもの
ではなく、各種の形状のものが使用できるが、当該組成
物を塗布する工程が容易であることから、板状、シート
状及びフィルム状等の形状が好ましい、支持体の厚みは
概ね１０μｍ以上であれば良く、支持体の形状を保持す
る等の目的で他の材料と積層することも可能である。

本発明は、支持体上に第１感光性樹脂及び当該第１感光
性樹脂の重合体より屈折率の高い重合体となる第２感光
性樹脂を表記の順に積層した後、両者の感光性樹脂に対
して同時にフォトリソグラフ法を施すことにより賦形す
ることを特徴とする２層型光導波路の製造方法をも開示
するものである。

本発明における感光性樹脂を支持体上に積層する方法に
ついて以下に述べる。

支持体上に第１感光性樹脂及び第２感光性樹脂を積層す
る方法としては、特に限定されるものではないが、塗布
法が好ましい、塗布法としては、スピンコード法、バー
コード法、ロールコート法、デイツプ法等がある。塗布
法を具体的に以下に示すが、これに限定されるものでは
ない。

第１感光性樹脂を塗布可能な粘度に低下するため溶剤で
希釈する。溶剤としては、第１感光性樹脂を均一に熔解
し、かつ、塗布中に素早く散逸することなく、塗布後の
乾燥条件で十分に乾燥し得るものであれば良い、第１感
光性樹脂としては、前記の具体的組成物（ａ）を用いた
場合に、使用可能な溶剤の例を挙げれば、クロロホルム
、四塩化炭素、ジクロロエタン、ベンゼン、トルエン、
キシレン、酢酸エチル、酢酸ブチル、テトラヒドロフラ
ン、ジオキサン、シクロヘキサノン、メチルエチルケト
ン、Ｎ、Ｎ−ジメチルホルアミド、Ｎ−メチルピロリド
ンがある。これらの溶剤で希釈した組成物（ａｌの第１
感光性樹脂を、スピンコード法、バーコード法、ロール
コート法、デイツプ法等で支持体上に塗布した後、加熱
等により溶剤を蒸発させ乾燥した塗膜を得る。乾燥時の
加熱温度としては、用いた溶剤及び第１感光性樹脂の熱
的安定性に依存するが、第１感光性樹脂が前記の具体的
組成物（ａ）である場合は、加熱温度は１００℃以下で
行い、かつ、できるだけ短時間の加熱で乾燥を終了させ
る方が好ましい、このうよにして得られた支持体上の第
１感光性樹脂の＊膜に、第２感光性樹脂を塗布する方法
も、第１感光性樹脂の塗布と同様に行うことができる。

第２感光性樹脂として前記具体的組成物−）を用いた場
合は、希釈溶剤及び加熱温度も前記した組成物（ａ）か
らなる第１感光性樹脂の場合と同じ溶剤、加熱温度が使
用可能である。

次に、本発明におけるフォトリソグラフ法について以下
に述べる。

本発明におけるフォトリソグラフ法とは、所望の形状パ
ターンを有するフォトマスクを介して紫外線等の光を支
持体上の感光性樹脂に露光し、又は電子線ビーム等の光
を所望のパターンで感光性樹脂に露光した後、露光部と
未露光部との現像液に対する溶解性の差を利用して未露
光部を洗い流し、所望の形状のパターンを有する光導波
路を得る方法を云う。

本発明のフォトリソグラフ法において、第１感光性樹脂
と第２感光性樹脂に対する露光は同時になされるもので
あるが、現像は第１感光性樹脂と第２感光性樹脂の組合
せによって単一の現像液で行われたり、２種の現像液で
段階的に行ったりすることも可能である。２種の現像液
に段階的に行う方法とは、第１の現像液で第２感光性樹
脂の未露光部の洗い流し、第２の現像液で第１感光性樹
脂の未露光部を洗い流して２層型光導波路を賦形する方
法である。上記の露光時に、露光部の当該感光性樹脂の
重合を阻害する酸素を低減する目的で不活性雰囲気下で
行ったり、酸素透過性の低いシートを組成物に密着させ
るなどの方法を採り入れることも可能である。上記現像
液としては、露光部である当該組成物の重合物に対する
熔解性が未露光部である当該組成物に対する溶解性より
も低いものであれば、特に限定されるものではなく、又
、最適な現像液も当然感光性樹脂の組成に依存する。

前記具体的組成物（ａ）と伽）からなる感光性樹脂の組
合せに対して好ましい現像液の例を挙げれば、メチルエ
チルケトン、１．１．１−　）リクロロエタン、トルエ
ン、テトラヒドロフラン等がある。又、当該組合せでは
、感光性樹脂の未露光部の現像液に対する溶解性は大き
な差はないので、単一の現像液で現像可能である。

次に、本発明における２層型光導波路について以下に述
べる。

本発明の２層型光導波路は、第１感光性樹脂の重合体を
クラフト部、第２感光性樹脂の重合体をコア部となすも
のである。各層の膜厚は、特に限定されるものではない
が、第１感光性樹脂の重合物は、１０〜１０００μ−の
範囲で、第２感光性樹脂の重合物は、５〜１０００μ−
の範囲で用いるのが好ましい、特に当該先導波路を光フ
ァイバと端面を突き合わせて接続する場合、各層の膜厚
を適当に選択することにより、接続工程を簡便化ならし
めることができる。即ち、光ファイバのコア径をａ。

クラツド径をｂとした場合、当該光導波路の第１感光性
樹脂の重合体の膜厚を（ｂ−ａ）／２、第２感光性樹脂
の重合体の膜厚をａとすることにより、光ファイバを支
持体上に置くことにより当該先導波路のコア部と光ファ
イバのコアの光軸を一致させることができる０例を挙げ
て説明すれば、光７　ｙ　イハ：６＜５１１０／１２５
　、ＧＩ５０／１２５又は５１２００／２５０である時
、当該光導波路のクラッド部の膜厚を夫々５７．５μｍ
、３７．５μ−又は２５μｍとし、コア部の膜厚を夫々
１０μ麟、５０μ請又は２００μ■とすることにより、
支持体上に置いた光ファイバと光軸を一致させることが
できる。この様子は第２図に示した。なお第１図は、本
発明の２層型光導波路の断面図を示す０図において、１
は支持体、２はクラ７ド、３はコア、４は光ファイバの
クラッド、５は光ファイバのコアを示す。

光ファイバと当該光導波路の接続において、伝送される
光が、光ファイバから光導波路への方向のみである場合
は、接続効率を向上させる目的で光導波路のコア部の膜
厚を光ファイバのコア径よりも大きくすることも可能で
ある。又、逆に、伝送が光導波路から光ファイバへの方
向のみである場合は、先導波路のコア部の膜厚を光ファ
イバのコア径よりも小さくすることにより接続効率の向
上が図られる。

本発明における２層型光導波路のパターンは種々な形状
が可能である。パターンの形状の例を挙げれば、直線、
Ｌ字形、Ｓ字形、０字型、丁字形、７字形、Ｘ字形及び
これらの組合せがあるが、これらに限定されるものでは
ない。

本発明の２層型光導波路と光ファイバの端面接続におい
て、両者の間の空気層による端面反射による接続損失を
低減させる目的で、マツチング液を使用する方法を採る
のも好ましい。

〔実施例〕

以下に実施例を示す。

実施例１ポリメチルメタクリレート６０重量部、２官能アクリレ
−）ＯＸ−２２０（日本化薬■製）４０重量部及び光開
始剤ジメトキシフェニルアセトフェノン１重量部をＯ−
キシレン１１０！量部に加え混合し溶液とした。シラン
カフプリング剤で表面処理したガラス板（７０Ｘ７０Ｘ
　１ｍｍ）にスピンコード法で上記の溶液を塗布し、７
０℃で１０分間加熱乾燥し、厚み３７．５μｍの第１感
光性樹脂の塗膜を得た０次にポリスチレン５０重量部、
臭素化物（２）５０重量部及び光開始剤ジメトキシフェ
ニルアセトフェノン２重量部をＯ−キシレン１１０重量
部に加え混合して溶液とした。この溶液を第１感光性樹
脂の塗膜上にスピンコードし、７０℃で１５分間加熱乾
燥し厚み５０ＩＪＩ１１の第２感光性樹脂の塗膜を得た
。

直線パターンを有するフォトマスクを介して高圧水銀ラ
ンプから紫外線を７００＋ｗＪ／ａａ照射し、７０℃で
１０分間加熱した後、１．１．１−　）リクロロエタン
で現像し、幅１００μｍ、長さ５ｃ■の２層型光導波路
を得た。

１１ｅ−Ｎｅレーザ光を上記の光導波路の端面から入射
し、光伝搬損失を測定したところ、０．２　ｄＢ／ｃ−
の良好な値を示した。更に、石英光ファイバｃｔｓ。

／１２５をガラス板上に置くことにより、光導波路と突
き合わせ接続し、端面接続部にマツチング液を注入した
。波長０．８５　ｐ−の半導体レーザ光を光フアイバ側
から入射し、接続損失を測定したところ、１４Ｂであっ
た。

実施例２ポリメチルメタクリレート５０重量部、２官能アクリレ
ート＾−４００（新中村化学工業■製）５０重量部及び
光開始剤ベンゾインイソブチルエーテル１重量部をメチ
ルエチルケトン１００重量部に加え混合し溶液とした。

アクリル板（７０Ｘ７０Ｘ１−一）にバーコード法で上
記の溶液を塗布し、７０℃で１０分間加熱乾燥し、厚み
２５μ園の第１感光性樹脂の塗膜を得た０次にポリスチ
レン３０重量部、臭素化物（１）７０重量部及び光開始
剤ベンゾインイソブチルエーテル２重量部を０−キシレ
ン１１０重量部に加え混・合し溶液とした。この溶液を
第１感光性樹脂の塗膜上にバーコードし、７０℃で３０
分間加熱乾燥し、厚み２００μ−の第２感光性樹脂の塗
膜を得た。

Ｙ字形パターンを有するフォトマスクを介して高圧水銀
ランプから紫外線を１０１００Ｏ／ａｉ照射し、７０℃
で２０分間加熱した後、メチルエチルケトンで現像し、
幅２００μｍ、長さ５ｃ−の７字型の２層型光導波路を
得た。

多成分ガラス光ファイバ５Ｉ２００／２５Ｇをアクリル
板上に置くことより、先導波路と端面同士を突き合わせ
て接続し、接続部にマツチング液を注入した。波長０．
８５μ■の半導体レーザ光を光フアイバ側から入射し、
光伝搬損失及び分岐損失を測定したところ、夫々０．３
ｄＢ／ｃ■及び３ｄＢ（分岐角１．６°）であった。

実施例３〜９第１表に示した第１感光性樹脂及び第２感光性樹脂を用
いて膜厚が夫々５０μ■、５０μ讃、幅１００μｍ、長
さ５ｃｍの２層型光導波路をアクリル板上に形成し、端
面からＨｅ−Ｎｅレーザ光を入射し、光転ｉｌｌ損失を
測定した。結果は第１表に示した。

第１表〔発明の効果〕本発明の光導波路は、光ファイバとの接続が簡便である
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の２１ｉｉ型光導波路の断面図、第２
図は、本発明の２Ｆｉ型先導波路と光ファイバを端面接
続させた例の断面図である。１・・・支持体２・・・第１感光性樹脂の重合体（クラッド部）３・・
・第２感光性樹脂の重合体（コア部）４・・・光ファイ
バのクラッド５・・・光ファイバのコア特許出願人　　旭化成工業株式会社代　理　人　　弁理士　　星野　透

Claims

【特許請求の範囲】

（１）支持体上に、第１感光性樹脂の重合体及びその上
に第２感光性樹脂の重合体が積層されており、後者の屈
折率が前者の屈折率よりも高いことを特徴とする２層型
光導波路。（２）支持体上に、第１感光性樹脂及び該第
１感光性樹脂の重合体より屈折率の高い重合体となる第
２感光性樹脂を表記の順に積層した後、両者の感光性樹
脂に対して同時にフォトリソグラフ法を施すことにより
賦形することを特徴とする２層型光導波路の製造方法。