JPH03221905A - プラスチック光導波路、その製法およびそれを用いた光部品 - Google Patents

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、光通信等に用いる光分岐器、光分波器、光方
向性結合器、光スィッチおよび光ロータリージョイント
等の光部品を構成するプラスチック光導波路およびその
製法に関するものである。

［従来の技術］ 従来、非軸対称３次元構造を有するプラスチック光導波
路としては、例えば光分岐器の場合、下記のような技術
が知られている。

（１）あらかじめ製造された軸対称構造のプラスチック
ファイバを複数本束ねて溶融延伸加工によりミキシング
部を製造する方法。

（２）あらかじめ製造された軸対称構造のプラスチック
ファイバ複数本の湖面を所要形状の鏡面に加工し、これ
らの面をつなぎあわせてミキシング部を製造する方法。

（実開昭６１−１７１０１０号公報） （３）金型のキャビティ部にコア樹脂を注型してコアを
製造し、コア表面にクラッドを被覆形成する方法。

（特開昭６０−２９７１０号公報） （４）所望の導波路構造を多数の２次元平面の積み重ね
に離散化し、各平面の構造に基づくポジまたはネガのフ
ォトマスクを用いて順次光硬化性樹脂を硬化させて２次
元構造を積上げることにより、３次元構造を得る方法。

（特開昭６０−１９１２０６号公報） しかし、これら従来の方法では、近年要求されている複
雑な３次元コア構造を有する低損失の光導波路を精度よ
くかつ安価に実現する事は困難であり、以下のような問
題を有する。

例えば、（１）および（２）の方法では、分岐数の増加
にともなって加工性が著しく低下し且つ過剰損失の低減
が困難となって量産に適さない。また、（３）の方法で
は、製造途中でコア表面が露出される為、コア表面が汚
染され易く光学特性の管理が難しい上に、自重でコアの
３次元構造が変形する為、複雑な分岐器、導波路が構威
しにくく、更に、光学特性上重要なコア／クラッド界面
の粗さを決めるコア注型用金型のキャビティーの凹型内
面パターンの面粗さは管理が極めて難しい。（４）の方
法では、２次元平面構造の光導波路の製造には適してい
るが、３次元構造導波路への適用は難しい一 上、光ファイバへのインタフェース部の設計が難しい。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は、これらの問題点を一挙に解決し、任意の複雑
な３次元コア構造を有する低損失の光導波路を精度よく
かつ安価に提供する事を目的どするものである。

［課題を解決するための手段１ 本発明の目的は、中空部または溝を有するプラスチック
製クラッドブロックを金型加工により形成した後に、光
透過性樹脂をクラッドブロックの中空部または溝により
形成される中空部に注型し硬化あるいは重合させてプラ
スチック製コアを形成することから成るプラスチック光
導波路の製法によって達成される。

本発明は、コア外形に基づいて設計された内金型および
クラッド外形に基づいて設計された外金型を組合わせて
設けられる金型キャビティーの中空部に、光透過性樹脂
を注型し硬化あるいは重合させて、プラスチック製クラ
ッドブロックを形成−４＝ し、次いで内金型を抜いた後にできるクラッドブロック
中空部に硬化あるいは重合後の比屈折率がクラッドブロ
ックの比屈折率より高い光透過性樹脂を注型し硬化ある
いは重合させて、プラスチック製コアを形成することか
ら成るプラスチック光導波路の製法を提供する。

本発明により導波路を製造するには、先ず、所望のコア
外形に基づいて設計・精密加工された内金型と、所望の
クラッド外形に基づいて設計・加工された外金型を組合
わせて金型キャビティーを構成し、この金型キャビティ
ーの中空部に、クラッドとなる光透過性樹脂を注型し、
硬化あるいは重合して所望のコア形状の中空部を持つク
ラッドブロックを成型する。その後、該中空部に、コア
樹脂を注入し、硬化あるいは重合してコアを形成する。

このプロセスによれば光学特性上重要なコアの外形形状
や表面精度は内金型の構造と表面粗さにより決まる為、
公知の精密金型技術を生かして自由な３次元コア形状を
有する導波路を精度良く量産加工することが可能である
。内金型は凸構造である為に金型表面の品質管理が容易
であり、クラッド厚は外金型の設計次第で自由に設定で
きる為、クラッド自身に形状維持に必要な強度を与える
事が可能で自重による変形の問題は無い。また、コア／
クラッド界面がクラッドブロックの内側にある為コア材
を注入するまでの間に汚染されにくく品質管理が容易で
ある。

コアおよびクラッドに用いる樹脂は、クラッドの屈折率
がコアの屈折率を下回るという条件を満たしている必要
がある。クラッドに使用する樹脂は、フルオロ基または
シラノール基のいずれかを有する光透過性樹脂であるこ
とが好ましい。加工性、生産性の点から、コアまたはク
ラッド樹脂の少なくとも一方は光硬化型樹脂であること
が望ましい。

コアの硬化または重合過程あるいは後処理によって、コ
アの光透過性樹脂の少なくとも一部と、クラッドブロッ
クの光透過性樹脂の少なくとも一部は、コア／ブロック
界面で溶融、拡散することにより、第２の非晶質クラッ
ド層を形成することが一 好ましい。第２の非晶質クラッド層の厚さは、好ましく
は０．５〜２０μｍである。第２の非晶質クラッド層を
形成する場合において、次のような材料系のコア／クラ
ッドの組合せを使用することが好ましい：ポリメチルメ
タクリレート／ポリフッ化（メタ）アクリレート、ポリ
メチルメタクリレート／ポリフッ化ビニリデン、ポリメ
チルメタクリレート／フルオロエチレンプロピレン共重
合体、ポリフッ化（メタ）アクリレート／フルオロエチ
１／ンプロピレン共重合体、ポリメチルメタクリレート
／ポリシロキサン。

また、コアの硬化または重合過程あるいは後処理によっ
て、コアの光透過性樹脂とクラッドブロックの光透過性
樹脂が化学的な結合を形成してもよい。化学結合を形成
する基の組合せとしては、例えば、エポキシ基とアリル
基、（メタ）アクリロイル基と（メタ）アクリロイル基
、シラノール基どシラノール基が挙げられる。コアとク
ラッドが化学結合を形成する場合において、次のような
材料系のコア／クラッドの組合せを使用することが好ま
しい：ポリメチルメタクリレート／ポリフッ化（メタ）
アクリレート、ポリエポキシ（メタ）アクリレート／ポ
リフッ化エポキシ（メタ）アクリレート、ポリエポキシ
（メタ）アクリレート／ポリメチルメタクリレート、ポ
リエポキシ（メタ）アクリレ−Ｉ・／ポリフッ化（メタ
）アクリレート、エポキシ樹脂／ポリメチルメタクリレ
ート、エポキシ樹脂／ポリフッ化（メタ）アクリレート
、不飽和ポリエステル／ポリメチルメタクリレート、不
飽和ポリエステル／ポリフッ化（メタ）アクリレート。

コア材に加工性、生産性にすぐれる硬化速度の速い樹脂
系を選択した場合に見られる硬化収縮によるコア／クラ
ッドブロック界面剥離を生じさせる残留応力を小さくす
ることができる。したがって長期的な温湿度ストレス及
び外部からの機械的スト１／スを与える耐久試験におい
て光導波路の構造不整が防がれ、光学特性を維持するこ
とができる。

本発明の光導波路は、光分岐器、光分波器、光方向性結
合器、光スィッチおよび光ロータリ−ジヨイント等の光
部品において使用できる。

添付図面を参照して、本発明を具体的に説明する。

第１図は、光分岐器において使用する光導波路を形成す
るために使用する内金型の１つの態様を示す斜視図であ
る。

第２図は、内金型および外金型により形成される金型キ
ャビティーを示す断面図である。第１図に示す内金型１
と、外金型２によって形成される金型キャビティー３に
光透過性樹脂を注入、硬化させてクラッドブロックを形
成する。

第３図は、クラッドブロックの１つの態様を示す斜視図
である。このクラッドブロックは、第２図に示す金型に
よって形成されている。内金型により形成された中空部
分が存在し、この中空部分に光透過性樹脂を注入してコ
アを形成する。

第４図は、光分岐器の１つの態様を示す斜視図である。

１対のクラッドブロック４が第３図の面Ａどうしで嵌め
合わされている。コア樹脂がクラッドブロック４の中に
注入されており、先導波路のコア５を形成している。コ
ア、クラッドおよび被覆から成るプラスチッククラッド
ファイバ心線６が光導波路に挿入されている。７は、コ
アおよびクラッドのみから成るプラスチッククラッドフ
ァイバ素線である。

第５図は、多心光ロータリ−ジヨイントにおいて使用す
るプラスチック光導波路を形成するために使用する内金
型を示す図である。（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図、
（ｃ）は平面図である。

第６図は、多心光ロータリ−ジヨイントにおいて使用す
る光導波路の断面図である。この光導波路は、第５図の
内金型を使用して製造されており、クラッドブロックｌ
ｌおよびコア１２から戊る。

第７図は、多心光ロータリ−ジヨイントを示す図である
。（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。

ロータリージヨイントは、２つの光導波路２１゜ベアリ
ング２２および光コネクタ２３を有する。

２つの光導波路２１は、１対の第６図のものであり、面
Ａどうしであわされている。２つの光導波路２１は、そ
れぞれ回転側および固定側に固定さ１１ れており、面Ａの位置で相対的に回転する。

第８図は、光分岐器において使用するクラッドブロック
の別の態様を示す図である。（ａ）は平面図、（ｂ）は
正面図である。このクラッドブロックには、コアの形成
のために使用する溝３１が形成されている。

第９図は、光分岐器において使用する光導波路の別の態
様を示す斜視図である。この光導波路は、４つの第８図
のクラッドブロックを、面ＡおよびＢで嵌め合わせた後
１．溝３１によって形成される中空部分にコア樹脂を注
入することによって製造されている。

実施例１ サンプルａ クラッドブロック材料として完全硬化後の比屈折率ｎｄ
”＝１．４０、透光性実測値約２８００ｄＢ／ｋｍ（８
１０ｎｍ）のエポキシ基およびアミン基含有熱硬化型弗
化アクリレート樹脂組成物を粘度約２０００　ｃｐｓに
調整し、第２図の金型のキャビティ一部に注型し、ゲル
公約７５％に半硬化・重合し１？ て一対の第３図のクラッドブロックを得た。コア材料と
して完全硬化後の比屈折率ｎｄ２５−１．４７、透光性
実測値約１２００ｄＢ／ｋｍ（８１０ｎｍ）のエポキシ
基およびシラノール基含有光硬化型弗化アクリレート樹
脂組成物を粘度約５００　ｃｐｓに調整し、先に得たク
ラッドブロック対を第３図の面Ａどうしで完全に嵌めあ
わせて得たクラッドブロック体の中空部に気泡・空隙無
く加圧注型した。さらに、ファイバ挿入孔計８カ所に、
先端の被覆を除去しコア／クラッド先端をカットシて鏡
面を得たコア径２００μｍ１クラツド径２３０μｍ１被
覆径５００μｍ、ＮＡｏ、４０のプラスチッククラッド
石英コア光フアイバ８心の端部をそれぞれ気泡無く挿入
した。治具によりファイバを仮固定した上で紫外線をク
ラッドブロック体に照射し、コア樹脂を硬化・重合させ
て、第４図に示す構造のファイバピグテール型の４：４
の光分岐器を得た（サンプルａ）。この光分岐器のクラ
ッドブロック体のコアとの界面近傍の樹脂試料のゲル分
を再度測定したところ、約８９％に増加していた。

サンプルｂ サンプルａと同じファイバピグテール型の４：４の光分
岐器を同様にして試作し、さらにクラッドブロック体を
加熱して再硬化を行った（サンプルｂ）。クラッドブロ
ック体のコアとの界面近傍の樹脂のゲル分を再度測定し
たところ、約９７％に増加していた。

サンプルａおよびｂについて光分岐器としての過剰損失
特性を測定した。初期特性、８５°０９５％ｒｈＸ１０
００時間高温高湿劣化後の特性、および−４０°Ｃ（３
０分）／１２５°Ｇ！（３０分）温度衝撃試験１００サ
イクル後の特性を第１表に示す。

第１表 実施例２ クラッドブロック材料として完全硬化後の比屈折率ｎｄ
”＝　１．４１、透光性実測値約３２００ｄＢ／ｋｍ（
８１０ｎｍ）の熱硬化性アクリル基および光硬化性エポ
キシ基含有弗化ウレタンアクリレート樹脂組成物を粘度
約５００　ｃｐｓに調整し、紫外光に対し暗室の環境下
で第５図の内金型を用いて構成される金型のキャビティ
一部に注型し、熱硬化・重合して一対の第６図のクラッ
ドブロックを得た。

コア材料として完全硬化後の比屈折率ｎ、２５＝　１゜
４７、透光性実測値１２００ｄＢ／ｋｍ（８１０ｎｍ）
のエポキシ基およびシラノール基含有光硬化型弗化アク
リレート樹脂組成物を粘度約５００ｃｐｓに調整し、先
に得たタララドブロック対各々の中空部に気泡・空隙無
く加圧注型した。紫外線を照射してコア樹脂ならびにク
ラッドブロック樹脂を硬化・重合させた。さらに、第６
図の面Ａおよび面Ｂをラッピングフィルムにより鏡面研
磨し、得られた光導波路ｌ対および市販のベアリングを
用いて第７図に示す構造の多心光ロータリ−ジヨイント
を組立て試作した。この多心光ロータリ−ジヨイント試
作品の挿入損失、３６０°回転による損５ 失変動半幅、１０７回転試験に於ける最大挿入損失の変
動は、それぞれ、１．２〜１．９ｄＢ、約１ｄＢ、０．
５ｄＢ以下であり、実用上十分な性能を得た。

実施例３ タララドブロック材料として比屈折率ｎ、２６−１゜４
１透光性実測値約５０００ｄＢ／ｋｍ（６５５ｎｍ）の
熱可塑性ポリ弗化ビニリデン系樹脂を用い、金型のキャ
ビティ一部にインジェクション注型して第８図のクラッ
ドブロックを得た。コア材料として比屈折率ｎｄ２Ｓ−
１，４９、透光性実測値約３２０ｄＢ／ｋｍ（６５５ｎ
ｍ）の熱可塑性ポリメチルメタクリレート系樹脂を用い
、クラッドブロック２対を第８図の面Ａ、Ｂどうしで完
全に嵌めあわせて得たクラッドブロック体の中空部に気
密系でホットメルト注型した。加熱してコア／クラッド
ブロック界面の樹脂を溶融・拡散させて平均約２μ和厚
の非晶質拡散領域を得た。第９図に示す構造の光導波路
を得た。この光導波路から、コネクタインタフェース型
の８＝８の光分岐器を得た。この光分岐器について過剰
損失特性を測定した。初期特性、８５°０９５％ｒｈＸ
　１０００時間高温高湿劣化後の特性、および−４０°
Ｃ（３０分）／１２５°０（３０分）温度衝撃試験１０
０サイクル後の特性を第２表に示す。

第２表 ［発明の効果］ 本発明によれば、任意の複雑な３次元コア構造を有する
光導波路、及びこれを用いた光部品を、精度良くかつ安
価に提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、光分岐器において使用する光導波路を形成す
るために使用する内金型の１つの態様を示す斜視図であ
る。 第２図は、内金型および外金型により形成される金型キ
ャビティーを示す断面図である。 第３図は、クラッドブロックの１つの態様を示す斜視図
である。 第４図は、光分岐器の１つの態様を示す斜視図である。 第５図は、多心光ロータリ−ジヨイントにおいて使用す
るプラスチック光導波路を形成するために使用する内金
型を示す図である。 第６図は、多心光ロータリ−ジヨイントにおいて使用す
る光導波路の断面図である。 第７図は、多心光ロータリ−ジヨイントを示す図である
。 第８図は、光分岐器において使用するクラッドブロック
の別の態様を示す図である。 第９図は、光分岐器において使用する光導波路の別の態
様を示す斜視図である。 ｌ・・・内金型、２・・・外金型、３・・・キャビティ
ー４．１１・・・クラッドブロック、５．１２・・・コ
ア、２１・・・光導波路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、中空部または溝を有するプラスチック製クラッドブ
   ロックを金型加工により形成した後に、光透過性樹脂を
   クラッドブロックの中空部または溝により形成される中
   空部に注型し硬化あるいは重合させてプラスチック製コ
   アを形成することから成るプラスチック光導波路の製法
   。 ２、コア外形に基づいて設計された内金型およびクラッ
   ド外形に基づいて設計された外金型を組合わせて設けら
   れる金型キャビティーの中空部に、光透過性樹脂を注型
   し硬化あるいは重合させて、プラスチック製クラッドブ
   ロックを形成し、次いで内金型を抜いた後にできるクラ
   ッドブロック中空部に硬化あるいは重合後の比屈折率が
   クラッドブロックの比屈折率より高い光透過性樹脂を注
   型し硬化あるいは重合させて、プラスチック製コアを形
   成することから成るプラスチック光導波路の製法。 ３、コアとクラッドの界面において、コアを形成する光
   透過性樹脂とクラッドブロックを形成する樹脂を溶融、
   拡散させることにより当該界面にコアより比屈折率の小
   さい非晶質薄膜クラッド層を形成する請求項１または２
   記載のプラスチック光導波路の製法。 ４、コアとクラッドブロックの界面において、コア樹脂
   とクラッド樹脂の間に化学結合を形成する請求項１また
   は２記載のプラスチック光導波路の製法。 ５、請求項１〜４のいずれかに記載の製法により製造さ
   れたプラスチック光導波路。 ６、請求項５記載のプラスチック光導波路を単数あるい
   は複数用いて形成される光部品。