JPH0618739A - 導波路の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 微細で伝送帯域が広い屈折率分布型の導波路
を自由な形状で屈曲体等の上にも容易に形成でき、また
画一パターンの導波路も安定に形成できて量産性に優れ
る屈折率分布型の導波路の製造方法を得ること。 【構成】 感光性の屈折率調節剤を含有する透明基材
（１）に、光強度分布を有するレーザー光を所定のパタ
ーンで照射して前記屈折率調節剤を透明基材中に定着さ
せる導波路（２）の製造方法。 【効果】 屈折率分布を微妙に制御した狭幅の導波路が
得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、路幅の微細性や伝送帯
域の広さ、量産性に優れる屈折率分布型の導波路の製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】屈折率分布型の導波路は、ＳＩ型のもの
に比べ伝送帯域が広くて大容量の情報を伝送できる利点
を有している。従来、かかる屈折率分布型の導波路の製
造方法としては、屈折率調節剤を含有させた透明基材を
透過率分布型の光マスクを介し露光処理する方法が知ら
れていた。

【０００３】しかしながら、光マスクにおける透過率分
布を狭い範囲で変化させることが困難なため微細な屈折
率分布型の導波路を形成することができず、伝送帯域を
広げることが困難な問題点があった。また光マスクのパ
ターンによって導波路の形状が決定されるため自由な導
波路形状を形成できず、光マスクの追従性などから屈曲
体上に導波路を形成できないなどの問題点もあった。

【０００４】低屈折率の物質中に形成した高屈折率の導
波路中にその周囲より不純物を拡散させて屈折率分布を
もたせる方法も提案されているが、屈折率分布の制御が
困難でロット間のバラツキが大きく工程が複雑で量産性
に乏しい問題点があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、微細で伝送
帯域が広い屈折率分布型の導波路を自由な形状で屈曲体
等の上にも容易に形成でき、また画一パターンの導波路
も安定に形成できて量産性に優れる屈折率分布型の導波
路の製造方法の開発を課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、感光性の屈折
率調節剤を含有する透明基材に、光強度分布を有するレ
ーザー光を所定のパターンで照射して前記屈折率調節剤
を透明基材中に定着させることを特徴とする導波路の製
造方法を提供するものである。

【０００７】

【作用】光強度分布を有するレーザー光を照射して透明
基材中の感光性の屈折率調節剤を定着処理することによ
り、レーザー光の強度分布に基づいて屈折率調節剤の定
着量に部分的な相違を持たせることができ、これにより
屈折率分布を形成することができる。その場合、レーザ
ー光の強度分布はガウス分布を示すことからそれに基づ
いて屈折率が幅方向に滑らかに変化する導波路領域を形
成することができる。

【０００８】前記において屈折率の分布状態は、レーザ
ー光の照射量や走査で任意に制御でき、その照射量は照
射時間、レーザー光のビーム位置、照射スポットの大き
さなどにより調節することができる。また、導波路の幅
方向に屈折率が増大するものとするか減少するものとす
るかは、用いる屈折率調節剤の選択により、すなわち透
明基材の屈折率を低下させるものを用いるか増大させる
ものを用いるかにより制御することができる。

【０００９】従って上記の方法により、透明基材にレー
ザー光を走査させながら照射して任意な形状の導波路パ
ターンを効率よく形成できて量産性に優れると共に大面
積板の製造も容易であり、屈曲体にも容易に導波路を形
成することができる。また画一的な導波路パターンを安
定して形成することも容易で、分岐導波路や導波路アレ
イも精度よく高密度に配置でき、微細パターンの形成も
容易である。

【００１０】

【実施例】本発明の製造方法は、感光性の屈折率調節剤
を含有する透明基材に、光強度分布を有するレーザー光
を照射して前記屈折率調節剤を透明基材中に定着させる
ものであり、そのレーザー光の照射パターンの制御で図
１に例示の如き単導波路や図２に例示の如き導波路アレ
イなどを適宜に形成するものである。なお図中の１が透
明基材、２が形成した導波路部である。

【００１１】感光性の屈折率調節剤を含有する透明基材
は、例えばモノマー、オリゴマー、樹脂、ガラス、その
他の無機物などからなる適宜な材料を少なくとも１種類
の光反応性物質を含有する組合せで用いて、レーザー光
の照射によりその光反応性物質からなる屈折率調節剤が
定着して、導波路として使用する場合の波長光に対して
透明性を示すものが形成されるようにしたものであれば
よい。

【００１２】一般に用いられる感光性屈折率調節剤含有
の透明基材としては、ポリマーやガラス、無機結晶、そ
れらの複合物などからなる母材中に、光重合性モノマー
ないし光重合性の異なる２種以上のモノマーや感光性ガ
ラス等からなる屈折率調節剤を含有させたものなどがあ
げられる。透明基材には必要に応じて光反応開始剤や光
増感剤なども含有させられる。

【００１３】なお透明基材としては、導波路として使用
する場合の波長光に対して透明性を示す適宜なものを用
いうるが、かかる基材はレーザー光を照射する段階で固
体である必要はなく、レーザー光照射後の加熱処理や露
光処理等の適宜な処理で固体化しうるものであってもよ
い。その場合、レーザー光の照射時には透明基材用の適
宜な支持材を用いてよいが、滑らかな表面を有するもの
が好ましい。従って透明基材は、三次元曲面を有するな
ど平面状態にある必要はない。また偏光能を有する透明
基材を用いて偏光型導波路ないし導波路型偏光素子を形
成することもできる。透明基材の厚さは、目的とする導
波路に応じて適宜に決定してよく、一般には１０μm〜
１０mmとされる。

【００１４】また屈折率調節剤として例示した前記の光
重合性モノマーや感光性ガラスは、レーザー光の照射で
モノマー同士や母材を介し、重合、硬化、付加、化合な
どして定着するものであるが、本発明においてはその定
着の種類については特に限定はなく、基材より容易に分
離しない状態にあればよい。また必要に応じて現像処
理、加熱処理、前露光処理、後露光処理、溶剤処理など
により定着状態を補強することもできる。

【００１５】従って感光性の屈折率調節剤としては、レ
ーザー光の照射でその照射強度に応じた例えば重合度や
重合率、硬化度や架橋度、付加率などの変化（分布）に
より異なる屈折率状態を形成する適宜なものを用いう
る。

【００１６】前記の如く本発明において、導波路におけ
る屈折率の変化（分布）は、屈折率調節剤の定着量変化
により付与するものであるが、その付与は光強度分布を
有するレーザー光の照射により行う。

【００１７】レーザー光の照射には、屈折率調節剤やそ
の他の例えば光重合開始剤、光増感剤などの光反応性材
料の反応波長に応じ適宜なレーザー発振器を用いうる。
好ましくは、円形状のビーム断面を形成できて、光の強
度分布として０次又は１次のガウス分布を示すものであ
る。好ましいレーザー光の照射波長は、２００〜６５０
nmであり、従って紫外線レーザーなどが好ましく用いう
る。

【００１８】一般に用いられるレーザー発振器の例とし
ては、エキシマレーザー、アルゴンレーザー、ヘリウム
・カドミウムレーザーなどの比較的短波長のレーザー光
を発振するものがあげられる。光重合開始剤や光増感剤
の組合せによってはヘリウム・ネオンレーザー等の長波
長レーザーなども用いうる。またＹＡＧレーザー等の長
波長レーザーを例えば三次高調波等に波長変換して用い
ることもできる。

【００１９】図３にレーザー発振器を配置した製造装置
を例示した。これは、レーザー発振部３と、シャッター
４と、レンズ、鏡、フィルター等からなる集光部５と、
ミラー等からなる走査用光学系６よりなる。

【００２０】透明基材１へのレーザー光（矢印）の照射
は、レーザー発振部３より発振させたレーザー光を集光
部５を介し集光して照射スポットの大きさを調節し、そ
れを走査用光学系６を介し透明基材側に反射させること
により行うことができる。レーザー光の走査は、走査用
光学系６の角度を制御して反射方向を代えることにより
行うことができる。またレーザー発振部３より発振させ
たレーザー光の集光部５への通過制御は、シャッター４
を介して行うことができ、かかるシャッターは集光部や
走査用光学系と連動させて制御することが好ましい。そ
の制御は、パーソナルコンピューター程度の装置で容易
に行うことができる。

【００２１】形成する導波路領域の制御は、例えばレー
ザー光の走査の経路や速度、照射時間や強度、ビーム位
置や照射スポットの大きさ、フィルターや透過率分布型
光学マスクによる減光等の強度制御などにより行うこと
ができる。本発明においては走査経路に応じて任意な形
状の導波路領域を形成することができる。その場合、照
射スポットの大きさは任意で目的とする導波路幅等によ
り決定しうるが通例、０．０１〜２００mm程度とされ
る。

【００２２】前記の如く導波路は、走査経路に応じて形
成されるがその場合、導波路の幅方向にレーザー光のガ
ウス分布に基づいて屈折率が滑らかに変化する領域が形
成され、これにより屈折率分型の導波路が形成される。
その導波路幅の制御は、レーザー光の集光度や走査速度
等で調節でき、レーザー光中心の両側に屈折率が滑らか
に変化する部分が形成される。従って走査経路のクロス
ないし重畳で、その重畳部分に他の走査部分とは異なる
屈折率状態の部分を形成することができる。

【００２３】形成する導波路の形状は、例えば単路や複
路（アレイ化）、分岐路、それらの複合路など任意であ
る。導波路の長さや幅、厚さ、屈折率、曲折の有無など
も任意で、表面形状も例えば平面状、凸状、凹状、それ
らの組合せなど任意である。また導波路をアレイ化する
場合にあっても、その導波路の形状や配置状態、配置個
数は任意であり、相違する導波路の組合せとすることも
できる。さらに導波路は、三次元曲面などに沿って形成
されていてもよく、平面上に形成されている必要はな
い。なお単路やアレイ路等として形成される一般的な導
波路幅は、０．０１〜２００mm程度であり、分岐点や曲
折部では伝送効率が低下しないよう適宜な幅に調節する
ことができる。

【００２４】導波路の幅方向における屈折率の分布状態
は使用目的等に応じて適宜に決定できる。平面状の導波
路の場合には伝送の点より通常、導波路中心を極大とす
る二次曲線分布が好ましい。導波路における屈折率の大
きさやその分布における屈折率差は、導波路の曲折の有
無等の形状などにより適宜に決定することができる。

【００２５】レーザー光の照射による屈折率調節剤の定
着処理を終えると、上記した必要に応じての例えば現像
処理、加熱処理、露光処理、溶剤処理などの一つとし
て、透明基材中に残存する未定着の屈折率調節剤の除去
処理が施される。かかる除去処理は、溶剤による抽出処
理や加熱による揮発化処理など、含有の屈折率調節剤に
応じた適宜な方式で行うことができる。

【００２６】形成された導波路は、導波路型偏光素子等
の光学素材や光通信素材などの種々の目的に用いること
ができる。その実用に際しては必要に応じて、導波路の
片面又は両面に保護や支持、伝送効率の向上等を目的と
した適宜な封止層を設けることができる。

【００２７】実施例１ 溶液重合して得たポリメチルアクリレート１０部（重量
部、以下同じ）とトリブロモフェノキシエチルアクリレ
ート（屈折率１．５６）１０部を酢酸エチル２０部を用
いて光重合開始剤（イルガキュア６５１、チバガイギー
社製、以下同じ）０．１部と共に混合し、それを通常の
キャスト方式にて展開して厚さ５０μmのフィルムを形
成し、それにヘリウム・カドミウムレーザーを５０μm
のスポット径で走査（１０mm／秒）させながら照射した
のち、メタノール中に浸漬して未反応のトリブロモフェ
ノキシエチルアクリレートを抽出除去し、屈折率分布型
の導波路を得た。

【００２８】実施例２ 実施例１に準じてレーザー光を１０mmの間隔で平行に走
査して２本の屈折率分布型の導波路を形成して導波路ア
レイを得た。

【００２９】実施例３ 厚さ５０μmの二官能ウレタンアクリレート系硬化シー
ト（ユニディック１５−８２９、大日本インキ社製）
に、トリブロモフェノキシエチルアクリレート１０部と
光重合開始剤０．１部をクロロホルム１０部に溶解させ
た溶液を含浸させたのち、暗所にてクロロホルムを除去
し、そのシートに実施例１に準じレーザー光を照射して
屈折率分布型の導波路を得た。

【００３０】実施例４ 実施例３に準じてレーザー光を直線的に照射したのち、
半径５０mmでＵターン照射し、ついで直線的に照射して
Ｕターン形の屈折率分布型導波路を得た。

【００３１】比較例 実施例３に準じて得たトリブロモフェノキシエチルアク
リレート含浸シートに、幅１０μmの明部が１００μmピ
ッチから１５μmピッチの間隔（非露光部）でピッチ変
化させて形成された光学マスクを介して紫外線を照射
し、未反応のトリブロモフェノキシエチルアクリレート
を抽出除去して導波路を得た。

【００３２】評価試験 実施例、比較例で得た導波路についてその幅方向の屈折
率分布を微分干渉顕微鏡（カールツァイス・イエナ社
製）にて測定した。前記結果のうち、実施例１の場合を
図４に、比較例の場合を図５に示した。なお図では導波
路の中心を基準（０）とし、片側方向の変化を示してい
る。

【００３３】図４より、実施例１では導波路の幅は４９
μmで、幅方向に屈折率が連続的に変化していることが
わかる。一方、比較例では導波路の幅が１２５０μm
で、屈折率の変化が階段的であることがわかる。また、
導波路の伝送帯域を調べたところ、実施例１では２６０
ＭＨzであったが、比較例では４０ＭＨzであった。さら
に、導波路の一端よりヘリウム・ネオンレーザーを入射
させて他端より出射させ、その伝送損失を調べたところ
実施例１では１．７ｄＢ／cmであったが、比較例では
３．６ｄＢ／cmであった。

【００３４】一方、実施例２では各導波路が実施例１と
同じ２６０ＭＨz伝送帯域を示し、実施例３，４ではそ
れぞれ２７０ＭＨz又は２１０ＭＨzの伝送帯域を示し
た。また実施例３での伝送損失も実施例１と同じ１．７
ｄＢ／cmであった。なおレーザー光のスポット径を絞っ
て幅２０μmの導波路も形成することができた。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、微細で伝送帯域が広い
屈折率分布型の導波路を自由な形状で容易に形成できて
量産性に優れている。また画一パターンの導波路も安定
に形成できて、屈折率分布も微妙に制御でき、屈曲体か
らなる導波路も得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】導波路を例示した斜視説明図。

【図２】導波路アレイを例示した斜視説明図。

【図３】製造装置の説明図。

【図４】屈折率の分布状態を示したグラフ。

【図５】他の屈折率の分布状態を示したグラフ。

【符号の説明】

１：透明基材 ２：導波路部 ３：レーザー発振器 ４：シャッター ５：集光部 ６：走査用光学系

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 感光性の屈折率調節剤を含有する透明基
   材に、光強度分布を有するレーザー光を所定のパターン
   で照射して前記屈折率調節剤を透明基材中に定着させる
   ことを特徴とする導波路の製造方法。