JPH08327844A

JPH08327844A - 光導波路の作製方法

Info

Publication number: JPH08327844A
Application number: JP7130795A
Authority: JP
Inventors: Akira Tomaru; 暁都丸; Saburo Imamura; 三郎今村; Makoto Hikita; 真疋田; Norio Murata; 則夫村田
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1995-05-29
Filing date: 1995-05-29
Publication date: 1996-12-13

Abstract

(57)【要約】【目的】安価でしかも高性能な導波路型光素子、特に
単一モード用の光導波路の作製方法であって、他の光部
品と光結合する際、繁雑な位置合わせ等の作業が不要と
なるＶ溝等と一体化して作製され得る光導波路の作製方
法を提供することを目的とする。【構成】平坦な表面を有する第１および第２の基板同
士を対向させ、両基板間に配したクラッド原料を硬化さ
せて前記第２の基板の凸部に対応する溝部を有する下部
クラッドを前記第１の基板上に形成し、下部クラッドの
溝部内に硬化後の屈折率が前記下部クラッドの屈折率よ
りも大きいコア原料を配し、硬化させて前記下部クラッ
ドの溝内にコアを形成し、コアを覆うクラッド原料を硬
化させて上部クラッドを形成する工程とを含み、前記コ
ア原料および前記クラッド原料として、光または熱によ
り硬化しても、その硬化時の収縮率が４％以下と小さい
エポキシ環を有する材料を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光通信分野、光情報処
理分野において使用される光デバイスを構成する導波路
型光学素子等における光導波路の作製方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来より、この種の導波路型光学素子
は、材料としては石英ガラス、誘電体結晶ＬｉＮｂＯ₃
等を用い、その作製法としてはＬＳＩプロセスでよく用
いられるフォトリソグラフィ、ドライエッチングプロセ
スの組み合せにより微細加工を施し、高性能な導波路型
光素子を作製していた（例えば文献河内正夫Ｏｐｔ
ｉｃａｌａｎｄＱｕａｎｔｕｍＥｌｅｃｔｒｏｎ
ｉｃｓ２２巻３９１ページ（１９９０年））。

【０００３】しかし、このような方法では、製造プロセ
スが繁雑なこと、作製装置が高価なことから、大量生産
には適していないこと、あるいは安価に素子を作製でき
ないという欠点があった。

【０００４】また、素子を作製しても、その後、光ファ
イバ等の他の光部品との光結合に精密な調整が必要なた
め、大量生産には適していないという問題もある。

【０００５】一方、より安価な材料、高分子材料を用い
て導波路素子を作製することも行われているが（文献
今村他ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ２
７巻１３４２ページ（１９９１年））、ガラス導波路と
同様な導波路作製法では基板１枚ごとに同じパターニン
グ工程を繰り返す必要があることや、エッチング装置が
高価なこと等のため、材料的には安価であっても素子作
製ではガラス導波路と同様なコストがかかり安価とはな
らないという欠点がある。

【０００６】また、先の作製法と同様に素子を作製して
も、その後、光ファイバ等の他の光部品との光結合に精
密な調整が必要なため、大量生産には適していないとい
う問題もある。

【０００７】従来の作製法における欠点を解消する目的
で、金型の転写による射出成形等の大量生産に適した高
分子成形法により高分子導波路を作製する方法も提案さ
れている。この作製法によれば、従来よりもプロセスコ
ストを下げ、あるいは光結合の繁雑さを避けることは可
能である。しかし、数μｍオーダの加工精度が必要な単
一モード導波路の作製に上記作製法を適用する場合に
は、十分な光学特性を有する導波路が実現できない欠点
があった。これは主に成形時に用いる金型寸法と成形後
高分子（以下、高分子成形体という）の転写寸法が大き
く異なることに起因すると考えられる。

【０００８】また、この成形法によりＳｉ基板にＶ溝加
工を基にして作製した金型を用いて、光結合を容易にす
るＶ溝を高分子導波路と一体化して作製する方法も提案
されている。この作製法によれば、光ファイバとの結合
を簡便にして導波路素子に係るコストを下げることは可
能である。しかし、特に単一モード導波路と単一モード
光ファイバとの結合では数μｍオーダ以下の位置合わせ
精度が必要なため、十分に低い結合損失を有する導波路
は作製できない欠点があった。これも主に成形時に用い
る金型寸法と高分子成形体との転写寸法が大きく異なる
ことに起因すると考えられる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記欠点を解
決するためになされたもので、その目的とするところは
安価でしかも高性能な導波路型光素子、特に単一モード
用の光導波路の作製方法であって、他の光部品と光結合
する際、繁雑な位置合わせ等の作業が不要となるＶ溝等
と一体化して作製され得る光導波路の作製方法を提供す
ることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明において上記課題
を解決するための要因について簡単に説明する。

【００１１】（１）素子を作製する導波路作製プロセス
においては大規模な装置を用いず、大量生産に適した加
工法を用いること、（２）材料的にコストが低く、加工
が容易な高分子材料をクラッドとして用いること、
（３）コアとしては加工が容易でしかも光学的に低損失
な高分子材料を用いること、（４）導波路を作製する
際、光ファイバ等の他の光部品との位置合わせを考慮し
た金型を用い、作製後の光結合のための作業をできるだ
け簡略化すること等が挙げられる。

【００１２】本発明の光導波路では、安価な材料である
高分子材料を用い、大量生産に適した加工法である金型
のパターンを転写する成形加工により導波路を作製する
ことを基本としている。この際の問題は成形時に用いる
金型寸法と高分子成形体との転写寸法差が大きいという
点にある。これは例えば射出成形等では高分子を成形す
るのに高温下で非常に大きな圧力をかけ成形し、その後
室温まで冷却するといった方法をとっているため、ガラ
ス等に比較すると熱膨張係数が１桁以上大きな高分子材
料では成形時に用いる金型寸法と高分子成形体との転写
寸法差を小さくすることは困難であることが多い。

【００１３】そこで、上記目的を達成するために、請求
項１記載の発明は、平坦な表面を有する第１の基板と、
平坦な表面の一部に連続した凸部を有する第２の基板と
を用意し、該第２の基板の凸部を前記第１の基板側に向
けて前記第１および第２の基板同士を対向させ、両基板
間に光硬化性樹脂または熱硬化性樹脂よりなるクラッド
原料を配する工程と、前記クラッド原料に対し光照射ま
たは加熱を行い、該クラッド原料を硬化させて前記第２
の基板の凸部に対応する溝部を有する下部クラッドを前
記第１の基板上に形成する工程と、前記第２の基板を除
去する工程と、前記下部クラッドの溝部内に光硬化性樹
脂または熱硬化性樹脂よりなり、硬化後の屈折率が前記
下部クラッドの屈折率よりも大きいコア原料を配する工
程と、該コア原料に対し光照射または加熱を行い、該コ
ア原料を硬化させて前記下部クラッドの溝内にコアを形
成する工程と、硬化した前記コア原料の不要部を除去す
る工程と、前記コアを前記下部クラッドの原料と同一の
クラッド原料で覆う工程と、該クラッド原料に対し光照
射または加熱を行い、該クラッド原料を硬化させて上部
クラッドを形成する工程とを含む光導波路の作製方法に
おいて、前記コア原料および前記クラッド原料は、下記
式（１）〜（３）

【００１４】

【化１５】

【００１５】（式中のＺは

【００１６】

【化１６】

【００１７】であり、Ｍは

【００１８】

【化１７】

【００１９】または

【００２０】

【化１８】

【００２１】であり、ｎは０または任意の自然数であ
る。）、

【００２２】

【化１９】

【００２３】（式中のＹは

【００２４】

【化２０】

【００２５】

【化２１】

【００２６】

【化２２】

【００２７】

【化２３】

【００２８】または

【００２９】

【化２４】

【００３０】である。）、および

【００３１】

【化２５】

【００３２】（式中のＸは

【００３３】

【化２６】

【００３４】

【化２７】

【００３５】

【化２８】

【００３６】に示す化学構造を有する材料からなる群よ
り選択されたものであることを特徴とする。

【００３７】

【作用】本発明の光導波路の作製方法では、光あるいは
熱により硬化するタイプの高分子材料を用い、光照射に
より材料を硬化させて高分子化するため、成形後の高分
子体の寸法が高分子の熱膨張係数に依存せず、金型との
寸法差を小さくできる。また、材料に熱をかける場合で
もそれほど高温を必要としない材料を用いることによ
り、成形時に用いる金型寸法と成形後の高分子体の転写
寸法との差をできるだけ小さくすることができる。

【００３８】本発明の光導波路の作製方法において用い
られるコア原料およびクラッド原料は、上述の通り、光
あるいは熱により硬化するタイプの材料のうち、硬化時
の収縮率が４％以下と小さいエポキシ環を有する化学構
造を有する材料に限定されている。このような材料を用
いることにより、成形時に用いる金型寸法と成形後の高
分子体の転写寸法との差をかなり小さくすることが可能
となる。

【００３９】さらに、本発明では、金型に特殊の構造の
ものを用いることにより、導波路と光ファイバをのせる
ための溝（例えば、Ｖ溝）とを一体で作製できる。この
溝付の光導波路を用いれば、光導波路と溝に配された光
ファイバとの光結合を精度よく、簡便に行うことができ
る。

【００４０】また、本発明では、大きな圧力をかける必
要がないため、導波路を作製する際に、基板としてＳｉ
基板、ガラス基板等の種々の基板材料をも用いることが
できる。

【００４１】

【実施例】以下、具体例を挙げて本発明を詳細に説明す
る。

【００４２】（実施例１）図１の（ａ）〜（ｆ）を参照
して本発明の光導波路を作製する方法の一例を説明す
る。

【００４３】まず、（ａ）に示すように、基板１１を用
意し、この上にスピンコート法により下記式（２）また
は（３）に示す化学構造を有するエポキシ系ＵＶモノマ
（粘度１０００ｃｐ）を塗布し、塗布層１２を形成し
た。

【００４４】

【化２９】

【００４５】（式中のＹは

【００４６】

【化３０】

【００４７】である。）式（３）

【００４８】

【化３１】

【００４９】（式中のＸは

【００５０】

【化３２】

【００５１】である。）。

【００５２】一方、（ｂ）に示すように、幅１０μｍ、
高さ１０μｍ、長さ５０ｍｍの凸部１４ａを有するガラ
ス性の金型１４を用意し、これを（ｃ）に示すように塗
布層１２上に被せ、金型１４を介してＵＶ光源１５を用
いて露光し、塗布層１２を光硬化させ、目的の光導波路
の下部クラッド１３ａを得た（ｎ＝１．５１、波長１．
３１μｍ）。この際、塗布層１２を構成するＵＶ樹脂は
金型形状に沿って硬化し、金型１４の凸部１４ａに対応
した形状の溝（幅１０μｍ、深さ１０μｍ、長さ５０ｍ
ｍ）が形成される。

【００５３】次に、（ｄ）に示すように、コアとなるエ
ポキシ系ＵＶモノマ１６を溝内に流し込んだ。このモノ
マ１６と上記クラッド材料のモノマとは同様の組成物で
あるが、その配合比が異なるものである。

【００５４】次に、（ｅ）に示すように、紫外線照射に
より上記溝内のコア材料のモノマを光硬化させて、溝内
に幅１０μｍ、高さ１０μｍのコア（ｎ＝１．５２、波
長１．３１μｍ）１７を作製した。

【００５５】次に、（ｆ）に示すように、コア１７およ
び下部クラッド１３ａの上に、再びエポキシ系ＵＶモノ
マを塗布し、硬化させて上部クラッド１３ｂを形成して
導波路１８を作製した。ＬＤ光源（波長１．３１μｍ）
を用いて導波路損失を測定したところ、導波路損失は
０．３ｄＢ／ｃｍであった。

【００５６】本実施例においては、幅１０μｍ、高さ１
０μｍの凸部を有する金型を用いたが、幅１００μｍ、
高さ１００μｍの凸部を有する金型を用いて作製したと
ころ、幅１００μｍ、高さ１００μｍの大きさのコアを
含む光導波路を形成することができた。このコアを含む
光導波路についてＬＤ光源（０．８４μｍ）を用いて導
波路損失を測定したところ、導波路損失は０．１５ｄＢ
／ｃｍであった。

【００５７】（実施例２）図２の（ａ）〜（ｆ）を参照
して本発明の光導波路のうち、Ｖ溝付の導波路を作製す
る方法の一例を説明する。

【００５８】まず、（ａ）に示すように、基板２０を用
意し、この上に下記式（２）または（４）に示す化学構
造を有するエポキシ系ＵＶモノマを流し、塗布層２１を
形成した。

【００５９】

【化３３】

【００６０】（式中のＹは

【００６１】

【化３４】

【００６２】である。）

【００６３】

【化３５】

【００６４】一方、（ｂ）に示すようなガラス金型２２
を用意した。このガラス金型２２は、その下側に断面Ｖ
字形状の凸部２３（開き角６０度、高さ１５０μｍ、幅
１７０μｍ、長さ２０ｍｍ）と、この凸部２３に連続し
て形成された断面矩形状の凸部２４（高さ１０μｍ、幅
１０μｍ、長さ４０ｍｍ）を有するものである。

【００６５】次に、（ｃ）に示すように、金型２２を塗
布層２１上に被せ、ガラス金型２２を介してＵＶ光源２
５で露光し、塗布層２１を光硬化させ、下部クラッドと
しての硬化膜２６（ｎ＝１．４６、波長１．３１μｍ）
を形成した。この際、塗布層２１は金型形状に沿って硬
化し、ガラス金型２２の凸部２３に対応するＶ溝部（開
き角６０度、高さ１５０μｍ、長さ２０ｍｍ）２７、凸
部２４に対応する細溝部（深さ１０μｍ、幅１０μｍ、
長さ４０ｍｍ）２８が硬化膜２６の表面上に形成され
た。これらＶ溝部２７と細溝部２８とは連通して形成さ
れている。

【００６６】次に、（ｄ）に示すように、硬化膜２６上
の細溝部２８内に上記下部クラッドとしての硬化膜２６
と成分比の異なるエポキシ系ＵＶモノマ２９を流し込ん
だ後、紫外線照射によりモノマ２９を硬化させて、コア
としての硬化膜（ｎ＝１．４７、波長１．３１μｍ、幅
１０μｍ、高さ１０μｍ）３０を形成した。なお、上記
モノマ２９が細溝部２８からはみ出した場合には、その
余剰部分を例えばドライエッチング等により除去する必
要がある。コア３０は、Ｖ溝部２７内に配される光ファ
イバと精度よく光結合可能な位置に形成されている。

【００６７】次に、（ｅ）に示すように、コア３０およ
び下部クラッドとしての硬化膜２６の上に、再びエポキ
シ系ＵＶモノマを被せ、光硬化させて上部クラッド３１
を作製し、目的のＶ溝付導波路３２を作製した。できた
導波路３２の外観を図２（ｆ）に示す。このＶ溝部２７
に光ファイバを固定し、ＬＤ光源（波長１．３１μｍ）
を用いて導波路損失を測定したところ、ファイバとの接
続損失は０．２ｄＢ、導波路損失は０．３ｄＢ／ｃｍで
あった。

【００６８】上記各実施例では、光硬化剤を用いて本発
明の光導波路の作製例を示したが、熱により重合させて
もよく、その場合は重合開始剤の種類を変えることによ
り同様な作製が行える。また、実施例２において光ファ
イバを挿入する溝形状としてＶ溝を用いたが、光ファイ
バが挿入できる形状であればＶ溝でなくても構わない。
さらに、上記各実施例では、光ファイバとの光結合を考
慮して光導波路を作製したが、光ファイバに限定される
ことなく、他の光素子、例えば発光素子（ＬＤ）、受光
素子（ＰＤ）等の光結合を行うことを前提とする場合に
は、任意の金型を用いることにより同様の効果を奏す
る。

【００６９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
コアおよびクラッドを硬化収縮の少ない特定のエポキシ
系材料で形成したので、成形硬化後の寸法と金型寸法と
の転写寸法差を極めて小さく、導波路損失の小さい高性
能光導波路を得ることができる。

【００７０】また、本発明によれば、特定構造の金型を
用いることにより、光ファイバ等を固定するための溝を
一体に形成し、導波路と溝とを精度よく形成した溝付導
波路を作製することができる。この溝付導波路によれ
ば、溝に固定した光ファイバ等と光導波路とを簡便に低
損失で光結合できる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）〜（ｆ）は、それぞれ本発明の光導波路
の作製方法の一実施例を作製する場合の各工程を示す図
であって、（ａ）は断面図であり、（ｂ）〜（ｆ）は斜
視図である。

【図２】（ａ）〜（ｆ）は、それぞれ本発明の光導波路
の作製方法の他の実施例（Ｖ溝付導波路）を作製する場
合の各工程を示す図であって、（ａ）および（ｃ）〜
（ｅ）は断面図であり、（ｂ）および（ｆ）は斜視図で
ある。

【符号の説明】

１１基板１２クラッド材料のエポキシ系ＵＶモノマからなる塗
布層１３ａ下部クラッド１３ｂ上部クラッド１４ガラス性金型１４ａ凸部１５ＵＶ光源１６コア材料のモノマ１７コア１８導波路２０基板２１クラッド材料のエポキシ系ＵＶモノマからなる塗
布層２２ガラス金型２３Ｖ字形状凸部２４断面矩形状凸部２５ＵＶ光源２６下部クラッド（硬化膜）２７Ｖ溝部２８細溝部２９コア材料のエポキシ系ＵＶモノマ３０コア３１上部クラッド３２Ｖ溝付導波路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者村田則夫東京都千代田区内幸町１丁目１番６号日本電信電話株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】平坦な表面を有する第１の基板と、平坦
な表面の一部に連続した凸部を有する第２の基板とを用
意し、該第２の基板の凸部を前記第１の基板側に向けて
前記第１および第２の基板同士を対向させ、両基板間に
光硬化性樹脂または熱硬化性樹脂よりなるクラッド原料
を配する工程と、前記クラッド原料に対し光照射または加熱を行い、該ク
ラッド原料を硬化させて前記第２の基板の凸部に対応す
る溝部を有する下部クラッドを前記第１の基板上に形成
する工程と、前記第２の基板を除去する工程と、前記下部クラッドの溝部内に光硬化性樹脂または熱硬化
性樹脂よりなり、硬化後の屈折率が前記下部クラッドの
屈折率よりも大きいコア原料を配する工程と、該コア原料に対し光照射または加熱を行い、該コア原料
を硬化させて前記下部クラッドの溝内にコアを形成する
工程と、硬化した前記コア原料の不要部を除去する工程と、前記コアを前記下部クラッドの原料と同一のクラッド原
料で覆う工程と、該クラッド原料に対し光照射または加熱を行い、該クラ
ッド原料を硬化させて上部クラッドを形成する工程とを
含む光導波路の作製方法において、前記コア原料および前記クラッド原料は、下記式（１）
〜（３）【化１】（式中のＺは【化２】であり、Ｍは【化３】または【化４】であり、ｎは０または任意の自然数である。）、【化５】（式中のＹは【化６】【化７】【化８】【化９】または【化１０】である。）、および【化１１】（式中のＸは【化１２】【化１３】【化１４】に示す化学構造を有する材料からなる群より選択された
ものであることを特徴とする光導波路の作製方法。