JPS62204206A - 光導波路、その製造方法及びその製造装置 - 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、レーザー光を照射して製造したプラスチック
製の光導波路、その製造方法及びその製造装置に関する
。

〔従来技術〕

従来、光の進行方向に垂直な断面内で光軸がら周辺に向
って連続的に減少する、ＣＩ型の屈折率分布を有するプ
ラスチック製光導波路の製造方法としては、拡散重合法
、イオン交換法などがある。

拡散重合法とは、次のような方法である。低屈折率モノ
マーを加熱し半重合体を形成し、この半重合体に任意の
形状のマスクを密着させる。その後、このマスク付の半
重合体を高屈折率モノマー中に浸漬し、高屈折率モノマ
ーを半重合体中に拡散させ、組成的分布を作る。次に、
マスクを取り除き加熱し完全重合体を作り、屈折率分布
を完成する。

イオン交換法は、１価の金属イオンを含むプラスチック
共重合体を作り、これを、例えば、苛性ソーダ溶液に浸
して金属イオンとＮａイオンを交換するといったように
、高屈折率イオンと低屈折率イオンを交換して屈折率分
布をつける方法である。

これらの方法に関連する特許としては、例えば、特開昭
５８−１５９５０６号、特開昭５９−２０４８０３号な
どが挙げられる。

また電磁波を利用し有機材料に屈折率差をつけ、導波路
を製造する方法としては、次のようなものがある。アク
リル系のモノマーに紫外域の光を当て、その部分の屈折
率を変化させた後、重合させて光導波路を製造する特開
昭４６−３３４２号記載の方法、アクリル系のモノマー
にレーザーを当て、重合させ、未反応部分を除去し、そ
の部分により低屈折率のモノマーを重合させクラッド層
を形成して光導波路を製造する特開昭５１１１０５４３
号の記載の方法などである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前記の拡散重合法は、半重合体とマスクの密着性の不十
分さから、マスク形状に従った屈折率変化部分を作りに
くい問題点を持っていた。また、屈折率分布をつけるの
は、拡散にたよっているため、屈折率差を大きくしにく
かったり、屈折率分布を作るのに時間がかかったりする
問題点も持っていた。

イオン交換法は拡散重合法と似かよっており、従って拡
散重合法と同様の問題点があった。

前記の電磁波を利用した光導波路の製造法は、導波路を
作るのに、紫外領域の光をあてて重合に伴う密度変化に
より屈折率をあげ、その後固化、エージング、またはク
ラッド層形成を行なう方法で、光導波路を製造するのに
、数段階の工程が必要で、時間がかかったり、装置が煩
雑になる傾向があった。また、液状のモノマーを光導波
路製造の工程で扱うので、とり扱いの点でも問題が残っ
ていた。

本発明の目的は、上記欠点のない屈折率分布を有する光
導波路を提供し、また、短時間のうちに、簡便な手法を
用い、扱いやすい有機透明材料を使って、屈折率分布を
つけ、光導波路を製造する新規な方法及び装置を提供す
ることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、上記の目的を達成するため、透明樹脂にレー
ザー光を照射することにより透明樹脂内部に歪を生じさ
せ変形を伴って透明樹脂に屈折率分布を形成できること
を利用して、透明樹脂基板又はレーザー光を光を導波す
る所望の方向に対応して移動させながら透明樹脂基板に
レーザー光を当て、所要の屈折率分布を前記光を導波す
る所望の方向に連続的に形成した光導波路、その製造方
法およびその製造装置であり、従来技術の欠点を解消し
た光導波路本短時間で簡便な手段によって得ることがで
きる。

本発明の光導波路は、これを第５図（ａ）によって説明
すると、透明樹脂板６にレーザーを照射し、その照射部
分を光を導波する方向に対応して移動させることにより
光導波路が製造できる。第５図（ｂｌはレーザー光照射
方向よりみた図であり、（ｅ）は光を導波する方向に垂
直な断面からみた図であり、ともに透明樹脂中の屈折率
の高低を示す。上記の図からも判るように、本発明の光
導波路は、透明樹脂から成る基板中に、レーザー光照射
により生ずる熱的歪によって前記基板の厚さ方向にわた
って中央部が高く周辺に向って減少する屈折率分布を有
す゛るようにした高屈折率部分を、光を導波する所望の
方向に連続的に形成したものである。

そして、上記光導波路は、第１図または第２図に示すよ
うなレーザー光発振器１、これより発振されたレーザー
光を光学系に導くためのミラー３または光フアイバー９
等の手段、該レーザー光を通すレンズ等の光学系、レー
ザー光の照射位置に透明樹脂を設置する７または１２等
のステージ、前記光学系又は前記ステージのいずれかを
光を導波する所望の方向に対応する方向に移動させる手
段から成る装置によって製造することができる。

レーザー光発振器としては例えばＹＡＧレーザーを使用
することができる。

〔作　用〕

透明樹脂にレーザーを照射すると、レーザー光の当たっ
た部分は、主に熱的な影響で変化して、樹脂内部が歪み
、また、わずかにふくらみを生じることもある。そして
、この樹脂内部の歪みは、レーザーの照射強度がガウス
分布の形状をしているので、この分布にほぼ従うように
して生じ、樹脂内部でも基板の厚さ方向にわたって中央
部はど熱の歪みにより屈折率が高くなり周辺に向って低
くなるような屈折率分布が形成される。そこで、透明樹
脂あるいはレーザーを光を導波する所望の方向に対応し
て移動させながら、透明樹脂にレーザー光を当てると、
前述のような屈折率分布が、レーザー光の照射部分の移
動方向、即ち光を導波する所望の方向に連続的に形成さ
れ、光導波路が形成される。

以上の本発明の方法は、従来の方法である拡散重合法や
イオン交換法とは本質的に異なり、また電磁波を利用す
る特開昭４６−３３４２号や特開昭５３−１１０５４３
号のような方法とも区別される。

特開昭４６−３３４２号記載の方法では、４０〜５０℃
で重合してできるサンプルに光を当て、架橋させるなど
の分子変化を起こして密度をあげ、その後エージングし
て屈折率分布を形成している。すなわち、架橋させるな
どの交叉結合を促進しながらより重合させて高密度、高
屈折率部分を形成させているわけで、従って用いている
光も有用なのは紫外領域の光である。特開昭５３−１１
０５４３号記載の方法は、モノマーに紫外光を当て重合
させ、高屈折率部分を作り、後にクラッド層を設けて光
導波路を作製している。両者とも紫外領域の光を用い、
架橋を促進させたり、重合させたり分子変化を起こさせ
ているのに対し、本発明では、熱的な影響で樹脂内部に
歪みをもたせて光導波路を製造するので、従って用いる
光も赤外領域の光が主で、従来法によるものとは異なる
。

本発明によれば、いろいろなパターンの光導波路が、透
明樹脂にレーザーを照射するという非常に簡便な操作で
作製可能となる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図を用いて説明する。

実施例１ 第１図は本発明の光導波路の製造装置の１実施例を示す
図であって、この装置を用いて、本発明の光導波路を以
下のような製造方法で製造した。

即ち、連続発振型ＹＡＧレーザ−１より発せられたレー
ザー光２（波長１．０６μｍ）をミラー３で反射させた
後、レンズ４で集光させた。焦点５の外側５鶴の位置に
厚さ３ｎのポリメチルメタクリレート板（ＰＭＭＡ板）
６を移動ステージ７にのせ設置した。移動ステージ７を
５　鶴／１６０秒のスピードで移動させながら、２０Ｗ
の出力でレーザーを３２０秒間照射した。レーザーを照
射した部分は、第３図に示すように、表面が板の上側、
下側ともにわずかながら隆起した。そして、ＰＭＭＡ板
６の内部には、厚さ３Ｍの板の上から下までほぼ均一に
８３０μｍの幅で、中心部から外部にがけて連続的に屈
折率が低下するような屈折率分布が生じ、光導波路が形
成された。

屈折率分布は、レーザー照射方向と、レーザー照射方向
に垂直な方向から、マツハツエンダ−干渉計により測定
した。

第１図の８はレーザー光吸収板で、この場合、厚さＩｏ
ｔａのカーボン板を用いた。

実施例２ 第２図は本発明の光導波路の製造装置の他の実施例を示
す図であって、この装置を用いて本発明の光導波路を以
下のような製造方法で製造した。

即ち、連続発振型ＹＡＧレーザ−１より発せられたレー
ザー光（波長１．０６μｍ）を光ファイバー９で光学系
１０に導いた。光学系１ｏには、レンズでレーザー光を
集め焦点の外側５Ｎの位置に厚さ３龍ＯＰＭＭＡＰＭＭ
Ａ板６うに調節−した。ＰＭＭＡ板６はステージ１２の
上に置いた。光学系１０に取付けた移動用モーター１１
を使い、光学系１０全体を５ｎ／１６０秒のスピードで
平行移動させながら、出力２０Ｗで３２０秒間レーザー
を照射した。レーザーを照射した部分は、実施例１の場
合と同じように、表面が凸状に隆起しながら、板の内部
には屈折率分布が生じ、幅８３０μｍの光導波路が形成
された。

屈折率分布は、実施例１と同様に測定した。

実施例３ 実施例１と同様の製造装置を用い、同様の製造方法で先
導波路を形成した後、第４図に示すように、光導波路の
途中から、同一条件で更にレーザーを照射したところＹ
字に分岐した光導波路が得られた。

実施例４ 厚さ３ｆｉのＰＭＭＡ板を用い、レーザーの照射条件の
うち出力を１５Ｗにし、他は実施例１と同様の製造装置
を用い、同様の製造方法で光導波路を形成させた。光導
波路部分の幅は８０５μｍであっ１ま た。

実施例５ 厚さ３ｍのＰＭＭＡ板を用い、レーザーの照射条件のう
ち出力を１５Ｗ、焦点からの距離を２鶴にし、他は実施
例１と同様の製造装置を用い、同様の製造方法で光導波
路を形成させた。光導波路部分の幅は７９０μｍであっ
た。

実施例６ 厚さ３１のＰＭＭＡ板を用い、移動ステージの移動速度
を１０鶴７１６０秒、レーザーの照射時間を１６０秒と
し、他は実施例１と同様の製造装置、製造方法で光導波
路を形成させた。光導波路部分の幅は８２５μｍであっ
た。

本発明光導波路は種々の透明樹脂を用いて製造すること
ができるが、いくつかの樹脂について、前記透明樹脂の
製造法の具体例を製造例１〜３で述べた後、それぞれの
製造例によって製造された透明樹脂を用いた光導波路の
製造方法及び光導波路の実施例を実施例７〜９において
述べる。

製造例１ ケイ皮酸１５部（重量部、以下同じ）、アクリル酸１３
部をベンゼンに溶解させ、４０℃に保ちながら水酸化バ
リウムを１部ずつ３０分おきに計１２部加え、更に１２
時間反応させた。ここに混合クロルスチレン（オルト／
パラ＝６０／４０）を３９部加え、減圧下ベンゼンと副
生成物の水を除去し、液状のモノマーを得た。

上記の七ツマ−に、重合開始剤の過酸化物を加え、６０
℃で４時間、８０℃で３時間、熱を加え硬化させ、バリ
ウムを含む樹脂を合成した。

製造例２ 製造例１において、アクリル酸のかわりにメタクリル酸
１３部、水酸化バリウムのかわりに水酸化ランタン９部
を用い、同様の操作でランタンを含む樹脂を合成した。

製造例３ 製造例１において、アクリル酸のかわりにメタクリル酸
１３部、水酸化バリウムのかわりに酸化鉛９部を用い、
同様の操作で鉛を含む樹脂を合成した。

実施例７ 製造例１で示す厚さ３ｆｉのバリウムを含む透明樹脂板
を用い、レーザーの照射条件のうち出力を１０Ｗにし、
他は実施例１と同様の製造装置を用い、同様の製造方法
で光導波路を形成させた。光導波路部分の幅は１．２２
ｍであった。

実施例８ 製造例２で示す厚さ３Ｍのランタンを含む透明樹脂板を
用い、レーザーの照射条件のうち出力を１０Ｗにし、他
は実施例１と同様の製造装置を用い、同様の製造方法で
光導波路を形成させた。光導波路部分の幅は１．２５ｍ
であった。

実施例９ 製造例３で示す厚さ３ｍの鉛を含む透明樹脂板を用い、
レーザーの照射条件のうち出力をＩＯＷにし、他は実施
例１と同様の製造装置を用い、同様の製造方法で光導波
路を形成させた。先導波路部分の幅は１．２５■であっ
た。

〔発明の効果〕

本発明によれば、種々の光学透明樹脂材料に、単にレー
ザーを照射するこという操作のみで、任意の形状に光導
波路を形成できる。透明樹脂という扱いやすい材料を使
う点、複雑な装置を必要としない点、短時間で製造可能
な点で効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はそれぞれ本発明の光導波路の製造装
置の２つの実施例の装置概略図、第３図及び第４図はそ
れぞれ、本発明の製造方法の２つの実施例によって製造
した光導波路の実施例の斜視図５、第５図（ａ）〜（Ｃ
）は本発明の光導波路の製造原理を説明する図である。 １・・・レーザー光発振器、２・・・レーザー光、３・
・・ミラー、４・・・レンズ、６・・・透明樹脂基板、
７・・・移動ステージ、８・・・レーザー光吸収板、９
・・・光ファイバー、１０・・・光学系、１１・・・移
動用モーター代理人　弁理士　平　木　祐　輔 第１図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、透明樹脂から成る基板中に、レーザー光照射により
   生ずる熱的歪みによって前記基板の厚さ方向にわたって
   中央部が高く周辺に向って減少する屈折率分布を有する
   ようにした高屈折率部分を、光を導波する所望の方向に
   連続的に形成した光導波路。 ２、透明樹脂から成る基板に、前記基板又はレーザー光
   を光を導波する所望の方向に対応して移動させながら、
   レーザー光を照射することによって、前記基板中のレー
   ザー光照射部分に熱的歪みを生じさせ、それによって、
   前記基板の厚さ方向にわたって中央部が高く周辺に向っ
   て減少する屈折率分布を有する高屈折率部分を、前記光
   を導波する所望の方向に連続的に形成することを特徴と
   する光導波路の製造方法。 ３、レーザー光がＹＡＧレーザーより発振される光であ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の光導波
   路の製造方法。 ４、レーザー光発振器、該レーザー光発振器より発振さ
   れたレーザー光を光学系に導くための手段、該レーザー
   光を通す光学系、レーザー光の照射位置に透明樹脂を設
   置するステージ、前記光学系又は前記ステージのいずれ
   かを光を導波する所望の方向に対応する方向に移動させ
   る手段から成る光導波路を製造する装置。 ５、レーザー光発振器がＹＡＧレーザーであることを特
   徴とする特許請求の範囲第４項記載の装置。