JPWO2017022717A1 - 樹脂光導波路 - Google Patents

Abstract

コア、ならびに、該コアよりも屈折率が低いアンダークラッド、および、オーバークラッドを備える樹脂光導波路であって、前記樹脂光導波路の一端側に、オーバークラッドが存在せずコアおよび該コア周辺のアンダークラッドが露出したコア露出部が設けられており、前記アンダークラッドのうち、前記コア露出部に該当する部位が、特定の条件を満たす第１層および第２層を有する、ことを特徴とする樹脂光導波路。

Description

本発明は、樹脂光導波路に関する。

非特許文献１，２や、特許文献１では、シリコン光導波路と、樹脂光導波路と、を低損失、かつ、低コストで接続するシリコンフォトニクスインターフェースが提案されている。本明細書におけるシリコン光導波路とは、シリコンチップ上に（シングルモード）光導波路として機能するコアクラッド構造を形成したものである。
図３は、このようなシリコンフォトニクスインターフェースの一構成例を示した斜視図であり、図４はその側面図である。
図３、４に示す樹脂光導波路チップ３００には、樹脂光導波路３１０が１本、もしく複数本が形成されている。樹脂光導波路チップ３００の一端側では、樹脂光導波路３１０と、シリコン光導波路チップ２００上に形成されたシリコン光導波路（図示せず）と、が接続されている。樹脂光導波路チップ３００の他端側は、コネクタ１００内に収容されている。

図５は、上記の目的で使用される樹脂光導波路の一構成例を示した斜視図である。
図５に示す樹脂光導波路３１０は、コア３２０の周囲にアンダークラッド３３０およびオーバークラッド３４０が配されている。但し、図３、４において、シリコン光導波路チップ２００上に形成されたシリコン光導波路（図示せず）と接続される側の先端は、オーバークラッド３４０が配されておらず、コア３２０が外部に露出したコア露出部３５０になっている。

図６は、図３、４に示すシリコンフォトニクスインターフェースにおいて、シリコン光導波路２１０と、樹脂光導波路３１０と、の接続部を示した断面図であり、樹脂光導波路３１０は図５に示す樹脂光導波路３１０である。図６において、シリコン光導波路２１０と、樹脂光導波路３１０と、が、シリコン光導波路２１０に対し樹脂光導波路３１０のコア３２０が面した状態で、エポキシ樹脂を用いて接続されている。

図７は、図３、４に示すシリコンフォトニクスインターフェースにおける光の伝搬を説明するための模式図である。図７において、シリコン光導波路２１０のコア２２０から、樹脂光導波路３１０先端で露出しているコア３２０へとアディアバティックカップリングにより光が伝搬する。そして、樹脂光導波路３１０のコア３２０から光ファイバ１３０のコア１４０へと光が伝搬する。

Ｊｉｅ Ｓｈｕ， Ｃｉｙｕａｎ Ｑｉｕ，Ｘｕｅｚｈｉ Ｚｈａｎｇ，ａｎｄ Ｑｉａｎｆａｎ Ｘｕ，"Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｃｏｕｐｌｅｒ ｂｅｔｗｅｅｎ ｃｈｉｐ−ｌｅｖｅｌ ａｎｄ ｂｏａｒｄ−ｌｅｖｅｌ ｏｐｔｉｃａｌ ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ"， ＯＰＴＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ， Ｖｏｌ．３６， Ｎｏ．１８，ｐｐ３６１４−３６１６（２０１１） Ｔｙｍｏｎ Ｂａｒｗｉｃｓ，ａｎｄ Ｙｏｉｃｈｉ Ｔａｉｒａ，"Ｌｏｗ−Ｃｏｓｔ Ｉｎｔｅｒｆａｃｉｎｇ ｏｆ Ｆｉｂｅｒｓ ｔｏ Ｎａｎｏｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ： Ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ Ａｓｓｅｍｂｌｙ Ｔｏｌｅｒａｎｅｓ"， ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｊｏｕｒｎａｌ， Ｖｏｌ．６， Ｎｏ．４，Ａｕｇｕｓｔ、６６０８１８（ ２０１４）

米国特許第８，７２４，９３７号明細書

図５に示す樹脂光導波路３１０は、図３、４に示すシリコンフォトニクスインターフェースに実装する前に、従来の樹脂光導波路と同様の手順で性能評価が実施される。樹脂光導波路の性能評価では、樹脂光導波路の先端にシングルモード光ファイバを接続する。図８は、図５に示す樹脂光導波路３１０の先端に、シングルモード光ファイバを接続した際の光の伝播を説明するための模式図である。図５に示す樹脂光導波路３１０と、シングルモード光ファイバ４００との接続では、樹脂光導波路３１０先端のコア３２０が露出した部位から一部の光が放射して伝搬されず、また、接続損失が生じる問題がある。この接続損失は、図３、４に示すシリコンフォトニクスインターフェースに実装した際には発生せず、性能評価の結果に対する信頼性を低下させる。

本発明は、上記した従来技術の問題点を解決するため、シリコン光導波路と、樹脂光導波路と、を低損失、かつ、低コストで接続するシリコンフォトニクスインターフェースでの使用に好適であり、かつ、シングルモード光ファイバを用いた性能評価の信頼性が高い、樹脂光導波路を提供することを目的とする。

上記した目的を達成するため、本発明は、コア、ならびに、該コアよりも屈折率が低いアンダークラッド、および、オーバークラッドを備える樹脂光導波路であって、
前記樹脂光導波路の一端側に、オーバークラッドが存在せずコアおよび該コア周辺のアンダークラッドが露出したコア露出部が設けられており、
前記アンダークラッドのうち、前記コア露出部に該当する部位が、下記（１）〜（３）を満たす第１層および第２層を有する、ことを特徴とする樹脂光導波路、を提供する。
（１）前記第１層および前記第２層は、前記コアとの界面、若しくは、前記アンダークラッドの露出面からの距離が互いに異なり、前記第１層がこれらの面に対し近位側であり、前記第２層がこれらの面に対し遠位側であるように位置する。
（２）前記第１層は前記コアとの界面、若しくは、前記アンダークラッドの露出面からの距離が１５μｍ以内に位置する。
（３）前記第１層および前記第２層は屈折率が互いに異なり、前記第１層は前記第２層より屈折率が高い。

本発明の樹脂光導波路において、前記コア露出部の光伝搬方向の長さが１００μｍ以上であることが好ましい。

本発明の樹脂光導波路において、前記第１層における屈折率の最大値ｎ_{１， ｍａｘ}と、前記第２層における屈折率の最大値ｎ_{２， ｍａｘ}と、の差（ｎ_{１， ｍａｘ}−ｎ_{２， ｍａｘ}）が０．００１以上であることが好ましい。

本発明の樹脂光導波路において、前記第１層の厚みｔは１５μｍ以下であることが好ましい。

本発明の樹脂光導波路において、前記第１層の厚みｔと、前記第１層における屈折率の最大値ｎ_{１， ｍａｘ}と、前記第２層における屈折率の最大値ｎ_{２， ｍａｘ}との差（ｎ_{１， ｍａｘ}−ｎ_{２， ｍａｘ}）と、の積（ｔ×（ｎ_{１， ｍａｘ}−ｎ_{２， ｍａｘ}））が、０．００１〜０．２μｍであることが好ましい。

本発明の樹脂光導波路において、前記コアにおける屈折率の最大値ｎ´_ｍａｎと、前記第１層における屈折率の最大値ｎ_{１， ｍａｘ}と、の差（ｎ´_ｍａｘ−ｎ_{１， ｍａｘ}）が０．００８〜０．０２であることが好ましい。

本発明の樹脂光導波路において、前記アンダークラッドの厚さが１０μｍ以上であることが好ましい。

本発明の樹脂光導波路は、波長１３１０ｎｍおよび波長１５５０ｎｍの少なくとも一方において、シングルモード光導波路であることが好ましい。

本発明の樹脂光導波路において、前記樹脂光導波路のコアサイズが１〜１０μｍであることが好ましい。

本発明の樹脂光導波路において、前記樹脂光導波路のコアはフッ素を含む樹脂からなることが好ましい。

また、本発明は、コア、ならびに、該コアよりも屈折率が低いアンダークラッド、および、オーバークラッドを備える樹脂光導波路であって、
前記樹脂光導波路の一端側に、オーバークラッドが存在せずコアおよび該コア周辺のアンダークラッドが露出したコア露出部が設けられており、樹脂光導波路の光伝搬方向における該コア露出部の長さが５００μｍ以上であり、
前記アンダークラッドのうち、前記コア露出部に該当する部位が、下記（１）〜（４）を満たす第１層および第２層を有する、ことを特徴とする樹脂光導波路を提供する。
（１）前記第１層および前記第２層は、前記コアとの界面、若しくは、前記アンダークラッドの露出面からの距離が互いに異なり、前記第１層がこれらの面に対し近位側であり、前記第２層がこれらの面に対し遠位側であるように位置する。
（２）前記第１層は前記コアとの界面、若しくは、前記アンダークラッドの露出面からの距離が８μｍ以内に位置する。
（３）前記第１層および前記第２層は屈折率が互いに異なり、前記第１層は前記第２層より屈折率が高い。
（４）前記第１層における屈折率の最大値ｎ_{１， ｍａｘ}と、前記第２層における屈折率の最大値ｎ_{２， ｍａｘ}と、の差（ｎ_{１， ｍａｘ}−ｎ_{２， ｍａｘ}）が０．００２以上である。

本発明の樹脂光導波路は、前記コア露出部において、シリコン光導波路と接続されていることが好ましい。

本発明の樹脂光導波路は、シリコン光導波路と、樹脂光導波路と、を低損失、かつ、低コストで接続するシリコンフォトニクスインターフェースでの使用に好適である。
本発明の樹脂光導波路は、シングルモード光ファイバを用いた性能評価時の接続損失が少なく、性能評価の信頼性が高い。

図１は、本発明の樹脂光導波路の一構成例を示した斜視図である。 図２は、実施例での樹脂光導波路と、シングルモード光ファイバとの接続部を示した模式図である。 図３は、シリコンフォトニクスインターフェースの一構成例を示した斜視図である。 図４は、図３のシリコンフォトニクスインターフェースの側面図である。 図５は、図３、４のシリコンフォトニクスインターフェースで使用される樹脂光導波路の一構成例を示した斜視図である。 図６は、図３、４に示すシリコンフォトニクスインターフェースにおいて、シリコン光導波路チップ２００上に形成されたシリコン光導波路と樹脂光導波路３１０と、の接続部を示した断面図である。 図７は、図３、４に示すシリコンフォトニクスインターフェースにおける光の伝搬を説明するための模式図である。 図８は、図５に示す樹脂光導波路３１０の先端に、シングルモード光ファイバを接続した際の光の伝播を説明するための模式図である。

以下、図面を参照して本発明を説明する。
図１は、本発明の樹脂光導波路の一構成例を示した斜視図である。図１に示す樹脂光導波路１０は、コア１１、ならびに、該コア１１よりも屈折率が低いアンダークラッド１２、および、同じく該コア１１よりも屈折率が低いオーバークラッド１３を備えている。コア１１の下方には、アンダークラッド１２が配されており、コア１１の上方には、オーバークラッド１３が配されている。但し、樹脂光導波路１０の一端側には、オーバークラッド１３が存在せずコア１１が露出したコア露出部１４が設けられている。
なお、本発明の樹脂光導波路では、コアの周囲に配されるアンダークラッド、および、オーバークラッドのうち、コア露出部には存在しない側をオーバークラッドとする。したがって、コアの上方にアンダークラッドが配され、コアの下方にオーバークラッドが配されていてもよい。

このコア露出部１４は、樹脂光導波路１０をシリコンフォトニクスインターフェースとして用いる際に、シリコン光導波路との接続部位となる。そのため、コア露出部１４は、シリコン光導波路との接続部位として使用するのに十分な長さを有していることが求められる。本発明の樹脂光導波路１０は、樹脂光導波路の光伝搬方向におけるコア露出部１４の長さが１００μｍ以上であることが好ましく、これはシリコン光導波路との接続部位として使用するのに十分な長さである。なお、樹脂光導波路の光伝搬方向とは、コア１１の長軸方向である。
コア露出部１４は、樹脂光導波路の光伝搬方向における長さが、３００μｍ以上であることがより好ましく、５００μｍ以上であることがさらに好ましく、１０００μｍ以上であることがよりさらに好ましい。
但し、樹脂光導波路の光伝搬方向におけるコア露出部１４の長さが長すぎると、シリコン光導波路と接着剤（例えば、エポキシ樹脂）を使って接続する際に、接着剤の吸収により接続損失が大きくなるおそれがある。そのため、樹脂光導波路の光伝搬方向におけるコア露出部１４の長さは、１００００μｍ以下であることが好ましく、５０００μｍ以下であることがより好ましく、３０００μｍ以下であることがさらに好ましい。

樹脂光導波路１０において、コア１１よりもアンダークラッド１２、オーバークラッド１３の屈折率を低くするのは、コア１１を伝播する光が、アンダークラッド１２側、若しくは、オーバークラッド１３側に放射するのを防止するためである。
上述したように、図８に示すように、コア露出部を有する樹脂光導波路３１０と、シングルモード光ファイバ４００と、を接続した際には、オーバークラッド３４０が存在しないコア露出部において、コア３２０が露出した状態になる。樹脂光導波路３１０の性能評価は、コア露出部が空気中、または、水中に存在する状態で実施されるため、コア３２０の露出面は空気または水と接するが、空気や水は、樹脂光導波路３１０のコア３２０材料やアンダークラッド３３０材料よりも屈折率が小さい。その結果、コア３２０を伝搬する光の一部がアンダークラッド３３０側に放射するのが接続損失の原因である。
本発明の樹脂光導波路１０は、アンダークラッド１２のうち、コア露出部１４に該当する部位が下記（１）〜（３）を満たす第１層および第２層を有することにより、シングルモード光ファイバとの接続時の接続損失が抑制される。
（１）第１層および第２層は、コアとの界面、若しくは、アンダークラッドの露出面からの距離が互いに異なり、第１層がこれらの面に対し近位側であり、第２層がこれらの面に対し遠位側であるように位置する。
（２）第１層はコアとの界面、若しくは、アンダークラッドの露出面からの距離が１５μｍ以内に位置する。
（３）第１層および第２層は屈折率が互いに異なり、第１層は第２層より屈折率が高い。

上記（１）に示すように、アンダークラッド１２のうち、コア露出部１４に該当する部位は、コア１１の界面、若しくは、アンダークラッド１２の露出面に対し近位側が第１層で、これらの面に対し遠位側が第２層の二層構造をなす。なお、コア１１の界面、および、アンダークラッド１２の露出面は第１層の一部をなす。
上記（３）に示すように、第１層は第２層より屈折率が高い。このような二層構造とすることにより、コア露出部１４において、コア１１を伝搬する光のアンダークラッド１２側への放射が抑制され、シングルモード光ファイバとの接続時の接続損失が抑制される。

上記（２）に示すように、第１層はコア１１との界面、若しくは、アンダークラッド１２の露出面からの距離が１５μｍ以内に位置する。したがって、第１層の厚みｔは１５μｍ以下である。第１層はコア１１との界面、若しくは、アンダークラッド１２の露出面からの距離を１５μｍ以内とする理由は以下に示す通り。
コア１１との界面、若しくは、アンダークラッド１２の露出面からの距離を１５μｍ以内とすることにより、コア１１を伝搬する光のアンダークラッド１２側への放射が抑制されて、シングルモード光ファイバとの接続時の接続損失が抑制される。
第１層はコア１１との界面、若しくは、アンダークラッド１２の露出面からの距離が１０μｍ以内であることが好ましく、８μｍ以内であることがより好ましく、６μｍ以内であることがさらに好ましい。したがって、第１層の厚みｔは、１０μｍ以下であることが好ましく、８μｍ以下であることがより好ましく、６μｍ以下であることがさらに好ましい。
但し、第１層はコア１１との界面、若しくは、アンダークラッド１２の露出面からの距離が小さすぎると、コア１１を伝搬する光のアンダークラッド１２側への放射の抑制が不十分になる。第１層はコア１１との界面、若しくは、アンダークラッド１２の露出面からの距離が０．１μｍ以上であることが好ましく、０．２μｍ以上であることがより好ましく、０．５μｍ以上であることがさらに好ましい。したがって、第１層の厚みｔは、０．１μｍ以上であることが好ましく、０．２μｍ以上であることがより好ましく、０．５μｍ以上であることがさらに好ましい。

シングルモード光ファイバとの接続時の接続損失を抑制するためには、第１層における屈折率の最大値ｎ_{１， ｍａｘ}と、第２層における屈折率の最大値ｎ_{２， ｍａｘ}と、の差（ｎ_{１， ｍａｘ}−ｎ_{２， ｍａｘ}）が０．００１以上であることが好ましい。ｎ_{１， ｍａｘ}−ｎ_{２， ｍａｘ}が０．００１以上であることにより、上述したシングルモード光ファイバとの接続時の接続損失を抑制する効果が好ましく発揮される。ｎ_{１， ｍａｘ}−ｎ_{２， ｍａｘ}が０．００２以上であることが好ましく、０．００４以上であることがより好ましい。
なお、第１層における屈折率の最大値ｎ_{１，ｍａｘ}と、第２層における屈折率の最大値ｎ_{２， ｍａｘ}と、の差（ｎ_{１，ｍａｘ}−ｎ_{２，ｍａｘ}）の上限値は特に限定されるものではないが、例えば後述する製造方法等に起因して０．０２０とすることができる。
ここで、第１層における屈折率の最大値ｎ_{１， ｍａｘ}と、第２層における屈折率の最大値ｎ_{２， ｍａｘ}と、の差、としているのは、第１層および第２層が、それぞれ屈折率が互いに異なる複数の層に分かれている場合を考慮しているからである。この場合、第１層を構成する複数の層、および、第２層を構成する複数の層は、コアとの界面、若しくは、アンダークラッドの露出面に対し近位側が屈折率が高く、これらの面に対し遠位側が屈折率が低いことが求められる。また、第１層を構成する複数の層は、その屈折率差の最大値が０．００１未満であることが求められる。

シングルモード光ファイバとの接続時の接続損失を抑制するためには、第１層の厚みｔと、第１層における屈折率の最大値ｎ_{１， ｍａｘ}と、前記第２層における屈折率の最大値ｎ_{２， ｍａｘ}との差（ｎ_{１， ｍａｘ}−ｎ_{２， ｍａｘ}）と、の積（ｔ×（ｎ_{１， ｍａｘ}−ｎ_{２， ｍａｘ}））が０．００１〜０．２μｍであることが好ましい。より好ましくは、０．００４〜０．１５μｍであり、特に好ましくは、０．００４〜０．１２μｍである。

シリコン光導波路との接続損失の抑制、および、シングルモード光ファイバとの接続時の接続損失の抑制という点では、コア１１における屈折率の最大値ｎ´_ｍａｘと、第１層における屈折率の最大値ｎ_ｍａｘと、の差（ｎ´_ｍａｘ−ｎ_ｍａｘ）が０．００８〜０．０２であることが好ましい。ここで、コア１１における屈折率の最大値ｎ´_ｍａｘとしているのは、コア１１にも屈折率分布が存在する場合を考慮しているからである。
ｎ´_ｍａｘ−ｎ_ｍａｘが０．０１０〜０．０１５であることがより好ましい。

アンダークラッド１２の厚みは１０μｍ以上であることが、剛性を持たせ、ハンドリングの扱いやすさが向上するため好ましい。アンダークラッド１２の厚さは、１５μｍ以上であることがより好ましく、２０μｍ以上であることがさらに好ましい。アンダークラッド１２が、第１層と第２層とで構成される場合、第２層は第１層よりも屈折率が低ければ、どのような厚さであっても光の放出が抑制できる。生産性を考慮すると７０μｍ以下が好ましく、５０μｍ以下がさらに好ましい。

また、本発明の樹脂光導波路において、コア１１の上下にオーバークラッド１３およびアンダークラッド１２が配された部位のアンダークラッド１２の屈折率は、コア１１の屈折率よりも数値が低い限り特に限定されない。したがって、例えば当該部位のアンダークラッド１２は、屈折率がすべて同一の数値であってもよいし、コア１１に対し近位側と遠位側とで屈折率が異なる部位を有していてもよい。但し、このような部位は、コア１１に対し近位側の屈折率が高く、コア１１に対し遠位側の屈折率が低いことが求められる。また、上記（１）〜（３）を満たした第１層および第２層と同様の構成を有していてもよい。

本発明の樹脂光導波路についてさらに記載する。
（コア１１）
図１に示す樹脂光導波路１０では、コア１１の断面形状が矩形であるが、これに限られず、例えば台形、円形、楕円形であってもよい。コア１１の断面形状が多角形である場合は、その角が丸みを帯びていてもよい。

コアサイズは特に限定されず、光源または受光素子との結合効率等を考慮して適宜設計できる。結合効率はコア径と開口数（ＮＡ）に依存する。例えばコア１１のコアサイズ（図１に示すコア１１のように、コア１１の断面形状が矩形の場合は、該矩形の幅および高さ）は、シリコンフォトニクスインターフェースとして用いる際に接続するシリコン光導波路との結合効率を考えると１〜１０μｍであることが好ましい。１．５〜８μｍであることがより好ましく、２〜７μｍであることがさらに好ましい。ここで、矩形の幅は、高さの中央の位置での幅の長さであり、矩形の高さは、幅の中央の位置での高さの長さである。なお、コアサイズは、樹脂光導波路の光伝搬方向に沿ってテーパー状に変化していてもよい。

コア１１は、コアの中心に対し遠位側に向けて屈折率が低くなる屈折率分布を有していてもよい。また、オーバークラッド側の屈折率が高くてアンダークラッド側の屈折率が低くなる屈折率分布を有していてもよいし、オーバークラッド側の屈折率が低くてアンダークラッド側の屈折率が高くなる屈折率分布を有していてもよい。
ここで、コア１１における屈折率の最大値ｎ´_ｍａｘとしているのは、例えば上述のように、コア１１にも屈折率分布が存在する場合を考慮しているからである。

（オーバークラッド１３）
オーバークラッド１３は、コア１１よりも屈折率が低い限り特に限定されない。したがって、オーバークラッド１３は、屈折率がすべて同一の数値であってもよい。または、コア１１に対し近位側と遠位側とで屈折率が異なる部位を有していてもよい。この場合、コア１１に対し遠位側に向けて屈折率が低くなる構成であってもよく、コア１１に対し遠位側に向けて屈折率が高くなる構成であってもよい。
オーバークラッド１３の厚さは特に限定されないが、本発明の樹脂光導波路１０がシングルモード光導波路の場合、コア１１の中心から１０μｍ程度の範囲内にあるクラッド部分にも伝搬する光が漏れ出るので、光の伝搬損失を少なくするという観点から、１０μｍ以上であることが好ましい。また、アンダークラッド１２およびオーバークラッド１３の合計厚さが２０〜９０μｍであることが好ましく、３０〜７０μｍであることがより好ましい。

本発明の樹脂光導波路において、コア１１、アンダークラッド１２、および、オーバークラッド１３の構成材料は、樹脂光導波路としての要求特性を満たす限り特に限定されないが、コア１１の構成材料はフッ素を含む樹脂であることがコア１１を伝搬する光の損失抑制という点で好ましい。
また、コア１１、アンダークラッド１２、および、オーバークラッド１３の構成材料、ならびに、樹脂光導波路の製造手順については、例えば、下記文献の記載を参考にすることができる。
国際公開第２０１０／１０７００５号
日本国特開２０１３−１２０３３８号公報
日本国特開２０１２−６３６２０号公報

上記文献を参考にして、図１に示す本発明の樹脂光導波路１０を製造する場合、樹脂光導波路の１０のコア露出部１４は以下の手順で形成することができる。
アンダークラッドを形成し、フォトリソグラフィプロセスを用いて、アンダークラッド上にコアを形成した後、アンダークラッドおよびコア上に硬化物組成物を塗布し、加熱および／または光照射により硬化性樹脂組成物を硬化させ、オーバークラッドを形成する。オーバークラッド層を形成する際に、フォトリソグラフィプロセスを用いて、オーバークラッドを有する領域と、オーバークラッドが無くコアが露出した領域（すなわち、コア露出部）と、を形成することができる。

また、上記（１）〜（３）を満たす第１層１２ａおよび第２層１２ｂを有するアンダークラッド１２は以下の手順で形成することができる。
上記、アンダークラッドを形成する際の、加熱温度や加熱時間を調整することにより、および／または、光の照射強度や照射時間を調整することにより、第１層１２ａおよび第２層１２ｂを有するアンダークラッド１２を形成できる。または、屈折率を調整するためのドーパントを添加することにより、第１層１２ａおよび第２層１２ｂを有するアンダークラッド１２を形成できる。また、アンダークラッド１２ｂを形成する硬化性組成物（ｂ）を塗布し、加熱および／または光照射を行って硬化させ、その上にアンダークラッド１２ａを形成する硬化性組成物（ａ）を塗布し、加熱および／または光照射を行って硬化させることにより、第１層１２ａおよび第２層１２ｂを有するアンダークラッド１２を形成できる。硬化性組成物（ａ）および硬化性組成物（ｂ）には、上記文献に記載の材料を適宜用いることができる。
なお、ドーパント添加によって、屈折率を調整する場合は、当該屈折率は、アンダークラッドを構成する材料とドーパントの種類とに依存するので、目的とする屈折率を得るために、アンダークラッドを構成する材料に応じて当該ドーパントを適宜選択する。

本発明の樹脂光導波路は、シリコン光導波路と、光ファイバと、を低損失、かつ、低コストで接続するシリコンフォトニクスインターフェースに使用されるため、シングルモード光導波路であることが、光信号を高密度化できるため好ましい。この場合、波長１３１０ｎｍおよび１５５０ｎｍの少なくとも一方において、シングルモード光導波路であることが、シリコン光導波路やシングルモード光ファイバに対しても低損失で光を伝搬できるという点から好ましい。

本発明の樹脂光導波路をシリコンフォトニクスインターフェースに用いる場合、樹脂光導波路のコア露出部において、シリコン光導波路と接続される。

以下に実施例を用いて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

以下に示す実施例では、樹脂光導波路とシングルモード光ファイバの構造（サイズと屈折率）をＲＳｏｆｔ Ｄｅｓｉｇｎ Ｇｒｏｕｐ株式会社製のＲＳｏｆｔ ＣＡＤで定義し、シミュレーション・エンジンであるＲＳｏｆｔ Ｄｅｓｉｇｎ Ｇｒｏｕｐ株式会社製のＢｅａｍＰｒｏｐ（有限差分ビーム伝搬法）で光伝搬のシミュレーションを行った。図２は、実施例での樹脂光導波路と、シングルモード光ファイバとの接続部を示した模式図である。

（例１〜４０）
例１〜４０のうち、例１〜７、９〜２３、例２５〜４０は実施例で、アンダークラッド１２を第１層と第２層との２層構造としたものである。例８、例２４が比較例でアンダークラッドを第１層のみの構造としたものである。
樹脂光導波路とシングルモード光ファイバの構造を、以下に示すように、ＲＳｏｆｔ ＣＡＤにより定義した。

（シングルモード光ファイバ４００）
コア４１０
コア径 ８．４μｍ
屈折率 １．４７
クラッド４２０
クラッド径 ８０μｍ
屈折率 １．４６５２

（樹脂光導波路１０）
シングルモード光導波路
コア１１
コアサイズ 幅方向５．９μｍ、縦方向２．３μｍ
屈折率 １．５３４
アンダークラッド１２
厚み ４０μｍ
第１層１２ａ
屈折率 １．５２
厚みｔ ２〜１４μｍ
第２層１２ｂ
第１層１２ａと第２層１２ｂとの屈折率差 ０〜０．０１５
例８、例２４は、アンダークラッド１２が二層構造をなしておらず、アンダークラッド１２全体の屈折率が１．５２である。
オーバークラッド１３
屈折率 １．５２
厚み ４０μｍ
コア露出部１４
樹脂光導波路１０の光伝搬方向における長さ ２０００μｍ
コア露出部１４を水（屈折率１．３２）もしくは空気（屈折率１．００）で満たした状態について、波長１．５５μｍにおける接続損失をＢｅａｍＰｒｏｐにより計算により求めた。結果を下記表に示す。なお、表中、屈折率（ｎ_１−ｎ_２）のうち、第１層１２ａの屈折率をｎ_１、第２層１２ｂの屈折率をｎ_２とする。また、表中の厚みは第１層１２ａの厚みである。また、光導波路１０のコア１１と、シングルモード光ファイバ４００のコア４１０と、のオフセットＹは、図２に示す通りである。また、表中の指標は下記表に示す通りである。

上記表１〜表６は、コア露出部１４の光伝搬方向の長さを２０００μｍとした実施例であるが、表７および表８にはコア露出部１４の長さを５００μｍ、１０００μｍ、１５００μｍおよび３０００μｍとしたものの結果を示す。

表から明らかなように、アンダークラッド１２が二層構造をなしていない例８、２４は接続損失が大きかった。
一方、アンダークラッド１２が二層構造である例１〜７、例９〜２３、例２５〜例５６は接続損失が小さかった。特に、屈折率差（ｎ１−ｎ２）で０．００１以上の二層構造をなしている例１〜７、例９〜２３、例２５〜例５６は接続損失が小さかった。
例１〜７、例９〜２３、例２５〜例３２は、いずれも、第１層の厚みｔと、第１層における屈折率ｎ１と、第２層における屈折率ｎ２との差（ｎ１−ｎ２）と、の積（ｔ×（ｎ１−ｎ２））が、０．００１〜０．２μｍを満たしていた。また、表６に示すように、コア露出部１４を水で満たした状態、もしくは空気で満たした状態のいずれの場合も、第１層１２ａと第２層１２ｂの屈折率差（ｎ１−ｎ２）が０．００１以上であれば、第１層１２ａと第２層１２ｂの屈折率差（ｎ１−ｎ１）によらず、また、光導波路１０のコア１４と、シングルモード光ファイバ４００のコア４１０と、のオフセットＹによる影響が少ない。

本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。本出願は２０１５年８月４日出願の日本特許出願（特願２０１５−１５４１９２）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

１０：樹脂光導波路
１１：コア
１２：アンダークラッド
１２ａ：第１層
１２ｂ：第２層
１３：オーバークラッド
１４：コア露出部
１００：コネクタ
２００：シリコン光導波路チップ
２１０：シリコン光導波路
２２０：コア
２３０：被覆
３００：樹脂光導波路チップ
３１０：樹脂光導波路
３２０：コア
３３０：アンダークラッド
３４０：オーバークラッド
３５０：コア露出部
４００：シングルモード光ファイバ

Claims (11)

1. コア、ならびに、該コアよりも屈折率が低いアンダークラッド、および、オーバークラッドを備える樹脂光導波路であって、
   前記樹脂光導波路の一端側に、オーバークラッドが存在せずコアおよび該コア周辺のアンダークラッドが露出したコア露出部が設けられており、
   前記アンダークラッドのうち、前記コア露出部に該当する部位が、下記（１）〜（３）を満たす第１層および第２層を有する、ことを特徴とする樹脂光導波路。
   （１）前記第１層および前記第２層は、前記コアとの界面、若しくは、前記アンダークラッドの露出面からの距離が互いに異なり、前記第１層がこれらの面に対し近位側であり、前記第２層がこれらの面に対し遠位側であるように位置する。
   （２）前記第１層は前記コアとの界面、若しくは、前記アンダークラッドの露出面からの距離が１５μｍ以内に位置する。
   （３）前記第１層および前記第２層は屈折率が互いに異なり、前記第１層は前記第２層より屈折率が高い。
2. 前記コア露出部の光伝搬方向の長さが１００μｍ以上である請求項１記載の樹脂光導波路。
3. 前記第１層における屈折率の最大値ｎ_{１， ｍａｘ}と、前記第２層における屈折率の最大値ｎ_{２， ｍａｘ}と、の差（ｎ_{１， ｍａｘ}−ｎ_{２， ｍａｘ}）が０．００１以上である請求項１または２に記載の樹脂光導波路。
4. 前記コアにおける屈折率の最大値ｎ´_ｍａｘと、前記第１層における屈折率の最大値ｎ_{１， ｍａｘ}と、の差（ｎ´_ｍａｘ−ｎ_{１， ｍａｘ}）が０．００８〜０．０２である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の樹脂光導波路。
5. 前記第１層の厚みｔが１５μｍ以下である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の樹脂光導波路。
6. 前記第１層の厚みｔと、前記第１層における屈折率の最大値ｎ_{１，ｍａｘ}と、前記第２層における屈折率の最大値ｎ_{２，ｍａｘ}との差（ｎ_{１，ｍａｘ}−ｎ_{２，ｍａｘ}）と、の積（ｔ×（ｎ_{１，ｍａｘ}−ｎ_{２，ｍａｘ}））が、０．００１〜０．２μｍである、請求項５に記載の樹脂光導波路。
7. 前記樹脂光導波路が、波長１３１０ｎｍおよび波長１５５０ｎｍの少なくても一方において、シングルモード光導波路である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の樹脂光導波路。
8. 前記樹脂光導波路のコアサイズが１〜１０μｍである、請求項１〜７のいずれか１項に記載の樹脂光導波路。
9. 前記樹脂光導波路のコアがフッ素を含む樹脂からなることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の樹脂光導波路。
10. コア、ならびに、該コアよりも屈折率が低いアンダークラッド、および、オーバークラッドを備える樹脂光導波路であって、
    前記樹脂光導波路の一端側に、オーバークラッドが存在せずコアおよび該コア周辺のアンダークラッドが露出したコア露出部が設けられており、樹脂光導波路の光伝搬方向における該コア露出部の長さが５００μｍ以上であり、
    前記アンダークラッドのうち、前記コア露出部に該当する部位が、下記（１）〜（４）を満たす第１層および第２層を有する、ことを特徴とする樹脂光導波路。
    （１）前記第１層および前記第２層は、前記コアとの界面、若しくは、前記アンダークラッドの露出面からの距離が互いに異なり、前記第１層がこれらの面に対し近位側であり、前記第２層がこれらの面に対し遠位側であるように位置する。
    （２）前記第１層は前記コアとの界面、若しくは、前記アンダークラッドの露出面からの距離が８μｍ以内に位置する。
    （３）前記第１層および前記第２層は屈折率が互いに異なり、前記第１層は前記第２層より屈折率が高い。
    （４）前記第１層における屈折率の最大値ｎ_{１，ｍａｘ}と、前記第２層における屈折率の最大値ｎ_{２，ｍａｘ}と、の差（ｎ_{１，ｍａｘ}−ｎ_{２，ｍａｘ}）が０．００２以上である。
11. 前記コア露出部において、シリコン光導波路と接続される、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の樹脂光導波路。

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