JPWO2018139652A1 - Gi型光導波路の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】コアの断面形状が略円形のGI型光導波路を提供すること。【解決手段】未硬化のクラッド部に吐出部先端の針状部を刺入する第1工程と、前記針状部から未硬化の材料を吐出させながら、前記針状部を前記未硬化のクラッド部内で移動させ、前記未硬化のクラッド部に周囲を被覆された未硬化のコア部を形成する第2工程と、前記針状部を前記未硬化のクラッド部から抜去する第3工程と、前記未硬化のクラッド部及び前記未硬化のコア部を硬化させる第4工程と、を有する光導波路の製造方法であって、前記第2工程の温度における、前記未硬化のクラッド部の粘度に対する前記未硬化のコア部を形成する材料の粘度の比が、1.20〜6であることを特徴とする、光導波路の製造方法。【選択図】図12

Description

本発明はGI型光導波路の製造方法に関し、詳細にはコアの断面形状が略円形のGI型光導波路の製造方法に関する。
近年、クラウドコンピューティングの発展やスマートフォン使用者の増加により、通信トラフィックは増加の一途をたどっている。そのため、送信された情報データが集中するデータサーバーにて、膨大な電力使用量が発生する、さらには処理量の限界が近づいている、といった問題が顕在化しており、これらを改善するための技術進展が急務となっている。その中で、情報を高密度かつ高速に処理できる技術として、サーバーボード内の一部の電気配線を光配線へと変更する、光電気混載基板(光電気複合基板ともいう)という技術が精力的に検討されている。
光電気混載基板では、面発光レーザー(VCSEL)やシリコンフォトニクスに代表される、電気信号を光信号へ変換する光電変換素子とともに、光伝送路である光導波路が必要となる。
ところで、光導波路はその構造からステップインデックス型(SI型)とグレーデッドインデックス型(GI型)の二つの構造に大別される。従来の光導波路は、その加工性の観点からSI型が利用されてきた。SI型は、コア部とクラッド部で明確な屈折率の界面を形成し、その界面反射により光を伝搬させる。一方、GI型はコア中心が最も屈折率が高く、外側に向かうにつれ徐々に屈折率が減少する構造を有しており、これによりコア中心付近のみに光が誘導されて伝搬する。そのためGI型は、コア同士を狭ピッチ化してもクロストークが発生しない、また、理論上、界面反射による伝搬損失が発生しない、といった特性を有し、高密度かつ長距離の光導波路が必要な光電気混載基板において、理想的な光導波路形状とされている。
しかしながらGI型光導波路は製造難易度が高く、報告例は限られている。数少ないGI型光導波路の製造方法としては、特定のノルボルネン樹脂とエポキシ化合物に光照射することで、光分解物及び光硬化性のエポキシ化合物の物質拡散を誘起し、屈折率勾配を発生させる手法が知られている(特許文献1)。また、簡便かつ汎用的な手法としては、クラッドとなる光硬化性樹脂の中に、コアとなる光硬化性樹脂をディスペンサにて配線描画するインジェクション法、所謂モスキート法が報告されている(特許文献2)。
特開2012−198488号公報 国際公開2013/002013号パンフレット
上記モスキート法は、非常に簡便かつ汎用的な手法であるが、未硬化のクラッド内にコアとなる光硬化性樹脂を注入するため、コアの断面形状の制御が難しく、その断面形状が歪んだものとなる虞があった。また、歪んだ光導波路は、該光導波路の出射界面でコアの断面形状が円形から崩れることにより、光強度分布が出射界面全体に広がり、コア中心付近に光の閉じ込めができなくなることから、結果として光導波路としての挿入損失が悪化する。そのため、その断面形状が略円形で挿入損失の悪化が少ない、GI型光導波路の製造方法が求められていた。
本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、コアとなる光硬化性樹脂とクラッドとなる光硬化性樹脂の粘度比を特定の範囲とすることにより、コアの断面形状が略円形のGI型光導波路の形成が可能となることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は、第1観点として、未硬化のクラッド部に吐出部先端の針状部を刺入する第1工程と、前記針状部から未硬化の材料を吐出させながら、前記針状部を前記未硬化のクラッド部内で移動させ、前記未硬化のクラッド部に周囲を被覆された未硬化のコア部を形成する第2工程と、前記針状部を前記未硬化のクラッド部から抜去する第3工程と、前記未硬化のクラッド部及び前記未硬化のコア部を硬化させる第4工程と、を有する光導波路の製造方法であって、
前記第2工程の温度における、前記未硬化のクラッド部の粘度に対する前記未硬化のコア部を形成する材料の粘度の比が、1.20〜6であることを特徴とする、光導波路の製造方法に関する。
第2観点として、前記第3工程と前記第4工程との間に、前記第1工程、前記第2工程及び前記第3工程を一連の工程として繰り返し実施し、前記未硬化のクラッド部に周囲を被覆された複数の未硬化のコア部を形成する、第1観点に記載の製造方法に関する。
第3観点として、前記光導波路が、その断面におけるコア部の屈折率が、コア部の中心を最大値として外周部に向けて連続的に屈折率が低下している光導波路である、第1観点又は第2観点に記載の製造方法に関する。
本発明の光導波路の製造方法は、コアの断面形状が略円形のGI型光導波路を製造することができ、これにより、挿入損失の悪化を抑制できるGI型光導波路を製造することが可能となる。
図1は、光導波路の製造工程を例示する図(その1)である。 図2は、光導波路の製造工程を例示する図(その2)である。 図3は、光導波路の製造工程を例示する図(その3)である。 図4は、光導波路の製造工程を例示する図(その4)である。 図5は、光導波路の製造工程を例示する図(その5)である。 図6は、光導波路の製造工程を例示する図(その6)である。 図7は、光導波路の製造工程を例示する図(その7:光導波路10の平面図)である。 図8は、光導波路の製造工程を例示する図(その8:図7のA−A線に沿う断面図)である。 図9は、光導波路の製造工程を例示する図(その9:図7のB−B線に沿う断面図)である。 図10は、製造例1で得られた反応性シリコーン化合物(SC1)のH NMRスペクトルを示す図である。 図11は、製造例2で得られた反応性シリコーン化合物(SC2)のH NMRスペクトルを示す図である。 図12は、実施例1で作製した光導波路のデジタルマイクロスコープによる観察結果(透過モード)を示す断面写真である。 図13は、実施例2で作製した光導波路のデジタルマイクロスコープによる観察結果(透過モード)を示す断面写真である。 図14は、実施例3で作製した光導波路のデジタルマイクロスコープによる観察結果(透過モード)を示す断面写真である。 図15は、比較例1で作製した光導波路のデジタルマイクロスコープによる観察結果(透過モード)を示す断面写真である。 図16は、比較例2で作製した光導波路のデジタルマイクロスコープによる観察結果(透過モード)を示す断面写真である。
<<光導波路の製造方法>>
本発明の光導波路の製造方法は、未硬化のクラッド部に吐出部先端の針状部を刺入する第1工程と、前記針状部から未硬化の材料を吐出させながら、前記針状部を前記未硬化のクラッド部内で移動させ、前記未硬化のクラッド部に周囲を被覆された未硬化のコア部を形成する第2工程と、前記針状部を前記未硬化のクラッド部から抜去する第3工程と、前記未硬化のクラッド部及び前記未硬化のコア部を硬化させる第4工程とを有する。
また本発明の製造方法において、前記第3工程と前記第4工程との間に、前記第1工程、前記第2工程及び前記第3工程を一連の工程として繰り返し実施し、前記未硬化のクラッド部に周囲を被覆された複数の未硬化のコア部を形成した後、未硬化のクラッド部及び前記未硬化のコア部を硬化させる第4工程を実施してもよい。
本発明の光導波路の製造方法において、後述するように、前記第2工程の温度における、前記未硬化のクラッド部の粘度に対する前記未硬化のコア部を形成する材料の粘度の比が、1.20〜6であることを特徴とする。なお、第2工程は通常、室温にて実施され得、従って、前記未硬化のクラッド部及びコア部の粘度は、例えば25℃±5℃の粘度をいう。好ましくは該粘度の比は1.5〜6、より好ましくは1.5〜4である。
当該粘度比を1.20〜6の範囲とすることで、コアの断面形状が略円形のGI型光導波路の形成が可能となり、ひいては、挿入損失の悪化が抑制されたGI型光導波路の製造につながる。
なお、本発明において、「略円形」とは、コアの断面形状の最大幅(水平方向)及び最大高さ(鉛直方向)から算出される縦横比(最大幅及び最大高さの何れか大きい値に対する他方の値の比、すなわち真円で最大値1となる。)が、0.8以上である形状を指す。特に、縦横比が0.9以上であれば、挿入損失の悪化をより抑制できる光導波路となり好ましい。
以下、本発明の光導波路を製造する実際の一連の手順についてその一例を詳述する。
図1〜図6は、光導波路の製造工程の一部を例示する図であり、この製造工程をインジェクション法と称する場合がある。
まず、図1に示す工程では、支持体91を準備する。支持体91は、平面形状が略矩形状の底板92の周縁部に、平面形状が略額縁状となる開口部93aを有する外枠93が着脱可能な状態で配設された部材である。底板92及び外枠93のそれぞれの材料としては、例えば、樹脂(アクリル等)、ガラス、シリコン、セラミックス、金属等を用いることができる。但し、底板92と外枠93とは、同一材料を用いなくてもよい。底板92の上面は、平坦性が高いことが好ましい。
次に、図2に示す工程では、支持体91の外枠93内に露出する底板92の上面に所定の材料を塗布し、一様に広げて略一定層厚の未硬化のクラッド部19Aを作製する。
未硬化のクラッド部19Aは、後述するクラッド形成材料を、例えば塗布装置(ディスペンサ等)や印刷装置等を用いて塗布する、あるいは、開口部93aより充填する(注入する)ことで作製できる。また、未硬化のクラッド部19Aの材料(クラッド形成材料)において、例えばカーボンブラック等の光を吸収する素材を含有させてもよい。
未硬化のクラッド部19Aの粘度は特に限定されず、当該粘度に対する後述の未硬化のコア部の粘度の比が1.20〜6となるように、粘度を調整すればよい。
また未硬化のクラッド部19Aの厚さは、後述するコア部11〜14の直径や製造条件等により任意に決定できるが、好ましくは数mm程度、より好ましくは50〜1,000μm程度とすることができる。
次に、図3に示す工程では、吐出部94(吐出部本体95及び針状部96を有する)を有する塗布装置(図示せず)を準備し、準備した塗布装置(図示せず)を作動させ、吐出部94先端の針状部96の一部を未硬化のクラッド部19Aに刺入する(第1工程)。支持体91の底板92の上面から針状部96の先端部までの高さHは適宜選択できるが、例えば、100〜1,000μm程度とすることができる(未硬化のクラッド部19Aの層厚が数mm程度の場合)。
なお、塗布装置(図示せず)は、CPUやメモリ等を含んでおり、プログラムをすることにより、吐出部94を未硬化のクラッド部19Aに対して、X方向、Y方向、及びZ方向に所定の移動速度で精度よく移動させる機能を有する。又、針状部96は、例えば、断面形状が円環状であり、塗布装置(図示せず)は、針状部96の円環内から所定の材料を所定の吐出圧力で吐出させる機能を有する。針状部96の円環の内径は適宜選択できるが、例えば、100〜200μm程度とすることができる。また、針状部96の断面形状は、円環状の他、方形状であってもよい。塗布装置(図示せず)は、例えば、卓上型塗布ロボットやディスペンサ等を含んで構成することができる。
次に、図4に示す工程では、塗布装置(図示せず)を作動させ、未硬化のクラッド部19Aに刺入した針状部96から、未硬化のコア部を形成する材料として後述するコア形成材料を吐出させながら、針状部96を未硬化のクラッド部19A内で移動させて未硬化のコア部11Aを形成する(第2工程)。
なお、図4において、(A)は平面図、(B)は(A)のC−C線に沿う断面図である。但し、(A)において吐出部94の図示は省略されている。針状部96の移動方向は適宜選択できるが、ここでは、一例としてX方向のみに移動させている。針状部96の移動速度は適宜選択できるが、例えば、5〜30mm/s程度とすることができる。針状部96の吐出圧力は適宜選択できるが、例えば、10〜1,000kPa程度とすることができる。
また、未硬化のコア部11Aの粘度は、前述の未硬化のクラッド部19Aの粘度に対する比が1.20〜6となるように選択すればよい。
吐出部94の移動速度や針状部96の吐出圧力、針状部96の円環の内径を、それぞれ未硬化のコア部11Aを形成する材料(コア形成材料)や未硬化のクラッド部19Aを形成する材料(クラッド形成材料)の性状(粘度など)に合わせて調整することにより、未硬化コア部Aの断面形状をさらに真円形に近い略円形とすることにつながり、そして後述する硬化後に中心部ほど屈折率が高く周辺部に近づくほど屈折率が低いコア部11を形成できる。未硬化のコア部11Aの断面形状が略円形である場合の直径は、例えば、5〜200μm程度とすることができる。
また、コア形成材料を吐出させながら、吐出部94の移動速度や針状部96の吐出圧力をプログラム等により変化させることで、部分的に径の異なるコア部11を形成することもできる(スポットサイズ変換)。
なお、吐出部94の移動速度や針状部96の吐出圧力を、未硬化のコア部11Aの材料(コア形成材料)や未硬化のクラッド部19Aの材料(クラッド形成材料)の性状(粘度など)に合わせて調整することにより、針状部96の円環の内径よりも小径の略円形(断面形状)の未硬化のコア部11Aを作製することも可能である。
これは、各材料の粘度を調整して、より粘性のある未硬化のコア部11Aの材料を針状部96から吐出することで、針状部の円環の内側面と材料との摩擦力が大きくなり、これにより、円環の内側面近傍からは前記材料が吐出され難く、円環の内側面とは摩擦が生じない円環の中心部近傍の前記材料のみが優先的に吐出されることによって実現される。
なお、図4の工程は、通常室温にて実施され得るが、冷却プレート等の温調装置(図示せず)により温度を調節することができる。特に、10μm以下の細径のコア部11Aを作製する場合には、例えば、10〜20℃とすることが好ましい。
図4に示す工程では、未硬化のクラッド部19Aが形成された支持体91を固定し、針状部96を未硬化のクラッド部19A内で移動させて未硬化のコア部11Aを形成する例を示した。しかしながら、このような態様には限定されず、例えば、針状部96を固定し、未硬化のクラッド部19Aが形成された支持体91を移動させて未硬化のコア部11Aを形成してもよい。
次に、図5に示す工程では、図4に示す状態から吐出部94をZ方向に移動させて、針状部96を未硬化のクラッド部19Aから抜去する(第3工程)。
なお、この後、図3の工程の針状部96の未硬化のクラッド部19Aへの刺入と、図4の未硬化のコア部11Aを形成する工程と、図5の工程の未硬化のクラッド部19Aからの針状部96の抜去とを繰り返し、図6に示すように、未硬化のコア部12A、13A、及び14Aを未硬化のコア部11Aに並設するように形成してもよい。未硬化のコア部12A、13A、及び14Aの材料には、未硬化のコア部11Aと同種類のコア形成材料を用いてもよいし、異なる種類のコア形成材料を併用してもよい。また複数のコア部を形成する場合、隣接するコア部のピッチは、例えば、20〜300μm程度とすることができる。
前述のように、未硬化のクラッド部19Aは適度な流動性(粘度)を有するため、針状部96を未硬化のクラッド部19Aから抜去しても、抜去の痕跡は残らず、また未硬化のコア部11A、さらには12A、13A、及び14Aを形成後に、未硬化のクラッド部19Aとの間に界面は形成されない。
なお、図5及び図6において、(A)は平面図、(B)は(A)のC−C線(図5)又はD−D線(図6)に沿う断面図である。但し、各図の(A)において吐出部94の図示は省略されている。
図5及び図6に示す工程の後(図示せず)、未硬化のコア部11A、さらには12A、13A、及び14A、並びに未硬化のクラッド部19Aを、後述する所定の方法、すなわち光(紫外線等)を照射して硬化させるか、或いは、加熱処理して硬化させる(第4工程)。光の照射のみでは完全に硬化しない材料を用いた場合には、光を照射した後、更に、加熱してもよい。
上記光硬化の場合、光照射に用いる活性光線としては、例えば、紫外線、電子線、X線等が挙げられる。紫外線照射に用いる光源としては、太陽光線、ケミカルランプ、低圧水銀灯、高圧水銀灯、メタルハライドランプ、キセノンランプ、UV−LED等が使用できる。また、光照射後、必要に応じてポストベークを行うことにより、具体的にはホットプレート、オーブン等を用いて、通常、50〜300℃で1〜120分間加熱することにより硬化(重合)を完結させることができる。
上記熱硬化の場合、その加熱条件としては特に限定されないが、通常、50〜300℃、1〜120分間の範囲から適宜選択される。また、加熱手段としては、特に限定されないが、例えば、ホットプレート、オーブン等が挙げられる。
この硬化工程により、未硬化のコア部11A、さらには12A、13A、及び14A、並びに未硬化のクラッド部19Aは、それぞれ重合硬化され、コア部11、さらには12、13、及び14、並びにクラッド部19が形成される(図7〜図9、光導波路10参照。図7は、光導波路10を例示する平面図であり、図8は、図7のA−A線に沿う断面図、図9は、図7のB−B線に沿う断面図である。)。なお、コア部11〜14は、それぞれ、コア部11〜14の内部に界面を生じることなく連続的にかつ一体的に形成され、クラッド部19は、クラッド部19の内部に界面を生じることなく一体的に形成される。
なお、本形態では、支持体91を用意して光導波路を製造したが、支持体91は必ずしも必要なものではない。例えば、集積回路内やプリント基板内に形成された凹状の形状内に未硬化のクラッド部19Aを作製してもよいし、当該基板内の溝やスリットを支持体の代替として作製してもよい。
また、本形態では、吐出部94が1系統の例を示したが、このような態様には限定されず、複数の吐出部94から同時にコア形成材料を吐出し、複数の未硬化のコア部(例えば11A〜14A)を同時に形成してもよい。
<クラッド形成材料及びコア形成材料>
上述の製造方法において、クラッド部を形成するクラッド形成材料、並びに、コア部を形成するコア形成材料は、前述したように前記第2工程の温度における未硬化のクラッド部の粘度、言い換えると、未硬化のクラッド部を形成するクラッド形成材料の粘度に対する、前記未硬化のコア部を形成するコア形成材料の粘度の比が所定の範囲内にある限り、従来の光導波路のクラッド部及びコア部の形成に用いられてきた各種の材料を適宜選択採用することができる。
具体的には、クラッド形成材料はコア形成材料より形成されるコア部の中心部よりも低屈折率となる材料であり、また、クラッド形成材料及びコア形成材料のいずれも、前述の第4工程における光照射や加熱処理により硬化する材料であって、例えば、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ビニル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリノルボルネン樹脂等を主成分とする材料等を適宜選択して用いることができる。またクラッド形成材料には、例えばカーボンブラック等の光を吸収する素材を含有させてもよい。
本発明の製造方法では、特定構造の反応性シリコーン化合物と、アルケニル基及び/又は(メタ)アクリル基を有する化合物とを組合せた重合性組成物を、光導波路のクラッド形成材料及び/又はコア形成材料として好適に用いることができる。
より詳細には、例えば、国際公開2012/097836号パンフレットに記載の重合性組成物を、屈折率や粘度によってクラッド形成材料又はコア形成材料として選択できる。
本発明で使用する上記クラッド形成材料及び上記コア形成材料は、本発明の製造方法による光導波路の形成において作業性に優れた粘度を有することが好ましい。
例えば、上記クラッド形成材料の粘度は25℃で500〜20,000mPa・sであり、上記コア形成材料は同600〜120,000mPa・sであることが好ましい。
なお前述したように、本発明の製造方法において、前記第2工程の温度における未硬化のクラッド部の粘度に対する前記未硬化のコア部を形成する材料の粘度の比は所定の範囲(1.20〜6)内にあることが求められることから、クラッド部(及びコア部)を形成するクラッド形成材料、及びコア部を形成するコア形成材料の粘度も、上記の粘度比を満足するようにそれぞれ選択すればよい。
以下、実施例を挙げて、本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
なお、実施例において、試料の調製及び物性の分析に用いた装置及び条件は、以下の通りである。
(1)撹拌脱泡機
装置:(株)シンキー製 自転・公転ミキサー あわとり練太郎(登録商標)ARE−310
(2)H NMR
装置:Burker社製 AVANCE III HD
測定周波数:500MHz
測定溶媒:CDCl
基準物質:テトラメチルシラン(0.00ppm)
(3)ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)
装置:(株)島津製作所製 Prominence(登録商標)GPCシステム
カラム:昭和電工(株)製 Shodex(登録商標)GPC KF−804L及びGPC KF−803L
カラム温度:40℃
溶媒:テトラヒドロフラン
検出器:RI
検量線:標準ポリスチレン
(4)粘度
装置:Anton Paar社製 MCRレオメータ MCR302
測定システム:コーンプレート(直径25mm、角度2度)
温度:25℃
回転数:1rpm
待機時間:5分
(5)デジタルマイクロスコープ
装置:(株)キーエンス製 VHX−5000シリーズ
また、略記号は以下の意味を表す。
DPSD:ジフェニルシランジオール[東京化成工業(株)製]
STMS:トリメトキシ(4−ビニルフェニル)シラン[信越化学工業(株)製]
DOG:ジオキサングリコールジアクリレート[新中村化学工業(株)製 NKエステルA−DOG]
DVB:ジビニルベンゼン[新日鉄住金化学(株)製 DVB−810、純度81%]
I127:2−ヒドロキシ−1−(4−(4−(2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオニル)ベンジル)フェニル)−2−メチルプロパン−1−オン[BASFジャパン(株)製 IRGACURE(登録商標)127]
TPO:ジフェニル(2,4,6−トリメチルベンゾイル)ホスフィンオキシド[BASFジャパン(株)製 IRGACURE(登録商標)TPO]
[製造例1]反応性シリコーン化合物(SC1)の製造
凝縮器を備えた1Lのナス型フラスコに、DPSD 177g(0.80mol)、STMS 179g(0.80mol)、及びトルエン141gを仕込み、窒素バルーンを用いてフラスコ中の空気を窒素で置換した。この反応混合物を50℃に加熱後、水酸化バリウム一水和物[Aldrich社製]0.303g(1.6mmol)を添加し、さらに50℃で2日間撹拌して脱アルコール縮合を行った。反応混合物を室温(およそ23℃)まで冷却し、孔径0.2μmのメンブレンフィルタを用いて不溶物を除去した。ロータリーエバポレーターを用いて、この反応混合物からトルエン及び副生成物のメタノールを50℃で減圧留去することで、無色透明油状物の反応性シリコーン化合物(SC1)305gを得た。
得られた反応性シリコーン化合物のH NMRスペクトルを図10に示す。また、GPCによるポリスチレン換算で測定される重量平均分子量Mwは1,300、分散度Mw/Mnは1.2であった。
[製造例2]反応性シリコーン化合物(SC2)の製造
凝縮器及びディーンスターク装置を備えた200mLのナス型フラスコに、DPSD 43.3g(0.20mol)、STMS 44.9g(0.20mol)、及びトルエン35gを仕込み、窒素バルーンを用いてフラスコ中の空気を窒素で置換した。この反応混合物を50℃に加熱後、水酸化バリウム一水和物[Aldrich社製]38mg(0.2mmol)を添加し、50℃で1時間撹拌した。さらに85℃に加熱後、副生するメタノールを系外に除去しながら5時間撹拌して脱アルコール縮合を行った。反応混合物を室温(およそ23℃)まで冷却し、孔径0.2μmのメンブレンフィルタを用いて不溶物を除去した。ロータリーエバポレーターを用いて、この反応混合物からトルエンを50℃で減圧留去することで、無色透明油状物の反応性シリコーン化合物(SC2)74.9gを得た。
得られた反応性シリコーン化合物のH NMRスペクトルを図11に示す。また、GPCによるポリスチレン換算で測定される重量平均分子量Mwは1,600、分散度:Mw(重量平均分子量)/Mn(数平均分子量)は1.2であった。
[製造例3]硬化性組成物1の調製
製造例1で製造したSC1 98.6質量部、DVB 1.4質量部、及びTPO 1質量部を、50℃で3時間撹拌混合した。さらに2分間撹拌脱泡することで硬化性組成物1を調製した。
得られた組成物の25℃における粘度は51,300mPa・sであった。
[製造例4〜6]硬化性組成物2〜4の調製
製造例3と同様にして、表1に記載の硬化性組成物2〜4をそれぞれ調製した。得られた各組成物の25℃における粘度を、表1に併せて示す。
[実施例1]GI型光導波路の作製
表2に記載した条件で、クラッド部内に1チャネルのコア部を形成した光導波路を作製した。以下に具体的に説明する(図1〜図5参照)。
縦15cm×横3cm×厚さ3mmのガラス基板上(図1:底板92)に、中央に縦10cm×横1cmの開口部(図1:開口部93a)を有する厚み500μmのシリコーンゴムシート(図1:外枠93)を貼り、その開口部にクラッド材料として硬化性組成物2を充填した。この時、水平方向に約45度傾け、さらに30分静置させることで、開口部に均一にクラッド材料を充填し、未硬化のクラッド部(図2:未硬化のクラッド部19A)とした。
このクラッド材料を充填したガラス板を、卓上型塗布ロボット[武蔵エンジニアリング(株)製 SHOTMASTER(登録商標)300DS−S]のワークテーブルに取り付けた。又、5mL UVブロックシリンジ[武蔵エンジニアリング(株)製 PSY−5EU−OR](図3:吐出部94)中に、コア材料として硬化性組成物1を充填して脱泡し、シリンジ吐出部(図3:吐出部本体95)へ内径150μmの金属ニードル[武蔵エンジニアリング(株)製 SN−30G−LF](図3:針状部96)を接続した後、卓上型塗布ロボットに取り付けた。
続いて、ガラス基板上面から金属ニードル先端までの高さ(図3:H)が270μmとなるように吐出部の位置を調整した。その後、ディスペンサ[武蔵エンジニアリング(株)製 ML−808GXcom]の吐出圧力を550kPaに設定し、卓上型塗布ロボットの描線動作速度(吐出部の移動速度)を14mm/秒に設定した。卓上型塗布ロボットの吐出プログラムを動作させることにより、ガラス基板上面から金属ニードル先端までの高さが270μmの位置で、光導波路の長さが9.5cmとなるように、コア材料である硬化性組成物1を、クラッド材料である硬化性組成物2中に吐出して、未硬化のコア部(図4:未硬化のコア部11A)を形成した後、金属ニードルを未硬化のコア部から抜去した(図5)。コア部描線が完了後、直ちに、卓上型塗布ロボットに設置した、UV光源[200W水銀キセノンランプ、HOYA CANDEO OPTRONICS(株)製 EXECURE 4000−D]に接続した光ファイバーライトガイド先端を、20mm/秒の速度で3回掃引させ、照度1,000mW/cm(365nm検出)でUV照射し、未硬化のコア部及び未硬化のクラッド部を硬化させてコア部及びクラッド部とした。なお、上記作業は室温(およそ25℃)で実施した。
その後、カミソリを用いてガラス基板からシリコーンゴムシートを剥離した後、150℃のオーブンで20分間加熱した。カミソリを用いて光導波路の断面を露出させ、光ファイバー用紙やすりで端面を研磨することで、長さ5cmのGI型光導波路を得た。
作製した光導波路をデジタルマイクロスコープのステージに垂直方向に設置し、下部の白色光源から光を当てて透過モードにて光導波路の断面形状を観察した。結果を図12に示す。また、その形状を以下の基準に従って評価した。結果を表2に示す。
[断面形状]
A:略円形
C1:横長で上部に凹
C2:縦長で上部に凸
[縦横比]
断面写真を画像処理ソフトウェア[アメリカ国立衛生研究所製 ImageJ]で解析し、コア部の最大幅、及び最大高さ(上部に凹形状の場合は凹部の最下部までの高さ)を計測した。得られた最大幅及び最大高さの何れか大きい値に対する他方の値の比を、縦横比として算出した。なお、コア部とクラッド部の境界は、それぞれの線分を含む直線上の画素の最大輝度と最小輝度の平均値((最大輝度+最小輝度)/2)と等しい輝度の点とした。
[実施例2〜3、比較例1〜2]
表2に記載した材料、条件に変更した以外は実施例1と同様に操作して、光導波路を作製し、その断面形状を観察し、評価した。結果を図13〜図16、並びに、表2に併せて示す。
図12〜図14に示すように、クラッド材料(未硬化のクラッド部)の粘度に対するコア材料(未硬化のコア部を形成する材料)の粘度の比が1.2〜5.7である実施例1〜3の光導波路は、それらのコアの断面形状がいずれも直径が50μm程度(実施例1及び実施例2)あるいは30μm程度(実施例3)の真円形状に近い略円形を示した。
一方、上記の粘度比が所定範囲(1〜6)を超えた13.5となった比較例1の光導波路では、コアの断面が横長で上部に凹が認められる形状を示した(図15)。
また上記の粘度比が所定範囲を下回る0.52となった比較例2の比較例2の光導波路では、コアの断面が縦長で上部に凸が認められる形状を示した(図16)。
以上のように、本発明の光導波路の製造方法により、コアの形成材料とクラッドの形成材料の粘度比を特定の範囲とすることにより、コアの断面形状がより真円形に近い、略円形の光導波路が得られた。
10 光導波路
11、12、13、14 コア部
11A、12A、13A、14A 未硬化のコア部
19 クラッド部
19A 未硬化のクラッド部
91 支持体
92 底板
93 外枠
94 吐出部
95 吐出部本体
96 針状部
高さ

Claims (3)

  1. 未硬化のクラッド部に吐出部先端の針状部を刺入する第1工程と、前記針状部から未硬化の材料を吐出させながら、前記針状部を前記未硬化のクラッド部内で移動させ、前記未硬化のクラッド部に周囲を被覆された未硬化のコア部を形成する第2工程と、前記針状部を前記未硬化のクラッド部から抜去する第3工程と、前記未硬化のクラッド部及び前記未硬化のコア部を硬化させる第4工程と、を有する光導波路の製造方法であって、
    前記第2工程の温度における、前記未硬化のクラッド部の粘度に対する前記未硬化のコア部を形成する材料の粘度の比が、1.20〜6であることを特徴とする、光導波路の製造方法。
  2. 前記第3工程と前記第4工程との間に、前記第1工程、前記第2工程及び前記第3工程を一連の工程として繰り返し実施し、前記未硬化のクラッド部に周囲を被覆された複数の未硬化のコア部を形成する、請求項1に記載の製造方法。
  3. 前記光導波路が、その断面におけるコア部の屈折率が、コア部の中心を最大値として外周部に向けて連続的に屈折率が低下している光導波路である、請求項1又は請求項2に記載の製造方法。
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