TWI834667B - 聚合物光波導及複合光波導 - Google Patents

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TWI834667B
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日商Ａｇｃ股份有限公司
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Abstract

本發明係關於一種聚合物光波導，其具備芯體、折射率低於上述芯體且存在於上述芯體之周圍之下包層、及折射率低於上述芯體且存在於與上述下包層為相反側之芯體周圍之上包層；且上述聚合物光波導沿著光之傳播方向具有不存在上包層而露出芯體及該芯體周邊之下包層之耦合部、及上述芯體由下包層與上包層被覆之光波導部；上述聚合物光波導沿著光之傳播方向具有芯體寬度不同之部位；於將芯體寬度最窄之部位a之芯體寬度設為Wa(μm)，將上述部位a之芯體高度設為Ha(μm)時，上述Ha為1.3 μm以上4.5 μm以下，Ha/Wa為1.15以下。

Description

聚合物光波導及複合光波導
本發明係關於一種聚合物光波導及複合光波導。
作為於矽晶片上將矽之光電路積體化之技術的矽光子學一直受到關注。於矽光子學中，作為在形成於光積體電路之矽光波導與光纖之間傳遞光訊號之波導，已知有利用絕熱耦合之聚合物光波導(例如，參照專利文獻1)。若使用該聚合物光波導，則能夠降低矽光波導與光纖之傳播損失。
然而，於使用專利文獻1之聚合物光波導之情形時之矽光波導與光纖之傳播損失之降低程度並不充分，要求以更加低之損失將矽光波導與光纖連接。
又，要求聚合物光波導之生產性之提高及檢查性之提高。 先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本專利特開2014-81586號公報
[發明所欲解決之問題]
本發明為了解決上述先前技術之問題點，以提供一種能夠以低損失達成與矽光波導之絕熱耦合及與光纖之連接、且生產性高之聚合物光波導為課題。又，以提供一種容易檢查之聚合物光波導為課題。 [解決問題之技術手段]
為了達成上述目的，提供一種聚合物光波導，其係具備芯體、折射率低於上述芯體且存在於上述芯體之周圍之下包層、及折射率低於上述芯體且存在於與上述下包層為相反側之芯體周圍之上包層者；且 上述聚合物光波導沿著光之傳播方向具有不存在上包層而露出芯體及該芯體周邊之下包層之耦合部、及上述芯體由下包層與上包層被覆之光波導部； 上述聚合物光波導沿著光之傳播方向具有芯體寬度不同之部位；且 於將芯體寬度最窄之部位a之芯體寬度設為Wa(μm)，將上述部位a之芯體高度設為Ha(μm)時，上述Ha為1.3 μm以上4.5 μm以下，Ha/Wa為1.15以下。
於本發明之聚合物光波導中，較佳為上述部位a存在於上述光波導部。
於本發明之聚合物光波導中，較佳為上述Wa為1.3 μm以上4.5 μm以下。
較佳為，本發明之聚合物光波導具有沿著光之傳播方向並列配置之複數個芯體，於上述聚合物光波導之一端側與另一端側，複數個芯體間之間距不同，上述聚合物光波導具有變換複數個芯體間之間距之間距變換區域，於將該間距變換區域中之芯體寬度設為Wp(μm)時，Wp為2.2 μm以上6 μm以下。
於本發明之聚合物光波導中，較佳為上述下包層與上述上包層之折射率差之絕對值為0.001以下。
於本發明之聚合物光波導中，較佳為上述芯體與上述下包層之比折射率差u、及上述芯體與上述上包層之比折射率差o均為0.006~0.017。
於本發明之聚合物光波導中，較佳為於將上述耦合部處之芯體寬度設為Ws(μm)時，Ws為3 μm以上8 μm以下。
本發明之聚合物光波導具有沿著光之傳播方向並列配置之複數個芯體，上述複數個芯體中之至少一個亦可不具有上述耦合部而僅具有上述光波導部。
於本發明之聚合物光波導中，較佳為上述芯體包含含有氟之聚合物。
又，本發明提供一種複合光波導，其包含本發明之聚合物光波導、及收容該聚合物光波導之上述光波導部之連接器。 [發明之效果]
於本發明之聚合物光波導中，抑制製造時之芯體之膜剝離，提高生產性。 於本發明之聚合物光波導中，能夠以低損失達成與矽光波導之絕熱耦合。 於本發明之聚合物光波導中，能夠降低於間距變換區域之彎曲損失。 於本發明之聚合物光波導中，能夠以低損失達成與單模光纖之連接。 於具備僅具有光波導部之光學測定用芯體之本發明之聚合物光波導中，能夠容易地實施傳播損失測定等檢查。
以下，參照圖式對本發明進行說明。 圖1係表示本發明之聚合物光波導之一構成例之立體圖。圖1所示之聚合物光波導10具備：芯體11a、11b；下包層12，其折射率低於芯體11a、11b且存在於芯體11a、11b之周圍；及上包層13，其折射率低於芯體11a、11b且存在於與下包層12為相反側之芯體11a、11b周圍。聚合物光波導10沿著光之傳播方向具有不存在上包層13而露出芯體11a、11b及該芯體11a、11b周邊之下包層12之耦合部14、及芯體11a、11b由下包層12與上包層13被覆之光波導部15。
於圖1所示之聚合物光波導10中，沿著該聚合物光波導10中之芯體之光之傳播方向(以下，於本說明書中稱為「聚合物光波導中之光之傳播方向」)並列配置有2個芯體11a、11b。但，本發明之聚合物光波導中之芯體之數量並不限定於此，芯體之數量亦可為1個，還可為3個以上。
圖1所示之聚合物光波導10沿著聚合物光波導中之光之傳播方向具有芯體寬度不同之部位。具體而言，該聚合物光波導10中之光之傳播方向之一端側與另一端側之芯體寬度不同。 於本說明書中，於提及「芯體寬度」之情形時，指垂直於聚合物光波導中之光之傳播方向之剖面之與聚合物光波導之厚度方向垂直之方向上之芯體之寬度。 於本說明書中，於提及「芯體高度」之情形時，指垂直於聚合物光波導中之光之傳播方向之剖面之聚合物光波導之厚度方向上之芯體之高度。
圖2係圖1所示之聚合物光波導10之光波導部15側之剖面圖。圖3係圖1所示之聚合物光波導10之耦合部14之剖面圖。 如圖2所示，聚合物光波導10之光波導部15側(一端側)係芯體11a、11b之芯體高度與芯體寬度大致相同之四邊形。 如圖3所示，聚合物光波導10之耦合部14側(另一端側)係相較於芯體11a、11b之芯體高度而言芯體寬度更長之四邊形。 圖示之聚合物光波導10中，與光波導部15側(一端側)相比，於耦合部14側(另一端側)，芯體11a、11b之芯體寬度變寬。
於圖示之聚合物光波導10中，光波導部15側(一端側)之剖面係芯體寬度最窄之部位a。 聚合物光波導10於將該部位a處之芯體寬度設為Wa(μm)，將芯體高度設為Ha(μm)時，Ha為1.3 μm以上4.5 μm以下，Ha/Wa為1.15以下。 於圖2所示之聚合物光波導10中，芯體11a之芯體寬度Waa、芯體高度Haa、芯體11b之芯體寬度Wab、芯體高度Hab均滿足上述條件。
作為光波導部15側之端面之部位a用作與單模光纖之連接部。藉由部位a之芯體高度Ha為1.3 μm以上，能夠以低損失與單模光纖連接。部位a之芯體高度Ha較佳為1.4 μm以上，更佳為1.5 μm以上，進而較佳為1.6 μm以上，最佳為1.8 μm以上。 但，若部位a之芯體高度Ha變大，則以下述順序製作聚合物光纖時，容易產生芯體之膜剝離。芯體之膜剝離會產生所製作之聚合物光波導之斷線等問題，故而成為問題。因此，部位a之芯體高度Ha設為4.5 μm以下。部位a之芯體高度Ha較佳為2.2 μm以下，更佳為2.1 μm以下，進而較佳為2.0 μm以下。 再者，聚合物光波導10之芯體11a、11b之芯體高度沿著光之傳播方向基本上固定。因此，若部位a之芯體高度Ha(Haa、Hab)為上述範圍，則其他部位之芯體高度亦為上述範圍。因此，耦合部14側之端面之芯體高度亦為上述範圍。
又，即便部位a處之芯體高度Ha為4.5 μm以下，於部位a處之芯體之芯體寬度Wa較窄、芯體高度Ha較高之情形時，於以下述順序製作聚合物光纖時亦容易產生芯體之膜剝離。因此，部位a處之芯體高度Ha與芯體寬度Wa之比(Ha/Wa)為1.15以下。Ha/Wa較佳為1.1以下，更佳為1.0以下，進而較佳為0.9以下。 如上所述，聚合物光波導10之芯體11之芯體高度沿著光之傳播方向固定。另一方面，由於部位a係芯體11之芯體寬度最窄之部位，故除部位a以外之部位之芯體11之芯體寬度為Wa以上。因此，若部位a之Ha/Wa為上述範圍，則其他部位之芯體高度與芯體寬度之比亦為上述範圍。
就部位a處之芯體高度Ha、及芯體高度Ha與芯體寬度Wa之比(Ha/Wa)之關係而言，芯體寬度Wa較佳為1.3 μm以上，更佳為1.5 μm以上，進而較佳為1.8 μm以上，尤佳為2.0 μm以上。 又，芯體寬度Wa較佳為4.5 μm以下，更佳為4.0 μm以下，進而較佳為3.5 μm以下，尤佳為3.0 μm以下。
本發明之聚合物光波導之芯體寬度最窄之部位a亦可存在於除圖示之部位以外之部位，但較佳為存在於用於與單模光纖之連接之光波導部。
於圖3所示之聚合物光波導10中，不存在上包層13而露出芯體11a、11b及該芯體11a、11b周邊之下包層12之耦合部14用作與矽光波導之絕熱耦合部位。 於圖示之聚合物光波導10中，耦合部14處之芯體11a、11b之芯體寬度Ws(Wsa、Wsb)為3 μm以上能夠以低損失與矽光波導連接，故而較佳。耦合部14處之芯體11a、11b之芯體寬度Ws(Wsa、Wsb)更佳為3.5 μm以上，進而較佳為4 μm以上。 於圖示之聚合物光波導10中，耦合部14處之芯體11a、11b之芯體寬度Ws(Wsa、Wsb)為8 μm以下能夠以低損失與矽光波導連接，故而較佳。耦合部14處之芯體11a、11b之芯體寬度Ws(Wsa、Wsb)更佳為7 μm以下，進而較佳為6 μm以下。
圖4係表示本發明之聚合物光波導之另一構成例、及與矽光波導絕熱耦合而成之複合光波導之一構成例的立體圖。圖5係圖4之複合光波導20之側視圖。 於圖4所示之複合光波導20中，矽光波導30與聚合物光波導40絕熱耦合。圖4所示之聚合物光波導40就具備芯體41、下包層42、及上包層43之方面、以及具有耦合部44及光波導部45之方面而言，與圖1所示之聚合物光波導10相同。圖4所示之聚合物光波導40於耦合部44與矽光波導30絕熱耦合。聚合物光波導40之光波導部45收容於與單模光纖等之對接耦合(正對耦合)用連接器50。
圖6係圖4所示之聚合物光波導40之立體圖。但，聚合物光波導40上下反轉。 圖6所示之聚合物光波導40具有沿著光之傳播方向並列配置之複數個、具體而言為8個芯體41。於聚合物光波導40之光波導部45側(一端側)與耦合部44側(另一端側)，複數個芯體41間之間距不同。於光波導部45側(一端側)，間距較佳為100~500 μm，更佳為125~250 μm。於耦合部44側(另一端側)，間距較佳為20~200 μm，更佳為30~100 μm。因此，圖6所示之聚合物光波導40具有變換複數個芯體間之間距之間距變換區域46。 於該間距變換區域46中，若芯體41之彎曲半徑較大，則間距變換所需之距離變長，聚合物光波導40變大。因此，較佳為芯體41之彎曲半徑較小。但，若縮小芯體41之彎曲半徑，則彎曲損失變大。
如上所述，除部位a以外之部位之芯體11之芯體寬度為Wa以上。因此，於將間距變換區域46處之芯體寬度設為Wp(μm)時，Wp為Wa以上。Wp為2.2 μm以上會抑制間距變換區域46中之芯體41之彎曲損失，故而較佳。芯體寬度Wp更佳為3 μm以上，進而較佳為3.5 μm以上，進而較佳為4 μm以上，最佳為4.5 μm以上。 但，若間距變換區域46處之芯體寬度Wp變大，則有於芯體41傳播之光之模式混亂之虞。因此，間距變換區域46處之芯體寬度Wp較佳為6 μm以下，更佳為5.5 μm以下，進而較佳為5.0 μm以下。
間距變換區域46中之芯體41之彎曲半徑並無特別限定。但，為了減小聚合物光波導40之尺寸，間距變換區域46中之芯體41之彎曲半徑較佳為100 mm以下，更佳為80 mm以下，進而較佳為50 mm以下，進而較佳為30 mm以下，進而較佳為20 mm以下，最佳為12 mm以下。 但，若間距變換區域46中之芯體41之彎曲半徑過小，則即便間距變換區域46處之芯體寬度Wp滿足上述範圍，芯體41之彎曲損失亦會變大。因此，間距變換區域46中之芯體41之彎曲半徑較佳為6 mm以上，更佳為8 mm以上。 再者，沿著光之傳播方向並列配置之所有芯體亦可不滿足上述彎曲半徑，一部分芯體之彎曲半徑亦可超過100 mm。例如，一部分芯體之彎曲半徑亦可為200 mm以上。
圖7係本發明之聚合物光波導之又一構成例之俯視圖。圖7所示之聚合物光波導60就如下方面而言，與圖6所示之聚合物光波導40相同：(1)具備沿著光之傳播方向並列配置之複數個芯體61a、61b、61c、下包層62、及上包層63；(2)具有不存在上包層63而露出芯體61a及該芯體61a周邊之下包層62之耦合部64、及芯體61a、61b、61c由下包層62與上包層63被覆之光波導部65；(3)於聚合物光波導60之光波導部65側(一端側)與耦合部64側(另一端側)，複數個芯體61a間之間距不同；(4)具有變換複數個芯體間之間距之間距變換區域66。 但，圖7所示之聚合物光波導60亦可複數個芯體61a、61b、61c中之一部分之複數個芯體61b、61c不具有不存在上包層63而露出芯體、及該芯體周邊之下包層62之耦合部62，而僅具有光波導部65。 該等僅具有光波導部之芯體61b、61c係傳播損失測定等檢查時所使用之光學測定用芯體。藉由具有光學測定用芯體61b、61c，能夠容易地進行傳播損失測定等檢查。該等光學測定用芯體61b、61c於一端側與另一端側，複數個芯體61b、61c間之間距可相同，亦可具有變換複數個芯體61b、61c間之間距之間距變換區域。
圖8之(a)~(e)係本發明之聚合物光波導之又一構成例之俯視圖。圖8之(a)~(e)所示之聚合物光波導70a~70e具備芯體71a~71e、下包層72a~72e、及上包層73a~73e。但，芯體71a~71e僅示出沿著光之傳播方向並列配置之複數個芯體中配置於最外側之2個芯體。圖中右側為不存在上包層而露出芯體及該芯體周邊之下包層之耦合部74a~74e，圖中左側為芯體由下包層與上包層被覆之光波導部75a~75e。聚合物光波導70a~70e於光波導部75a~75e與耦合部74a~74e之間具有變換複數個芯體間之間距之間距變換區域76a~76e。
如圖6所示之聚合物光波導40般，於聚合物光波導40之平面形狀為矩形之情形時，於複數個芯體41間之間距較窄之耦合部44側廣泛存在有於較配置於最外側之芯體41更靠外側僅存在下包層42之部位。於與耦合部44相鄰之間距變換區域46亦廣泛存在有於較配置於最外側之芯體41更靠外側僅存在下包層42及上包層43之部位。該等部位由於對聚合物光波導40中之光傳播無任何貢獻，故亦可不存在。 圖8之(a)~(e)所示之聚合物光波導70a~70e藉由沖切而去除了耦合部74a~74e側之下包層72a~72e中較配置於最外側之芯體71a~71e更靠外側之部分。與耦合部74a~74e相鄰之間距變換區域76a~76e之下包層72a~72e、及上包層73a~73e亦藉由沖切而去除了較配置於最外側之芯體71a~71e更靠外側之部分。藉由使用該等形狀之聚合物光波導，能夠縮小矽晶片之尺寸。
對本發明之聚合物光波導進一步進行記載。
(芯體) 於本發明之聚合物光波導中，芯體之端面形狀並不限定於圖示之四邊形。芯體之端面形狀(於聚合物光波導之內部，垂直於聚合物光波導中之光之傳播方向之芯體之剖面形狀)例如亦可為梯形、圓形、橢圓形。又，於芯體之端面形狀為矩形、大致正方形、梯形等多邊形之情形時，其角亦可帶弧度。於芯體之端面形狀為矩形或大致正方形以外之情形時，部位a處之芯體寬度Wa、芯體高度Ha、及耦合部處之芯體寬度Ws分別設為端面形狀處之芯體寬度、芯體高度之平均值。
芯體亦可於其內部具有折射率分佈。於此情形時，亦可具有相對於芯體之中心向遠端側折射率變低之折射率分佈。又，可具有上包層側之折射率高而下包層側之折射率低之折射率分佈，亦可具有上包層側之折射率低而下包層側之折射率高之折射率分佈。
(下包層、上包層) 下包層及上包層之折射率較芯體低。下包層及上包層可具有單一之折射率，亦可具有相對於芯體在近端側與遠端側折射率不同之部位。於此情形時，可為相對於芯體向遠端側折射率變低之構成，亦可為相對於芯體向遠端側折射率變高之構成。
於本發明之聚合物光波導中，芯體與下包層之比折射率差u、及芯體與上包層之比折射率差o均為0.006~0.017能夠以更低損失與單模光纖連接，且於具有間距變換區域之聚合物光波導之情形時能夠抑制間距變換區域中之彎曲損失，故而較佳。芯體與下包層之比折射率差u、及芯體與上包層之比折射率差o均更佳為0.007~0.015，進而較佳為0.008~0.012，進而較佳為0.008~0.011。 芯體與下包層之比折射率差u係如下所述般，使用芯體之折射率與下包層之折射率而求得。 比折射率差u=(芯體之折射率-下包層之折射率)/下包層之折射率 芯體與上包層之比折射率差o係如下所述般，使用芯體之折射率與上包層之折射率而求得。 比折射率差o=(芯體之折射率-上包層之折射率)/上包層之折射率 再者，如上所述，於芯體在內部具有折射率分佈之情形時，或者於下包層或上包層具有相對於芯體在近端側與遠端側折射率不同之部位之情形時，關於芯體與下包層之比折射率差u及芯體與上包層之比折射率差o，芯體係使用平均折射率而求得，下包層與上包層係使用芯體附近側之折射率而求得。
於上文中分別記載芯體與下包層之比折射率差u及芯體與上包層之比折射率差o之原因在於：亦容許下包層與上包層之折射率不同之情形。 於本發明之聚合物光波導中，下包層與上包層之比折射率差之絕對值為0.001以下能夠以更低損失與單模光纖連接，且於具有間距變換區域之聚合物光波導之情形時能夠進一步抑制間距變換區域中之彎曲損失，故而較佳。下包層與上包層之比折射率差之絕對值較佳為0.0009以下，更佳為0.0008以下，進而較佳為0.0006以下。
下包層及上包層之厚度並無特別限定，但於本發明之聚合物光波導為單模光波導之情形時，由於處於距芯體之中心10 μm左右之範圍內之包層部分亦會漏出傳播之光，故就減少光之傳播損失之觀點而言，較佳為10 μm以上。又，下包層及上包層之合計厚度較佳為20~100 μm，更佳為30~80 μm。
(耦合部) 本發明之聚合物光波導中之耦合部較佳為具有足以用作與矽光波導之連接部位之長度。具體而言，聚合物光波導之光傳播方向上之耦合部之長度較佳為100 μm以上，較佳為300 μm以上，更佳為500 μm以上，進而較佳為1000 μm以上。 但，若聚合物光波導之光傳播方向上之耦合部之長度過長，則於使用接著劑(例如環氧樹脂)與矽光波導連接時，有因接著劑之吸收而導致連接損失變大之虞。因此，聚合物光波導之光傳播方向上之耦合部之長度較佳為10000 μm以下，更佳為5000 μm以下，進而較佳為3000 μm以下。
(構成材料) 於本發明之聚合物光波導中，芯體、下包層、及上包層之構成材料只要滿足作為聚合物光波導之要求特性則無特別限定，但就抑制於芯體傳播之光之損失之方面而言，較佳為芯體包含含有氟之聚合物。 下包層與上包層之構成材料可使用相同之材料，亦可使用不同之材料。
(製造方法) 本發明之聚合物光波導之製造方法並無特別限定，可使用各種方法。具體而言，可使用複製(壓模)法、直接曝光法、將反應性離子蝕刻(RIE)與光微影製程組合之方法、基於射出成形之方法、光漂白法、直接刻寫法、自形成法等。
對本發明之聚合物光波導之製造方法之一例進行說明。 首先，藉由旋轉塗佈法於基板之上塗佈含有作為下包層之構成材料之硬化性組合物(A)之塗佈液。繼而，使該硬化性組合物(A)硬化而形成下包層。 其次，藉由旋轉塗佈法於下包層之上塗佈含有作為芯體之構成材料之硬化性組合物(B)之塗佈液。繼而，藉由光微影製程將該硬化性組合物(B)圖案化，而於下包層之上形成芯體。此時，為了形成芯體之寬度沿著光之傳播方向不同之形狀，藉由在使用芯體之寬度沿著光之傳播方向不同之形狀之光罩進行曝光後進行顯影而形成芯體即可。又，於形成芯體後，亦可視需要進行後烘烤。 其次，藉由旋轉塗佈法於下包層及芯體之上塗佈含有作為上包層之構成材料之硬化性組合物(C)之塗佈液。繼而，使該硬化性組合物(C)硬化而形成上包層。於形成上包層時，藉由光微影製程能夠形成不存在上包層而露出芯體及該芯體周邊之下包層之耦合部。 實施例
以下，使用實施例對本發明進一步詳細地進行說明，但本發明並不限定於該等實施例。
(參考例1、2) 於參考例1、2中，以上述順序製作聚合物光波導，並評估有無芯體膜剝離。但，參考例1、2之聚合物光波導係芯體及下包層之所有部位由上包層被覆、芯體寬度於芯體之所有部位相同之構造。將參考例1、2中之芯體寬度Wa、芯體高度Ha及Ha/Wa示於以下。 參考例1： 芯體寬度Wa：2.0 μm 芯體高度Ha：2.0 μm Ha/Wa：1.00 參考例2： 芯體寬度Wa：1.8 μm 芯體高度Ha：2.5 μm Ha/Wa：1.39 於利用光學顯微鏡觀察所製作之聚合物光波導後，於Ha滿足1.3 μm以上2.3 μm以下、且Ha/Wa為1.15以下之參考例1中未確認到芯體膜剝離，但於Ha不滿足1.3 μm以上2.3 μm以下、Ha/Wa超過1.15之參考例2中確認到芯體膜剝離。
於以下所示之實施例中，使用利用作為模擬引擎之雙向BPM(Beam Propagation Method，光束傳播法)法之光纖、波導設計、解析軟體BeamPROP(RSoft Design Group公司製造)。關於中心波長示於下表之光，藉由有限差分光束傳播法進行TE模式與TM模式之光傳播之模擬。
(例1-1~例1-13) 進行聚合物光波導與矽光波導之絕熱連接部中之連接損失之模擬解析。於評估模型中使用聚合物光波導與矽光波導之絕熱連接部、即聚合物光波導之連接部與矽光波導之絕熱連接部。再者，為了便於模擬解析，聚合物光波導設為具有相對於絕熱連接部在另一端側長度較短之光波導部之構造。 圖9係表示於模擬解析中使用之評估模型之縱剖視圖。圖10係該評估模型之橫剖視圖。 於圖9中示出聚合物光波導80之耦合部84。因此，僅示出聚合物光波導80之芯體81與下包層82。圖9所示之矽光波導90包括芯體91及包層92。如圖10所示，聚合物光波導80之光波導部85具備芯體81、下包層82、及上包層83。 於圖9中，聚合物光波導80之芯體81與矽光波導90之芯體91以對向之狀態配置，藉由接著劑100接合。於矽光波導90之接著劑100側之表面形成有障壁層110。 將評估模型中之各構造示於以下。 ＜聚合物光波導80＞ (芯體81) 芯體寬度Ws (如下表所記載) 芯體高度Hs (如下表所記載) 折射率 (如下表所記載) 絕熱耦合部86之長度 1750 μm (下包層82) 厚度 15 μm 長度 3050 μm 折射率 (如下表所記載) (上包層83) 厚度 15 μm 長度 1000 μm 折射率 (如下表所記載) ＜矽光波導90＞ (芯體91) 寬度 自聚合物光波導80之相反側至聚合物光波導80之光波導部85呈二次函數自0.35 μm變窄至0.07 μm之構成 高度 0.16 μm 折射率 3.45 絕熱耦合部93之長度 1750 μm (包層92) 厚度 15 μm 折射率 1.45 僅存在包層92之區域94之長度 250 μm ＜接著劑100＞ 樹脂厚(聚合物光波導80之芯體81與矽光波導90之芯體91之各者相對側之面之距離) 0.5 μm 折射率 1.51 矽光波導90與聚合物光波導80之光波導部85之間之區域101之長度 50 μm ＜障壁層110＞ 厚度 0.03 μm 折射率 1.989
將模擬解析之結果示於下表。
[表1]
[表2]
滿足芯體高度Hs為1.3 μm以上4.5 μm以下、且Ws為3 μm以上8 μm以下之例1-1~例1-13均係聚合物光波導與矽光波導之絕熱連接部之連接損失較小。
(例2-1~例2-29) 進行聚合物光波導之間距變換區域中之彎曲損失之模擬解析。於評估模型，為了以偽方式模擬聚合物光波導之間距變換區域，使用具有1個於水平方向上以固定之曲率半徑彎曲之芯體之聚合物光波導。 圖11係表示於模擬解析中使用之評估模型之剖面圖。於圖11中，作為聚合物光波導120之偽間距變換區域，示出了於水平方向上以固定之曲率半徑彎曲之芯體121由下包層122與上包層123被覆之芯體彎曲部126。 將評估模型中之各構造示於以下。 ＜聚合物光波導120＞ (芯體121) 芯體寬度Wp (如下表所記載) 芯體高度Hp (如下表所記載) 折射率 (如下表所記載) 長度 3000 μm 曲率半徑R (如下表所記載) (下包層122) 厚度 15 μm 長度 3000 μm 折射率 (如下表所記載) (上包層123) 厚度 15 μm 長度 3000 μm 折射率 (如下表所記載)
將模擬解析之結果示於下表。再者，關於下包層與上包層之折射率不同之例，芯體與包層之比折射率係將下包層之折射率與上包層之折射率之平均值作為包層之折射率，而表示芯體與包層之比折射率。
[表3]
[表4]
[表5]
[表6]
芯體彎曲部126處之芯體寬度Wp滿足2.2 μm以上6 μm以下之例2-1~例2-15、及例2-18~例2-29均係彎曲損失較小。另一方面，芯體彎曲部126處之芯體寬度Wp未達2.2 μm之例2-16、例2-17之彎曲損失較大。例2-18~例2-25中，雖下包層與上包層之折射率不同，但由於兩者之折射率差為0.001以下，故彎曲損失較小。
(例3-1~例3-39) 進行聚合物光波導與單模光纖之正對(對接)連接部之連接損失之模擬解析。於評估模型使用聚合物光波導與單模光纖之正對(對接)連接部、即聚合物光波導之光波導部與單模光纖之正對(對接)連接部。 圖12係表示於模擬解析中使用之聚合物光波導之評估模型之剖面圖。於圖12中示出芯體131由下包層132與上包層133被覆之聚合物光波導130之光波導部135。 ＜聚合物光波導130＞ (芯體131) 芯體寬度Wa (如下表所記載) 芯體高度Ha (如下表所記載) 折射率 (如下表所記載) 長度 3000 μm (下包層132) 厚度 15 μm 長度 3000 μm 折射率 (如下表所記載) (上包層133) 厚度 15 μm 長度 3000 μm 折射率 (如下表所記載) ＜單模光纖＞ 芯體直徑 8.4 μm 芯體折射率 1.47 包層折射率 1.4652
將模擬解析之結果示於下表。再者，關於下包層與上包層之折射率不同之例，芯體與包層之比折射率係將下包層之折射率與上包層之折射率之平均值作為包層之折射率，而表示芯體與包層之比折射率。
[表7]
[表8]
[表9]
[表10]
[表11]
芯體高度Ha為1.3 μm以上之例3-1~例3-23、及例3-26~例3-39均係與單模光纖之連接損失較小。另一方面，芯體高度Ha未達1.3 μm之例3-24、例3-25與單模光纖之連接損失較大。例3-26~例3-34中，雖下包層與上包層之折射率不同，但由於兩者之折射率差為0.001以下，故未確認到與單模光纖之連接損失之增加。
雖已詳細地且參照特定之實施態樣對本發明進行了說明，但對業者而言可知：能夠於不脫離本發明之精神及範圍之情況下添加各種變更或修正。 本申請案係基於2018年5月18日提出申請之日本專利申請案2018-096373者，其內容以參照之形式併入本文中。
10‧‧‧聚合物光波導 11a‧‧‧芯體 11b‧‧‧芯體 12‧‧‧下包層 13‧‧‧上包層 14‧‧‧耦合部 15‧‧‧光波導部 20‧‧‧複合光波導 30‧‧‧矽光波導 40‧‧‧聚合物光波導 41‧‧‧芯體 42‧‧‧下包層 43‧‧‧上包層 44‧‧‧耦合部 45‧‧‧光波導部 46‧‧‧間距變換區域 50‧‧‧連接器 60‧‧‧聚合物光波導 61a‧‧‧芯體 61b‧‧‧芯體 61c‧‧‧芯體 62‧‧‧下包層 63‧‧‧上包層 64‧‧‧耦合部 65‧‧‧光波導部 66‧‧‧間距變換區域 70a‧‧‧聚合物光波導 70b‧‧‧聚合物光波導 70c‧‧‧聚合物光波導 70d‧‧‧聚合物光波導 70e‧‧‧聚合物光波導 71a‧‧‧芯體 71b‧‧‧芯體 71c‧‧‧芯體 71d‧‧‧芯體 71e‧‧‧芯體 72a‧‧‧下包層 72b‧‧‧下包層 72c‧‧‧下包層 72d‧‧‧下包層 72e‧‧‧下包層 73a‧‧‧上包層 73b‧‧‧上包層 73c‧‧‧上包層 73d‧‧‧上包層 73e‧‧‧上包層 74a‧‧‧耦合部 74b‧‧‧耦合部 74c‧‧‧耦合部 74d‧‧‧耦合部 74e‧‧‧耦合部 75a‧‧‧光波導部 75b‧‧‧光波導部 75c‧‧‧光波導部 75d‧‧‧光波導部 75e‧‧‧光波導部 76a‧‧‧間距變換區域 76b‧‧‧間距變換區域 76c‧‧‧間距變換區域 76d‧‧‧間距變換區域 76e‧‧‧間距變換區域 80‧‧‧聚合物光波導 81‧‧‧芯體 82‧‧‧下包層 83‧‧‧上包層 84‧‧‧連接部 85‧‧‧光波導部 86‧‧‧絕熱耦合部 90‧‧‧矽光波導 91‧‧‧芯體 92‧‧‧包層 93‧‧‧絕熱耦合部 94‧‧‧僅存在包層之區域 100‧‧‧接著劑 101‧‧‧矽光波導與聚合物光波導之光波導部之間之區域 110‧‧‧障壁層 120‧‧‧聚合物光波導 121‧‧‧芯體 122‧‧‧下包層 123‧‧‧上包層 126‧‧‧偽間距變換區域(芯體彎曲部) 130‧‧‧聚合物光波導 131‧‧‧芯體 132‧‧‧下包層 133‧‧‧上包層 135‧‧‧光波導部 Ha‧‧‧芯體高度 Haa‧‧‧芯體11a之芯體高度 Hab‧‧‧芯體11b之芯體高度 Hp‧‧‧芯體高度 Hs‧‧‧芯體高度 Wa‧‧‧芯體寬度 Waa‧‧‧芯體11a之芯體寬度 Wab‧‧‧芯體11b之芯體寬度 Wp‧‧‧芯體寬度 Ws‧‧‧芯體寬度 Wsa‧‧‧耦合部14處之芯體11a之芯體寬度 Wsb‧‧‧耦合部14處之芯體11b之芯體寬度
圖1係表示本發明之聚合物光波導之一構成例之立體圖。 圖2係圖1所示之聚合物光波導10之光波導部15側之剖面圖。 圖3係圖1所示之聚合物光波導10之耦合部14側之剖面圖。 圖4係聚合物光波導之另一構成例，且係表示聚合物光波導與矽光波導絕熱耦合而成之複合光波導之一構成例之立體圖。 圖5係圖4之複合光波導20之側視圖。 圖6係圖4之聚合物光波導40之立體圖。但，聚合物光波導40上下反轉。 圖7係聚合物光波導之又一構成例之俯視圖。 圖8之(a)~(e)係聚合物光波導之又一構成例之俯視圖。 圖9係表示於例1-1~例1-9中對聚合物光波導與矽光波導之絕熱耦合部之連接損失進行模擬解析時之評估模型之縱剖視圖。 圖10係表示圖9之評估模型之橫剖視圖。 圖11係表示於例2-1~例2-25中對聚合物光波導之彎曲損失進行模擬解析時之評估模型之剖面圖。 圖12係表示於例3-1~例3-34中對聚合物光波導與單模光纖之對接耦合(正對耦合)部之連接損失進行模擬解析時之聚合物光波導之評估模型的剖面圖。

Claims (9)

  1. 一種聚合物光波導，其係具備芯體、折射率低於上述芯體且存在於上述芯體之周圍之下包層、及折射率低於上述芯體且存在於與上述下包層為相反側之芯體周圍之上包層者；且上述聚合物光波導沿著光之傳播方向具有不存在上包層而露出芯體及該芯體周邊之下包層之耦合部、及上述芯體由下包層與上包層被覆之光波導部；上述聚合物光波導沿著光之傳播方向具有芯體寬度不同之部位；於將芯體寬度最窄之部位a之芯體寬度設為Wa(μm)，將上述部位a之芯體高度設為Ha(μm)時，上述Ha為1.3μm以上4.5μm以下，Ha/Wa為1.15以下；上述部位a存在於上述光波導部。
  2. 如請求項1之聚合物光波導，其中上述Wa為1.3μm以上4.5μm以下。
  3. 如請求項1或2之聚合物光波導，其具有沿著光之傳播方向並列配置之複數個芯體，於上述聚合物光波導之一端側與另一端側，複數個芯體間之間距不同，上述聚合物光波導具有變換複數個芯體間之間距之間距變換區域，於將該間距變換區域中之芯體寬度設為Wp(μm)時，Wp為2.2μm以上6μm以下。
  4. 如請求項1或2之聚合物光波導，其中上述下包層與上述上包層之折射率差之絕對值為0.001以下。
  5. 如請求項1或2之聚合物光波導，其中上述芯體與上述下包層之比折射率差u、及上述芯體與上述上包層之比折射率差o均為0.006~0.017。
  6. 如請求項1或2之聚合物光波導，其中於將上述耦合部處之芯體寬度設為Ws(μm)時，Ws為3μm以上8μm以下。
  7. 如請求項1或2之聚合物光波導，其具有沿著光之傳播方向並列配置之複數個芯體，上述複數個芯體中之至少一個不具有上述耦合部而僅具有上述光波導部。
  8. 如請求項1或2之聚合物光波導，其中上述芯體包含含有氟之聚合物。
  9. 一種複合光波導，其包含如請求項1至8中任一項之聚合物光波導、及收容該聚合物光波導之上述光波導部之連接器。
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