WO2017209137A1 - 樹脂光導波路 - Google Patents

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WO2017209137A1
WO2017209137A1 PCT/JP2017/020131 JP2017020131W WO2017209137A1 WO 2017209137 A1 WO2017209137 A1 WO 2017209137A1 JP 2017020131 W JP2017020131 W JP 2017020131W WO 2017209137 A1 WO2017209137 A1 WO 2017209137A1
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core
optical waveguide
resin optical
resin
less
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盛輝 大原
健太 小林
武信　省太郎
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旭硝子株式会社
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    • G02B2006/1209—Multimode

Definitions

  • the present invention relates to a resin optical waveguide.
  • Rigid or flexible multi-mode and single-mode resin optical waveguides formed on a printed circuit board are widely used.
  • the principle of the resin optical waveguide is that the core is an optical waveguide by a combination of a core and a clad, which are a combination of a plurality of resins having different refractive indexes.
  • a silicon optical waveguide in which an optical waveguide is formed on a silicon chip is also widespread (see Patent Document 1). Both the resin optical waveguide and the silicon optical waveguide are formed in an array in a form in which a plurality of waveguides are aligned in parallel along one direction in order to obtain a plurality of waveguide channels.
  • each core cross section becomes considerably small, and since the core cross section size and numerical aperture differ greatly from each other, direct coupling itself is difficult. It becomes.
  • an adiabatic coupling that captures and communicates the light leaked in the optical axis direction along the array (hereinafter also referred to as evanescent light) over a predetermined distance in the optical axis direction is an alternative method. It attracts attention (see Patent Documents 1 and 2).
  • FIG. 4 is a perspective view showing a configuration example of a composite optical waveguide in which a resin optical waveguide and a silicon optical waveguide are adiabatically coupled.
  • FIG. 5 is a side view of the composite optical waveguide 100 of FIG. is there. 6 is a cross-sectional view of the adiabatic coupling portion of the composite optical waveguide 100 of FIG. 4, and
  • FIG. 7 is a partially enlarged view of FIG.
  • FIG. 8 is a partial longitudinal sectional view of an adiabatic coupling portion of the composite optical waveguide 100 of FIG.
  • the resin optical waveguide 200 and the silicon optical waveguide 300 are adiabatically coupled.
  • the other end of the resin optical waveguide 200 of the composite optical waveguide 100 is accommodated in a connector 400 for connection to a single mode optical fiber or the like with respect to the adiabatic coupling site.
  • the resin optical waveguide 200 is composed of a core 220 and a clad 210
  • the silicon optical waveguide 300 is composed of a core 310 and a clad 310, and is bonded by an adhesive layer 500.
  • light propagates through the cores 220 and 320.
  • FIG. 7 is a partially enlarged view of FIG. 6 and shows a one-to-one positional relationship between the core 220 of the resin optical waveguide 200 and the core 320 of the silicon optical waveguide 300 at the adiabatic coupling site.
  • FIG. 7 is a partial vertical cross-sectional view of the adiabatic coupling site of the composite optical waveguide 100 of FIG. 4, and shows the state of evanescent light propagation in the adiabatic coupling site 700.
  • the core formed in the core exposed portion preferably has a large core width in terms of resistance to misalignment between the silicon optical waveguide and the resin optical waveguide. Therefore, on the one end side of the resin optical waveguide provided with the core exposed portion, it is preferable that the cross-sectional shape of the core is a rectangle whose core width is longer than the core height.
  • the cross-sectional shape of the core 220 is preferably a substantially square having substantially the same core height and core width. . By being substantially the same substantially square, it can be coupled with a single mode fiber with low loss.
  • the resin optical waveguide has a different core cross-sectional shape on one end side that is adiabatically coupled to the silicon optical waveguide and on the other end side that is connected to the single mode optical fiber.
  • the following three types are conceivable as configurations in which the cross-sectional shape of the core differs between the one end side and the other end side of the resin optical waveguide.
  • the core height is different between the one end side and the other end side.
  • the core width is different between the one end side and the other end side.
  • the core height and the core width are different between the one end side and the other end side.
  • a preferred embodiment in the resin optical waveguide manufacturing procedure is as follows.
  • a first curable resin composition is applied onto a substrate using a spin coating method, and the first curable resin composition is cured to form an underclad.
  • a second curable resin composition is applied onto the underclad using a spin coating method, a core is formed on the underclad using a photolithography process.
  • a third cured resin composition is applied onto the underclad and the core using a spin coating method, and the third curable resin composition is cured to form an overclad.
  • a region having the overclad and a region where the core is exposed without the overclad that is, the core exposed portion
  • the core formed by the photolithography process has a core height at one end side and the other end side. It is difficult to make them different. Therefore, (2) is selected from the above three options, and the core width is smaller on the other end side connected to the single mode optical fiber than on the one end side that is adiabatically coupled to the silicon optical waveguide. Become.
  • the cause of transmission loss in the light propagating through the resin optical waveguide is the presence of foreign matter inside the core of the resin optical waveguide or in the vicinity of the interface between the core and the clad.
  • Typical examples of such foreign substances include bubbles mixed during the production of the resin optical waveguide and resin-derived foreign substances resulting from the curable resin composition used for the production of the resin optical waveguide.
  • These bubbles and foreign matters derived from the resin are generated during the production of the resin optical waveguide. It does not depend on the part of the waveguide.
  • the relationship between the transmission loss of light propagating through the resin optical waveguide and these foreign substances is as follows.
  • the transmission loss of light propagating through the resin optical waveguide increases as the size of these foreign substances existing inside the core or in the vicinity of the interface between the core and the clad increases.
  • the greater the number of these foreign substances existing in the core or in the vicinity of the interface between the core and the clad the greater the transmission loss of light propagating through the resin optical waveguide.
  • An object of the present invention is to provide a resin optical waveguide in which the transmission loss of light propagating through the resin optical waveguide due to a foreign substance is reduced by the structure of the resin optical waveguide in order to solve the above-described problems of the prior art. To do.
  • the inventors of the present application have conducted intensive studies. As a result, the relationship between the transmission loss of light propagating through the resin optical waveguide and these foreign substances is in addition to the above (1) to (3).
  • the present inventors have found that the core size of the part where the foreign substance exists is affected. Specifically, it has been found that even when foreign matter of the same size exists, the transmission loss of light propagating through the resin optical waveguide increases as the core size of the portion where the foreign matter exists is smaller.
  • the present invention has been made on the basis of the above findings, and is a resin optical waveguide comprising a core and an underclad and an overclad having a refractive index lower than that of the core, and the light in the resin optical waveguide
  • the resin optical waveguide has a maximum core width of 4 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less, and a minimum core width of 1 ⁇ m or more and less than 4 ⁇ m.
  • LS ⁇ m
  • the length of a portion having a core width of 4 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less is LL ( ⁇ m)
  • the core class within the core and within a distance of 15 ⁇ m from the core center Maximum diameter in de vicinity of the interface does not exist or bubble defects 2 [mu] m, to provide a resin optical waveguide (1).
  • the present invention is a resin optical waveguide comprising a core, and an under cladding having a refractive index lower than that of the core, and an over cladding, and the core width differs along the light propagation direction in the resin optical waveguide.
  • the resin optical waveguide has a maximum core width of 4 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less, a minimum core width of 1 ⁇ m or more and less than 4 ⁇ m, and the length of the resin optical waveguide having a core width of 1 ⁇ m or more and less than 4 ⁇ m
  • the ratio of the LS to the total length (LS + LL) of the resin optical waveguide is 0.1 to 40
  • the core width is 1 ⁇ m or more and less than 4 ⁇ m
  • the absolute value of the folding index difference of 0.03 or more, and the maximum diameter is no more defects 8 [mu] m, to provide a resin optical waveguide (2).
  • the core widths at one end side and the other end side in the light propagation direction of the resin optical waveguide are different.
  • the one end side of the resin optical waveguide is provided with a core exposed portion where no over clad is present and the core and the under clad around the core are exposed,
  • the length of the exposed core portion in the light propagation direction of the resin optical waveguide is preferably 100 ⁇ m or more.
  • the resin optical waveguides (1) and (2) of the present invention are preferably single mode optical waveguides in at least one of a wavelength of 1310 nm and a wavelength of 1550 nm.
  • the core of the resin optical waveguide is preferably made of a resin containing fluorine.
  • the resin optical waveguides (1) and (2) of the present invention have a specific structure in which the core width is different between the one end side and the other end side, so that the resin optical waveguide propagates through the resin optical waveguide due to bubbles or foreign matters derived from the resin. Light transmission loss is reduced. Therefore, it is suitable for use in a silicon photonics interface that connects a silicon optical waveguide and a resin optical waveguide with low loss and low cost.
  • FIG. 1 is a perspective view showing one structural example of the resin optical waveguide of the present invention.
  • FIG. 2 is an end view of the resin optical waveguide 10 shown in FIG. 1 on the core exposed portion 14 side.
  • FIG. 3 is an end view of the side of the resin optical waveguide 10 shown in FIG. 1 that does not have a core exposed portion.
  • FIG. 4 is a perspective view showing a configuration example of a composite optical waveguide in which a resin optical waveguide and a silicon optical waveguide are adiabatically coupled.
  • FIG. 7 is a partially enlarged view of FIG.
  • FIG. 8 is a partial longitudinal sectional view of an adiabatic coupling portion of the composite optical waveguide 100 of FIG.
  • FIG. 1 is a perspective view showing one structural example of the resin optical waveguide of the present invention.
  • a resin optical waveguide 10 shown in FIG. 1 includes a core 11, and an under clad 12 and an over clad 13 having a refractive index lower than that of the core 11.
  • An underclad 12 is disposed below the core 11, and an overclad 13 is disposed above the core 11.
  • a core exposed portion 14 on one end side of the resin optical waveguide 10
  • the core exposed portion 14 becomes an adiabatic coupling site.
  • the other end side of the resin optical waveguide 10 shown in FIG. 1, that is, the side not having the core exposed portion 14 is used to connect to a single mode optical fiber (etc.).
  • the under clad and the over clad disposed around the core the side that does not exist in the exposed core portion is defined as the over clad. Therefore, the under clad may be disposed above the core, and the over clad may be disposed below the core.
  • the thickness of the underclad and overclad is preferably between 10 and 200 ⁇ m. When the thickness of the under clad and the over clad is less than 10 ⁇ m, there is a possibility that light is not sufficiently confined in the core. Preferably it is 15 micrometers or more, More preferably, it is 20 micrometers or more.
  • the resin optical waveguide is warped when the resin optical waveguide is manufactured.
  • the core exposed portion is generally formed by using a photolithography process when forming the overclad.
  • the over clad is formed over the entire length of the resin optical waveguide. Such a thing is also contained in the resin optical waveguide of this invention.
  • the core of the adiabatic connection part is exposed, or a clad may be present as long as the adiabatic connection by the evanescent light is not prevented.
  • the thickness of the clad at the adiabatic connection is 3 ⁇ m or less, preferably 2 ⁇ m or less, and more preferably 1 ⁇ m or less.
  • the resin optical waveguide 10 shown in FIG. 1 has different core widths along the light propagation direction in the resin optical waveguide. Specifically, the core widths at one end side and the other end side in the light propagation direction in the resin optical waveguide are different.
  • 2 is an end view of the resin optical waveguide 10 shown in FIG. 1 on the core exposed portion 14 side
  • FIG. 3 is an end view of the resin optical waveguide 10 shown in FIG. 1 on the side without the core exposed portion.
  • the core exposed portion 14 side (one end side) of the resin optical waveguide 10 is a rectangle in which the end face shape of the core 11 is longer in the width of the core 11 than the height of the core 11.
  • the side of the resin optical waveguide 10 that does not have the exposed core portion has a shorter core 11 width than the length of the core 11 width on the exposed core portion 14 side.
  • the end face shape of is substantially square.
  • the end surface on the core exposed portion 14 side (end surface on one end side) has the maximum core width
  • the end surface on the side without the core exposed portion (end surface on the other end side) has the minimum core width
  • the part having the maximum core width or the part having the minimum core width may be a part other than the end face of the resin optical waveguide.
  • a portion having the maximum core width or a portion having the minimum core width may exist at an intermediate portion in the light propagation direction in the resin optical waveguide. In the former case, both end faces or one end face in the light propagation direction is the minimum core width. In the latter case, both end faces or one end face in the light propagation direction is the maximum core width.
  • the maximum core width in the resin optical waveguide is 4 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less
  • the minimum core width in the resin optical waveguide is 1 ⁇ m or more and less than 4 ⁇ m.
  • the reason why it is preferable that the maximum core width and the minimum core width in the resin optical waveguide are in the above ranges is as described below.
  • the maximum core width in the resin optical waveguide is preferably 4.5 ⁇ m or more and 9.5 ⁇ m or less, and more preferably 5 ⁇ m or more and 9 ⁇ m or less.
  • the minimum core width in the resin optical waveguide is preferably 1.5 ⁇ m or more and 3.5 ⁇ m or less, and more preferably 1.8 ⁇ m or more and 3 ⁇ m or less.
  • the resin optical waveguide 10 of the present invention has the maximum core width and the minimum core width in the above-described ranges, the part (part S) having a core width of 1 ⁇ m or more and less than 4 ⁇ m and the part (part L) having a core width of 4 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less. ).
  • the transmission loss of light propagating through the resin optical waveguide increases as the core size of the portion where the foreign matter exists is smaller.
  • the resin optical waveguide 10 of the present invention if there is a foreign substance in the part S, the transmission loss of light propagating through the resin optical waveguide becomes large, which is a problem.
  • the ratio of the LS to the total length (LS + LL) of the resin optical waveguide is When the content is 0.1 to 40%, transmission loss of light propagating through the resin optical waveguide due to foreign matter is reduced. If the ratio of the LS to the total length (LS + LL) of the resin optical waveguide is larger than 40%, the transmission loss of light propagating through the resin optical waveguide increases due to the foreign matter present in the portion S.
  • the ratio of the LS in the total length (LS + LL) of the resin optical waveguide is smaller than 0.1%, the function that the part S is required (for example, a function as a connection portion with a single mode optical fiber) is exhibited. I can't do that.
  • the ratio of the LS to the total length (LS + LL) of the resin optical waveguide is preferably 1 to 35%, and more preferably 5 to 30%.
  • the transmission loss of light propagating through the resin optical waveguide is increased due to the presence of the foreign matter when the foreign matter is present in the light propagation path. Specifically, this is a case where foreign matter exists inside the core or in the vicinity of the core clad interface.
  • the vicinity of the core-cladding interface when it is described as the vicinity of the core-cladding interface, it indicates the vicinity of the core-cladding interface whose distance from the core center is within 15 ⁇ m, and this includes the interface between the core and the cladding and the inside of the cladding.
  • the part S is required to have no foreign material having a size that may increase the transmission loss of light in the core or in the vicinity of the core clad interface.
  • the size of a foreign substance that may increase light transmission loss varies depending on the type of foreign substance.
  • the foreign matter is a bubble defect, it is required that there is no bubble defect having a maximum diameter of 2 ⁇ m or more in the core of the part S or in the vicinity of the core clad interface. It is preferable that a bubble defect having a maximum diameter of 3 ⁇ m or more does not exist inside the core of the part S or in the vicinity of the core clad interface, and it is more preferable that a bubble defect having a maximum diameter of 4 ⁇ m or more does not exist.
  • the foreign material is a resin-derived foreign material, the refractive index difference between the foreign material and the cladding material also affects.
  • the absolute value of the difference in refractive index between the foreign material and the clad material is sufficiently small, there is no possibility that the transmission loss of light propagating through the resin optical waveguide will increase even when the foreign material exists near the core clad interface.
  • the absolute value of the refractive index difference between the foreign material and the cladding material is 0.03 or more, if there is a foreign material in the vicinity of the core-cladding interface, the transmission loss of light propagating through the resin optical waveguide may increase.
  • the foreign substance is a resin-derived foreign substance
  • the reason why the difference in refractive index from the clad material is used as a judgment index is that foreign matters derived from the resin often exist in the clad region. It is preferable that there is no foreign substance having an absolute value of the difference in refractive index of 0.03 or more and a maximum diameter of 9 ⁇ m or more in the vicinity of the core-cladding interface of the part S. More preferably, there is no foreign matter having a value of 0.03 or more and a maximum diameter of 10 ⁇ m or more.
  • the illustrated resin optical waveguide 10 has a large width of the core 11 on one end side (core exposed portion 14 side) and a small width of the core 11 on the other end side (side without the core exposed portion).
  • the resin optical waveguide of the present invention only needs to have a portion having a different core width along the light propagation direction of the resin optical waveguide, and the end face shape of the core is not limited to the illustrated rectangle or substantially square.
  • the end face shape of the core (the cross-sectional shape of the core 11 inside the resin optical waveguide 10) may be, for example, a trapezoid, a circle, or an ellipse.
  • the end surface shape of the core is a polygon such as a rectangle, a substantially square, or a trapezoid, the corners may be rounded.
  • the core height of the core 11 is reduced to some extent, the spread of the propagation mode does not increase, and light cannot propagate through the silicon optical waveguide. Therefore, about 4 ⁇ m is the upper limit of the core height.
  • the core height is preferably 1 to 3 ⁇ m, and more preferably 1.5 to 2.5 ⁇ m.
  • the resin optical waveguide 10 shown in FIGS. 1 to 3 has one core, but the number of cores in the resin optical waveguide is not limited to this, and the core 220 of the resin optical waveguide 200 shown in FIGS. As described above, a plurality of cores may be provided in an array along one direction. In this case, like the core 220 of the resin optical waveguide 200 shown in FIG. 4, in order to widen the space
  • the bending region is preferably a part (part L) having a core width of 4 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less.
  • the resin optical waveguide 10 shown in FIGS. 1 to 3 includes the core 11 and the under clad 12 and the over clad 13 having a refractive index lower than that of the core 11.
  • the core 11 is not particularly limited as long as this condition is satisfied, and the core 11 may have a refractive index distribution therein. In this case, it may have a refractive index distribution in which the refractive index decreases from the center of the core toward the distal side.
  • the refractive index distribution may be such that the refractive index on the overclad side is high and the refractive index on the underclad side is low, or the refractive index on the overclad side is low and the refractive index on the underclad side is high. It may have a refractive index distribution.
  • the under clad 12 and the over clad 13 may have a single refractive index. Or you may have a site
  • the thicknesses of the underclad 12 and the overclad 13 are not particularly limited, but when the resin optical waveguide 10 of the present invention is a single mode optical waveguide, the light propagating also to the clad portion within the range of about 10 ⁇ m from the center of the core 11 Is preferably 10 ⁇ m or more from the viewpoint of reducing light propagation loss.
  • the total thickness of the underclad 12 and the overclad 13 is preferably 20 to 100 ⁇ m, and more preferably 30 to 80 ⁇ m.
  • the core exposed portion 14 in the resin optical waveguide 10 shown in FIG. 1 becomes a connection site with the silicon optical waveguide when the resin optical waveguide 10 is used as a silicon photonics interface. Therefore, the core exposed portion 14 is required to have a sufficient length to be used as a connection site with the silicon optical waveguide.
  • the length of the core exposed portion 14 in the light propagation direction of the resin optical waveguide is preferably 100 ⁇ m or more, preferably 300 ⁇ m or more, more preferably 500 ⁇ m or more, and 1000 ⁇ m or more. More preferably.
  • the length of the core exposed portion 14 in the light propagation direction of the resin optical waveguide is preferably 10000 ⁇ m or less, more preferably 5000 ⁇ m or less, and even more preferably 3000 ⁇ m or less.
  • the constituent materials of the core 11, the underclad 12, and the overclad 13 are not particularly limited as long as they satisfy the required characteristics as the resin optical waveguide, but the constituent material of the core 11 is a resin containing fluorine. Is preferable in terms of suppressing loss of light propagating through the core 11.
  • the constituent materials of the core 11, the underclad 12 and the overclad 13, and the manufacturing procedure of the resin optical waveguide for example, the description in the following document can be referred to.
  • the core exposed portion 14 of the resin optical waveguide 10 can be formed by the following procedure.
  • a first curable resin composition is applied onto a substrate using a spin coating method, and the first curable resin composition is cured to form an underclad.
  • a second curable resin composition is applied onto the underclad using a spin coating method, a core is formed on the underclad using a photolithography process.
  • a third cured resin composition is applied onto the underclad and the core using a spin coating method, and the third curable resin composition is cured to form an overclad.
  • a region having the overclad and a region where the core is exposed without the overclad that is, the core exposed portion
  • the resin optical waveguide of the present invention has a portion with a different core width along the light propagation direction in the resin optical waveguide.
  • the following procedure may be performed to form a portion having a different core width along the light propagation direction of the resin optical waveguide. After performing exposure through a photomask having a different core width along the light propagation direction, the core is formed by development. Thereafter, post-baking is performed as necessary.
  • the resin optical waveguide of the present invention in the part S having a core width of 1 ⁇ m or more and less than 4 ⁇ m, there is no foreign substance having a size that may increase the light transmission loss in the core or in the vicinity of the core clad interface. Desired.
  • the foreign matter is a bubble defect, it is required that there is no bubble defect having a maximum diameter of 2 ⁇ m or more in the core of the part S or in the vicinity of the core clad interface.
  • the foreign matter is a resin-derived foreign matter
  • the curable resin composition is sufficiently left to degas before coating.
  • the following procedure may be performed.
  • the curable resin composition Prior to coating, the curable resin composition is filtered to remove foreign matter in the composition, and the substrate is washed to remove foreign matter on the substrate surface. Further, it is desirable to perform these operations in a clean room in order to prevent the adhesion of foreign matters in the air, and it is more desirable to use an electrostatic remover (ionizer) in order to prevent the attachment of foreign matters due to static electricity.
  • an electrostatic remover ionizer
  • a single mode optical waveguide is a single mode optical waveguide. This is preferable because the optical signal propagating through the waveguide can be dense. In this case, a single mode optical waveguide at at least one of wavelengths 1310 nm and 1550 nm is preferable from the viewpoint that light can be propagated with low loss to a silicon optical waveguide or a single mode optical fiber.
  • the resin optical waveguide of the present invention When used for a silicon photonics interface, it is connected to the silicon optical waveguide at the core exposed portion of the resin optical waveguide.
  • the structure (size and refractive index) of the resin optical waveguide is defined by RSSoft CAD manufactured by RSSoft Design Group, and BeamProp (finite difference beam propagation manufactured by RSSoft Design Group, which is a simulation engine). Method).
  • Simulation analysis of transmission loss due to bubble defects 1 Defines 5 types of resin optical waveguides with a core height of 2.0 ⁇ m and core widths of 2.0 ⁇ m, 3.0 ⁇ m, 4.0 ⁇ m, 6.0 ⁇ m and 8.0 ⁇ m (the core height is constant). Assuming a spherical bubble defect having a maximum diameter (side view) of 1.0 to 2.5 ⁇ m at the core / cladding interface of the resin optical waveguide, the relationship of transmission loss of light having a wavelength of 1310 nm is simulated. Analyzed. The conditions used for the simulation analysis other than the above are as shown below.
  • the transmission loss is less than 0.45 dB in any case where the maximum diameter of the bubble defect is less than 2 ⁇ m or 2 ⁇ m or more. It was small.
  • a resin optical waveguide having four structures with a core height of 2.0 ⁇ m and a core width of 2.0 ⁇ m, 3.0 ⁇ m, 4.0 ⁇ m, and 6.0 ⁇ m is defined, and the resin optical waveguide has a core / cladding interface.
  • the maximum diameter (side view) is 4.0 ⁇ m and 8.0 ⁇ m, and the difference in refractive index from the cladding material (refractive index of the resin-derived foreign substance ⁇ refractive index of the cladding material) Dn is ⁇ 0.03, ⁇ 0.0.
  • B-8 in which a resin-derived foreign substance having a maximum diameter of 8 ⁇ m or more and an absolute value of the refractive index difference from the clad material of 0.03 or more exists in a portion where the core width is 1 ⁇ m or more and less than 4 ⁇ m.
  • B-14, B-22, and B-28 had a large transmission loss of 0.45 dB or more.
  • B-1 to B in which the maximum diameter of the resin-derived foreign matter existing in the region where the core width is 1 ⁇ m or more and less than 4 ⁇ m is less than 8 ⁇ m, or the absolute value of the refractive index difference with the cladding material is less than 0.03.
  • the transmission loss was as small as less than 0.45 dB.
  • the core width of the part where the resin-derived foreign matter is present is 4 ⁇ m or more, when the maximum diameter of the resin-derived foreign material is less than 8 ⁇ m, or when it is 8 ⁇ m or more, the difference in refractive index from the cladding material When the absolute value was 0.03 or less, the transmission loss was as small as less than 0.45 dB for all of 0.03 or more.
  • Resin optical waveguide having a core height of 2.0 ⁇ m and different core widths on one end side and the other end side (core width on one end side is 1 ⁇ m to less than 4 ⁇ m, core width on the other end side is 4 ⁇ m to 10 ⁇ m)
  • the maximum diameter (side view) is 4.0 ⁇ m and 8.0 ⁇ m at the core / cladding interface of the resin optical waveguide, and the difference in refractive index from the cladding material (refractive index of the resin-derived foreign material ⁇ cladding material).
  • a resin-derived foreign substance having a maximum diameter of 8 ⁇ m or more and an absolute value of the refractive index difference from the cladding material of 0.03 or more exists in the part S having a core width of 1 ⁇ m or more and less than 4 ⁇ m.
  • the transmission loss was as large as 0.45 dB or more, whereas there was no resin-derived foreign matter in the part S having a core width of 1 ⁇ m or more and less than 4 ⁇ m, or In D-1, D-3, D-5, and D-6, where the maximum diameter is less than 8 ⁇ m, or the absolute value of the refractive index difference with the cladding material is less than 0.03, the core width is 4 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less.
  • the transmission loss was as small as less than 0.45 dB in any case where no resin-derived foreign matter was present in L and any resin-derived foreign matter having a maximum diameter of 8 ⁇ m or more.

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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、樹脂光導波路における光の伝播方向に沿ってコア幅が異なる部位を有しており、樹脂光導波路における最大コア幅は４μｍ以上１０μｍ以下、最小コア幅は１μｍ以上４μｍ未満であり、コア幅が１μｍ以上４μｍ未満の部位の長さをＬＳ（μｍ）とし、コア幅が４μｍ以上１０μｍ以下の部位の長さをＬＬ（μｍ）とするとき、樹脂光導波路の全長（ＬＳ＋ＬＬ）に占めるＬＳの割合が０．１～４０％であり、コア幅が１μｍ以上４μｍ未満の部位には、コア内部、および、コアクラッド界面近傍に最大径が２μｍ以上の泡欠陥が存在しない、または、クラッド材料との屈折率差の絶対値が０．０３以上、かつ、最大径が８μｍ以上の欠陥が存在しない。

Description

樹脂光導波路
　本発明は、樹脂光導波路に関する。
　プリント基板上に形成されたリジッドな、あるいはポリマー製ベースフィルム上に形成されたフレキシブルな、マルチモードおよびシングルモードの樹脂光導波路が普及している。樹脂光導波路の原理は、屈折率の異なる複数の樹脂の組合せであるコアとクラッドとの組合せによって、コアを光導波路とするものである。
　一方で、シリコンチップ上に光導波路を形成したシリコン光導波路も普及している（特許文献１参照）。
　樹脂光導波路、および、シリコン光導波路の何れについても、複数の導波路チャネルを得るために、一方向に沿って複数の導波路が平行に揃った形式で、アレイ状に形成される。
　樹脂光導波路と、シリコン光導波路と、の間で光を伝播させる試みがなされているが、ミクロのレベルで光を効率的に伝播させる結合を実現しようとすると、高精度な位置決めが必要となってくる。
　マルチモードの光導波路であれば、光導波路同士、あるいは、光導波路とマルチモード光ファイバとの間の結合において、コア断面のサイズが大きく、また互いのコア断面サイズや開口数が同程度であるため、相互に接触することになる断面同士において、断面同士の突合せの位置決め精度さえ保証されれば、損失が許容可能なレベルでの実現が可能である。
　実際、いわゆる正対結合（Ｂｕｔｔ　Ｃｏｕｐｌｉｎｇ）によって実現されている。
　しかし、シングルモードの樹脂光導波路とシリコン光導波路との結合においては、各々のコア断面がかなり小さくなってしまい、また互いのコア断面サイズや開口数が大きく異なるため、正対結合自体が困難となってくる。
　この点、アレイの沿った光軸方向での染み出し光（以下、エバネッセント光ともいう。）を、光軸方向の所定距離にわたって捉えて連絡させるという、アディアバティック結合（Ａｄｉａｂａｔｉｃ　Ｃｏｕｐｌｉｎｇ）が代替手法として注目を集めている（特許文献１、２参照）。
　図４は、樹脂光導波路と、シリコン光導波路と、がアディアバティック結合された複合光導波路の一構成例を示した斜視図であり、図５は、図４の複合光導波路１００の側面図である。図６は、図４の複合光導波路１００のアディアバティック結合部位における横断面図であり、図７は、図６の部分拡大図である。図８は、図４の複合光導波路１００のアディアバティック結合部位の部分縦断面図である。
　図示した複合光導波路１００では、樹脂光導波路２００と、シリコン光導波路３００と、がアディアバティック結合されている。複合光導波路１００の樹脂光導波路２００は、アディアバティック結合部位に対し他端側は、シングルモード光ファイバ等との接続用のコネクタ４００に収容されている。樹脂光導波路２００はコア２２０とクラッド２１０とからなり、シリコン光導波路３００はコア３１０とクラッド３１０とからなり、接着層５００で接着されている。樹脂光導波路２００、および、シリコン光導波路３００では、コア２２０、３２０を光が伝播する。
　上述したように、アディアバティック結合では、エバネッセント光を、光軸方向の所定距離にわたって捉えて連絡させる。そのため、アディアバティック結合部位では、樹脂光導波路２００のコア２２０と、シリコン光導波路３００のコア３２０と、が図６に示すように対向して配置されるが、樹脂光導波路２００は、シリコン光導波路３００のコア３２０と対向する側のクラッドが設けられておらず、コア２２０が露出している。
　図７は、図６の部分拡大図であり、アディアバティック結合部位における、樹脂光導波路２００のコア２２０と、シリコン光導波路３００のコア３２０と、の一対一の位置関係が示されている。図７に示す樹脂光導波路２００、シリコン光導波路３００において、コア２２０、３２０以外の部位がクラッド２１０，３１０である。
　図７に示すように、アディアバティック結合部位では、樹脂光導波路２００のコア２２０と、シリコン光導波路３００のコア３２０と、が対向した状態で配置され、エポキシ樹脂等の接着層５００を用いて接合されている。
　図８は、図４の複合光導波路１００のアディアバティック結合部位の部分縦断面図であり、アディアバティック結合部位７００におけるエバネッセント光の伝播（ｌｉｇｈｔ　ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ）の様子が示されている。
日本国特開２０１４－８１５８６号公報 米国特許第８７２４９３７号明細書
Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ｃｏｕｐｌｅｒ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｃｈｉｐ－ｌｅｖｅｌ　ａｎｄ　ｂｏａｒｄ－ｌｅｖｅｌ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ，Ｊｉｅ　Ｓｈｕ，　Ｃｉｙｕａｎ　Ｑｉｕ，　Ｘｕｅｚｈｉ　Ｚｈａｎｇ，　ａｎｄ　Ｑｉａｎｆａｎ　Ｘｕ，ＯＰＴＩＣＳ　ＬＥＴＴＥＲＳ／Ｖｏｌ．３６，　Ｎｏ．　１８／Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ　１５，　２０１１
　シリコン光導波路とアディアバティック結合する樹脂光導波路は以下に述べる点を留意する必要がある。
　シリコン光導波路と、樹脂光導波路との間をエバネッセント光が連絡するアディアバティック結合部位では、樹脂光導波路の当該部位側にはクラッドが存在せず、コアが露出している。すなわち、樹脂光導波路のうち、アディアバティック結合部位となる一端側には、コア露出部が設けられている。このコア露出部に形成されたコアは、コア高さをある程度低くしないと、伝播モードの広がりが大きくならず、シリコン光導波路に光を伝播させにくくなる。そのため、４μｍ程度がコア高さの上限となる。
　一方、非特許文献１のＦｉｇ．３に示すように、シリコン光導波路と、樹脂光導波路との軸ずれ耐性という点では、コア露出部に形成されたコアは、コア幅が大きいことが好ましい。そのため、コア露出部が設けられた樹脂光導波路の一端側では、コアの断面形状が、コア高さよりもコア幅の長さが大きい矩形であることが好ましい。
　一方、コネクタ４００に収容された樹脂光導波路２００の他端側を、シングルモード光ファイバと接続する場合、コア２２０の断面形状は、コア高さとコア幅が実質同一の略正方形であることが好ましい。実質同一の略正方形であることにより、シングルモードファイバと低損失で正対結合できる。
　したがって、樹脂光導波路は、シリコン光導波路とアディアバティック結合する一端側と、シングルモード光ファイバと接続する他端側とでコアの断面形状が異なることが好ましい。樹脂光導波路の一端側と他端側とで、コアの断面形状が異なる構成としては、以下の３通りが考えられる。
（１）一端側と、他端側とでコア高さが異なる。
（２）一端側と、他端側とでコア幅が異なる。
（３）一端側と、他端側とでコア高さとコア幅が異なる。
　但し、樹脂光導波路の製造手順における好適態様との関係から、一端側と、他端側とでコア高さが異なるものを作製することは困難である。
　樹脂光導波路の製造手順における好適態様は以下に示す通りである。
　スピンコート法を用いて、基材上に第一の硬化性樹脂組成物を塗布し、該第一の硬化性樹脂組成物を硬化させてアンダークラッドを形成する。次に、アンダークラッド上に第二の硬化性樹脂組成物をスピンコート法を用いて塗布した後、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する。次に、アンダークラッドおよびコア上に第三の硬化物樹脂組成物をスピンコート法を用いて塗布し、該第三の硬化性樹脂組成物を硬化させて、オーバークラッドを形成する。オーバークラッドを形成する際に、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。
　上記の手順では、アンダークラッド上に第二の硬化性樹脂組成物を一様な膜厚で塗布するため、フォトリソグラフィプロセスで形成されるコアを、一端側と、他端側とでコア高さが異なるものとすることは困難である。
　そのため、上記の３通りの選択肢のうち、（２）を選択することとなり、シリコン光導波路とアディアバティック結合する一端側に比べて、シングルモード光ファイバと接続する他端側は、コア幅が小さくなる。
　一方、樹脂光導波路を伝播する光に伝達損失を生じさせる要因として、樹脂光導波路のコア内部や、コアとクラッドとの界面近傍における異物の存在がある。このような異物の代表例は、樹脂光導波路の製造時に混入した泡や、樹脂光導波路の製造に用いる硬化性樹脂組成物に起因する樹脂由来の異物が挙げられる。これらの泡や樹脂由来の異物（以下、本明細書において、単に「異物」と記載する場合がある。）は、樹脂光導波路の製造時に発生するため、これら異物の大きさや発生頻度は樹脂光導波路の部位によらない。また、樹脂光導波路を伝播する光の伝達損失と、これら異物との関係については、以下の関係になる。
（１）コア内部やコアとクラッドとの界面近傍に存在するこれら異物のサイズが大きいほど、樹脂光導波路を伝播する光の伝達損失が大きくなる。
（２）コア内部やコアとクラッドとの界面近傍に存在するこれら異物の数が多いほど、樹脂光導波路を伝播する光の伝達損失が大きくなる。
（３）樹脂由来の異物の屈折率と、樹脂光導波路のコアもしくはクラッドの屈折率との差が大きいほど、樹脂光導波路を伝搬する光の伝搬損失が大きくなる。
　そのため、樹脂光導波路全体を対象として、これら異物のサイズを小さくすること、および、これら異物の数を減らすことが試みられている。しかし、樹脂光導波路全体における異物のサイズをきわめて小さくすること、異物の数をきわめて少なくすることは、樹脂光導波路の製造コストが増加する、樹脂光導波路の歩留りが低下する等の理由から困難である。
　そのため、樹脂光導波路の構造等により、異物による樹脂光導波路を伝播する光の伝達損失が影響を軽減できることが望ましい。
　本発明は、上記した従来技術の問題点を解決するため、異物による樹脂光導波路を伝播する光の伝達損失が、当該樹脂光導波路の構造により軽減された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、本願発明者らは鋭意検討した結果、樹脂光導波路を伝播する光の伝達損失と、これら異物と、の関係については、上記（１）～（３）に加えて、当該異物が存在する部位のコアサイズが影響することを見出した。具体的には、同一サイズの異物が存在する場合でも、当該異物が存在する部位のコアサイズが小さいほど、樹脂光導波路を伝播する光の伝達損失が大きくなることを見出した。
　本願発明は、上記の知見に基づいてなされたものであり、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、該樹脂光導波路における光の伝播方向に沿ってコア幅が異なる部位を有しており、該樹脂光導波路における最大コア幅は４μｍ以上１０μｍ以下、最小コア幅は１μｍ以上４μｍ未満であり、前記樹脂光導波路のうち、コア幅が１μｍ以上４μｍ未満の部位の長さをＬＳ（μｍ）とし、コア幅が４μｍ以上１０μｍ以下の部位の長さをＬＬ（μｍ）とするとき、前記樹脂光導波路の全長（ＬＳ＋ＬＬ）に占める前記ＬＳの割合が０．１～４０％であり、前記コア幅が１μｍ以上４μｍ未満の部位には、コア内部、および、コア中心からの距離が１５μｍ以内のコアクラッド界面近傍に最大径が２μｍ以上の泡欠陥が存在しない、樹脂光導波路（１）を提供する。
　また、本願発明は、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、前記樹脂光導波路における光の伝播方向に沿ってコア幅が異なる部位を有しており、該樹脂光導波路における最大コア幅は４μｍ以上１０μｍ以下、最小コア幅は１μｍ以上４μｍ未満であり、前記樹脂光導波路のうち、コア幅が１μｍ以上４μｍ未満の部位の長さをＬＳ（μｍ）とし、コア幅が４μｍ以上１０μｍ以下の部位の長さをＬＬ（μｍ）とするとき、前記樹脂光導波路の全長（ＬＳ＋ＬＬ）に占める前記ＬＳの割合が０．１～４０％であり、前記コア幅が１μｍ以上４μｍ未満の部位には、コア内部および、コア中心からの距離が１５μｍ以内のコアクラッド界面近傍に、クラッド材料との屈折率差の絶対値が０．０３以上、かつ、最大径が８μｍ以上の欠陥が存在しない、樹脂光導波路（２）を提供する。
　本発明の樹脂光導波路（１），（２）において、樹脂光導波路の光の伝播方向における一端側と他端側とのコア幅が異なることが好ましい。
　本発明の樹脂光導波路（１），（２）において、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１００μｍ以上であることが好ましい。
　本発明の樹脂光導波路（１），（２）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（１），（２）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。
　本発明の樹脂光導波路（１），（２）は、一端側と、他端側とでコア幅が異なる特定の構造であることにより、気泡や樹脂由来の異物による、樹脂光導波路を伝播する光の伝達損失が軽減されている。そのため、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２は、図１に示す樹脂光導波路１０の、コア露出部１４側の端面図である。 図３は、図１に示す樹脂光導波路１０のコア露出部を有しない側の端面図である。 図４は、樹脂光導波路と、シリコン光導波路と、がアディアバティック結合された複合光導波路の一構成例を示した斜視図である。 図５は、図４の複合光導波路１００の側面図である。 図６は、図４の複合光導波路１００のアディアバティック結合部位における横断面図である。 図７は、図６の部分拡大図である。 図８は、図４の複合光導波路１００のアディアバティック結合部位の部分縦断面図である。
　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。図１に示す樹脂光導波路１０をシリコン光導波路とアディアバティック結合する際には、コア露出部１４がアディアバティック結合部位となる。図１に示す樹脂光導波路１０の他端側、すなわち、コア露出部１４を有さない側は、シングルモード光ファイバ（等）と接続するのに使用される。
　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。アンダークラッドおよびオーバークラッドの厚みは１０～２００μｍの間にあることが好ましい。アンダークラッドおよびオーバークラッドの厚みが１０μｍ未満では、光のコアへの閉じ込めが不十分となるおそれがある。好ましくは１５μｍ以上、より好ましくは２０μｍ以上である。アンダークラッドおよびオーバークラッドの厚みが２００μｍを超えると、樹脂光導波路を作製するとき、樹脂光導波路が反る可能性が高くなる。好ましくは１５０μｍ以下、より好ましくは２００μｍ以下である。
　コア露出部は、詳しくは後述するように、オーバークラッドを形成する際に、フォトリソグラフィプロセスを用いて形成するのが一般的である。この場合、コア露出部を形成する前は、樹脂光導波路の全長にわたってオーバークラッドが形成されている。このようなものも本発明の樹脂光導波路に含まれる。
　また、アディアバティック接続部はコアが露出していることが好ましいか、エバネッセント光によるアディアバティック接続を妨げなければ、クラッドが存在していてもよい。その場合、アディアバティック接続部でのクラッドの厚みは３μｍ以下であり、２μｍ以下が好ましく、１μｍ以下がより好ましい。
　図１に示す樹脂光導波路１０は、該樹脂光導波路における光の伝播方向に沿ってコア幅が異なっている。具体的には、該樹脂光導波路における光の伝播方向の一端側と他端側とのコア幅が異なっている。
　図２は、図１に示す樹脂光導波路１０のコア露出部１４側の端面図であり、図３は、図１に示す樹脂光導波路１０のコア露出部を有しない側の端面図である。
　図２に示すように、樹脂光導波路１０のコア露出部１４側（一端側）は、コア１１端面形状がコア１１高さよりもコア１１幅の長さが大きい矩形である。一方、図３に示すように、樹脂光導波路１０のコア露出部を有しない側（他端側）は、コア露出部１４側のコア１１幅の長さよりもコア１１幅が短く、該コア１１の端面形状が略正方形である。
　図示した樹脂光導波路１０は、コア露出部１４側の端面（一端側の端面）が最大コア幅となり、コア露出部を有しない側の端面（他端側の端面）が最小コア幅となる。但し、本発明の樹脂光導波路は、最大コア幅となる部位や最小コア幅となる部位が樹脂光導波路の端面以外の部位であってもよい。例えば、樹脂光導波路における光の伝播方向の中間部位に最大コア幅となる部位や最小コア幅となる部位が存在してもよい。前者の場合、光の伝播方向における両方の端面または一方の端面が最小コア幅となる。後者の場合、光の伝播方向における両方の端面または一方の端面が最大コア幅となる。
　本発明の樹脂光導波路１０は、樹脂光導波路における最大コア幅が４μｍ以上１０μｍ以下であり、樹脂光導波路における最小コア幅が１μｍ以上４μｍ未満である。
　樹脂光導波路における最大コア幅、最小コア幅が上記範囲であることが好ましい理由は以下に記載する通りである。
　最大コア幅を４μｍ以上１０μｍ以下とすることにより、異物による樹脂光導波路を伝搬する光の伝達損失を小さくすることができる。また、曲げによる伝達損失を小さくすることができる。最小コア幅を１μｍ以上４μｍ未満とすることにより、シングルモードファイバとの接続損失を抑えることができる。
　本発明の樹脂光導波路１０は、樹脂光導波路における最大コア幅が４．５μｍ以上９．５μｍ以下であることが好ましく、５μｍ以上９μｍ以下であることがより好ましい。一方、樹脂光導波路における最小コア幅が１．５μｍ以上３．５μｍ以下であることが好ましく、１．８μｍ以上３μｍ以下であることがより好ましい。
　本発明の樹脂光導波路１０は、最大コア幅、最小コア幅が上記範囲であるため、コア幅が１μｍ以上４μｍ未満の部位（部位Ｓ）と、コア幅が４μｍ以上１０μｍ以下の部位（部位Ｌ）とに分けられる。上述したように、同一サイズの異物が存在する場合でも、当該異物が存在する部位のコアサイズが小さいほど、樹脂光導波路を伝播する光の伝達損失が大きくなる。本発明の樹脂光導波路１０の場合、部位Ｓに異物が存在すると、樹脂光導波路を伝播する光の伝達損失が大きくなるため問題となる。
　本発明の樹脂光導波路１０は、部位Ｓの長さをＬＳ（μｍ）とし、部位Ｌの長さをＬＬ（μｍ）とするとき、樹脂光導波路の全長（ＬＳ＋ＬＬ）に占める上記ＬＳの割合が０．１～４０％であることにより、異物による樹脂光導波路を伝播する光の伝達損失が軽減される。樹脂光導波路の全長（ＬＳ＋ＬＬ）に占める上記ＬＳの割合が４０％より大きいと、部位Ｓに存在する異物により、樹脂光導波路を伝播する光の伝達損失が大きくなる。一方、樹脂光導波路の全長（ＬＳ＋ＬＬ）に占める上記ＬＳの割合が０．１％より小さいと、部位Ｓが要求される機能（例えば、シングルモード光ファイバとの接続部としての機能）を発揮することができなくなる。
　樹脂光導波路の全長（ＬＳ＋ＬＬ）に占める上記ＬＳの割合は、１～３５％であることが好ましく、５～３０％であることがより好ましい。
　異物の存在により樹脂光導波路を伝播する光の伝達損失が大きくなるのは、光が伝播する経路に当該異物が存在する場合である。具体的には、コア内部やコアクラッド界面近傍に異物が存在する場合である。以下、本明細書において、コアクラッド界面近傍と記載した場合、コア中心からの距離が１５μｍ以内のコアクラッド界面近傍を指し、この中には、コアとクラッドとの界面およびクラッド内部が含まれる。
　本発明の樹脂光導波路のうち、部位Ｓには、光の伝達損失を大きくするおそれがあるサイズの異物が、コア内部やコアクラッド界面近傍に存在しないことが求められる。光の伝達損失を大きくするおそれがある異物のサイズは異物の種類により異なる。
　異物が泡欠陥の場合、部位Ｓのコア内部やコアクラッド界面近傍に最大径が２μｍ以上の泡欠陥が存在しないことが求められる。部位Ｓのコア内部やコアクラッド界面近傍には最大径が３μｍ以上の泡欠陥が存在しないことが好ましく、最大径が４μｍ以上の泡欠陥が存在しないことがより好ましい。
　異物が樹脂由来の異物の場合、異物とクラッド材料との屈折率差も影響する。異物とクラッド材料との屈折率差の絶対値が十分小さい場合は、コアクラッド界面近傍に異物が存在する場合でも、樹脂光導波路を伝播する光の伝達損失が大きくなるおそれがない。一方、異物とクラッド材料との屈折率差の絶対値が０．０３以上の場合は、コアクラッド界面近傍に異物が存在すると、樹脂光導波路を伝播する光の伝達損失が大きくなるおそれがある。
　異物が樹脂由来の異物の場合、部位Ｓのコアクラッド界面近傍に、クラッド材料との屈折率差の絶対値が０．０３以上、かつ、最大径が８μｍ以上の異物が存在しないことが求められる。なお、クラッド材料との屈折率差を判断指標とする理由は、樹脂由来の異物はクラッド領域に存在することが多いためである。
　部位Ｓのコアクラッド界面近傍に、クラッド材料との屈折率差の絶対値が０．０３以上、かつ、最大径が９μｍ以上の異物が存在しないことが好ましく、クラッド材料との屈折率差の絶対値が０．０３以上、かつ、最大径が１０μｍ以上の異物が存在しないことがより好ましい。
　本発明の樹脂光導波路についてさらに記載する。
（コア１１）
　図示した樹脂光導波路１０は、一端側（コア露出部１４側）のコア１１幅が大きく、他端側（コア露出部を有しない側）のコア１１幅が小さい。本発明の樹脂光導波路は、樹脂光導波路の光の伝播方向に沿ってコア幅が異なる部位を有していればよく、コアの端面形状は図示した矩形や略正方形に限定されない。コアの端面形状（樹脂光導波路１０の内部では、コア１１の断面形状）は、例えば、台形、円形、楕円形であってもよい。また、コアの端面形状が矩形、略正方形、台形等の多角形である場合は、その角が丸みを帯びていてもよい。
　上述したように、アディアバティック結合部位では、コア１１のコア高さをある程度小さくしないと、伝播モードの広がりが大きくならず、シリコン光導波路に光を伝播させることができない。そのため、４μｍ程度がコア高さの上限となる。コア高さは、１～３μｍであることが好ましく、１．５～２．５μｍであることがより好ましい。
　図１～３に示す樹脂光導波路１０は、コアの数が１つであるが、樹脂光導波路におけるコアの数はこれに限定されず、図４，６に示す樹脂光導波路２００のコア２２０のように、一方向に沿って複数のコアがアレイ状に設けられていてもよい。この場合、図４に示す樹脂光導波路２００のコア２２０のように、コア同士の間隔を広げるため、曲げ領域を有していてもよい。曲げ領域は、コア幅が４μｍ以上１０μｍ以下の部位（部位Ｌ）であることが好ましい。
　上述したように、図１～３に示す樹脂光導波路１０は、コア１１ならびに、コア１１よりも屈折率が低いアンダークラッド１２およびオーバークラッド１３を備えている。この条件を満たす限り特に限定されず、コア１１は、その内部に屈折率分布を有していてもよい。この場合、コアの中心から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。
（アンダークラッド１２、オーバークラッド１３）
　アンダークラッド１２、オーバークラッド１３は、単一の屈折率を有するものであってもよい。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から遠位側に向けて屈折率が高くなる構成であってもよい。
　アンダークラッド１２、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ことから、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２０～１００μｍであることが好ましく、３０～８０μｍであることがより好ましい。
　図１に示す樹脂光導波路１０におけるコア露出部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。具体的には、樹脂光導波路の光伝搬方向におけるコア露出部１４の長さは１００μｍ以上であることが好ましく、３００μｍ以上であることが好ましく、５００μｍ以上であることがより好ましく、１０００μｍ以上であることがさらに好ましい。
　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、接着層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。
　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。
　スピンコート法を用いて、基材上に第一の硬化性樹脂組成物を塗布し、該第一の硬化性樹脂組成物を硬化させてアンダークラッドを形成する。次に、アンダークラッド上に第二の硬化性樹脂組成物をスピンコート法を用いて塗布した後、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する。次に、アンダークラッドおよびコア上に第三の硬化物樹脂組成物をスピンコート法を用いて塗布し、該第三の硬化性樹脂組成物を硬化させて、オーバークラッドを形成する。オーバークラッドを形成する際に、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。
　上述したように、本発明の樹脂光導波路は、樹脂光導波路における光の伝播方向に沿ってコア幅が異なる部位を有している。上述した手順にしたがって、樹脂光導波路を製造する際、該樹脂光導波路の光の伝播方向に沿ってコア幅が異なる部位を形成するには以下の手順を実施すればよい。
　コア幅が光の伝搬方向に沿って異なる形状のフォトマスクを介して露光を行った後、現像することによってコアを形成する。この後必要に応じてポストベークを行う。
　また、本発明の樹脂光導波路は、コア幅が１μｍ以上４μｍ未満の部位Ｓには、光の伝達損失を大きくするおそれがあるサイズの異物が、コア内部やコアクラッド界面近傍に存在しないことが求められる。
　異物が泡欠陥の場合、部位Ｓのコア内部やコアクラッド界面近傍に最大径が２μｍ以上の泡欠陥が存在しないことが求められる。異物が樹脂由来の異物の場合は、部位Ｓのコアクラッド界面近傍に、クラッド材料との屈折率差の絶対値が０．０３以上、かつ、最大径が８μｍ以上の異物が存在しないことが求められる。
　部位Ｓのコア内部やコアクラッド界面近傍に上記の泡欠陥が存在しない樹脂光導波路を製造するには塗布を行う前に硬化性樹脂組成物を十分に静置して脱泡することが望ましい。もしくは、脱泡装置を利用して脱泡を行うことが望ましい。
　部位Ｓのコアクラッド界面近傍に上記の異物由来の異物が存在しない樹脂光導波路を製造するには以下の手順を実施すればよい。塗布前に、硬化性樹脂組成物のろ過を行うことで組成物内の異物を取り除き、基材の洗浄を行うことで基材表面の異物を取り除く。また、空気中の異物の付着を防ぐため、これらの作業をクリーンルーム内で行うことが望ましく、静電気による異物の付着を防ぐため、静電気除去器（イオナイザー）を使用することが更に望ましい。
　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、シングルモード光導波路を伝播する光信号を高密度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。
（泡欠陥による伝達損失のシミュレーション解析１）
　コア高さが２．０μｍで、コア幅が２．０μｍ、３．０μｍ、４．０μｍ、６．０μｍ、８．０μｍの５通りの構造の樹脂光導波路（コア高さは一定）を定義し、該樹脂光導波路のコア／クラッド界面に最大径（側面視）が１．０～２．５μｍの球状の泡欠陥が存在する場合を想定して、波長１３１０ｎｍの光の伝達損失の関係をシミュレーション解析した。上記以外でシミュレーション解析に使用した条件は以下に示す通りである。
（樹脂光導波路）
伝播モード：シングルモード
コア高さ：２．０μｍ
コア幅：２．０μｍ、３．０μｍ、４．０μｍ、６．０μｍ、８．０μｍ
コア断面形状：矩形（コア幅２．０μｍは正方形）
コア屈折率：１．５２６
クラッド厚み：８０μｍ
クラッド屈折率：１．５１３
泡欠陥屈折率：１．００
泡欠陥形状：球
泡サイズ（最大径）：１．０μｍ、１．５μｍ、２．０μｍ、２．５μｍ
　結果を下記表に示す。なお、下記表中、Ａ－１，Ａ－２，Ａ－５，Ａ－６，Ａ－９～Ａ－２０が実施例、Ａ－３，Ａ－４，Ａ－７，Ａ－８が比較例である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　表から明らかなように、コア幅が１μｍ以上４μｍ未満の部位に最大径が２μｍ以上の泡欠陥が存在するＡ－３，Ａ－４，Ａ－７，Ａ－８では、伝達損失が０．４５ｄＢ以上と大きかった。これに対し、コア幅が１μｍ以上４μｍ未満の部位に存在する泡欠陥の最大径が２μｍ未満のＡ－１，Ａ－２，Ａ－５，Ａ－６では、伝達損失が０．４５ｄＢ未満と小さかった。また、泡欠陥が存在する部位のコア幅が４μｍ以上のＡ－９～Ａ－２０では、泡欠陥の最大径が２μｍ未満の場合、２μｍ以上の場合のいずれも、伝達損失が０．４５ｄＢ未満と小さかった。
（樹脂由来異物による伝達損失のシミュレーション解析１）
　コア高さが２．０μｍで、コア幅が２．０μｍ、３．０μｍ、４．０μｍ、６．０μｍの４通りの構造の樹脂光導波路を定義し、該樹脂光導波路のコア／クラッド界面に最大径（側面視）が４．０μｍ、８．０μｍの２通りで、クラッド材料との屈折率差（樹脂由来異物の屈折率－クラッド材料の屈折率）Ｄｎが－０．０３，－０．０２，－０．０１，０，０．０１，０．０２，０．０３が７通りの立方体状の樹脂由来異物が存在する場合を想定して、波長１３１０ｎｍの光の伝達損失の関係をシミュレーション解析した。上記以外でシミュレーション解析に使用した条件は以下に示す通りである。
（樹脂光導波路）
伝播モード：シングルモード
コア高さ：２．０μｍ
コア幅：２．０μｍ、３．０μｍ、４．０μｍ、６．０μｍ
コア断面形状：矩形（コア幅２μｍは正方形）
コア屈折率：１．５２６
クラッド厚み：８０μｍ
クラッド屈折率：１．５１３
屈折率差（樹脂由来異物の屈折率－クラッド材料の屈折率）Ｄｎ：－０．０３、－０．０２、－０．０１、０、０．０１、０．０２、０．０３
樹脂由来異物形状：直方体
異物サイズ（側面視、最大径）：４．０μｍ、８．０μｍ
　結果を下記表に示す。なお、下記表中、Ｂ－１～Ｂ－７，Ｂ－９～Ｂ－１３，Ｂ－１５～Ｂ－２１，Ｂ－２３～Ｂ－２７，Ｂ－２９～Ｂ－５６が実施例、Ｂ－８，Ｂ－１４，Ｂ－２２，Ｂ－２８が比較例である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000010
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000011
　表から明らかなように、コア幅が１μｍ以上４μｍ未満の部位に、最大径が８μｍ以上で、クラッド材料との屈折率差の絶対値が０．０３以上の樹脂由来異物が存在するＢ－８，Ｂ－１４，Ｂ－２２，Ｂ－２８では、伝達損失が０．４５ｄＢ以上と大きかった。これに対して、コア幅が１μｍ以上４μｍ未満の部位に存在する樹脂由来異物の最大径が８μｍ未満、若しくは、クラッド材料との屈折率差の絶対値が０．０３未満のＢ－１～Ｂ－７，Ｂ－９～Ｂ－１３，Ｂ－１５～Ｂ－２１，Ｂ－２３～Ｂ－２７では、伝達損失が０．４５ｄＢ未満と小さかった。また、樹脂由来異物が存在する部位のコア幅が４μｍ以上のＢ－２９～Ｂ－５６では、樹脂由来異物の最大径が８μｍ未満の場合、８μｍ以上の場合、クラッド材料との屈折率差の絶対値が０．０３以下の場合、０．０３以上のいずれも、伝達損失が０．４５ｄＢ未満と小さかった。
（泡欠陥による伝達損失のシミュレーション解析２）
　コア高さが２．０μｍで、一端側と他端側とでコア幅が異なる構造（一端側のコア幅が１μｍ以上４μｍ未満、他端側のコア幅が４μｍ以上１０μｍ以下）の樹脂光導波路を定義し、該樹脂光導波路のコア／クラッド界面に最大径（側面視）が１．０～２．５μｍの球状の泡欠陥が存在する場合を想定して、波長１３１０ｎｍの光の伝達損失の関係をシミュレーション解析した。上記以外でシミュレーション解析に使用した条件は以下に示す通りである。
（樹脂光導波路）
伝播モード：シングルモード
コア高さ：２．０μｍ
コア幅（一端側）：２．０μｍ、３．０μｍ
コア断面形状：矩形（コア幅２．０μｍは正方形）
コア幅（他端側）：６．０μｍ、８．０μｍ
コア断面形状：矩形
部位Ｓの長さＬＳ：５０μｍ、２００μｍ、３００μｍ、６００μｍ
部位Ｌの長さＬＬ：４００μｍ、６００μｍ、１０００μｍ，１２００μｍ
コア屈折率：１．５２６
クラッド厚み：８０μｍ
クラッド屈折率：１．５１３
泡欠陥屈折率：１．００
泡欠陥形状：球
泡サイズ（最大径）：１．０μｍ、１．５μｍ、２．５μｍ
　結果を下記表に示す。なお、下記表中、Ｃ－１，Ｃ－３，Ｃ－５，Ｃ－６が実施例、Ｃ－２，Ｃ－４，Ｃ－７が比較例である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000012
　表から明らかなように、コア幅が１μｍ以上４μｍ未満の部位Ｓに最大径が２μｍ以上の泡欠陥が存在するＣ－２，Ｃ－４，Ｃ－７では、伝達損失が０．４５ｄＢ以上と大きかったのに対して、コア幅が１μｍ以上４μｍ未満の部位Ｓに泡欠陥が存在しない、若しくは、泡欠陥の最大径が２μｍ未満のＣ－１，Ｃ－３，Ｃ－５，Ｃ－６では、コア幅が４μｍ以上１０μｍ以下の部位Ｌに泡欠陥が存在しない場合、最大径が２μｍ未満の泡欠陥が存在する場合、最大径が２μｍ以上の泡欠陥が存在する場合のいずれも伝達損失が０．４５ｄＢ未満と小さかった。
（樹脂由来異物による伝達損失のシミュレーション解析２）
　コア高さが２．０μｍで、一端側と他端側とでコア幅が異なる構造（一端側のコア幅が１μｍ以上４μｍ未満、他端側のコア幅が４μｍ以上１０μｍ以下）の樹脂光導波路を定義し、該樹脂光導波路のコア／クラッド界面に最大径（側面視）が４．０μｍ、８．０μｍの２通りで、クラッド材料との屈折率差（樹脂由来異物の屈折率－クラッド材料の屈折率）Ｄｎが－０．０３，－０．０２，０．０１，０．０２，０．０３の立方体状の樹脂由来異物が存在する場合を想定して、波長１３１０ｎｍの光の伝達損失の関係をシミュレーション解析した。上記以外でシミュレーション解析に使用した条件は以下に示す通りである。
（樹脂光導波路）
伝播モード：シングルモード
コア高さ：２．０μｍ
コア幅（一端側）：２．０μｍ、３．０μｍ
コア断面形状：矩形（コア幅２．０μｍは正方形）
コア幅（他端側）：６．０μｍ
コア断面形状：矩形
部位Ｓの長さＬＳ：５０μｍ、２００μｍ、３００μｍ、６００μｍ
部位Ｌの長さＬＬ：４００μｍ、６００μｍ、１０００μｍ，１２００μｍ
コア屈折率：１．５２６
クラッド厚み：８０μｍ
クラッド屈折率：１．５１３
屈折率差（樹脂由来異物の屈折率－クラッド材料の屈折率）Ｄｎ：－０．０３、－０．０２、０．０１、０．０２、０．０３
樹脂由来異物形状：直方体
異物サイズ（側面視、最大径）：４．０μｍ、８．０μｍ
　結果を下記表に示す。なお、下記表中、Ｄ－１，Ｄ－３，Ｄ－５，Ｄ－６が実施例、Ｄ－２，Ｄ－４，Ｄ－７が比較例である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000013
　表から明らかなように、コア幅が１μｍ以上４μｍ未満の部位Ｓに、最大径が８μｍ以上で、クラッド材料との屈折率差の絶対値が０．０３以上の樹脂由来異物が存在するＤ－２，Ｄ－４，Ｄ－７では、伝達損失が０．４５ｄＢ以上と大きかったのに対して、コア幅が１μｍ以上４μｍ未満の部位Ｓに樹脂由来異物が存在しない、若しくは、樹脂由来異物の最大径が８μｍ未満、若しくは、クラッド材料との屈折率差の絶対値が０．０３未満のＤ－１，Ｄ－３，Ｄ－５，Ｄ－６では、コア幅が４μｍ以上１０μｍ以下の部位Ｌに樹脂由来異物が存在しない場合、最大径が８μｍ以上の樹脂由来異物が存在する場合のいずれも伝達損失が０．４５ｄＢ未満と小さかった。
　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２０１６年６月２日出願の日本特許出願（特願２０１６－１１０９０３）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
１３：オーバークラッド
１４：コア露出部
１００：複合光導波路
２００：樹脂光導波路
２１０：クラッド
２２０：コア
３００：シリコン光導波路
３１０：クラッド
３２０：コア
４００：コネクタ
５００：接着層
７００：アディアバティック結合部位

Claims (6)

  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、該樹脂光導波路における光の伝播方向に沿ってコア幅が異なる部位を有しており、該樹脂光導波路における最大コア幅は４μｍ以上１０μｍ以下、最小コア幅は１μｍ以上４μｍ未満であり、前記樹脂光導波路のうち、コア幅が１μｍ以上４μｍ未満の部位の長さをＬＳ（μｍ）とし、コア幅が４μｍ以上１０μｍ以下の部位の長さをＬＬ（μｍ）とするとき、
    　前記樹脂光導波路の全長（ＬＳ＋ＬＬ）に占める前記ＬＳの割合が０．１～４０％であり、
    　前記コア幅が１μｍ以上４μｍ未満の部位には、コア内部、および、コア中心からの距離が１５μｍ以内のコアクラッド界面近傍に最大径が２μｍ以上の泡欠陥が存在しない、樹脂光導波路。
  2. 　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、前記樹脂光導波路における光の伝播方向に沿ってコア幅が異なる部位を有しており、該樹脂光導波路における最大コア幅は４μｍ以上１０μｍ以下、最小コア幅は１μｍ以上４μｍ未満であり、前記樹脂光導波路のうち、コア幅が１μｍ以上４μｍ未満の部位の長さをＬＳ（μｍ）とし、コア幅が４μｍ以上１０μｍ以下の部位の長さをＬＬ（μｍ）とするとき、
    　前記樹脂光導波路の全長（ＬＳ＋ＬＬ）に占める前記ＬＳの割合が０．１～４０％であり、
    　前記コア幅が１μｍ以上４μｍ未満の部位には、コア内部および、コア中心からの距離が１５μｍ以内のコアクラッド界面近傍に、クラッド材料との屈折率差の絶対値が０．０３以上、かつ、最大径が８μｍ以上の欠陥が存在しない、樹脂光導波路。
  3. 　樹脂光導波路における光の伝播方向の一端側と他端側とがコア幅が異なる、請求項１または２に記載の樹脂光導波路。
  4. 　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１００μｍ以上である、請求項１～３のいずれかに記載の樹脂光導波路。
  5. 　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、請求項１～４のいずれかに記載の樹脂光導波路。
  6. 　前記樹脂光導波路のコアはフッ素を含む樹脂からなる、請求項１～５のいずれかに記載の樹脂光導波路。
     
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