光導波路、光導波路の製造方法、光導波路モジュールおよび電子機器
【課題】発光素子と光結合させた際の光結合損失が小さく、高品質の光通信が可能な光導波路、かかる光導波路を効率よく製造可能な光導波路の製造方法、および、前記光導波路を備え、高品質の光通信が可能な光導波路モジュールおよび電子機器を提供すること。
【解決手段】光導波路モジュール10は、ミラー16が形成された光導波路1と、その上方に設けられた回路基板2と、回路基板2上に搭載された発光素子3と、を有している。光導波路1は、下方からクラッド層11、コア層13およびクラッド層12がこの順で積層されたものであるが、クラッド層12の上面には、ミラー16と発光素子3とを繋ぐ光路上の部位に、前記上面を局所的に凹没させた凹部を複数個配置してなる凹凸パターン100が形成されている。この凹凸パターン100は、光導波路1の表面に光の反射防止機能を付与する。
【解決手段】光導波路モジュール10は、ミラー16が形成された光導波路1と、その上方に設けられた回路基板2と、回路基板2上に搭載された発光素子3と、を有している。光導波路1は、下方からクラッド層11、コア層13およびクラッド層12がこの順で積層されたものであるが、クラッド層12の上面には、ミラー16と発光素子3とを繋ぐ光路上の部位に、前記上面を局所的に凹没させた凹部を複数個配置してなる凹凸パターン100が形成されている。この凹凸パターン100は、光導波路1の表面に光の反射防止機能を付与する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光導波路、光導波路の製造方法、光導波路モジュールおよび電子機器に関するものである。
【背景技術】
【0002】
近年、情報化の波とともに、大容量の情報を高速で通信可能な広帯域回線(ブロードバンド)の普及が進んでいる。また、これらの広帯域回線に情報を伝送する装置として、ルーター装置、WDM(Wavelength Division Multiplexing)装置等の伝送装置が用いられている。これらの伝送装置内には、LSIのような演算素子、メモリーのような記憶素子等が組み合わされた信号処理基板が多数設置されており、各回線の相互接続を担っている。
【0003】
各信号処理基板には、演算素子や記憶素子等が電気配線で接続された回路が構築されているが、近年、処理する情報量の増大に伴って、各基板では、極めて高いスループットで情報を伝送することが要求されている。しかしながら、情報伝送の高速化に伴い、クロストークや高周波ノイズの発生、電気信号の劣化等の問題が顕在化しつつある。このため、電気配線がボトルネックとなって、信号処理基板のスループットの向上が困難になっている。また、同様の課題は、スーパーコンピューターや大規模サーバー等でも顕在化しつつある。
【0004】
一方、光搬送波を使用してデータを移送する光通信技術が開発され、近年、この光搬送波を、一地点から他地点に導くための手段として、光導波路が普及しつつある。この光導波路は、線状のコア部と、その周囲を覆うように設けられたクラッド部とを有している。コア部は、光搬送波の光に対して実質的に透明な材料によって構成され、クラッド部は、コア部より屈折率が低い材料によって構成されている。
【0005】
光導波路では、コア部の一端から導入された光が、クラッド部との境界で反射しながら他端に搬送される。光導波路の入射側には、半導体レーザー等の発光素子が配置され、出射側には、フォトダイオード等の受光素子が配置される。発光素子から入射された光は光導波路を伝搬し、受光素子により受光され、受光した光の明滅パターンもしくはその強弱パターンに基づいて通信を行う。
【0006】
このような光導波路により信号処理基板内の電気配線を置き換えられると、前述したような電気配線の問題が解消され、信号処理基板のさらなる高スループット化が可能になると期待されている。
【0007】
ところで、電気配線を光導波路に置き換える際には、電気信号と光信号との相互変換を行うべく、発光素子と受光素子とを備え、これらの間を光導波路で光学的に接続してなる光導波路モジュールが用いられる。
【0008】
例えば、特許文献1には、プリント基板と、プリント基板上に搭載された発光素子と、プリント基板の下面側に設けられた光導波路と、を有する光インターフェースが開示されている。そして、光導波路と発光素子との間は、プリント基板に形成された、光信号を伝送するための貫通孔であるスルーホールを介して光学的に接続されている。
【0009】
しかしながら、上述したような光インターフェースでは、発光素子と光導波路との光結合において、光結合損失が大きいことが課題となっている。具体的には、発光素子の発光部から出射した信号光がスルーホールを通過して光導波路に入射する際、スルーホールと光導波路との界面で一部の信号光が反射する。この反射は、光導波路に入射する信号光の減衰をもたらす他、反射光が発光部に戻ることで、発光素子の発光安定性を損なう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
【特許文献1】特開2005−294407号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
本発明の目的は、発光素子と光結合させた際の光結合損失が小さく、高品質の光通信が可能な光導波路、かかる光導波路を効率よく製造可能な光導波路の製造方法、および、前記光導波路を備え、高品質の光通信が可能な光導波路モジュールおよび電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0012】
このような目的は、下記(1)〜(14)の本発明により達成される。
(1) コア部と、
前記コア部の側面を覆うように設けられたクラッド部と、
前記コア部の途中または延長線上に設けられ、前記コア部の光路を前記クラッド部の外部へと変換する光路変換部と、
前記クラッド部の表面のうち、少なくとも前記光路変換部を介して前記コア部と光学的に接続される部位に設けられ、前記表面を局所的に突出させた凸部または局所的に凹没させた凹部を複数個配置してなる凹凸パターンと、を有することを特徴とする光導波路。
【0013】
(2) 前記凸部および前記凹部は、一定の間隔で規則的に配置されている上記(1)に記載の光導波路。
【0014】
(3) 前記凹凸パターンにおける前記凸部同士の配置周期および前記凹部同士の配置周期は、当該光導波路に入射される信号光の波長以下である上記(2)に記載の光導波路。
【0015】
(4) 前記凹凸パターンにおける前記凸部の高さおよび前記凹部の深さは、当該光導波路に入射される信号光の波長以下である上記(1)ないし(3)のいずれかに記載の光導波路。
【0016】
(5) 前記凸部および前記凹部の形状は、柱状、錐状および半球状のいずれか、またはこれらに準じた形状である上記(1)ないし(4)のいずれかに記載の光導波路。
【0017】
(6) 前記凸部および前記凹部の形状は、凸条または凹条である上記(1)ないし(4)のいずれかに記載の光導波路。
【0018】
(7) 前記光路変換部は、少なくとも前記コア部を斜めに横断するよう設けられた反射面で構成される上記(1)ないし(6)のいずれかに記載の光導波路。
【0019】
(8) コア部と、
前記コア部の側面を覆うように設けられたクラッド部と、
前記コア部の途中または延長線上に設けられ、前記コア部の光路を前記クラッド部の外部へと変換する光路変換部と、
前記クラッド部の表面のうち、少なくとも前記光路変換部により前記コア部と光学的に接続される部位に設けられ、前記表面を局所的に突出させた凸部または局所的に凹没させた凹部を複数個配置してなる凹凸パターンと、を有する光導波路の製造方法であって、
前記コア部と前記クラッド部と前記光路変換部とを有する母材を用意する工程と、
前記母材の表面に成形型を押圧することにより、前記表面の一部を局所的に突出または凹没させ、前記凹凸パターンを形成する工程と、を有することを特徴とする光導波路の製造方法。
【0020】
(9) 前記凹凸パターンは、加熱した前記成形型を前記母材の表面に押圧した後、前記成形型を冷却することにより形成される上記(8)に記載の光導波路の製造方法。
【0021】
(10) コア部と、前記コア部の側面に隣接して設けられた側面クラッド部と、を備えるコア層と、
前記コア層の両面に隣接して設けられた第1クラッド層および第2クラッド層と、
前記コア部の途中または延長線上に設けられ、前記コア部の光路を前記第2クラッド層の外部へと変換する光路変換部と、
前記第2クラッド層の表面のうち、少なくとも前記光路変換部により前記コア部と光学的に接続される部位に設けられ、前記表面を局所的に突出させた凸部または局所的に凹没させた凹部を複数個配置してなる凹凸パターンと、を有する光導波路の製造方法であって、
前記第1クラッド層を形成する工程と、
形成した前記第1クラッド層上に前記コア層を形成する工程と、
前記コア層上にクラッド層形成用組成物を塗布し、液状被膜を形成する工程と、
前記液状被膜またはその半硬化物に成形型を押圧しつつ前記液状被膜またはその半硬化物を硬化させることにより、前記凹凸パターンを形成するとともに前記第2クラッド層を形成する工程と、を有することを特徴とする光導波路の製造方法。
【0022】
(11) コア部と、前記コア部の側面に隣接して設けられた側面クラッド部と、を備えるコア層と、
前記コア層の両面に隣接して設けられた第1クラッド層および第2クラッド層と、
前記コア部の途中または延長線上に設けられ、前記コア部の光路を前記第2クラッド層の外部へと変換する光路変換部と、
前記第2クラッド層の表面のうち、少なくとも前記光路変換部により前記コア部と光学的に接続される部位に設けられ、前記表面を局所的に突出させた凸部または局所的に凹没させた凹部を複数個配置してなる凹凸パターンと、を有する光導波路の製造方法であって、
成形型上にクラッド層形成用組成物を塗布し、液状被膜または液状被膜の半硬化物を形成した後、硬化させることにより前記凹凸パターンを形成した前記第2クラッド層を得る工程と、
形成した前記第2クラッド層上に前記コア層を形成する工程と、
前記コア層上に前記第1クラッド層を形成する工程と、を有することを特徴とする光導波路の製造方法。
【0023】
(12) 上記(1)ないし(7)のいずれかに記載の光導波路と、
前記光路変換部および前記凹凸パターンを介して前記コア部と光学的に接続された光素子と、を有することを特徴とする光導波路モジュール。
【0024】
(13) さらに、前記凹凸パターンと前記光素子との間に設けられた集光レンズを有する上記(12)に記載の光導波路モジュール。
【0025】
(14) 上記(12)または(13)に記載の光導波路モジュールを備えることを特徴とする電子機器。
【発明の効果】
【0026】
本発明によれば、凹凸パターンを備えることにより、発光素子と光結合させた際の光結合損失を小さくすることができるため、光搬送波のS/N比が高く、高品質の光通信が可能な光導波路が得られる。
【0027】
また、本発明によれば、このような光導波路を効率よく製造することができる。
また、本発明によれば、このような光導波路を備えることにより、高品質の光通信が可能な光導波路モジュールおよび電子機器が得られる。
【図面の簡単な説明】
【0028】
【図1】本発明の光導波路モジュールの第1実施形態を示す斜視図である。
【図2】図1のA−A線断面図である。
【図3】図2の部分拡大図である。
【図4】図2に示す光導波路モジュールの他の構成例を示す縦断面図である。
【図5】図1に示す光導波路モジュールのうち、光導波路を取り出して示す部分拡大図である。
【図6】凹部または凸部の形状の一例を示す斜視図である。
【図7】本発明の光導波路モジュールの第2実施形態を示す縦断面図である。
【図8】本発明の光導波路モジュールの第3実施形態を示す縦断面図である。
【図9】本発明の光導波路モジュールの第4実施形態を示す図であって、光導波路のみを取り出し、天地反転させた斜視図(一部透過して示す)である。
【図10】図2に示す光導波路モジュールを製造する第1の方法を説明するための図(縦断面図)である。
【図11】図2に示す光導波路モジュールを製造する第2の方法を説明するための図(縦断面図)である。
【図12】図2に示す光導波路モジュールを製造する第3の方法を説明するための図(縦断面図)である。
【発明を実施するための形態】
【0029】
以下、本発明の光導波路、光導波路の製造方法、光導波路モジュールおよび電子機器について添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
【0030】
<光導波路モジュール>
≪第1実施形態≫
まず、本発明の光導波路、およびこの光導波路を備えた本発明の光導波路モジュールの第1実施形態について説明する。
【0031】
図1は、本発明の光導波路モジュールの第1実施形態を示す斜視図、図2は、図1のA−A線断面図、図3は、図2の部分拡大図である。なお、以下の説明では、図2、3の上側を「上」、下側を「下」という。また、各図では、厚さ方向を強調して描いている。
【0032】
図1に示す光導波路モジュール10は、光導波路1と、その上方に設けられた回路基板2と、回路基板2上に搭載された発光素子3(光素子)と、を有している。
【0033】
光導波路1は、長尺の帯状をなしており、回路基板2および発光素子3は、光導波路1の一方の端部(図2の左側の端部)に設けられている。
【0034】
発光素子3は、電気信号を光信号に変換し、発光部31から光信号を出射して光導波路1に入射させる素子である。図2に示す発光素子3は、その下面に設けられた発光部31と、発光部31に通電する電極32とを有している。発光部31は、図2の下方に向けて光信号を出射する。なお、図2に示す矢印は、発光素子3から出射した信号光の光路の例である。
【0035】
一方、光導波路1のうち、発光素子3の位置に対応してミラー(光路変換部)16が設けられている。このミラー16は、図2の左右方向に延伸する光導波路1の光路を、光導波路1の外部へと変換するものであり、図2では、発光素子3の発光部31と光学的に接続されるよう、光路を90°変換する。このようなミラー16を介することにより、発光素子3から出射した信号光を光導波路1に入射させることができる。また、図示しないものの、光導波路1の他方の端部には、受光素子が設けられる。この受光素子も光導波路1と光学的に接続されており、光導波路1に入射された信号光は受光素子に到達する。その結果、光導波路モジュール10において光通信が可能になる。
【0036】
ここで、光導波路1の表面のうち、ミラー16と発光部31とを繋ぐ光路が通過する部位には、表面を局所的に突出させた凸部または局所的に凹没させた凹部を一定の間隔で複数個配置してなる凹凸パターン100が形成されている(図3参照)。この凹凸パターン100は、発光部31から光導波路1に入射する信号光の反射を抑制し、相対的に入射効率を高めることができる。その結果、発光素子3と光導波路1との光結合効率が向上する。
【0037】
以下、光導波路モジュール10の各部について詳述する。
(光導波路)
図1に示す光導波路1は、下方からクラッド層(第1クラッド層)11、コア層13、およびクラッド層(第2クラッド層)12をこの順で積層してなる帯状の積層体で構成される。このうちコア層13には、図1に示すように、平面視で直線状をなす1本のコア部14と、このコア部14の側面に隣接する側面クラッド部15とが形成されている。コア部14は、帯状の積層体の長手方向に沿って延伸しており、かつ、積層体の幅のほぼ中央に位置している。なお、図1において、コア部14にはドットを付している。
【0038】
図2に示す光導波路1では、ミラー16を介して入射された光を、コア部14とクラッド部(各クラッド層11、12および各側面クラッド部15)との界面で全反射させ、他方の端部に伝搬させることができる。これにより、出射端で受光した光の明滅パターンおよび光の強弱パターンの少なくとも一方に基づいて光通信を行うことができる。
【0039】
コア部14とクラッド部との界面で全反射を生じさせるためには、界面に屈折率差が存在する必要がある。コア部14の屈折率は、クラッド部の屈折率より大きければよく、その差は特に限定されないものの、クラッド部の屈折率の0.5%以上であるのが好ましく、0.8%以上であるのがより好ましい。一方、上限値は、特に設定されなくてもよいが、好ましくは5.5%程度とされる。屈折率の差が前記下限値未満であると光を伝達する効果が低下する場合があり、前記上限値を超えても、光の伝送効率のそれ以上の増大は期待できない。
【0040】
なお、前記屈折率差とは、コア部14の屈折率をA、クラッド部の屈折率をBとしたとき、次式で表わされる。
屈折率差(%)=|A/B−1|×100
【0041】
また、図1に示す構成では、コア部14は平面視で直線状に形成されているが、途中で湾曲、分岐等していてもよく、その形状は任意である。
【0042】
また、コア部14の横断面形状は、正方形または矩形(長方形)のような四角形であるのが一般的であるが、特に限定されず、真円、楕円のような円形、菱形、三角形、五角形のような多角形であってもよい。
【0043】
コア部14の幅および高さは、特に限定されないが、それぞれ、1〜200μm程度であるのが好ましく、5〜100μm程度であるのがより好ましく、20〜70μm程度であるのがさらに好ましい。
【0044】
コア層13の構成材料は、上記の屈折率差が生じる材料であれば特に限定されないが、具体的には、アクリル系樹脂、メタクリル系樹脂、ポリカーボネート、ポリスチレン、エポキシ系樹脂やオキセタン系樹脂のような環状エーテル系樹脂、ポリアミド、ポリイミド、ポリベンゾオキサゾール、ポリシラン、ポリシラザン、また、ベンゾシクロブテン系樹脂やノルボルネン系樹脂等の環状オレフィン系樹脂のような各種樹脂材料の他、石英ガラス、ホウケイ酸ガラスのようなガラス材料等である。
【0045】
また、これらの中でも特にノルボルネン系樹脂が好ましい。これらのノルボルネン系ポリマーは、例えば、開環メタセシス重合(ROMP)、ROMPと水素化反応との組み合わせ、ラジカルまたはカチオンによる重合、カチオン性パラジウム重合開始剤を用いた重合、これ以外の重合開始剤(例えば、ニッケルや他の遷移金属の重合開始剤)を用いた重合等、公知のすべての重合方法で得ることができる。
【0046】
一方、各クラッド層11、12は、それぞれ、コア層13の下部および上部に位置している。このような各クラッド層11、12は、各側面クラッド部15とともに、コア部14の外周を囲むクラッド部を構成し、これにより光導波路1は信号光を漏出させることなく伝搬させることができる導光路として機能する。
【0047】
クラッド層11、12の平均厚さは、コア層13の平均厚さ(各コア部14の平均高さ)の0.1〜1.5倍程度であるのが好ましく、0.2〜1.25倍程度であるのがより好ましく、具体的には、クラッド層11、12の平均厚さは、特に限定されないが、それぞれ、通常、1〜200μm程度であるのが好ましく、3〜100μm程度であるのがより好ましく、5〜60μm程度であるのがさらに好ましい。これにより、光導波路1が必要以上に大型化(厚膜化)するのを防止しつつ、クラッド層としての機能が好適に発揮される。
【0048】
また、各クラッド層11、12の構成材料としては、例えば、前述したコア層13の構成材料と同様の材料を用いることができるが、特にノルボルネン系ポリマーが好ましい。
【0049】
また、コア層13の構成材料およびクラッド層11、12の構成材料を選択する場合、両者の間の屈折率差を考慮して材料を選択すればよい。具体的には、コア層13とクラッド層11、12との境界において光を確実に全反射させるため、コア層13の構成材料の屈折率がクラッド層11、12の屈折率に比べ十分に大きくなるように材料を選択すればよい。これにより、光導波路1の厚さ方向において十分な屈折率差が得られ、コア部14からクラッド層11、12に光が漏れ出るのを抑制することができる。
【0050】
なお、光の減衰を抑制する観点からは、コア層13の構成材料とクラッド層11、12の構成材料との密着性(親和性)が高いことも重要である。
【0051】
また、前述したように、光導波路1の途中には、ミラー16が設けられている(図2参照)。このミラー16は、光導波路1の途中に掘り込み加工を施し、これにより得られた空間(空洞)の内壁面で構成される。この内壁面の一部は、コア部14を斜め45°に横切る平面であり、この平面がミラー16となる。ミラー16を介して、光導波路1と発光部31とが光学的に接続されている。
【0052】
なお、ミラー16には、必要に応じて反射膜を成膜するようにしてもよい。この反射膜としては、Au、Ag、Al等の金属膜が好ましく用いられる。
【0053】
また、クラッド層12の上面には、凹凸パターン100が形成されている。なお、この凹凸パターン100については後に詳述する。
【0054】
なお、光導波路1は、さらに、クラッド層11の下面に設けられた支持フィルムおよびクラッド層12の上面に設けられたカバーフィルムを有していてもよい。このうち、カバーフィルムを設ける場合には、凹凸パターン100の形成領域以外に設けるようにする。
【0055】
このような支持フィルムおよびカバーフィルムの構成材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレン、ポリプロピレンのようなポリオレフィン、ポリイミド、ポリアミド等の各種樹脂材料等が挙げられる。
【0056】
また、支持フィルムおよびカバーフィルムの各平均厚さは、特に限定されないが、5〜200μm程度であるのが好ましく、10〜100μm程度であるのがより好ましい。
【0057】
なお、支持フィルムとクラッド層11との間、および、カバーフィルムとクラッド層12との間は、接着または接合されているが、その方法としては、熱圧着、接着剤または粘着剤による接着等が挙げられる。
【0058】
このうち、接着層としては、例えば、アクリル系接着剤、ウレタン系接着剤、シリコーン系接着剤の他、各種ホットメルト接着剤(ポリエステル系、変性オレフィン系)等が挙げられる。また、特に耐熱性の高いものとして、ポリイミド、ポリイミドアミド、ポリイミドアミドエーテル、ポリエステルイミド、ポリイミドエーテル等の熱可塑性ポリイミド接着剤が好ましく用いられる。
【0059】
また、接着層の平均厚さは、特に限定されないが、1〜100μm程度であるのが好ましく、5〜60μm程度であるのがより好ましい。
【0060】
(発光素子)
発光素子3は、前述したように、下面に発光部31と電極32とを有するものであるが、具体的には、面発光レーザー(VCSEL)のような半導体レーザーや、発光ダイオード(LED)等の発光素子である。
【0061】
一方、図1、2に示す光導波路モジュール10の回路基板2上には、発光素子3に隣り合うように半導体素子4が搭載されている。半導体素子4は、発光素子3の動作を制御する素子であり、下面には電極42を有している。かかる半導体素子4としては、例えば、ドライバーICや、トランスインピーダンスアンプ(TIA)、リミッティングアンプ(LA)等を含むコンビネーションICの他、各種LSI、RAM等が挙げられる。
【0062】
なお、発光素子3と半導体素子4は、後述する回路基板2により電気的に接続されており、半導体素子4により発光素子3の発光パターンおよび発光の強弱パターンを制御し得るよう構成されている。
【0063】
(回路基板)
光導波路1の上方には、回路基板2が設けられており、回路基板2の下面と光導波路1の上面とは接着層5を介して接着されている。
【0064】
回路基板2は、図2に示すように、絶縁性基板21と、その下面に設けられた導体層22と、上面に設けられた導体層23と、を有している。回路基板2上に搭載された発光素子3と半導体素子4とは、導体層23を介して電気的に接続されている。
【0065】
ここで、発光素子3の発光部31と光導波路1のミラー16との間は光学的に接続されているため、信号光の光路は、絶縁性基板21を厚さ方向に貫通することとなる。したがって、絶縁性基板21は、透光性を有する材料で構成されているのが好ましい。これにより、光路の伝送効率を高めることができる。なお、絶縁性基板21には、光路に対応する領域に開口するスルーホールを形成するようにしてもよい。
【0066】
また、絶縁性基板21は可撓性を有しているのが好ましい。可撓性を有する絶縁性基板21は、回路基板2と光導波路1との密着性向上に寄与するとともに、形状変化に対する優れた追従性を有するものとなる。その結果、光導波路1が可撓性を有している場合には、光導波路モジュール10全体も可撓性を有するものとなり、実装性に優れたものとなる。また、光導波路モジュール10を湾曲させた際には、絶縁性基板21と導体層22、23との剥離や、回路基板2と光導波路1との剥離を確実に防止することができ、剥離に伴う絶縁性の低下や伝送効率の低下を防止する。
【0067】
絶縁性基板21のヤング率(引張弾性率)は、一般的な室温環境下(20〜25℃前後)で1〜20GPa程度であるのが好ましく、2〜12GPa程度であるのがより好ましい。ヤング率の範囲がこの程度であれば、絶縁性基板21は、上述したような効果を得る上で十分な可撓性を有するものとなる。
【0068】
このような絶縁性基板21を構成する材料としては、例えば、ポリイミド系樹脂、ポリアミド系樹脂、エポキシ系樹脂、各種ビニル系樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂等のポリエステル系樹脂等の各種樹脂材料が挙げられるが、中でもポリイミド系樹脂を主材料とするものが好ましく用いられる。ポリイミド系樹脂は、耐熱性が高く、優れた透光性および可撓性を有していることから、絶縁性基板21の構成材料として特に好適である。
【0069】
なお、絶縁性基板21の具体例としては、ポリエステル銅張フィルム基板、ポリイミド銅張フィルム基板、アラミド銅張フィルム基板等に使用されるフィルム基板が挙げられる。
【0070】
また、絶縁性基板21の平均厚さは、5〜50μm程度であるのが好ましく、10〜40μm程度であるのがより好ましい。このような厚さの絶縁性基板21であれば、その構成材料によらず、十分な可撓性を有するものとなる。また、絶縁性基板21の厚さが前記範囲内であれば、光導波路モジュール10の薄型化が図られるとともに、絶縁性基板21の透過損失が抑制される。
【0071】
さらには、絶縁性基板21の厚さが前記範囲内であれば、信号光の発散によって伝送効率が低下するのを防止することができる。例えば、発光素子3の発光部31から出射した信号光は、一定の出射角で発散しつつ回路基板2を通過してミラー16に入射するが、発光部31とミラー16との離間距離が大き過ぎる場合、信号光が発散し過ぎてしまい、ミラー16に到達する光量が減少するおそれがある。これに対し、絶縁性基板21の平均厚さを前記範囲内とすることにより、発光部31とミラー16との離間距離を確実に小さくすることができるため、信号光は広く発散してしまう前にミラー16に到達する。その結果、ミラー16に到達する光量の減少を防止し、発光素子3と光導波路1との光結合に伴う損失(光結合損失)を十分に低下させることができる。また、絶縁性基板21の平均厚さを前記範囲内とすれば、信号光を集光するレンズを用いなくても十分な光結合効率が得られるので、光導波路モジュール10の構造を簡略化することができ、光導波路モジュール10の製造歩留まりを高めることができる。
【0072】
なお、絶縁性基板21は、1枚の基板であってもよいが、複数層の基板を積層してなる多層基板(ビルドアップ基板)であってもよい。この場合、多層基板の層間には、パターニングされた導体層を含み、この導体層には任意の電気回路が形成されていてもよい。これにより、絶縁性基板21中に高密度の電気回路を構築することができる。
【0073】
また、絶縁性基板21には、厚さ方向に貫通する1つまたは複数の貫通孔が設けられていてもよく、これらの貫通孔には導電性材料が充填されているか、または、貫通孔の内壁面に沿って導電性材料の被膜が成膜されていてもよい。この導電性材料は、絶縁性基板21の両面の間を電気的に接続する貫通ビアとなる。
【0074】
また、絶縁性基板21に設けられた導体層22および導体層23は、それぞれ導電性材料で構成されている。各導体層22、23には、所定のパターンが形成されており、このパターンは配線として機能する。絶縁性基板21に貫通ビアが形成されている場合、貫通ビアと各導体層22、23とが接続され、これにより、導体層22と導体層23とが一部で導通する。
【0075】
各導体層22、23に用いられる導電性材料としては、例えば、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、金(Au)、銀(Ag)、白金(Pt)、ニッケル(Ni)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)等の各種金属材料が挙げられる。
【0076】
また、各導体層22、23の平均厚さは、配線に要求される導電率等に応じて適宜設定されるものの、例えば1〜30μm程度とされる。
【0077】
また、各導体層22、23に形成される配線パターンの幅も、配線に要求される導電率や各導体層22、23の厚さ等に応じて適宜設定されるものの、例えば2〜1000μm程度であるのが好ましく、5〜500μm程度であるのがより好ましい。
【0078】
なお、このような配線パターンは、例えば、一旦全面に形成された導体層をパターニングする(例えば、銅張基板の銅箔を部分的にエッチングする)方法、別途用意した基板上にあらかじめパターニングされた導体層を転写する方法等により形成される。
【0079】
また、図3に示す各導体層22、23は、発光素子3の発光部31とミラー16との間の光路に干渉しないよう設けられた開口部221、231を有している。その結果、開口部221には導体層22の厚さに相当する高さの空隙222が、開口部231には導体層23の厚さに相当する高さの空隙232がそれぞれ生じている。
【0080】
また、発光素子3や半導体素子4と導体層23との間は、各種ハンダ、各種ろう材等により電気的かつ機械的に接続される。
【0081】
ハンダおよびろう材としては、例えば、Sn−Pb系の鉛ハンダの他、Sn−Ag−Cu系、Sn−Zn−Bi系、Sn−Cu系、Sn−Ag−In−Bi系、Sn−Zn−Al系の各種鉛フリーハンダ、JISに規定された各種低温ろう材等が挙げられる。
【0082】
なお、発光素子3や半導体素子4としては、例えばBGA(Ball Grid Array)タイプやLGA(Land Grid Array)タイプ等のパッケージ仕様の素子が用いられる。
【0083】
また、導体層23とハンダ(またはろう材)とが接触することにより、導体層23を構成する金属成分の一部がハンダ側に溶解する現象が生じるおそれがある。この現象は、特に銅製の導体層23に対して生じる場合が多いことから「銅食われ」と呼ばれている。銅食われが発生すると、導体層23が薄くなったり、欠損したりする等の不具合を招き、導体層23の機能を損なうおそれがある。
【0084】
そこで、ハンダと接する導体層23の表面には、あらかじめ、ハンダの下地として銅食われ防止膜(下地層)を形成しておくのが好ましい。この銅食われ防止膜の形成により、銅食われが防止され、導体層23の機能を長期にわたって維持することができる。
【0085】
銅食われ防止膜の構成材料としては、例えば、ニッケル(Ni)、金(Au)、白金(Pt)、スズ(Sn)、パラジウム(Pd)等が挙げられ、銅食われ防止膜は、これらの金属組成1種からなる単層であってもよく、2種以上を含む複合層(例えば、Ni−Au複合層、Ni−Sn複合層等)であってもよい。
【0086】
銅食われ防止膜の平均厚さは、特に限定されないが、0.05〜5μm程度であるのが好ましく、0.1〜3μm程度であるのがより好ましい。これにより、銅食われ防止膜そのものの電気抵抗を抑制しつつ、十分な銅食われ防止作用を発現させることができる。
【0087】
なお、発光素子3や半導体素子4と導体層23との電気的接続は、上述したような接続方法の他、ワイヤーボンディング、異方性導電フィルム(ADF)、異方性導電ペースト(ACP)等を用いた製造方法で行われてもよい。
【0088】
このうち、ワイヤーボンディングによれば、発光素子3や半導体素子4と回路基板2との間で熱膨張差が生じたとしても、柔軟性の高いボンディングワイヤーによって熱膨張差を吸収することができるので、接続部に対する応力集中が防止される。
【0089】
また、発光素子3と導体層23との隙間および発光素子3の側方には、発光素子3を囲うように封止材61が配置されている。これにより、導体層23に開口部231を形成したことによる空隙232にも封止材61が充填される。
【0090】
一方、半導体素子4と導体層23との隙間および半導体素子4の側方には、封止材62が充填されている。
【0091】
このような封止材61、62は、発光素子3および半導体素子4の耐候性(耐熱性、耐湿性、気圧変化等)を高めるとともに、振動、外力、異物付着等から発光素子3および半導体素子4を確実に保護することができる。
【0092】
封止材61、62としては、例えば、エポキシ系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、シリコーン系樹脂等が挙げられる。
【0093】
また、回路基板2と光導波路1との間は接着層5により接着されているが、接着層5を構成する接着剤としては、例えば、エポキシ系接着剤、アクリル系接着剤、ウレタン系接着剤、シリコーン系接着剤の他、各種ホットメルト接着剤(ポリエステル系、変性オレフィン系)等が挙げられる。また、特に耐熱性の高いものとして、ポリイミド、ポリイミドアミド、ポリイミドアミドエーテル、ポリエステルイミド、ポリイミドエーテル等の熱可塑性ポリイミド接着剤が挙げられる。
【0094】
なお、図3に示す接着層5は、発光素子3の発光部31とミラー16とを繋ぐ光路を避けるように設けられている。すなわち、接着層5には、上記光路に対応した位置に設けられた開口部51が形成されている。この開口部51により、上記光路と接着層5との干渉が防止されている。
【0095】
以上のような光導波路モジュール10では、発光素子3の発光部31から出射した信号光が、空隙232に充填された封止材61、絶縁性基板21、空隙222、および開口部51を通過して、光導波路1に入射される。
【0096】
なお、光導波路モジュール10は、光導波路1の他方の端部にも、回路基板2を有していてもよく、他の光学部品との接続を担うコネクター等を有していてもよい。
【0097】
図4は、図2に示す光導波路モジュールの他の構成例を示す縦断面図である。
図4(a)に示す光導波路モジュール10では、光導波路1の他方の端部(図2、4の右側の端部)の上面にも回路基板2が設けられている。また、この回路基板2上には、受光素子7と半導体素子4とが搭載されている。また、光導波路1には、受光素子7の受光部71の位置に対応してミラー16が形成されている。
【0098】
このような光導波路モジュール10では、光導波路1からミラー16を介して出射した信号光が、受光素子7の受光部71に到達すると、光信号から電気信号への変換がなされる。このようにして光導波路1の両端部間における光通信が行われる。
【0099】
一方、図4(b)に示す光導波路モジュール10では、光導波路1の他方の端部に、他の光学部品との接続を担うコネクター20が設けられている。コネクター20としては、光ファイバーとの接続に用いられるPMTコネクター等が挙げられる。コネクター20を介して光導波路モジュール10を光ファイバーに接続することで、より長距離の光通信が可能になる。
【0100】
なお、図4では、光導波路1の一方の端部と他方の端部とで1対1の光通信を行う場合について説明したが、光導波路1の他方の端部には、光路を複数に分岐することができる光スプリッターを接続するようにしてもよい。
【0101】
(凹凸パターン)
ここで、光導波路1の表面(クラッド層12の上面)のうち、ミラー16と発光部31とを繋ぐ光路が通過する部位には、前述したように、表面を局所的に突出させた凸部または局所的に凹没させた凹部を複数個配置してなる凹凸パターン100が形成されている。すなわち、本発明の光導波路は、その表面に形成された凹凸パターンを有するものである。
【0102】
このような凹凸パターン100がない場合、空隙222とクラッド層12の上面との界面において、信号光の反射が生じ、反射した分が光結合における損失となる。その結果、信号光が減衰し、光通信のS/N比が低下してしまう。
【0103】
これに対し、凹凸パターン100を設けることにより、光導波路1の表面に光の反射防止機能が付与される。その結果、信号光の減衰が抑制され、光通信のS/N比を高めることができる。そして、信頼性が高く高品質な光通信を提供し得る光導波路1および光導波路モジュール10が得られる。
【0104】
図5は、図1に示す光導波路モジュールのうち、光導波路を取り出して示す部分拡大図である。なお、以下の説明では、図5中の上側を「上」、下側を「下」という。
【0105】
図5に示す凹凸パターン100では、光導波路1の平滑な表面を局所的に凹没させ、一定の間隔で分布した複数個の凹部101が形成されている。
【0106】
凹部101の分布パターンは、不規則的であってもよいが、一定の間隔で規則的に分布したパターンであるのが好ましい。これにより、凹凸パターン100による反射防止機能がより確実なものとなり、かつ、凹凸パターン100全体で反射防止機能が均一になる。 具体的な分布パターンとしては、例えば、四方格子状パターン、六方格子状パターン、八方格子状パターン、放射状パターン、同心円状パターン、螺旋状パターン等が挙げられる。
【0107】
また、隣り合う凹部101同士の配置周期(凹部101の中心間の距離)Pは、発光素子3から出射される信号光の波長以下であるのが好ましい。これにより、凹凸パターン100では、信号光の回折現象がほとんど生じなくなり、回折に伴う損失の発生を防止することができる。そして、光学的には、凹凸パターン100付近の空間の屈折率を、空隙222の屈折率とクラッド層12の屈折率との中間の値としてみなすことができるようになり、凹凸パターン100に入射する信号光は、このみなし屈折率に応じて振る舞うこととなる。すなわち、凹凸パターン100付近の空間によって空隙222とクラッド層12の界面の屈折率差が緩和されることとなり、入射効率が格段に向上する。その結果、反射に伴う光結合損失の増大を抑制することができる。
【0108】
また、隣り合う凹部101同士の間隔(凹部101の中心間の距離)が一定でない場合も、同様の理由から、その間隔は信号光の波長以下であるのが好ましい。
【0109】
なお、発光素子3から出射される信号光の波長は、一般的に150〜1600nm程度であるので、それに応じて凹部101同士の間隔の上限が設定される。
【0110】
一方、凹部101同士の間隔の下限は、特に限定されないが、凹部101の形成容易性や長期信頼性等の観点から20nm程度とされる。
【0111】
また、凹部101同士の間隔のうち、凹部101が占める距離の割合(占有率)は、10〜90%程度であるのが好ましく、20〜80%程度であるのがより好ましく、30〜70%程度であるのがさらに好ましい。これにより、凹凸パターン100による反射防止機能がより確実なものとなる。
【0112】
一方、凹部101の深さDは、発光素子3から出射される信号光の波長以下であるのが好ましい。これにより、凹凸パターン100では、信号光の回折現象がほとんど生じなくなり、回折に伴う損失の発生を防止することができる。そして、光学的には、凹凸パターン100付近の空間の屈折率を、空隙222の屈折率とクラッド層12の屈折率との中間の値としてみなすことができるようになり、凹凸パターン100に入射する信号光は、このみなし屈折率に応じて振る舞うこととなる。すなわち、凹凸パターン100付近の空間によって空隙222とクラッド層12の界面の屈折率差が緩和されることとなり、入射効率が格段に向上する。その結果、反射に伴う光結合損失の増大を抑制することができる。
【0113】
なお、発光素子3から出射される信号光の波長は、一般的に150〜1600nm程度であるので、それに応じて凹部101の深さの上限が設定される。
【0114】
一方、凹部101の深さDの下限は、特に限定されないが、凹部101の形成容易性や長期信頼性等の観点から20nm程度とされる。
【0115】
また、凹部101同士の配置周期Pや凹部101の深さDが、発光素子3から出射される信号光の波長以下でない場合でも、前述した反射防止機能がもたらされる。この場合、入射効率の向上はそれほど期待できないが、信号光は凹凸パターン100により散乱されるため、発光素子3側への反射が抑制される。その結果、反射光が照射されることに伴い発光素子3の発光安定性が損なわれるのを防止することができる。
【0116】
図5に示す各凹部101の形状は、それぞれ開口の平面視形状が四角形であり、深さ方向にその四角形が維持された形状になっている。すなわち、各凹部101は、それぞれ四角柱状をなしている。
ここで、図6は、凹部または凸部の形状の一例を示す斜視図である。
【0117】
各凹部101の形状は、図5に示す形状に限定されず、例えば、角柱状、角錐状(図6(a)参照)、角錐台形状(図6(b)参照)、円柱状(図6(c)参照)、円錐状(図6(d)参照)、円錐台形状(図6(e)参照)、半球状、楕円半球状、長円半球状、凹条(凸条)、二次曲線回転体、四次曲線回転体、六次曲線回転体、正規分布曲線回転体、三角関数曲線回転体、その他、任意の曲線の回転体等の形状であってもよい。さらに、これらの2種以上が混在したものであってもよい。
【0118】
なお、上述したような形状には、その形状に準じた形状も含まれる。準じた形状とは、例えば、各形状の角部を面取りした形状、各形状同士を連結した形状、各形状同士を合成した形状等が挙げられる。
【0119】
また、上述した各形状のうち、各凹部101の形状は、柱状、錐状および半球状のいずれか、またはこれらに準じた形状であるのが好ましい。このような形状の凹部101を有する凹凸パターン100は、光導波路1に対して優れた反射防止機能を付与することができる。また、光導波路1の上面に対して斜めに入射する信号光に対しても、等方的な反射防止機能が発揮されることから、入射角依存が少ない。
【0120】
なお、凹部101の形状として上記に例示した種々の形状は、いずれも、凹部にも凸部にもなり得る。また、図6に示す形状は、天地反転した形状であってもよい。
【0121】
一方、各凹部101の形状は、凹条(線状の溝)であるのが好ましい(図6(f)参照)。このような形状の凹部101を有する凹凸パターン100は、光導波路1に対してとりわけ優れた反射防止機能を付与することができる。また、凸部の場合は、凸条(線状の凸部)であってもよい。
【0122】
また、凹凸パターン100は、光導波路1の一部のみでなく、光導波路1の全体にわたって形成されていてもよい。
【0123】
≪第2実施形態≫
次に、本発明の光導波路モジュールの第2実施形態について説明する。
【0124】
図7は、本発明の光導波路モジュールの第2実施形態を示す縦断面図である。
以下、第2実施形態について説明するが、第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。なお、図7において、第1実施形態と同様の構成部分については、先に説明したのと同様の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【0125】
図7に示す光導波路モジュール10は、回路基板2および封止材61の構成が異なる以外は、第1実施形態と同様である。
【0126】
図7に示す回路基板2では、導体層22、23に設けられた開口部221、231に対応して、絶縁性基板21にも、絶縁性基板21を貫通する開口部211が形成されている。これにより、発光素子3の発光部31とミラー16とを繋ぐ光路が絶縁性基板21と干渉するのを防止して、光結合効率をより高めることができる。
【0127】
なお、開口部211の内径は、発光素子3から出射される信号光の出射角やミラー16の有効面積に応じて適宜設定される。また、導体層22、23に設けられた開口部221、231および接着層5に設けられた開口部51についても同様である。
【0128】
また、図7に示す光導波路モジュール10では、封止材61についても、発光部31とミラー16とを繋ぐ光路を避けるよう、発光部31の直下を囲うように設けられている。これにより、光路と封止材61とが干渉するのを防止して、光結合効率をさらに高めることができる。
【0129】
したがって、図7に示す光導波路モジュール10では、発光素子3の下面から光導波路1の上面に至るまで、導体層23、絶縁性基板21、導体層22、および接着層5を貫通する開口部10Lが形成されている。このような開口部10Lを設けることにより、発光部31と光導波路1とを繋ぐ光路と干渉するものがなくなるので、光結合効率が特に高くなるのである。
【0130】
なお、本実施形態に係る絶縁性基板21は、第1実施形態で説明した可撓性基板以外に、比較的剛性の高い剛性基板であってもよい。
【0131】
このような絶縁性基板21は、耐屈曲性が高くなり、屈曲に伴う発光素子3の損傷を防止する。
【0132】
絶縁性基板21のヤング率(引張弾性率)は、一般的な室温環境下(20〜25℃前後)で5〜50GPa程度であるのが好ましく、12〜30GPa程度であるのがより好ましい。ヤング率の範囲がこの程度であれば、絶縁性基板21は、上述したような効果をより確実に発揮することができる。
【0133】
このような絶縁性基板21を構成する材料としては、例えば、紙、ガラス布、樹脂フィルム等を基材とし、この基材に、フェノール系樹脂、ポリエステル系樹脂、エポキシ系樹脂、シアネート樹脂、ポリイミド系樹脂、フッ素系樹脂等の樹脂材料を含浸させたものが挙げられる。
【0134】
具体的には、ガラス布・エポキシ銅張積層板、ガラス不織布・エポキシ銅張積層板等のコンポジット銅張積層板に使用される絶縁性基板の他、ポリエーテルイミド樹脂基板、ポリエーテルケトン樹脂基板、ポリサルフォン系樹脂基板等の耐熱・熱可塑性の有機系リジッド基板や、アルミナ基板、窒化アルミニウム基板、炭化ケイ素基板等のセラミックス系リジッド基板等が挙げられる。
【0135】
また、絶縁性基板21が上述したような材料で構成される場合、その平均厚さは、好ましくは300μm〜3mm程度、より好ましくは500μm〜2.5mm程度とされる。
【0136】
≪第3実施形態≫
次に、本発明の光導波路モジュールの第3実施形態について説明する。
【0137】
図8は、本発明の光導波路モジュールの第3実施形態を示す縦断面図である。
以下、第3実施形態について説明するが、第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。なお、図8において、第1実施形態と同様の構成部分については、先に説明したのと同様の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【0138】
図8(a)に示す光導波路モジュール10は、空隙222に突出するように、絶縁性基板21の下面に設けられた集光レンズ8を有している以外、第1実施形態と同様である。この集光レンズ8により、発光素子3から出射した信号光が集光され、光結合効率を高めることができる。
【0139】
なお、集光レンズ8については、収束光がミラー16の有効領域内に照射されるよう、その焦点距離が設定されている。これにより、有効領域外に照射される信号光がほとんどなくなり、光結合効率を確実に高めることができる。
【0140】
また、集光レンズ8の焦点距離を設定する他、集光レンズ8とミラー16との離間距離を調整することで、ミラー16に対する収束光の照射光量を高めることもできる。集光レンズ8とミラー16との離間距離を調整するには、接着層5の厚さやクラッド層12の厚さを調整すればよい。
【0141】
集光レンズ8の形状は、特に限定されないが、例えば、平凸レンズ、両凸レンズ、凸メニスカスレンズ、フレネルレンズのような凸レンズが挙げられる。また、凸レンズと凹レンズとを組み合わせた複合レンズであってもよい。
【0142】
また、集光レンズ8の構成材料は、透光性材料であればよく、例えば、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、サファイア、蛍石のような無機材料、シリコーン系樹脂、フッ素系樹脂、カーボネート系樹脂、オレフィン系樹脂、アクリル系樹脂のような有機材料等が挙げられる。
【0143】
一方、図8(b)に示す光導波路モジュール10は、開口部10Lに突出するように、発光素子3の下面に設けられた集光レンズ8を有している以外、第2実施形態と同様である。この集光レンズ8により、発光素子3から出射した信号光が集光され、光結合効率を高めることができる。
【0144】
≪第4実施形態≫
次に、本発明の光導波路モジュールの第4実施形態について説明する。
【0145】
図9は、本発明の光導波路モジュールの第4実施形態を示す図であって、光導波路のみを取り出し、天地反転させた斜視図(一部透過して示す)である。なお、図9では、コア層13中のコア部14に密なドットを、側面クラッド部15に疎なドットを、それぞれ付している。
【0146】
以下、第4実施形態について説明するが、第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。なお、図9において、第1実施形態と同様の構成部分については、先に説明したのと同様の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【0147】
第4実施形態は、コア層13中のコア部14と側面クラッド部15の形状が異なるとともに、ミラー16の形成位置が側面クラッド部15を横切るように形成されている以外、第1実施形態と同様である。
【0148】
図9(a)に示す光導波路1は、第1実施形態に係る光導波路1である。
この光導波路1では、ミラー16が光導波路1を厚さ方向に一部貫通するように形成されたV字状をなす空間160の側面の一部で構成されている。この側面は、平面状であり、かつ、コア部14の軸線に対して45°傾斜している。
【0149】
図9(a)に示すミラー16には、クラッド層11、コア層13およびクラッド層12の各加工面が露出しており、ミラー16のほぼ中心部には、コア部14の加工面が位置し、その左右には側面クラッド部15の加工面が位置している。
【0150】
一方、図9(b)に示す光導波路1は、第4実施形態(本実施形態)に係る光導波路1である。
【0151】
図9(b)に示す光導波路1では、その一方の端部において、コア部14が光導波路1の端面まで到達せず、途中で途切れている。そして、コア部14が途切れた箇所から端面までは、側面クラッド部15が設けられている。なお、このコア部14が途切れた部分を、コア部欠損部17とする。
【0152】
図9(b)では、ミラー16がこのコア部欠損部17中に形成されている。コア部欠損部17に形成されたミラー16は、コア部14の光軸の延長線上に位置しているため、ミラー16で反射した信号光は、コア部14の光軸の延長線に沿って伝搬し、コア部14中に入射する。
【0153】
ところで、図9(b)に示すミラー16には、クラッド層11、コア層13およびクラッド層12の各加工面が露出しているが、このうち、コア層13の加工面には、側面クラッド部15の加工面のみが露出することとなる。このようなミラー16は、コア層13の加工面が単一材料(側面クラッド部15の構成材料)のみで構成されているため、均一な平滑性を有するものとなる。これは、空間160を加工する際、コア層13については単一材料を加工することになるので、加工レートが均一になるからである。しかも、コア層13の上下に位置するクラッド層11、12は、クラッド材料で構成されているため、側面クラッド部15の構成材料と加工レートが近くなる。その結果、ミラー16の面全体で加工レートが均一になり、ミラー16は優れた反射特性を有し、ミラー損失の少ないものとなる。
【0154】
以上のことから、本実施形態に係る光導波路モジュール10は、光結合効率が特に高いものとなる。
【0155】
<光導波路モジュールの製造方法>
次に、上述したような光導波路モジュールを製造する方法の一例について説明する。
【0156】
図1に示す光導波路モジュール10は、光導波路1、回路基板2、発光素子3および半導体素子4を用意し、これらを実装することで製造される。
【0157】
このうち、回路基板2は、絶縁性基板21の両面を覆うように導体層を形成した後、不要部分を除去(パターニング)し、配線パターンを含む導体層22、23を残存させることで形成される。
【0158】
導体層の製造方法としては、例えば、プラズマCVD、熱CVD、レーザーCVDのような化学蒸着法、真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング等の物理蒸着法、電解めっき、無電解めっき等のめっき法、溶射法、ゾル・ゲル法、MOD法等が挙げられる。
【0159】
また、導体層のパターニング方法としては、例えばフォトリソグラフィー法とエッチング法とを組み合わせた方法が挙げられる。
【0160】
このようにして形成された回路基板2と用意した光導波路1とを接着層5により接着・固定する。
【0161】
次いで、回路基板2上に発光素子3および半導体素子4を搭載する。これにより、導体層23と、発光素子3の電極32および半導体素子4の電極42とが電気的に接続される。
【0162】
この電気的接続は、例えば、ハンダやろう材を、バンプやボールの形態で、あるいはハンダペースト(ろう材ペースト)の形態で供給し、加熱によって溶融・固化させることで行われる。
【0163】
その後、封止材61、62を供給し、封止する。
以上のようにして光導波路モジュール10が得られる。
【0164】
<光導波路の製造方法>
ここで、光導波路の製造方法(本発明の光導波路の製造方法)の一例について説明する。
【0165】
光導波路1は、下方からクラッド層11、コア層13およびクラッド層12をこの順で積層してなる積層体(母材)と、この積層体の一部を除去することで形成されたミラー16と、クラッド層12の上面に形成された凹凸パターン100と、を有している。
【0166】
≪第1の製造方法≫
まず、光導波路1の第1の製造方法について説明する。
【0167】
図10は、図2に示す光導波路を製造する第1の方法を説明するための図(縦断面図)である。
【0168】
以下、第1の製造方法を、[1]積層体1’を形成する工程、[2]凹凸パターン100を形成する工程、[3]ミラー16を形成する工程、に分けて説明する。
【0169】
[1]図10(a)に示す積層体(母材)1’は、クラッド層11、コア層13およびクラッド層12を順次成膜して形成する方法、あるいは、クラッド層11、コア層13およびクラッド層12をあらかじめ基材上に成膜した後、それぞれを基板から剥離して貼り合わせる方法等により製造される。
【0170】
クラッド層11、コア層13およびクラッド層12の各層は、それぞれ形成用の組成物を基材上に塗布して液状被膜を形成した後、液状被膜を均一化するとともに揮発成分を除去することにより形成される。
【0171】
塗布方法としては、例えば、ドクターブレード法、スピンコート法、ディッピング法、テーブルコート法、スプレー法、アプリケーター法、カーテンコート法、ダイコート法等の方法が挙げられる。
【0172】
また、液状被膜中の揮発成分を除去するには、液状被膜を加熱したり、減圧下に置いたり、あるいは乾燥ガスを吹き付けたりする方法が用いられる。
【0173】
なお、各層の形成用組成物としては、例えば、クラッド層11、コア層13またはクラッド層12の構成材料を各種溶媒に溶解または分散してなる溶液(分散液)が挙げられる。
【0174】
ここで、コア層13中にコア部14と側面クラッド部15とを形成する方法としては、例えば、フォトブリーチング法、フォトリソグラフィー法、直接露光法、ナノインプリンティング法、モノマーディフュージョン法等が挙げられる。これらの方法はいずれも、コア層13の一部領域の屈折率を変化させる、あるいは、一部領域の組成を異ならせることにより、相対的に屈折率の高いコア部14と相対的に屈折率の低い側面クラッド部15とを作り込むことができる。
【0175】
[2]次に、積層体1’の表面(クラッド層12の上面)に凹凸パターン100を形成する。
【0176】
具体的には、形成すべき凹凸パターン100に対応した成形型110を用意する。そして、図10(b)に示すように、成形型110を積層体1’の表面に押圧する。これにより、成形型110の型が積層体1’に転写され、成形型110を離型することにより凹凸パターン100が形成される(図10(c))。
【0177】
この際、成形型110は、加熱された状態で押圧され、その状態を維持しつつ、今度は成形型110を冷却する。これにより、積層体1’の形状の転写性を高めるとともに、転写後の保形性も高めることができ、寸法精度の高い凹凸パターン100を形成することができる。
【0178】
この場合、成形型110の加熱温度は、クラッド層12の構成材料の軟化点より高いのが好ましく、成形型110の冷却温度は、クラッド層12の構成材料の軟化点より低いのが好ましい。これにより、形状の転写性をより高めることができる。
【0179】
なお、成形型110を押圧すると、クラッド層12の構成材料が軟化し、軟化した材料は成形型110の型に沿って変形する。この際、型の形状によっては、表面が凹没したり、表面から突出したりする変形が生じ、凹部や凸部が形成される。
【0180】
成形型110としては、例えば、金属製、シリコン製、樹脂製、ガラス製、セラミックス製の型が用いられ、成形面には離型剤を塗布しておくのが好ましい。
【0181】
また、成形型110の型は、例えば、レーザー加工法、電子ビーム加工法、フォトリソグラフィー法等の方法により形成することができる。
【0182】
なお、成形型110は、マスター型(原型)を複製したものであってもよい。このような複製型としては、例えば、表面に型が複製されたフィルム等が挙げられる。
【0183】
[3]次いで、積層体1’に対してクラッド層11の下面側から一部を除去する掘り込み加工を施す。これにより得られた空間(空洞)の内壁面がミラー16となる。
【0184】
積層体1’に対する掘り込み加工は、例えば、レーザー加工法、ダイシングソーによるダイシング加工法等により行うことができる。
【0185】
以上のようにして、積層体(母材)1’およびそれに形成されたミラー16が得られる。これにより、光導波路1が得られる。
【0186】
≪第2の製造方法≫
次に、光導波路1の第2の製造方法について説明する。
【0187】
図11は、図2に示す光導波路を製造する第2の方法を説明するための図(縦断面図)である。
【0188】
以下、第2の製造方法を、[1]クラッド層11(第1クラッド層)を形成する工程、[2]コア層13を形成する工程、[3]凹凸パターン100を形成しつつクラッド層12(第2クラッド層)を形成する工程、[4]ミラー16を形成する工程、に分けて説明する。
【0189】
[1]まず、第1の製造方法と同様にしてクラッド層11を形成する。
[2]次に、第1の製造方法と同様にしてクラッド層11上にコア層13を形成する(図11(a))。
【0190】
[3]次に、コア層13上に、クラッド層12の形成用組成物を塗布して液状被膜121を形成する。
【0191】
次いで、成形型110を液状被膜121に押圧する(図11(b))。そして、この状態で、液状被膜121を硬化(本硬化)させる。これにより、液状被膜121が硬化し、クラッド層12が形成され、積層体1’が得られる。また、クラッド層12の上面には、成形型110の型が転写され、成形型110を離型することにより凹凸パターン100が形成される(図11(c))。
【0192】
このような方法であれば、液状被膜121に対して成形型110の型が転写されるので、良好な転写性が得られる。その結果、とりわけ寸法精度の高い凹凸パターン100を形成することができる。
【0193】
液状被膜121の硬化は、クラッド層12の形成用組成物の組成に応じて異なるものの、熱硬化方法、光硬化方法等により行われる。
【0194】
また、成形型110を押圧する前に、液状被膜121を半硬化の状態(ドライフィルム)とし、このドライフィルムに対して成形型110を押圧するようにしてもよい。これにより、成形性と離型性をより高めることができる。なお、ドライフィルムは、液状被膜121中の溶媒の一部を除去してなるものであり、硬化物に比べて柔軟性および可塑性に富んでいる。
【0195】
[4]次いで、第1の製造方法と同様にして積層体1’にミラー16を形成する。これにより、光導波路1が得られる。
【0196】
≪第3の製造方法≫
次に、光導波路1の第3の製造方法について説明する。
【0197】
図12は、図2に示す光導波路を製造する第3の方法を説明するための図(縦断面図)である。
【0198】
以下、第3の製造方法を、[1]成形型上にクラッド層12(第2クラッド層)を形成する工程、[2]クラッド層12上にコア層13を形成する工程、[3]コア層13上にクラッド層11を形成する工程、[4]ミラー16を形成する工程、に分けて説明する。
【0199】
[1]まず、成形型110の成形面を上に向けて配置する。そして、成形型110上にクラッド層12の形成用組成物を塗布して液状被膜121を形成する(図12(a))。
【0200】
次いで、この状態で、液状被膜121を硬化(本硬化)させる。これにより、液状被膜121が硬化し、クラッド層12が形成される。また、クラッド層12の下面には、成形型110の型が転写される(図12(b))。
【0201】
このような方法であれば、液状被膜121に対して成形型110の型が転写されるので、良好な転写性が得られる。その結果、とりわけ寸法精度の高い凹凸パターン100を形成することができる。
【0202】
液状被膜121の硬化は、クラッド層12の形成用組成物の組成に応じて異なるものの、熱硬化方法、光硬化方法等により行われる。
【0203】
[2]次に、第1の製造方法と同様にしてクラッド層12上にコア層13を形成する。
[3]次に、第1の製造方法と同様にしてコア層13上にクラッド層11を形成する(図12(c))。そして、クラッド層12から成形型110を剥離する。
【0204】
[4]次いで、第1の製造方法と同様にして積層体1’にミラー16を形成する。これにより、光導波路1が得られる。
【0205】
<電子機器>
本発明の光導波路モジュールを備える電子機器(本発明の電子機器)は、光信号と電気信号の双方の信号処理を行ういかなる電子機器にも適用可能であるが、例えば、ルーター装置、WDM装置、携帯電話、ゲーム機、パソコン、テレビ、ホーム・サーバー等の電子機器類への適用が好適である。これらの電子機器では、いずれも、例えばLSI等の演算装置とRAM等の記憶装置との間で、大容量のデータを高速に伝送する必要がある。したがって、このような電子機器が本発明の光導波路モジュールを備えることにより、電気配線に特有なノイズ、信号劣化等の不具合が解消されるため、その性能の飛躍的な向上が期待できる。
【0206】
さらに、光導波路部分では、電気配線に比べて発熱量が大幅に削減される。このため、基板内の集積度を高めて小型化が図られるとともに、冷却に要する電力を削減することができ、電子機器全体の消費電力を削減することができる。
【0207】
以上、本発明の光導波路、光導波路の製造方法、光導波路モジュールおよび電子機器の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、例えば光導波路モジュールを構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。また、任意の構成物が付加されていてもよく、複数の実施形態同士を組み合わせるようにしてもよい。
【0208】
また、前記各実施形態では、光導波路1が有するチャンネル(コア部)数は、1つであるが、本発明の光導波路では、チャンネル数が2つ以上であってもよい。この場合、チャンネル数に応じてミラー、凹凸パターン、発光素子等の数を設定すればよい。また、発光素子および受光素子については、1つの素子に複数の発光部または複数の受光部を備えたものを用いるようにしてもよい。
【符号の説明】
【0209】
1 光導波路
1’ 積層体(母材)
10 光導波路モジュール
10L 開口部
11 クラッド層(第1クラッド層)
12 クラッド層(第2クラッド層)
121 液状被膜
13 コア層
14 コア部
15 側面クラッド部
16 ミラー
160 空間
17 コア部欠損部
2 回路基板
20 コネクター
21 絶縁性基板
211 開口部
22、23 導体層
221、231 開口部
222、232 空隙
3 発光素子
31 発光部
32 電極
4 半導体素子
42 電極
5 接着層
51 開口部
61、62 封止材
7 受光素子
71 受光部
8 集光レンズ
100 凹凸パターン
101 凹部
110 成形型
【技術分野】
【0001】
本発明は、光導波路、光導波路の製造方法、光導波路モジュールおよび電子機器に関するものである。
【背景技術】
【0002】
近年、情報化の波とともに、大容量の情報を高速で通信可能な広帯域回線(ブロードバンド)の普及が進んでいる。また、これらの広帯域回線に情報を伝送する装置として、ルーター装置、WDM(Wavelength Division Multiplexing)装置等の伝送装置が用いられている。これらの伝送装置内には、LSIのような演算素子、メモリーのような記憶素子等が組み合わされた信号処理基板が多数設置されており、各回線の相互接続を担っている。
【0003】
各信号処理基板には、演算素子や記憶素子等が電気配線で接続された回路が構築されているが、近年、処理する情報量の増大に伴って、各基板では、極めて高いスループットで情報を伝送することが要求されている。しかしながら、情報伝送の高速化に伴い、クロストークや高周波ノイズの発生、電気信号の劣化等の問題が顕在化しつつある。このため、電気配線がボトルネックとなって、信号処理基板のスループットの向上が困難になっている。また、同様の課題は、スーパーコンピューターや大規模サーバー等でも顕在化しつつある。
【0004】
一方、光搬送波を使用してデータを移送する光通信技術が開発され、近年、この光搬送波を、一地点から他地点に導くための手段として、光導波路が普及しつつある。この光導波路は、線状のコア部と、その周囲を覆うように設けられたクラッド部とを有している。コア部は、光搬送波の光に対して実質的に透明な材料によって構成され、クラッド部は、コア部より屈折率が低い材料によって構成されている。
【0005】
光導波路では、コア部の一端から導入された光が、クラッド部との境界で反射しながら他端に搬送される。光導波路の入射側には、半導体レーザー等の発光素子が配置され、出射側には、フォトダイオード等の受光素子が配置される。発光素子から入射された光は光導波路を伝搬し、受光素子により受光され、受光した光の明滅パターンもしくはその強弱パターンに基づいて通信を行う。
【0006】
このような光導波路により信号処理基板内の電気配線を置き換えられると、前述したような電気配線の問題が解消され、信号処理基板のさらなる高スループット化が可能になると期待されている。
【0007】
ところで、電気配線を光導波路に置き換える際には、電気信号と光信号との相互変換を行うべく、発光素子と受光素子とを備え、これらの間を光導波路で光学的に接続してなる光導波路モジュールが用いられる。
【0008】
例えば、特許文献1には、プリント基板と、プリント基板上に搭載された発光素子と、プリント基板の下面側に設けられた光導波路と、を有する光インターフェースが開示されている。そして、光導波路と発光素子との間は、プリント基板に形成された、光信号を伝送するための貫通孔であるスルーホールを介して光学的に接続されている。
【0009】
しかしながら、上述したような光インターフェースでは、発光素子と光導波路との光結合において、光結合損失が大きいことが課題となっている。具体的には、発光素子の発光部から出射した信号光がスルーホールを通過して光導波路に入射する際、スルーホールと光導波路との界面で一部の信号光が反射する。この反射は、光導波路に入射する信号光の減衰をもたらす他、反射光が発光部に戻ることで、発光素子の発光安定性を損なう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
【特許文献1】特開2005−294407号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
本発明の目的は、発光素子と光結合させた際の光結合損失が小さく、高品質の光通信が可能な光導波路、かかる光導波路を効率よく製造可能な光導波路の製造方法、および、前記光導波路を備え、高品質の光通信が可能な光導波路モジュールおよび電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0012】
このような目的は、下記(1)〜(14)の本発明により達成される。
(1) コア部と、
前記コア部の側面を覆うように設けられたクラッド部と、
前記コア部の途中または延長線上に設けられ、前記コア部の光路を前記クラッド部の外部へと変換する光路変換部と、
前記クラッド部の表面のうち、少なくとも前記光路変換部を介して前記コア部と光学的に接続される部位に設けられ、前記表面を局所的に突出させた凸部または局所的に凹没させた凹部を複数個配置してなる凹凸パターンと、を有することを特徴とする光導波路。
【0013】
(2) 前記凸部および前記凹部は、一定の間隔で規則的に配置されている上記(1)に記載の光導波路。
【0014】
(3) 前記凹凸パターンにおける前記凸部同士の配置周期および前記凹部同士の配置周期は、当該光導波路に入射される信号光の波長以下である上記(2)に記載の光導波路。
【0015】
(4) 前記凹凸パターンにおける前記凸部の高さおよび前記凹部の深さは、当該光導波路に入射される信号光の波長以下である上記(1)ないし(3)のいずれかに記載の光導波路。
【0016】
(5) 前記凸部および前記凹部の形状は、柱状、錐状および半球状のいずれか、またはこれらに準じた形状である上記(1)ないし(4)のいずれかに記載の光導波路。
【0017】
(6) 前記凸部および前記凹部の形状は、凸条または凹条である上記(1)ないし(4)のいずれかに記載の光導波路。
【0018】
(7) 前記光路変換部は、少なくとも前記コア部を斜めに横断するよう設けられた反射面で構成される上記(1)ないし(6)のいずれかに記載の光導波路。
【0019】
(8) コア部と、
前記コア部の側面を覆うように設けられたクラッド部と、
前記コア部の途中または延長線上に設けられ、前記コア部の光路を前記クラッド部の外部へと変換する光路変換部と、
前記クラッド部の表面のうち、少なくとも前記光路変換部により前記コア部と光学的に接続される部位に設けられ、前記表面を局所的に突出させた凸部または局所的に凹没させた凹部を複数個配置してなる凹凸パターンと、を有する光導波路の製造方法であって、
前記コア部と前記クラッド部と前記光路変換部とを有する母材を用意する工程と、
前記母材の表面に成形型を押圧することにより、前記表面の一部を局所的に突出または凹没させ、前記凹凸パターンを形成する工程と、を有することを特徴とする光導波路の製造方法。
【0020】
(9) 前記凹凸パターンは、加熱した前記成形型を前記母材の表面に押圧した後、前記成形型を冷却することにより形成される上記(8)に記載の光導波路の製造方法。
【0021】
(10) コア部と、前記コア部の側面に隣接して設けられた側面クラッド部と、を備えるコア層と、
前記コア層の両面に隣接して設けられた第1クラッド層および第2クラッド層と、
前記コア部の途中または延長線上に設けられ、前記コア部の光路を前記第2クラッド層の外部へと変換する光路変換部と、
前記第2クラッド層の表面のうち、少なくとも前記光路変換部により前記コア部と光学的に接続される部位に設けられ、前記表面を局所的に突出させた凸部または局所的に凹没させた凹部を複数個配置してなる凹凸パターンと、を有する光導波路の製造方法であって、
前記第1クラッド層を形成する工程と、
形成した前記第1クラッド層上に前記コア層を形成する工程と、
前記コア層上にクラッド層形成用組成物を塗布し、液状被膜を形成する工程と、
前記液状被膜またはその半硬化物に成形型を押圧しつつ前記液状被膜またはその半硬化物を硬化させることにより、前記凹凸パターンを形成するとともに前記第2クラッド層を形成する工程と、を有することを特徴とする光導波路の製造方法。
【0022】
(11) コア部と、前記コア部の側面に隣接して設けられた側面クラッド部と、を備えるコア層と、
前記コア層の両面に隣接して設けられた第1クラッド層および第2クラッド層と、
前記コア部の途中または延長線上に設けられ、前記コア部の光路を前記第2クラッド層の外部へと変換する光路変換部と、
前記第2クラッド層の表面のうち、少なくとも前記光路変換部により前記コア部と光学的に接続される部位に設けられ、前記表面を局所的に突出させた凸部または局所的に凹没させた凹部を複数個配置してなる凹凸パターンと、を有する光導波路の製造方法であって、
成形型上にクラッド層形成用組成物を塗布し、液状被膜または液状被膜の半硬化物を形成した後、硬化させることにより前記凹凸パターンを形成した前記第2クラッド層を得る工程と、
形成した前記第2クラッド層上に前記コア層を形成する工程と、
前記コア層上に前記第1クラッド層を形成する工程と、を有することを特徴とする光導波路の製造方法。
【0023】
(12) 上記(1)ないし(7)のいずれかに記載の光導波路と、
前記光路変換部および前記凹凸パターンを介して前記コア部と光学的に接続された光素子と、を有することを特徴とする光導波路モジュール。
【0024】
(13) さらに、前記凹凸パターンと前記光素子との間に設けられた集光レンズを有する上記(12)に記載の光導波路モジュール。
【0025】
(14) 上記(12)または(13)に記載の光導波路モジュールを備えることを特徴とする電子機器。
【発明の効果】
【0026】
本発明によれば、凹凸パターンを備えることにより、発光素子と光結合させた際の光結合損失を小さくすることができるため、光搬送波のS/N比が高く、高品質の光通信が可能な光導波路が得られる。
【0027】
また、本発明によれば、このような光導波路を効率よく製造することができる。
また、本発明によれば、このような光導波路を備えることにより、高品質の光通信が可能な光導波路モジュールおよび電子機器が得られる。
【図面の簡単な説明】
【0028】
【図1】本発明の光導波路モジュールの第1実施形態を示す斜視図である。
【図2】図1のA−A線断面図である。
【図3】図2の部分拡大図である。
【図4】図2に示す光導波路モジュールの他の構成例を示す縦断面図である。
【図5】図1に示す光導波路モジュールのうち、光導波路を取り出して示す部分拡大図である。
【図6】凹部または凸部の形状の一例を示す斜視図である。
【図7】本発明の光導波路モジュールの第2実施形態を示す縦断面図である。
【図8】本発明の光導波路モジュールの第3実施形態を示す縦断面図である。
【図9】本発明の光導波路モジュールの第4実施形態を示す図であって、光導波路のみを取り出し、天地反転させた斜視図(一部透過して示す)である。
【図10】図2に示す光導波路モジュールを製造する第1の方法を説明するための図(縦断面図)である。
【図11】図2に示す光導波路モジュールを製造する第2の方法を説明するための図(縦断面図)である。
【図12】図2に示す光導波路モジュールを製造する第3の方法を説明するための図(縦断面図)である。
【発明を実施するための形態】
【0029】
以下、本発明の光導波路、光導波路の製造方法、光導波路モジュールおよび電子機器について添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
【0030】
<光導波路モジュール>
≪第1実施形態≫
まず、本発明の光導波路、およびこの光導波路を備えた本発明の光導波路モジュールの第1実施形態について説明する。
【0031】
図1は、本発明の光導波路モジュールの第1実施形態を示す斜視図、図2は、図1のA−A線断面図、図3は、図2の部分拡大図である。なお、以下の説明では、図2、3の上側を「上」、下側を「下」という。また、各図では、厚さ方向を強調して描いている。
【0032】
図1に示す光導波路モジュール10は、光導波路1と、その上方に設けられた回路基板2と、回路基板2上に搭載された発光素子3(光素子)と、を有している。
【0033】
光導波路1は、長尺の帯状をなしており、回路基板2および発光素子3は、光導波路1の一方の端部(図2の左側の端部)に設けられている。
【0034】
発光素子3は、電気信号を光信号に変換し、発光部31から光信号を出射して光導波路1に入射させる素子である。図2に示す発光素子3は、その下面に設けられた発光部31と、発光部31に通電する電極32とを有している。発光部31は、図2の下方に向けて光信号を出射する。なお、図2に示す矢印は、発光素子3から出射した信号光の光路の例である。
【0035】
一方、光導波路1のうち、発光素子3の位置に対応してミラー(光路変換部)16が設けられている。このミラー16は、図2の左右方向に延伸する光導波路1の光路を、光導波路1の外部へと変換するものであり、図2では、発光素子3の発光部31と光学的に接続されるよう、光路を90°変換する。このようなミラー16を介することにより、発光素子3から出射した信号光を光導波路1に入射させることができる。また、図示しないものの、光導波路1の他方の端部には、受光素子が設けられる。この受光素子も光導波路1と光学的に接続されており、光導波路1に入射された信号光は受光素子に到達する。その結果、光導波路モジュール10において光通信が可能になる。
【0036】
ここで、光導波路1の表面のうち、ミラー16と発光部31とを繋ぐ光路が通過する部位には、表面を局所的に突出させた凸部または局所的に凹没させた凹部を一定の間隔で複数個配置してなる凹凸パターン100が形成されている(図3参照)。この凹凸パターン100は、発光部31から光導波路1に入射する信号光の反射を抑制し、相対的に入射効率を高めることができる。その結果、発光素子3と光導波路1との光結合効率が向上する。
【0037】
以下、光導波路モジュール10の各部について詳述する。
(光導波路)
図1に示す光導波路1は、下方からクラッド層(第1クラッド層)11、コア層13、およびクラッド層(第2クラッド層)12をこの順で積層してなる帯状の積層体で構成される。このうちコア層13には、図1に示すように、平面視で直線状をなす1本のコア部14と、このコア部14の側面に隣接する側面クラッド部15とが形成されている。コア部14は、帯状の積層体の長手方向に沿って延伸しており、かつ、積層体の幅のほぼ中央に位置している。なお、図1において、コア部14にはドットを付している。
【0038】
図2に示す光導波路1では、ミラー16を介して入射された光を、コア部14とクラッド部(各クラッド層11、12および各側面クラッド部15)との界面で全反射させ、他方の端部に伝搬させることができる。これにより、出射端で受光した光の明滅パターンおよび光の強弱パターンの少なくとも一方に基づいて光通信を行うことができる。
【0039】
コア部14とクラッド部との界面で全反射を生じさせるためには、界面に屈折率差が存在する必要がある。コア部14の屈折率は、クラッド部の屈折率より大きければよく、その差は特に限定されないものの、クラッド部の屈折率の0.5%以上であるのが好ましく、0.8%以上であるのがより好ましい。一方、上限値は、特に設定されなくてもよいが、好ましくは5.5%程度とされる。屈折率の差が前記下限値未満であると光を伝達する効果が低下する場合があり、前記上限値を超えても、光の伝送効率のそれ以上の増大は期待できない。
【0040】
なお、前記屈折率差とは、コア部14の屈折率をA、クラッド部の屈折率をBとしたとき、次式で表わされる。
屈折率差(%)=|A/B−1|×100
【0041】
また、図1に示す構成では、コア部14は平面視で直線状に形成されているが、途中で湾曲、分岐等していてもよく、その形状は任意である。
【0042】
また、コア部14の横断面形状は、正方形または矩形(長方形)のような四角形であるのが一般的であるが、特に限定されず、真円、楕円のような円形、菱形、三角形、五角形のような多角形であってもよい。
【0043】
コア部14の幅および高さは、特に限定されないが、それぞれ、1〜200μm程度であるのが好ましく、5〜100μm程度であるのがより好ましく、20〜70μm程度であるのがさらに好ましい。
【0044】
コア層13の構成材料は、上記の屈折率差が生じる材料であれば特に限定されないが、具体的には、アクリル系樹脂、メタクリル系樹脂、ポリカーボネート、ポリスチレン、エポキシ系樹脂やオキセタン系樹脂のような環状エーテル系樹脂、ポリアミド、ポリイミド、ポリベンゾオキサゾール、ポリシラン、ポリシラザン、また、ベンゾシクロブテン系樹脂やノルボルネン系樹脂等の環状オレフィン系樹脂のような各種樹脂材料の他、石英ガラス、ホウケイ酸ガラスのようなガラス材料等である。
【0045】
また、これらの中でも特にノルボルネン系樹脂が好ましい。これらのノルボルネン系ポリマーは、例えば、開環メタセシス重合(ROMP)、ROMPと水素化反応との組み合わせ、ラジカルまたはカチオンによる重合、カチオン性パラジウム重合開始剤を用いた重合、これ以外の重合開始剤(例えば、ニッケルや他の遷移金属の重合開始剤)を用いた重合等、公知のすべての重合方法で得ることができる。
【0046】
一方、各クラッド層11、12は、それぞれ、コア層13の下部および上部に位置している。このような各クラッド層11、12は、各側面クラッド部15とともに、コア部14の外周を囲むクラッド部を構成し、これにより光導波路1は信号光を漏出させることなく伝搬させることができる導光路として機能する。
【0047】
クラッド層11、12の平均厚さは、コア層13の平均厚さ(各コア部14の平均高さ)の0.1〜1.5倍程度であるのが好ましく、0.2〜1.25倍程度であるのがより好ましく、具体的には、クラッド層11、12の平均厚さは、特に限定されないが、それぞれ、通常、1〜200μm程度であるのが好ましく、3〜100μm程度であるのがより好ましく、5〜60μm程度であるのがさらに好ましい。これにより、光導波路1が必要以上に大型化(厚膜化)するのを防止しつつ、クラッド層としての機能が好適に発揮される。
【0048】
また、各クラッド層11、12の構成材料としては、例えば、前述したコア層13の構成材料と同様の材料を用いることができるが、特にノルボルネン系ポリマーが好ましい。
【0049】
また、コア層13の構成材料およびクラッド層11、12の構成材料を選択する場合、両者の間の屈折率差を考慮して材料を選択すればよい。具体的には、コア層13とクラッド層11、12との境界において光を確実に全反射させるため、コア層13の構成材料の屈折率がクラッド層11、12の屈折率に比べ十分に大きくなるように材料を選択すればよい。これにより、光導波路1の厚さ方向において十分な屈折率差が得られ、コア部14からクラッド層11、12に光が漏れ出るのを抑制することができる。
【0050】
なお、光の減衰を抑制する観点からは、コア層13の構成材料とクラッド層11、12の構成材料との密着性(親和性)が高いことも重要である。
【0051】
また、前述したように、光導波路1の途中には、ミラー16が設けられている(図2参照)。このミラー16は、光導波路1の途中に掘り込み加工を施し、これにより得られた空間(空洞)の内壁面で構成される。この内壁面の一部は、コア部14を斜め45°に横切る平面であり、この平面がミラー16となる。ミラー16を介して、光導波路1と発光部31とが光学的に接続されている。
【0052】
なお、ミラー16には、必要に応じて反射膜を成膜するようにしてもよい。この反射膜としては、Au、Ag、Al等の金属膜が好ましく用いられる。
【0053】
また、クラッド層12の上面には、凹凸パターン100が形成されている。なお、この凹凸パターン100については後に詳述する。
【0054】
なお、光導波路1は、さらに、クラッド層11の下面に設けられた支持フィルムおよびクラッド層12の上面に設けられたカバーフィルムを有していてもよい。このうち、カバーフィルムを設ける場合には、凹凸パターン100の形成領域以外に設けるようにする。
【0055】
このような支持フィルムおよびカバーフィルムの構成材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレン、ポリプロピレンのようなポリオレフィン、ポリイミド、ポリアミド等の各種樹脂材料等が挙げられる。
【0056】
また、支持フィルムおよびカバーフィルムの各平均厚さは、特に限定されないが、5〜200μm程度であるのが好ましく、10〜100μm程度であるのがより好ましい。
【0057】
なお、支持フィルムとクラッド層11との間、および、カバーフィルムとクラッド層12との間は、接着または接合されているが、その方法としては、熱圧着、接着剤または粘着剤による接着等が挙げられる。
【0058】
このうち、接着層としては、例えば、アクリル系接着剤、ウレタン系接着剤、シリコーン系接着剤の他、各種ホットメルト接着剤(ポリエステル系、変性オレフィン系)等が挙げられる。また、特に耐熱性の高いものとして、ポリイミド、ポリイミドアミド、ポリイミドアミドエーテル、ポリエステルイミド、ポリイミドエーテル等の熱可塑性ポリイミド接着剤が好ましく用いられる。
【0059】
また、接着層の平均厚さは、特に限定されないが、1〜100μm程度であるのが好ましく、5〜60μm程度であるのがより好ましい。
【0060】
(発光素子)
発光素子3は、前述したように、下面に発光部31と電極32とを有するものであるが、具体的には、面発光レーザー(VCSEL)のような半導体レーザーや、発光ダイオード(LED)等の発光素子である。
【0061】
一方、図1、2に示す光導波路モジュール10の回路基板2上には、発光素子3に隣り合うように半導体素子4が搭載されている。半導体素子4は、発光素子3の動作を制御する素子であり、下面には電極42を有している。かかる半導体素子4としては、例えば、ドライバーICや、トランスインピーダンスアンプ(TIA)、リミッティングアンプ(LA)等を含むコンビネーションICの他、各種LSI、RAM等が挙げられる。
【0062】
なお、発光素子3と半導体素子4は、後述する回路基板2により電気的に接続されており、半導体素子4により発光素子3の発光パターンおよび発光の強弱パターンを制御し得るよう構成されている。
【0063】
(回路基板)
光導波路1の上方には、回路基板2が設けられており、回路基板2の下面と光導波路1の上面とは接着層5を介して接着されている。
【0064】
回路基板2は、図2に示すように、絶縁性基板21と、その下面に設けられた導体層22と、上面に設けられた導体層23と、を有している。回路基板2上に搭載された発光素子3と半導体素子4とは、導体層23を介して電気的に接続されている。
【0065】
ここで、発光素子3の発光部31と光導波路1のミラー16との間は光学的に接続されているため、信号光の光路は、絶縁性基板21を厚さ方向に貫通することとなる。したがって、絶縁性基板21は、透光性を有する材料で構成されているのが好ましい。これにより、光路の伝送効率を高めることができる。なお、絶縁性基板21には、光路に対応する領域に開口するスルーホールを形成するようにしてもよい。
【0066】
また、絶縁性基板21は可撓性を有しているのが好ましい。可撓性を有する絶縁性基板21は、回路基板2と光導波路1との密着性向上に寄与するとともに、形状変化に対する優れた追従性を有するものとなる。その結果、光導波路1が可撓性を有している場合には、光導波路モジュール10全体も可撓性を有するものとなり、実装性に優れたものとなる。また、光導波路モジュール10を湾曲させた際には、絶縁性基板21と導体層22、23との剥離や、回路基板2と光導波路1との剥離を確実に防止することができ、剥離に伴う絶縁性の低下や伝送効率の低下を防止する。
【0067】
絶縁性基板21のヤング率(引張弾性率)は、一般的な室温環境下(20〜25℃前後)で1〜20GPa程度であるのが好ましく、2〜12GPa程度であるのがより好ましい。ヤング率の範囲がこの程度であれば、絶縁性基板21は、上述したような効果を得る上で十分な可撓性を有するものとなる。
【0068】
このような絶縁性基板21を構成する材料としては、例えば、ポリイミド系樹脂、ポリアミド系樹脂、エポキシ系樹脂、各種ビニル系樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂等のポリエステル系樹脂等の各種樹脂材料が挙げられるが、中でもポリイミド系樹脂を主材料とするものが好ましく用いられる。ポリイミド系樹脂は、耐熱性が高く、優れた透光性および可撓性を有していることから、絶縁性基板21の構成材料として特に好適である。
【0069】
なお、絶縁性基板21の具体例としては、ポリエステル銅張フィルム基板、ポリイミド銅張フィルム基板、アラミド銅張フィルム基板等に使用されるフィルム基板が挙げられる。
【0070】
また、絶縁性基板21の平均厚さは、5〜50μm程度であるのが好ましく、10〜40μm程度であるのがより好ましい。このような厚さの絶縁性基板21であれば、その構成材料によらず、十分な可撓性を有するものとなる。また、絶縁性基板21の厚さが前記範囲内であれば、光導波路モジュール10の薄型化が図られるとともに、絶縁性基板21の透過損失が抑制される。
【0071】
さらには、絶縁性基板21の厚さが前記範囲内であれば、信号光の発散によって伝送効率が低下するのを防止することができる。例えば、発光素子3の発光部31から出射した信号光は、一定の出射角で発散しつつ回路基板2を通過してミラー16に入射するが、発光部31とミラー16との離間距離が大き過ぎる場合、信号光が発散し過ぎてしまい、ミラー16に到達する光量が減少するおそれがある。これに対し、絶縁性基板21の平均厚さを前記範囲内とすることにより、発光部31とミラー16との離間距離を確実に小さくすることができるため、信号光は広く発散してしまう前にミラー16に到達する。その結果、ミラー16に到達する光量の減少を防止し、発光素子3と光導波路1との光結合に伴う損失(光結合損失)を十分に低下させることができる。また、絶縁性基板21の平均厚さを前記範囲内とすれば、信号光を集光するレンズを用いなくても十分な光結合効率が得られるので、光導波路モジュール10の構造を簡略化することができ、光導波路モジュール10の製造歩留まりを高めることができる。
【0072】
なお、絶縁性基板21は、1枚の基板であってもよいが、複数層の基板を積層してなる多層基板(ビルドアップ基板)であってもよい。この場合、多層基板の層間には、パターニングされた導体層を含み、この導体層には任意の電気回路が形成されていてもよい。これにより、絶縁性基板21中に高密度の電気回路を構築することができる。
【0073】
また、絶縁性基板21には、厚さ方向に貫通する1つまたは複数の貫通孔が設けられていてもよく、これらの貫通孔には導電性材料が充填されているか、または、貫通孔の内壁面に沿って導電性材料の被膜が成膜されていてもよい。この導電性材料は、絶縁性基板21の両面の間を電気的に接続する貫通ビアとなる。
【0074】
また、絶縁性基板21に設けられた導体層22および導体層23は、それぞれ導電性材料で構成されている。各導体層22、23には、所定のパターンが形成されており、このパターンは配線として機能する。絶縁性基板21に貫通ビアが形成されている場合、貫通ビアと各導体層22、23とが接続され、これにより、導体層22と導体層23とが一部で導通する。
【0075】
各導体層22、23に用いられる導電性材料としては、例えば、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、金(Au)、銀(Ag)、白金(Pt)、ニッケル(Ni)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)等の各種金属材料が挙げられる。
【0076】
また、各導体層22、23の平均厚さは、配線に要求される導電率等に応じて適宜設定されるものの、例えば1〜30μm程度とされる。
【0077】
また、各導体層22、23に形成される配線パターンの幅も、配線に要求される導電率や各導体層22、23の厚さ等に応じて適宜設定されるものの、例えば2〜1000μm程度であるのが好ましく、5〜500μm程度であるのがより好ましい。
【0078】
なお、このような配線パターンは、例えば、一旦全面に形成された導体層をパターニングする(例えば、銅張基板の銅箔を部分的にエッチングする)方法、別途用意した基板上にあらかじめパターニングされた導体層を転写する方法等により形成される。
【0079】
また、図3に示す各導体層22、23は、発光素子3の発光部31とミラー16との間の光路に干渉しないよう設けられた開口部221、231を有している。その結果、開口部221には導体層22の厚さに相当する高さの空隙222が、開口部231には導体層23の厚さに相当する高さの空隙232がそれぞれ生じている。
【0080】
また、発光素子3や半導体素子4と導体層23との間は、各種ハンダ、各種ろう材等により電気的かつ機械的に接続される。
【0081】
ハンダおよびろう材としては、例えば、Sn−Pb系の鉛ハンダの他、Sn−Ag−Cu系、Sn−Zn−Bi系、Sn−Cu系、Sn−Ag−In−Bi系、Sn−Zn−Al系の各種鉛フリーハンダ、JISに規定された各種低温ろう材等が挙げられる。
【0082】
なお、発光素子3や半導体素子4としては、例えばBGA(Ball Grid Array)タイプやLGA(Land Grid Array)タイプ等のパッケージ仕様の素子が用いられる。
【0083】
また、導体層23とハンダ(またはろう材)とが接触することにより、導体層23を構成する金属成分の一部がハンダ側に溶解する現象が生じるおそれがある。この現象は、特に銅製の導体層23に対して生じる場合が多いことから「銅食われ」と呼ばれている。銅食われが発生すると、導体層23が薄くなったり、欠損したりする等の不具合を招き、導体層23の機能を損なうおそれがある。
【0084】
そこで、ハンダと接する導体層23の表面には、あらかじめ、ハンダの下地として銅食われ防止膜(下地層)を形成しておくのが好ましい。この銅食われ防止膜の形成により、銅食われが防止され、導体層23の機能を長期にわたって維持することができる。
【0085】
銅食われ防止膜の構成材料としては、例えば、ニッケル(Ni)、金(Au)、白金(Pt)、スズ(Sn)、パラジウム(Pd)等が挙げられ、銅食われ防止膜は、これらの金属組成1種からなる単層であってもよく、2種以上を含む複合層(例えば、Ni−Au複合層、Ni−Sn複合層等)であってもよい。
【0086】
銅食われ防止膜の平均厚さは、特に限定されないが、0.05〜5μm程度であるのが好ましく、0.1〜3μm程度であるのがより好ましい。これにより、銅食われ防止膜そのものの電気抵抗を抑制しつつ、十分な銅食われ防止作用を発現させることができる。
【0087】
なお、発光素子3や半導体素子4と導体層23との電気的接続は、上述したような接続方法の他、ワイヤーボンディング、異方性導電フィルム(ADF)、異方性導電ペースト(ACP)等を用いた製造方法で行われてもよい。
【0088】
このうち、ワイヤーボンディングによれば、発光素子3や半導体素子4と回路基板2との間で熱膨張差が生じたとしても、柔軟性の高いボンディングワイヤーによって熱膨張差を吸収することができるので、接続部に対する応力集中が防止される。
【0089】
また、発光素子3と導体層23との隙間および発光素子3の側方には、発光素子3を囲うように封止材61が配置されている。これにより、導体層23に開口部231を形成したことによる空隙232にも封止材61が充填される。
【0090】
一方、半導体素子4と導体層23との隙間および半導体素子4の側方には、封止材62が充填されている。
【0091】
このような封止材61、62は、発光素子3および半導体素子4の耐候性(耐熱性、耐湿性、気圧変化等)を高めるとともに、振動、外力、異物付着等から発光素子3および半導体素子4を確実に保護することができる。
【0092】
封止材61、62としては、例えば、エポキシ系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、シリコーン系樹脂等が挙げられる。
【0093】
また、回路基板2と光導波路1との間は接着層5により接着されているが、接着層5を構成する接着剤としては、例えば、エポキシ系接着剤、アクリル系接着剤、ウレタン系接着剤、シリコーン系接着剤の他、各種ホットメルト接着剤(ポリエステル系、変性オレフィン系)等が挙げられる。また、特に耐熱性の高いものとして、ポリイミド、ポリイミドアミド、ポリイミドアミドエーテル、ポリエステルイミド、ポリイミドエーテル等の熱可塑性ポリイミド接着剤が挙げられる。
【0094】
なお、図3に示す接着層5は、発光素子3の発光部31とミラー16とを繋ぐ光路を避けるように設けられている。すなわち、接着層5には、上記光路に対応した位置に設けられた開口部51が形成されている。この開口部51により、上記光路と接着層5との干渉が防止されている。
【0095】
以上のような光導波路モジュール10では、発光素子3の発光部31から出射した信号光が、空隙232に充填された封止材61、絶縁性基板21、空隙222、および開口部51を通過して、光導波路1に入射される。
【0096】
なお、光導波路モジュール10は、光導波路1の他方の端部にも、回路基板2を有していてもよく、他の光学部品との接続を担うコネクター等を有していてもよい。
【0097】
図4は、図2に示す光導波路モジュールの他の構成例を示す縦断面図である。
図4(a)に示す光導波路モジュール10では、光導波路1の他方の端部(図2、4の右側の端部)の上面にも回路基板2が設けられている。また、この回路基板2上には、受光素子7と半導体素子4とが搭載されている。また、光導波路1には、受光素子7の受光部71の位置に対応してミラー16が形成されている。
【0098】
このような光導波路モジュール10では、光導波路1からミラー16を介して出射した信号光が、受光素子7の受光部71に到達すると、光信号から電気信号への変換がなされる。このようにして光導波路1の両端部間における光通信が行われる。
【0099】
一方、図4(b)に示す光導波路モジュール10では、光導波路1の他方の端部に、他の光学部品との接続を担うコネクター20が設けられている。コネクター20としては、光ファイバーとの接続に用いられるPMTコネクター等が挙げられる。コネクター20を介して光導波路モジュール10を光ファイバーに接続することで、より長距離の光通信が可能になる。
【0100】
なお、図4では、光導波路1の一方の端部と他方の端部とで1対1の光通信を行う場合について説明したが、光導波路1の他方の端部には、光路を複数に分岐することができる光スプリッターを接続するようにしてもよい。
【0101】
(凹凸パターン)
ここで、光導波路1の表面(クラッド層12の上面)のうち、ミラー16と発光部31とを繋ぐ光路が通過する部位には、前述したように、表面を局所的に突出させた凸部または局所的に凹没させた凹部を複数個配置してなる凹凸パターン100が形成されている。すなわち、本発明の光導波路は、その表面に形成された凹凸パターンを有するものである。
【0102】
このような凹凸パターン100がない場合、空隙222とクラッド層12の上面との界面において、信号光の反射が生じ、反射した分が光結合における損失となる。その結果、信号光が減衰し、光通信のS/N比が低下してしまう。
【0103】
これに対し、凹凸パターン100を設けることにより、光導波路1の表面に光の反射防止機能が付与される。その結果、信号光の減衰が抑制され、光通信のS/N比を高めることができる。そして、信頼性が高く高品質な光通信を提供し得る光導波路1および光導波路モジュール10が得られる。
【0104】
図5は、図1に示す光導波路モジュールのうち、光導波路を取り出して示す部分拡大図である。なお、以下の説明では、図5中の上側を「上」、下側を「下」という。
【0105】
図5に示す凹凸パターン100では、光導波路1の平滑な表面を局所的に凹没させ、一定の間隔で分布した複数個の凹部101が形成されている。
【0106】
凹部101の分布パターンは、不規則的であってもよいが、一定の間隔で規則的に分布したパターンであるのが好ましい。これにより、凹凸パターン100による反射防止機能がより確実なものとなり、かつ、凹凸パターン100全体で反射防止機能が均一になる。 具体的な分布パターンとしては、例えば、四方格子状パターン、六方格子状パターン、八方格子状パターン、放射状パターン、同心円状パターン、螺旋状パターン等が挙げられる。
【0107】
また、隣り合う凹部101同士の配置周期(凹部101の中心間の距離)Pは、発光素子3から出射される信号光の波長以下であるのが好ましい。これにより、凹凸パターン100では、信号光の回折現象がほとんど生じなくなり、回折に伴う損失の発生を防止することができる。そして、光学的には、凹凸パターン100付近の空間の屈折率を、空隙222の屈折率とクラッド層12の屈折率との中間の値としてみなすことができるようになり、凹凸パターン100に入射する信号光は、このみなし屈折率に応じて振る舞うこととなる。すなわち、凹凸パターン100付近の空間によって空隙222とクラッド層12の界面の屈折率差が緩和されることとなり、入射効率が格段に向上する。その結果、反射に伴う光結合損失の増大を抑制することができる。
【0108】
また、隣り合う凹部101同士の間隔(凹部101の中心間の距離)が一定でない場合も、同様の理由から、その間隔は信号光の波長以下であるのが好ましい。
【0109】
なお、発光素子3から出射される信号光の波長は、一般的に150〜1600nm程度であるので、それに応じて凹部101同士の間隔の上限が設定される。
【0110】
一方、凹部101同士の間隔の下限は、特に限定されないが、凹部101の形成容易性や長期信頼性等の観点から20nm程度とされる。
【0111】
また、凹部101同士の間隔のうち、凹部101が占める距離の割合(占有率)は、10〜90%程度であるのが好ましく、20〜80%程度であるのがより好ましく、30〜70%程度であるのがさらに好ましい。これにより、凹凸パターン100による反射防止機能がより確実なものとなる。
【0112】
一方、凹部101の深さDは、発光素子3から出射される信号光の波長以下であるのが好ましい。これにより、凹凸パターン100では、信号光の回折現象がほとんど生じなくなり、回折に伴う損失の発生を防止することができる。そして、光学的には、凹凸パターン100付近の空間の屈折率を、空隙222の屈折率とクラッド層12の屈折率との中間の値としてみなすことができるようになり、凹凸パターン100に入射する信号光は、このみなし屈折率に応じて振る舞うこととなる。すなわち、凹凸パターン100付近の空間によって空隙222とクラッド層12の界面の屈折率差が緩和されることとなり、入射効率が格段に向上する。その結果、反射に伴う光結合損失の増大を抑制することができる。
【0113】
なお、発光素子3から出射される信号光の波長は、一般的に150〜1600nm程度であるので、それに応じて凹部101の深さの上限が設定される。
【0114】
一方、凹部101の深さDの下限は、特に限定されないが、凹部101の形成容易性や長期信頼性等の観点から20nm程度とされる。
【0115】
また、凹部101同士の配置周期Pや凹部101の深さDが、発光素子3から出射される信号光の波長以下でない場合でも、前述した反射防止機能がもたらされる。この場合、入射効率の向上はそれほど期待できないが、信号光は凹凸パターン100により散乱されるため、発光素子3側への反射が抑制される。その結果、反射光が照射されることに伴い発光素子3の発光安定性が損なわれるのを防止することができる。
【0116】
図5に示す各凹部101の形状は、それぞれ開口の平面視形状が四角形であり、深さ方向にその四角形が維持された形状になっている。すなわち、各凹部101は、それぞれ四角柱状をなしている。
ここで、図6は、凹部または凸部の形状の一例を示す斜視図である。
【0117】
各凹部101の形状は、図5に示す形状に限定されず、例えば、角柱状、角錐状(図6(a)参照)、角錐台形状(図6(b)参照)、円柱状(図6(c)参照)、円錐状(図6(d)参照)、円錐台形状(図6(e)参照)、半球状、楕円半球状、長円半球状、凹条(凸条)、二次曲線回転体、四次曲線回転体、六次曲線回転体、正規分布曲線回転体、三角関数曲線回転体、その他、任意の曲線の回転体等の形状であってもよい。さらに、これらの2種以上が混在したものであってもよい。
【0118】
なお、上述したような形状には、その形状に準じた形状も含まれる。準じた形状とは、例えば、各形状の角部を面取りした形状、各形状同士を連結した形状、各形状同士を合成した形状等が挙げられる。
【0119】
また、上述した各形状のうち、各凹部101の形状は、柱状、錐状および半球状のいずれか、またはこれらに準じた形状であるのが好ましい。このような形状の凹部101を有する凹凸パターン100は、光導波路1に対して優れた反射防止機能を付与することができる。また、光導波路1の上面に対して斜めに入射する信号光に対しても、等方的な反射防止機能が発揮されることから、入射角依存が少ない。
【0120】
なお、凹部101の形状として上記に例示した種々の形状は、いずれも、凹部にも凸部にもなり得る。また、図6に示す形状は、天地反転した形状であってもよい。
【0121】
一方、各凹部101の形状は、凹条(線状の溝)であるのが好ましい(図6(f)参照)。このような形状の凹部101を有する凹凸パターン100は、光導波路1に対してとりわけ優れた反射防止機能を付与することができる。また、凸部の場合は、凸条(線状の凸部)であってもよい。
【0122】
また、凹凸パターン100は、光導波路1の一部のみでなく、光導波路1の全体にわたって形成されていてもよい。
【0123】
≪第2実施形態≫
次に、本発明の光導波路モジュールの第2実施形態について説明する。
【0124】
図7は、本発明の光導波路モジュールの第2実施形態を示す縦断面図である。
以下、第2実施形態について説明するが、第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。なお、図7において、第1実施形態と同様の構成部分については、先に説明したのと同様の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【0125】
図7に示す光導波路モジュール10は、回路基板2および封止材61の構成が異なる以外は、第1実施形態と同様である。
【0126】
図7に示す回路基板2では、導体層22、23に設けられた開口部221、231に対応して、絶縁性基板21にも、絶縁性基板21を貫通する開口部211が形成されている。これにより、発光素子3の発光部31とミラー16とを繋ぐ光路が絶縁性基板21と干渉するのを防止して、光結合効率をより高めることができる。
【0127】
なお、開口部211の内径は、発光素子3から出射される信号光の出射角やミラー16の有効面積に応じて適宜設定される。また、導体層22、23に設けられた開口部221、231および接着層5に設けられた開口部51についても同様である。
【0128】
また、図7に示す光導波路モジュール10では、封止材61についても、発光部31とミラー16とを繋ぐ光路を避けるよう、発光部31の直下を囲うように設けられている。これにより、光路と封止材61とが干渉するのを防止して、光結合効率をさらに高めることができる。
【0129】
したがって、図7に示す光導波路モジュール10では、発光素子3の下面から光導波路1の上面に至るまで、導体層23、絶縁性基板21、導体層22、および接着層5を貫通する開口部10Lが形成されている。このような開口部10Lを設けることにより、発光部31と光導波路1とを繋ぐ光路と干渉するものがなくなるので、光結合効率が特に高くなるのである。
【0130】
なお、本実施形態に係る絶縁性基板21は、第1実施形態で説明した可撓性基板以外に、比較的剛性の高い剛性基板であってもよい。
【0131】
このような絶縁性基板21は、耐屈曲性が高くなり、屈曲に伴う発光素子3の損傷を防止する。
【0132】
絶縁性基板21のヤング率(引張弾性率)は、一般的な室温環境下(20〜25℃前後)で5〜50GPa程度であるのが好ましく、12〜30GPa程度であるのがより好ましい。ヤング率の範囲がこの程度であれば、絶縁性基板21は、上述したような効果をより確実に発揮することができる。
【0133】
このような絶縁性基板21を構成する材料としては、例えば、紙、ガラス布、樹脂フィルム等を基材とし、この基材に、フェノール系樹脂、ポリエステル系樹脂、エポキシ系樹脂、シアネート樹脂、ポリイミド系樹脂、フッ素系樹脂等の樹脂材料を含浸させたものが挙げられる。
【0134】
具体的には、ガラス布・エポキシ銅張積層板、ガラス不織布・エポキシ銅張積層板等のコンポジット銅張積層板に使用される絶縁性基板の他、ポリエーテルイミド樹脂基板、ポリエーテルケトン樹脂基板、ポリサルフォン系樹脂基板等の耐熱・熱可塑性の有機系リジッド基板や、アルミナ基板、窒化アルミニウム基板、炭化ケイ素基板等のセラミックス系リジッド基板等が挙げられる。
【0135】
また、絶縁性基板21が上述したような材料で構成される場合、その平均厚さは、好ましくは300μm〜3mm程度、より好ましくは500μm〜2.5mm程度とされる。
【0136】
≪第3実施形態≫
次に、本発明の光導波路モジュールの第3実施形態について説明する。
【0137】
図8は、本発明の光導波路モジュールの第3実施形態を示す縦断面図である。
以下、第3実施形態について説明するが、第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。なお、図8において、第1実施形態と同様の構成部分については、先に説明したのと同様の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【0138】
図8(a)に示す光導波路モジュール10は、空隙222に突出するように、絶縁性基板21の下面に設けられた集光レンズ8を有している以外、第1実施形態と同様である。この集光レンズ8により、発光素子3から出射した信号光が集光され、光結合効率を高めることができる。
【0139】
なお、集光レンズ8については、収束光がミラー16の有効領域内に照射されるよう、その焦点距離が設定されている。これにより、有効領域外に照射される信号光がほとんどなくなり、光結合効率を確実に高めることができる。
【0140】
また、集光レンズ8の焦点距離を設定する他、集光レンズ8とミラー16との離間距離を調整することで、ミラー16に対する収束光の照射光量を高めることもできる。集光レンズ8とミラー16との離間距離を調整するには、接着層5の厚さやクラッド層12の厚さを調整すればよい。
【0141】
集光レンズ8の形状は、特に限定されないが、例えば、平凸レンズ、両凸レンズ、凸メニスカスレンズ、フレネルレンズのような凸レンズが挙げられる。また、凸レンズと凹レンズとを組み合わせた複合レンズであってもよい。
【0142】
また、集光レンズ8の構成材料は、透光性材料であればよく、例えば、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、サファイア、蛍石のような無機材料、シリコーン系樹脂、フッ素系樹脂、カーボネート系樹脂、オレフィン系樹脂、アクリル系樹脂のような有機材料等が挙げられる。
【0143】
一方、図8(b)に示す光導波路モジュール10は、開口部10Lに突出するように、発光素子3の下面に設けられた集光レンズ8を有している以外、第2実施形態と同様である。この集光レンズ8により、発光素子3から出射した信号光が集光され、光結合効率を高めることができる。
【0144】
≪第4実施形態≫
次に、本発明の光導波路モジュールの第4実施形態について説明する。
【0145】
図9は、本発明の光導波路モジュールの第4実施形態を示す図であって、光導波路のみを取り出し、天地反転させた斜視図(一部透過して示す)である。なお、図9では、コア層13中のコア部14に密なドットを、側面クラッド部15に疎なドットを、それぞれ付している。
【0146】
以下、第4実施形態について説明するが、第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。なお、図9において、第1実施形態と同様の構成部分については、先に説明したのと同様の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【0147】
第4実施形態は、コア層13中のコア部14と側面クラッド部15の形状が異なるとともに、ミラー16の形成位置が側面クラッド部15を横切るように形成されている以外、第1実施形態と同様である。
【0148】
図9(a)に示す光導波路1は、第1実施形態に係る光導波路1である。
この光導波路1では、ミラー16が光導波路1を厚さ方向に一部貫通するように形成されたV字状をなす空間160の側面の一部で構成されている。この側面は、平面状であり、かつ、コア部14の軸線に対して45°傾斜している。
【0149】
図9(a)に示すミラー16には、クラッド層11、コア層13およびクラッド層12の各加工面が露出しており、ミラー16のほぼ中心部には、コア部14の加工面が位置し、その左右には側面クラッド部15の加工面が位置している。
【0150】
一方、図9(b)に示す光導波路1は、第4実施形態(本実施形態)に係る光導波路1である。
【0151】
図9(b)に示す光導波路1では、その一方の端部において、コア部14が光導波路1の端面まで到達せず、途中で途切れている。そして、コア部14が途切れた箇所から端面までは、側面クラッド部15が設けられている。なお、このコア部14が途切れた部分を、コア部欠損部17とする。
【0152】
図9(b)では、ミラー16がこのコア部欠損部17中に形成されている。コア部欠損部17に形成されたミラー16は、コア部14の光軸の延長線上に位置しているため、ミラー16で反射した信号光は、コア部14の光軸の延長線に沿って伝搬し、コア部14中に入射する。
【0153】
ところで、図9(b)に示すミラー16には、クラッド層11、コア層13およびクラッド層12の各加工面が露出しているが、このうち、コア層13の加工面には、側面クラッド部15の加工面のみが露出することとなる。このようなミラー16は、コア層13の加工面が単一材料(側面クラッド部15の構成材料)のみで構成されているため、均一な平滑性を有するものとなる。これは、空間160を加工する際、コア層13については単一材料を加工することになるので、加工レートが均一になるからである。しかも、コア層13の上下に位置するクラッド層11、12は、クラッド材料で構成されているため、側面クラッド部15の構成材料と加工レートが近くなる。その結果、ミラー16の面全体で加工レートが均一になり、ミラー16は優れた反射特性を有し、ミラー損失の少ないものとなる。
【0154】
以上のことから、本実施形態に係る光導波路モジュール10は、光結合効率が特に高いものとなる。
【0155】
<光導波路モジュールの製造方法>
次に、上述したような光導波路モジュールを製造する方法の一例について説明する。
【0156】
図1に示す光導波路モジュール10は、光導波路1、回路基板2、発光素子3および半導体素子4を用意し、これらを実装することで製造される。
【0157】
このうち、回路基板2は、絶縁性基板21の両面を覆うように導体層を形成した後、不要部分を除去(パターニング)し、配線パターンを含む導体層22、23を残存させることで形成される。
【0158】
導体層の製造方法としては、例えば、プラズマCVD、熱CVD、レーザーCVDのような化学蒸着法、真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング等の物理蒸着法、電解めっき、無電解めっき等のめっき法、溶射法、ゾル・ゲル法、MOD法等が挙げられる。
【0159】
また、導体層のパターニング方法としては、例えばフォトリソグラフィー法とエッチング法とを組み合わせた方法が挙げられる。
【0160】
このようにして形成された回路基板2と用意した光導波路1とを接着層5により接着・固定する。
【0161】
次いで、回路基板2上に発光素子3および半導体素子4を搭載する。これにより、導体層23と、発光素子3の電極32および半導体素子4の電極42とが電気的に接続される。
【0162】
この電気的接続は、例えば、ハンダやろう材を、バンプやボールの形態で、あるいはハンダペースト(ろう材ペースト)の形態で供給し、加熱によって溶融・固化させることで行われる。
【0163】
その後、封止材61、62を供給し、封止する。
以上のようにして光導波路モジュール10が得られる。
【0164】
<光導波路の製造方法>
ここで、光導波路の製造方法(本発明の光導波路の製造方法)の一例について説明する。
【0165】
光導波路1は、下方からクラッド層11、コア層13およびクラッド層12をこの順で積層してなる積層体(母材)と、この積層体の一部を除去することで形成されたミラー16と、クラッド層12の上面に形成された凹凸パターン100と、を有している。
【0166】
≪第1の製造方法≫
まず、光導波路1の第1の製造方法について説明する。
【0167】
図10は、図2に示す光導波路を製造する第1の方法を説明するための図(縦断面図)である。
【0168】
以下、第1の製造方法を、[1]積層体1’を形成する工程、[2]凹凸パターン100を形成する工程、[3]ミラー16を形成する工程、に分けて説明する。
【0169】
[1]図10(a)に示す積層体(母材)1’は、クラッド層11、コア層13およびクラッド層12を順次成膜して形成する方法、あるいは、クラッド層11、コア層13およびクラッド層12をあらかじめ基材上に成膜した後、それぞれを基板から剥離して貼り合わせる方法等により製造される。
【0170】
クラッド層11、コア層13およびクラッド層12の各層は、それぞれ形成用の組成物を基材上に塗布して液状被膜を形成した後、液状被膜を均一化するとともに揮発成分を除去することにより形成される。
【0171】
塗布方法としては、例えば、ドクターブレード法、スピンコート法、ディッピング法、テーブルコート法、スプレー法、アプリケーター法、カーテンコート法、ダイコート法等の方法が挙げられる。
【0172】
また、液状被膜中の揮発成分を除去するには、液状被膜を加熱したり、減圧下に置いたり、あるいは乾燥ガスを吹き付けたりする方法が用いられる。
【0173】
なお、各層の形成用組成物としては、例えば、クラッド層11、コア層13またはクラッド層12の構成材料を各種溶媒に溶解または分散してなる溶液(分散液)が挙げられる。
【0174】
ここで、コア層13中にコア部14と側面クラッド部15とを形成する方法としては、例えば、フォトブリーチング法、フォトリソグラフィー法、直接露光法、ナノインプリンティング法、モノマーディフュージョン法等が挙げられる。これらの方法はいずれも、コア層13の一部領域の屈折率を変化させる、あるいは、一部領域の組成を異ならせることにより、相対的に屈折率の高いコア部14と相対的に屈折率の低い側面クラッド部15とを作り込むことができる。
【0175】
[2]次に、積層体1’の表面(クラッド層12の上面)に凹凸パターン100を形成する。
【0176】
具体的には、形成すべき凹凸パターン100に対応した成形型110を用意する。そして、図10(b)に示すように、成形型110を積層体1’の表面に押圧する。これにより、成形型110の型が積層体1’に転写され、成形型110を離型することにより凹凸パターン100が形成される(図10(c))。
【0177】
この際、成形型110は、加熱された状態で押圧され、その状態を維持しつつ、今度は成形型110を冷却する。これにより、積層体1’の形状の転写性を高めるとともに、転写後の保形性も高めることができ、寸法精度の高い凹凸パターン100を形成することができる。
【0178】
この場合、成形型110の加熱温度は、クラッド層12の構成材料の軟化点より高いのが好ましく、成形型110の冷却温度は、クラッド層12の構成材料の軟化点より低いのが好ましい。これにより、形状の転写性をより高めることができる。
【0179】
なお、成形型110を押圧すると、クラッド層12の構成材料が軟化し、軟化した材料は成形型110の型に沿って変形する。この際、型の形状によっては、表面が凹没したり、表面から突出したりする変形が生じ、凹部や凸部が形成される。
【0180】
成形型110としては、例えば、金属製、シリコン製、樹脂製、ガラス製、セラミックス製の型が用いられ、成形面には離型剤を塗布しておくのが好ましい。
【0181】
また、成形型110の型は、例えば、レーザー加工法、電子ビーム加工法、フォトリソグラフィー法等の方法により形成することができる。
【0182】
なお、成形型110は、マスター型(原型)を複製したものであってもよい。このような複製型としては、例えば、表面に型が複製されたフィルム等が挙げられる。
【0183】
[3]次いで、積層体1’に対してクラッド層11の下面側から一部を除去する掘り込み加工を施す。これにより得られた空間(空洞)の内壁面がミラー16となる。
【0184】
積層体1’に対する掘り込み加工は、例えば、レーザー加工法、ダイシングソーによるダイシング加工法等により行うことができる。
【0185】
以上のようにして、積層体(母材)1’およびそれに形成されたミラー16が得られる。これにより、光導波路1が得られる。
【0186】
≪第2の製造方法≫
次に、光導波路1の第2の製造方法について説明する。
【0187】
図11は、図2に示す光導波路を製造する第2の方法を説明するための図(縦断面図)である。
【0188】
以下、第2の製造方法を、[1]クラッド層11(第1クラッド層)を形成する工程、[2]コア層13を形成する工程、[3]凹凸パターン100を形成しつつクラッド層12(第2クラッド層)を形成する工程、[4]ミラー16を形成する工程、に分けて説明する。
【0189】
[1]まず、第1の製造方法と同様にしてクラッド層11を形成する。
[2]次に、第1の製造方法と同様にしてクラッド層11上にコア層13を形成する(図11(a))。
【0190】
[3]次に、コア層13上に、クラッド層12の形成用組成物を塗布して液状被膜121を形成する。
【0191】
次いで、成形型110を液状被膜121に押圧する(図11(b))。そして、この状態で、液状被膜121を硬化(本硬化)させる。これにより、液状被膜121が硬化し、クラッド層12が形成され、積層体1’が得られる。また、クラッド層12の上面には、成形型110の型が転写され、成形型110を離型することにより凹凸パターン100が形成される(図11(c))。
【0192】
このような方法であれば、液状被膜121に対して成形型110の型が転写されるので、良好な転写性が得られる。その結果、とりわけ寸法精度の高い凹凸パターン100を形成することができる。
【0193】
液状被膜121の硬化は、クラッド層12の形成用組成物の組成に応じて異なるものの、熱硬化方法、光硬化方法等により行われる。
【0194】
また、成形型110を押圧する前に、液状被膜121を半硬化の状態(ドライフィルム)とし、このドライフィルムに対して成形型110を押圧するようにしてもよい。これにより、成形性と離型性をより高めることができる。なお、ドライフィルムは、液状被膜121中の溶媒の一部を除去してなるものであり、硬化物に比べて柔軟性および可塑性に富んでいる。
【0195】
[4]次いで、第1の製造方法と同様にして積層体1’にミラー16を形成する。これにより、光導波路1が得られる。
【0196】
≪第3の製造方法≫
次に、光導波路1の第3の製造方法について説明する。
【0197】
図12は、図2に示す光導波路を製造する第3の方法を説明するための図(縦断面図)である。
【0198】
以下、第3の製造方法を、[1]成形型上にクラッド層12(第2クラッド層)を形成する工程、[2]クラッド層12上にコア層13を形成する工程、[3]コア層13上にクラッド層11を形成する工程、[4]ミラー16を形成する工程、に分けて説明する。
【0199】
[1]まず、成形型110の成形面を上に向けて配置する。そして、成形型110上にクラッド層12の形成用組成物を塗布して液状被膜121を形成する(図12(a))。
【0200】
次いで、この状態で、液状被膜121を硬化(本硬化)させる。これにより、液状被膜121が硬化し、クラッド層12が形成される。また、クラッド層12の下面には、成形型110の型が転写される(図12(b))。
【0201】
このような方法であれば、液状被膜121に対して成形型110の型が転写されるので、良好な転写性が得られる。その結果、とりわけ寸法精度の高い凹凸パターン100を形成することができる。
【0202】
液状被膜121の硬化は、クラッド層12の形成用組成物の組成に応じて異なるものの、熱硬化方法、光硬化方法等により行われる。
【0203】
[2]次に、第1の製造方法と同様にしてクラッド層12上にコア層13を形成する。
[3]次に、第1の製造方法と同様にしてコア層13上にクラッド層11を形成する(図12(c))。そして、クラッド層12から成形型110を剥離する。
【0204】
[4]次いで、第1の製造方法と同様にして積層体1’にミラー16を形成する。これにより、光導波路1が得られる。
【0205】
<電子機器>
本発明の光導波路モジュールを備える電子機器(本発明の電子機器)は、光信号と電気信号の双方の信号処理を行ういかなる電子機器にも適用可能であるが、例えば、ルーター装置、WDM装置、携帯電話、ゲーム機、パソコン、テレビ、ホーム・サーバー等の電子機器類への適用が好適である。これらの電子機器では、いずれも、例えばLSI等の演算装置とRAM等の記憶装置との間で、大容量のデータを高速に伝送する必要がある。したがって、このような電子機器が本発明の光導波路モジュールを備えることにより、電気配線に特有なノイズ、信号劣化等の不具合が解消されるため、その性能の飛躍的な向上が期待できる。
【0206】
さらに、光導波路部分では、電気配線に比べて発熱量が大幅に削減される。このため、基板内の集積度を高めて小型化が図られるとともに、冷却に要する電力を削減することができ、電子機器全体の消費電力を削減することができる。
【0207】
以上、本発明の光導波路、光導波路の製造方法、光導波路モジュールおよび電子機器の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、例えば光導波路モジュールを構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。また、任意の構成物が付加されていてもよく、複数の実施形態同士を組み合わせるようにしてもよい。
【0208】
また、前記各実施形態では、光導波路1が有するチャンネル(コア部)数は、1つであるが、本発明の光導波路では、チャンネル数が2つ以上であってもよい。この場合、チャンネル数に応じてミラー、凹凸パターン、発光素子等の数を設定すればよい。また、発光素子および受光素子については、1つの素子に複数の発光部または複数の受光部を備えたものを用いるようにしてもよい。
【符号の説明】
【0209】
1 光導波路
1’ 積層体(母材)
10 光導波路モジュール
10L 開口部
11 クラッド層(第1クラッド層)
12 クラッド層(第2クラッド層)
121 液状被膜
13 コア層
14 コア部
15 側面クラッド部
16 ミラー
160 空間
17 コア部欠損部
2 回路基板
20 コネクター
21 絶縁性基板
211 開口部
22、23 導体層
221、231 開口部
222、232 空隙
3 発光素子
31 発光部
32 電極
4 半導体素子
42 電極
5 接着層
51 開口部
61、62 封止材
7 受光素子
71 受光部
8 集光レンズ
100 凹凸パターン
101 凹部
110 成形型
【特許請求の範囲】
【請求項1】
コア部と、
前記コア部の側面を覆うように設けられたクラッド部と、
前記コア部の途中または延長線上に設けられ、前記コア部の光路を前記クラッド部の外部へと変換する光路変換部と、
前記クラッド部の表面のうち、少なくとも前記光路変換部を介して前記コア部と光学的に接続される部位に設けられ、前記表面を局所的に突出させた凸部または局所的に凹没させた凹部を複数個配置してなる凹凸パターンと、を有することを特徴とする光導波路。
【請求項2】
前記凸部および前記凹部は、一定の間隔で規則的に配置されている請求項1に記載の光導波路。
【請求項3】
前記凹凸パターンにおける前記凸部同士の配置周期および前記凹部同士の配置周期は、当該光導波路に入射される信号光の波長以下である請求項2に記載の光導波路。
【請求項4】
前記凹凸パターンにおける前記凸部の高さおよび前記凹部の深さは、当該光導波路に入射される信号光の波長以下である請求項1ないし3のいずれかに記載の光導波路。
【請求項5】
前記凸部および前記凹部の形状は、柱状、錐状および半球状のいずれか、またはこれらに準じた形状である請求項1ないし4のいずれかに記載の光導波路。
【請求項6】
前記凸部および前記凹部の形状は、凸条または凹条である請求項1ないし4のいずれかに記載の光導波路。
【請求項7】
前記光路変換部は、少なくとも前記コア部を斜めに横断するよう設けられた反射面で構成される請求項1ないし6のいずれかに記載の光導波路。
【請求項8】
コア部と、
前記コア部の側面を覆うように設けられたクラッド部と、
前記コア部の途中または延長線上に設けられ、前記コア部の光路を前記クラッド部の外部へと変換する光路変換部と、
前記クラッド部の表面のうち、少なくとも前記光路変換部により前記コア部と光学的に接続される部位に設けられ、前記表面を局所的に突出させた凸部または局所的に凹没させた凹部を複数個配置してなる凹凸パターンと、を有する光導波路の製造方法であって、
前記コア部と前記クラッド部と前記光路変換部とを有する母材を用意する工程と、
前記母材の表面に成形型を押圧することにより、前記表面の一部を局所的に突出または凹没させ、前記凹凸パターンを形成する工程と、を有することを特徴とする光導波路の製造方法。
【請求項9】
前記凹凸パターンは、加熱した前記成形型を前記母材の表面に押圧した後、前記成形型を冷却することにより形成される請求項8に記載の光導波路の製造方法。
【請求項10】
コア部と、前記コア部の側面に隣接して設けられた側面クラッド部と、を備えるコア層と、
前記コア層の両面に隣接して設けられた第1クラッド層および第2クラッド層と、
前記コア部の途中または延長線上に設けられ、前記コア部の光路を前記第2クラッド層の外部へと変換する光路変換部と、
前記第2クラッド層の表面のうち、少なくとも前記光路変換部により前記コア部と光学的に接続される部位に設けられ、前記表面を局所的に突出させた凸部または局所的に凹没させた凹部を複数個配置してなる凹凸パターンと、を有する光導波路の製造方法であって、
前記第1クラッド層を形成する工程と、
形成した前記第1クラッド層上に前記コア層を形成する工程と、
前記コア層上にクラッド層形成用組成物を塗布し、液状被膜を形成する工程と、
前記液状被膜またはその半硬化物に成形型を押圧しつつ前記液状被膜またはその半硬化物を硬化させることにより、前記凹凸パターンを形成するとともに前記第2クラッド層を形成する工程と、を有することを特徴とする光導波路の製造方法。
【請求項11】
コア部と、前記コア部の側面に隣接して設けられた側面クラッド部と、を備えるコア層と、
前記コア層の両面に隣接して設けられた第1クラッド層および第2クラッド層と、
前記コア部の途中または延長線上に設けられ、前記コア部の光路を前記第2クラッド層の外部へと変換する光路変換部と、
前記第2クラッド層の表面のうち、少なくとも前記光路変換部により前記コア部と光学的に接続される部位に設けられ、前記表面を局所的に突出させた凸部または局所的に凹没させた凹部を複数個配置してなる凹凸パターンと、を有する光導波路の製造方法であって、
成形型上にクラッド層形成用組成物を塗布し、液状被膜または液状被膜の半硬化物を形成した後、硬化させることにより前記凹凸パターンを形成した前記第2クラッド層を得る工程と、
形成した前記第2クラッド層上に前記コア層を形成する工程と、
前記コア層上に前記第1クラッド層を形成する工程と、を有することを特徴とする光導波路の製造方法。
【請求項12】
請求項1ないし7のいずれかに記載の光導波路と、
前記光路変換部および前記凹凸パターンを介して前記コア部と光学的に接続された光素子と、を有することを特徴とする光導波路モジュール。
【請求項13】
さらに、前記凹凸パターンと前記光素子との間に設けられた集光レンズを有する請求項12に記載の光導波路モジュール。
【請求項14】
請求項12または13に記載の光導波路モジュールを備えることを特徴とする電子機器。
【請求項1】
コア部と、
前記コア部の側面を覆うように設けられたクラッド部と、
前記コア部の途中または延長線上に設けられ、前記コア部の光路を前記クラッド部の外部へと変換する光路変換部と、
前記クラッド部の表面のうち、少なくとも前記光路変換部を介して前記コア部と光学的に接続される部位に設けられ、前記表面を局所的に突出させた凸部または局所的に凹没させた凹部を複数個配置してなる凹凸パターンと、を有することを特徴とする光導波路。
【請求項2】
前記凸部および前記凹部は、一定の間隔で規則的に配置されている請求項1に記載の光導波路。
【請求項3】
前記凹凸パターンにおける前記凸部同士の配置周期および前記凹部同士の配置周期は、当該光導波路に入射される信号光の波長以下である請求項2に記載の光導波路。
【請求項4】
前記凹凸パターンにおける前記凸部の高さおよび前記凹部の深さは、当該光導波路に入射される信号光の波長以下である請求項1ないし3のいずれかに記載の光導波路。
【請求項5】
前記凸部および前記凹部の形状は、柱状、錐状および半球状のいずれか、またはこれらに準じた形状である請求項1ないし4のいずれかに記載の光導波路。
【請求項6】
前記凸部および前記凹部の形状は、凸条または凹条である請求項1ないし4のいずれかに記載の光導波路。
【請求項7】
前記光路変換部は、少なくとも前記コア部を斜めに横断するよう設けられた反射面で構成される請求項1ないし6のいずれかに記載の光導波路。
【請求項8】
コア部と、
前記コア部の側面を覆うように設けられたクラッド部と、
前記コア部の途中または延長線上に設けられ、前記コア部の光路を前記クラッド部の外部へと変換する光路変換部と、
前記クラッド部の表面のうち、少なくとも前記光路変換部により前記コア部と光学的に接続される部位に設けられ、前記表面を局所的に突出させた凸部または局所的に凹没させた凹部を複数個配置してなる凹凸パターンと、を有する光導波路の製造方法であって、
前記コア部と前記クラッド部と前記光路変換部とを有する母材を用意する工程と、
前記母材の表面に成形型を押圧することにより、前記表面の一部を局所的に突出または凹没させ、前記凹凸パターンを形成する工程と、を有することを特徴とする光導波路の製造方法。
【請求項9】
前記凹凸パターンは、加熱した前記成形型を前記母材の表面に押圧した後、前記成形型を冷却することにより形成される請求項8に記載の光導波路の製造方法。
【請求項10】
コア部と、前記コア部の側面に隣接して設けられた側面クラッド部と、を備えるコア層と、
前記コア層の両面に隣接して設けられた第1クラッド層および第2クラッド層と、
前記コア部の途中または延長線上に設けられ、前記コア部の光路を前記第2クラッド層の外部へと変換する光路変換部と、
前記第2クラッド層の表面のうち、少なくとも前記光路変換部により前記コア部と光学的に接続される部位に設けられ、前記表面を局所的に突出させた凸部または局所的に凹没させた凹部を複数個配置してなる凹凸パターンと、を有する光導波路の製造方法であって、
前記第1クラッド層を形成する工程と、
形成した前記第1クラッド層上に前記コア層を形成する工程と、
前記コア層上にクラッド層形成用組成物を塗布し、液状被膜を形成する工程と、
前記液状被膜またはその半硬化物に成形型を押圧しつつ前記液状被膜またはその半硬化物を硬化させることにより、前記凹凸パターンを形成するとともに前記第2クラッド層を形成する工程と、を有することを特徴とする光導波路の製造方法。
【請求項11】
コア部と、前記コア部の側面に隣接して設けられた側面クラッド部と、を備えるコア層と、
前記コア層の両面に隣接して設けられた第1クラッド層および第2クラッド層と、
前記コア部の途中または延長線上に設けられ、前記コア部の光路を前記第2クラッド層の外部へと変換する光路変換部と、
前記第2クラッド層の表面のうち、少なくとも前記光路変換部により前記コア部と光学的に接続される部位に設けられ、前記表面を局所的に突出させた凸部または局所的に凹没させた凹部を複数個配置してなる凹凸パターンと、を有する光導波路の製造方法であって、
成形型上にクラッド層形成用組成物を塗布し、液状被膜または液状被膜の半硬化物を形成した後、硬化させることにより前記凹凸パターンを形成した前記第2クラッド層を得る工程と、
形成した前記第2クラッド層上に前記コア層を形成する工程と、
前記コア層上に前記第1クラッド層を形成する工程と、を有することを特徴とする光導波路の製造方法。
【請求項12】
請求項1ないし7のいずれかに記載の光導波路と、
前記光路変換部および前記凹凸パターンを介して前記コア部と光学的に接続された光素子と、を有することを特徴とする光導波路モジュール。
【請求項13】
さらに、前記凹凸パターンと前記光素子との間に設けられた集光レンズを有する請求項12に記載の光導波路モジュール。
【請求項14】
請求項12または13に記載の光導波路モジュールを備えることを特徴とする電子機器。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【公開番号】特開2012−78606(P2012−78606A)
【公開日】平成24年4月19日(2012.4.19)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−224407(P2010−224407)
【出願日】平成22年10月1日(2010.10.1)
【出願人】(000002141)住友ベークライト株式会社 (2,927)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成24年4月19日(2012.4.19)
【国際特許分類】
【出願日】平成22年10月1日(2010.10.1)
【出願人】(000002141)住友ベークライト株式会社 (2,927)
【Fターム(参考)】
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