分岐光導波路の製造方法及び光デバイス
【課題】簡易かつローコストに一括での製造を可能にし、且つ、自己形成光導波路としての利用も可能な分岐光導波路デバイスの製造方法及び分岐光導波路デバイスを提供する。
【解決手段】基台１１上に光硬化性樹脂１２及びフォトマスク１３を順次配置し、紫外光１４を所定の角度でフォトマスク１３に照射し、その照射光路上の光硬化性樹脂１２を硬化させる。これによって一端が傾斜をもって結合したＶ字形状の光導波路１５ａ，１５ｂを有した分岐光導波路デバイス１を製造することができる。
【解決手段】基台１１上に光硬化性樹脂１２及びフォトマスク１３を順次配置し、紫外光１４を所定の角度でフォトマスク１３に照射し、その照射光路上の光硬化性樹脂１２を硬化させる。これによって一端が傾斜をもって結合したＶ字形状の光導波路１５ａ，１５ｂを有した分岐光導波路デバイス１を製造することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分岐光導波路の製造方法及び光デバイスに関し、さらに詳しくは、３次元分岐光導波路を簡易かつ一括で容易に製造が可能で、しかもローコスト化を図ることができる分岐光導波路の製造方法及び光デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信においては光分岐器や光結合器等の光デバイスを用いて光の分岐や合波（結合）が行われている。その一例が特許文献１に示されている。この分岐光導波路は、露光用マスクを使用して露光を行ってレジストのパターンを形成し、このレジストのパターンをマスクにして高分子樹脂材料製の層に対してエッチングを行ってコアを形成し、Ｙ字形の分岐光導波路を製造する。その際に用いられる露光用マスクは、第１の分岐マスク部の縁部と第２の分岐マスク部の縁部との問とが、直線状の縁部で台形状に繋いだ形状になっている。
【０００３】
また、調芯を行わずに光導波路を光学素子等に接続可能な自己形成光導波路が注目されている。それを応用して、光硬化性樹脂硬化物から成るコアが分岐された形状の光導波路も開示されている（特許文献２参照）。この光導波路は、直線部と、該直線部の端部に連接する分岐部と、この分岐部から分岐された２本（２以上も可）の分岐とから構成されている。
【０００４】
さらに、特許文献３には第１〜第３の光入出力端とそれらを分岐コアで接続した光導波路が開示されている。分岐コアは、第１及び第２の光入出力端を繋ぐ円柱状の幹部のコアと、この幹部のコアよりも径が細く、幹部のコアの屈折率よりも小さい屈折率を有し、且つ第１及び第３の光入出力端を繋ぐ円柱状の枝部のコアとから成る。なお、幹部のコアと枝部のコアは光硬化性樹脂の硬化物から成る。
【０００５】
また、自己形成光導波路技術とフォトマスクを用いた光デバイスの製造法が開示されている。例えば、基板上に実装された光学素子と、この光学素子に対して４５°に傾けたフォトマスクとの間に光硬化性樹脂を充填し、光学素子に向けてフォトマスクに光を照射して光の通過部分を硬化させることによって自己形成光導波路を形成した後、未硬化の部分を除去する方法が知られている（特許文献４参照）。更に、ＶＣＳＥＬ（面発光レーザ）上に光硬化性樹脂を塗布し、その上にフォトマスクを配置し、光学素子に向けて光を照射する際、コア部となる部位にはより多くのエネルギを与え、コア部以外の部分には少ないエネルギを与えることで屈折率に相違を生じさせ、それによってコア部及びクラッド部を形成し、また光硬化性樹脂の未硬化の部分を除去せずに済むようにした製造方法も知られている（特許文献５参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１５７０９１号公報
【特許文献２】特開２００７−７２１２９号公報
【特許文献３】特開２０１０−３２５８４号公報
【特許文献４】特開２００７−７１９５１号公報
【特許文献５】特開２００９−１５２１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の光導波路は、フォトリソグラフィー技術を用いて導波路を形成しているが、フォトリソグラフィー技術は三次元導波路を作製するには適さないという問題がある。
また、特許文献２の光導波路は、シングルモードファイバに限定されると共に、アレイ化を図ることは困難であるという問題がある。
さらに、特許文献３の光導波路は、この光導波路を発光素子及び受光素子と組み合わせて光送受信装置を構成する場合、製造が複雑になり、且つ、部品数が多いために量産化及び低コスト化が難しいという問題がある。
また、特許文献４，５の自己形成光導波路によれば、光学素子等との結合を主にしているため、それ自身では光分岐（光合成）を行えないという問題がある。
【０００８】
そこで、本発明は、かかる問題点に鑑みなされたもので、マスク転写によって３次元分岐光導波路を簡易かつ一括で容易に製造でき、またローコスト化を図ることができる分岐光導波路の製造方法及び光デバイスを提供することを目的とする。
また、アレイ化が容易な分岐光導波路の製造方法及び光デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために請求項１に記載の発明は、光を分岐又は合波する分岐部を備えた分岐光導波路の製造方法において、基台上に光硬化性樹脂を配置するステップと、光硬化性樹脂の上に一又は複数の開口部が形成されたフォトマスクを配置するステップと、フォトマスクの開口部を介して光硬化性樹脂を硬化させるための光を異なる方向から光硬化樹脂に照射して光路上の光硬化樹脂を硬化させることにより分岐部又は交差部を有する光導波路を形成するステップとを含み構成されてなる分岐光導波路の製造方法を提供する。
【００１０】
上記課題を解決するために請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の分岐光導波路の製造方法において、フォトマスクの上部にプリズムを配置し、光硬化性樹脂を硬化させるための光をプリズムを介してフォトマスクの開口部から異なる方向に照射することを特徴とする。
【００１１】
上記課題を解決するために請求項３に記載の本発明は、請求項２に記載の分岐光導波路の製造方法において、プリズムを所定の角度ごとに回転させ、その都度光硬化性樹脂を硬化させるための光を所定の角度で照射するか、もしくは分岐数に応じた斜面を有するプリズムにより一括照射することにより分岐部を備えた複数の光導波路を形成することを特徴とする。
【００１２】
上記課題を解決するために請求項４に記載の本発明は、請求項２に記載の分岐光導波路の製造方法において、光硬化性樹脂を硬化させるための光が光硬化性樹脂内で交差するようにプリズムを介して照射することによりＸ字形に交差した光導波路を形成することを特徴とする。
【００１３】
上記課題を解決するために請求項５に記載の本発明は、Ｖ字状の分岐部又はＸ字状の交差部を有する棒状の光導波路の分岐部の端面又は光導波路の入出射端面の少なくとも１つに光学素子を配設したことを特徴とする光デバイスを提供する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る分岐光導波路の製造方法及び光デバイスによれば、３次元分岐光導波路を簡易かつ一括で容易に製造が可能で、しかもローコスト化を図ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る分岐光導波路の製造方法の第一の実施形態を示す工程図である。
【図２】図１に示す製造方法によって製造された分岐光導波路の一実施形態を示す斜視図である。
【図３】本発明に係る分岐光導波路の製造方法の第二の実施形態を示す工程図である。
【図４】本発明に係る分岐光導波路の第三の実施形態を示す製造方法の工程図である。
【図５】本発明に係る分岐光導波路の製造方法の第四の実施形態を示す工程図である。
【図６】図５に示す製造方法によって製造された分岐光導波路を示す斜視図である。
【図７】第五の実施形態を示す分岐光導波路の斜視図及び製造工程の一部を示す図である。
【図８】本発明に係る光デバイスの第一の実施形態を示す正面図である。
【図９】本発明に係る光デバイスの第二の実施形態を示す平面図である。
【図１０】実施例における分岐光導波路の断面の画像図である。
【図１１】分岐機能の有無を確認するために行ったＮＦＰ（Near Field Pattern：近視野強度分布）の観測結果を示す画像図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
［分岐光導波路の製造方法］
１．第一の実施形態
以下、本発明に係る分岐光導波路の製造方法及び光デバイスについて、好ましい一実施形態に基づいて詳細に説明する。まず、本発明に係る分岐光導波路の製造方法の第一の実施形態について説明する。図１は本発明に係る分岐光導波路の製造方法の第一の実施形態を示す工程図である。まず、製造に先立って紫外線（ＵＶ）を発生する光源（図示せず）を用意する。光源は、紫外光の照射方向を個別に設定することができるように構成された紫外線を照射可能なＵＶランプからなる発光部を二つ備えたものや、紫外線の照射方向を自由に設定できるように構成された発光部を一つ備えたもの等を使用することが出来る。また、所定の形状（例えば、円形状等）の２つの開口部１３ａ，１３ｂを備えたフォトマスク１３を用意する。尚、開口部１３ａ，１３ｂの形状、大きさ、数、或いは開口部１３ａ，１３ｂ同士の距離を適宜変更することによって分岐の角度や光導波路の長さを調整することができる。
【００１７】
分岐光導波路１を製造するには、初めに、図１（ａ）に示すように、基台（例えば、スライドガラス）１１上に、適量の光硬化性樹脂１２を滴下等して所定の高さに配置する。基台１１は、剥離しやすい特性を有する材料を使用するか、或いは、硬化した光硬化性樹脂１２を剥がれやすくするための剥離剤を予め塗布しておくことが好ましい。次いで、所定の間隔を有して穿設された２つの開口部１３ａ，１３ｂを備えたフォトマスク１３を基台１１に配置した光硬化性樹脂１２と水平になるように光硬化性樹脂１２の上部に配置する。尚、図１に示すフォトマスク１３は２つの開口部１３ａ，１３ｂを備えているが、開口部を１つ備えたフォトマスク（後述する第二の実施形態）や、開口部を複数備えたフォトマスクを用いることによって、種々の分岐光導波路を形成することができる。フォトマスク１３の配置は、例えば図示しない治具等によって行うことができる。そして、フォトマスク１３を下降させることによって光硬化性樹脂１２の高さ（厚さ）における位置決めを行う。このフォトマスク１３の高さ位置は完成後の分岐光導波路１の光導波路１５ａ，１５ｂの長さに影響する。本実施形態では高さは約５００μｍである。
【００１８】
次に、製作しようとする分岐光導波路１の光導波路１５ａ，１５ｂの開脚角度がθとなる位置に図示しない二つの発光部を図１（ｂ）に示すようにフォトマスク１３の２つの開口部１３ａ，１３ｂに対する紫外光１４の照射方向の位置合わせを行う。そして、開脚角度θとなる位置で光硬化性樹脂１２に対して紫外線を所定時間照射する。紫外光１４の照射によって紫外光１４が通過した部分の光硬化性樹脂１２が硬化し、光導波路１５ａ，１５ｂ及び分岐部１５ｃが形成される。そして、形成された光導波路１５ａ，１５ｂ及び分岐部１５ｃ以外の未硬化の光硬化性樹脂部分を溶剤によって除去し、これによって残された部分を基台１１から取り出せば、図１（ｃ）及び図２に示す分岐光導波路１が完成する。尚、上記の実施形態ではフォトマスク１３の２つの開口部１３ａ，１３ｂに対して同時に二方向から紫外光１４の照射を行っているが、発光部を一つ備えた光源を使用する場合にはフォトマスク１３の２つの開口部１３ａ，１３ｂに対して一方向ごとに紫外光１４の照射を２回に分けて行うようにしてもよい。
【００１９】
上記した第一の実施形態の製造方法によって製作された分岐光導波路１を図２に示す。図示された分岐光導波路１は、棒状の透光性を有する光導波路１５ａ，１５ｂが開脚角度をθとして略Ｖ字形状に連結して形成されており、光導波路１５ａ，１５ｂの端部同士の結合部分が分岐部１５ｃとなっている。そして、分岐部１５ｃ及び分岐部１５ｃとは反対側の光導波路１５ａ，１５ｂの端部の三箇所が光の入出射口１ａ，１ｂ，１ｃ（例えば、直径５０μｍ）となっている。分岐光導波路１は、例えば、透光性アクリル樹脂等からなる光硬化性樹脂１２によって形成され、本実施形態では紫外線硬化型を用いている。もちろん、光硬化樹脂１２はこれに限定されるものではなく、可視光硬化型の樹脂であってもよい。尚、本実施形態の光導波路１５ａ，１５ｂの傾斜角度は同じ角度で形成されているが、これに限らず、例えば片仮名の「レ」の字状のように光導波路１５ａ，１５ｂの傾斜角度を異ならせてもよい。
【００２０】
第一の実施形態における分岐光導波路の製造方法によれば、光硬化性樹脂１２にフォトマスク１３を介して紫外光１４を所定の方向から照射して略Ｖ字形の光導波路１５ａ，１５ｂ及び分岐部１５ｃを一括で容易に製造することができるという効果がある。また、当該製造方法によって製造され分岐光導波路はレンズや配線板を用いないために小型化及び軽量化が図れるという効果がある。
また、フォトマスク１３の開口部１３ａ，１３ｂを図１の左右方向及び／又は前後方向に所定間隔に複数を配置したフォトマスクを用いることによって、容易にアレイ化を図ることができるという効果がある。
【００２１】
２．第二の実施形態
次に、本発明に係る分岐光導波路の製造方法の第二の実施形態について説明する。図３は本発明に係る分岐光導波路の製造方法の第二の実施形態を示す工程図である。本実施形態は第一の実施形態のような２つの開口部１３ａ，１３ｂを備えたフォトマスク１３に代えて、一つの開口部１６ａを備えたフォトマスク１６を用いることにより光導波路１５ａ，１５ｂを第一の実施形態のものとは逆にした図３（ｃ）に示すような逆Ｖ字形に形成するものである。初めに、図３（ａ）に示すように、基台１１上に配置した光硬化性樹脂１２の上にフォトマスク１６を水平に位置決めした後、これを下降させて所定の高さに位置させる。尚、本実施形態のフォトマスク１６の開口部１６ａの径は６０μｍとされている。
【００２２】
次に、フォトマスク１６の１つの開口部１６ａに対する紫外光１４の照射方向が図２に示す分岐光導波路１によって形成される光導波路１５ａ，１５ｂの開脚角度がθとなるように図示しない二つの発光部を図３（ｂ）に示すように位置合わせし、その状態で光硬化性樹脂１２に対して紫外線を所定時間照射する。紫外光１４の照射によって光硬化性樹脂１２の一部が硬化し、光導波路１５ａ，１５ｂ及び分岐部１５ｃが形成される。次に、末硬化の部分を溶剤等によって除去すれば、図３（ｃ）に示す逆Ｖ字形の分岐光導波路１が完成する。第二の実施形態の製造方法によって製作された分岐光導波路１は上記した第一の実施形態の製造方法によって製作された図２に示す光導波路１と実質的に同一である。また、一つの発光部を備えた図示しない光源を使用する場合には一方向ごとに紫外光１４の照射を２回に分けて行えばよい。
【００２３】
第二の実施形態に係る分岐光導波路の製造方法によれば、第一の実施形態と同様に、光硬化性樹脂１２にフォトマスク１６を介して紫外光１４を所定の方向から照射して逆Ｖ字形の光導波路１５ａ，１５ｂ及び分岐部１５ｃを一括で容易に製造することができるという効果がある。また、当該製造方法によって製造され分岐光導波路はレンズや配線板を用いないために小型化及び軽量化が図れるという効果がある。
【００２４】
３．第三の実施形態
次に、本発明に係る分岐光導波路の製造方法の第三の実施形態について説明する。図４は本発明に係る分岐光導波路の第三の実施形態を示す製造方法の工程図である。本実施形態は、２つの開口部１３ａ，１３ｂを備えたフォトマスク１３に代えて１つの開口部１６を備えたフォトマスク１６を用いて第二の実施形態によって形成された逆Ｖ字形の分岐光導波路１を製造するものである。すなわち、フォトマスク１６の１つの開口部１６の上にプリズム（直角二等辺三角形プリズム等）１７を配置し、プリズム１７を介して紫外光１４を屈折させて光硬化性樹脂１２に照射するようにしたものである。以下、図を参照しつつ詳細に説明する。初めに、図４（ａ）に示すように、基台１１上に光硬化性樹脂１２を配置し、この光硬化性樹脂１２の上部に１つの開口部１６ａを備えたフォトマスク１６を水平に位置決めした後、これを下降させて所定の高さ位置に位置合わせする。次いで、フォトマスク１６の開口部１６ａ上にプリズム１７を配置する。本実施形態で使用したプリズムは直角二等辺三角形のものを用いており、直角二等辺三角形の底辺を下側にしてフォトマスク上に配置している。
【００２５】
次いで、プリズム１７の上方に図示しない光源を配置する。そして、紫外光１４はその照射方向がフォトマスクに１６に対して垂直となるようにしてプリズム１７に向かって照射する。このようにして紫外光１４をすると、図４（ｃ）に示すように、紫外光１４がプリズム１７の２つの斜辺（入射面）でそれぞれ屈折した後、開口部１６ａを介して光硬化性樹脂１２内に照射される。そして、紫外光１４の照射によって上記各実施形態と同様に光硬化性樹脂１２の一部が硬化し、光導波路１５ａ，１５ｂ及び分岐部１５ｃが形成される。直角二等辺三角形のプリズム１７を用いた場合には、フォトマスク１６の垂直方向に対して±１７°の角度、すなわち、開脚角度θが３４°の光導波路１５ａ，１５ｂを形成することができる。そして、末硬化の部分を溶剤等によって除去すれば、図４（ｄ）に示す分岐光導波路１が完成する。尚、プリズム１７は、直角二等辺三角形の他にも、正三角形形のプリズムを使用することも可能である。正三角形形のプリズムを使用した場合には、フォトマスク１６の垂直方向に対して±２５°の角度、すなわち、開脚角度θが５０°の光導波路１５ａ，１５ｂを形成することができる。
なお、この開脚角度θは、以下の式を用いて求めることができる。ここで、プリズム頂点角をθtとし、プリズム、フォトマスク、光硬化性樹脂の屈折率をｎとし同一とした。
【００２６】
【数１】
【００２７】
第三の実施形態によれば、プリズム１７を介して紫外光１４を光硬化性樹脂１２に照射するようにしたため、紫外光１４の照射角度の設定や調整を光源側で行う必要がなく、光導波路１５ａ，１５ｂ及び分岐部１５ｃを一括で容易に製造することができるという効果がある。さらに、プリズムの頂点角を任意の角度にすることで１５ａ，１５ｂの開脚角度θを容易に変えることができ、プリズムの形が左右非対称であるならば、１５ａ，１５ｂの角度も非対称に作製できる。また、当該製造方法によって製造され分岐光導波路はレンズや配線板を用いないために小型化及び軽量化が図れるという効果がある。
【００２８】
４．第四の実施形態
次に、本発明に係る分岐光導波路の製造方法の第四の実施形態について説明する。図５は本発明に係る分岐光導波路の第四の実施形態を示す製造方法の工程図である。第四の実施形態によって製作される分岐光導波路２は、図６に示すように、光導波路の数を上記第一〜第三の実施形態の２倍としたものである。すなわち、この分岐光導波路２は分岐部１５ｃから放射状に伸びる４つの光導波路１５ａ，１５ｂ，１５ｄ，１５ｅを有し、各光導波路１５ａ，１５ｂ，１５ｄ，１５ｅの相互間は水平方向に９０°毎に配置されている。以下、図５を参照しつつ、この分岐光導波路２の製造方法である本発明に係る分岐光導波路の製造方法の第四の実施形態について説明する。
【００２９】
第四の実施形態の製造工程は、図４（ａ）〜図４（ｃ）に示した第三の実施形態における工程までは同じであるので、これらの工程についての説明は省略し、それ以降の工程について説明する。図４（ｃ）に示す工程が終了し、図５（ａ）に示す状態にある直角二等辺三角形のプリズム１７を図示の回転方向に９０°回転させる。これにより、紫外光１４の照射方向を９０°変位させる。この場合、プリズム１７を固定したままで基台１１、光硬化性樹脂１２及びフォトマスク１６を回転させてもよい。そして、プリズム１７を回転させた状態、すなわち、紫外光１４の照射方向を９０°変位させた状態で紫外線１４の照射を行う。すると、図５（ｂ）に示すように、４方向に光導波路１５ａ，１５ｂ，１５ｄ，１５ｅが形成される。その後、末硬化の部分を溶剤等によって除去すれば、図６に示すような４分岐の分岐光導波路２が完成する。
【００３０】
尚、プリズム１７の回転角度を４５°毎や、３０°毎等のように小さくすれば、さらに光導波路の数を増やすことができる。また、プリズム１７の回転角度を１２０°毎とし、プリズム１７斜面の片側のみに光を照射していけば、３本の光導波路を形成することができる。
【００３１】
第四の実施形態によれば、光硬化性樹脂１２に対してプリズム１７を所定角度ごとに回転させて露光を複数回実施することにより、多チャンネルの光導波路を容易に製造することができるという効果がある。また、当該製造方法によって製造され分岐光導波路はレンズや配線板を用いないために小型化及び軽量化が図れるという効果がある。
【００３２】
５．第五の実施形態
次に、本発明に係る分岐光導波路の製造方法の第五の実施形態について説明する。図７は本発明に係る分岐光導波路の第五の実施形態を示す製造工程の一部を示す図である。本実施形態は、図７（ａ）に示すように、２つの開口部１８ａ，１８ｂを備えたフォトマスク１８及び２つのプリズム１９Ａ，１９Ｂを用いて光導波路１５ａ，１５ｂがロッドの途中でＸ字状に交わるような分岐光導波路３を製造するものである。
【００３３】
分岐光導波路３の製造方法について説明すると、まず、図７（ｂ）に示すように、フォトマスク１８に穿設された２つの開口部１８ａ，１８ｂ上に２つのプリズム１９Ａ，１９Ｂをそれぞれ配設する。分岐光導波路３の製造に用いられるプリズム１９Ａ，１９Ｂは、それぞれ直角二等辺三角形のプリズムであり、等しい長さの二辺のうちの一辺を下側にすると共に、他方の辺が背中合わせになるようにしてプリズム１９Ａ，１９Ｂを開口部１８ａ，１８ｂ上にそれぞれ配置する。ここで、フォトマスク１８と基板１１の間の高さ及び開口部１８ａ，１８ｂの間の距離を適宜調整することで開口部１８ａ，１８ｂを介して照射された紫外光１４が基板１１に至る手前で互いに交差させるようにすることができる。そして、この状態で紫外光１４を図７（ｃ）に示すようにプリズム１９Ａ，１９Ｂのそれぞれに向けて所定時間照射することにより紫外光１４が通過した光硬化性樹脂１２の一部が硬化し、Ｘ字状に交差した光導波路１５ａ，１５ｂが形成される。最後に末硬化の部分を溶剤等によって除去すれば、図７（ａ）に示す分岐光導波路３が完成する。尚、本実施形態では２つのプリズム１９Ａ，１９Ｂを用いて光導波路１５ａ，１５ｂを形成したが、１つの直角二等辺三角形のプリズムを用いることも可能である。この場合には底辺を下側にすると共に底辺によって２つの開口部１８ａ，１８ｂを塞ぐようにして配置すればよい。尚、第一の実施形態において、紫外光１４の照射方向をそのままとし、フォトマスク１３と基台１１との距離を長くすることによっても光導波路１５ａ，１５ｂがロッドの途中でＸ字状に交わるような分岐光導波路３製作することができる。
【００３４】
第五の実施形態によれば、２つのプリズム１９Ａ，１９Ｂを介して光硬化性樹脂１２を露光することにより、Ｘ字状の分岐光導波路を一括で容易に製造することができるという効果がある。また、当該製造方法によって製造され分岐光導波路はレンズや配線板を用いないために小型化及び軽量化が図れるという効果がある。
【００３５】
［光デバイス］
次に、本発明に係る光デバイスについて説明する。本発明に係る光デバイスは上記した分岐光導波路の製造方法によって製造された分岐光導波路を備えて形成されている。
【００３６】
１．第一の実施形態
図８は本発明に係る光デバイスの第一の実施形態を示す正面図である。この光デバイス４は、図２に示す分岐光導波路１の分岐部である入出射口１ａに回折パターンＰをプリントして構成したものである。すなわち、光デバイス４において、光デバイス４の入出射口１ａから波長λ１＋λ２の光を入射すると、波長λ１＋λ２の光は入出射口１ａの回折パターンＰによって波長λ１＋λ２が所定の角度にそれぞれ分けられる。具体的には、波長λ１の光は回折パターンＰを透過して光導波路１５ａへ入射されて入出射口１ｂから出射される。一方、波長λ２の光は回折パターンＰを透過して光導波路１５ｂへ入射されて入出射口１ｃから出射される。このように、光デバイス４は、波長選択フィルタとしての機能が付加されたものである。
【００３７】
光デバイス４は、例えば、本発明に係る分岐光導波路の製造方法の第一の実施形態において、基板１１の上に回折パターンＰを有する図示しない回折格子を配置した状態で、一連の製造工程を実施することによって製造することができる。このように、Ｖ字形をした分岐光導波路１の分岐部１５ｃである入出射口１ａの端面に回折パターンＰをプリントするだけで光導波路１５ａ，１５ｂのから異なる波長の光を選択的に分岐する波長選択フィルタ機能を有する光デバイスを簡単に製造することができる。
【００３８】
さらに、入出射口１ａや光導波路１５ａ，１５ｂの端面に図示しない面発光レーザ（ＶＣＳＬ）、フォトダイオード（ＰＤ）等の光学素子が配設された光デバイス（図示せず）を製造することもできる。例えば、上記第一〜第五の実施形態において、基台１１と光硬化性樹脂１２との間に図示しない面発光レーザ（ＶＣＳＬ）、フォトダイオード（ＰＤ）等の光学素子を配設し、紫外光１４をフォトマスク１３（又はフォトマスク１６，１８）に照射すれることにより、フォトマスク１３を透過した紫外光１４によって光硬化性樹脂１２を硬化させて分岐光導波路１，２，３を形成する。このようにすれば、ＶＣＳＬやＰＤ等の光学素子に対する光結合が高精度になされるので、光結合効率が大幅に向上したＶＣＳＬ、ＰＤ等の光学素子を備えた光デバイスを提供することができるという効果がある。尚、光学素子は、分岐光導波路１〜３の分岐部１ａ，２ａの端面又は光導波路１５ａ，１５ｂ，１５ｄ，１５ｅの入出射口２０ｂ〜２０ｅの少なくとも１つに配設することができる。もちろん、上記第一〜第五の実施形態の製造方法によって製作された分岐光導波路１〜３の
に後から光学素子を配置することも可能である。
【００３９】
２．第二の実施形態
次に、図９は本発明に係る光デバイスの第二の実施形態を示す平面図である。本実施形態における光デバイス５は、互いに平行に配置されたコア３１ａ，３１ｂの周囲にクラッド３２を配置した光配線板３０のコア３１ａの端面に本発明に係る分岐光導波路の製造方法の第一又は第二の実施形態によって製造された分岐光導波路１の光導波路１５ａの先端を接続し、コア３１ｂの端面に分岐光導波路１の光導波路１５ｂの先端を接続すると共に、分岐光導波路１の入出射口１ａに反射ミラーの加工を配置することにより、光配線板３０の一方側のコア３１ａ（又はコア３１ｂ）から入射された光を反射ミラーによって全反射させて他方側のコア３１ｂ（又はコア３１ａ）へ入射させる異層間接続を可能としたものである。
【００４０】
光デバイス５は、分岐光導波路１の入出射口１ａに反射ミラーの加工が施された分岐光導波路１の光導波路１５ａ，１５ｂと光配線板３０の２つのコア３１ａ，３１ｂとをそれぞれ接続したものであるが、反射ミラーの加工が施された分岐光導波路１の代わりに、入出射口１ａに回折パターンＰをプリントして構成した上記図８に示す第一の実施形態に係る光デバイス４を接続することもできる。この場合には、入出射口１ａから入射された波長λ１＋λ２の光は入出射口１ａの回折パターンＰによって分けられて波長λ１の光をコア３１ａに入射させ、波長λ２の光はコア３１ｂに入射させることができる。また、同様にして、図６に示す分岐光導波路２の光導波路１５ａ，１５ｂ，１５ｄ，１５ｅの各出射口２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄに対応する４つの光導波路を備えた図示しない光配線板と接続した光デバイスを形成することもできる。
【実施例】
【００４１】
本発明者らは図４に示す本発明に係る分岐光導波路の第三の実施形態に基づいて分岐光導波路１を試作した。実際に試作した分岐光導波路の断面の画像図を図１０に示す。製造に際しては、基台１１上に順に光硬化性樹脂１２、開口径が６０μｍのフォトマスク１６、頂点角１５０°の二等辺三角形のプリズム１７を順次配置し、中心波長３６５ｎｍの紫外光１４をフォトマスク１６の開口１６ａ内を通過するようにプリズム１７に向けて照射した。このようにして得られた分岐光導波路１は、その高さが５１９μｍ、２つの光導波路の開脚角度は９．５°であった。
【００４２】
次に、上記のようにして試作した分岐光導波路１について、分岐機能を有しているか否かを確認するためにＮＦＰ（Near Field Pattern：近視野強度分布）の観測を行った。具体的には、波長８５０ｎｍのレーザ光をＧＩ−ＭＭＦ（グレーデッドインデックス型マルチモードファイバ）［５０／１２５μｍ］を介して分岐光導波路１の入出射口１ａに入射させ、二つに分岐された入出射口１ｂ，１ｃからの各出射光をＮＦＰ観測装置で観測した。図１１はＮＦＰの観測結果を示す画像図である。その結果、顕微鏡で確認した図１０に示す光導波路の断面形状と同様の光強度分布イメージを観測することができた。以上の結果から明らかなように、試作した分岐光導波路１は入射光が二つに分岐していることが分かる。
【００４３】
以上のように、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能であることはいうまでもない。
例えば、光硬化性樹脂１は紫外光硬化タイプに代えて、グリーンレーザ照射によって硬化する色素混合樹脂であってもよい。
【符号の説明】
【００４４】
１ 分岐光導波路
１ａ，１ｂ，１ｃ 入出射口
２，３ 分岐光導波路
４，５ 光デバイス
１１ 基台
１２ 光硬化性樹脂
１３ フォトマスク
１３ａ，１３ｂ 開口
１４ 紫外光
１５ａ，１５ｂ，１５ｄ，１５ｅ 光導波路
１５ｃ 分岐部
１６，１８ フォトマスク
１６ａ 開口部
１７，１９Ａ，１９Ｂ プリズム
１８ａ，１８ｂ 開口部
２０ 回折格子
３０ 光配線板
３１ａ，３１ｂ コア
３２ クラッド
θ 開脚角度
Ｐ 回折パターン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分岐光導波路の製造方法及び光デバイスに関し、さらに詳しくは、３次元分岐光導波路を簡易かつ一括で容易に製造が可能で、しかもローコスト化を図ることができる分岐光導波路の製造方法及び光デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信においては光分岐器や光結合器等の光デバイスを用いて光の分岐や合波（結合）が行われている。その一例が特許文献１に示されている。この分岐光導波路は、露光用マスクを使用して露光を行ってレジストのパターンを形成し、このレジストのパターンをマスクにして高分子樹脂材料製の層に対してエッチングを行ってコアを形成し、Ｙ字形の分岐光導波路を製造する。その際に用いられる露光用マスクは、第１の分岐マスク部の縁部と第２の分岐マスク部の縁部との問とが、直線状の縁部で台形状に繋いだ形状になっている。
【０００３】
また、調芯を行わずに光導波路を光学素子等に接続可能な自己形成光導波路が注目されている。それを応用して、光硬化性樹脂硬化物から成るコアが分岐された形状の光導波路も開示されている（特許文献２参照）。この光導波路は、直線部と、該直線部の端部に連接する分岐部と、この分岐部から分岐された２本（２以上も可）の分岐とから構成されている。
【０００４】
さらに、特許文献３には第１〜第３の光入出力端とそれらを分岐コアで接続した光導波路が開示されている。分岐コアは、第１及び第２の光入出力端を繋ぐ円柱状の幹部のコアと、この幹部のコアよりも径が細く、幹部のコアの屈折率よりも小さい屈折率を有し、且つ第１及び第３の光入出力端を繋ぐ円柱状の枝部のコアとから成る。なお、幹部のコアと枝部のコアは光硬化性樹脂の硬化物から成る。
【０００５】
また、自己形成光導波路技術とフォトマスクを用いた光デバイスの製造法が開示されている。例えば、基板上に実装された光学素子と、この光学素子に対して４５°に傾けたフォトマスクとの間に光硬化性樹脂を充填し、光学素子に向けてフォトマスクに光を照射して光の通過部分を硬化させることによって自己形成光導波路を形成した後、未硬化の部分を除去する方法が知られている（特許文献４参照）。更に、ＶＣＳＥＬ（面発光レーザ）上に光硬化性樹脂を塗布し、その上にフォトマスクを配置し、光学素子に向けて光を照射する際、コア部となる部位にはより多くのエネルギを与え、コア部以外の部分には少ないエネルギを与えることで屈折率に相違を生じさせ、それによってコア部及びクラッド部を形成し、また光硬化性樹脂の未硬化の部分を除去せずに済むようにした製造方法も知られている（特許文献５参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１５７０９１号公報
【特許文献２】特開２００７−７２１２９号公報
【特許文献３】特開２０１０−３２５８４号公報
【特許文献４】特開２００７−７１９５１号公報
【特許文献５】特開２００９−１５２１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の光導波路は、フォトリソグラフィー技術を用いて導波路を形成しているが、フォトリソグラフィー技術は三次元導波路を作製するには適さないという問題がある。
また、特許文献２の光導波路は、シングルモードファイバに限定されると共に、アレイ化を図ることは困難であるという問題がある。
さらに、特許文献３の光導波路は、この光導波路を発光素子及び受光素子と組み合わせて光送受信装置を構成する場合、製造が複雑になり、且つ、部品数が多いために量産化及び低コスト化が難しいという問題がある。
また、特許文献４，５の自己形成光導波路によれば、光学素子等との結合を主にしているため、それ自身では光分岐（光合成）を行えないという問題がある。
【０００８】
そこで、本発明は、かかる問題点に鑑みなされたもので、マスク転写によって３次元分岐光導波路を簡易かつ一括で容易に製造でき、またローコスト化を図ることができる分岐光導波路の製造方法及び光デバイスを提供することを目的とする。
また、アレイ化が容易な分岐光導波路の製造方法及び光デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために請求項１に記載の発明は、光を分岐又は合波する分岐部を備えた分岐光導波路の製造方法において、基台上に光硬化性樹脂を配置するステップと、光硬化性樹脂の上に一又は複数の開口部が形成されたフォトマスクを配置するステップと、フォトマスクの開口部を介して光硬化性樹脂を硬化させるための光を異なる方向から光硬化樹脂に照射して光路上の光硬化樹脂を硬化させることにより分岐部又は交差部を有する光導波路を形成するステップとを含み構成されてなる分岐光導波路の製造方法を提供する。
【００１０】
上記課題を解決するために請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の分岐光導波路の製造方法において、フォトマスクの上部にプリズムを配置し、光硬化性樹脂を硬化させるための光をプリズムを介してフォトマスクの開口部から異なる方向に照射することを特徴とする。
【００１１】
上記課題を解決するために請求項３に記載の本発明は、請求項２に記載の分岐光導波路の製造方法において、プリズムを所定の角度ごとに回転させ、その都度光硬化性樹脂を硬化させるための光を所定の角度で照射するか、もしくは分岐数に応じた斜面を有するプリズムにより一括照射することにより分岐部を備えた複数の光導波路を形成することを特徴とする。
【００１２】
上記課題を解決するために請求項４に記載の本発明は、請求項２に記載の分岐光導波路の製造方法において、光硬化性樹脂を硬化させるための光が光硬化性樹脂内で交差するようにプリズムを介して照射することによりＸ字形に交差した光導波路を形成することを特徴とする。
【００１３】
上記課題を解決するために請求項５に記載の本発明は、Ｖ字状の分岐部又はＸ字状の交差部を有する棒状の光導波路の分岐部の端面又は光導波路の入出射端面の少なくとも１つに光学素子を配設したことを特徴とする光デバイスを提供する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る分岐光導波路の製造方法及び光デバイスによれば、３次元分岐光導波路を簡易かつ一括で容易に製造が可能で、しかもローコスト化を図ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る分岐光導波路の製造方法の第一の実施形態を示す工程図である。
【図２】図１に示す製造方法によって製造された分岐光導波路の一実施形態を示す斜視図である。
【図３】本発明に係る分岐光導波路の製造方法の第二の実施形態を示す工程図である。
【図４】本発明に係る分岐光導波路の第三の実施形態を示す製造方法の工程図である。
【図５】本発明に係る分岐光導波路の製造方法の第四の実施形態を示す工程図である。
【図６】図５に示す製造方法によって製造された分岐光導波路を示す斜視図である。
【図７】第五の実施形態を示す分岐光導波路の斜視図及び製造工程の一部を示す図である。
【図８】本発明に係る光デバイスの第一の実施形態を示す正面図である。
【図９】本発明に係る光デバイスの第二の実施形態を示す平面図である。
【図１０】実施例における分岐光導波路の断面の画像図である。
【図１１】分岐機能の有無を確認するために行ったＮＦＰ（Near Field Pattern：近視野強度分布）の観測結果を示す画像図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
［分岐光導波路の製造方法］
１．第一の実施形態
以下、本発明に係る分岐光導波路の製造方法及び光デバイスについて、好ましい一実施形態に基づいて詳細に説明する。まず、本発明に係る分岐光導波路の製造方法の第一の実施形態について説明する。図１は本発明に係る分岐光導波路の製造方法の第一の実施形態を示す工程図である。まず、製造に先立って紫外線（ＵＶ）を発生する光源（図示せず）を用意する。光源は、紫外光の照射方向を個別に設定することができるように構成された紫外線を照射可能なＵＶランプからなる発光部を二つ備えたものや、紫外線の照射方向を自由に設定できるように構成された発光部を一つ備えたもの等を使用することが出来る。また、所定の形状（例えば、円形状等）の２つの開口部１３ａ，１３ｂを備えたフォトマスク１３を用意する。尚、開口部１３ａ，１３ｂの形状、大きさ、数、或いは開口部１３ａ，１３ｂ同士の距離を適宜変更することによって分岐の角度や光導波路の長さを調整することができる。
【００１７】
分岐光導波路１を製造するには、初めに、図１（ａ）に示すように、基台（例えば、スライドガラス）１１上に、適量の光硬化性樹脂１２を滴下等して所定の高さに配置する。基台１１は、剥離しやすい特性を有する材料を使用するか、或いは、硬化した光硬化性樹脂１２を剥がれやすくするための剥離剤を予め塗布しておくことが好ましい。次いで、所定の間隔を有して穿設された２つの開口部１３ａ，１３ｂを備えたフォトマスク１３を基台１１に配置した光硬化性樹脂１２と水平になるように光硬化性樹脂１２の上部に配置する。尚、図１に示すフォトマスク１３は２つの開口部１３ａ，１３ｂを備えているが、開口部を１つ備えたフォトマスク（後述する第二の実施形態）や、開口部を複数備えたフォトマスクを用いることによって、種々の分岐光導波路を形成することができる。フォトマスク１３の配置は、例えば図示しない治具等によって行うことができる。そして、フォトマスク１３を下降させることによって光硬化性樹脂１２の高さ（厚さ）における位置決めを行う。このフォトマスク１３の高さ位置は完成後の分岐光導波路１の光導波路１５ａ，１５ｂの長さに影響する。本実施形態では高さは約５００μｍである。
【００１８】
次に、製作しようとする分岐光導波路１の光導波路１５ａ，１５ｂの開脚角度がθとなる位置に図示しない二つの発光部を図１（ｂ）に示すようにフォトマスク１３の２つの開口部１３ａ，１３ｂに対する紫外光１４の照射方向の位置合わせを行う。そして、開脚角度θとなる位置で光硬化性樹脂１２に対して紫外線を所定時間照射する。紫外光１４の照射によって紫外光１４が通過した部分の光硬化性樹脂１２が硬化し、光導波路１５ａ，１５ｂ及び分岐部１５ｃが形成される。そして、形成された光導波路１５ａ，１５ｂ及び分岐部１５ｃ以外の未硬化の光硬化性樹脂部分を溶剤によって除去し、これによって残された部分を基台１１から取り出せば、図１（ｃ）及び図２に示す分岐光導波路１が完成する。尚、上記の実施形態ではフォトマスク１３の２つの開口部１３ａ，１３ｂに対して同時に二方向から紫外光１４の照射を行っているが、発光部を一つ備えた光源を使用する場合にはフォトマスク１３の２つの開口部１３ａ，１３ｂに対して一方向ごとに紫外光１４の照射を２回に分けて行うようにしてもよい。
【００１９】
上記した第一の実施形態の製造方法によって製作された分岐光導波路１を図２に示す。図示された分岐光導波路１は、棒状の透光性を有する光導波路１５ａ，１５ｂが開脚角度をθとして略Ｖ字形状に連結して形成されており、光導波路１５ａ，１５ｂの端部同士の結合部分が分岐部１５ｃとなっている。そして、分岐部１５ｃ及び分岐部１５ｃとは反対側の光導波路１５ａ，１５ｂの端部の三箇所が光の入出射口１ａ，１ｂ，１ｃ（例えば、直径５０μｍ）となっている。分岐光導波路１は、例えば、透光性アクリル樹脂等からなる光硬化性樹脂１２によって形成され、本実施形態では紫外線硬化型を用いている。もちろん、光硬化樹脂１２はこれに限定されるものではなく、可視光硬化型の樹脂であってもよい。尚、本実施形態の光導波路１５ａ，１５ｂの傾斜角度は同じ角度で形成されているが、これに限らず、例えば片仮名の「レ」の字状のように光導波路１５ａ，１５ｂの傾斜角度を異ならせてもよい。
【００２０】
第一の実施形態における分岐光導波路の製造方法によれば、光硬化性樹脂１２にフォトマスク１３を介して紫外光１４を所定の方向から照射して略Ｖ字形の光導波路１５ａ，１５ｂ及び分岐部１５ｃを一括で容易に製造することができるという効果がある。また、当該製造方法によって製造され分岐光導波路はレンズや配線板を用いないために小型化及び軽量化が図れるという効果がある。
また、フォトマスク１３の開口部１３ａ，１３ｂを図１の左右方向及び／又は前後方向に所定間隔に複数を配置したフォトマスクを用いることによって、容易にアレイ化を図ることができるという効果がある。
【００２１】
２．第二の実施形態
次に、本発明に係る分岐光導波路の製造方法の第二の実施形態について説明する。図３は本発明に係る分岐光導波路の製造方法の第二の実施形態を示す工程図である。本実施形態は第一の実施形態のような２つの開口部１３ａ，１３ｂを備えたフォトマスク１３に代えて、一つの開口部１６ａを備えたフォトマスク１６を用いることにより光導波路１５ａ，１５ｂを第一の実施形態のものとは逆にした図３（ｃ）に示すような逆Ｖ字形に形成するものである。初めに、図３（ａ）に示すように、基台１１上に配置した光硬化性樹脂１２の上にフォトマスク１６を水平に位置決めした後、これを下降させて所定の高さに位置させる。尚、本実施形態のフォトマスク１６の開口部１６ａの径は６０μｍとされている。
【００２２】
次に、フォトマスク１６の１つの開口部１６ａに対する紫外光１４の照射方向が図２に示す分岐光導波路１によって形成される光導波路１５ａ，１５ｂの開脚角度がθとなるように図示しない二つの発光部を図３（ｂ）に示すように位置合わせし、その状態で光硬化性樹脂１２に対して紫外線を所定時間照射する。紫外光１４の照射によって光硬化性樹脂１２の一部が硬化し、光導波路１５ａ，１５ｂ及び分岐部１５ｃが形成される。次に、末硬化の部分を溶剤等によって除去すれば、図３（ｃ）に示す逆Ｖ字形の分岐光導波路１が完成する。第二の実施形態の製造方法によって製作された分岐光導波路１は上記した第一の実施形態の製造方法によって製作された図２に示す光導波路１と実質的に同一である。また、一つの発光部を備えた図示しない光源を使用する場合には一方向ごとに紫外光１４の照射を２回に分けて行えばよい。
【００２３】
第二の実施形態に係る分岐光導波路の製造方法によれば、第一の実施形態と同様に、光硬化性樹脂１２にフォトマスク１６を介して紫外光１４を所定の方向から照射して逆Ｖ字形の光導波路１５ａ，１５ｂ及び分岐部１５ｃを一括で容易に製造することができるという効果がある。また、当該製造方法によって製造され分岐光導波路はレンズや配線板を用いないために小型化及び軽量化が図れるという効果がある。
【００２４】
３．第三の実施形態
次に、本発明に係る分岐光導波路の製造方法の第三の実施形態について説明する。図４は本発明に係る分岐光導波路の第三の実施形態を示す製造方法の工程図である。本実施形態は、２つの開口部１３ａ，１３ｂを備えたフォトマスク１３に代えて１つの開口部１６を備えたフォトマスク１６を用いて第二の実施形態によって形成された逆Ｖ字形の分岐光導波路１を製造するものである。すなわち、フォトマスク１６の１つの開口部１６の上にプリズム（直角二等辺三角形プリズム等）１７を配置し、プリズム１７を介して紫外光１４を屈折させて光硬化性樹脂１２に照射するようにしたものである。以下、図を参照しつつ詳細に説明する。初めに、図４（ａ）に示すように、基台１１上に光硬化性樹脂１２を配置し、この光硬化性樹脂１２の上部に１つの開口部１６ａを備えたフォトマスク１６を水平に位置決めした後、これを下降させて所定の高さ位置に位置合わせする。次いで、フォトマスク１６の開口部１６ａ上にプリズム１７を配置する。本実施形態で使用したプリズムは直角二等辺三角形のものを用いており、直角二等辺三角形の底辺を下側にしてフォトマスク上に配置している。
【００２５】
次いで、プリズム１７の上方に図示しない光源を配置する。そして、紫外光１４はその照射方向がフォトマスクに１６に対して垂直となるようにしてプリズム１７に向かって照射する。このようにして紫外光１４をすると、図４（ｃ）に示すように、紫外光１４がプリズム１７の２つの斜辺（入射面）でそれぞれ屈折した後、開口部１６ａを介して光硬化性樹脂１２内に照射される。そして、紫外光１４の照射によって上記各実施形態と同様に光硬化性樹脂１２の一部が硬化し、光導波路１５ａ，１５ｂ及び分岐部１５ｃが形成される。直角二等辺三角形のプリズム１７を用いた場合には、フォトマスク１６の垂直方向に対して±１７°の角度、すなわち、開脚角度θが３４°の光導波路１５ａ，１５ｂを形成することができる。そして、末硬化の部分を溶剤等によって除去すれば、図４（ｄ）に示す分岐光導波路１が完成する。尚、プリズム１７は、直角二等辺三角形の他にも、正三角形形のプリズムを使用することも可能である。正三角形形のプリズムを使用した場合には、フォトマスク１６の垂直方向に対して±２５°の角度、すなわち、開脚角度θが５０°の光導波路１５ａ，１５ｂを形成することができる。
なお、この開脚角度θは、以下の式を用いて求めることができる。ここで、プリズム頂点角をθtとし、プリズム、フォトマスク、光硬化性樹脂の屈折率をｎとし同一とした。
【００２６】
【数１】
【００２７】
第三の実施形態によれば、プリズム１７を介して紫外光１４を光硬化性樹脂１２に照射するようにしたため、紫外光１４の照射角度の設定や調整を光源側で行う必要がなく、光導波路１５ａ，１５ｂ及び分岐部１５ｃを一括で容易に製造することができるという効果がある。さらに、プリズムの頂点角を任意の角度にすることで１５ａ，１５ｂの開脚角度θを容易に変えることができ、プリズムの形が左右非対称であるならば、１５ａ，１５ｂの角度も非対称に作製できる。また、当該製造方法によって製造され分岐光導波路はレンズや配線板を用いないために小型化及び軽量化が図れるという効果がある。
【００２８】
４．第四の実施形態
次に、本発明に係る分岐光導波路の製造方法の第四の実施形態について説明する。図５は本発明に係る分岐光導波路の第四の実施形態を示す製造方法の工程図である。第四の実施形態によって製作される分岐光導波路２は、図６に示すように、光導波路の数を上記第一〜第三の実施形態の２倍としたものである。すなわち、この分岐光導波路２は分岐部１５ｃから放射状に伸びる４つの光導波路１５ａ，１５ｂ，１５ｄ，１５ｅを有し、各光導波路１５ａ，１５ｂ，１５ｄ，１５ｅの相互間は水平方向に９０°毎に配置されている。以下、図５を参照しつつ、この分岐光導波路２の製造方法である本発明に係る分岐光導波路の製造方法の第四の実施形態について説明する。
【００２９】
第四の実施形態の製造工程は、図４（ａ）〜図４（ｃ）に示した第三の実施形態における工程までは同じであるので、これらの工程についての説明は省略し、それ以降の工程について説明する。図４（ｃ）に示す工程が終了し、図５（ａ）に示す状態にある直角二等辺三角形のプリズム１７を図示の回転方向に９０°回転させる。これにより、紫外光１４の照射方向を９０°変位させる。この場合、プリズム１７を固定したままで基台１１、光硬化性樹脂１２及びフォトマスク１６を回転させてもよい。そして、プリズム１７を回転させた状態、すなわち、紫外光１４の照射方向を９０°変位させた状態で紫外線１４の照射を行う。すると、図５（ｂ）に示すように、４方向に光導波路１５ａ，１５ｂ，１５ｄ，１５ｅが形成される。その後、末硬化の部分を溶剤等によって除去すれば、図６に示すような４分岐の分岐光導波路２が完成する。
【００３０】
尚、プリズム１７の回転角度を４５°毎や、３０°毎等のように小さくすれば、さらに光導波路の数を増やすことができる。また、プリズム１７の回転角度を１２０°毎とし、プリズム１７斜面の片側のみに光を照射していけば、３本の光導波路を形成することができる。
【００３１】
第四の実施形態によれば、光硬化性樹脂１２に対してプリズム１７を所定角度ごとに回転させて露光を複数回実施することにより、多チャンネルの光導波路を容易に製造することができるという効果がある。また、当該製造方法によって製造され分岐光導波路はレンズや配線板を用いないために小型化及び軽量化が図れるという効果がある。
【００３２】
５．第五の実施形態
次に、本発明に係る分岐光導波路の製造方法の第五の実施形態について説明する。図７は本発明に係る分岐光導波路の第五の実施形態を示す製造工程の一部を示す図である。本実施形態は、図７（ａ）に示すように、２つの開口部１８ａ，１８ｂを備えたフォトマスク１８及び２つのプリズム１９Ａ，１９Ｂを用いて光導波路１５ａ，１５ｂがロッドの途中でＸ字状に交わるような分岐光導波路３を製造するものである。
【００３３】
分岐光導波路３の製造方法について説明すると、まず、図７（ｂ）に示すように、フォトマスク１８に穿設された２つの開口部１８ａ，１８ｂ上に２つのプリズム１９Ａ，１９Ｂをそれぞれ配設する。分岐光導波路３の製造に用いられるプリズム１９Ａ，１９Ｂは、それぞれ直角二等辺三角形のプリズムであり、等しい長さの二辺のうちの一辺を下側にすると共に、他方の辺が背中合わせになるようにしてプリズム１９Ａ，１９Ｂを開口部１８ａ，１８ｂ上にそれぞれ配置する。ここで、フォトマスク１８と基板１１の間の高さ及び開口部１８ａ，１８ｂの間の距離を適宜調整することで開口部１８ａ，１８ｂを介して照射された紫外光１４が基板１１に至る手前で互いに交差させるようにすることができる。そして、この状態で紫外光１４を図７（ｃ）に示すようにプリズム１９Ａ，１９Ｂのそれぞれに向けて所定時間照射することにより紫外光１４が通過した光硬化性樹脂１２の一部が硬化し、Ｘ字状に交差した光導波路１５ａ，１５ｂが形成される。最後に末硬化の部分を溶剤等によって除去すれば、図７（ａ）に示す分岐光導波路３が完成する。尚、本実施形態では２つのプリズム１９Ａ，１９Ｂを用いて光導波路１５ａ，１５ｂを形成したが、１つの直角二等辺三角形のプリズムを用いることも可能である。この場合には底辺を下側にすると共に底辺によって２つの開口部１８ａ，１８ｂを塞ぐようにして配置すればよい。尚、第一の実施形態において、紫外光１４の照射方向をそのままとし、フォトマスク１３と基台１１との距離を長くすることによっても光導波路１５ａ，１５ｂがロッドの途中でＸ字状に交わるような分岐光導波路３製作することができる。
【００３４】
第五の実施形態によれば、２つのプリズム１９Ａ，１９Ｂを介して光硬化性樹脂１２を露光することにより、Ｘ字状の分岐光導波路を一括で容易に製造することができるという効果がある。また、当該製造方法によって製造され分岐光導波路はレンズや配線板を用いないために小型化及び軽量化が図れるという効果がある。
【００３５】
［光デバイス］
次に、本発明に係る光デバイスについて説明する。本発明に係る光デバイスは上記した分岐光導波路の製造方法によって製造された分岐光導波路を備えて形成されている。
【００３６】
１．第一の実施形態
図８は本発明に係る光デバイスの第一の実施形態を示す正面図である。この光デバイス４は、図２に示す分岐光導波路１の分岐部である入出射口１ａに回折パターンＰをプリントして構成したものである。すなわち、光デバイス４において、光デバイス４の入出射口１ａから波長λ１＋λ２の光を入射すると、波長λ１＋λ２の光は入出射口１ａの回折パターンＰによって波長λ１＋λ２が所定の角度にそれぞれ分けられる。具体的には、波長λ１の光は回折パターンＰを透過して光導波路１５ａへ入射されて入出射口１ｂから出射される。一方、波長λ２の光は回折パターンＰを透過して光導波路１５ｂへ入射されて入出射口１ｃから出射される。このように、光デバイス４は、波長選択フィルタとしての機能が付加されたものである。
【００３７】
光デバイス４は、例えば、本発明に係る分岐光導波路の製造方法の第一の実施形態において、基板１１の上に回折パターンＰを有する図示しない回折格子を配置した状態で、一連の製造工程を実施することによって製造することができる。このように、Ｖ字形をした分岐光導波路１の分岐部１５ｃである入出射口１ａの端面に回折パターンＰをプリントするだけで光導波路１５ａ，１５ｂのから異なる波長の光を選択的に分岐する波長選択フィルタ機能を有する光デバイスを簡単に製造することができる。
【００３８】
さらに、入出射口１ａや光導波路１５ａ，１５ｂの端面に図示しない面発光レーザ（ＶＣＳＬ）、フォトダイオード（ＰＤ）等の光学素子が配設された光デバイス（図示せず）を製造することもできる。例えば、上記第一〜第五の実施形態において、基台１１と光硬化性樹脂１２との間に図示しない面発光レーザ（ＶＣＳＬ）、フォトダイオード（ＰＤ）等の光学素子を配設し、紫外光１４をフォトマスク１３（又はフォトマスク１６，１８）に照射すれることにより、フォトマスク１３を透過した紫外光１４によって光硬化性樹脂１２を硬化させて分岐光導波路１，２，３を形成する。このようにすれば、ＶＣＳＬやＰＤ等の光学素子に対する光結合が高精度になされるので、光結合効率が大幅に向上したＶＣＳＬ、ＰＤ等の光学素子を備えた光デバイスを提供することができるという効果がある。尚、光学素子は、分岐光導波路１〜３の分岐部１ａ，２ａの端面又は光導波路１５ａ，１５ｂ，１５ｄ，１５ｅの入出射口２０ｂ〜２０ｅの少なくとも１つに配設することができる。もちろん、上記第一〜第五の実施形態の製造方法によって製作された分岐光導波路１〜３の
に後から光学素子を配置することも可能である。
【００３９】
２．第二の実施形態
次に、図９は本発明に係る光デバイスの第二の実施形態を示す平面図である。本実施形態における光デバイス５は、互いに平行に配置されたコア３１ａ，３１ｂの周囲にクラッド３２を配置した光配線板３０のコア３１ａの端面に本発明に係る分岐光導波路の製造方法の第一又は第二の実施形態によって製造された分岐光導波路１の光導波路１５ａの先端を接続し、コア３１ｂの端面に分岐光導波路１の光導波路１５ｂの先端を接続すると共に、分岐光導波路１の入出射口１ａに反射ミラーの加工を配置することにより、光配線板３０の一方側のコア３１ａ（又はコア３１ｂ）から入射された光を反射ミラーによって全反射させて他方側のコア３１ｂ（又はコア３１ａ）へ入射させる異層間接続を可能としたものである。
【００４０】
光デバイス５は、分岐光導波路１の入出射口１ａに反射ミラーの加工が施された分岐光導波路１の光導波路１５ａ，１５ｂと光配線板３０の２つのコア３１ａ，３１ｂとをそれぞれ接続したものであるが、反射ミラーの加工が施された分岐光導波路１の代わりに、入出射口１ａに回折パターンＰをプリントして構成した上記図８に示す第一の実施形態に係る光デバイス４を接続することもできる。この場合には、入出射口１ａから入射された波長λ１＋λ２の光は入出射口１ａの回折パターンＰによって分けられて波長λ１の光をコア３１ａに入射させ、波長λ２の光はコア３１ｂに入射させることができる。また、同様にして、図６に示す分岐光導波路２の光導波路１５ａ，１５ｂ，１５ｄ，１５ｅの各出射口２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄに対応する４つの光導波路を備えた図示しない光配線板と接続した光デバイスを形成することもできる。
【実施例】
【００４１】
本発明者らは図４に示す本発明に係る分岐光導波路の第三の実施形態に基づいて分岐光導波路１を試作した。実際に試作した分岐光導波路の断面の画像図を図１０に示す。製造に際しては、基台１１上に順に光硬化性樹脂１２、開口径が６０μｍのフォトマスク１６、頂点角１５０°の二等辺三角形のプリズム１７を順次配置し、中心波長３６５ｎｍの紫外光１４をフォトマスク１６の開口１６ａ内を通過するようにプリズム１７に向けて照射した。このようにして得られた分岐光導波路１は、その高さが５１９μｍ、２つの光導波路の開脚角度は９．５°であった。
【００４２】
次に、上記のようにして試作した分岐光導波路１について、分岐機能を有しているか否かを確認するためにＮＦＰ（Near Field Pattern：近視野強度分布）の観測を行った。具体的には、波長８５０ｎｍのレーザ光をＧＩ−ＭＭＦ（グレーデッドインデックス型マルチモードファイバ）［５０／１２５μｍ］を介して分岐光導波路１の入出射口１ａに入射させ、二つに分岐された入出射口１ｂ，１ｃからの各出射光をＮＦＰ観測装置で観測した。図１１はＮＦＰの観測結果を示す画像図である。その結果、顕微鏡で確認した図１０に示す光導波路の断面形状と同様の光強度分布イメージを観測することができた。以上の結果から明らかなように、試作した分岐光導波路１は入射光が二つに分岐していることが分かる。
【００４３】
以上のように、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能であることはいうまでもない。
例えば、光硬化性樹脂１は紫外光硬化タイプに代えて、グリーンレーザ照射によって硬化する色素混合樹脂であってもよい。
【符号の説明】
【００４４】
１ 分岐光導波路
１ａ，１ｂ，１ｃ 入出射口
２，３ 分岐光導波路
４，５ 光デバイス
１１ 基台
１２ 光硬化性樹脂
１３ フォトマスク
１３ａ，１３ｂ 開口
１４ 紫外光
１５ａ，１５ｂ，１５ｄ，１５ｅ 光導波路
１５ｃ 分岐部
１６，１８ フォトマスク
１６ａ 開口部
１７，１９Ａ，１９Ｂ プリズム
１８ａ，１８ｂ 開口部
２０ 回折格子
３０ 光配線板
３１ａ，３１ｂ コア
３２ クラッド
θ 開脚角度
Ｐ 回折パターン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を分岐又は合波する分岐部を備えた分岐光導波路の製造方法において、
基台上に光硬化性樹脂を配置するステップと、
前記光硬化性樹脂の上に一又は複数の開口部が形成されたフォトマスクを配置するステップと、
前記フォトマスクの前記開口部を介して光硬化性樹脂を硬化させるための光を異なる方向から前記光硬化樹脂に照射して光路上の光硬化樹脂を硬化させることにより分岐部又は交差部を有する光導波路を形成するステップと、
を含み構成されてなる分岐光導波路の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の分岐光導波路の製造方法において、
前記フォトマスクの上部にプリズムを配置し、光硬化性樹脂を硬化させるための光を前記プリズムを介して前記フォトマスクの前記開口部から異なる方向に照射することを特徴とする分岐光導波路の製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の分岐光導波路の製造方法において、
前記プリズムを所定の角度ごとに回転させ、その都度光硬化性樹脂を硬化させるための光を所定の角度で照射するか、もしくは分岐数に応じた斜面を有するプリズムにより一括照射することにより分岐部を備えた複数の光導波路を形成することを特徴とする分岐光導波路の製造方法。
【請求項４】
請求項２に記載の分岐光導波路の製造方法において、
光硬化性樹脂を硬化させるための光が前記光硬化性樹脂内で交差するように前記プリズムを介して照射することによりＸ字形に交差した光導波路を形成することを特徴とする分岐光導波路の製造方法。
【請求項５】
Ｖ字状の分岐部又はＸ字状の交差部を有する棒状の光導波路の前記分岐部の端面又は前記光導波路の入出射端面の少なくとも１つに光学素子を配設したことを特徴とする光デバイス。
【請求項１】
光を分岐又は合波する分岐部を備えた分岐光導波路の製造方法において、
基台上に光硬化性樹脂を配置するステップと、
前記光硬化性樹脂の上に一又は複数の開口部が形成されたフォトマスクを配置するステップと、
前記フォトマスクの前記開口部を介して光硬化性樹脂を硬化させるための光を異なる方向から前記光硬化樹脂に照射して光路上の光硬化樹脂を硬化させることにより分岐部又は交差部を有する光導波路を形成するステップと、
を含み構成されてなる分岐光導波路の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の分岐光導波路の製造方法において、
前記フォトマスクの上部にプリズムを配置し、光硬化性樹脂を硬化させるための光を前記プリズムを介して前記フォトマスクの前記開口部から異なる方向に照射することを特徴とする分岐光導波路の製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の分岐光導波路の製造方法において、
前記プリズムを所定の角度ごとに回転させ、その都度光硬化性樹脂を硬化させるための光を所定の角度で照射するか、もしくは分岐数に応じた斜面を有するプリズムにより一括照射することにより分岐部を備えた複数の光導波路を形成することを特徴とする分岐光導波路の製造方法。
【請求項４】
請求項２に記載の分岐光導波路の製造方法において、
光硬化性樹脂を硬化させるための光が前記光硬化性樹脂内で交差するように前記プリズムを介して照射することによりＸ字形に交差した光導波路を形成することを特徴とする分岐光導波路の製造方法。
【請求項５】
Ｖ字状の分岐部又はＸ字状の交差部を有する棒状の光導波路の前記分岐部の端面又は前記光導波路の入出射端面の少なくとも１つに光学素子を配設したことを特徴とする光デバイス。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１３−４５０２８（Ｐ２０１３−４５０２８Ａ）
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８４２５２（Ｐ２０１１−１８４２５２）
【出願日】平成２３年８月２６日（２０１１．８．２６）
【出願人】（０００１２５３６９）学校法人東海大学 (352)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２６日（２０１１．８．２６）
【出願人】（０００１２５３６９）学校法人東海大学 (352)
【Ｆターム（参考）】
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