光学元件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有树脂层和形成于树脂层内的光波导区域的光学元件。
【背景技术】
[0002]专利文献I记载有一种光纤系统，其对于具有将液晶填充于多孔光纤的孔中的液晶填充光纤的光纤，通过对所填充的液晶施加磁场以改变液晶的取向状态，来控制光传输特性。
[0003]非专利文献I记载有一种毛细管光纤(capillary optical fiber)，其具有位于通气孔的周围的环状的高折射率的光学纤芯、低折射率的光学包层、以及高折射率的被覆层。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1:日本特开2006-162678号公报
[0007]非专利文献
[0008]非专利文献1:R.ROMANIUK, “Capillary optical fiber-design, fabricat1n,characterizat1n and applicat1n”，BULLETIN OF THE POLISH ACADEMY OF SCIENCESTECHNICAL SCIENCES, 2008，Vol.56，N0.2，p.87-102 (R.罗曼纽克，“毛细管光纤-设计、制造、特征及应用”，波兰科学技术研宄院公报，2008年，第56卷，第2期，第87-102页)
【发明内容】
[0009]由树脂材料制作的现有的光波导管具有各向同性、或者仅在确定的一个方向取向的各向异性。因此，在这样的光波导管中，无法保持偏振方向地使径向偏振光或者角向偏振光传播。在此所谓的径向偏振光是指，偏振方向在与前进方向垂直的面内沿径向呈放射状分布的光。另外，角向偏振光是指，偏振方向在与前进方向垂直的面内沿周向分布的光。
[0010]光波导管具有取向为放射状的结构的话，则能够应对径向偏振光或者角向偏振光，但难以简单地制造这样的光波导管。因此，本发明的目的在于，提供一种具有能够保持偏振方向地使径向偏振光或者角向偏振光传播的光波导区域的光学元件。
[0011]一种光学元件，其特征在于，具有:树脂层；以及光波导区域，其形成于树脂层内，光在树脂层的长度方向上被波导，在光波导区域中，液晶分子在与长度方向垂直的截面呈大致放射状地取向，光波导区域的折射率比树脂层的折射率大。
[0012]在上述的光学元件中优选为，还具有形成于树脂层内的、具有大致圆形的截面的管状的空间，光波导区域以与管状的空间接触的形态形成，在光波导区域中，液晶分子沿大致圆形的截面的径向呈大致放射状地取向。
[0013]采用上述的光学元件的话，能够保持偏振方向地使径向偏振光或者角向偏振光传播。
【附图说明】
[0014]图1是光学元件10的示意图。
[0015]图2的㈧?(C)是用于说明光学元件10的制造方法的示意图。
[0016]图3是示出光学元件10的制造方法的流程图。
[0017]图4是用于说明空腔14的形成位置及大小的示意图。
[0018]图5的(A)?(D)是通过偏振光显微镜观察与光学元件10的长度方向平行的面时的照片。
[0019]图6的(A)?(D)是通过偏振光显微镜观察与光学元件10的长度方向垂直的截面时的照片。
[0020]图7的(A)?(D)是通过偏振光显微镜观察与光学元件10的长度方向垂直的截面时的照片。
[0021]图8的(A)及(B)是用于对光学元件10的波导模拟实验的条件进行说明的图。
[0022]图9的㈧?⑶是示出中心区域34为空腔的情况下的波导模拟实验的结果的图。
[0023]图10的⑷?⑶是示出中心区域34填充有水的情况下的波导模拟实验的结果的图。
[0024]图11的(A)及(B)是用于对应用了光学元件10的SPR传感器进行说明的图。
【具体实施方式】
[0025]以下，参照附图对光学元件进行详细说明。但是，本发明的技术范围不限于这些实施形态，需要留意权利要求书中记载的发明和与其均等的发明所涉及的点。
[0026]图1是光学元件10的示意图。光学元件10具有树脂层12，作为光波导区域的包层部分。在光学元件10中，使用丙烯酸树脂，作为树脂层12。在树脂层12的内部形成有具有大致圆形的截面的空腔14，该空腔14为管状的空间。“大致圆形”是指，没有矩形那样尖的部分也没有凹坑，最大径和最小径之差相对于最大径的比率例如为10%以下的形状。
[0027]又，光学元件10具有形成于与空腔14接触的部分(边界附近)的树脂层12内的液晶区域15，作为光波导区域的芯部分。在光学元件10中，使用P型液晶，作为液晶。在液晶区域15中，液晶分子沿具有大致圆形的截面的空腔14的径向呈大致放射状取向。在图1中，通过以空腔14为中心在大致圆形的截面的径向上呈大致放射状配置的大量椭圆15A，表示该液晶分子的取向。“大致放射状”是指，整体来看，从中心的空腔14向树脂层12的外侧伸展的状态。因此，对于液晶区域15的整体，液晶分子不一定非要以严密的放射状取向。
[0028]光学元件10的液晶区域15作为光波导区域发挥作用，能够在液晶区域15内使光传播。由于液晶区域15具有比树脂层12大的折射率，因此在树脂层12和液晶区域15之间能产生折射率的差。因此，光入射至液晶区域15内时，以小的入射角自液晶区域15向其外侧的树脂层12的光在液晶区域15和树脂层12的边界面16全反射。
[0029]同样地，由于液晶区域15具有比内侧的空腔14大的折射率，因此在空腔14和液晶区域15之间能产生折射率的差。因此，以小的入射角自液晶区域15向其内侧的空腔14的光在液晶区域15和空腔14的边界面全反射。这样，由于光在液晶区域15内传播(参照图1的箭头A)，因此光学元件10能够将光封闭于液晶区域15内。
[0030]实际上，由于在液晶区域15存在液晶分子的浓度梯度，因此随着自与空腔14的边界面沿径向远离，折射率也降低。由于具有该折射率的分布，光学元件10尤其能够作为GI (graded-1ndex (渐变折射率))型波导使用。
[0031]另外，为了便于说明，图1示出树脂层12和液晶区域15的边界面16，但认为该边界面16实际并没有被明确确定。然而，在液晶区域15传播的光在到达液晶区域15的外侧的折射率更小的区域前反射，并在液晶区域15内传播。
[0032]图2的㈧?(C)是用于说明光学元件10的制造方法的示意图。图3是示出光学元件10的制造方法的流程图。使用图1?图3，对本制造方法的各工序进行说明。
[0033]首先，如图2的(A)所示，准备基板1，在基板I上形成未固化的固化性树脂2的层(SI)。该层相当于图1的树脂层12。在未固化的状态下，固化性树脂2具有流动性，因此准备包围周围的框体(未图示)，在其内部注入固化性树脂2。在此，作为固化性树脂2，使用作为紫外线固化树脂的丙烯酸树脂。然而，也可以使用热固化性树脂，作为固化性树脂2。另外，图1的空腔14的直径为数百μπι左右时，固化性树脂2的厚度的d为100ym左右即可。
[0034]随后，将能够注入液晶的针(针体)3插入固化性树脂2中(S2)。针3具有如注射针那样中空的、且朝顶端变尖的形状，在顶端具有开口部(未图示)。此时，插入针3的深度例如为固化性树脂2的厚度d的一半左右。另外，也可以使用其开口部被设置于顶端附近的侧面的针。
[0035]接下来，如图2的(B)所示，边使针3移动，边通过针3将液晶4呈管状注入固化性树脂2中(S3)。在此，使用P型液晶，作为液晶4。例如，想形成直线状的流路的情况下，沿图2的(B)中示出的X方向，使针3平行移动。并且，通过边使针3移动，边从针3的上部施加压力，从针3的顶端的开口部向固化性树脂2的层内注入液晶4。在固化性树脂2的层内，由于表面张力的作用，液晶4的与X方向垂直的截面变为大致圆形。
[0036]注入液晶4结束后，从固化性树脂2内拔出针3 (S4)。此时，由于固化性树脂2还没有硬化，一拔出针3，由于针3而在固化性树脂2上造成的孔闭合。由此，液晶4被封闭于固化性树脂2中，成为被配置为管状的状态。