树脂光波导的制作方法

本发明涉及树脂光波导。
背景技术：
：在非专利文献1、2或专利文献1中，提出了以低损耗且低成本连接硅光波导和树脂光波导的硅光子接口。本说明书中的硅光波导是指在硅芯片上形成作为(单模)光波导发挥功能的芯-包层结构的光波导。图3是表示这样的硅光子接口的一个构成例的立体图，图4为它的侧视图。在图3、4所示的树脂光波导芯片300上形成有1根或者多根树脂光波导310。在树脂光波导芯片300的一端侧，树脂光波导310与形成于硅光波导芯片200上的硅光波导(未图示)连接。树脂光波导芯片300的另一端侧收容在连接器100内。图5是表示以上述目的使用的树脂光波导的一个构成例的立体图。图5所示的树脂光波导310在芯320的周围配置有下包层330和上包层340。但是，在图3、4中，与形成于硅光波导芯片200上的硅光波导(未图示)连接的一侧的前端没有配置上包层340，成为芯320露出到外部的芯露出部350。图6是表示图3、4所示的硅光子接口中硅光波导210与树脂光波导310的连接部的截面图，树脂光波导310是图5所示的树脂光波导310。在图6中，使用环氧树脂将硅光波导210和树脂光波导310以树脂光波导310的芯320面对硅光波导210的状态连接。图7是用于说明图3、4所示的硅光子接口的光的传播的示意图。在图7中，光利用绝热耦合器从硅光波导210的芯220向在树脂光波导310前端露出的芯320传播。然后，光从树脂光波导310的芯320向光纤130的芯140传播。现有技术文献非专利文献非专利文献1:jieshu，ciyuanqiu，xuezhizhang，andqianfanxu，“efficientcouplerbetweenchip－levelandboard－levelopticalwaveguides”，opticsletters，vol.36，no.18，pp3614－3616(2011)非专利文献2:tymonbarwics，andyoichitaira，“low－costinterfacingoffiberstonanophotonicwaveguides：designforfabricationandassemblytoleranes”，ieeephotonicsjournal，vol.6，no.4，august，660818(2014)专利文献专利文献1:美国专利第8,724,937号说明书技术实现要素：图5所示的树脂光波导310在安装于图3、4所示的硅光子接口之前，按照与现有的树脂光波导同样的步骤实施性能评价。在树脂光波导的性能评价中，将单模光纤连接于树脂光波导的前端。图8是用于说明将单模光纤连接于图5所示的树脂光波导310的前端时的光的传播的示意图。在图5所示的树脂光波导310与单模光纤400的连接中，一部分光从树脂光波导310前端的芯320露出的部位辐射没有被传播，另外，存在产生连接损耗的问题。该连接损耗在安装于图3、4所示的硅光子接口时不产生，使性能评价的结果的可靠性降低。本发明为了解决上述的现有技术的问题，其目的在于提供适合用于以低损耗且低成本连接硅光波导和树脂光波导的硅光子接口且使用了单模光纤的性能评价的可靠性高的树脂光波导。为了实现上述的目的，本发明提供一种树脂光波导，其特征在于，是具备芯以及折射率比该芯低的下包层和上包层的树脂光波导，在上述树脂光波导的一端侧设置有芯露出部，在该芯露出部不存在上包层而芯露出，上述下包层中与上述芯露出部对应的部位具有满足下述(1)、(2)的芯附近区域。(1)上述芯附近区域为距上述芯的距离为x以内的区域，该x为5μm～20μm。(2)上述芯附近区域具有折射率分布，即与上述芯的界面侧的折射率高，相对于与该芯的界面位于远侧的折射率变低。在本发明的树脂光波导中，上述芯露出部的光传播方向的长度优选为100μm以上。在本发明的树脂光波导中，上述芯附近区域的折射率分布优选为0.00004/μm以上。在本发明的树脂光波导中，上述芯附近区域的上述下包层的折射率的最大值nmax与最小值nmin的差(nmax－nmin)优选为0.0001以上。在本发明的树脂光波导中，上述芯的折射率的最大值n’max与上述芯附近区域的上述下包层的折射率的最大值nmax的差(n’max－nmax)优选为0.008～0.02。在本发明的树脂光波导中，在上述下包层的与上述芯露出部对应的部位中，除上述芯附近区域以外的部位的折射率优选为上述芯附近区域的上述下包层的折射率的最小值nmin以下。在本发明的树脂光波导中，上述下包层的厚度优选为10μm以上。优选本发明的树脂光波导在波长1310nm和波长1550nm的至少一方为单模光波导。在本发明的树脂光波导中，上述树脂光波导的芯尺寸优选为1～10μm。在本发明的树脂光波导中，上述树脂光波导的芯优选由含有氟的树脂构成。另外，本发明提供一种树脂光波导，其特征在于，是具备芯以及折射率比该芯低的下包层和上包层的树脂光波导，在上述树脂光波导的一端侧设置有芯露出部，在该芯露出部不存在上包层，露出芯和与该芯邻接的下包层，树脂光波导的光传播方向的该芯露出部的长度为500μm以上，上述下包层中与上述芯露出部对应的部位具有满足下述(1)～(3)的芯附近区域。(1)上述芯附近区域是距上述芯的距离为x以内的区域，x为10μm～20μm。(2)上述芯附近区域具有折射率分布，即与上述芯的界面侧的折射率高，相对于与该芯的界面位于远侧的折射率变低。(3)上述芯附近区域的上述下包层的折射率的最大值nmax与最小值nmin的差(nmax－nmin)为0.001以上。本发明的树脂光波导优选在上述芯露出部与硅光波导连接。本发明的树脂光波导适合在以低损耗且低成本连接硅光波导和树脂光波导的硅光子接口中使用。本发明的树脂光波导在使用了单模光纤的性能评价时的连接损耗少，性能评价的可靠性高。附图说明图1是表示本发明的树脂光波导的一个构成例的立体图。图2是表示实施例中的树脂光波导与单模光纤的连接部的示意图。图3是表示硅光子接口的一个构成例的立体图。图4是图3的硅光子接口的侧视图。图5是表示图3、4的硅光子接口中使用的树脂光波导的一个构成例的立体图。图6是表示图3、4所示的硅光子接口中形成于硅光波导芯片200上的硅光波导与树脂光波导310的连接部的截面图。图7是用于说明图3、4所示的硅光子接口中的光的传播的示意图。图8是用于说明将单模光纤连接于图5所示的树脂光波导310的前端时的光的传播的示意图。具体实施方式以下，参照附图对本发明进行说明。图1是表示本发明的树脂光波导的一个构成例的立体图。图1所示的树脂光波导10具备芯11以及折射率比该芯11低的下包层12和上包层13。在芯11的下方配置有下包层12，在芯11的上方配置有上包层13。其中，在树脂光波导10的一端侧设置有芯露出部14，在该芯露出部14不存在上包层13而露出芯11。应予说明，在本发明的树脂光波导中，将配置于芯周围的下包层和上包层中在芯露出部不存在的一侧作为上包层。因此，也可以在芯的上方配置下包层，在芯的下方配置上包层。将树脂光波导10用作硅光子接口时，该芯露出部14成为与硅光波导的连接部位。因此，要求芯露出部14具有足够作为与硅光波导的连接部位使用的长度。对于本发明的树脂光波导10，树脂光波导的光传播方向的芯露出部14的长度优选为100μm以上，其是足够作为与硅光波导的连接部位使用的长度。应予说明，树脂光波导的光传播方向是指芯11的长轴方向。芯露出部14在树脂光波导的光传播方向的长度更优选为300μm以上，进一步优选为500μm以上，更进一步优选为1000μm以上。其中，如果树脂光波导的光传播方向的芯露出部14的长度过长，则在使用粘接剂(例如，环氧树脂)与硅光波导连接时，可能因粘接剂的吸收使连接损耗变大。因此，树脂光波导的光传播方向的芯露出部14的长度优选为10000μm以下，更优选为5000μm以下，进一步优选为3000μm以下。在树脂光波导10中，使下包层12和上包层13的折射率比芯11低是为了防止在芯11传播的光向下包层12侧或上包层13侧辐射。如上所述，如图8所示，在将具有芯露出部的树脂光波导310与单模光纤400连接时，在不存在上包层340的芯露出部，成为芯320露出的状态。由于树脂光波导310的性能评价是在芯露出部存在于空气中或者水中的状态下实施的，所以芯320的露出面与空气或者水接触，但空气或水与树脂光波导310的芯320材料、下包层330材料相比折射率小。其结果，在芯320传播的光的一部分向下包层330侧辐射成为连接损耗的原因。本发明的树脂光波导10通过使下包层12中与芯露出部14对应的部位具有满足下述(1)、(2)的芯附近区域，从而抑制与单模光纤连接时的连接损耗。(1)芯附近区域是距芯11的距离为x以内的区域，x为5μm～20μm。(2)芯附近区域具有折射率分布，即与芯11的界面侧的折射率高，相对于与该芯11的界面位于远侧的折射率变低。通过在芯附近区域设置芯11近侧的折射率高且芯11远侧的折射率变低的折射率分布，从而在芯露出部14抑制在芯11传播的光向下包层12侧的辐射，抑制与单模光纤连接时的连接损耗。应予说明，上述(2)中的折射率分布是通过使折射率从与芯11的界面侧向相对于与该芯11的界面的远侧连续变低而产生的。这里，通过使芯附近区域成为距芯11的距离为x以内的区域，且使x为5μm以上，从而在芯露出部14抑制在芯11传播的光向下包层12侧的辐射。应予说明，将x的上限设为20μm是由于即便在距芯11的距离为20μm以上的区域设置上述的折射率分布，对抑制与上述单模光纤连接时的连接损耗的效果的帮助也少。在本发明的树脂光波导10中，从抑制与上述单模光纤连接时的连接损耗的效果这点考虑，优选芯附近区域的折射率分布为0.00004/μm以上。芯附近区域的折射率分布优选为0.00007/μm以上，更优选为0.000075/μm以上，进一步优选为0.0001/μm以上，特别优选为0.0002/μm以上。应予说明，折射率分布的上限值没有特别限定，例如因后述的制造方法等可以设为0.00035。对于芯附近区域的下包层12的折射率，相对于芯11为近侧的折射率成为最大值nmax，相对于芯11为远侧的折射率成为最小值nmin。从抑制与单模光纤连接时的连接损耗这点考虑，优选芯附近区域的下包层12的折射率的最大值nmax与最小值nmin的差(nmax－nmin)为0.0001以上，更优选为0.0002以上，进一步优选为0.0004以上，特别优选为0.0008以上。应予说明，折射率的最大值nmax与最小值nmin的差的上限值没有特别限定，例如因后述的制造方法等可以设为0.0035。从兼得抑制与硅光波导的连接损耗和抑制与单模光纤连接时的连接损耗这点考虑，芯11的折射率的最大值n’max与芯附近区域的下包层12的折射率的最大值nmax的差(n’max－nmax)优选为0.008～0.02。这里，设定芯11的折射率的最大值n’max是由于考虑到芯11也存在折射率分布的情况。n’max－nmax更优选为0.010～0.015。在本发明的树脂光波导中，从抑制与单模光纤连接时的连接损耗这点考虑，优选下包层12的与芯露出部对应的部位中除芯附近区域以外的部位的折射率为芯附近区域的下包层12的折射率的最小值nmin以下。除该芯附近区域以外的下包层12的折射率只要为最小值nmin以下就没有特别限定。因此，除上述芯附近区域以外的部位的折射率可以全部为相同的数值，也可以与芯附近区域的情况同样地具有相对于芯11向远侧折射率进一步变低的折射率分布。另外，在本发明的树脂光波导中，根据下包层12的厚度，下包层12的与芯露出部对应的部位可以整体为满足上述(1)、(2)、优选满足上述(1)～(3)的芯附近区域。这种情况下，下包层12的厚度与上述x一致。另外，在本发明的树脂光波导中，对于在芯11的上下配置有上包层13和下包层12的部位的下包层12的折射率而言，只要包含芯附近区域的全部区域为比芯11的折射率低的数值就没有特别限定。因此，例如该部位的下包层12的折射率可以为全部相同的数值，也可以具有相对于芯11向远侧折射率变低的折射率分布。另外，也可以具有与满足上述(1)～(3)的芯附近区域同样的区域。对本发明的树脂光波导进一步记载。(芯11)在图1所示的树脂光波导10中，芯11的截面形状为矩形，但是并不局限于此，例如可以为梯形、圆形、椭圆形。芯11的截面形状为多边形时，其角可以发圆。芯尺寸没有特别限定，可以考虑与光源或者受光元件的耦合效率等适当地设计。耦合效率取决于芯径和数值孔径(na)。例如芯11的芯尺寸(像图1所示的芯11那样，芯11的截面形状为矩形的情况下，该矩形的宽度和高度)，若考虑到作为硅光子接口使用时与连接的硅光波导的耦合效率，则优选为1～10μm。更优选为1.5～8μm，进一步优选为2～7μm。这里，矩形的宽度为高度的中央位置处的宽度的长度，矩形的高度为宽度的中央位置处的高度的长度。应予说明，芯尺寸可以沿树脂光波导的光传播方向变化成锥形。芯11可以具有相对于芯的中心向远侧折射率变低的折射率分布。另外，可以具有上包层侧的折射率高、下包层侧的折射率变低的折射率分布，也可以具有上包层侧的折射率低、下包层侧的折射率变高的折射率分布。(上包层13)上包层13的折射率只要与芯11的折射率相比数值低即可，没有特别限定。因此，例如上包层13的折射率可以为全部相同的数值，也可以为相对于芯11向远侧折射率变低的构成，也可以为相对于芯11向远侧折射率变高的构成。上包层13的厚度没有特别限定，本发明的树脂光波导10为单模光波导时，有时即便在位于距芯11的中心10μm左右的范围内的包层部分传播的光也会漏出。因此单模光波导的情况下，从减少光的传播损耗这样的观点考虑，优选为10μm以上。另外，下包层12和上包层13的合计厚度优选为20～90μm，更优选为30～70μm。在本发明的树脂光波导中，芯11、下包层12和上包层13的构成材料只要满足作为树脂光波导的要求特性就没有特别限定。从抑制在芯11传播的光的损耗这样的观点考虑，芯11的构成材料优选为含有氟的树脂。另外，芯11、下包层12和上包层13的构成材料以及树脂光波导的制造步骤例如可以参考下述文献的记载。国际公开第2010/107005号日本特开2013－120338号公报日本特开2012－63620号公报参考上述文献，制造图1所示的本发明的树脂光波导10时，树脂光波导10的芯露出部14可以按照以下的步骤形成。可以形成下包层，采用光刻工艺，在下包层上形成芯后，在下包层和芯上涂布固化物组合物，通过加热和/或光照射使固化性树脂组成物固化，形成上包层。在形成上包层时，采用光刻工艺，形成具有上包层的区域和无上包层而露出芯的区域(即，芯露出部)。另外，具有满足上述(1)、(2)的芯附近区域的下包层12可以按照以下的步骤形成。通过调整上述形成下包层时的加热温度、加热时间，和/或调整光的照射强度、照射时间，从而能够形成具有满足上述(1)、(2)、优选满足上述(1)～(3)的芯附近区域的下包层12。或者，通过添加、调整用于调整折射率的掺杂剂，和/或调整光的照射强度、照射时间，从而能够形成具有满足上述(1)、(2)、优选满足上述(1)～(3)的芯附近区域的下包层12。应予说明，通过掺杂剂添加来调整折射率时，该折射率取决于构成下包层的材料和掺杂剂的种类，因此为了得到目标折射率，根据构成下包层的材料适当地选择该掺杂剂。为了用于以低损耗且低成本连接硅光波导和光纤的硅光子接口，由于能使光信号高密度化所以优选本发明的树脂光波导为单模光波导。这种情况下，在波长1310nm和1550nm的至少一方为单模光波导时，相对于硅光波导、单模光纤也能够以低损耗传播光，因而优选。将本发明的树脂光波导用于硅光子接口时，在树脂光波导的芯露出部与硅光波导连接。实施例以下利用实施例对本发明进行更详细的说明，但本发明不限于这些实施例。在以下所示的实施例中，用rsoftdesigngroup株式会社制的rsoftcad定义树脂光波导和单模光纤的结构(尺寸和折射率)，用作为模拟·引擎的rsoftdesigngroup株式会社制的beamprop(有限差分光束传播法)进行光传播的模拟。图2是表示实施例中的树脂光波导与单模光纤的连接部的示意图。(例1～52)在例1～52中，例1～5、7～11、例13～52为实施例，例6、例12为比较例。如下所示，通过rsoftcad定义树脂光波导和单模光纤的结构。(单模光纤400)芯410芯径8.4μm折射率1.47包层420包层径80μm折射率1.4652(树脂光波导10)单模光波导芯11芯尺寸宽度方向5.9μm、纵向2.3μm折射率1.534下包层12厚度40μm与芯11的界面的折射率1.52在距芯11的距离为10μm以内的芯附近区域具有折射率分布(0×10-4～3.5×10-4/μm)，即与芯11的界面侧的折射率高，相对于与芯11的界面位于远侧的折射率变低。上包层13厚度40μm折射率1.52芯露出部14对于用水(折射率1.32)或空气(折射率1.00)充满芯露出部14的状态，利用beamprop计算而求出波长1.55μm的连接损耗。将结果示于下表。应予说明，表中，在下包层12的折射率中，将与芯11的界面侧的折射率设为n2，将距与芯11的界面的距离为10μm的位置的折射率设为n1。应予说明，n2为芯附近区域的下包层12的折射率的最大值nmax，n1为芯附近区域的下包层12的折射率的最小值nmin，另外，光波导10的芯11与单模光纤400的芯410的偏离值(offset)y如图2所示。另外，表中的指标如下述表所示。[表1]表1指标连接损耗55db以下4大于5db且10db以下3大于10db且15db以下2大于15db且20db以下1大于20db[表2]表2例1例2例3例4例5例6折射率分布(×10-4/μm0.751.502.253.003.500.00n2-n10.00080.00150.00230.00300.00350.0000芯露出部的状态水水水水水水连接损耗(db)9.05.95.14.84.7＞30指标444551[表3]表3例7例8例9例10例11例12折射率分布(×10-4/μm0.751.502.253.003.500.00n2-n10.00080.00150.00230.00300.00350.0000芯露出部的状态空气空气空气空气空气空气连接损耗(db)15.39.77.16.16.0＞30指标244441[表4]表4例13例14例15例16例17例18例19例20折射率分布(×10-4/μm1.251.251.251.251.251.251.251.25n2-n10.00130.00130.00130.00130.00130.00130.00130.0013芯露出部的状态水水水水空气空气空气空气偏离值y(μm)02460246连接损耗(db)6.24.54.25.011.28.77.67.5指标45553444[表5]表5例21例22例23例24例25例26例27例28折射率分布(×10-4/μm1.751.751.751.751.751.751.751.75n2-n10.00180.00180.00180.00180.00180.00180.00180.0018芯露出部的状态水水水水空气空气空气空气偏离值y(μm)02460246连接损耗(db)5.74.03.95.18.26.15.55.8指标45544444[表6]表6例29例30例31例32例33例34例35例36折射率分布(×10-4/μm2.502.502.502.502.502.502.502.50n2-n10.00250.00250.00250.00250.00250.0025000250.0025芯露出部的状态水水水水空气空气空气空气偏离值y(μm)02460246连接损耗(db)5.03.63.85.56.64.84.55.4指标55544554上述表1～表6为使芯露出部14的光传播方向的长度为2000μm的实施例，表7和表8表示使芯露出部14的长度为500μm、1000μm、1500μm和3000μm时的结果。[表7]表7例37例38例39例40例41例42例43例44折射率分布(×10-4/μm)2.502.502.502.502.502.502.502.50n2-n10.00250.00250.00250.00250.00250.00250.00250.0025芯露出部的状态空气空气空气空气空气空气空气空气芯露出部的长度(μm)5005005005001000100010001000偏离值y(μm)02460246连接损耗(db)7.55.24.44.46.44.74.96.4指标44554554[表8]表8例45例46例47例48例49例50例51例52拆射率分布(×10-4/μm)2.502.502.502.502.502.502.502.50n2-n10.00250.00250.00250.00250.00250.00250.00250.0025芯露出部的状态空气空气空气空气空气空气空气空气芯露出部的长度(μm)15001500150015。03000300030003000偏离值y(μm)02460246连接损耗(db)6.64.74.45.46.54.54.35.2指标45544554由表可知，与芯露出部对应的芯附近区域不具有折射率分布的例6、12的连接损耗大。与此相对，与芯露出部对应的芯附近区域的折射率分布为0.00004μm以上的例1～5、例7～11、例13～例52的连接损耗小。另外，如表4～6所示，在用水充满芯露出部14的状态或者用空气充满芯露出部14的状态的任一情况下，只要芯附近区域的折射率分布为0.00004μm以上，则不受折射率分布的大小影响，另外，受光波导10的芯14与单模光纤400的芯410的偏离值y的影响少。(例53、例54)例53为实施例，例54为比较例。作为例53，制作芯的折射率为1.53、芯宽度为6.0μm、芯高度为2.49μm且上包层的厚度为24μm、下包层的厚度为50μm的树脂光波导。下包层的芯界面侧的折射率为1.516，具有随着从芯的界面远离折射率变低的折射率分布0.00008/μm。对于下包层的折射率分布，在具有上包层的区域和不具有上包层的区域均具有同样的折射率分布。芯露出部14的光传播方向的长度为1750μm，芯露出部的状态为水。该实施例53的树脂光波导与单模光纤的连接损耗为7.0db，连接损耗的指标为“4”。作为例54，使下包层的折射率在整个厚度方向恒定，除此之外，制作与实施例53相同的结构的光纤。下包层的折射率为1.516且恒定。该例54的树脂光波导与单模光纤的连接损耗大于20db，连接损耗的指标为“1”。另外，虽参照特定的实施方式对本发明进行了详细的说明，但在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以加入各种变更、修改对于本领域技术人员而言是容易理解的。本申请基于2015年8月4日申请的日本专利申请(特愿2015－154011号)，在此参照并引入其内容。符号说明10：树脂光波导11：芯12：下包层13：上包层14：芯露出部100：连接器200：硅光波导芯片210：硅光波导220：芯230：被覆300：树脂光波导芯片310：树脂光波导320：芯330：下包层340：上包层350：芯露出部400：单模光纤当前第1页12