JPH0777637A

JPH0777637A - 光学素子結合方法及び屈折率像形成材料

Info

Publication number: JPH0777637A
Application number: JP5223723A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Ishizuka; 剛石塚; Katsusada Motoyoshi; 勝貞本吉; Koji Tsukamoto; 浩司塚本; Tetsuzo Yoshimura; 徹三吉村; Yasuhiro Yoneda; 泰博米田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1993-09-08
Filing date: 1993-09-08
Publication date: 1995-03-20

Abstract

(57)【要約】【目的】光学素子結合方法に関し、光学素子同士を光結
合する場合に結合効率を良くし、且つそれらの接着を容
易にすること。【構成】接着剤を兼ねた屈折率像形成材料により２つの
光学素子の端面を間隔をおいて接続し、ついで、少なく
とも一方の光学素子を通してそれらの端面の間にある屈
折率分布形成材料に光を照射し、これにより集光性のレ
ンズ効果を有する屈折率分布を形成ことを含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光学素子結合方法及び
屈折率像形成材料に関し、より詳しくは、光通信や光イ
ンターコネクション等において光学素子間の結合の方法
と、これに使用される結合材料に関する。

【０００２】

【従来の技術】光学素子は、光インターコネクション、
光通信などの種々の光情報処理システムに使用される。
光学素子では、半導体レーザ等の光源からの光を導波路
や光ファイバを用いて伝送し、伝送された光はフォトダ
イオードなどで電気信号に復元することが行われる。

【０００３】このため、発光素子又は受光素子を光ファ
イバや光導波路に結合する結合器が必要となる。これら
の結合器については、例えば次の文献などにおいて解説
されている。 1 光通信素子光学−発光・受光素子、米津宏推著、光
学図書発行 2 ＩＳＤＮ時代の光ファイバ技術、大久保勝彦著、理
工学社発行 3 光通信要覧、平山宏ら編集、科学新聞社発行これらの文献によると、端面発光型半導体レーザは、発
振層が数百nm×数μｍ程度の矩形構造をしており、光の
放射角は垂直方向20°〜60°、水平方向５°〜20°程度
である。また、面発光型ＬＥＤは、発光領域径が30μｍ
〜40μｍと大きく、放射角も 120°程度である。

【０００４】これに対して、シングルモード光ファイバ
のコア径は、数μｍ〜１０μｍ程度、マルチモード光フ
ァイバのコア径は数十μｍ程度である。従って、光半導
体素子と光ファイバを結合する場合には、結合損失を低
減するために１μｍオーダの精密なアライメントが要求
される。精密なアライメントを行い、発光素子と光ファ
イバの端面同士を突き当てて直接結合する場合、例えば
端面発光型半導体レーザとシングルモード光ファイバと
の結合効率は３０％となり、また、端面発光型半導体レ
ーザとマルチモード光ファイバとの結合効率は５０％、
また、面発光型発光ダイオードとマルチモード光ファイ
バの結合効率は６％程度である。

【０００５】また、端面発光型半導体レーザとシングル
モード光ファイバとの結合方式としてレーザとファイバ
の間にレンズを挿入する方式が検討されており、この場
合、結合効率は５０％程度であるが、精密なアライメン
トを必要とする部品点数が増えるため、作成はますます
容易でなくなる。一方、光ファイバと導波路とを結合す
る場合には、導波路とファイバのコア径を一致させ、軸
ズレを生じさせないようにすることにより、直接結合で
５６〜７９％の結合効率が得られる。

【０００６】しかし、その直接結合は、高効率で結合で
きる導波路と光ファイバのコア径に制限があり、１μｍ
オーダの精密なアライメントを必要とするために結合が
容易でないという問題がある。また、上述の直接結合や
レンズ結合に代わる方式も提案されており、特開昭５５
−４３５３８号公報，特開昭６０−１７３５０８号公報
では、光を照射することで屈折率が変化する材料を使用
する方式が提案されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前者の公報に
おいて提案された光結合器の接続方法は、光の強度に比
例して屈折率が変化する物質からなる光結合器基体に、
光を入出力すべき位置から光を入射し、前記光結合器基
体の屈折率を変化させ、自己的に光導路を形成させるよ
うにしたことを特徴とする光結合器の製造方法である。
これを使用するためには、この光結合器と結合しようと
する光ファイバなどの素子を結合するために配置、固定
が必要になる。このため例えば、光ファイバ挿入用の孔
などを設ける必要が生じる。

【０００８】また、後者の公報では、相対向させた２つ
の導波路間に位相変化形感光性媒質を配置し、前記２つ
の導波路の双方から前記感光性媒質に向けて光を通すこ
とにより、前記感光性媒質を局所的に変性させて結合用
導波路を形成することを特徴とする光導波路接続方法が
提案されている。本公報は、互いに接続すべき導波路間
に感光性媒質を挟み、この中に結合用導波路を形成する
ことにより、軸ずれ損失の低減を図ることを目的として
おり、導波路間の間隔を0.1mm 以下とし、感光性媒質に
向けて通す光を紫外光とすることを好適としており、そ
の結果、回折により少し拡がりながらも、ほとんど広が
りが生じない結合用導波路が形成されるとしている。本
公報は、感光性媒質に形成される導波路と導波路のつな
がりを利用したものであり、接続しようとする導波路間
の位置ずれは、媒質に形成される導波路間でも受け継が
れており、コア径を越えるような大きな位置ずれには対
応できない。

【０００９】一方、その光結合器として使用可能な材料
としては、次のようなものがある。例えば、先の前者公
報では、カルコゲナイド系のアモルファス半導体，ある
いは光重合性単量体を含んだ高分子材料が用いられると
記載されており、後者公報では、デュポン社のフォトポ
リマ，コダック社のＫＰＲ（商標名）フォトレジスト、
オプチコン・ケミカル社のＵ．Ｖ．５７（商標名）など
が知られていると記載されている。

【００１０】また、光を照射することで屈折率が変化す
る屈折率像形成材料としては、次のものがある。例え
ば、特開平２−３０８１号公報に記載されているような
熱可塑性重合体とエチレン系不飽和単量体と重合開始剤
とからなる材料がある。また、特開平２─３０８２号公
報に記載されているような、ポリビニルアセテート、ポ
リビニルブチラール、ポリビニルアセタール、ポリビニ
ルホルマール等のセグメントを主要部として含むインタ
ーポリマー、或いは、それらのセグメントの混合物より
なる群から選ばれたポリマー性バインダと、エチレン性
不飽和モノマと、光開始剤からなる材料がある。また、
特開平３─５０５８８号公報に記載されているような、
溶剤可溶性のフッ素含有ポリマ性バインダと、エチレン
性不飽和モノマと、光重合開始剤からなる材料がある。
さらに、特開平３─３６５８２号公報に記載されている
ような、アリルジグリコールカーボネートと、2,2-ビス
（3,5-ジブロモ-4-(2-メタクリロイルオキシエトキシ）
フェニル）プロパンと、光重合開始剤からなる材料等が
提案されている。

【００１１】しかし、これらの材料は、バインダとして
熱可塑性樹脂やメタクリロイル系重合物等を使用してい
るために耐熱性が低い。本発明はこのような問題に鑑み
てなされたものであって、光学素子同士を光結合する場
合に結合効率が良く、且つそれらの接着が容易な光学素
子結合方法を提供するとともに、耐熱性の良い光学素子
結合材料を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記した課題は、図１に
例示するように、２つの光学素子３，４のそれぞれの端
面を間隔をおいて固定する工程と、光学素子用の接着剤
としての機能を有し、且つ特定波長帯の光の強度により
屈折率が高くなる屈折率像形成材料５を２つの前記光学
素子３，４の前記端面の間に供給する工程と、２つの前
記光学素子３，４の少なくとも一方の前記端面から前記
屈折率像形成材料５に前記特性波長帯の光を照射して集
光性のレンズ効果を有する屈折率分布６を形成する工程
とを有する光学素子結合方法によって達成する。

【００１３】または、図７に例示するように、光学素子
用の接着剤としての機能を有し、且つ特定波長帯の光の
強度により屈折率が高くなる屈折率像形成材料５を支持
体１の上に供給する工程と、屈折率像形成材料５を介し
て互いの端面を対向させて２つの光学素子３，４を前記
支持体１の上に載置する工程と、２つの前記光学素子
３，４の少なくとも一方の端面から前記屈折率像形成材
料５に前記特性波長帯の光を照射して集光性のレンズ効
果を有する屈折率分布６を形成する工程とを有する光学
素子結合方法によって達成する。

【００１４】または、図８に例示するように、光学素子
用の接着剤としての機能を有し、且つ特定波長帯の光の
強度により屈折率が高くなる屈折率像形成材料５を、支
持体１１の上の第一の光学素子３の端面に付着させた状
態にする工程と、前記第一の光学素子３の前記端面に対
向する第二の光学素子４の端面と前記第一の光学素子３
の前記端面のうち少なくとも一方から前記特定波長帯の
光を照射して集光性のレンズ効果を有する屈折率分布６
Ｂを形成する工程とを有することを特徴とする光学素子
結合方法により達成する。

【００１５】または、特定波長帯の光を照射することに
より屈折率分布を生じる材料であって、エポキシ基を有
する脂環式化合物又は鎖式化合物と、芳香族環又はハロ
ゲンを含有するエチレン不飽和化合物と、多官能アクリ
レート又は多官能メタクリレートと、光重合開始剤とを
含むことを特徴とする屈折率像形成材料によって達成す
る。

【００１６】または、特定波長帯の光を照射することに
より屈折率分布を生じる材料であって、有機変成シリコ
ンと、芳香族環又はハロゲンを含有するエチレン不飽和
化合物と、多官能アクリレート又は多官能メタクリレー
トと、光重合開始剤を含むことを特徴とする屈折率像形
成材料により達成する。または、前記有機変成シリコン
は、アクリル変成シリコン、メタクリル変成シリコン又
はエポキシ変成シリコンのいずれかであることを特徴と
する屈折率像形成材料により達成する。

【００１７】または、特定波長帯の光を照射することに
より屈折率分布を生じる材料であって、シリコンを含有
するエチレン不飽和化合物と、一般式がR₁CH=CHCOOR
₂（R₁は、CH₃、H のいずれかで、R₂は、炭素数１〜４
の鎖式化合物又は脂環式化合物基である）で示されるエ
チレン不飽和化合物と、熱重合開始剤とを溶媒に溶解
し、これを加熱攪拌して共重合物溶液を作製するととも
に、該共重合物溶液を室温まで放冷した後に、芳香族環
又はハロゲンを含有するエチレン不飽和化合物と、多官
能アクリレート又は多官能メタクリレートと、光重合開
始剤を該共重合物溶液に添加することにより形成される
ことを特徴とする屈折率像形成材料によって達成する。

【００１８】または、特定波長帯の光を照射することに
より屈折率分布を生じる材料であって、シリコンを含有
するエチレン不飽和化合物と、一般式がR₁CH=CHCOOR
₂（R₁は、CH₃、H のいずれかで、R₂は、炭素数１〜４
の鎖式化合物又は脂環式化合物基である）で示されるエ
チレン不飽和化合物と、多官能アクリレート又は多官能
メタクリレートと、熱重合開始剤とを溶媒に溶解し、こ
れを加熱攪拌して共重合物溶液を作製するとともに、該
共重合物溶液を室温まで放冷した後に、芳香族環又はハ
ロゲンを含有するエチレン不飽和化合物と、多官能アク
リレート又は多官能メタクリレートと、光重合開始剤を
その共重合物溶液に添加することにより作製されること
を特徴とする屈折率像形成材料により達成する。

【００１９】または、特定波長帯の光を照射することに
より屈折率分布を生じる材料であって、末端に水素基を
有するアクリレート又はメタクリレートをその構造単位
中に含む熱硬化性共重合体と、芳香族環又はハロゲンを
含有するエチレン不飽和化合物ー、多官能アクリレート
又は多官能メタクリレートと、光重合開始剤とからなる
ことを特徴とする屈折率像形成材料により達成する。

【００２０】または、前記熱硬化性共重合体は、クロロ
トリフロロエチレンと、ビニルトリメチルアセテート
と、末端に水酸基を有するアクリレート又はメタクリレ
ートをその構造単位中に含む物質とを有することを特徴
とする屈折率像形成材料により達成する。または、前記
芳香族環又はハロゲンを含有するエチレン不飽和化合物
は、アリルカルバゾール、メタクリロイルオキシエチル
カルバゾール、アクリロイルエチルオキシカルバール、
ビニルカルバゾール、ビニルナフタレン、ナフチルアク
リレート、トリブロモフェニルアクリレート、ジブロモ
フェニルアクリレート、フェノキシエチルアクリレート
のいずれか１つ、又はそのうちのいずれかの混合物であ
ることを特徴とする屈折率像形成材料により達成する。

【００２１】または、前記屈折率像形成材料を、互いに
対向する２つの光学素子の端面の間に挟む工程と、少な
くとも一方の前記光学素子の端面から前記屈折率像形成
材料に特定波長帯の光を照射して集光性のレンズ効果を
有する屈折率分布を形成する工程とを有することを特徴
とする光学素子結合方法により達成する。または、前記
光学素子は、光ファイバ、導波路、半導体レーザ、発光
ダイオード、フォトダイオード、半導体光増幅器のうち
のいずれかであることを特徴とする光学素子結合方法に
より達成する。

【００２２】または、光照射又は加熱によって前記屈折
率像形成材料を硬化させる工程を有することを特徴とす
る光学素子結合方法により達成する。または、結合する
前記光学素子間の間隔を、０．１mm以上とすることを特
徴とする光学素子結合方法により達成する。

【００２３】

【作用】本発明によれば、接着剤を兼ねた屈折率像形
成材料により２つの光学素子の端面を間隔をおいて接続
し、ついで、少なくとも一方の光学素子を通してそれら
の端面の間にある屈折率分布形成材料に光を照射し、こ
れにより集光性のレンズ効果を有する屈折率分布を形成
する。

【００２４】この集光性の屈折率分布を形成するために
は、特開昭６０−１７３５０８号公報で導波路を形成す
るために好適としている条件と相反する条件が必要であ
り、光学素子間の距離は０．１mm以上とすることが必要
となる。また、屈折率分布を形成するための光も、光学
素子から出射後のビームの拡がりを大きくするために、
長波長光を使用することが望ましい。しかしこの波長
は、材料の感光波長域などの特性によっても制限される
ため、光学素子間の距離を大きくすることが簡便であ
る。

【００２５】このため、屈折率分布形成材料によって光
学素子同士の結合効率が良くなり、それらの位置合わせ
の際に高い精度が要求されなくなり、歩留りが向上す
る。しかも、結合しようとする光学素子を固定し、屈折
率分布形成材料を供給した後に、この光学素子からの光
を使用して屈折率分布を形成しているので、光学素子の
固定された位置に合わせてセルフアライメントに屈折率
分布が形成されるため、ラフなアライメントで光学素子
を固定することができ、さらに特開昭５５−４３５３８
号公報で提案している光ファイバ挿入用の穴のような、
結合しようとする素子を配置，固定するたの配慮は無用
となる。

【００２６】また、上記した屈折率像形成材料を採用す
ると、特定波長の光の照射によってモノマーを重合させ
モノマー密度が大きくなるので、光強度の大きさに従っ
た高屈折率のレンズ効果を有する屈折率分布が形成され
る。なお、その屈折率像形成材料により光学素子を結合
し、光学素子からの光照射によってそのレンズ効果を有
する屈折率分布を形成した後に、光照射、加熱処理を行
うと、未反応モノマーが反応して結合効率が安定化す
る。

【００２７】一方、本発明により示した物質を光学素子
結合材料に使用した場合には、耐熱性が良い。

【００２８】

【実施例】そこで、以下に本発明の実施例を図面に基づ
いて説明する。（ａ）本発明の第１実施例の説明図１は、本発明の第１実施例の光学素子結合方法を示す
断面図である。まず、図１(a) に示すように、支持基板
１のＶ溝２に２本の光ファイバ３，４を載置し、その端
面同士の間隔を開けて対向させて固定する。この時、フ
ァイバ端面間の距離は、０．１mm以上とする。

【００２９】次に、屈折率が特定波長の光の照射によっ
て高屈折率化する屈折率像形成材料を溶媒に溶解したも
のを、図１(b) に示すように２つの光ファイバ３，４の
端面の隙間とその周辺に滴下する。これを数時間放置
し、乾燥させる。その屈折率像形成材料としては、例え
ば、エポキシ基を有する脂環式化合物又は鎖式化合物
と、芳香族環又はハロゲンを含有するエチレン不飽和化
合物と、多官能アクリレート又は多官能メタクリレート
と、光重合開始剤とを含むものがある。その他の材料
は、後の実施例で説明する。

【００３０】この後に、屈折率像形成材料５に向けて光
ファイバ３，４の少なくとも一方から光を照射する。こ
の光の波長は、光の広がりを大きくするために長波長で
あることが望ましいが、具体的には屈折率像形成材料５
の感光波長域を考慮して選択する。高屈折率像が形成さ
れるのは、光照射部分で高屈折率である光重合モノマの
重合が開始し、これによりモノマの密度が増えて、モノ
マ密度の低くなった光未照射部との間に屈折率差が生じ
るからであると考えられている。その屈折率像形成材料
５を構成する屈折率像形成材料については、後の実施例
でその具体例を説明する。

【００３１】これにより、屈折率像形成材料５には、光
ファイバ３，４から出射された光の強度分布に基づいた
高屈折率像６が形成される。具体的には、図１(c) に示
すように、一方の光ファイバ３から光が出射される場合
には、そのコアから径が広がるようなホーン型の高屈折
率像６が形成される。また、光ファイバ３，４の双方か
ら光が出る場合には、図２に示すように中央部が最も広
がっている形状、例えば断面菱形の高屈折率像６ａが形
成される。

【００３２】この後に、必要に応じて、紫外線などの光
照射、或いは加熱により未反応モノマーを反応させて屈
折率像形成材料５を安定化するとともに、その材料５を
硬化する。また、光照射によれば、屈折率像形成材料５
内に残留した感光色素を破壊することができ、光透過性
を増すことができる。以上の工程により、光ファイバ
３，４同士は光結合され、かつ、支持基板１に接着固定
される。

【００３３】そして、２つの光ファイバ３，４の端面の
間に存在する屈折率像形成材料５内でホーン型の高屈折
率像６が形成されている場合には、その高屈折率像６の
最も広い端部に接する一方の光ファイバ４からその内部
に信号用の光を照射すると、その光は、高屈折率像６の
レンズ効果によりその最も狭い部分に集光して他方の光
ファイバ３のコアに入射することになる。一般的に、信
号用の光は、半導体レーザなどの赤外光が用いられ、赤
外光に感光する材料は少ないので、屈折率像６を形成す
るための光とは波長が異なる場合が多い。

【００３４】この結果、光ファイバ３，４の位置合わせ
精度が緩やかであっても、屈折率像６の収光機能によっ
て高い結合効率が得られることになる。なお、光ファイ
バ３，４の端部間の間隔を広げて、結合器長を長くする
ことにより、高いアイソレーション性を持たせることが
できる。次に、フーリエ変換を用いた二次元導波路解析
法（電子通信学会論文；J66-C,10(1983)732)を用いて解
析した結果を以下に示す。

【００３５】屈折率像形成材料５内では光照射強度分布
に対応した屈折率分布が形成されると仮定すると、一方
の光コアから高屈折率像形成用の光を照射した後には、
図３に示すような屈折率分布が形成される。この解析例
では、光ファイバのコア径が１０μｍ、コア間距離が１
０００μｍ、コア層間の光軸ズレが０μｍ、コア層の屈
折率１．６０、クラッドの屈折率１．５８、材料に照射
する光の波長が４８８nm、屈折率像形成後の材料の周囲
の屈折率１．５８、材料の高屈折率像とその周囲との屈
折率差０．０１と仮定している。

【００３６】このような屈折率分布を有する屈折率像形
成材料に、一方の光ファイバ３のコアから波長１．３μ
ｍの光を照射すると、光伝搬パターンは図４に示すよう
になり、光は高屈折率像によって他方の光ファイバ４の
コアに集光する。屈折率像形成材料５による光吸収や散
乱による光損失を除外すると、理論上９０％以上の結合
効率が得られる。

【００３７】ところで、光ファイバ、半導体レーザ、光
導波路、光増幅素子等の光学素子同士を結合する場合
に、上記した方法によれば初期の光軸ズレや角度ズレに
対して許容幅は大きくなる。例えば、コア層同士の光軸
が１０μｍずれている場合に、一方の光コアから高屈折
率像形成用の光を照射した後には、屈折率分布は図５に
示すようになる。この例では、２つの光ファイバ３，４
のコア層間の距離が１０００μｍであり、それぞれのコ
ア径が１０μｍ、コア層の屈折率が１．６０、クラッド
の屈折率が１．５８であり、屈折率像形成材料に照射す
る光の波長が１．３μｍ、屈折率像形成後の材料の周囲
の屈折率が１．５８、材料の高屈折率像とその周囲との
屈折率差０．０１と仮定している。

【００３８】光軸ズレが１０μｍの場合にも、材料によ
る光損失を除いた結合効率は、理論上５０％以上とな
る。以上のように形成された光学素子間のアライメント
に対する許容誤差は大きくなる。なお、光ファイバと半
導体レーザを光結合する場合には、図６(a) に示すよう
に、支持基板７の上に光ファイバ３と半導体レーザ８を
載せ、その間に屈折率像形成材料５を供給する。その後
に、その屈折率像形成材料５を乾燥して光ファイバ３と
半導体レーザ８を接着状態にしてから、光ファイバ３か
ら高屈折率像形成用の光を導入して屈折率像形成材料５
にホーン型の高屈折率像６を形成する。これにより、半
導体レーザ８の端面から出た光は、高屈折率像６により
収光されて光ファイバ３のコアに入射することになる。（ｂ）本発明の第２実施例の説明上記した実施例では、２つの光学素子の端部を対向させ
た後に、その間隙とその周辺に屈折率像形成材料を供給
したが、予めその屈折率像形成材料を厚く供給した支持
基板の上に２つの光学素子をおいてそれらの素子を結合
することもできる。

【００３９】次に、その実施例を図７に基づいて説明す
る。まず、図７(a) に示すように、溶剤を溶かした屈折
率像形成材料５を支持基板１のＶ溝２に滴下した後に、
図７(b) に示すように、その屈折率像形成材料５を端面
で挟むようにして２つの光ファイバ３，４をＶ溝２に載
置する。次に、屈折率像形成材料５を数時間放置して乾
燥した後に、図７(c) に示すように、少なくとも一方の
光ファイバ３のコアから高屈折率像形成用の光を導入し
て屈折率像形成材料５に光を照射し、これにより第１実
施例で説明した高反射率部６を形成する。

【００４０】この後に、必要に応じて、第１実施例と同
様に、紫外線などの光照射、或いは加熱により屈折率像
形成材料を硬化する。このようにして接続された光ファ
イバ３，４は、第１実施例と同様に、屈折率像形成材料
５によって支持基板１に接着固定されるとともに、その
内部に形成された高屈折率像６によって光の発散が抑制
されて図７(d) に示すように一方の光ファイバ４から他
方の光ファイバ３へと光を伝播することになる。（ｃ）本発明の第３実施例の説明上記した２つの実施例では、２つの光学素子端面の間と
その周辺に屈折率像形成材料を供給してその材料の中に
光を通過させるようにしたが、発光素子から出射した光
を空間を通して光ファイバや受光素子に入射させたり、
或いは、空間中を伝搬する光を受光素子により受光する
こともある。

【００４１】次に、空間中に伝搬する光を送受光する場
合の光結合について説明する。まず、図８(a) に示すよ
うに、第１の光ファイバ３の光入出力部に屈折率像形成
材料５を塗布し、これを乾燥して支持基板１１に固定す
る。そして、その光ファイバ３から屈折率像形成材料５
に屈折率変更用の光を出力し、図８(b) に示すように、
光照射強度分布によって空間側が広くなるホーン型の高
屈折率像６Ｂを形成する。この後に、必要に応じて、紫
外線などの光照射、或いは加熱により屈折率像形成材料
を硬化する。

【００４２】なお、図８(d) に示すように、２つの光フ
ァイバ３，４の両方から光を照射して中央が最も広い高
屈折率像６Ｃを形成してもよい。次に、図８(c) に示す
ように、第２の光ファイバ４の端面を高屈折率像６Ｂに
向けて配置すると、そこから放射される光は高屈折率像
６Ｂにより光が集められて第１の光ファイバ３のコアに
入射する。この場合、第２の光ファイバ４の位置決め
は、高精度を要求されない。

【００４３】次に、半導体レーザと光ファイバとを空間
を介して光結合する場合について図６(b) に基づいて説
明する。最初に光ファイバ３を支持基板９に載せその先
端に屈折率像形成材料５を供給した後に、その光ファイ
バ３を通して屈折率像形成材料５に光を照射すると、光
の照射強度分布によって空間側が広くなるホーン型の高
屈折率像６Ｂが屈折率像形成材料５に形成される。そし
て、その高屈折率像６Ｂに対向させて半導体レーザ８か
ら光を出射させると、その光は高屈折率像６Ｂにより集
束されて光ファイバ３に入射することになる。

【００４４】このように、離れた位置に固定された光学
素子同士の光の入射、出射や、空間光ビームを光−電気
変換素子に入射させる場合に有効になる。なお、本実施
例の上記説明では、光学素子を支持基板に載せた後に、
屈折率像形成材料を少なくともその先端部分に供給する
ようにしたが、屈折率像形成材料を支持基板の上に供給
してから光学素子を支持基板の上に載置してもよい。（ｄ）本発明の第４実施例の説明上記した実施例では接続される２つの光学素子として、
光ファイバを例にあげたが、光ファイバ、導波路、半導
体レーザ、半導体光増幅器、導波型フォトダイオード、
端面発光型発光素子のうち同じ光学素子或いは異なる光
学素子を結合する場合にも上記したような結合方法を用
いてもよい。

【００４５】２つの光学素子の端面の間とその周辺に供
給された屈折率像形成材料に高屈折率像を形成する際の
光照射方向としては、例えば、光ファイバと導波路を結
合する場合にはいずれか一方又は双方から光を照射す
る。また、光ファイバ又は導波路とフォトダイオードと
を結合する場合には、光ファイバ又は導波路からのみ光
を照射してコーン型の高屈折率像を形成することにな
る。これによれば、高屈折率像による光集束性はなくな
るが、発散性の光を伝搬させる場合に、そのコーン型の
高屈折率像により自己集束的に発散の抑えられた伝搬ビ
ームパターンとなり、光−電気変換素子の受光部に入射
する光強度を向上させることができる。

【００４６】例えば図６(c) に示すように、受光面が直
径５０μｍのフォトダイオード１３を固定し、その受光
面に１ｍｍの間隙を設けて光ファイバ３の端面を対向さ
せ、その状態を保持しながらその間隙とその周辺に屈折
率像形成材料５を供給する。そして、その光ファイバ３
から波長４８８nmの光を導入し、この光を屈折率像形成
材料５に照射して高屈折率像６Ｄを形成した。そして、
材料に最大で０．０１の屈折率差を形成した場合に、ほ
ぼ１００％の光が受光面に集まることがわかった。これ
に対して、上気した屈折率像形成材料に屈折率分布を形
成しないときには、フォトダイオードの受光面に入射す
る光は約４７％となった。（ｅ）本発明の第５実施例の説明この実施例では、屈折率像形成材料に高屈折率像を形成
した場合としない場合の実験結果を述べる。

【００４７】図９(a) に示すように、直径１４５μｍの
横溝２１が付いているガラス筒２０を支持基板２２に取
付けた後に、クラッドの径が１２５μｍ、コアの径が１
０μｍの第一及び第二の光ファイバ２３，２４をガラス
筒２０の両端から挿入した。そのガラス筒２０内では、
２つの光ファイバ２３，２４の端面を横溝２１の両側に
位置させるとともに、その間隔を４００μｍとした。こ
の状態で、それらの光ファイバ２３，２４を接着剤２６
により支持基板２２に固定した。

【００４８】次に、表１に示した屈折率像形成材料２５
をガラス筒２０の横溝２１に滴下し、図９(b) に示すよ
うに光ファイバ２３，２４の間に充填し、放置乾燥し
た。

【００４９】

【表１】

【００５０】第二の光ファイバ２４を図示しない光強度
測定器に接続し、次に、レーザフォーカシングホルダ
（不図示）を用いて第一の光ファイバ２３に波長６３
２．８nmのHe-Ne レーザ光を導入したところ、第二の光
ファイバ２４を通して光強度測定器に入射した光の強度
は４１０nWであった。また、図示しない別の光ファイバ
だけを通してHe-Ne レーザ光を光強度測定器に入射した
場合のその光強度は４３μＷであった。

【００５１】これらの光強度測定器の測定値は、約１分
間測定したときの上限値と下限値の平均である（以下、
同じ）。次に、第二の光ファイバ２４を光強度測定器か
ら取り外し、レーザフォーカシングホルダを用いてその
光ファイバ２４を通して波長４８８nmのアルゴンレーザ
光を屈折率像形成材料２５に約５０分間照射した。その
光強度を１０００nWとした。これにより、図９(c) に示
すように、屈折率像形成材料２５に高屈折率像２６が形
成される。

【００５２】この後に、第二の光ファイバ２４を光強度
測定器に接続し、図９(d) に示すように、第一の光ファ
イバ２３を通して再び波長６３２．８nmの光を第二の光
ファイバ２４に導入すると、その光強度測定器は６７８
０nWの値を示した。従って、アルゴンレーザ光を照射す
ることにより、屈折率像形成材料２５には高屈折率像２
６が形成されたことが確認される。

【００５３】これにより第一の光ファイバ２３から第二
の光ファイバ２４に伝搬したレーザ光の強度は約１６倍
に増加し、高屈折率像形成の効果を確認できた。光結合
効率は１６％程度と算出される。なお、表１に示した屈
折率像形成材料は、第１〜第４実施例にも適用されるも
のであり、アルゴンレーザ光が照射された部分はモノマ
ーが重合し、その強度分布に応じてモノマー密度が大き
くなって屈折率が高くなる。また、その屈折率像形成材
料は接着剤としても機能する。（ｆ）本発明の第６実施例の説明第５実施例と同様な方法で、第一及び第二の光ファイバ
２３，２４をガラス筒２０内に設置、固定した。

【００５４】次に、ガラス筒２０を支持している支持基
板２２を加熱台（不図示）に載置して、第５実施例と同
様に屈折率像形成材料２５を２つの光ファイバ２３，２
４の端面の間に充填し、温度６０°で加熱乾燥した。次
に、第二の光ファイバ２４を光強度測定器に接続し、レ
ーザフォーカシングホルダを用いてHe-Ne レーザ光を第
一の光ファイバ２３、屈折率像形成材料２５を通して第
二の光ファイバ２４に導入したところ、光強度測定器は
１１０nWの光強度を示した。

【００５５】この後に、第二の光ファイバ２４に波長４
８８nmのレーザ光を導入し、屈折率像形成材料２５に３
０分間照射した。この後に、０．５℃／分の温度低下速
度で冷却した。そして、第二の光ファイバ２４を光強度
測定器に接続し、第一の光ファイバ２３に再びHe-Ne レ
ーザ光を導入して第二の光ファイバ２４を通過した光の
強度を測定したところ５５２０nWあった。

【００５６】したがって、屈折率像形成材料２５を加熱
乾燥した後に、その材料にアルゴンレーザ光を照射する
ことにより高屈折率像を形成し、これにより、第一の光
ファイバ２３から第二の光ファイバ２４に入射するHe-N
e レーザ光の強度は約５０倍に増加し、高屈折率像形成
の効果を確認できた。光結合効率は１３％程度と算出さ
れる。

【００５７】以上のことから、屈折率像形成材料２５に
高屈折率像２６を形成する前に６０℃程度の加熱処理を
行っても、悪影響はないことがわかった。（ｇ）本発明の第７実施例の説明第５実施例で説明した、第一及び第二の光ファイバ２
３，２４のクラッドとコアの径を相違させ、かつ、屈折
率像形成材料２５を変えたところ次のような結果が得ら
れた。

【００５８】例えば、第一の光ファイバ２３のクラッド
の径を１２５μｍ、コアの径を１０μｍとし、また、第
二の光ファイバ２４のクラッドの径を１２５μｍ、コア
の径を５０μｍとした。

【００５９】

【表２】

【００６０】そして、光強度測定器に第一の光ファイバ
２３を接続し、第二の光ファイバ２４に波長６３２．８
nmの光を入射したときの光強度測定器の光強度は５５nW
であった。次に、第一の光ファイバ２３を光強度測定器
から外し、紫外線を第一の光ファイバ２３に導入し、２
つの光ファイバ２３，２４間にある屈折率像形成材料２
５に３０分間照射した。

【００６１】その後に、第二の光ファイバ２４を光強度
測定器に再び接続して第一の光ファイバ２３、高屈折率
像２６を通して波長６３２．８nmの光を導入したときの
光強度測定器の光強度は１７３０nWとなり、紫外線照射
前に比べて２つの光ファイバ２３，２４を伝搬する光強
度は約３１倍に増加した。なお、表２に示した屈折率像
形成材料は、第１〜第４実施例にも適用されるものであ
り、アルゴンレーザ光が照射された部分はモノマーが重
合し、その強度分布に応じてモノマー密度が大きくなっ
て屈折率が高くなる。また、その屈折率像形成材料は接
着剤としても機能する。（ｈ）本発明の第８実施例の説明本実施例の屈折率像形成材料は、次のようにして調合さ
れる。

【００６２】まず、７．２ｇのジオキサン内に、アクリ
ル変成シリコーンワニスＫＲ9706を１．６ｇ、メチルメ
タクリレートを０．８ｇ、グリシジルメタクリレートを
０．３ｇ、アゾビスイソブチロニトリルを０．０４ｇ溶
解し、これを７０℃で１時間加熱攪拌した。そして、こ
れを室温まで放冷した後に、その中に、トリメチロール
プロパントリアクリレートとネオぺンチルグリコールジ
アクリレートを各々４０μｌずつ滴下し、ついでこれら
を攪拌した後、さらに７０℃で１時間加熱攪拌した。

【００６３】次に、それらを室温まで放冷した後に、そ
の中に、テトラヒドロフランを１．０ｇ、アリルカルバ
ゾールを０．６６ｇ、Ｎ−ビニルカルバゾールを０．６
６ｇ、トリメチロールプロパントリアクリレートを０．
６６ｇ、ビイミダゾール（B1225,東京化成）を０．０４
ｇ、メチルトリアゾールチオールを０．０４ｇ及びシク
ロペンタノン色素（NKX1460,日本感光色素）を添加し
た。

【００６４】これにより、屈折率像形成材料の作製が終
わる。この後に、第７実施例に用いたと同じ第一及び第
二の光ファイバ２３，２４をガラス筒２０に入れた。そ
して、２つの光ファイバ２３，２４の間に何も充填しな
い状態で、第一の光ファイバ２３を光強度測定器（不図
示）に接続するとともに、第二の光ファイバ２４に波長
６３２．８nmの光を導入したところ、光強度測定器は８
μＷの光強度を示した。

【００６５】一方、別の光ファイバを通して波長６３
２．８nmの光を光強度測定器に入力したところ、６０μ
Ｗの光強度を示した。次に、上記した屈折率像形成材料
２５をガラス筒２０の横溝２１内に滴下し、２つの光フ
ァイバ２３，２４の間にその材料２５を充填し、この状
態を１４時間放置し、乾燥した。

【００６６】そして、第一の光ファイバ２３を光強度測
定器に接続し、第二の光ファイバ２４に波長６３２．８
nmの光を導入したところ、光強度測定器は９μＷの光強
度を示した。次に、第二の光ファイバ２４を通してアル
ゴンレーザ光を屈折率像形成材料２５に８０分間照射し
た。これにより、高屈折率像２６が形成される。

【００６７】この後に、別の光ファイバを用いて波長４
８８nmの光を光強度測定器に接続した時の光強度は４０
nWであった。光強度測定器に第一の光ファイバ２３を接
続し、第二の光ファイバ２４に６３２．８nmの光を導入
したときの光強度測定器の光強度は３０μＷであった。
その結合効率は５０％と算出される。（ｉ）本発明の第９実施例の説明本実施例の屈折率像形成材料は、次のようにして調合さ
れる。

【００６８】まず、７．２ｇのジオキサンに、アクリル
変性シリコーンワニスＫＲ９７０６を１．６ｇ、メチル
メタクリレートを０．８ｇ、グリシジルメタクリレート
を０．４ｇ、アゾビスイソブチロニトルを０．０４ｇ溶
解し、これを７０℃で２時間加熱攪拌した。次に、これ
を室温まで放冷した後に、この中にアリルカルバゾール
を０．６６ｇ、Ｎ−ビニルカルバゾールを０．６６ｇ、
トリメチロールプロパントリアクリレートを０．６６
ｇ、ビイミダゾールを０．０４ｇ、メチルトリアゾール
チオールを０．０４ｇ、およびシクロペンタノン色素を
０．０００４ｇ添加し、攪拌した。これにより、屈折率
像形成材料の作製が終わる。

【００６９】この材料を用い、第８実施例の波長６３
２．８nmの光に代えて、波長１．３μｍの光を用いて実
験した。まず、第８実施例に用いたと同じ第一及び第二
の光ファイバ２３，２４をガラス筒２０に入れた。次
に、第８実施例に示した屈折率像形成材料２５をガラス
筒の横溝に滴下し、その中の２つの光ファイバ２３，２
４の間にその材料２５を充填し、この状態を１７時間放
置し、乾燥した。

【００７０】そして、第一の光ファイバ２３を光強度測
定器（不図示）に接続し、第二の光ファイバ２４に波長
１．３μｍの光を導入したところ、光強度測定器は５０
μＷの光強度を示した。なお、別な１本の光ファイバ
（不図示）を通して同じ波長の光を光強度測定器に入力
したところ、１８０μＷの光強度を示した。

【００７１】次に、第二の光ファイバ２４を通してアル
ゴンレーザ光を屈折率像形成材料２５に８０分間照射し
て、高屈折率像２６を形成した。この後に、光強度測定
器に第一の光ファイバ２３を接続し、第二の光ファイバ
２４に再び１．３μｍの光を導入したときの光強度測定
器の光強度は１７０μＷであった。

【００７２】ところで、この屈折率像形成材料２５をそ
のまま放置すると、時間の経過とともにその中の未反応
のモノマーが重合するので、光強度は低下するので、安
定性に欠ける。そこで、上記した高屈折率像２６を形成
し、光強度測定後に、紫外線を外部から１６０分照射し
さらに、照射開始から１０分後に全体を４０℃で加熱し
た。この後に、第一の光ファイバ２３、高屈折率像２
６、第二の光ファイバ２４を通した光の強度を測定した
ところ、約１００μＷなった。

【００７３】これを１７時間放置して、再びその光虚度
を測定したところ、その値は殆ど変化しないことがわか
り、紫外線照射及び加熱によって光強度の低下はみられ
ず、安定していることがわかった。（ｊ）本発明の第１０実施例の説明本実施例の屈折率像形成材料は、次のようにして調合さ
れる。

【００７４】まず、４．０ｇのジオキサンに、シリコン
含有モノマ（V4800 、チッソ）を０．１ｇ、メチルメタ
クリレートを０．３５ｇ、トリフロロメチルメタクリレ
ートを０．３５ｇ、グリシジルメタクリレートを０．１
ｇ、アゾビスイソブチロニトリルを０．０２ｇを溶解
し、これを７０℃で１時間加熱攪拌した。そして、これ
を室温まで放冷した後に、その中に、トリメチロールプ
ロパントリアクリレートとネオペンチルグリコールジア
クリレートを４０μｌずつ滴下し、ついでこれらを攪拌
した後、さらに７０℃で６時間加熱攪拌した。

【００７５】次に、室温まで放冷した後に、テトラヒド
ロフランを１．０ｇ、アリルカルバゾールを０．２５
ｇ、Ｎ−ビニルカルバゾールを０．２５ｇ、メタクリロ
キシエチルオキシカルバゾールを０．２５ｇ、トリメチ
ロールプロパントリアクリレートを０．２５ｇ、ビイミ
ダゾール（B1225,東京化成工業株式会社）を０．０４
ｇ、メチルトリアゾールチオールを０．０４ｇ、及びシ
クロペンタノン色素（NKX1460 、日本感光色素）を添加
した。

【００７６】これにより、屈折率像形成材料の作製が終
わる。次に、図１０(a) に示すように、最大幅が３００
μｍのＶ溝３１を有する３０×３０×５mmの大きさの第
１のガラス板３０を用いて、その一方の端面に厚さ０．
２mmの第２のガラス板３２の一面を接着した。そして、
一端にコネクタが接続された光ファイバ３３の他端とそ
の近傍を裸にして第１のガラス板３０のＶ溝３１に嵌
め、その他端が第２のガラス板３２から１mm離れるよう
に固定した。

【００７７】次に、図１０(b) に示すように、半導体レ
ーザ３４を微動ステージ３７に設置し、その光出力部分
を第２のガラス板３２を介して光ファイバ３３の端面と
対向させた。さらに、光ファイバ３３の一端のＦＣコネ
クタを光強度測定器（不図示）に接続した。その半導体
レーザ３４に４０mAの電流を流して発振させ、光を放出
させたところ、光強度測定器の光強度は１５nWであっ
た。

【００７８】次に、図１０(c) に示すように、上記した
屈折率像形成材料３５を光ファイバ３３の端面と第２の
ガラス板３２の間に滴下し、これを乾燥した。そして、
光ファイバ３３を通して波長５１５nmのアルゴンレーザ
光を屈折率像形成材料３５に１５０分間照射した。これ
によりホーン型の高屈折率像３６が形成される。その後
に、再び半導体レーザ３４を発光させたところ、光強度
測定器の光強度は１９０nWと上昇した。

【００７９】なお、本実施例の屈折率像形成材料は、第
１〜第４実施例にも適用されるものであり、アルゴンレ
ーザ光が照射された部分はモノマーが重合し、その強度
分布に応じてモノマー密度が大きくなって屈折率が高く
なる。また、その屈折率像形成材料は接着剤としても機
能する。（ｋ）本発明の第１１実施例の説明上記した屈折率像形成材料は、上述の集光性のレンズ効
果を有する屈折率像だけでなく、可干渉性の光で干渉露
光することにより形成される干渉縞像を屈折率像として
形成することもできる。以下に、干渉縞像から屈折率像
を形成し、ホログラムを作成した時の、特性について説
明する。

【００８０】まず、70×70mmのガラス基板に表３の屈折
率像形成材料をドクターブレードで塗布し、窒素ボック
ス内で１時間、次いで70℃のオーブンで10分間乾燥し、
これを感光板として使用する。

【００８１】

【表３】

【００８２】この感光板に、アルゴンレーザ 488 nm 光
を用いて空間周波数2500本/nm 、縞の倒れ角０度の透過
型ホログラム像を露光した。露光強度は２ mW/cm²と
し、露光時間は200 秒とした。露光後の感光膜をHe-Ne
レーザ光を用いて回折効率（ηs:ｓ偏光再生時の回折効
率、ηp:ｐ偏光再生時の回折効率）を測定した結果、η
s=55％、ηp=80％であった。

【００８３】次に、その透過型ホログラムを、80℃のオ
ーブンで１時間加熱した。再度回折効率を測定した結
果、ηs=19％、ηp=74％であった。膜厚は23μm であっ
た。膜厚は、触針式膜圧計（アルファステップ、テンコ
ール社）で測定した。（ｌ）本発明の第１２実施例の説明本実施例でもホログラム像について説明する。

【００８４】まず、70×70mmのガラス基板に表４の屈折
率像形成材料をドクターブレードで塗布し、窒素ボック
ス内で１時間、次いで70℃のオーブンで10分間乾燥し、
これを感光板として使用する。

【００８５】

【表４】

【００８６】この感光板に、アルゴンレーザ光 488 nm
光を用い、入射角45度のミラー反射型ホログラム像を露
光した。露光強度は１ mW/cm²とし、露光時間は400 秒
とした。露光後、瞬間分光測光器（MCPD-100、大塚電
子）を用いて、垂直入射で透過スペクトルを測定した。
その結果、波長540 nm近辺に回折に起因した透過率減少
領域の認められるスペクトルが得られた。回折効率は48
％、回折波長幅は９nmであった。

【００８７】次に、その反射型ホログラムを80℃のオー
ブンで１時間加熱した。次いで、実施例12と同様に透過
スペクトルを測定し、回折効率と回折波長幅を算出した
結果、回折効率は69％、回折波長幅は28nm、膜厚は26μ
m であった。（ｍ）本発明の第１３実施例の説明本実施例でもホログラム像について説明する。

【００８８】まず、70×70mmのガラス基板に表５の屈折
率像形成材料をドクターブレードで塗布し、窒素ボック
ス内で１時間、次いで70℃のオーブンで10分間乾燥し、
これを感光板として使用する。

【００８９】

【表５】

【００９０】この感光板を第１１実施例と同様にして、
透過型ホログラムを露光した。回折効率を測定した結
果、ηs=75％、ηp=49％であった。次に、その透過型
ホログラムを80℃のオーブンで１時間加熱した。再度回
折効率を測定した結果、ηs=82％、ηp=87％であっ
た。膜厚は31μm であった。さらに、表５に示すアクリ
ル変成シリコーンをエポキシ変成シリコーン（SR2115、
東レダウコーニング）に代え、さらに硬化剤（SR2115K
、東レダウコーニング）0.05 gを加えて溶液を作製
し、同様にホログラムを作製した結果、回折効率はηs=
78％、ηp=70％となった。（ｎ）本発明の第１４実施例の説明本実施例でもホログラム像について説明する。

【００９１】まず、第１３実施例で用いた屈折率像形成
材料を同様にして塗布し、感光板を作製した。その感光
板にアルゴンレーザ488 nm光を用い、入射角が30度−60
度の反射型ホログラム作製光学系を用いて反射型ホログ
ラムを露光した。そして、第１１実施例と同様にして透
過スペクトルを測定し、特性を調べた結果、回折効率は
32％、回折波長幅は約9 nmであった。

【００９２】次に、その反射型ホログラムを、80℃のオ
ーブンで１時間加熱した。再度スペクトルを測定し、特
性を調べた結果、回折効率は42％、回折波長幅約は14nm
であった。（ｏ）本発明の第１５実施例の説明本実施例でもホログラム像について説明する。

【００９３】まず、第７実施例で作製した屈折率像形成
材料を、70×70mmのガラス基板にドクターブレードで塗
布し、窒素ボックス内で１時間、次いで70℃のオーブン
で10分間乾燥した。この感光板にアルゴンレーザ488 nm
光を用い、入射角が30度−60度の反射型ホログラム作成
光学系を用いて反射型ホログラムを露光した。

【００９４】第１１実施例と同様にして透過スペクトル
を測定し、特性を調べた結果、回折効率は41％、回折波
長幅は約9 nmであった。（ｐ）本発明の第１６実施例の説明次に、屈折率像形成材料について説明する。まず、その屈折率像形成材料は次の物質により構成さ
れる。

【００９５】第１の屈折率像形成材料は、エポキシ基を
有する脂環式化合物又は鎖式化合物と、芳香族環又はハ
ロゲンを含有するエチレン不飽和化合物と、多官能アク
リレート又は多官能メタクリレートと、光重合開始剤を
有している。第２の屈折率像形成材料は、有機変成シリ
コンと、芳香族環又はハロゲンを含有するエチレン不飽
和化合物と、多官能アクリレート又は多官能メタクリレ
ートと、光重合開始剤を有している。その有機変成シリ
コンは、例えば、アクリル変成シリコン、メタクリル変
成シリコン又はエポキシ変成シリコンのいずれかであ
る。

【００９６】第３の屈折率像形成材料は次のような方法
により形成されたものである。まず、シリコンを含有す
るエチレン不飽和化合物と、一般式がR₁CH=CHCOOR₂で示
されるエチレン不飽和化合物と、熱重合開始剤とを溶媒
に溶解し、これを加熱攪拌して共重合物溶液を作製す
る。次に、その共重合物溶液を室温まで放冷した後に、
芳香族環又はハロゲンを含有するエチレン不飽和化合物
と、多官能アクリレート又は多官能メタクリレートと、
光重合開始剤をその共重合物溶液に添加すると、これに
より屈折率像形成材料は完成する。ただし、一般式にお
けるR₁は、CH₃又はH であり、R₂は、炭素数１〜４の鎖
式化合物又は脂環式化合物基である（以下、同じ）。

【００９７】第４の屈折率像形成材料は次のような方法
により形成されたものである。まず、シリコンを含有す
るエチレン不飽和化合物と、一般式がR₁CH=CHCOOR₂で示
されるエチレン不飽和化合物と、多官能アクリレート又
は多官能メタクリレートと、熱重合開始剤を溶媒に溶解
し、これを加熱攪拌して共重合物溶液を作製する。次
に、その共重合物溶液を室温まで放冷した後に、芳香族
環又はハロゲンを含有するエチレン不飽和化合物と、多
官能アクリレート又は多官能メタクリレートと、光重合
開始剤をその共重合物溶液に添加すると、これにより屈
折率像形成材料は完成する。

【００９８】第５の第２の屈折率像形成材料は、末端に
水素基を有するアクリレート又はメタクリレートをその
構造単位中に含む熱硬化性共重合体と、芳香族環又はハ
ロゲンを含有するエチレン不飽和化合物と、多官能アク
リレート又は多官能メタクリレートと、光重合開始剤か
らなる。その熱硬化性共重合体は、例えば、クロロトリ
フロロエチレン、ビニルトリメチルアセテート、及び末
端に水酸基を有するアクリレート又はメタクリレートを
その構造単位中に含む物質である。

【００９９】ところで、上記した屈折率像形成材料にお
いて、芳香族環又はハロゲンを含有するエチレン不飽和
化合物は、例えば、アリルカルバゾール、メタクリロイ
ルオキシエチルカルバゾール、アクリロイルエチルオキ
シカルバール、ビニルカルバゾール、ビニルナフタレ
ン、ナフチルアクリレート、トリブロモフェニルアクリ
レート、ジブロモフェニルアクリレート、フェノキシエ
チルアクリレートのいずれか１つ、又はそれらの化合物
のいずれかの混合物である。

【０１００】次に、屈折率像形成材料の具体例をあげ
る。屈折率像形成材料のバインダとして、脂環式または
鎖式エポキシ、有機変成シリコーン、末端に水酸基を有
するエチレン不飽和化合物をその構成単位中に有する共
重合物、またはシリコンを含有するエチレン不飽和化合
物をその構成単位中に有する共重合物を用いる。これら
のバインダは反応基を有しており、加熱または光反射す
ることで反応させることができ、優れた耐久性を得るこ
とができる。

【０１０１】脂環式または鎖式エポキシとしては、3,4-
エポキシシクロヘキシルメチル-3,4- エポキシシクロヘ
キサンカルボキシレート、ERL-4299(UCC製) 、ERL-4092
(UCC製) 、EHPE-3150(ダイセル・ユーシービー株式会
社）、エポライト4000、エポライト100MF 、エポライト
80MF、エポライト1600、エポライト1500NP、エポライト
400P、エポライト400E、エポライト M-1230(共栄社油脂
化学工業株式会社) 、および上記化合物の混合物または
共重合物が使用できる。

【０１０２】有機変成シリコーンとしては、アクリル変
成シリコーン、メタクリル変成シリコーン、またはエポ
キシ変成シリコーンが使用できる。また、シリコンを含
有するエチレン不飽和化合物と、エチレン不飽和化合物
を溶媒中で加熱して部分的に共重合させた、共重合物を
バインダとすることもできる。共重合させるモノマとし
て多官能アクリレート、または多官能メタクリレートを
添加しても良い。シリコンを含有するエチレン不飽和化
合物としては、３−アクリロキシプロピルトリメトキシ
シラン、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラ
ン、メタクリロキシプロピルトリス（トリメチルシロキ
シ）シラン、アクリロキシプロピルメチルビス（トリメ
チルシロキシ）シラン、アクリル変成シリコーン、メタ
クリル変成シリコーン等、およびこれらの混合物が使用
できる。エチレン不飽和化合物は、メタルメタクリレー
ト、エチルメタクリレート、プロピルメタクリレート、
イソプロピルメタクリレート、ｎ−ブチルメタクリレー
ト、イソブチルメタクリレート、ｔ−ブチルメタクリレ
ート、エチルアクリレート、ｎ−ブチルアクリレート等
およびこれらの混合物を使用できる。

【０１０３】光反応性の単量体としては、多官能アクリ
レートまたは多官能メタクリレートと、芳香族環または
ハロゲンを含有するエチレン不飽和単量体からなる混合
物を用いる。芳香族環またはハロゲンを含有するエチレ
ン不飽和単量体は、高屈折率を有し、光照射により、光
照射部で重合、高密度化することにより、光照射部の屈
折率を未照射部に比べ向上させる。多官能アクリレート
または多官能メタクリレートは、光反応性を向上させ、
重合物を３次元架橋化させることで、耐久性を向上させ
る。芳香族環またはハロゲンを含有するエチレン不飽和
単量体としては、アリルカルバゾール、メタクリロイル
オキシエチルカルバゾール、アクリロイルエチルオキシ
カルバゾール、ビニルカルバゾール、ビニルベンジルカ
ルバゾール、ビニルオキシエチルカルバゾール、ビニル
ナフタレン、ナフチルアクリレート、トリブロモフェニ
ルアクリレート、ジブロモフェニルアクリレート、フェ
ノキシエチルアクリレート、フルオレンヒドロキシアク
リレート、２、２’−（２−ヒドロキシエチルメタクリ
レート）（２、３−ジヒドロキシプロピルメタクリレー
ト）ジフェネート、２、２’−（２−ヒドロキシエチル
メタクリレート）ハイドロゲンジフェネート、および上
記化合物の混合物を使用できる。

【０１０４】多官能アクリレートまたは多官能メタクリ
レートとしては、トリメチロールプロパントリアクリレ
ート、ネオペイチルグリコールジアクリレート、ペンタ
エリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトー
ルテトラアクリレート、トリメチロールプロパントリメ
タクリレート、および上記化合物の混合物が使用でき
る。

【０１０５】光重合開始剤としては、2,4,6-トリメチル
ベンゾイルジフェニルホスフィンオキサイド、ベンジ
ル、ベンゾインイソプロピルエテール、ＢＴＴＢ（3,
3',4,4'-テトラ（t-ブチルパーオキシカルボニル）ベン
ゾフェノン、過酸化ベンゾイル、ジ(t- ブチルパーオキ
シ）イソフタレート等の有機過酸化物、ベンゾイミダゾ
ール、2-(o- クロロフェニル)4, 5-ジフェニルイミダゾ
ール２量体等のイミダゾール類と、2-メルカプトベンゾ
チアゾール、P-ジエチルアミノベンゾフェノン、1H-1,
2,4- トリアゾール-3- チオール、4-メチル-4H-1,2,4-
トリアゾール-3- チオール等の化合物から選ばれた組み
合わせの混合物、または、ピレン−シクロペンタジエニ
ル−鉄−ヘキサフルオロアンチモン酸塩等の鉄−アーレ
ン錯体、屈折率像を形成する光の波長に応じて、さらに
は増感色素として、4-( ジシアノメチレン)-2-メチル-6
-(P-ジメチルアミノスチリル)-4H- ピラン、3,3'- カル
ボニルビス(7- ジエチルアミノクマリン) 、2,5-ビス(4
- ジエチルアミノベンジリデン）シクロペンタノン、2,
6-ビス(4- ジメチルアミノベンジリデン）シクロヘキサ
ノン等を使用しても良い。

【０１０６】また、熱硬化性の非光反応成分を熱硬化さ
せるために、熱硬化剤を用いても良い。例えば、エポキ
シ基を含有するバインダを用いる場合の熱硬化剤として
は、ヘキサメチレンジアミン、トリメチルヘキサメチレ
ンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテト
ラミン、トリ（メチルアミノ）ヘキサン、ジエチルアミ
ノプロピルアミン、メンセンジアミン、イソフォロンジ
アミンなどのアミノ酸、メチルテトラヒドロ無水フタル
酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸などの酸無水物
系、2-エチル-4- メチルイミダゾール、2-フェニルイミ
ダゾールなどのイミダゾール類などが、水酸基を有する
バインダを用いる場合の熱硬化剤としては、コロネート
EH（日本ポリウレタン) 、コロネート2092（日本ポリウ
レタン) 、デュラネートTHA-100(旭化成) 、デュラネー
トTPA-100(旭化成) 、スミジュールN3500(住友バイエル
ウレタン) 、タケネートD-170N（武田薬品）などのイソ
シアネート系硬化剤や、ニカラックMW030(三和ケミカ
ル) 、ニカラックMX-40(三和ケミカル) 、サイメル325
(三井東圧化学株式会社）などのメラミン系硬化剤があ
る。

【０１０７】これらの材料は、必要に応じ溶媒に溶媒し
溶液として調整される。溶媒としては、テトラヒドロフ
ラン、テトラヒドロピラン、アセトン、メタノール、ジ
アセトンアルコール、ジクロロメタン、ジクロロエタ
ン、酢酸エチル、酢酸ブチル、ジオキサン、トルエン、
などから使用する材料を溶解する溶媒が選ばれる。調整
された溶液は、注入、滴下、スピンコート、ナイフコー
ティング、ディッピング、スクリーン印刷等の方法によ
って充填または設置する。溶液に溶媒を含む場合は、放
置、加熱、減圧等の方法で溶媒を除去する。

【０１０８】屈折率分布は、材料に光を照射することで
形成される。作成する屈折率分布に応じ、一光束露光、
多光束露光、干渉露光などの光照射方法を用いる。光源
は、材料に添加した光重合開始剤や増感剤の感光波長域
に応じて、紫外光、可視光、赤外光から選択して使用す
る。干渉露光する場合には、可干渉性の光源を使用す
る。

【０１０９】屈折率分布を形成する際に、上記光照射行
程に加えて、40〜140 ℃で加熱しても良く、さらに材料
全体に光を照射しても良い。これらの工程によって、未
反応のモノマを反応させて硬化させることができ、ま
た、未反応の光重合開始剤や増感剤を破壊することもで
きる。以上のように本発明の屈折率像形成材料は、バイ
ンダとして、脂環式又は鎖式エポキシ、アクリル変性シ
リコーン、メタクリル変性シリコーン、エポキシ変性シ
リコーン、末端に水酸基を有するエチレン不飽和化合物
をその構成単位中に有する共重合物など、反応性を有す
る化合物を使用するので、加熱又は光照射して架橋又は
重合させることができ、優れた耐久性を得ることができ
る。（ｑ）本発明の第１７実施例の説明上記した各実施例における屈折率像形成材料は、溶媒に
溶解された後に、この溶液を、注入法、点滴法、スピン
コート法、ナイフコーティング法、又はディッピング法
のいずれかによって光学素子などに供給される。

【０１１０】また、その方法により供給された屈折率像
形成材料は、溶媒を除去した後に、高屈折率像を形成す
るための波長の光がその一部に照射される。そして、高
屈折率像が形成される前又は後には、少なくとも４０℃
〜１４０℃の加熱、紫外線照射のいずれかが施される。

【０１１１】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、光学
素子の端面の間隔を開けて対向させて固定し、この光学
素子間に屈折率像形成材料を供給し、次いで、少なくと
も一方の光学素子から光を通して材料に光を照射し、こ
れにより、集光性のレンズ効果を有する屈折率分布を形
成している。このように、セルフアライメント方式で光
学素子間を光結合するため、最初に光学素子を固定する
時の位置合わせのトレランスが大きく、高い精度が要求
されなくなり、結合が容易になる。また、形成された屈
折率分布によって光を集光するもので、光学素子間の結
合効率が良くなる。

【０１１２】また、上記した屈折率像形成材料は、光を
照射するだけで、屈折率分布を形成することができ、さ
らに反応性を有する化合物をバインダとして使用してい
るので、バインダ化合物を硬化処理し、耐久性を向上さ
せることができる。これらの結合方法および屈折率像形
成材料を使用することにより、光学素子をラフなアライ
メントで高効率に結合することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る光学素子結合方法を
示す断面図である。

【図２】本発明の第１実施例に係る光学素子結合方法の
別の形態を示す断面図である。

【図３】本発明の第１実施例により結合された光学素子
間の屈折率分布図である。

【図４】本発明の第１実施例により結合された光軸ズレ
のある光学素子間の屈折率分布図である。

【図５】本発明の第１実施例により結合された光学素子
間の屈折率分布図である。

【図６】本発明の第１、第３及び第４実施例に係る光学
素子の結合状態を示す断面図である。

【図７】本発明の第２実施例に係る光学素子の結合方法
を示す断面図である。

【図８】本発明の第３実施例に係る光学素子の結合方法
を示す断面図である。

【図９】本発明の第５〜第９実施例に係る光学素子結合
方法を示す断面図である。

【図１０】本発明の第１０実施例に係る光学素子結合方
法を示す断面図である。

【符号の説明】

１、９、１１支持基板（支持体）２Ｖ溝３、４、２３、２４光ファイバ（光学素子）５、２５、３５屈折率像形成材料（光学素子結合材
料）６、６Ａ、６Ｂ、２６高屈折率像７基板８半導体レーザ２０ガラス筒２１横溝２２支持基板３０、３２ガラス板３１Ｖ溝３３光ファイバ３４半導体レーザ３７微動ステージ

フロントページの続き (72)発明者吉村徹三神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内 (72)発明者米田泰博神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２つの光学素子（３，４）のそれぞれの端
面を間隔をおいて固定する工程と、光学素子用の接着剤としての機能を有し、且つ特定波長
帯の光の強度により屈折率分布を生じる屈折率像形成材
料（５）を２つの前記光学素子（３，４）の前記端面の
間に供給する工程と、２つの前記光学素子（３，４）の少なくとも一方の前記
端面から前記屈折率像形成材料（５）に前記特性波長帯
の光を照射して集光性のレンズ効果を有する屈折率分布
（６）を形成する工程とを有する光学素子結合方法。
【請求項２】光学素子用の接着剤としての機能を有し、
且つ特定波長帯の光の強度により屈折率が高くなる屈折
率像形成材料（５）を支持体（１）の上に供給する工程
と、屈折率像形成材料（５）を介して互いの端面を対向させ
て２つの光学素子（３，４）を前記支持体（１）の上に
載置する工程と、２つの前記光学素子（３，４）の少なくとも一方の端面
から前記屈折率像形成材料（５）に前記特性波長帯の光
を照射して集光性のレンズ効果を有する屈折率分布
（６）を形成する工程とを有する光学素子結合方法。
【請求項３】光学素子用の接着剤としての機能を有し、
且つ特定波長帯の光の強度により屈折率が高くなる屈折
率像形成材料（５）を、支持体（１１）の上の第一の光
学素子（３）の端面に付着させた状態にする工程と、前記第一の光学素子（３）の前記端面に対向する第二の
光学素子（４）の端面と前記第一の光学素子（３）の前
記端面のうち少なくとも一方から前記特定波長帯の光を
照射して集光性のレンズ効果を有する屈折率分布（６
Ｂ）を形成する工程とを有することを特徴とする光学素
子結合方法。
【請求項４】特定波長帯の光を照射することにより屈折
率分布を生じる材料であって、エポキシ基を有する脂環
式化合物又は鎖式化合物と、芳香族環又はハロゲンを含
有するエチレン不飽和化合物と、多官能アクリレート又
は多官能メタクリレートと、光重合開始剤とを含むこと
を特徴とする屈折率像形成材料。
【請求項５】特定波長帯の光を照射することにより屈折
率分布を生じる材料であって、有機変成シリコンと、芳
香族環又はハロゲンを含有するエチレン不飽和化合物
と、多官能アクリレート又は多官能メタクリレートと、
光重合開始剤を含むことを特徴とする屈折率像形成材
料。
【請求項６】前記有機変成シリコンは、アクリル変成シ
リコン、メタクリル変成シリコン又はエポキシ変成シリ
コンのいずれかであることを特徴とする請求項５記載の
屈折率像形成材料。
【請求項７】特定波長帯の光を照射することにより屈折
率分布を生じる材料であって、シリコンを含有するエチ
レン不飽和化合物と、一般式がR₁CH=CHCOOR₂（R₁は、CH
₃、H のいずれかで、R₂は、炭素数１〜４の鎖式化合物
又は脂環式化合物基である）で示されるエチレン不飽和
化合物と、熱重合開始剤とを溶媒に溶解し、これを加熱
攪拌して共重合物溶液を作製するとともに、該共重合物
溶液を室温まで放冷した後に、芳香族環又はハロゲンを
含有するエチレン不飽和化合物と、多官能アクリレート
又は多官能メタクリレートと、光重合開始剤を該共重合
物溶液に添加することにより形成されることを特徴とす
る屈折率像形成材料。
【請求項８】特定波長帯の光を照射することにより屈折
率分布を生じる材料であって、シリコンを含有するエチ
レン不飽和化合物と、一般式がR₁CH=CHCOOR₂（R₁は、CH
₃、H のいずれかで、R₂は、炭素数１〜４の鎖式化合物
又は脂環式化合物基である）で示されるエチレン不飽和
化合物と、多官能アクリレート又は多官能メタクリレー
トと、熱重合開始剤とを溶媒に溶解し、これを加熱攪拌
して共重合物溶液を作製するとともに、該共重合物溶液
を室温まで放冷した後に、芳香族環又はハロゲンを含有
するエチレン不飽和化合物と、多官能アクリレート又は
多官能メタクリレートと、光重合開始剤をその共重合物
溶液に添加することにより作製されることを特徴とする
屈折率像形成材料。
【請求項９】特定波長帯の光を照射することにより屈折
率分布を生じる材料であって、末端に水素基を有するア
クリレート又はメタクリレートをその構造単位中に含む
熱硬化性共重合体と、芳香族環又はハロゲンを含有する
エチレン不飽和化合物ー、多官能アクリレート又は多官
能メタクリレートと、光重合開始剤とからなることを特
徴とする屈折率像形成材料。
【請求項１０】前記熱硬化性共重合体は、クロロトリフ
ロロエチレンと、ビニルトリメチルアセテートと、末端
に水酸基を有するアクリレート又はメタクリレートをそ
の構造単位中に含む物質とを有することを特徴とする請
求項９記載の屈折率像形成材料。
【請求項１１】前記芳香族環又はハロゲンを含有するエ
チレン不飽和化合物は、アリルカルバゾール、メタクリ
ロイルオキシエチルカルバゾール、アクリロイルエチル
オキシカルバール、ビニルカルバゾール、ビニルナフタ
レン、ナフチルアクリレート、トリブロモフェニルアク
リレート、ジブロモフェニルアクリレート、フェノキシ
エチルアクリレートのいずれか１つ、又はそのうちのい
ずれかの混合物であることを特徴とする請求項４、５、
７、８又は９記載の屈折率像形成材料。
【請求項１２】請求項４、５、６、７、８、９、１０又
は１１記載の屈折率像形成材料を、互いに対向する２つ
の光学素子の端面の間に挟む工程と、少なくとも一方の
前記光学素子の端面から前記屈折率像形成材料に特定波
長帯の光を照射して集光性のレンズ効果を有する屈折率
分布を形成する工程とを有することを特徴とする光学素
子結合方法。
【請求項１３】前記光学素子は、光ファイバ、導波路、
半導体レーザ、発光ダイオード、フォトダイオード、半
導体光増幅器のうちのいずれかであることを特徴とする
請求項１、２、３又は１２記載の光学素子結合方法。
【請求項１４】光照射又は加熱によって前記屈折率像形
成材料を硬化させる工程を有することを特徴とする請求
項１、２、３又は１２記載の光学素子結合方法。
【請求項１５】結合する前記光学素子間の間隔を、０．
１mm以上とすることを特徴とする請求項１、２、３、１
２、１３又は１４記載の光学素子結合方法。