带镜面的光传输体及其制造方法 【技术领域】
本发明涉及成本、量产性、可靠性较好的带镜面的光传输体及其制造方法。
背景技术
近几年，伴随着因特网所代表的信息通信技术的发展和信息处理装置处理速度的飞速提高等，收发送图象等大容量数据的需求也在提高。这些大容量数据的传输速度希望是10Gbps以上的传输速度，并且还希望电磁噪声的影响小。在这样的高速通信中，人们将希望寄托在使用光的通信技术上。因此，逐渐从以往一般使用金属电缆和金属配线的电传输向使用光纤和光导波路等光传输媒体转变。
使用光导波路的光传输中，考虑到安装时的成本优势，人们讨论在平行于芯的面上搭载光元件(面发光元件和面受光元件)的结构的光导波路。
这时，为了使芯与光元件光学结合，需要将光路转变约90°，作为实现方法，在光导波路上由切割等形成V形槽，在该V形槽构成的芯斜面上制作镜面。例如，形成在光导波路上的斜面上什么都不安装，利用空气与光导波路材料(芯材料)的折射率差形成的全反射来形成镜面，在上述斜面上蒸镀金等金属后形成金属膜，由此形成镜面。
也可以用光纤取代光导波路，能够在固定于基板上的光纤上由切割等形成V形槽，在该V形槽构成的光纤芯的斜面上制作镜面。以下，光导波路和光纤统称为光传输体。
[专利文献1]特开平10-300961号公报
但是，由切割等制作的镜面上，表面粗糙(凹凸)，所以反射效率低，光的传输损失变大。特别是切割的对象物为较软材料时，切割面容易粗糙。因此，要对软的光导波路和光纤由切割进行加工时，切割面会明显粗糙。
另外，在蒸镀金属的方法中，光导波路尺寸越大，放入蒸镀锅的数量有限，所以会消耗成本，并且因为不需要金属蒸镀的部分必须屏蔽，所以成本变高，屏蔽的清晰度也会有限制。
并且，由蒸镀形成的金属膜与光导波路材料的粘合性较差，容易剥落。
【发明内容】
本发明的目的在于解决上述课题，提供成本、量产性、可靠性较好的带镜面的光传输体及其制造方法。
为了达到上述目的，本发明的带镜面的光传输体是在光传输体传输光的光传输层上形成与该光传输层的光传输方向交叉的粗面，与该粗面紧贴而形成覆盖该粗面的反射辅助层，在该反射辅助层上形成反射来自上述光传输层的光的平滑面。
上述光传输体可以使上述光传输方向与上述基板平行地搭载在基板上。
上述粗面可以与上述光传输层的光传输方向垂直交叉。
上述粗面可以与上述光传输层的光传输方向倾斜交叉。
上述反射辅助层的折射率与上述光传输层的折射率的折射率差可以在±0.1以内。
上述反射辅助层可以由热硬化树脂或光硬化树脂形成。
上述反射辅助层可以由热可塑性树脂形成。
可以具有覆盖上述平滑面的金属膜或多层膜等构成的光反射膜。
上述光传输体可以是光导波路或光纤。
上述光传输层的弹性模量可以在1GPa以下。
本发明的带镜面的光传输体的制造方法包括：在光传输体传输光的光传输层上由切割形成与其光传输方向交叉的粗面的步骤；紧贴该粗面而形成覆盖该粗面的反射辅助层的步骤；在该反射辅助层上形成反射来自上述光传输层的光地平滑面的步骤。
形成上述平滑面的步骤可以包含使用具有平滑面的整形部件使上述反射辅助层整形的步骤。
形成上述平滑面的步骤可以包含从上述反射辅助层上剥离上述整形部件的步骤。
形成上述平滑面的步骤可以包含事先在上述整形部件的上述平滑面上保持光反射膜的步骤、在上述反射辅助层的平滑面上保持该光反射膜的步骤、从上述光反射膜上剥离上述整形部件的步骤。
本发明具有以下效果。
能够制造成本、量产性、可靠性较好的带镜面的光传输体。
【附图说明】
图1是表示本发明一实施方式的带镜面的光传输体的剖面图。
图2是表示本发明一实施方式的带镜面的光传输体的剖面图。
图3是表示本发明一实施方式的带镜面的光传输体的剖面图。
图4是表示本发明一实施方式的带镜面的光传输体的剖面图。
图5是表示本发明一实施方式的带镜面的光传输体的剖面图。
图6是表示本发明一实施方式的带镜面的光传输体的剖面图。
图7是表示图1的带镜面的光传输体的制造方法的图，(a)是使用整形部件的整形步骤时的剖面图，(b)是剥离整形部件的离模步骤时的剖面图。
图8是表示图2的带镜面的光传输体的制造方法中，剥离整形部件的离模步骤时的剖面图。
图9是表示图3的带镜面的光传输体的制造方法的图，(a)是使用整形部件的整形步骤时的剖面图，(b)是剥离整形部件的离模步骤时的剖面图。
图10是表示图4的带镜面的光传输体的制造方法的图，(a)是使用整形部件的整形步骤时的剖面图，(b)是剥离整形部件的离模步骤时的剖面图。
图11是表示图5的带镜面的光传输体的制造方法的图，(a)是形成反射辅助层的层追加步骤时的剖面图，(b)是使用整形部件的整形步骤时的剖面图，(c)是剥离整形部件的离模步骤时的剖面图。
图12是表示本发明一实施方式的整形部件未剥离的带镜面的光传输体的剖面图。
图13是由V形槽加工形成粗面的光传输体的剖面图。
图14(a)是在图13的光传输体上形成反射辅助层的层追加步骤时的剖面图，(b)是使用整形部件的整形步骤时的剖面图。
图15是在图14(b)的步骤后剥离整形部件的离模步骤时的剖面图。
图16是表示本发明的带镜面的光传输体的制造方法的剖面图。
符号说明
1带镜面的光传输体
2光传输体
3光传输层
4反射辅助层
5基板
6角槽
7V形槽
8光反射膜
9整形部件
R粗面
S、SS平滑面
【具体实施方式】
下面根据附图说明本发明的一实施方式。
如图1-图6所示，本发明所涉及的带镜面的光传输体1，在光传输体2传输光的光传输层3上形成与其光传输方向交叉的粗面R，紧贴粗面R形成覆盖粗面R的反射辅助层4，在反射辅助层4上形成反射来自光传输层3的光的平滑面S。该平滑面S作为镜面的反射面。这样，通过在光传输层3的光传输方向延长上设置将平滑面S作为反射面的反射辅助层4，由此形成转换光传输方向的镜面。
光传输体2是使光传输层3的光传输方向与基板5平行地搭载在基板5上。但是，图4-图6的带镜面的光传输体1中，光传输体2与基板5形成为一体，光传输体2的一部分兼基板5。光传输体2与基板5分别形成时，也可以构成图4-图6的带镜面的光传输体1。
光传输体2是光导波路或光纤。光导波路是由包层包围矩形剖面的芯周围。这时，包层和芯层叠形成在基板5上。光纤是由圆形剖面的包层包围圆形剖面的芯周围。这时，在基板5上铺设光纤。无论哪种情况，侧面图都如图1-图6所示，芯作为光传输层3。
图1-图4所示的带镜面的光传输体1中，粗面R与光传输层3的光传输方向(图示左右方向)垂直交叉。图1、图2中，形成在基板5上的光传输体2的端部由切割等相对光传输方向切割加工为直角，其切割面作为粗面R。图3、图4中，基板5上的、与光传输方向连续形成的光传输体2的中途由切割、激光加工等，相对光传输方向切割加工为直角，由此形成角槽6，该角槽6的切割面作为粗面R。
具有与光传输方向(图示左右方向)垂直交叉的反射辅助层4的图1、图3的带镜面的光传输体1中，在光传输方向(图示左右方向)上形成与反射辅助层4不同的镜面(未图示)，由此可以作为激光振荡等的谐振器来使用。
图5、图6所示的带镜面的光传输体1中，粗面R与光传输层3的光传输方向切斜交叉。基板5上与光传输方向连续形成的光传输体2的中途，由使用V字状刀刃的切割、激光加工等，与光传输方向倾斜进行切割加工，由此形成V形槽7。该V形槽7的切割面作为粗面R。
光传输体2为较硬材质时，切割面能够比较平滑。但光传输体2为软的光导波路和树脂制光纤等较软材质时，切割面为明显粗糙的粗面R。本发明能够与光传输体2的硬度无关，尤其能够消除明显粗糙的粗面R中的反射效率低。例如光传输体2的光传输层3的弹性模量在1GPa以下时尤其有效。
反射辅助层4由透明材料构成。这里的透明表示对光传输层3所传输的特定波长的光、特定波长带的光或宽波长频带的光，能够适合传输损失等条件的足够高的透过率。
反射辅助层4和光传输层(芯)3的折射率相同是最理想的，但也不是必须要完全相同，反射辅助层4与光传输层3的折射率差越大，光传输层3传输来的光越容易在与反射辅助层4的分界面上扩散。即使反射辅助层4的折射率与光传输层3的折射率有很大的差，只要光扩散导致的传输损失不严重就没有问题。例如，反射辅助层4的折射率与光传输层3的折射率的折射率差在±0.1以内，光扩散导致的传输损失就会很小。也并不是折射率超过±0.1就不可以，反射辅助层4的折射率与包层的折射率相同程度也可以。
反射辅助层4可以由热硬化树脂或光硬化树脂形成。而且反射辅助层4可以由热可塑性树脂形成。这些热硬化树脂、光硬化树脂、热可塑性树脂一般称为粘合剂。具体的反射辅助层4的形成方法将后述。
图1、图3所示的带镜面的光传输体1中，反射辅助层4的平滑面S相对基板5形成为直角。这时，平面面S构成镜面，将沿基板5传输来的光沿基板5的方向反射。
图2、图4-图6所示的带镜面的光传输体1中，反射辅助层4的平滑面S相对基板5倾斜形成。这时，平滑面S构成镜面，将沿基板5传输来的光向与基板5交叉的方向反射。平滑面S相对基板5的倾斜角为45°时，光的反射方向与基板5形成直角。
图6所示的带镜面的光传输体1具有光反射膜8，其由覆盖反射辅助层4的平滑面S的金属膜或多层膜等构成。由此，镜面成为带光反射膜的镜面。与之相对，图1-图5所示的带镜面的光传输体1中，反射辅助层4的平滑面S自身构成无光反射膜的镜面。这是因为反射辅助层4的折射率与空气折射率有足够的差。在图1-图4的带镜面的光传输体1中，也可以具有覆盖反射辅助层4的平滑面S的光反射膜8。
下面说明带镜面的光传输体1的制造方法。
如图7-图15所示，本发明的带镜面的光传输体制造方法包括：切割加工步骤P1，其在光传输体2传输光的光传输层3上由切割形成与其光传输方向交叉的粗面R；层追加步骤P2，其紧贴粗面R形成覆盖粗面R的反射辅助层4；平滑化步骤P3，其在反射辅助层4上形成反射来自光传输层3的光的平滑面S。
图7-图12的制造方法中，在反射辅助层4上形成平滑面S的平滑化步骤P3包括使用具有平滑面SS的整形部件9使反射辅助层4整形的整形步骤P4。整形部件9是通过在未固化状态的反射辅助层4上放上平滑面SS、从而在反射辅助层4上形成平滑面S的部件。
图7-图11的制造方法中，在反射辅助层4上形成平滑面S的平滑化步骤P3包括从反射辅助层4上剥离整形部件9的离模步骤P5。与之不同，图12的制造方法中，没有离模步骤P5，整形部件9在与反射辅助层4粘合的状态留在带镜面的光传输体1上。
图13-图15所示的制造方法中，在反射辅助层4上形成平滑面S的平滑化步骤P3包括：事先在整形部件9的平滑面SS上保持光反射膜8的膜保持步骤P6；在反射辅助层4的平滑面S上保持光反射膜8的转印步骤P7；从光反射膜8上剥离整形部件9的剥离步骤P8。
下面详细说明各实施方式。
如图7(a)所示，光传输体2使光传输层3的光传输方向与基板5平行地搭载在基板5上。切割加工步骤P1中，光传输体2的端部由切割等，相对光传输方向切割加工为直角，由此，其切割面成为粗面R。层追加步骤P2中，未硬化状态的热硬化树脂或光硬化树脂、或者热可塑性树脂构成的反射辅助层材料无间隙地紧贴粗面R，反射辅助层材料覆盖粗面R，由此形成反射辅助层4。这时，反射辅助层4中与粗面R相反的面是不定形的，在平滑化步骤P3(整形步骤P4)中，其上贴整形部件9。
整形部件9是形成为四角柱状(立方体状)的固形部件。整形部件9由金属、玻璃、塑料等形成。塑料时，最好不要被使反射辅助层4的反射辅助层材料整形、硬化的热、光等软化。另外，整形部件9最好容易从反射辅助层4上剥离。整形部件9具有与基板5形成为直角的平滑面SS。整形部件9上，为了之后容易从反射辅助层4上剥离，可以事先涂氟化合物等剥离剂。
整形部件9的平滑面SS贴在与反射辅助层4的粗面R相反的面上后，使反射辅助层4整形。
如图7(b)所示，反射辅助层4固化后，进行离模步骤P5。离模步骤P5中，将整形部件9从反射辅助层4上剥离。由此，反射辅助层4上，由整形部件9的平滑面SS整形的平滑面S相对基板5形成为直角，完成图1的带镜面的光传输体1。
可以不物理剥离整形部件9，由溶剂溶解除去整形部件9。例如事先由氟酸能溶解的玻璃来形成整形部件9，在反射辅助层4固化后，溶解除去整形部件9。另外，整形部件9为可溶性塑料时，可以由有机溶剂溶解除去。
图8的制造方法是制造图2的带镜面的光传输体1的方法。与图7的制造方法相比，在切割加工步骤P1中，相对光传输方向形成直角的粗面R这一点是相同的，但整形部件9不是四角柱状，平滑面SS相对基板5倾斜。在平滑化步骤P3中，通过使用该整形部件9，反射辅助层4的平滑面S相对基板5倾斜形成。
如图9(a)所示，光传输体2使光传输层3的光传输方向平行于基板5地搭载在基板5上。在切割加工步骤P1中，基板5上与光传输方向连续形成的光传输体2的中途相对光传输方向切割加工为直角，由此形成角槽6，该角槽6的切割面作为粗面R。层追加步骤P2中，未固化状态的反射辅助层材料无间隙地紧贴粗面R，反射辅助层材料覆盖粗面R，由此形成反射辅助层4。平滑化步骤P3(整形步骤P4)中，将四角柱状的整形部件9插入角槽6，将整形部件9的平滑面SS放在反射辅助层4中与粗面R相反的面上，将反射辅助层4整形。
如图9(b)所示，反射辅助层4固化后，进行离模步骤P5。离模步骤P5中，从反射辅助层4上剥离整形部件9，从角槽6排出。由此，反射辅助层4上，由整形部件9的平滑面SS整形的平滑面S相对基板5形成为直角，完成图3的带镜面的光传输体1。
如图10(a)所示，光传输体2使光传输层3的光传输方向与基板5平行地搭载在基板5上。在切割加工步骤P1中，基板5上与光传输方向连续形成的光传输体2的中途相对光传输方向切割加工为直角，由此形成角槽6，该角槽6的切割面为粗面R。在层追加步骤P2中，未固化状态的反射辅助层材料无间隙地紧贴粗面R，反射辅助层材料覆盖粗面R，由此形成反射辅助层4。
平滑化步骤P3(整形步骤P4)中，平滑面SS相对基板5倾斜的整形部件9插入角槽6，将整形部件9的平滑面SS放在反射辅助层4中与粗面R相反的面上，将反射辅助层4整形。
如图10(b)所示，反射辅助层4固化后，进行离模步骤P5。离模步骤P5中，从反射辅助层4上剥离整形部件9，从角槽6中除去。由此，反射辅助层4上，由整形部件9的平滑面SS整形的平滑面S相对基板5倾斜形成，完成图4的带镜面的光传输体1。
如图11(a)所示，光传输体2使光传输层3的光传输方向与基板5平行地搭载在基板5上。在切割加工步骤P1中，基板5上与光传输方向连续形成的光传输体2的中途相对光传输方向倾斜，进行切割加工，形成V形槽7，该V形槽7的切割面作为粗面R。在层追加步骤P2中，未硬化状态的热硬化树脂或光硬化树脂、或者热可塑性树脂构成的反射辅助层材料无间隙地紧贴粗面R，反射辅助层材料覆盖粗面R，由此形成反射辅助层4。这时，反射辅助层4中与粗面R相反的面是不定形的。
如图11(b)所示，在平滑化步骤P3(整形步骤P4)中，反射辅助层4上放整形部件9。整形部件9具有相对基板5形成45°倾斜角的平滑面SS，由此，反射辅助层4上能够形成与基板5的倾斜角为45°的平滑面S。
如图11(c)所示，反射辅助层4固化后，进行离模步骤P5。离模步骤P5中，从反射辅助层4上剥离整形部件9。由此，反射辅助层4上，由整形部件9的平滑面SS整形的平滑面S相对基板5形成45°倾斜角，完成图5的带镜面的光传输体1。
图12所示的制造方法中，在V形槽7的粗面R上紧贴未固化状态的反射辅助层材料，由整形部件9形成反射辅助层4，反射辅助层4固化后完成带镜面的光传输体1。整形部件9留在带镜面的光传输体1上。整形部件9对光有足够反射率较好。
如图13所示，光传输体2将光传输层3的光传输方向与基板5平行地搭载在基板5上。在切割加工步骤P1中，基板5上与光传输方向连续形成的光传输体2的中途相对光传输方向倾斜，进行切割加工，形成V形槽7，该V形槽7的切割面作为粗面R。
如图14(a)所示，在层追加步骤P2中，未硬化状态的热硬化树脂或光硬化树脂、或者热可塑性树脂构成的反射辅助层材料无间隙地紧贴粗面R，反射辅助层材料覆盖粗面R，由此形成反射辅助层4。这时，反射辅助层4中与粗面R相反的面是不定形的。
另外，整形部件9例如是由硅晶片切出的四角柱状(立方体)的固形部件。事先在该整形部件9的平滑面SS上贴金属膜或多层膜等构成的光反射膜8。金属膜材料例如金、银、铝等。
如图14(b)所示，在平滑化步骤P3(整形步骤P4)中，反射辅助层4上放整形部件9。整形部件9与反射辅助层4之间夹着光反射膜8。在此状态下，反射辅助层4固化后，光反射膜8粘合(紧贴)在反射辅助层4上。
如图15所示，离模步骤P5中，从反射辅助层4上剥离整形部件9。这时，光反射膜8从整形部件9上剥离后，留在反射辅助层4上。由此完成图6的带镜面的光传输体1。
图6的带镜面的光传输体1的制造方法并不限于图13-图15的制造方法，可以通过在图5的带镜面的光传输体1上进行金属膜蒸镀、镀金属微粒等，在反射辅助层4的平滑面S上形成光反射膜8。
如以上说明，本发明涉及的带镜面的光传输体1中，紧贴由切割加工产生的粗面R，形成覆盖粗面R的反射辅助层4，在反射辅助层4上形成反射来自光传输层3的光的平滑面S，所以将该平滑面S作为镜面的反射面。带镜面的光传输体1不需要金属蒸镀和屏蔽，所以能够降低生产成本，且量产性好。另外，带镜面的光传输体1中，反射辅助层4可以选择与光传输体粘合性较好的产品，所以相对蒸镀膜难以剥落，可靠性好。
特别是由切割对软的光导波路和光纤进行切割加工时，粗面R较明显，但本发明也适用于在这样柔软的光传输体2上形成镜面的情况。
追求柔软性的光导波路和光纤上大多使用弹性模量低的材料，但切割低弹性模量时，难以形成平滑面，出现粗糙面。本发明尤其适合包含弹性模量在1GPa以下的部件的光传输体。
图16表示适合本发明的带镜面的光传输体的量产的制造方法。在基台161上的多处分别保持作为形成镜面的对象的光传输体162。各光传输体162上形成倾斜切割光传输层(未图示)的V形槽163。V形槽163上形成反射辅助层(未图示)。
基台161上方自由升降地设置与基台161相对的升降台164。升降台164上，面对基台161上的各光传输体162，设置固定保持部165。固定保持部165保持固定工具166，其用于在光传输体162的反射辅助层上整形平滑面。固定工具166是图11、图14中说明的整形部件9。可以根据光传输体162的槽的形状，将图7等说明的整形部件9作为固定部件166。另外，基台161可以是基板5，在基板5的多处形成镜面时，本制造方法也是有效的。
由该结构，可以同时进行多处反射辅助层的整形。这时，各固定工具166一齐插入各光传输体162的V形槽163，所以各V形槽163中容易实现左右均等的力平衡。因此，能够防止固定工具166的左右倾斜。固定工具166倾斜后，反射辅助层上形成的平滑面的角度会偏离作为设计值的如45°，所以光的反射角度会偏离直角，但由本制造方法，不会有固定工具166的倾斜，能够按设计值来制造平滑面的角度。
在聚酰亚胺基板上制作由弹性模量50MPa的环氧类包层(折射率1.50)和弹性模量约1GPa的环氧类芯(折射率1.58)构成的聚合物导波路。在该聚合物导波路上，使用90°V字刀刃以10cm间隔由2处切割设置V形槽。V形槽从导波路侧切除，聚酰亚胺基板没有被切割。
作为比较例，在V形槽上实施整形前的状态下测量导波路的插入损失。在聚酰亚胺基板一侧的V形槽的镜面上使用单模光纤使850nm的光结合。入射光在10cm的芯中传播，从相反侧镜面反射，向聚酰亚胺基板侧射出。该出射光由PD(Photodiode)检测，插入损失为8.5-9dB。与光纤的结合损失、与PD的结合损失为0时，导波路的传输损失为0.1dB/cm，所以1个镜面的损失为4dB左右。
测量这时的镜面平均粗糙度Ra。芯部的膜厚方向为0.38-0.55μm，切割方向为0.17-0.5μm，弹性模量低的包层部中平均粗糙度大。芯部、包层部没有平滑切割，所以镜面的散射损失大。
对同样的导波路样品进行镜面的整形和金反射膜的转印。将硅晶片切割为角柱状，在硅晶片的平滑面上蒸镀金。使用该角柱进行镜面整形。将适量折射率1.56的环氧类热硬化树脂涂敷在各V形槽上，将硅晶片的角柱的平滑面上的金膜作为镜面的反射面侧。2个角柱上分别安装保持角柱的固定工具，放置升降台，使之桥架在2个固定工具上，其上施加500gf的力。150℃加热1小时，使热硬化树脂硬化。从V形槽上撕下角柱后，确认角柱上的金膜转印到V形槽侧上。与上述同样的方法来测量插入损失，为2.5-3dB左右，确定为每个镜面有1dB以下的损失。