光學(xué)元件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種具有樹脂層和形成于樹脂層內(nèi)的光波導(dǎo)區(qū)域的光學(xué)元件。
【背景技術(shù)】
[0002]專利文獻(xiàn)I記載有一種光纖系統(tǒng)，其對(duì)于具有將液晶填充于多孔光纖的孔中的液晶填充光纖的光纖，通過對(duì)所填充的液晶施加磁場(chǎng)以改變液晶的取向狀態(tài)，來控制光傳輸特性。
[0003]非專利文獻(xiàn)I記載有一種毛細(xì)管光纖(capillary optical fiber)，其具有位于通氣孔的周圍的環(huán)狀的高折射率的光學(xué)纖芯、低折射率的光學(xué)包層、以及高折射率的被覆層。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0005]專利文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)1:日本特開2006-162678號(hào)公報(bào)
[0007]非專利文獻(xiàn)
[0008]非專利文獻(xiàn)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.羅曼紐克，“毛細(xì)管光纖-設(shè)計(jì)、制造、特征及應(yīng)用”，波蘭科學(xué)技術(shù)研宄院公報(bào)，2008年，第56卷，第2期，第87-102頁)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]由樹脂材料制作的現(xiàn)有的光波導(dǎo)管具有各向同性、或者僅在確定的一個(gè)方向取向的各向異性。因此，在這樣的光波導(dǎo)管中，無法保持偏振方向地使徑向偏振光或者角向偏振光傳播。在此所謂的徑向偏振光是指，偏振方向在與前進(jìn)方向垂直的面內(nèi)沿徑向呈放射狀分布的光。另外，角向偏振光是指，偏振方向在與前進(jìn)方向垂直的面內(nèi)沿周向分布的光。
[0010]光波導(dǎo)管具有取向?yàn)榉派錉畹慕Y(jié)構(gòu)的話，則能夠應(yīng)對(duì)徑向偏振光或者角向偏振光，但難以簡單地制造這樣的光波導(dǎo)管。因此，本發(fā)明的目的在于，提供一種具有能夠保持偏振方向地使徑向偏振光或者角向偏振光傳播的光波導(dǎo)區(qū)域的光學(xué)元件。
[0011]一種光學(xué)元件，其特征在于，具有:樹脂層；以及光波導(dǎo)區(qū)域，其形成于樹脂層內(nèi)，光在樹脂層的長度方向上被波導(dǎo)，在光波導(dǎo)區(qū)域中，液晶分子在與長度方向垂直的截面呈大致放射狀地取向，光波導(dǎo)區(qū)域的折射率比樹脂層的折射率大。
[0012]在上述的光學(xué)元件中優(yōu)選為，還具有形成于樹脂層內(nèi)的、具有大致圓形的截面的管狀的空間，光波導(dǎo)區(qū)域以與管狀的空間接觸的形態(tài)形成，在光波導(dǎo)區(qū)域中，液晶分子沿大致圓形的截面的徑向呈大致放射狀地取向。
[0013]采用上述的光學(xué)元件的話，能夠保持偏振方向地使徑向偏振光或者角向偏振光傳播。
【附圖說明】
[0014]圖1是光學(xué)元件10的示意圖。
[0015]圖2的㈧?(C)是用于說明光學(xué)元件10的制造方法的示意圖。
[0016]圖3是示出光學(xué)元件10的制造方法的流程圖。
[0017]圖4是用于說明空腔14的形成位置及大小的示意圖。
[0018]圖5的(A)?(D)是通過偏振光顯微鏡觀察與光學(xué)元件10的長度方向平行的面時(shí)的照片。
[0019]圖6的(A)?(D)是通過偏振光顯微鏡觀察與光學(xué)元件10的長度方向垂直的截面時(shí)的照片。
[0020]圖7的(A)?(D)是通過偏振光顯微鏡觀察與光學(xué)元件10的長度方向垂直的截面時(shí)的照片。
[0021]圖8的(A)及(B)是用于對(duì)光學(xué)元件10的波導(dǎo)模擬實(shí)驗(yàn)的條件進(jìn)行說明的圖。
[0022]圖9的㈧?⑶是示出中心區(qū)域34為空腔的情況下的波導(dǎo)模擬實(shí)驗(yàn)的結(jié)果的圖。
[0023]圖10的⑷?⑶是示出中心區(qū)域34填充有水的情況下的波導(dǎo)模擬實(shí)驗(yàn)的結(jié)果的圖。
[0024]圖11的(A)及(B)是用于對(duì)應(yīng)用了光學(xué)元件10的SPR傳感器進(jìn)行說明的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]以下，參照附圖對(duì)光學(xué)元件進(jìn)行詳細(xì)說明。但是，本發(fā)明的技術(shù)范圍不限于這些實(shí)施形態(tài)，需要留意權(quán)利要求書中記載的發(fā)明和與其均等的發(fā)明所涉及的點(diǎn)。
[0026]圖1是光學(xué)元件10的示意圖。光學(xué)元件10具有樹脂層12，作為光波導(dǎo)區(qū)域的包層部分。在光學(xué)元件10中，使用丙烯酸樹脂，作為樹脂層12。在樹脂層12的內(nèi)部形成有具有大致圓形的截面的空腔14，該空腔14為管狀的空間?！按笾聢A形”是指，沒有矩形那樣尖的部分也沒有凹坑，最大徑和最小徑之差相對(duì)于最大徑的比率例如為10%以下的形狀。
[0027]又，光學(xué)元件10具有形成于與空腔14接觸的部分(邊界附近)的樹脂層12內(nèi)的液晶區(qū)域15，作為光波導(dǎo)區(qū)域的芯部分。在光學(xué)元件10中，使用P型液晶，作為液晶。在液晶區(qū)域15中，液晶分子沿具有大致圓形的截面的空腔14的徑向呈大致放射狀取向。在圖1中，通過以空腔14為中心在大致圓形的截面的徑向上呈大致放射狀配置的大量橢圓15A，表示該液晶分子的取向?！按笾路派錉睢笔侵福w來看，從中心的空腔14向樹脂層12的外側(cè)伸展的狀態(tài)。因此，對(duì)于液晶區(qū)域15的整體，液晶分子不一定非要以嚴(yán)密的放射狀取向。
[0028]光學(xué)元件10的液晶區(qū)域15作為光波導(dǎo)區(qū)域發(fā)揮作用，能夠在液晶區(qū)域15內(nèi)使光傳播。由于液晶區(qū)域15具有比樹脂層12大的折射率，因此在樹脂層12和液晶區(qū)域15之間能產(chǎn)生折射率的差。因此，光入射至液晶區(qū)域15內(nèi)時(shí)，以小的入射角自液晶區(qū)域15向其外側(cè)的樹脂層12的光在液晶區(qū)域15和樹脂層12的邊界面16全反射。
[0029]同樣地，由于液晶區(qū)域15具有比內(nèi)側(cè)的空腔14大的折射率，因此在空腔14和液晶區(qū)域15之間能產(chǎn)生折射率的差。因此，以小的入射角自液晶區(qū)域15向其內(nèi)側(cè)的空腔14的光在液晶區(qū)域15和空腔14的邊界面全反射。這樣，由于光在液晶區(qū)域15內(nèi)傳播(參照?qǐng)D1的箭頭A)，因此光學(xué)元件10能夠?qū)⒐夥忾]于液晶區(qū)域15內(nèi)。
[0030]實(shí)際上，由于在液晶區(qū)域15存在液晶分子的濃度梯度，因此隨著自與空腔14的邊界面沿徑向遠(yuǎn)離，折射率也降低。由于具有該折射率的分布，光學(xué)元件10尤其能夠作為GI (graded-1ndex (漸變折射率))型波導(dǎo)使用。
[0031]另外，為了便于說明，圖1示出樹脂層12和液晶區(qū)域15的邊界面16，但認(rèn)為該邊界面16實(shí)際并沒有被明確確定。然而，在液晶區(qū)域15傳播的光在到達(dá)液晶區(qū)域15的外側(cè)的折射率更小的區(qū)域前反射，并在液晶區(qū)域15內(nèi)傳播。
[0032]圖2的㈧?(C)是用于說明光學(xué)元件10的制造方法的示意圖。圖3是示出光學(xué)元件10的制造方法的流程圖。使用圖1?圖3，對(duì)本制造方法的各工序進(jìn)行說明。
[0033]首先，如圖2的(A)所示，準(zhǔn)備基板1，在基板I上形成未固化的固化性樹脂2的層(SI)。該層相當(dāng)于圖1的樹脂層12。在未固化的狀態(tài)下，固化性樹脂2具有流動(dòng)性，因此準(zhǔn)備包圍周圍的框體(未圖示)，在其內(nèi)部注入固化性樹脂2。在此，作為固化性樹脂2，使用作為紫外線固化樹脂的丙烯酸樹脂。然而，也可以使用熱固化性樹脂，作為固化性樹脂2。另外，圖1的空腔14的直徑為數(shù)百μπι左右時(shí)，固化性樹脂2的厚度的d為100ym左右即可。
[0034]隨后，將能夠注入液晶的針(針體)3插入固化性樹脂2中(S2)。針3具有如注射針那樣中空的、且朝頂端變尖的形狀，在頂端具有開口部(未圖示)。此時(shí)，插入針3的深度例如為固化性樹脂2的厚度d的一半左右。另外，也可以使用其開口部被設(shè)置于頂端附近的側(cè)面的針。
[0035]接下來，如圖2的(B)所示，邊使針3移動(dòng)，邊通過針3將液晶4呈管狀注入固化性樹脂2中(S3)。在此，使用P型液晶，作為液晶4。例如，想形成直線狀的流路的情況下，沿圖2的(B)中示出的X方向，使針3平行移動(dòng)。并且，通過邊使針3移動(dòng)，邊從針3的上部施加壓力，從針3的頂端的開口部向固化性樹脂2的層內(nèi)注入液晶4。在固化性樹脂2的層內(nèi)，由于表面張力的作用，液晶4的與X方向垂直的截面變?yōu)榇笾聢A形。
[0036]注入液晶4結(jié)束后，從固化性樹脂2內(nèi)拔出針3 (S4)。此時(shí)，由于固化性樹脂2還沒有硬化，一拔出針3，由于針3而在固化性樹脂2上造成的孔閉合。由此，液晶4被封閉于固化性樹脂2中，成為被配置為管狀的狀態(tài)。