JPH10170738A - Polymer optical waveguide and its production - Google Patents

Polymer optical waveguide and its production

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Publication number
JPH10170738A
JPH10170738A JP8351806A JP35180696A JPH10170738A JP H10170738 A JPH10170738 A JP H10170738A JP 8351806 A JP8351806 A JP 8351806A JP 35180696 A JP35180696 A JP 35180696A JP H10170738 A JPH10170738 A JP H10170738A
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JP
Japan
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optical waveguide
core
clad
polymer
optical
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Application number
JP8351806A
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Japanese (ja)
Inventor
Takashi Kurihara
栗原  隆
Akira Tomaru
暁 都丸
Saburo Imamura
三郎 今村
Atsuo Otsuji
淳夫 大辻
Rihoko Suzuki
理穂子 鈴木
Tatsunobu Uragami
達宣 浦上
Toshihiro Motojima
敏博 元島
Hirosuke Takuma
啓輔 詫摩
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Mitsui Chemicals Inc
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Mitsui Chemicals Inc
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a low-loss optical waveguide having a low refractive index and high heat resistance, by using a racemic polymer produced from each specified epoxy compd. or epoxyacrylate compd. having asymmetric spirorings as the essential component for the optical core and/or optical clad. SOLUTION: A racemic polymer containing an epoxy compd. containing asymmetric spirorings expressed by the formula, or containing this epoxy compd. and an epoxyacrylate compd. obtd. from an acrylic acid and methacrylic acid as the essential component is used for the optical core and/or optical clad. In the formula, X represents a hydrogen, alkyl group, alkoxy group, nitro group or halogen group, m is an integer of 1 to 3, and n is an integer of 0 to 10. In the production method, each film to constitute the core and clad is formed by coating and hardening, and the core is formed by photolithography and/or reactive ion etching.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、高分子材料を用い
た光導波路に関するものであり、光通信、光情報処理、
微小光学あるいはその他の一般光学の分野で広く用いら
れる種々の光導波路、光導波路デバイス、光集積回路又
は光配線板に利用できる。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical waveguide using a polymer material, and relates to optical communication, optical information processing,
It can be used for various optical waveguides, optical waveguide devices, optical integrated circuits or optical wiring boards widely used in the field of micro-optics or other general optics.

【0002】[0002]

【従来の技術】光導波路は、基板の表面若しくは基板表
面直下に、周囲よりわずかに屈折率の高い部分を作るこ
とにより光を閉じ込め、光の合波・分波やスイッチング
などを行う特殊な光部品である。具体的には、通信や光
情報処理の分野で有用な光合分波回路、周波数フィル
タ、光スイッチ又は光インターコネクション部品等が挙
げられる。光導波路デバイスの特長は、基本的には1本
1本の光ファイバを加工して作る光ファイバ部品と比較
して、精密に設計された導波回路を基に高機能をコンパ
クトに実現できること、量産が可能であること、多種類
の光導波路を1つのチップに集積可能であること等にあ
る。光導波路の開発の歴史を簡単に振り返ると、光導波
路デバイスは光ファイバ通信システムへの導入を想定し
て発達してきたといえる。光ファイバ通信の初期に当る
1970年代には、マルチモードファイバに対応したマ
ルチモード光導波路の研究が主であったが、1980年
代になると、シングルモードファイバを使った光通信シ
ステムが主流となったため、ここへの導入に合せてシン
グルモード光導波路の研究開発が活発化した。シングル
モード光導波路の利点は、導波光制御が容易であるこ
と、デバイスの小型化に有利であること、光パワー密度
が大きいこと、高速動作に適すること等である。一方、
マルチメディアの急速な立ち上りによって、高度なコン
ピュータ通信ばかりでなくオフィスや家庭にも光による
高速信号の配信の気運が高まる中、低コストの光部品と
してマルチモード光導波路部品が注目され始めている。
マルチモード光導波路はシングルモード光導波路に比べ
量産に適していることと接続等の取り扱いが格段に容易
なことに利点がある。従来、光導波路材料としては、透
明性に優れ光学異方性の小さい無機ガラスが主に用いら
れてきた。しかしながら、無機ガラスは、重く破損しや
すいこと、生産コストが高いこと等の問題を有してお
り、最近では、無機ガラスの代りに、可視域で極めて透
明であり通信波長でも1.3μm、1.55μmに窓の
ある透明性高分子を使って、光導波路部品を製造しよう
という動きが活発化してきている。高分子材料はスピン
コート法やディップ法等による薄膜形成が容易であり、
大面積の光導波路を作製するのに適している。また、成
膜に際して高温での熱処理工程を含まないことから石英
等の無機ガラス材料を用いる場合に比べて、プラスチッ
ク基板などの高温での熱処理が困難な基板の上にも光導
波路を作製できるという利点がある。更に、高分子の柔
軟性や強じん性を活かした基板フリーの光導波路フィル
ムの作製も可能である。また、製造が基本的に低温プロ
セスであること、金型を用いた量産など複製化への展開
が容易であること等により、ガラス系や半導体系の光導
波路に比べて低コスト化に対するポテンシャルが高い。
こうしたことから、光通信の分野で用いられる光集積回
路や、光情報処理の分野で用いられる光配線板等の光導
波路部品を、高分子光学材料を用いて大量・安価に製造
できることが期待されている。光導波路用高分子として
は、ポリメチルメタクリレートを始め各種の透明性高分
子が提案され精力的に光導波路化の研究開発が進められ
ている。従来、高分子光学材料は、耐熱性など耐環境性
の点で問題があるとされてきたが、近年、ベンゼン環な
どの芳香族基を含ませることあるいは無機高分子を用い
ることで耐熱性を向上した材料が報告されるに至ってい
る〔例えば、特開平3−43423号〕。
2. Description of the Related Art An optical waveguide is a special light that performs light multiplexing / demultiplexing, switching, and the like by confining light by forming a portion having a slightly higher refractive index than the surroundings on the surface of the substrate or directly below the substrate surface. Parts. Specific examples include an optical multiplexing / demultiplexing circuit, a frequency filter, an optical switch, an optical interconnection component, and the like that are useful in the field of communication and optical information processing. The features of optical waveguide devices are that, compared to optical fiber parts that are basically made by processing individual optical fibers, high performance can be realized compactly based on precisely designed waveguide circuits. That is, mass production is possible, and various types of optical waveguides can be integrated on one chip. To briefly review the history of the development of optical waveguides, it can be said that optical waveguide devices have been developed assuming introduction into optical fiber communication systems. In the 1970's, the early days of optical fiber communication, research was mainly on multi-mode optical waveguides compatible with multi-mode fiber, but in the 1980's, optical communication systems using single-mode fiber became mainstream. In line with this introduction, research and development of single mode optical waveguides has been activated. Advantages of the single-mode optical waveguide include easy control of guided light, advantage in miniaturization of the device, high optical power density, and suitability for high-speed operation. on the other hand,
With the rapid rise of multimedia, not only advanced computer communications but also offices and homes are increasingly motivated to distribute high-speed signals by light. As a result, multi-mode optical waveguide components have been attracting attention as low-cost optical components.
The multi-mode optical waveguide has advantages over the single-mode optical waveguide in that it is more suitable for mass production and that handling such as connection is much easier. Conventionally, as an optical waveguide material, an inorganic glass having excellent transparency and small optical anisotropy has been mainly used. However, inorganic glass has problems such as being heavy and easily broken and high production cost. Recently, instead of inorganic glass, it is extremely transparent in the visible region and has a communication wavelength of 1.3 μm and 1 μm. There is an increasing movement to manufacture optical waveguide components using a transparent polymer having a window of .55 μm. For polymer materials, it is easy to form a thin film by spin coating or dipping, etc.
It is suitable for producing a large-area optical waveguide. In addition, since a heat treatment step at a high temperature is not included during film formation, an optical waveguide can be manufactured on a substrate such as a plastic substrate, which is difficult to heat-treat at a high temperature, as compared with a case where an inorganic glass material such as quartz is used. There are advantages. Further, it is also possible to produce a substrate-free optical waveguide film utilizing the flexibility and toughness of a polymer. In addition, the fact that manufacturing is basically a low-temperature process and that it is easy to apply to replication, such as mass production using molds, has the potential for cost reduction compared to glass-based or semiconductor-based optical waveguides. high.
Therefore, it is expected that optical waveguide components such as an optical integrated circuit used in the field of optical communication and an optical wiring board used in the field of optical information processing can be manufactured in large quantities and at low cost using polymer optical materials. ing. As a polymer for an optical waveguide, various transparent polymers such as polymethyl methacrylate have been proposed, and research and development of the formation of an optical waveguide have been actively pursued. Conventionally, polymer optical materials have been considered to have problems in terms of environmental resistance such as heat resistance, but in recent years, heat resistance has been improved by incorporating an aromatic group such as a benzene ring or using an inorganic polymer. Improved materials have been reported (for example, JP-A-3-43423).

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところが、前述したよ
うな従来の光学材料においては、まず耐溶剤性が低いと
いう欠点があった。また、インターミキシングと呼ばれ
る加工上の重大な問題点も有していた。ここでいうイン
ターミキシングとは、高分子膜を溶液塗布法により積層
する場合に、下層の表面が上層塗布溶液に溶解あるいは
膨潤されて界面が不均一になることをさす。インターミ
キシングが発生した場合、導波路形状が設計寸法より小
さくなったり、コアとクラッドとの間の屈折率差に変化
が生じ、光導波路としての所望の機能の発現が困難とな
る。したがって0.3〜数%の範囲で比屈折率差が制御
された同系統材料をコア材及びクラッド材として用いる
ことの多い光導波路の分野では、下部クラッド、コア、
上部クラッドを順次作り込んでいくプロセスにおいて、
同一あるいは極めて類似した溶剤を使用した塗布法を使
う限りにおいて、インターミキシングの抑制は極めて解
決の難しい課題であった。また、耐熱性の向上に効果的
なベンゼン環などの芳香族基を含む材料は複屈折が大き
いという、シングルモード光導波路用としては致命的と
もいえる欠点も有していた。一般に、ベンゼン環などの
芳香族基を含む材料を用いて高分子薄膜を形成した場
合、薄膜内でベンゼン環などの芳香族基が配向して複屈
折を発現する。このため、当該材料を用いて作製された
光導波路は偏波依存性を有することとなり、入射光の強
度が一定であったとしても偏波面の変動によりその出力
特性が変動してしまい、実際に光導波路として用いる場
合には極端に用途が限られてしまうという問題があっ
た。一方、芳香環がなく、かつ耐熱性にも優れる無機高
分子は厚膜形成あるいはその加工が容易でない欠点を持
っていた。すなわち厚膜にするとクラッキングが入りや
すく、またドライエッチングでその膜を加工するには特
殊な反応ガスを使用する必要があり、適当なマスク材料
がないなどの問題点があった。本発明はこのような現状
にかんがみてなされたものであり、その目的は、高い耐
溶剤性を持ちインターミキシングを回避し、耐熱性に優
れ、複屈折が小さく、加工性に優れた高分子光学材料を
用いて、従来得られることのなかった低複屈折かつ高耐
熱性の低損失光導波路を提供することにある。
However, the conventional optical materials as described above have a drawback that the solvent resistance is low. In addition, there was a serious problem in processing called intermixing. The term "intermixing" as used herein means that when polymer films are laminated by a solution coating method, the surface of the lower layer is dissolved or swelled in the upper layer coating solution and the interface becomes uneven. When intermixing occurs, the waveguide shape becomes smaller than the design dimension, or the refractive index difference between the core and the clad changes, making it difficult to achieve a desired function as an optical waveguide. Therefore, in the field of optical waveguides in which the same material whose relative refractive index difference is controlled in the range of 0.3 to several% is often used as the core material and the cladding material, the lower cladding, the core,
In the process of sequentially forming the upper cladding,
As long as a coating method using the same or very similar solvent is used, suppression of intermixing has been a very difficult problem to be solved. Further, a material containing an aromatic group such as a benzene ring which is effective in improving heat resistance also has a disadvantage that it has a large birefringence, which is fatal for use in a single mode optical waveguide. In general, when a polymer thin film is formed using a material containing an aromatic group such as a benzene ring, the aromatic group such as a benzene ring is oriented in the thin film to exhibit birefringence. For this reason, the optical waveguide manufactured using the material has polarization dependency, and even if the intensity of the incident light is constant, its output characteristic fluctuates due to the fluctuation of the polarization plane, and actually, the output characteristic fluctuates. When used as an optical waveguide, there is a problem that the use is extremely limited. On the other hand, an inorganic polymer having no aromatic ring and excellent heat resistance has a drawback that it is not easy to form a thick film or to process it. That is, when the film is made thick, cracking is liable to occur, and in order to process the film by dry etching, it is necessary to use a special reaction gas, and there is a problem that there is no suitable mask material. The present invention has been made in view of such circumstances, and has as its object the purpose of polymer optics that has high solvent resistance, avoids intermixing, has excellent heat resistance, has low birefringence, and has excellent processability. An object of the present invention is to provide a low-loss optical waveguide having low birefringence and high heat resistance, which has never been obtained by using a material.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明を概説すれば、本
発明の第1の発明は、下記構造式(化1):
SUMMARY OF THE INVENTION In summary of the present invention, the first invention of the present invention has the following structural formula (Formula 1):

【0005】[0005]

【化1】 Embedded image

【0006】(式中、Xは、水素、アルキル基、アルコ
キシ基、ニトロ基、ハロゲンを表し、mは1〜3の整数
を、nは0〜10の整数を表す)で表される不斉スピロ
環を含有するエポキシ化合物、若しくは、該エポキシ化
合物とアクリル酸及びメタクリル酸より選ばれる少なく
とも一種とから得られるエポキシアクリレート化合物を
必須成分として得られるラセミ重合体を光学コア及び/
又は光学クラッドとして用いることを特徴とする高分子
光導波路に関する。また、本発明の第2の発明は、上記
第1の発明の高分子光導波路の作製方法に関する発明で
あって、該高分子光導波路の作製方法において、前記コ
アとクラッドをなす膜を各々成膜ごとに塗布、硬化して
形成し、コア形成に際してフォトリソ法及び/又はリア
クティブイオンエッチング法及び/又はフォトロッキン
グ法及び/又は金型法を用いることを特徴とする。
Wherein X represents hydrogen, an alkyl group, an alkoxy group, a nitro group, or a halogen, m represents an integer of 1 to 3, and n represents an integer of 0 to 10. An optical core and / or a racemic polymer obtained by using an epoxy compound containing a spiro ring or an epoxy acrylate compound obtained from the epoxy compound and at least one selected from acrylic acid and methacrylic acid as essential components.
Alternatively, the present invention relates to a polymer optical waveguide which is used as an optical clad. Further, a second invention of the present invention is an invention relating to the method for producing a polymer optical waveguide of the first invention, wherein in the method for producing a polymer optical waveguide, the film forming the core and the cladding is formed. The core is formed by applying and curing each film, and a photolithography method and / or a reactive ion etching method and / or a photolocking method and / or a mold method are used in forming a core.

【0007】本発明者らは、不斉スピロ環を含有するエ
ポキシ化合物あるいはエポキシアクリレート化合物を必
須成分としたラセミ混合物を平坦かつ均一な薄膜を光硬
化することにより、光導波路作製に必要十分な耐溶剤性
を得ることに成功した。また成膜はスピンコート法等の
簡便な方法で容易に厚膜化でき、例えば、ドライエッチ
ングによるシングルモード光導波路、フォトリソ加工に
よるマルチモード光導波路の加工が容易に行えることを
見出した。また、2つのベンゼン環が相互に2箇所の置
換位置で結合した芳香環の導入により耐熱性が顕著に向
上することを見出した。同時にその芳香族部分の光学活
性構造は分子内でベンゼン環が直交した不斉スピロ環構
造をとっており分子レベルで複屈折率を小さくしている
上、最終的にラセミ重合体化することにより、バルクレ
ベルでは更に複屈折率が低減されることを見出した。そ
の結果、耐熱性確保のために芳香環分率が高くなってい
るにもかかわらず、膜の複屈折は1×10-4レベルまで
に低減され、当該材料を用いて作製した光導波路の偏波
依存性を許容値以下に抑止することに成功した。本発明
に用いられる不斉スピロ環を含有するエポキシ化合物あ
るいはエポキシアクリレート化合物を必須成分としたラ
セミ混合物が光硬化性であることは、先に述べた耐溶剤
性、厚膜作製性、フォトリソ加工のほかに、金型法を使
った複製化(量産化)にも非常に有効であることを見出
した。
[0007] The present inventors photo-cure a flat and uniform thin film of a racemic mixture containing an epoxy compound or an epoxy acrylate compound containing an asymmetric spiro ring as an essential component, and thereby have a sufficient and sufficient resistance for producing an optical waveguide. We succeeded in obtaining solvent properties. In addition, it has been found that the film can be easily formed into a thick film by a simple method such as a spin coating method, and that a single-mode optical waveguide by dry etching and a multi-mode optical waveguide by photolithography can be easily processed. Further, they have found that heat resistance is remarkably improved by introducing an aromatic ring in which two benzene rings are mutually bonded at two substitution positions. At the same time, the optically active structure of the aromatic moiety has an asymmetric spiro ring structure in which the benzene ring is orthogonal in the molecule, reducing the birefringence at the molecular level and finally forming a racemic polymer. It has been found that the birefringence is further reduced at the bulk level. As a result, the birefringence of the film is reduced to a level of 1 × 10 −4 even though the aromatic ring fraction is increased to ensure heat resistance, and the polarization of an optical waveguide manufactured using the material is reduced. We succeeded in suppressing the wave dependence below the allowable value. The racemic mixture containing an epoxy compound or an epoxy acrylate compound containing an asymmetric spiro ring as an essential component used in the present invention is photocurable, which means that the solvent resistance, the thick film-forming property, and the photolithography process described above are used. In addition, they found that they were very effective for duplication (mass production) using the die method.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】以下、本発明の内容を具体的に説
明する。本発明の光導波路が、光導波路デバイスとして
機能するために十分な耐熱性と低い複屈折率を有するの
は、光導波路材料として用いられる重合体の必須原料た
るエポキシ化合物あるいはエポキシアクリレート化合物
の主要成分である不整スピロ構造の芳香環に由来する。
当該不整スピロ系芳香環は、分子式両端のベンゼン環が
それら2つを連結するスピロ部位によって互いにほぼ直
交するように固定され、その結果、分子レベルで複屈折
率が生じにくくなっている。更に、本発明で用いられる
光導波路デバイス用重合体は、これら不整スピロ系芳香
環を有するエポキシ化合物あるいはエポキシアクリレー
ト化合物を必須成分としたラセミ混合物を光又は熱によ
り重合して得られるものであり、分子レベルで痕跡的に
残っている複屈折率も、光導波路材全体としてラセミ体
であることにより、無視できるレベルにまで相殺され
る。このようにして、本発明は、偏波依存性のない光導
波路の提供を可能にするものである。更に、本発明で用
いられる不整スピロ系芳香環は、従来から良く知られた
樹脂用芳香環であるビスフェノール系化合物と比較し
て、分子両端のベンゼン環の自由回転が極端に拘束され
ている。その結果としてガラス転移温度などで表される
耐熱性が顕著に向上し、光導波路デバイスとして機能す
るための温度範囲が十分に確保されるに至っている。本
発明の第1の発明で使用するエポキシアクリレート化合
物の例には、下記構造式(化2):
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The contents of the present invention will be specifically described below. The optical waveguide of the present invention has sufficient heat resistance and a low birefringence to function as an optical waveguide device because it is a main component of an epoxy compound or an epoxy acrylate compound which is an essential raw material of a polymer used as an optical waveguide material. Derived from an aromatic ring having an asymmetric spiro structure.
The asymmetric spiro aromatic ring is fixed such that the benzene rings at both ends of the molecular formula are almost orthogonal to each other by spiro moieties connecting the two, and as a result, birefringence is hardly generated at the molecular level. Further, the polymer for an optical waveguide device used in the present invention is obtained by polymerizing a racemic mixture containing an epoxy compound or an epoxy acrylate compound having an asymmetric spiro aromatic ring as an essential component by light or heat, The birefringence remaining at the molecular level is also canceled out to a negligible level by the racemic body of the optical waveguide material as a whole. Thus, the present invention makes it possible to provide an optical waveguide having no polarization dependence. Further, in the asymmetric spiro aromatic ring used in the present invention, the free rotation of the benzene ring at both ends of the molecule is extremely restricted as compared with a bisphenol compound which is a well-known aromatic ring for resin. As a result, the heat resistance represented by the glass transition temperature and the like is remarkably improved, and the temperature range for functioning as an optical waveguide device is sufficiently secured. Examples of the epoxy acrylate compound used in the first invention of the present invention include the following structural formula (Formula 2):

【0009】[0009]

【化2】 Embedded image

【0010】(式中、Xは、水素、アルキル基、アルコ
キシ基、ニトロ基、ハロゲンを表す。mは1〜3の整数
を、nは0〜10の整数を表す。また、Rは水素又はメ
チル基を表す)で表される不斉スピロ環を含有するエポ
キシアクリレート化合物が挙げられる。
(Wherein, X represents hydrogen, an alkyl group, an alkoxy group, a nitro group, or a halogen. M represents an integer of 1 to 3, n represents an integer of 0 to 10. R represents hydrogen or An epoxy acrylate compound containing an asymmetric spiro ring represented by the following formula:

【0011】また、本発明の高分子光導波路の具体的例
示としては、該高分子光導波路が、コアとクラッドの屈
折率を調整する非芳香族化合物あるいは芳香環の一部が
フッ素化された化合物を含むことを特徴とするもの、可
視−近赤外領域の光波に対してシングルモード導波条件
を満たすことを特徴とするもの、可視−近赤外領域の光
波に対してマルチモード導波条件を満たすことを特徴と
するもの等が挙げられる。
As a specific example of the polymer optical waveguide of the present invention, a non-aromatic compound or a part of an aromatic ring for adjusting the refractive index of the core and the clad is fluorinated. Characterized by containing a compound, characterized by satisfying the single-mode waveguide condition for light waves in the visible-near-infrared region, and multi-mode guided by light waves in the visible-near-infrared region One that satisfies the condition is exemplified.

【0012】本発明の高分子光導波路の作製過程で必要
とされる高分子薄膜は、コア用原料・クラッド用原料、
すなわち、エポキシ化合物若しくはエポキシアクリレー
ト化合物(これらを以下、モノマーと略称する)を主成
分とする光導波路用混合物(以上を総称して以下、モノ
マー含有物とする)を各々所望の厚さに塗布した後、モ
ノマー中に含まれるエポキシ基あるいはアクリル基を光
重合あるいは熱重合することによって得られる。反応を
効率よく十分に起こさせるためには重合開始剤を添加す
ることが望ましい。光あるいは熱重合に際しては、各種
公知の開始剤や処方等を用いることにより好適に実施で
きるが、できるだけ生成する膜に着色を与えない種類が
望ましい。エポキシ系モノマーの光重合に使用可能な光
重合開始剤としては、一般によく知られたオニウム塩や
スルホニウム塩を例示することができる。エポキシアク
リレート系モノマーの光重合に使用可能な光重合開始剤
としては、ベンゾイン、ベンジル、ベンゾインメチルエ
ーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、アセトフェ
ノン等を例示することができる。また熱重合開始剤とし
ては、ベンゾイルパーオキシド、p−クロロベンゾイル
パーオキシド、ジイソプロピルパーオキシカーボネート
等の過酸化物、及びアゾビスイソブチロニトリル等のア
ゾ化合物等を例示することができる。
The polymer thin film required in the production process of the polymer optical waveguide of the present invention comprises a core material, a clad material,
That is, a mixture for an optical waveguide (hereinafter, collectively referred to as a monomer-containing material) containing an epoxy compound or an epoxy acrylate compound (hereinafter, referred to as a monomer) as a main component was applied to a desired thickness. Thereafter, it is obtained by photopolymerization or thermal polymerization of an epoxy group or an acryl group contained in the monomer. In order to cause the reaction to occur efficiently and sufficiently, it is desirable to add a polymerization initiator. The light or thermal polymerization can be suitably carried out by using various known initiators, formulations, and the like, but is preferably of a type that does not color the formed film as much as possible. Examples of a photopolymerization initiator that can be used for photopolymerization of an epoxy monomer include generally well-known onium salts and sulfonium salts. Examples of a photopolymerization initiator that can be used for photopolymerization of an epoxy acrylate monomer include benzoin, benzyl, benzoin methyl ether, benzoin isopropyl ether, and acetophenone. Examples of the thermal polymerization initiator include peroxides such as benzoyl peroxide, p-chlorobenzoyl peroxide, and diisopropyl peroxycarbonate, and azo compounds such as azobisisobutyronitrile.

【0013】膜形成方法としては、モノマー含有物をそ
のままあるいは溶媒に溶解し、基板あるいはクラッドあ
るいはコア上に塗布し、その後光あるいは熱により硬化
膜を得る方法が代表的である。溶媒に溶解することによ
り、該モノマー含有物は薄膜の形成工程に対応した適当
な粘性を有する流動体となる。この際に用いられる溶媒
としては、トルエン、キシレン、メシチレン、クロロベ
ンゼン等の芳香族類、エタノール、n−プロピルアルコ
ール、i−プロピルアルコール、ブタノール等のアルコ
ール類、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブ
チルケトン、メチルイソアミルケトン等のケトン類、酢
酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチル等のエステル類、2
−エトキシエタノール、2−ブトキシエタノール等のセ
ロソルブ類、酢酸2−エトキシエチル、酢酸2−ブトキ
シエチル等のセロソルブアセテート類、ジブチルエーテ
ル、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレング
リコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジメ
チルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル
等のエーテル類、テトラヒドロフラン、N−メチルピロ
リドン、γ−ブチロラクトン等の複素環類等が挙げられ
る。該モノマー含有物は、溶媒の種類の選択と溶液濃度
の調整により、薄膜の形成工程に対応した適当な粘性を
得ることができる。
A typical method of forming a film is a method in which a monomer-containing material is used as it is or dissolved in a solvent, applied on a substrate, a clad or a core, and then a cured film is obtained by light or heat. By dissolving in a solvent, the monomer-containing material becomes a fluid having an appropriate viscosity corresponding to the step of forming a thin film. Solvents used at this time include aromatics such as toluene, xylene, mesitylene and chlorobenzene, alcohols such as ethanol, n-propyl alcohol, i-propyl alcohol and butanol, acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone and methyl isoamyl. Ketones such as ketones, esters such as ethyl acetate, butyl acetate, ethyl lactate, 2
-Cellosolves such as ethoxyethanol and 2-butoxyethanol, cellosolve acetates such as 2-ethoxyethyl acetate and 2-butoxyethyl acetate, dibutyl ether, ethylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol diethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether and diethylene glycol diethyl ether; Heterocycles such as ethers, tetrahydrofuran, N-methylpyrrolidone, and γ-butyrolactone are exemplified. By selecting the type of solvent and adjusting the solution concentration, the monomer-containing material can obtain an appropriate viscosity corresponding to the process of forming a thin film.

【0014】本発明に従って、実際に該モノマー含有物
を用いて光導波路を作製する場合は、まず、光導波路に
要求される導波モード条件に応じてモノマー含有物の屈
折率調整を行う必要がある。すなわち、コア材及びクラ
ッド材として精密に制御された屈折率差を有する少なく
とも2種のモノマー含有物を準備しなければならない。
屈折率の調整は、非芳香族系モノマーあるいは芳香環の
一部がフッ素化されたモノマーを屈折率を小さくする成
分として加えることによって行う。比屈折率差の大きさ
は導波すべき光のモードとコアの寸法に応じて決定され
るが、一般的には0.1%〜5%の範囲である。例え
ば、シングルモード光ファイバと導波光のモード径を合
せる場合、コア部の形状は8μm角の正方形、比屈折率
差は0.3%であることが望ましい。また、40μm角
程度のマルチモード光導波路の場合、マルチモード光フ
ァイバとのモード径を合せるには、比屈折率差1%程度
が一般的である。このようにして、該モノマー含有物を
ベースに、コア材、クラッド材の調整を行った後、図1
に模式的に示されるようなチャネル型の埋め込み光導波
路を作製するには、以下のような手順によるのが一般的
である。なお、図1は、高分子光導波路の断面構造の概
略を含む模式図である。図1において、符号1はコア、
2はクラッドを意味する。まず、クラッド材を基板に塗
布し、光又は熱により硬化し下部クラッドとする。次い
で、この上にコア材をスピンコート法等により塗布す
る。本発明の光導波路の大きな特徴の1つは、成膜毎に
膜を硬化させることでインターミキシングが完全に抑え
られることにある。次に、コア材も上記と同様の方法で
硬化させた後、コア層の上にエッチングマスクとなる層
を形成し、フォトリソグラフィー等により導波路パター
ンに加工する。エッチングマスクの材料としては、有機
フォトレジスト又は金属等が用いられる。次に、エッチ
ングマスク越しにコア層を反応性イオンエッチングする
ことにより所望の導波路パターンを形成することができ
る。この方法は、特に、シングルモード光導波路の作製
に有効である。コアが光反応性を持つ場合、マスクを通
して光を直接照射し、照射していない部分を溶媒で溶解
除去することにより導波路パターンを形成することもで
きる。この方法は、特に、マルチモード光導波路の作製
に有効である。最後に上部クラッド層を塗布し、硬化す
る。
According to the present invention, when actually manufacturing an optical waveguide using the monomer-containing material, it is necessary to first adjust the refractive index of the monomer-containing material according to the waveguide mode condition required for the optical waveguide. is there. That is, at least two types of monomer-containing materials having a precisely controlled refractive index difference must be prepared as the core material and the clad material.
The refractive index is adjusted by adding a non-aromatic monomer or a monomer having a partially fluorinated aromatic ring as a component for reducing the refractive index. The magnitude of the relative refractive index difference is determined according to the mode of light to be guided and the dimensions of the core, but is generally in the range of 0.1% to 5%. For example, when the mode diameter of the single mode optical fiber and that of the guided light are matched, it is desirable that the shape of the core is a square of 8 μm square and the relative refractive index difference is 0.3%. In the case of a multi-mode optical waveguide having a size of about 40 μm square, a relative refractive index difference of about 1% is generally used to match the mode diameter with the multi-mode optical fiber. After adjusting the core material and the clad material on the basis of the monomer-containing material in this manner, FIG.
In order to fabricate a channel-type buried optical waveguide as schematically shown in FIG. FIG. 1 is a schematic diagram including an outline of a cross-sectional structure of a polymer optical waveguide. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a core,
2 means clad. First, a clad material is applied to a substrate and cured by light or heat to form a lower clad. Next, a core material is applied thereon by spin coating or the like. One of the great features of the optical waveguide of the present invention is that intermixing is completely suppressed by curing the film every time the film is formed. Next, after the core material is also cured by the same method as described above, a layer serving as an etching mask is formed on the core layer and processed into a waveguide pattern by photolithography or the like. As a material for the etching mask, an organic photoresist or a metal is used. Next, a desired waveguide pattern can be formed by reactive ion etching of the core layer through the etching mask. This method is particularly effective for producing a single mode optical waveguide. When the core has photoreactivity, a waveguide pattern can be formed by directly irradiating light through a mask and dissolving and removing a non-irradiated portion with a solvent. This method is particularly effective for producing a multimode optical waveguide. Finally, an upper cladding layer is applied and cured.

【0015】本発明は、以上に説明したような光導波路
作製法のほかにも、本発明の特徴である不斉スピロ環含
有モノマーを主成分とする光導波路用混合物用に特に適
合するように開発したフォトロッキング法及び金型法を
提供するものである。その具体的方法としては下記のも
のが例示される。フォトロッキング法が、不斉スピロ環
を含有するエポキシ化合物を主成分とする紫外線硬化樹
脂溶液と該紫外線硬化樹脂溶液と屈折率の異なる屈折率
制御用モノマーとを所定の溶媒に溶かす工程と、これを
クラッド上に塗布しフォトマスクを通して紫外線硬化す
る工程と、マスクされた未硬化部分の前記屈折率制御用
モノマーを揮発除去してコア若しくはクラッドを形成す
る工程と、前記マスクされた未硬化部分を紫外線硬化す
る工程と、を含むことを特徴とする。金型法が、不斉ス
ピロ環を含有するエポキシ化合物を含む紫外線硬化樹脂
溶液を基板上に塗布してクラッド層を形成する工程と、
前記クラッド膜上に凸形状の金型を押し付け光照射又は
加熱により硬化させて凹部を有するクラッドレプリカを
形成する工程と、前記凹部に不斉スピロ環を含有するエ
ポキシ化合物を主成分とする紫外線硬化樹脂溶液を封
入、硬化してコア部を形成する工程と、を含むことを特
徴とする。
The present invention is not limited to the above-described method for producing an optical waveguide, and is particularly suitable for a mixture for an optical waveguide mainly containing an asymmetric spiro ring-containing monomer which is a feature of the present invention. The present invention provides a developed photo-locking method and mold method. The specific method is as follows. Photo-locking method, a step of dissolving an ultraviolet-curable resin solution containing an epoxy compound containing an asymmetric spiro ring as a main component and a monomer for refractive index control having a different refractive index from the ultraviolet-curable resin solution in a predetermined solvent, and Is applied on the clad and cured by ultraviolet light through a photomask, and the step of forming a core or clad by volatilizing and removing the monomer for refractive index control of the masked uncured portion, and the masked uncured portion And ultraviolet curing. Mold method, a step of forming a clad layer by applying an ultraviolet curable resin solution containing an epoxy compound containing an asymmetric spiro ring on a substrate,
Pressing a convex mold on the clad film to cure by light irradiation or heating to form a clad replica having a concave portion, and ultraviolet curing mainly containing an epoxy compound containing an asymmetric spiro ring in the concave portion. Encapsulating and curing a resin solution to form a core portion.

【0016】一般に良く知られたフォトロッキング法と
は、光透過性に優れた高分子と屈折率の異なる屈折率制
御用モノマー(以下、屈折率制御モノマーと呼ぶ)とを
所定の溶媒に溶かし、これをクラッド層上に塗布し、フ
ォトマスクを通して紫外線硬化を行い、マスクされた未
硬化部分の屈折率制御モノマーを揮発除去して、コア・
クラッド構造を形成する方法である。屈折率制御モノマ
ーがベースとなる高分子よりも屈折率の低い場合は、非
マスク部がクラッド、マスク部がコアとなる。本発明に
おいては、前述の光透過性高分子の代りに本発明の特徴
をなすモノマー含有物を使用することを特徴とする。た
だし、屈折率制御モノマーを揮発除去した後、もう一
度、該モノマー含有物を硬化させるプロセスが追加され
る。本フォトロッキング法のメリットは、屈折率制御モ
ノマーが除去される部分が従来の透過高分子ではなく低
分子量のモノマー含有物であるため、屈折率制御モノマ
ー除去に際して屈折率制御モノマーを除去した部分の物
理的じょう乱が少なく、物理的・光学的均一性が高く保
持されるため透明性に優れるという点にある。
The generally known photo-locking method is to dissolve a polymer having excellent light transmittance and a monomer for controlling the refractive index having different refractive indexes (hereinafter referred to as a refractive index controlling monomer) in a predetermined solvent, This is applied on the cladding layer, and is cured by ultraviolet light through a photomask.
This is a method of forming a clad structure. When the refractive index control monomer has a lower refractive index than the base polymer, the non-mask portion becomes the clad and the mask portion becomes the core. The present invention is characterized in that a monomer-containing material, which is a feature of the present invention, is used in place of the light-transmitting polymer described above. However, after the refractive index controlling monomer is volatilized and removed, a process of curing the monomer-containing material once again is added. The merit of this photo-locking method is that the part where the refractive index control monomer is removed is not a conventional transparent polymer but a low molecular weight monomer-containing material. There is little physical disturbance, and physical and optical uniformity is kept high, so that transparency is excellent.

【0017】次に、不斉スピロ環含有モノマーを用いた
金型法を説明する。本発明の特徴をなすモノマー含有物
からなる膜に凸形状を有する金型を押し付け、光照射あ
るいは加熱により硬化させ、凹形状を有する樹脂レプリ
カを作製する。このレプリカに、これより屈折率が高く
調製されたモノマー含有物を封入し硬化させ、コア部を
形成する。この際、クラッドレプリカの溝よりはみ出し
たコア部分をエッチング等により除去した後、その上層
として前記のクラッドレプリカ用モノマー含有物を塗布
し硬化させ、埋め込み光導波路を形成する。本発明で用
いられる該モノマー含有物は、他の光硬化性樹脂に比
べ、密度ゆらぎが小さく、金型法で起こりやすい屈折率
変動が回避できる長所がある。
Next, a mold method using an asymmetric spiro ring-containing monomer will be described. A mold having a convex shape is pressed against a film made of a monomer-containing material, which is a feature of the present invention, and cured by light irradiation or heating to produce a resin replica having a concave shape. A monomer containing a monomer having a higher refractive index is sealed in the replica and cured to form a core. At this time, after the core portion protruding from the groove of the clad replica is removed by etching or the like, the above-mentioned monomer content for clad replica is applied and cured as an upper layer to form a buried optical waveguide. The monomer-containing material used in the present invention has advantages in that the density fluctuation is small as compared with other photocurable resins, and the refractive index fluctuation which is likely to occur in a mold method can be avoided.

【0018】以上、説明した特徴を有しかつ説明した方
法により作製された光導波路は、耐溶剤性に優れ、また
材料本来の複屈折が小さく、かつラセミ効果で更にバル
クの複屈折が低減され、その結果として光導波路として
使用した際の導波光の偏波依存性が小さく、更に低損失
導波が実現され、耐熱性にも優れている。
The optical waveguide having the characteristics described above and manufactured by the method described above is excellent in solvent resistance, has a small intrinsic birefringence of the material, and further reduces the bulk birefringence by the racemic effect. As a result, when used as an optical waveguide, the polarization dependence of guided light is small, low-loss waveguide is realized, and heat resistance is excellent.

【0019】[0019]

【実施例】以下、本発明を実施例により更に具体的に説
明するが、本発明はこれら実施例に限定されない。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

【0020】実施例1Embodiment 1

【0021】[0021]

【化3】 Embedded image

【0022】上記構造式(化3)で表される不斉スピロ
環含有エポキシ化合物41.6wt%、溶媒56.7w
t%、光開始剤1.4wt%、レベリング剤0.3wt
%を混合し、ポア径0.1μmのフィルタでろ過して紫
外線硬化樹脂溶液(A)を調製した。同様にして、フッ
素含有脂肪族環状エポキシ化合物を含む不斉スピロ環含
有エポキシ混合物41.6wt%、溶媒56.7wt
%、光開始剤1.4wt%、レベリング剤0.3wt%
を混合し、同様にポア径0.1μmのフィルタでろ過し
て紫外線硬化樹脂溶液(B)を調製した。両樹脂溶液
は、膜化・硬化後の両者の比屈折率差(波長1.3μ
m)を0.3%にするため、膜化・硬化後の(A)
(B)の屈折率が各々1.5464、1.5417にな
るように、あらかじめ組成調製されたものである。屈折
率の高い樹脂溶液(A)をコア用、低い樹脂溶液(B)
をクラッド用として用いた。上記樹脂溶液(A)及び
(B)を用いた光導波路の作製は、以下の工程に従って
行った。まず、紫外線硬化樹脂溶液(B)をシリコンウ
エハー上に滴下し、スピンコート法により薄膜化した。
これを高圧水銀灯照射(5400mJ/cm2 )し、更
に110℃で10分加熱して完全に硬化させ、下部クラ
ッドとした。硬化後の膜厚は18μmであった。次い
で、この上に、(A)の樹脂膜をコートした。この際、
(A)の樹脂膜と下部クラッド層との間にはインターミ
キシングは全く見られなかった。引き続き、(A)の樹
脂膜を高圧水銀灯照射(5400mJ/cm2 )、10
分間の110℃加熱により完全に硬化させ、コア層とし
た。膜厚は、設定通り8μmとなった。次に、フォトリ
ソグラフィにより、幅7μmから1μm置きに11μm
までの直線状マスクパターンを形成した。次いで、反応
性イオンエッチングにより、マスクパターン以外のコア
層をエッチングし、コアリッジを形成した。この一部を
取り出し、電子顕微鏡で断面形状構造を確認したとこ
ろ、エッチングはほぼ垂直に実現しており、高さ8μ
m、幅5μmから10μmのコアリッジが形成されてい
ることを確認した。最後にコアリッジ上に、樹脂溶液
(B)を塗布し、下部クラッドの場合と同様にして硬化
させ、埋め込み型チャネル構造からなる光導波路を形成
した。このようにして作製した光導波路の両端をダイシ
ングソーで切り落とし、長さ5cmの直線光導波路を得
た。断面を光透過モードで顕微鏡観察したところ、コア
のみが明るく光ることを確認した。コア径が8μm×8
μmの光導波路を選び、伝搬損失を測定したところ、波
長1.3μmで0.3dB/cm、1.55μmで1d
B/cmであった。両通信波長において、TEモードと
TMモードの損失差(偏波依存損失)は非常に小さかっ
た。また導波は完全なシングルモードであった。更に、
この導波路の損失は120℃においても、また、75℃
/90%RHの条件下においても1箇月以上変動しなか
った。更に、方向性結合器用マスクパターンを用い上記
直線導波路と同様な工程で作製した方向性結合器におい
て、TEモードとTMモードでの結合長がほぼ一致する
ことを確認し、光導波路として使用した場合にも複屈折
率はないか非常に小さいことが明らかになった。
Asymmetric spiro ring-containing epoxy compound represented by the above structural formula (Formula 3) 41.6 wt%, solvent 56.7 w
t%, photoinitiator 1.4wt%, leveling agent 0.3wt
%, And filtered through a filter having a pore size of 0.1 μm to prepare an ultraviolet-curable resin solution (A). Similarly, 41.6 wt% of an asymmetric spiro ring-containing epoxy mixture containing a fluorine-containing aliphatic cyclic epoxy compound, and 56.7 wt% of a solvent
%, Photoinitiator 1.4 wt%, leveling agent 0.3 wt%
Was mixed and filtered through a filter having a pore size of 0.1 μm to prepare an ultraviolet-curable resin solution (B). Both resin solutions have a relative refractive index difference (wavelength 1.3 μm) after film formation and curing.
(A) after film formation and curing to make m) 0.3%
The composition was previously prepared so that the refractive index of (B) would be 1.5464 and 1.5417, respectively. High refractive index resin solution (A) for core, low resin solution (B)
Was used for cladding. The production of an optical waveguide using the resin solutions (A) and (B) was performed according to the following steps. First, an ultraviolet curable resin solution (B) was dropped on a silicon wafer, and thinned by a spin coating method.
This was irradiated with a high-pressure mercury lamp (5400 mJ / cm 2 ), and further heated at 110 ° C. for 10 minutes to be completely cured to obtain a lower clad. The film thickness after curing was 18 μm. Next, the resin film (A) was coated thereon. On this occasion,
No intermixing was observed between the resin film of (A) and the lower cladding layer. Subsequently, the resin film of (A) was irradiated with a high pressure mercury lamp (5400 mJ / cm 2 ),
The core was completely cured by heating at 110 ° C. for 10 minutes. The film thickness was 8 μm as set. Next, by photolithography, 11 μm every 7 μm to 1 μm
Up to a linear mask pattern was formed. Next, the core layer other than the mask pattern was etched by reactive ion etching to form a core ridge. A part of this was taken out, and the cross-sectional shape structure was confirmed with an electron microscope. As a result, the etching was realized almost vertically, and the height was 8 μm.
It was confirmed that a core ridge having a width of 5 μm to 10 μm was formed. Finally, a resin solution (B) was applied on the core ridge, and cured in the same manner as in the case of the lower clad to form an optical waveguide having a buried channel structure. Both ends of the optical waveguide thus produced were cut off with a dicing saw to obtain a linear optical waveguide having a length of 5 cm. Microscopic observation of the cross section in the light transmission mode confirmed that only the core glowed brightly. Core diameter 8μm × 8
When an optical waveguide of μm was selected and the propagation loss was measured, 0.3 dB / cm at a wavelength of 1.3 μm and 1 d at a wavelength of 1.55 μm.
B / cm. At both communication wavelengths, the loss difference (polarization dependent loss) between the TE mode and the TM mode was very small. The waveguide was completely single mode. Furthermore,
The loss of this waveguide is 120 ° C. and 75 ° C.
It did not fluctuate for more than one month even under the condition of / 90% RH. Furthermore, in a directional coupler fabricated using the same pattern as the above-described linear waveguide using the directional coupler mask pattern, it was confirmed that the coupling lengths in the TE mode and the TM mode were substantially the same, and the directional coupler was used as an optical waveguide. In this case, too, no birefringence or very low birefringence was found.

【0023】実施例2 実施例1で用いた不斉スピロ環含有エポキシ化合物を主
成分とする紫外線硬化樹脂溶液(A)をコア用、硬化時
にコアとの比屈折率差が1%になるように調製されたエ
ポキシ系紫外線硬化樹脂溶液(B′)をクラッド用とし
て用意した。両樹脂溶液から作製した膜の硬化後の波長
850nmでの屈折率は、各々1.5528、1.53
73であった。このように、両者の比屈折率差は、設定
通り、1%となった。上記樹脂溶液(A)及び(B′)
を用いた光導波路の作製は、以下の工程に従って行っ
た。まず、紫外線硬化樹脂溶液(B′)をシリコンウエ
ハー上に滴下し、スピンコート法により薄膜化した。こ
れを高圧水銀灯照射(5400mJ/cm2 )し、更に
110℃で10分加熱して完全に硬化させ、下部クラッ
ドとした。硬化後の膜厚は40μmであった。次いで、
この上に、硬化後の厚さが40μmになるように(A)
の樹脂膜をコートした。この際、(A)の樹脂膜と下部
クラッド層との間にはインターミキシングは全く見られ
なかった。このようにして作製した樹脂膜に非接触で、
幅40μmの直線状パターンが形成できるフォトマスク
をマウントし、高圧水銀灯照射(7500mJ/c
2 )した。未硬化部分をウェットエッチングにより除
去して、幅、高さ共に40μmのコアリッジを作製し
た。このようにして作製したコアリッジは、フォトリソ
グラフィと反応性イオンエッチングによって作製した4
0μm×40μmのマルチモード光導波路用コアリッジ
と同等の形状であった。最後にコアリッジ上に、樹脂溶
液(B′)を用いてオーバークラッディングした。光硬
化後の熱硬化は20分行い、埋め込み型チャネル構造を
形成した。このようにして作製した光導波路の両端をダ
イシングソーで切り落とし、長さ5cmのマルチモード
の直線光導波路を得た。波長850nmの光透過モード
でニアフィールドパターンを観察したところ、コア部分
のみがマルチモード導波特有のパターンで明るく光るこ
とを観察した。更に、この波長での光伝搬損失を測定し
たところ、0.2dB/cmであった。更に、この導波
路の損失は120℃においても、また、75℃/90%
RHの条件下においても1箇月以上変動しなかった。本
実施例においては、クラッド用として調製した溶液
(B′)に、不斉スピロ環含有エポキシ化合物が全溶質
に対して20wt%含まれている。ただし、不斉スピロ
環含有エポキシ化合物を全く含まないクラッド材でも、
比屈折率差さえ1%程度の適切な値に保たれていれば、
最終的にでき上るマルチモード光導波路の性能の大きな
変化は見られなかったことを確認した。
Example 2 An ultraviolet-curable resin solution (A) containing a chiral spiro ring-containing epoxy compound as a main component used in Example 1 was used for a core so that the relative refractive index difference between the core and the core during curing was 1%. Was prepared for cladding. The refractive indices at a wavelength of 850 nm after curing of the films prepared from both resin solutions were 1.5528 and 1.53, respectively.
73. Thus, the relative refractive index difference between the two was 1% as set. The above resin solutions (A) and (B ')
The fabrication of an optical waveguide using was performed according to the following steps. First, an ultraviolet curable resin solution (B ') was dropped on a silicon wafer, and thinned by a spin coating method. This was irradiated with a high-pressure mercury lamp (5400 mJ / cm 2 ), and further heated at 110 ° C. for 10 minutes to be completely cured to obtain a lower clad. The film thickness after curing was 40 μm. Then
On top of this, (A) so that the thickness after curing becomes 40 μm.
Was coated. At this time, no intermixing was observed between the resin film of (A) and the lower cladding layer. Non-contact with the resin film produced in this way,
A photomask capable of forming a linear pattern having a width of 40 μm was mounted and irradiated with a high-pressure mercury lamp (7500 mJ / c).
m 2 ). The uncured portion was removed by wet etching to produce a core ridge having a width and a height of 40 μm. The core ridge fabricated in this manner was fabricated by photolithography and reactive ion etching.
The shape was the same as a core ridge for a multimode optical waveguide of 0 μm × 40 μm. Finally, overcladding was performed using a resin solution (B '). Thermal curing after photocuring was performed for 20 minutes to form a buried channel structure. Both ends of the optical waveguide thus produced were cut off with a dicing saw to obtain a multimode linear optical waveguide having a length of 5 cm. When the near-field pattern was observed in the light transmission mode at a wavelength of 850 nm, it was observed that only the core portion glowed brightly in a pattern unique to multimode waveguide. Further, when the light propagation loss at this wavelength was measured, it was 0.2 dB / cm. Furthermore, the loss of this waveguide is 120 ° C. and 75 ° C./90%
It did not fluctuate for more than one month even under RH conditions. In this embodiment, the solution (B ') prepared for cladding contains an asymmetric spiro ring-containing epoxy compound in an amount of 20 wt% based on all solutes. However, even a clad material containing no asymmetric spiro ring-containing epoxy compound,
If even the relative refractive index difference is kept at an appropriate value of about 1%,
It was confirmed that there was no significant change in the performance of the finally completed multimode optical waveguide.

【0024】実施例3Embodiment 3

【0025】[0025]

【化4】 Embedded image

【0026】上記構造式(化4)で表される不斉スピロ
環含有エポキシアクリレート化合物49.7 wt%、
溶媒49.7wt%、光開始剤0.4wt%、熱開始剤
0.2wt%を混合し、ポア径0.1μmのフィルタで
ろ過して紫外線硬化樹脂溶液(C)を調製した。同様に
して、フッ素含有脂肪族環状エポキシアクリレート化合
物を含む不斉スピロ環含有エポキシアクリレート混合物
49.7wt%、溶媒49.7wt%、光開始剤0.4
wt%、熱開始剤0.2wt%を混合し、同様にポア径
0.1μmのフィルタでろ過して紫外線硬化樹脂溶液
(D)を調製した。両樹脂溶液は、膜化・硬化後の両者
の比屈折率差(波長1.3μm)を0.3%にするた
め、膜化・硬化後の(C)(D)の屈折率が各々1.5
411、1.5365になるように、あらかじめ組成調
製されたものである。屈折率の高い樹脂溶液(C)をコ
ア用、低い樹脂溶液(D)をクラッド用として用いた。
上記樹脂溶液(C)及び(D)を用いた光導波路の作製
は、以下の工程に従って行った。まず、紫外線硬化樹脂
溶液(D)をシリコンウエハー上に滴下し、スピンコー
ト法により薄膜化した。これを高圧水銀灯照射(540
0mJ/cm2 )し、更に120℃で1時間加熱して完
全に硬化させ、下部クラッドとした。硬化後の膜厚は1
8μmであった。次いで、この上に、(C)の樹脂膜を
コートした。この際、(C)の樹脂膜と下部クラッド層
との間にはインターミキシングは全く見られなかった。
引き続き、(C)の樹脂膜を高圧水銀灯照射(1920
mJ/cm2 )、1時間の120℃加熱により完全に硬
化させ、コア層とした。膜厚は、設定通り8μmとなっ
た。次に、フォトリソグラフィにより、幅7μmから1
μm置きに11μmまでの直線状マスクパターンを形成
した。次いで、反応性イオンエッチングにより、マスク
パターン以外のコア層をエッチングし、コアリッジを形
成した。この一部を取り出し、電子顕微鏡で断面形状構
造を確認したところ、エッチングはほぼ垂直に実現して
おり、高さ8μm、幅5μmから13μmのコアリッジ
が形成されていることを確認した。最後にコアリッジ上
に、樹脂溶液(D)を塗布し、下部クラッドの場合と同
様にして硬化させ、埋め込み型チャネル構造からなる光
導波路を形成した。このようにして作製した光導波路の
両端をダイシングソーで切り落とし、長さ5cmの直線
光導波路を得た。断面を光透過モードで顕微鏡観察した
ところ、コアのみが明るく光ることを確認した。コア径
が8μm×8μmの光導波路を選び、伝搬損失を測定し
たところ、波長1.3μmで0.3dB/cm、1.5
5μmで1dB/cmであった。両通信波長において、
TEモードとTMモードの損失差(偏波依存損失)は非
常に小さかった。また導波は完全なシングルモードであ
った。更に、この導波路の損失は120℃においても、
また、75℃/90%RHの条件下においても1箇月以
上変動しなかった。更に、方向性結合器用マスクパター
ンを用い上記直線導波路と同様な工程で作製した方向性
結合器において、TEモードとTMモードでの結合長が
ほぼ一致することを確認し、光導波路として使用した場
合にも複屈折率はないか非常に小さいことが明らかにな
った。
An asymmetric spiro ring-containing epoxy acrylate compound represented by the above structural formula (Formula 4): 49.7 wt%,
49.7 wt% of a solvent, 0.4 wt% of a photoinitiator, and 0.2 wt% of a thermal initiator were mixed and filtered with a filter having a pore diameter of 0.1 μm to prepare an ultraviolet-curable resin solution (C). Similarly, 49.7 wt% of an asymmetric spiro ring-containing epoxy acrylate mixture containing a fluorine-containing aliphatic cyclic epoxy acrylate compound, 49.7 wt% of a solvent, 0.4
wt% and 0.2 wt% of a thermal initiator were mixed, and the mixture was similarly filtered through a filter having a pore diameter of 0.1 μm to prepare an ultraviolet curable resin solution (D). In order to make the relative refractive index difference (wavelength 1.3 μm) of both the resin solutions after film formation and curing 0.3%, the refractive indices of (C) and (D) after film formation and curing are 1 respectively. .5
The composition was previously adjusted to be 411 or 1.5365. The resin solution (C) having a high refractive index was used for the core, and the resin solution (D) having a low refractive index was used for the clad.
The production of an optical waveguide using the resin solutions (C) and (D) was performed according to the following steps. First, an ultraviolet curable resin solution (D) was dropped on a silicon wafer, and thinned by a spin coating method. This is irradiated with a high pressure mercury lamp (540
0 mJ / cm 2 ), and further heated at 120 ° C. for 1 hour to completely cure, thereby forming a lower clad. Film thickness after curing is 1
It was 8 μm. Next, a resin film (C) was coated thereon. At this time, no intermixing was observed between the resin film (C) and the lower cladding layer.
Subsequently, the resin film of (C) was irradiated with a high pressure mercury lamp (1920
mJ / cm 2 ) and completely cured by heating at 120 ° C. for 1 hour to obtain a core layer. The film thickness was 8 μm as set. Next, by photolithography, the width from 7 μm to 1
A linear mask pattern of up to 11 μm was formed every μm. Next, the core layer other than the mask pattern was etched by reactive ion etching to form a core ridge. A part of this was taken out, and the cross-sectional structure was confirmed by an electron microscope. As a result, it was confirmed that etching was realized almost vertically, and a core ridge having a height of 8 μm and a width of 5 μm to 13 μm was formed. Finally, a resin solution (D) was applied on the core ridge, and cured in the same manner as in the case of the lower clad to form an optical waveguide having a buried channel structure. Both ends of the optical waveguide thus produced were cut off with a dicing saw to obtain a linear optical waveguide having a length of 5 cm. Microscopic observation of the cross section in the light transmission mode confirmed that only the core glowed brightly. An optical waveguide having a core diameter of 8 μm × 8 μm was selected, and the propagation loss was measured.
It was 1 dB / cm at 5 μm. At both communication wavelengths,
The loss difference (polarization dependent loss) between the TE mode and the TM mode was very small. The waveguide was completely single mode. Furthermore, the loss of this waveguide even at 120 ° C.
Also, it did not fluctuate for more than one month under the conditions of 75 ° C / 90% RH. Furthermore, in a directional coupler fabricated using the same pattern as the above-described linear waveguide using the directional coupler mask pattern, it was confirmed that the coupling lengths in the TE mode and the TM mode were substantially the same, and the directional coupler was used as an optical waveguide. In this case, too, no birefringence or very low birefringence was found.

【0027】実施例4 実施例3で用いた不斉スピロ環含有エポキシアクリレー
ト化合物を主成分とする紫外線硬化樹脂溶液(C)をコ
ア用、硬化時にコアとの比屈折率差が1%になるように
調製されたエポキシアクリレート系紫外線硬化樹脂溶液
(D′)をクラッド用として用意した。両樹脂溶液から
作製した膜の硬化後の波長850nmでの屈折率は、各
々1.5366、1.5212であった。このように、
両者の比屈折率差は、設定通り、1%となった。上記樹
脂溶液(C)及び(D′)を用いた光導波路の作製は、
以下の工程に従って行った。まず、紫外線硬化樹脂溶液
(D′)をシリコンウエハー上に滴下し、スピンコート
法により薄膜化した。これを高圧水銀灯照射(1920
mJ/cm2 )し、更に120℃で1時間加熱して完全
に硬化させ、下部クラッドとした。硬化後の膜厚は40
μmであった。次いで、この上に、硬化後の厚さが40
μmになるように(C)の樹脂膜をコートした。この
際、(C)の樹脂膜と下部クラッド層との間にはインタ
ーミキシングは全く見られなかった。このようにして作
製した樹脂膜に非接触で、幅40μmの直線状パターン
が形成できるフォトマスクをマウントし、高圧水銀灯照
射(4100mJ/cm2 )した。未硬化部分をウェッ
トエッチングにより除去して、幅、高さ共に40μmの
コアリッジを作製した。このようにして作製したコアリ
ッジは、フォトリソグラフィと反応性イオンエッチング
によって作製した40μm×40μmのマルチモード光
導波路用コアリッジと同等の形状であった。最後にコア
リッジ上に、樹脂溶液(D′)を用いてオーバークラッ
ディングした。光硬化後の熱硬化は90分行い、埋め込
み型チャネル構造を形成した。このようにして作製した
光導波路の両端をダイシングソーで切り落とし、長さ5
cmのマルチモードの直線光導波路を得た。波長850
nmの光透過モードでニアフィールドパターンを観察し
たところ、コア部分のみがマルチモード導波特有のパタ
ーンで明るく光ることを観察した。更に、この波長での
光伝搬損失を測定したところ、0.2dB/cm以下で
あった。更に、この導波路の損失は120℃において
も、また、75℃/90%RHの条件下においても1箇
月以上変動しなかった。本実施例においては、クラッド
用として調製した溶液(D′)に、不斉スピロ環含有エ
ポキシアクリレート化合物が全溶質に対して20wt%
含まれている。ただし、不斉スピロ環含有エポキシアク
リレート化合物を全く含まないクラッド材でも、比屈折
率差さえ1%程度の適切な値に保たれていれば、最終的
にでき上るマルチモード光導波路の性能の大きな変化は
見られないことを確認した。
Example 4 The UV-curable resin solution (C) containing the asymmetric spiro ring-containing epoxy acrylate compound as a main component used in Example 3 was used for a core, and the relative refractive index difference from the core during curing was 1%. The epoxy acrylate ultraviolet curing resin solution (D ') prepared as described above was prepared for cladding. The refractive indices at a wavelength of 850 nm after curing of the films prepared from both resin solutions were 1.5366 and 1.5212, respectively. in this way,
The relative refractive index difference between the two was 1% as set. The production of an optical waveguide using the above resin solutions (C) and (D ′)
This was performed according to the following steps. First, an ultraviolet curable resin solution (D ') was dropped on a silicon wafer, and thinned by a spin coating method. This was irradiated with a high-pressure mercury lamp (1920
mJ / cm 2 ), and further heated at 120 ° C. for 1 hour to completely cure, thereby forming a lower clad. Film thickness after curing is 40
μm. Then, the thickness after curing is 40
The resin film (C) was coated to a thickness of μm. At this time, no intermixing was observed between the resin film (C) and the lower cladding layer. A photomask capable of forming a linear pattern having a width of 40 μm in a non-contact manner with the resin film thus produced was mounted, and irradiated with a high-pressure mercury lamp (4100 mJ / cm 2 ). The uncured portion was removed by wet etching to produce a core ridge having a width and a height of 40 μm. The core ridge manufactured in this manner had a shape equivalent to that of a 40 μm × 40 μm multi-mode optical waveguide core ridge manufactured by photolithography and reactive ion etching. Finally, overcladding was performed using a resin solution (D '). Thermal curing after photocuring was performed for 90 minutes to form a buried channel structure. Both ends of the optical waveguide thus manufactured were cut off with a dicing saw, and the length of the optical waveguide was 5 mm.
cm of a multimode linear optical waveguide was obtained. Wavelength 850
When the near-field pattern was observed in the light transmission mode of nm, it was observed that only the core portion glows brightly with a pattern unique to multimode waveguide. Further, when the light propagation loss at this wavelength was measured, it was 0.2 dB / cm or less. Furthermore, the loss of this waveguide did not fluctuate at 120 ° C. or 75 ° C./90% RH for more than one month. In this example, the solution (D ') prepared for cladding was prepared by adding an asymmetric spiro ring-containing epoxy acrylate compound in an amount of 20 wt% based on the total solute.
include. However, even if the clad material does not contain any asymmetric spiro ring-containing epoxy acrylate compound, even if the relative refractive index difference is maintained at an appropriate value of about 1%, the performance of the finally obtained multimode optical waveguide is large. No change was observed.

【0028】実施例5 実施例2において得られたような不斉スピロ環含有エポ
キシ樹脂をコア・クラッドとするマルチモード光導波路
は、以下に具体的に示す金型法によって、更に簡便に量
産することができた。実施例2と同様にして、不斉スピ
ロ環含有エポキシ化合物を主成分とする紫外線硬化樹脂
溶液(A)をコア用、硬化時にコアとの比屈折率差が1
%になるように調製されたエポキシ系紫外線硬化樹脂溶
液(B′)をクラッド用として用意した。樹脂溶液
(A)及び(B′)を用いたマルチモード光導波路の金
型法による作製は、以下の工程に従って行った。平滑な
ガラス基板上に樹脂溶液(B′)をスピンコートし、厚
さ60μmの厚膜を塗布した。ここに、凸状金型(凸部
の高さ40μm、幅40μm、長さ6cm)を圧力をか
けながら押し当て、ガラス基板の裏面より高圧水銀灯照
射(8000mJ/cm2 )した。その後、金型を押し
当てたまま、110℃で15分加熱して完全に硬化さ
せ、凹状の下部クラッド(凹部の深さ40μm、幅40
μm、長さ6cm)を作製した。次にこの凹部に、コア
用樹脂溶液(A)を注入し、再び高圧水銀灯で光硬化さ
せることによりコアを形成した。この際、凹状下部クラ
ッドとコアとの間でインターミキシングは全く見られな
かった。コア部を光硬化させた後、この上に樹脂溶液
(B′)を厚さ20μmでスピンコートした。これを光
と熱で完全に硬化させ、上部クラッド層とした。この結
果、埋め込みチャネル構造のマルチモード光導波路が得
られた。この光導波路をダイシングソーによって5cm
の長さに切り出し、波長850nmの光透過モードでニ
アフィールドパターンを観察したところ、コア部分のみ
がマルチモード導波特有のパターンで明るく光ることを
確認した。更に、この波長での光伝搬損失を測定したと
ころ、0.2dB/cmであった。更に、この導波路の
損失は120℃においても、また、75℃/90%RH
の条件下においても1箇月以上変動しなかった。更に、
高精度に加工されたシングルモード光導波路用金型を用
いて、実施例1において得られた不斉スピロ環含有エポ
キシ系シングルモード光導波路と同等の光導波路作製を
試み、光導波損失が実施例1に比べやや劣ることを別に
すれば、ほぼ同等の性能の光導波路を作製できた。
Example 5 A multi-mode optical waveguide having an asymmetric spiro ring-containing epoxy resin as a core and a clad as obtained in Example 2 is more easily mass-produced by a mold method specifically described below. I was able to. In the same manner as in Example 2, an ultraviolet-curable resin solution (A) containing an asymmetric spiro ring-containing epoxy compound as a main component was used for the core, and when cured, the relative refractive index difference from the core was 1
% Of an epoxy-based UV-curable resin solution (B ') prepared for cladding. The fabrication of the multimode optical waveguide using the resin solutions (A) and (B ′) by a mold method was performed according to the following steps. A resin solution (B ′) was spin-coated on a smooth glass substrate, and a thick film having a thickness of 60 μm was applied. Here, a convex mold (40 μm in height, 40 μm in width, 6 cm in length) was pressed while applying pressure, and irradiated with a high-pressure mercury lamp (8000 mJ / cm 2 ) from the back surface of the glass substrate. Then, while pressing the mold, the mixture is heated at 110 ° C. for 15 minutes to be completely cured, and the concave lower clad (the concave portion has a depth of 40 μm and a width of 40 mm)
μm, length 6 cm). Next, the core resin solution (A) was injected into the recess, and the core was formed by photocuring again with a high-pressure mercury lamp. At this time, no intermixing was observed between the concave lower cladding and the core. After photo-curing the core, a resin solution (B ') was spin-coated thereon with a thickness of 20 μm. This was completely cured by light and heat to form an upper clad layer. As a result, a multimode optical waveguide having a buried channel structure was obtained. This optical waveguide is 5 cm by a dicing saw.
When the near-field pattern was observed in a light transmission mode with a wavelength of 850 nm, it was confirmed that only the core portion glowed brightly in a pattern unique to multimode waveguide. Further, when the light propagation loss at this wavelength was measured, it was 0.2 dB / cm. Furthermore, the loss of this waveguide is 120 ° C. and 75 ° C./90% RH.
Did not fluctuate for more than one month. Furthermore,
Using a mold for a single-mode optical waveguide processed with high precision, an attempt was made to produce an optical waveguide equivalent to the asymmetric spiro ring-containing epoxy single-mode optical waveguide obtained in Example 1. Except for being slightly inferior to 1, an optical waveguide having almost the same performance was produced.

【0029】実施例6 実施例4において得られたような不斉スピロ環含有エポ
キシアクリレート樹脂をコア・クラッドとするマルチモ
ード光導波路は、以下に具体的に示す金型法によって、
更に簡便に量産することができた。実施例4と同様にし
て、不斉スピロ環含有エポキシアクリレート化合物を主
成分とする紫外線硬化樹脂溶液(C)をコア用、硬化時
にコアとの比屈折率差が1%になるように調製されたエ
ポキシアクリレート系紫外線硬化樹脂溶液(D′)をク
ラッド用として用意した。樹脂溶液(C)及び(D′)
を用いたマルチモード光導波路の金型法による作製は、
以下の工程に従って行った。平滑なガラス基板上に樹脂
溶液(D′)をスピンコートし、厚さ60μmの厚膜を
塗布した。ここに、凸状金型(凸部の高さ40μm、幅
40μm、長さ6cm)を圧力をかけながら押し当て、
ガラス基板の裏面より高圧水銀灯照射(5000mJ/
cm2 )した。その後、金型を押し当てたまま、120
℃で1時間加熱して完全に硬化させ、凹状の下部クラッ
ド(凹部の深さ40μm、幅40μm、長さ6cm)を
作製した。次にこの凹部に、コア用樹脂溶液(C)を注
入し、再び高圧水銀灯で光硬化させることによりコアを
形成した。この際、凹状下部クラッドとコアとの間でイ
ンターミキシングは全く見られなかった。コア部を光硬
化させた後、この上に樹脂溶液(D′)厚さ20μmで
スピンコートした。これを光と熱で完全に硬化させ、上
部クラッド層とした。この結果、埋め込みチャネル構造
のマルチモード光導波路が得られた。この光導波路をダ
イシングソーによって5cmの長さに切り出し、波長8
50nmの光透過モードでニアフィールドパターンを観
察したところ、コア部分のみがマルチモード導波特有の
パターンで明るく光ることを確認した。更に、この波長
での光伝搬損失を測定したところ、0.2dB/cmで
あった。更に、この導波路の損失は120℃において
も、また、75℃/90%RHの条件下においても1箇
月以上変動しなかった。更に、高精度に加工されたシン
グルモード光導波路用金型を用いて、実施例3において
得られた不斉スピロ環含有エポキシアクリレート系シン
グルモード光導波路と同等の光導波路作製を試み、光導
波損失が実施例3に比べやや劣ることを別にすれば、ほ
ぼ同等の性能の光導波路を作製できた。
Example 6 A multimode optical waveguide having an asymmetric spiro ring-containing epoxy acrylate resin as a core and a clad as obtained in Example 4 was obtained by a mold method specifically described below.
Furthermore, mass production could be performed more easily. In the same manner as in Example 4, an ultraviolet-curable resin solution (C) containing an asymmetric spiro ring-containing epoxy acrylate compound as a main component was prepared for the core, and was adjusted so that the relative refractive index difference with the core upon curing was 1%. The epoxy acrylate ultraviolet curable resin solution (D ') was prepared for cladding. Resin solutions (C) and (D ')
Of multi-mode optical waveguides by using the die method
This was performed according to the following steps. A resin solution (D ′) was spin-coated on a smooth glass substrate, and a thick film having a thickness of 60 μm was applied. Here, a convex mold (40 μm in height, 40 μm in width, 6 cm in length) is pressed while applying pressure,
High-pressure mercury lamp irradiation from the back of the glass substrate (5000 mJ /
cm 2 ). Then, while pressing the mold, 120
C. for 1 hour for complete curing to produce a concave lower clad (recess depth 40 .mu.m, width 40 .mu.m, length 6 cm). Next, a core resin solution (C) was injected into the concave portion, and the core was formed by photocuring again with a high-pressure mercury lamp. At this time, no intermixing was observed between the concave lower cladding and the core. After the core portion was light-cured, it was spin-coated thereon with a resin solution (D ′) having a thickness of 20 μm. This was completely cured by light and heat to form an upper clad layer. As a result, a multimode optical waveguide having a buried channel structure was obtained. This optical waveguide is cut into a length of 5 cm by a dicing saw, and a wavelength of 8 cm is cut out.
Observation of the near-field pattern in the light transmission mode of 50 nm confirmed that only the core portion glows brightly with a pattern unique to multimode waveguide. Further, when the light propagation loss at this wavelength was measured, it was 0.2 dB / cm. Furthermore, the loss of this waveguide did not fluctuate at 120 ° C. or 75 ° C./90% RH for more than one month. Further, using a mold for a single mode optical waveguide processed with high precision, an optical waveguide equivalent to the asymmetric spiro ring-containing epoxy acrylate single mode optical waveguide obtained in Example 3 was produced, and an optical waveguide loss was attempted. However, except that it was slightly inferior to Example 3, an optical waveguide having almost the same performance could be produced.

【0030】実施例7 実施例4で用いた不斉スピロ環含有エポキシアクリレー
ト化合物を主成分とする紫外線硬化樹脂溶液(A)に、
メタクリレート系モノマーを添加、溶解させた。メタク
リレート系モノマー無添加の場合と添加した場合とで、
最終的に硬化した膜の比屈折率差(波長850nm)が
1%になるようにメタクリレートモノマー量を調製して
加えた。上記調製液を用いたフォトロッキング法による
マルチモード光導波路の作製は、以下の工程に従って行
った。上記調製液をシリコン基板上にスピンコートし、
これを高圧水銀灯照射し、更に加熱して完全に硬化さ
せ、下部クラッドとした。次いで、コア用に上記調製液
をスピンコートした。ポジ型のフォトマスクを非接触で
マウントし高圧水銀灯を選択照射した。次にこの薄膜を
60℃に加熱しながら真空乾燥させた。これにより、マ
スクされた未照射部分のメタクリレートモノマーは除去
され、照射部のみメタクリレートモノマーが膜中に固定
された。次にマスクなしで、不斉スピロ環含有エポキシ
アクリレート化合物のみとなった部分を高圧水銀灯照射
により硬化させ、コア−クラッド構造を形成させた。上
述した通り、未照射部(コア)と照射部(クラッド)の
比屈折率差1%は、設定に対して誤差範囲内で実現され
ていた。更にこの上に上記調製液を塗布し、下部クラッ
ドを形成した場合と同様に硬化して、上部クラッドを形
成した。これらの操作により、埋め込みチャネル構造の
マルチモード光導波路を作製した。この光導波路をダイ
シングソーによって5cmの長さに切り出し、波長85
0nmの光透過モードでニアフィールドパターンを観察
したところ、コア部分のみがマルチモード導波特有のパ
ターンで明るく光ることを確認した。更に、この波長で
の光伝搬損失を測定したところ、0.2dB/cmであ
った。更に、この導波路の損失は120℃においても、
また、75℃/90%RHの条件下においても1箇月以
上変動しなかった。
Example 7 The ultraviolet-curable resin solution (A) containing the asymmetric spiro ring-containing epoxy acrylate compound as the main component used in Example 4 was added to
A methacrylate monomer was added and dissolved. When the methacrylate monomer is not added and when it is added,
The methacrylate monomer amount was adjusted and added so that the relative refractive index difference (wavelength 850 nm) of the finally cured film became 1%. The preparation of a multimode optical waveguide by the photo-locking method using the above-mentioned preparation liquid was performed according to the following steps. Spin coating the above prepared solution on a silicon substrate,
This was irradiated with a high-pressure mercury lamp and further heated to be completely cured to obtain a lower clad. Next, the above-mentioned preparation liquid was spin-coated for the core. A positive photomask was mounted in a non-contact manner, and a high-pressure mercury lamp was selectively irradiated. Next, this thin film was vacuum-dried while being heated to 60 ° C. Thereby, the methacrylate monomer in the masked unirradiated portion was removed, and the methacrylate monomer was fixed in the film only in the irradiated portion. Next, without a mask, the portion having only the asymmetric spiro ring-containing epoxy acrylate compound was cured by irradiation with a high-pressure mercury lamp to form a core-clad structure. As described above, the relative refractive index difference of 1% between the unirradiated portion (core) and the irradiated portion (cladding) was realized within an error range with respect to the setting. Further, the above-mentioned preparation liquid was applied thereon, and cured as in the case of forming the lower clad to form the upper clad. Through these operations, a multimode optical waveguide having a buried channel structure was manufactured. This optical waveguide is cut into a length of 5 cm by a dicing saw, and a wavelength of 85 cm.
Observation of the near-field pattern in a light transmission mode of 0 nm confirmed that only the core portion glows brightly with a pattern unique to multimode waveguide. Further, when the light propagation loss at this wavelength was measured, it was 0.2 dB / cm. Furthermore, the loss of this waveguide even at 120 ° C.
Also, it did not fluctuate for more than one month under the conditions of 75 ° C / 90% RH.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の不斉スピ
ロ環含有重合体からなる光導波路は、耐溶剤性に優れ、
また偏波依存性が小さく、更に低損失導波が実現され、
耐熱性にも優れている。また、本発明で説明した光導波
路の作製方法を用いれば、所望の光導波路を低コストで
大量に生産することが可能である。したがって、本発明
は、光通信、光情報処理、微小光学あるいはその他の一
般光学の分野で用いられる種々の光導波路デバイス(光
スイッチ、光フィルタなど)、光集積回路、又は、光配
線板等に広く適用できる。
As described above, the optical waveguide comprising the asymmetric spiro ring-containing polymer of the present invention has excellent solvent resistance,
In addition, the polarization dependence is small, and further low-loss waveguide is realized,
Excellent heat resistance. Further, by using the method for manufacturing an optical waveguide described in the present invention, it is possible to mass-produce desired optical waveguides at low cost. Therefore, the present invention is applicable to various optical waveguide devices (optical switches, optical filters, etc.), optical integrated circuits, optical wiring boards, and the like used in the fields of optical communication, optical information processing, micro-optics, and other general optics. Widely applicable.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】高分子光導波路の断面構造の概略を含む模式図
である。
FIG. 1 is a schematic diagram including an outline of a cross-sectional structure of a polymer optical waveguide.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:コア、2:クラッド 1: core, 2: clad

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 今村 三郎 東京都新宿区西新宿三丁目19番2号 日本 電信電話株式会社内 (72)発明者 大辻 淳夫 神奈川県横浜市栄区笠間町1190番地 三井 東圧化学株式会社内 (72)発明者 鈴木 理穂子 神奈川県横浜市栄区笠間町1190番地 三井 東圧化学株式会社内 (72)発明者 浦上 達宣 神奈川県横浜市栄区笠間町1190番地 三井 東圧化学株式会社内 (72)発明者 元島 敏博 東京都千代田区霞が関3丁目2番5号 三 井東圧化学株式会社内 (72)発明者 詫摩 啓輔 神奈川県横浜市栄区笠間町1190番地 三井 東圧化学株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Saburo Imamura 3-19-2 Nishishinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo Nippon Telegraph and Telephone Corporation (72) Inventor Atsushi Otsuji 1190 Kasama-cho, Sakae-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Mitsui East (72) Inventor Rihoko Suzuki 1190 Kasama-cho, Sakae-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Mitsui Toatsu Chemical Co., Ltd. (72) Inventor Tatsunobu Urakami 1190 Kasama-cho, Sakae-ku, Yokohama, Kanagawa Mitsui Toatsu Chemicals Inside the company (72) Inventor Toshihiro Motojima 3-2-5 Kasumigaseki, Chiyoda-ku, Tokyo Mitsui Toatsu Chemical Co., Ltd. (72) Inventor Keisuke Takuma 1190 Kasama-cho, Sakae-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Mitsui Toatsu Chemical Co., Ltd. Inside

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 下記構造式(化1): 【化1】 (式中、Xは、水素、アルキル基、アルコキシ基、ニト
ロ基、ハロゲンを表し、mは1〜3の整数を、nは0〜
10の整数を表す)で表される不斉スピロ環を含有する
エポキシ化合物、若しくは、該エポキシ化合物とアクリ
ル酸及びメタクリル酸より選ばれる少なくとも一種とか
ら得られるエポキシアクリレート化合物を必須成分とし
て得られるラセミ重合体を光学コア及び/又は光学クラ
ッドとして用いることを特徴とする高分子光導波路。
1. The following structural formula (Formula 1): (Wherein, X represents hydrogen, an alkyl group, an alkoxy group, a nitro group, or a halogen, m is an integer of 1 to 3, and n is 0 to 0)
Or an epoxy compound containing an asymmetric spiro ring represented by the formula (1) or an epoxy acrylate compound obtained from the epoxy compound and at least one selected from acrylic acid and methacrylic acid. A polymer optical waveguide, wherein a polymer is used as an optical core and / or an optical clad.
【請求項2】 請求項1におけるエポキシアクリレート
化合物が、下記構造式(化2): 【化2】 (式中、Xは、水素、アルキル基、アルコキシ基、ニト
ロ基、ハロゲンを表し、mは1〜3の整数を、nは0〜
10の整数を表す。また、Rは水素又はメチル基を表
す)で表される不斉スピロ環を含有するエポキシアクリ
レート化合物であって、該化合物を必須成分として得ら
れるラセミ重合体を光学コア及び/又は光学クラッドと
して用いることを特徴とする高分子光導波路。
2. The epoxy acrylate compound according to claim 1, wherein the epoxy acrylate compound has the following structural formula (Formula 2): (Wherein, X represents hydrogen, an alkyl group, an alkoxy group, a nitro group, or a halogen, m is an integer of 1 to 3, and n is 0 to 0)
Represents an integer of 10. R represents hydrogen or a methyl group) and is an epoxy acrylate compound containing an asymmetric spiro ring, and a racemic polymer obtained using the compound as an essential component is used as an optical core and / or an optical clad. A polymer optical waveguide, characterized in that:
【請求項3】 請求項1又は2における高分子光導波路
が、コアとクラッドの屈折率を調整する非芳香族化合物
あるいは芳香環の一部がフッ素化された化合物を含むこ
とを特徴とする高分子光導波路。
3. The polymer optical waveguide according to claim 1, wherein the polymer optical waveguide contains a non-aromatic compound for adjusting the refractive index of the core and the clad or a compound in which a part of an aromatic ring is fluorinated. Molecular optical waveguide.
【請求項4】 請求項1における高分子光導波路が、可
視−近赤外領域の光波に対してシングルモード導波条件
を満たすことを特徴とする高分子光導波路。
4. The polymer optical waveguide according to claim 1, wherein the polymer optical waveguide satisfies a single-mode waveguide condition for light waves in the visible-near-infrared region.
【請求項5】 請求項1における高分子光導波路が、可
視−近赤外領域の光波に対してマルチモード導波条件を
満たすことを特徴とする高分子光導波路。
5. The polymer optical waveguide according to claim 1, wherein the polymer optical waveguide satisfies a multimode waveguide condition for light waves in the visible-near-infrared region.
【請求項6】 下記構造式(化1): 【化1】 (式中、Xは、水素、アルキル基、アルコキシ基、ニト
ロ基、ハロゲンを表し、mは1〜3の整数を、nは0〜
10の整数を表す)で表される不斉スピロ環を含有する
エポキシ化合物、若しくは、該エポキシ化合物とアクリ
ル酸及びメタクリル酸より選ばれる少なくとも一種とか
ら得られるエポキシアクリレート化合物を必須成分とし
て得られるラセミ重合体を光学コア及び/又は光学クラ
ッドとして用いる高分子光導波路の作製方法において、
前記コアとクラッドをなす膜を各々成膜ごとに塗布、硬
化して形成し、コア形成に際してフォトリソ法及び/又
はリアクティブイオンエッチング法及び/又はフォトロ
ッキング法及び/又は金型法を用いることを特徴とする
高分子光導波路の作製方法。
6. The following structural formula (Formula 1): (Wherein, X represents hydrogen, an alkyl group, an alkoxy group, a nitro group, or a halogen, m is an integer of 1 to 3, and n is 0 to 0)
Or an epoxy compound containing an asymmetric spiro ring represented by the formula (1) or an epoxy acrylate compound obtained from the epoxy compound and at least one selected from acrylic acid and methacrylic acid. In a method for producing a polymer optical waveguide using a polymer as an optical core and / or an optical clad,
The film forming the core and the clad is applied and cured for each film formation, and the core is formed by using a photolithography method and / or a reactive ion etching method and / or a photo locking method and / or a mold method. Characteristic method for producing a polymer optical waveguide.
【請求項7】 請求項6記載のフォトロッキング法が、
不斉スピロ環を含有するエポキシ化合物を主成分とする
紫外線硬化樹脂溶液と該紫外線硬化樹脂溶液と屈折率の
異なる屈折率制御用モノマーとを所定の溶媒に溶かす工
程と、これをクラッド上に塗布しフォトマスクを通して
紫外線硬化する工程と、マスクされた未硬化部分の前記
屈折率制御用モノマーを揮発除去してコア若しくはクラ
ッドを形成する工程と、前記マスクされた未硬化部分を
紫外線硬化する工程と、を含むことを特徴とする高分子
光導波路の作製方法。
7. The photo-locking method according to claim 6, wherein
A step of dissolving a UV curable resin solution containing an epoxy compound containing an asymmetric spiro ring as a main component, and a monomer for controlling the refractive index having a different refractive index from the UV curable resin solution in a predetermined solvent, and applying this on a clad; UV curing through a photomask, forming a core or clad by volatilizing and removing the refractive index control monomer of the masked uncured portion, and UV curing the masked uncured portion. A method for producing a polymer optical waveguide, comprising:
【請求項8】 請求項6記載の金型法が、不斉スピロ環
を含有するエポキシ化合物を含む紫外線硬化樹脂溶液を
基板上に塗布してクラッド膜を形成する工程と、前記ク
ラッド膜上に凸形状の金型を押し付け光照射又は加熱に
より硬化させて凹部を有するクラッドレプリカを形成す
る工程と、前記凹部に不斉スピロ環を含有するエポキシ
化合物を主成分とする紫外線硬化樹脂溶液を封入、硬化
してコア部を形成する工程と、を含むことを特徴とする
高分子光導波路の作製方法。
8. The method according to claim 6, wherein an ultraviolet curable resin solution containing an epoxy compound containing an asymmetric spiro ring is applied to a substrate to form a clad film, and the clad film is formed on the substrate. A step of forming a clad replica having a concave portion by pressing a convex mold by light irradiation or heating and enclosing an ultraviolet curable resin solution mainly containing an epoxy compound containing an asymmetric spiro ring in the concave portion, Curing the core to form a core portion.
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