CN103119483A - 光波导以及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光波导,具有芯层和包覆层,上述芯层具备芯部和与芯部的两侧面邻接的侧面包覆部,上述包覆层分别层叠在芯层的两面,芯层的宽度方向的折射率分布W具有2个极小值、1个第1极大值和小于第1极大值的2个第2极大值,并具有这些值以第2极大值、极小值、第1极大值、极小值、第2极大值的顺序排列的区域,并且,在折射率分布整体上折射率连续地变化,另一方面,光波导的厚度方向的折射率分布T具有第3极大值、折射率从第3极大值的位置向包覆层连续地降低的第1部分、以及比第1部分更靠近光波导的两面侧且折射率大致恒定的第2部分。

Description

光波导以及电子设备
技术领域
本发明涉及光波导以及电子设备。
背景技术
近年来,随着信息化的浪潮,正在普及和发展能够将大容量的信息高速地进行通信的宽带电路(宽频带)。另外,作为向这些宽带线路传送信息的装置,使用路由装置、WDM(波分复用(Wavelength DivisionMultiplexing))装置等传送装置。这些传送装置内设有大量组合了LSI之类的演算元件、存储器之类的存储元件等的信号处理基板,承担各线路的相互连接。
各信号处理基板上构筑有用电布线连接了演算元件、存储元件等的电路,但近年来随着处理的信息量的增大,要求各基板以极高的吞吐量传送信息。但是,伴随着信息传送的高速化,交调失真、高频噪声的发生、电信号的劣化等问题逐渐显露。因此,电布线成为瓶颈,信号处理基板的吞吐量的提高变得困难。另外,同样的课题也在超级计算机、大规模服务器等中之间显露。
另一方面,开发了使用光传输波来输送数据的光通信技术,近年来,作为将该光传输波从一地点引导至另一地点的机构,光波导正在普及。该光波导具有线状的芯部和以覆盖其周围的方式设置的包覆部。芯部由对于光传输波的光为实质上透明的材料构成,包覆部由比芯部的折射率低的材料构成。
在光波导中,从芯部的一端导入的光一边在与包覆部的边界反射一边输送至另一端。光波导的射入侧配置有半导体激光等发光元件,射出侧配置有光电二极管等受光元件。从发光元件射入的光在光波导中传播,利用受光元件而受光,基于接收的光的明灭图案或其强弱图案而进行通信。
通过用这样的光波导替换信号处理基板内的电布线,解决了上述的电布线的问题,期待信号处理基板能够进一步高吞吐量化。
在这里,作为光波导,以往,通常是具备具有恒定折射率的芯部和具有低于芯部的恒定折射率的包覆部的阶跃折射率型光波导,近年来,提出了折射率连续变化的渐变折射率型光波导。
例如,在专利文献1中提出了通过在聚合物基体中使折射率调节剂扩散,从而折射率在横截面以同心圆状分布的光波导。利用这样的渐变折射率型光波导,与阶跃折射率型光波导相比,实现了传送损失的降低。
然而,最近对于光波导的大容量化的要求逐渐增强,要求进一步的多通道化和高密度化。如果多通道化和高密度化发展,则通道(芯部)的间距变得更狭窄,随之将直接面对交调失真(从1个通道漏逸出的光干扰相邻的通道)、脉冲信号钝化(脉冲信号扩散)这样的新课题。
此外,上述课题在同一层中部分形成折射率差、由此得到的具备芯部和包覆部的结构的光波导中特别显著。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2006-276735号公报
发明内容
本发明的目的是提供传送损失和脉冲信号的钝化小、可靠性高的光波导、以及具备该光波导的电子设备。
这样的目的通过下述(1)~(12)的本发明而实现。
(1)一种光波导,其特征在于,具有芯层和包覆层,
上述芯层具备芯部和与该芯部的两侧面邻接的侧面包覆部,
上述包覆层分别层叠在该芯层的两面,
上述芯层的横截面的宽度方向的折射率分布W具有至少2个极小值、至少1个第1极大值和小于上述第1极大值的至少2个第2极大值,并具有这些值以第2极大值、极小值、第1极大值、极小值、第2极大值的顺序排列的区域,在该区域中,以包含上述第1极大值的方式被上述2个极小值夹持的区域为上述芯部,从上述各极小值到上述第2极大值侧的区域为上述侧面包覆部,
上述各极小值小于上述包覆部的平均折射率,并且,在上述折射率分布整体上折射率连续地变化,
上述光波导的横截面的厚度方向的折射率分布T具有第3极大值、折射率从该第3极大值的位置向上述包覆层连续地降低的第1部分、以及比该第1部分更靠近光波导的两面侧且折射率大致恒定的第2部分,与上述第3极大值和上述第1部分对应的区域为上述芯部,与上述第2部分对应的区域为上述包覆层。
(2)根据上述(1)所述的光波导,其中,上述折射率分布W中,在与上述侧面包覆部对应的区域,上述第2极大值位于与上述芯部的界面附近以外。
(3)根据上述(2)所述的光波导,其中,上述折射率分布W中,在与上述侧面包覆部对应的区域,上述第2极大值位于该区域的中心部,并且,折射率以从上述第2极大值向上述极小值连续降低的方式变化。
(4)根据上述(1)~(3)中任一项所述的光波导,其中,上述极小值与上述侧面包覆部的平均折射率之差为上述极小值与上述第1极大值之差的3~80%。
(5)根据上述(4)所述的光波导,其中,上述极小值与上述第1极大值的折射率差为0.005~0.07。
(6)根据上述(1)~(5)中任一项所述的光波导,其中,采用上述横截面的宽度方向的位置作为横轴、并采用上述横截面的折射率作为纵轴时,
上述折射率分布W在上述第1极大值附近形成向上凸的近U字形,在上述极小值附近形成向下凸的近U字形。
(7)根据上述(1)~(5)中任一项所述的光波导,其中,上述第1极大值包含在顶部附近折射率实质上不发生变化的平坦部,
上述平坦部的长度为100μm以下。
(8)根据上述(1)~(7)中任一项所述的光波导,其中,上述折射率分布W中,将上述第1极大值附近的折射率具有上述侧面包覆部的平均折射率以上的值的部分的宽度设为a[μm]、并将上述极小值附近的折射率具有小于上述侧面包覆部的平均折射率的值的宽度设为b[μm]时,b为0.01a~1.2a。
(9)根据上述(1)~(8)中任一项所述的光波导,其中,上述折射率分布T中的上述第3极大值位于与上述芯部对应的区域的中心部。
(10)根据上述(1)~(9)中任一项所述的光波导,其中,上述折射率分布T中,上述第3极大值与上述第2部分的折射率差大于上述折射率分布W中上述第1极大值与上述极小值的折射率差。
(11)根据上述(1)~(10)中任一项所述的光波导,其中,上述芯层具有多个上述芯部和分别与该各芯部的两侧面邻接的多个上述侧面包覆部。
(12)一种电子设备,其特征在于,具备上述(1)~(11)中任一项所述的光波导。
根据本发明,能够得到传送损失和脉冲信号的钝化被抑制了的光波导。
另外,通过使用这样的光波导,能够得到可靠性高的电子设备。
附图说明
图1是表示本发明的光波导的第1实施方式(切去一部分并透视显示)的立体图。
图2是对于图1所示的X-X线截面图,在横轴取芯层的厚度的中心线C1的位置、纵轴取折射率时示意性地表示折射率分布的一个例子的图。
图3是表示光射入图1所示的光波导的1个芯部时的射出光的强度分布的一个例子的图。
图4是切掉了将图1所示的X-X线截面图的芯部作为中心的一部分的图,以及示意性地表示通过X-X线截面图的芯部的宽度方向的中心的中心线C2上的折射率分布T的一个例子的图。
图5是表示本发明的光波导的第2实施方式(一部分透视显示)的立体图。
图6是表示得到多色成型体的模涂机的立体图。
图7是将模涂机的一部分放大表示的纵截面图。
图8是用于说明图1所示的光波导的第1制造方法的图。
图9是用于说明图1所示的光波导的第1制造方法的图。
图10是用于说明图1所示的光波导的第1制造方法的图。
图11是用于说明照射区域与未照射区域之间产生折射率差的情况的图,是表示将层的横截面的宽度方向的位置设为横轴、将横截面的折射率设为纵轴时的折射率分布的图。
图12是表示将光波导的横截面的折射率设为横轴、将横截面的厚度方向的位置设为纵轴时的折射率分布的图。
图13是用于说明对光波导的射出侧端面的射出光的强度分布进行测定的方法的图。
图14是表示实施例1、比较例1和比较例2中得到的光波导的射出侧端面的射出光的强度分布的图。
具体实施方式
以下,基于附图所示的优选实施方式,对本发明的光波导和电子设备进行详细说明。
<光波导>
首先,对本发明的光波导进行说明。
(第1实施方式)
图1是表示本发明的光波导的第1实施方式(切去一部分并透视显示)的立体图;图2是对于图1所示的X-X线截面图,在横轴取芯层的厚度的中心线C1的位置、纵轴取折射率时示意性地表示折射率分布的一个例子的图;图3是表示光射入图1所示的光波导的1个芯部时的射出光的强度分布的一个例子的图。应予说明,在以下说明中,将图1中的上侧称为“上”,将下侧称为“下”。另外,图1夸张地描绘了层的厚度方向(各图的上下方向)。
图1所示的光波导1发挥从一个端部向另一个端部传送光信号的光布线的功能。
以下,对光波导1的各部进行详细说明。
光波导1从图1中的下侧起分为包覆层11、芯层13和包覆层12。
利用后述的光波导1,能够抑制传送损失和脉冲信号的钝化,即便射入大容量的光信号,也能够进行可靠性高的光通信。
另外,在芯层13中形成多个芯部而多通道化的情况下,光波导1能够抑制其宽度方向的交调失真。
另外,层叠多个芯层13而多通道化的情况下,光波导1还能够抑制其厚度方向的交调失真。
即,光波导1具有高光传送特性(第1效果)。
光波导1的宽度方向(层内方向)的折射率分布W中夹着第1极大值而存在极小值,所以在芯部与包覆部之间形成大的折射率差。由此,从芯部难以漏出光。另外,由于小于第1极大值的第2极大值位于包覆部,所以即便例如从芯部漏出光,该漏出光也密闭于包覆部的第2极大值中。由此,与宽度方向邻接的芯部之间的交调失真被抑制。
此外,光波导1的厚度方向(层间方向)的折射率分布T为渐变折射率(GI)型的分布。GI型的分布是指从芯部经过包覆层而伴有折射率连续降低的分布,如果是这样的分布,则芯部的光密闭效果与阶跃折射率(SI)型的效果相比非常优异。其结果,光传送损失的发生得到有效抑制,能够实现高光传送特性。虽然其原因并不清楚,但认为是由于GI型的折射率分布,从芯部的光的渗出有效地被抑制。
另外,在光波导1中,根据使用方式,能够使用于将光损失的减少最佳化的设计容易(第2效果)。
例如,可以使宽度方向的折射率分布W和厚度方向的折射率分布T不同。具体而言,通过使厚度方向的折射率差大于宽度方向的折射率差,能够使将光波导1的膜向芯部的延伸方向弯曲、或卷起时的光损失减少。这是因为,对光损失没有影响的最小弯曲半径(曲率)依赖于折射率差,折射率差越大,越能减小最小弯曲半径。
另外,光波导1的设计自由度高(第3效果)。
光波导1是例如将膜进行层叠而形成,其中包覆层的厚度可以按照与芯层的厚度的关系任意确定。而且由于能够严密地控制厚度,所以能够将减少光耦合损失的效果最大化。另外,弯曲光波导1时,对弯曲部的内侧施加压缩力,对外侧施加拉伸力,折射率有时随之而非本意地发生变化。在光波导1中,基于这样的弯曲,能够容易地进行使夹着芯层的包覆层的厚度不同的设计。
(芯层)
其中,芯层13形成有在宽度方向折射率具有偏差而成的折射率分布。该折射率分布具有折射率相对高的区域和相对低的区域,由此,能够将射入的光密闭于折射率高的区域而进行传播。
图2(a)是图1的X-X线截面图,图2(b)是模式性地表示通过X-X线截面图的芯层13的厚度方向的中心的中心线C1上的折射率分布的一个例子的图。
芯层13在其宽度方向具有图2(b)所示的包括4个极小值Ws1、Ws2、Ws3、Ws4和5个极大值Wm1、Wm2、Wm3、Wm4、Wm5的折射率分布W。另外,5个极大值中存在折射率相对大的极大值(第1极大值)和折射率相对小的极大值(第2极大值)。
其中,在极小值Ws1与极小值Ws2之间以及在极小值Ws3与极小值Ws4之间分别存在折射率相对大的极大值Wm2和Wm4,除此以外的极大值Wm1、Wm3和Wm5分别是折射率相对小的极大值。
在光波导1中,如图2所示,由于极小值Ws1与极小值Ws2之间包含折射率相对大的极大值Wm2,所以成为芯部14,同样地,由于在极小值Ws3与极小值Ws4之间也包含极大值Wm4,所以成为芯部14。应予说明,更详细地说,将极小值Ws1与极小值Ws2之间设为芯部141,将极小值Ws3与极小值Ws4之间设为芯部142。
另外,由于极小值Ws1的左侧的区域、极小值Ws2与极小值Ws3之间、以及极小值Ws4的右侧的区域分别是与芯部14的两侧面邻接的区域,所以成为侧面包覆部15。应予说明,更详细地说,将极小值Ws1的左侧的区域设为侧面包覆部151,将极小值Ws2与极小值Ws3之间设为侧面包覆部152,将极小值Ws4的右侧的区域设为侧面包覆部153。
即,折射率分布W具有至少第2极大值、极小值、第1极大值、极小值、第2极大值依次排列的区域即可。此外,该区域根据芯部的数量而被重复设置,像本实施方式这样具有2个芯部14时,折射率分布W以第2极大值、极小值、第1极大值、极小值、第2极大值、极小值、第1极大值、极小值、第2极大值的方式具有极大值与极小值交替排列、并且对于极大值而言第1极大值和第2极大值交替排列的区域即可。
另外,优选这些多个极小值、多个第1极大值和多个第2极大值分别相互为大致相同的值,但只要保持极小值比第1极大值、第2极大值小,第2极大值比第1极大值小的关系,则相互的值多少有些偏差也无妨。此时,偏差量优选抑制在多个极小值的平均值的10%以内。
另外,光波导1呈细长的带状,上述折射率分布W在光波导1的长边方向整体上维持大致相同的分布。
随着上述折射率分布W,芯层13形成有长条状的2个芯部14和与这些芯部14的各两侧面邻接的3个侧面包覆部15。
更详细而言,图1所示的光波导1中,交替设置有并列的2个芯部141、142和并列的3个侧面包覆部151、152、153。由此,各芯部141、142成为分别被各侧面包覆部151、152、153和各包覆层11、12包围的状态。在这里,这些芯部141、142的折射率当然比侧面包覆部151、152、153的折射率高,所以在各芯部141、142与各侧面包覆部151、152、153的界面,能够产生光的反射。应予说明,图1所示的各芯部14标记有密集的点,各侧面包覆部15标记有稀疏的点。
在光波导1中,使射入芯部14的一个端部的光在芯部14与包覆部(各包覆层11、12和各侧面包覆部15)的界面进行反射,传播至另一个端部,从而能够从芯部14的另一个端部导出。
另外,图1所示的芯部14呈其横截面形状为正方形或长方形的四边形(矩形),该形状没有特别限定,例如可以是正圆、椭圆形、长圆形等圆形、三角形、五边形、六边形等多边形。
芯部14的宽度和高度(芯层13的厚度)没有特别限定,分别优选为1~200μm左右,更优选为5~100μm左右,进一步优选为20~70μm左右。
在这里,4个极小值Ws1、Ws2、Ws3、Ws4分别小于邻接的侧面包覆部15的平均折射率WA。由此,在各芯部14与各侧面包覆部15之间存在与侧面包覆部15相比折射率更小的区域。其结果,在各极小值Ws1、Ws2、Ws3、Ws4的附近,形成更急剧的折射率的梯度,由此,光从各芯部14的泄漏被抑制,所以能够得到传送损失小的光波导1。
另外,折射率分布W在整体上折射率连续地变化。由此,与具有阶跃折射率型的折射率分布的光波导相比,在芯部14密闭光的作用进一步增强,所以能够实现传送损失的进一步减少。
另外,根据上述具有各极小值Ws1、Ws2、Ws3、Ws4且折射率连续变化的折射率分布W,传送光经由芯部14的更接近中心部的区域集中传播,所以在各个光路的传播时间上难以产生差异。因此,即使在传送光中包含脉冲信号的情况下,也能够抑制脉冲信号的钝化(脉冲信号扩散)。其结果,能够得到光通信的品质进一步提高的光波导1。
应予说明,在折射率分布W中折射率连续变化是指折射率分布W的曲线在各部分带有圆角,该曲线能够微分的状态。
另外,像本实施方式这样,在芯层13中制作出芯部14和侧面包覆部15的情况下,一般,由于伴随形成折射率差的原理的制约,不能使芯部14与侧面包覆部15的平均的折射率差充分大,但根据本发明,即使平均折射率差小,也能在芯部14可靠地将光密闭。因此,用由同一层形成芯部14和侧面包覆部15的方法而制造的光波导1中,本发明尤其能够发挥该效果。
另外,在折射率分布W中,极大值Wm2、Wm4如图2所示位于芯部141、142,但优选即便在芯部141、142中也位于其宽度的中心部。由此,在各芯部141、142中,传送光聚集在芯部141、142的宽度的中心部的概率升高,漏到侧面包覆部151、152、153的概率相对降低。其结果,能够进一步减少芯部141、142的传送损失。
应予说明,芯部141的宽度的中心部是指从极小值Ws1与极小值Ws2的中点向两侧为芯部141的宽度的30%距离的区域。
另外,极大值Wm2、Wm4的位置优选尽可能位于芯部141、142的宽度的中心部,但即便不在中心部,只要位于芯部141、142的边缘部附近(与各侧面包覆部151、152、153的界面附近)以外的位置,则能够避免特性的显著降低。即,能够一定程度上抑制芯部141、142的传送损失。
应予说明,芯部141的边缘部附近是指从上述边缘部向内侧为芯部141的宽度的5%距离的区域。
另一方面,在折射率分布W中,极大值Wm1、Wm3、Wm5如图2(b)所示位于侧面包覆部151、152、153中,特别优选位于侧面包覆部151、152、153的边缘部附近(与芯部141、142的界面附近)以外的位置。由此,使得芯部141、142中的极大值Wm2、Wm4与侧面包覆部151、152、153中的极大值Wm1、Wm3、Wm5互相充分分离,所以能够充分降低芯部141、142中的传送光漏到侧面包覆部151、152、153中的概率。其结果,能够减少芯部141、142的传送损失。
应予说明,侧面包覆部151、152、153的边缘部附近是指从上述边缘部向内侧为侧面包覆部151、152、153的宽度的5%距离的区域。
另外,优选极大值Wm1、Wm3、Wm5位于侧面包覆部151、152、153的宽度的中央部,而且折射率从极大值Wm1、Wm3、Wm5向邻接的极小值Ws1、Ws2、Ws3、Ws4连续降低。由此,芯部141、142中的极大值Wm2、Wm4与侧面包覆部151、152、153中的极大值Wm1、Wm3、Wm5的相距距离被最大限度地确保,而且能够在极大值Wm1、Wm3、Wm5附近将光可靠地进行密闭,因此,能够更可靠地抑制从上述芯部141、142的传送光漏出。
另外,极大值Wm1、Wm3、Wm5是与位于上述芯部141、142的极大值Wm2、Wm4相比折射率小的值,虽然不具有芯部141、142那样的高光传送性,但折射率比周围高,因此具有少许的光传送性。其结果,侧面包覆部151、152、153通过将从芯部141、142漏出的传送光密闭,从而具有防止向其他芯部波及的作用。即,通过存在极大值Wm1、Wm3、Wm5,能够抑制交调失真。
此外,极小值Ws1、Ws2、Ws3、Ws4如上所述小于邻接的侧面包覆部15的平均折射率WA,但其差优选在规定范围内。具体而言,极小值Ws1、Ws2、Ws3、Ws4与侧面包覆部15的平均折射率WA的差优选为极小值Ws1、Ws2、Ws3、Ws4与芯部141、142中的极大值Wm2、Wm4之差的3~80%左右,更优选为5~50%左右,进一步优选7~20%左右。由此,侧面包覆部15具有抑制交调失真所必要且充分的光传送性。此外,极小值Ws1、Ws2、Ws3、Ws4与侧面包覆部15的平均折射率WA之差低于上述下限值时,侧面包覆部15中的光传送性过小,有可能无法充分抑制交调失真,超过上述上限值时,侧面包覆部15中的光传送性过大,有可能对芯部141、142的光传送性带来不良影响。
另外,极小值Ws1、Ws2、Ws3、Ws4与极大值Wm1、Wm3、Wm5之差优选为极小值Ws1、Ws2、Ws3、Ws4与极大值Wm2、Wm4之差的6~90%左右,更优选为10~70%左右,进一步优选为14~40%左右。由此,侧面包覆部15中的折射率的高度与芯部14中的折射率的高度的平衡得到最佳化,光波导1具有特别优异的光传送性的同时,能够更可靠地抑制交调失真。
此外,极小值Ws1、Ws2、Ws3、Ws4与芯部141、142中的极大值Wm2、Wm4的折射率差尽可能大为好,但优选0.005~0.07左右,更优选0.007~0.05左右,进一步优选0.01~0.03左右。由此,上述折射率差为对于将光密闭于芯部141、142中所必要且充分的值。
另外,对于芯部141、142中的折射率分布W,如图2(b)所示,在横轴取芯层13的横截面的位置、纵轴取折射率时,只要在极大值Wm2附近和极大值Wm4附近折射率是连续变化的形状,则可以形成向上凸的近V字形(极大值以外大致为直线形),但优选形成向上凸的近U字形(极大值附近整体带有圆角)。折射率分布W为这样的形状时,光密闭于芯部141、142的作用更显著。
另外,如图2(b)所示,折射率分布W在极小值Ws1附近、极小值Ws2附近、极小值Ws3附近和极小值Ws4附近只要是折射率连续变化的形状,可以形成向下凸的近V字形(极大值以外大致为直线形),但优选形成向下凸的近U字形(极大值附近整体带有圆角)。
在这里,本发明的发明人发现在光波导1的多个芯部141、142中,在所希望的1个一个端部射入光,获得在另一个端部中射出光的强度分布时,其强度分布成为对于抑制光波导1的交调失真极其有用的分布。
图3是表示光射入光波导1的芯部141时的射出光的强度分布的图。
光射入芯部141时,射出光的强度在芯部141的射出端的中心部最大。并且,随着从芯部141的中心部远离,射出光的强度变小,但利用本发明的光波导,能够得到在与芯部141相邻的芯部142具有极小值的强度分布。通过像这样在芯部142的位置使射出光的强度分布的极小值一致,从而芯部142的交调失真被抑制到极小,因此能够得到即便利用多通道化和高密度化也能够可靠地防止干扰发生的光波导1。
应予说明,在以往的光波导中,在与射入光的芯部相邻的芯部,射出光的强度分布不取极小值,而是取极大值,所以发生交调失真的问题。与此相对,上述的本发明的光波导中的射出光的强度分布的表现在抑制交调失真上极其有用。
虽然在本发明的光波导中得到这样的强度分布的详细的原因不明确,但作为原因之一,可举出对于具有极小值Ws1、Ws2、Ws3、Ws4并且折射率在折射率分布W整体上连续变化的特征性的折射率分布W而言,这样的特征性的折射率分布W将如果是以往则在芯部142具有极大值的射出光的强度分布位移至与芯部142邻接的侧面包覆部153等,上述折射率分布W。即,通过该位移,能够可靠地抑制交调失真。
此外,即使射出光的强度分布位移至侧面包覆部15,由于受光元件等根据芯部14的位置而配置,所以几乎不可能导致干扰,不会使光通信的品质变差。
另外,上述射出光的强度分布虽然在本发明的光波导中被观测到的概率高,但并不是一定能够观测到,根据射入光的NA(numericalaperture)、芯部141的横截面积、芯部141、142的间距等,有时观测不到清晰的极小值、或者极小值的位置偏离至芯部142以外,但即使在这样的情况下也能充分抑制交调失真。
另外,在图2(b)所示的折射率分布W中,将侧面包覆部15中的平均折射率设为WA时,将极大值Wm2、Wm4附近的折射率连续为平均折射率WA以上的部分的宽度设为a[μm],将极小值Ws1、Ws2、Ws3、Ws4附近的折射率连续小于平均折射率WA的部分的宽度设为b[μm]。此时,b优选为0.01a~1.2a左右,更优选0.03a~1a左右,进一步优选为0.1a~0.8a左右。由此,极小值Ws1、Ws2、Ws3、Ws4的实质的宽度能够发挥上述的作用、效果。即,b小于上述下限值时,由于极小值Ws1、Ws2、Ws3、Ws4的实质的宽度过窄,将光密闭于芯部141、142的作用有可能降低。另一方面,b超过上述上限值时,极小值Ws1、Ws2、Ws3、Ws4的实质的宽度过宽,相应地,芯部141、142的宽度、间距被限制,有可能传送效率降低或妨碍多通道化和高密度化。
此外,侧面包覆部15中的平均折射率WA可以通过极大值Wm1与极小值Ws1的中点近似。
另外,各极大值Wm1、Wm2、Wm3、Wm4、Wm5可以分别如上所述为向上凸的近U字形,但也可以包含在顶部附近折射率实质上不发生变化的平坦部。即便折射率分布W在各极大值的顶部附近呈这样的形状,本发明的光波导也能够发挥上述作用、效果。在这里,折射率实质上不发生变化的平坦部是指折射率的变动小于0.001的区域,且在其两侧折射率连续降低的区域。
平坦部的长度没有特别限定,优选为100μm以下,更优选为20μm以下,进一步优选为10μm以下。
另外,在本实施方式中,对芯层13具有2个芯部14的情况进行了说明,但芯部14的数量没有特别限定,可以是1个,也可以是3个以上。
此外,例如芯部14为1个时,光波导1的横截面的折射率分布W具有2个极小值,该极小值如上所述小于平均折射率WA、并且折射率在折射率分布W整体上连续变化即可,芯部14的数量增至3、4、5……时,相应地,折射率分布W所具有的极小值的数量增加为6、8、10……。
上述的芯层13的构成材料(主材料)只要是产生上述折射率差的材料就没有特别限定,具体而言,可以使用丙烯酸系树脂、甲基丙烯酸系树脂、聚碳酸酯、聚苯乙烯、环氧系树脂、氧杂环丁烷系树脂之类的环状醚系树脂、聚酰胺、聚酰亚胺、聚苯并唑、聚硅烷、聚硅氮烷、有机硅系树脂、氟系树脂、聚硅烷、聚氨酯、、以及苯并环丁烯系树脂、降冰片烯系树脂等环状烯烃系树脂之类的各种树脂材料,除此以外,还可使用石英玻璃、硼硅酸玻璃之类的玻璃材料等。此外,树脂材料可以是将组成不同的树脂组合而得到的复合材料。
另外,其中特别优选降冰片烯系树脂。降冰片烯系聚合物可以由例如开环移位聚合(ROMP)、ROMP与氢化反应的组合、利用自由基或阳离子的聚合、使用了阳离子性钯聚合引发剂的聚合、使用除此以外的聚合引发剂(例如镍、其他过渡金属的聚合引发剂)的聚合等公知的全部聚合方法而得到。
(包覆层)
包覆层11和12分别构成位于芯层13的下部和上部的包覆部。
包覆层11、12的平均厚度优选为芯层13的平均厚度(各芯部14的平均高度)的0.1~1.5倍左右,更优选为0.2~1.25倍左右,具体而言,包覆层11、12的平均厚度没有特别限定,各自通常优选为1~200μm左右,更优选为5~100μm左右,进一步优选为10~60μm左右。由此,能够防止光波导1的超出必要的大型化(厚膜化),并且能够发挥作为包覆部的功能。
另外,作为包覆层11和12的构成材料,例如可以使用与上述芯层13的构成材料相同的材料,特别优选降冰片烯系聚合物。
另外,选择芯层13的构成材料和包覆层11、12的构成材料时,考虑两者之间的折射率差而选择材料即可。具体而言,为了在芯部14与包覆层11、12的边界能够可靠地将光进行反射,以芯部14的构成材料的折射率充分大的方式选择材料即可。由此,在光波导1的厚度方向能够得到充分的折射率差,能够抑制从各芯部14向包覆层11、12漏出光。
此外,从抑制光的衰减的观点考虑,芯层13的构成材料和包覆层11、12的构成材料的密合性(亲和性)高也是重要的。
另外,光波导1的厚度方向的折射率分布T与上述宽度方向的折射率分布W相比具有不同的形状。
图4(a)是切出以图1所示的X-X线截面图的芯部为中心的一部分的图,图4(b)是模式性地表示通过X-X线截面图的芯部的宽度方向的中心的中心线C2上的折射率分布T的一个例子的图。此外,图4(b)是表示在横轴取折射率、纵轴取中心线C2上的位置时的折射率分布T的一个例子的图。
如上所述,光波导1被分为包覆层11、芯层13和包覆层12,在其横截面中,通过芯部14的厚度方向的折射率分布T具有极大值Tm(第3极大值)和折射率从极大值Tm的位置向其两侧连续降低的第1部分T1,与该极大值Tm和第1部分T1对应的是芯部14。
另外,折射率分布T具有位于芯部14的外侧且折射率大致恒定的第2部分T2,与该第2部分T2对应的是各包覆层11、12。即,折射率分布T具有渐变折射率型的形状。
另外,在第1部分T1与第2部分T2的边界,折射率可以连续地变化,也可以不连续地变化。
在这里,图4所示的折射率分布T的极大值Tm位于与芯部14对应的区域的中心部。由此,传送光聚集在芯部14的厚度方向的中心部的概率变高,漏出到各包覆层11、12的概率相对变低。其结果,能够进一步减少芯部14的传送损失。
即,本发明的光波导1由于其横截面的宽度方向的折射率分布W具有上述的形状、并且厚度方向的折射率分布T具有上述形状,所以成为无论在芯部14的宽度方向还是在厚度方向,光均集中于芯部14的中央部并且难以漏出到外部的结构。其结果,光波导1能够可靠地防止传送损失、脉冲宽度的钝化、交调失真等。
这样的折射率分布T例如在层叠多层芯层13而成的光波导1中发挥可靠地防止其层间的交调失真的发生的作用。即,能够可靠地防止向第1层的芯层13中的1个芯部14射入光时,该光侵入第2层的芯部14而导致干扰。因此,本发明的光波导1不仅能够实现宽度方向的多通道化、高密度化,而且还能够实现厚度方向的多通道化、高密度化。
此外,与芯部14对应的区域的中心部是指从芯部14的厚度方向的中点向两侧为芯部14的厚度的30%距离的区域。
另外,极大值Tm的位置未必是与芯部14对应的区域的中心部,只要位于芯部14的边缘部附近(与各包覆层11、12的界面附近)以外就能避免特性的显著降低。由此,能够在某种程度上抑制芯部14的传送损失。
此外,芯部14的边缘部附近是指从上述边缘部向内侧为芯部14的厚度的5%距离的区域。
另外,在折射率分布T中,位于芯部14的极大值Tm与包覆层11和包覆层12的折射率n2的折射率差的比例(相对于折射率n2的比例)尽可能大为好,优选为0.5%以上,更优选为0.8%以上。此外,上限值可以不特别设定,优选5.5%左右。如果折射率的差小于上述下限值,则有时传送光的效果降低,另一方面,即使超过上述上限值,也无法期待光的传送效率在此以上的增大。
此外,极大值Tm与折射率n2的上述折射率差的比例由下式表示。
折射率差的比例(%)=|Tm/n2-1|×100
另外,折射率差(Tm-n2)基于上述折射率差的比例的优选范围而取特定范围的值,更优选折射率分布W中的极小值Ws1、Ws2、Ws3、Ws4比第1极大值Wm2、Wm4的折射率差大。由此,能够可靠地产生芯部14与包覆层11、12的界面中的反射。其结果,光波导1的厚度方向上的传送损失被抑制,能够得到传送效率高的光波导1。
此外,Tm-n2优选为折射率分布W中的极小值Ws1、Ws2、Ws3、Ws4与第1极大值Wm2、Wm4的折射率差的100.5%以上,更优选为101%以上,进一步优选为102%以上。由此,厚度方向的传送损失必要且充分地被抑制。
另外,在折射率分布T的第2部分T2中,折射率大致恒定,具体而言,相对于第2部分T2中的平均折射率,折射率的偏离量的比例优选为10%以下,更优选为5%以下。
另外,极大值Tm(第3极大值)可以为向上凸的近U字形,也可以包含在顶部附近折射率实质上不发生变化的平坦部。即便折射率分布T在极大值的顶部附近呈这样的形状,本发明的光波导也发挥上述的作用、效果。在这里,折射率实质上不发生变化的平坦部是指折射率的变动小于0.001的区域,且在其两侧折射率连续降低的区域。
平坦部的长度没有特别限定,优选为100μm以下,更优选为20μm以下,进一步优选为10μm以下。
(支撑膜)
在光波导1的下表面,根据需要,可层叠如图1所示的支撑膜2。
支撑膜2支撑光波导1的下表面,进行保护、增强。由此,可提高光波导1的可靠性和机械特性。
作为这种支撑膜2的构成材料,例如可举出聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃、聚酰亚胺、聚酰胺等各种树脂材料,以及铜、铝、银等金属材料。应予说明,为金属材料时,优选使用金属箔作为支撑膜2。
另外,支撑膜2的平均厚度没有特别限定,优选为5~200μm左右,更优选为10~100μm左右。由此,支撑膜2具有适度的刚性,因此能可靠地支撑光波导1,而且不易阻碍光波导1的柔软性。
应予说明,支撑膜2与光波导1之间被粘接或接合,作为其方法,可举出热压合、利用粘接剂或粘合剂进行的粘接等。
其中,作为粘接层,例如可举出丙烯酸系粘接剂、聚氨酯系粘接剂、有机硅系粘接剂、以及各种热熔粘接剂(聚酯系、改性烯烃系)等。另外,作为耐热性特别高的粘接剂,优选使用聚酰亚胺、聚酰亚胺酰胺、聚酰亚胺酰胺醚、聚酯酰亚胺、聚酰亚胺醚等热塑性聚酰亚胺粘接剂。由这种材料构成的粘接层比较富有柔软性,所以即使光波导1的形状变化,也可自由地追随该变化。其结果,能可靠地防止与形状变化相伴的剥离。
这种粘接层的平均厚度没有特别限定,优选是1~100μm左右,更优选是5~60μm左右。
(覆盖膜)
另一方面,在光波导1的上表面,也可以根据需要层叠如图1所示的覆盖膜3。
覆盖膜3既保护光波导1,又从上方支撑光波导1。由此,保护光波导1免受污垢、损伤等,能够提高光波导1的可靠性和机械特性。
作为这种覆盖膜3的构成材料,与支撑膜2的构成材料相同,例如可举出聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃、聚酰亚胺、聚酰胺等的各种树脂材料,以及铜、铝、银等金属材料。应予说明,为金属材料时,优选使用金属箔作为覆盖膜3。另外,在光波导1的中途形成镜子时,光透过覆盖膜3,所以优选覆盖膜3的构成材料实质上透明。
另外,覆盖膜3的平均厚度没有特别限定,优选3~50μm左右,更优选5~30μm左右。通过使覆盖膜3的厚度在所述范围内,从而覆盖膜3在光通信中具有充分的透光率,而且具有充分的刚性以可靠地保护光波导1。
应予说明,覆盖膜3与光波导1之间被粘接或接合,但作为其方法,可举出热压合、利用粘接剂或粘合剂进行的粘接等。其中,作为粘接剂,可使用上述的粘接剂。
另外,在本实施方式中,对由包覆层11、芯层13和包覆层12的层叠体构成的光波导1进行说明,也可以将它们一体形成。
(第2实施方式)
以下,对本发明的光波导的第2实施方式进行说明。
图5是表示本发明的光波导的第2实施方式(部分透视地表示)的立体图。应予说明,为了图的易懂,省略了一部分的芯部14的图示,而且省略了支撑膜2和覆盖膜3的图示。
以下,对光波导的第2实施方式进行说明,以与第1实施方式的不同点为中心进行说明,对于同样的事项,省略其说明。应予说明,图5中,对于与第1实施方式同样的构成部分,标以与先前说明的符号相同的符号,并省略其详细说明。
第2实施方式除设置有改变经由芯部14传送的光的行进方向的镜面(反射面)17以外,与第1实施方式相同。
镜面17按照在厚度方向部分贯通光波导1的方式形成横截面成V字形的凹部(空孔)170,由该凹部170的侧面(内表面)的一部分构成。该侧面为平面状,且相对于芯部14的轴线倾斜45°。在该镜面17处反射经由芯部14传送来的光,光路90°变换至图5的下方。另外,从图5的下方传送来的光被镜面17反射,射入到芯部14。即,镜面17具有作为变换经由芯部14传送的光的光路的光路变换装置的功能。
另外,在镜面17处,露出包覆层11、芯层13和包覆层12的加工面,在镜面17的几乎中心部有芯部14的加工面。
应予说明,镜面17可以以仅横断芯部14的方式设置,但优选如图5(a)所示,设置成横断各包覆层11、12和芯部14的周边的侧面包覆部15。由此,镜面17中参与反射的有效面积扩大,抑制了镜面损失。
另外,根据需要,也可以在构成镜面17的加工面的表面形成反射膜。作为该反射膜,例如可举出Au、Ag、Al等金属膜、折射率低于芯部14的材料的膜等。
作为金属膜的形成方法,例如可举出真空蒸镀等物理蒸镀法、CVD等化学蒸镀法、镀覆法等。
另一方面,图5(b)中示出第2实施方式的其它构成例。
在图5(b)所示的光波导1中,在其一个端部,芯部14未到达光波导1的端面,在中途截断。接着,从芯部14被截断的地方到端面形成侧面包覆部15。应予说明,该芯部14被截断的部分为芯部缺损部16。
接着,镜面17形成于该芯部缺损部16中。在这种镜面17处露出包覆层11、芯层13和包覆层12的加工面,其中,在芯层13的加工面,仅露出侧面包覆部15的加工面。另一方面,对于上述图5(a)的情况,在芯层13的加工面,露出芯部14的加工面和侧面包覆部15的加工面双方。
这样,由于芯层13的露出面仅由单一材料构成,所以图5(b)所示的镜面17具有均匀的平滑性。这是因为加工时加工单一材料,所以加工速率在面内均匀。因此,镜面17具有优异的反射特性,镜面损失小。
另外,芯部缺损部16与芯部14分离,因此没有来源于单体的物质的浓度不均。因此,厚度方向自不必说,对于宽度方向的反射特性也是波动少,镜面17具有特别优异的反射特性。
<光波导的制造方法>
接下来,对上述光波导1的制造方法的一个例子进行说明。
(第1制造方法)
首先,对光波导1的第1制造方法进行说明。
图8~10分别是用于说明图1所示的光波导1的第1制造方法的图。应予说明,在以下说明中,将图8~10中的上侧称为“上”,将下侧称为“下”。
光波导1的第1制造方法如下:[1]在支撑基板951上将2种光波导形成用组合物901、902(第1组合物和第2组合物)挤出成型为层状而得到层910。[2]接着,对层910的一部分照射活性放射线而产生折射率差,得到了光波导1。
以下,对各工序依次进行说明。
[1]首先,准备光波导形成用组合物901、902。
光波导形成用组合物901、902分别含有聚合物915和添加剂920(在本实施方式中至少含有单体),但其组成略有不同。
在2种组合物中,光波导形成用组合物901主要是用于形成芯层13的材料,是通过活性放射线的照射而在聚合物915中至少产生单体的活化反应并使折射率分布随之发生变化的材料。即,光波导形成用组合物901是通过聚合物915与单体的存在比率的偏差而使折射率分布发生变化、其结果能够在芯层13中形成芯部14和侧面包覆部15的材料。
另一方面,光波导形成用组合物902是主要用于形成包覆层11、12的材料,由折射率低于光波导形成用组合物901的材料构成。
光波导形成用组合物901与光波导形成用组合物902的折射率差可以通过设定各自含有的聚合物915的组成、单体的组成、聚合物915与单体的存在比率等来适当调整。
例如,单体的折射率低于聚合物915时,组合物中的单体的含有率是光波导形成用组合物902高于光波导形成用组合物901。另一方面,单体的折射率高于聚合物915时,组合物中的单体的含有率是光波导形成用组合物901高于光波导形成用组合物902。换言之,可根据聚合物915、单体的各折射率来适当选择各光波导形成用组合物901、902中的聚合物915和添加剂920的组成。
另外,对于光波导形成用组合物901和光波导形成用组合物902,优选以单体的含有率互相大致相等的方式来设定组成。如果这样设定,在光波导形成用组合物901与光波导形成用组合物902之间,单体的含有率之差变小,所以由单体含有率之差导致的单体的扩散移动被抑制。单体的扩散移动如上所述在折射率差的形成上有用,但有时也无法避免向不希望的方向移动。在后述的多色挤出成型法中,由于能够形成层910的厚度方向的折射率分布,所以至少在厚度方向单体的扩散移动被抑制也可以,当然优选厚度方向的非本意的单体的扩散移动被抑制。通过抑制非本意的单体的扩散移动,能够可靠地制造具有作为最终目标的形状的折射率分布T的光波导1。
此外,单体的含有率大致相等的情况下,在光波导形成用组合物901与光波导形成用组合物902之间使聚合物915或单体的条件不同即可。具体而言,在光波导形成用组合物901和光波导形成用组合物902中,除了可以使所用的聚合物915的组成不同,即便是相同组成,也可以使分子量、聚合度不同。另外,可使所用的单体的组成、即折射率不同也可以。这样,光波导形成用组合物901与光波导形成用组合物902中的单体的含有率大致相等,单体的扩散移动被抑制,同时两者间能够形成折射率差。
接着,在支撑基板951上通过多色挤出成型法来将光波导形成用组合物901、902成型为层状。
在多色挤出成型法中,将光波导形成用组合物901挤出成型为1层的同时,在该层的两面侧分别挤出光波导形成用组合物902,从而能够一并形成层叠3层而成的多色成型体914。具体而言,在多色成型体914中,光波导形成用组合物902、光波导形成用组合物901和光波导形成用组合物902依次分别挤出,因此在组合物彼此的边界,光波导形成用组合物901与光波导形成用组合物902略微有混杂。因此,在组合物彼此的边界附近,光波导形成用组合物901的一部分和光波导形成用组合物902的一部分混合而形成有混合比率沿厚度方向连续变化的区域。其结果,多色成型体914从图8(a)的下方依次层叠有由光波导形成用组合物902构成的第1成型层914a、由光波导形成用组合物901与光波导形成用组合物902的混合物构成的第2成型层914b、由光波导形成用组合物901构成的第3成型层914c、由光波导形成用组合物901和光波导形成用组合物902的混合物构成的第4成型层914d、以及由光波导形成用组合物902构成的第5成型层914e。
然后,使得到的多色成型体914中的溶剂蒸发(脱溶剂)而得到层910(参照图8(b))。
得到的层910成为从图8(b)的下方依次层叠有由第1成型层914a形成的包覆层11,由第2成型层914b、第3成型层914c和第4成型层914d形成的芯层13,以及由第5成型层914e形成的包覆层12的层叠体。
在得到的层910中,聚合物(基质)915实质上一样且无规地存在,添加剂920在聚合物915中实质上一样其无规地分散。由此,在层910中,添加剂920实质上一样且无规地分散。
层910的平均厚度根据应形成的光波导1的厚度而适当设定,没有特别限定,优选为10~500μm左右,更优选为20~300μm左右。
此外,支撑基板951例如使用硅基板、二氧化硅基板、玻璃基板、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜等。
另外,用于得到这样的层910的多色成型体914利用如下的模涂机(多色挤出成型装置)800而制造。
图6是表示得到多色成型体914的模涂机的立体图,图7是放大表示模涂机的一部分的纵截面图。
如图6所示,模涂机800具有模头810,该模头810具备上唇部811和设在其下方的下唇部812。
上唇部811和下唇部812分别由长条的块状体构成,并相互叠合。在叠合面形成有空洞的歧管820。歧管820的宽度连续扩张而拓宽到模头810的右侧。另一方面,歧管820的厚度连续缩小而减小到模头810的右侧。另外,在歧管820的右端,空洞的宽度最大且厚度最小,形成狭缝821。
该模头810可以将从歧管820的左侧供给的光波导形成用组合物901、902从狭缝821向右侧一边成型一边挤出。即,根据狭缝821的形状,确定多色成型体914的宽度和厚度。
模头810的左侧设有混合单元830。混合单元830将用于分别向模头810供给光波导形成用组合物901、902的2系统的配管组合而构成,具有向模头810供给光波导形成用组合物901的第1供给管831和向模头810供给光波导形成用组合物902的第2供给管832。
另外,从第1供给管831和第2供给管832供给的光波导形成用组合物901、902在承担与模头810的连接的连接部835中合流,向模头810的歧管820供给。此外,第2供给管832在中途被分为上下2个,分别连接于连接部835的上层部和下层部。另一方面,第1供给管831与连接部835的中层部连接。即,在连接部835中,用由光波导形成用组合物902构成的上下2层的流动夹持由光波导形成用组合物901构成的1层的流动地进行合流。
另外,混合单元830具有设在第1供给管831与第2供给管832的合流处的多个销836。这些销836呈长条的圆柱状,以其轴与第1供给管831和第2供给管832的延伸方向大致正交的方式配置。另外,在图7中,这些销836在连接部835的上层部与中层部之间、以及下层部与中层部之间分别设有3根。此外,销836的根数没有特别限定,优选为2根以上,更优选为3~10根左右。另外,销836只要能够在光波导形成用组合物901、902之间生成紊流,就可以用其他结构物(例如,孔、振荡金属零件等)代替。
模头810的右侧设有输送多色挤出成型的多色成型体914的输送部840。输送部840具有辊841和沿辊841移动的输送膜842。输送膜842通过辊841的旋转,从图6的下方向右侧输送,此时,在辊841上层叠多色成型体914。由此,能够保持多色成型体914的形状的同时向右侧输送。
下面,对模涂机800的动作进行说明。
如果向混合单元830同时供给光波导形成用组合物901、902,则在连接部835中形成3层的层流。在连接部835使光波导形成用组合物901、902合流时,通过设于合流部的多个销836的作用,使光波导形成用组合物901、902的流动产生紊乱。该紊乱使层流间的边界不清楚,在边界形成光波导形成用组合物901与光波导形成用组合物902混在的区域。
这样形成的层流在模头810的歧管820中在沿宽度方向扩张的同时沿厚度方向被压缩。其结果,形成如上所述的从下方依次层叠第1成型层914a、第2成型层914b、第3成型层914c、第4成型层914d和第5成型层914e而成的多色成型体914。并且,通过使用这样的多色成型体914,最终得到具有上述的厚度方向的折射率分布T的光波导1。
此外,多色成型体914形成于输送膜842上,还可以将该输送膜842直接作为上述支撑基板951来利用。
另外,图6所示的模涂机800能够形成包含1层芯层13的层910,但设置多层芯层13时,相应地变更混合单元830的结构即可。具体而言,根据芯层13的层数将第1供给管831分支,另外,以夹持从各第1供给管831挤出的光波导形成用组合物901的各层的方式增加第2供给管832的分支数即可。
另外,如果对包含多层芯层13的层910照射活性放射线930,能够以1次照射对多个芯层13一并形成芯部14和侧面包覆部15。因此,能用少的工序制造具有多个芯层13的光波导1。另外,此时,在多个芯层13间能够几乎不引起芯部14的位置偏移。因此,能够得到尺寸精度极高的光波导1。这样的光波导1与受发光元件等光耦合时,光耦合效率特别高。
此外,上述多色挤出成型法和模涂机是制造多色成型体914的方法和装置的一个例子,只要是能够产生层间的组合物的混杂的方法和装置,可以使用例如射出成型法(装置)、涂布法(装置)、印刷法(装置)等各种方法(装置)。
接下来,对聚合物915和添加剂920进行说明。
(聚合物)
聚合物915是光波导1的原料聚合物。
聚合物915优选使用透明性充分高(无色透明)且与后述的单体具有相容性的聚合物,另外,其中优选使用如后所述那样单体能够反应(聚合反应、交联反应)、单体在聚合后也具有充分的透明性的聚合物。
在这里,“具有相容性”是指单体至少混合,在芯层形成用组合物901、902中或层910中不引起与聚合物915的相分离。
作为这种聚合物915,例如可举出降冰片烯系树脂、苯并环丁烯系树脂等环状烯烃系树脂、丙烯酸系树脂、甲基丙烯酸系树脂、聚碳酸酯、聚苯乙烯、环氧系树脂、聚酰胺、聚酰亚胺、聚苯并
Figure BDA00002946691300251
唑、有机硅系树脂、氟系树脂等,可使用它们中的1种或组合2种以上(聚合物合金、聚合物混合物(混合物)、共聚物等)使用。
它们中,特别优选以环状烯烃系树脂为主的聚合物。通过使用环状烯烃系树脂作为聚合物915,从而可得到具有优异的光传送性能、耐热性的光波导1。
环状烯烃系树脂可以是无取代,也可以是氢被其它基团取代。
作为环状烯烃系树脂,例如可举出降冰片烯系树脂、苯并环丁烯系树脂等。
其中,从耐热性、透明性等观点看优选使用降冰片烯系树脂。另外,降冰片烯系树脂具有高疏水性,所以可得到很难发生因吸水所致的尺寸变化等的光波导1。
作为降冰片烯系树脂,可以是具有单独的重复单元的物质(均聚物)、具有2个以上降冰片烯系重复单元的物质(共聚物)中的任一种。
作为这样的降冰片烯系树脂,例如可举出
(1)将降冰片烯型单体加成(共)聚合而得到的降冰片烯型单体的加成(共)聚合物、
(2)降冰片烯型单体与乙烯、α-烯烃类的加成共聚物、
(3)降冰片烯型单体与非共轭二烯、和根据需要的其它单体的加成共聚物等加聚物、
(4)降冰片烯型单体的开环(共)聚合物、和根据需要将该(共)聚合物氢化而得的树脂、
(5)降冰片烯型单体与乙烯、α-烯烃类的开环(共)聚合物、以及根据需要将该(共)聚合物氢化而得的树脂、
(6)降冰片烯型单体与非共轭二烯或其它单体的开环共聚物、以及根据需要将该(共)聚合物氢化而得的聚合物等开环聚合物。作为这些聚合物,可举出无规共聚物、嵌段共聚物、交替共聚物等。
这些降冰片烯系树脂例如可通过开环移位聚合(ROMP)、ROMP与氢化反应的组合、利用自由基或阳离子进行的聚合、使用阳离子性钯聚合引发剂的聚合、使用其以外的聚合引发剂(例如镍、其它过渡金属的聚合引发剂)的聚合等公知的所有聚合方法而得到。
它们中,作为降冰片烯系树脂,优选具有下述化学式1(结构式B)表示的至少1个重复单元的树脂、即加成(共)聚合物。这是因为,加成(共)聚合物富有透明性、耐热性和挠性,所以例如有时在形成光波导1后,介由焊料对其安装电气部件等,即使是这种情况下,也可对光波导1赋予高耐热性、即耐回流焊性。
[化学式1]
Figure BDA00002946691300271
该降冰片烯系聚合物例如可通过使用后述的降冰片烯系单体(后述的结构式C表示的降冰片烯系单体、交联性降冰片烯系单体)而很好地合成。
另外,将光波导1组装到各种产品中时,例如有时在80℃左右的环境下使用产品。即使是这种情况,从确保耐热性的观点出发,也优选加成(共)聚合物。
其中,降冰片烯系树脂优选包含具有含聚合性基团取代基的降冰片烯的重复单元、具有含芳基取代基的降冰片烯的重复单元。
作为具有含聚合性基团取代基的降冰片烯的重复单元,优选具有含环氧基取代基的降冰片烯的重复单元、具有含(甲基)丙烯酰基取代基的降冰片烯的重复单元、以及、具有含烷氧基甲硅烷基取代基的降冰片烯的重复单元中的至少1种。这些聚合性基团在各种聚合性基团中因反应性高而优选。
另外,如果使用含有2种以上这种含有聚合性基团的降冰片烯的重复单元的物质,则可实现挠性和耐热性的兼顾。
另一方面,通过包含具有含芳基取代基的降冰片烯的重复单元,从而通过来源于芳基的极高的疏水性,能更可靠地防止因吸水所致的尺寸变化等。
进而,降冰片烯系树脂优选包含烷基降冰片烯的重复单元。应予说明,烷基可以是直链状或支链状中的任一种。
通过含有烷基降冰片烯的重复单元,从而降冰片烯系树脂的柔软性变高,所以可赋予高的柔软性(挠性)。
另外,包含烷基降冰片烯的重复单元的降冰片烯系树脂对特定的波长区域(尤其是850nm附近的波长区域)的光的透射率优异,因而优选。
作为上述包含降冰片烯的重复单元的降冰片烯系树脂的具体例,可举出己基降冰片烯的均聚物、苯基乙基降冰片烯的均聚物、苄基降冰片烯的均聚物、己基降冰片烯与苯基乙基降冰片烯的共聚物、己基降冰片烯与苄基降冰片烯的共聚物等。
由于上述情况,作为降冰片烯系树脂,优选以下式(1)~(4)、(8)~(10)表示的树脂。
Figure BDA00002946691300281
(式(1)中,R1表示碳原子数1~10的烷基,a表示0~3的整数,b表示1~3的整数,p1/q1为20以下。)
包含式(1)的重复单元的降冰片烯系树脂可如下地制造。
通过将具有R1的降冰片烯与侧链具有环氧基的降冰片烯溶解到甲苯中,使用Ni化合物(A)作为催化剂进行溶液聚合而得到(1)。
Figure BDA00002946691300291
应予说明,侧链具有环氧基的降冰片烯的制造方法例如如(i)(ii)所示。
(i)降冰片烯甲醇(NB-CH2-OH)的合成
在高温高压下使由DCPD(二环戊二烯)的裂化而生成的CPD(环戊二烯)与α烯烃(CH2=CH-CH2-OH)反应。
Figure BDA00002946691300292
(ii)环氧降冰片烯的合成
由降冰片烯甲醇与表氯醇的反应而生成。
此外,在式(1)中,b为2或3时,使用表氯醇的亚甲基变为亚乙基、亚丙基等的化合物。
在含有式(1)表示的重复单元的降冰片烯系树脂中,从可实现挠性和耐热性的兼得的观点出发,特别优选R1为碳原子数4~10的烷基且a和b各自为1的化合物,例如丁基降冰片烯与甲基缩水甘油基醚降冰片烯的共聚物、己基降冰片烯与甲基缩水甘油基醚降冰片烯的共聚物、癸基降冰片烯与甲基缩水甘油基醚降冰片烯的共聚物等。
(式(2)中,R2表示碳原子数1~10的烷基,R3表示氢原子或甲基,c表示0~3的整数,p2/q2为20以下。)
含有式(2)表示的重复单元的降冰片烯系树脂可通过将具有R2的降冰片烯与侧链具有丙烯酰基和甲基丙烯酰基的降冰片烯溶解在甲苯中,将上述的Ni化合物(A)用作催化剂进行溶液聚合而得到。
此外,在含有式(2)表示的重复单元的降冰片烯系树脂中,从兼顾挠性和耐热性的观点出发,特别优选R2为碳原子数4~10的烷基且c为1的化合物,例如丁基冰片烯与丙烯酸2-(5-降冰片烯基)甲酯的共聚物、己基降冰片烯与丙烯酸2-(5-降冰片烯基)甲酯的共聚物、癸基降冰片烯与丙烯酸2-(5-降冰片烯基)甲酯的共聚物等。
Figure BDA00002946691300302
(式(3)中,R4表示碳原子数1~10的烷基,各X3各自独立地表示碳原子数1~3的烷基,d表示0~3的整数,p3/q3为20以下。)
含有式(3)表示的重复单元的树脂可通过将具有R4的降冰片烯与侧链具有烷氧基甲硅烷基的降冰片烯溶解到甲苯中,将上述的Ni化合物(A)用作催化剂进行溶液聚合而得到。
此外,在含有式(3)表示的重复单元的降冰片烯系聚合物中,特别优选R4为碳原子数4~10的烷基且d为1或2、X3为甲基或乙基的化合物,例如丁基冰片烯与降冰片烯基乙基三甲氧基硅烷的共聚物、己基降冰片烯与降冰片烯基乙基三甲氧基硅烷的共聚物、癸基降冰片烯与降冰片烯基乙基三甲氧基硅烷的共聚物、丁基冰片烯与三乙氧基甲硅烷基降冰片烯的共聚物、己基降冰片烯与三乙氧基甲硅烷基降冰片烯的共聚物、癸基降冰片烯与三乙氧基甲硅烷基降冰片烯的共聚物、丁基冰片烯与三甲氧基甲硅烷基降冰片烯的共聚物、己基降冰片烯与三甲氧基甲硅烷基降冰片烯的共聚物、癸基降冰片烯与三甲氧基甲硅烷基降冰片烯的共聚物等。
Figure BDA00002946691300311
(式(4)中,R5表示碳原子数1~10的烷基,A1和A2各自独立地表示下述式(5)~(7)表示的取代基,不能同时为同一取代基。另外,p4/(q4+r)为20以下。)
含有式(4)的重复单元的树脂可以通过将具有R5的降冰片烯和侧链具有A1和A2的降冰片烯溶解于甲苯,将Ni化合物(A)用作催化剂来进行溶液聚合而得到。
Figure BDA00002946691300312
(式(5)中,e表示0~3的整数,f表示1~3的整数。)
(式(6)中,R6表示氢原子或甲基,g表示0~3的整数。)
Figure BDA00002946691300322
(式(7)中,X4各自独立地表示碳原子数1~3的烷基,h表示0~3的整数。)
此外,作为含有式(4)表示的重复单元的降冰片烯系树脂,例如可举出丁基降冰片烯、己基降冰片烯或癸基降冰片烯中的任一种与丙烯酸2-(5-降冰片烯基)甲酯与降冰片烯基乙基三甲氧基硅烷、三乙氧基甲硅烷基降冰片烯或三甲氧基甲硅烷基降冰片烯中的任一种的三元共聚物;丁基降冰片烯、己基降冰片烯或癸基降冰片烯中的任一种与丙烯酸2-(5-降冰片烯基)甲酯与甲基缩水甘油基醚降冰片烯的三元共聚物;丁基降冰片烯、己基降冰片烯或癸基降冰片烯中的任一种与甲基缩水甘油基醚降冰片烯、降冰片烯基乙基三甲氧基硅烷、三乙氧基甲硅烷基降冰片烯或三甲氧基甲硅烷基降冰片烯中的任一种的三元共聚物等。
Figure BDA00002946691300323
(式(8)中,R7表示碳原子数1~10的烷基,R8表示氢原子、甲基或乙基,Ar表示芳基,X1表示氧原子或亚甲基,X2表示碳原子或硅原子,i表示0~3的整数,j表示1~3的整数,p5/q5为20以下。)
包含式(8)表示的重复单元的树脂可通过将具有R7的降冰片烯与侧链含有-(CH2i-X1-X2(R83-j(Ar)j的降冰片烯溶解在甲苯中,将Ni化合物用作催化剂进行溶液聚合而得到。
应予说明,在包含式(8)表示的重复单元的降冰片烯系树脂中,优选X1为氧原子、X2为硅原子、Ar为苯基的树脂。
另外,从挠性、耐热性和折射率控制的观点出发,特别地优选R7为碳原子数4~10的烷基且X1为氧原子、X2为硅原子、Ar为苯基、R8为甲基、i为1、j为2的化合物,例如优选丁基降冰片烯与二苯基甲基降冰片烯甲氧基硅烷的共聚物、己基降冰片烯与二苯基甲基降冰片烯甲氧基硅烷的共聚物、癸基降冰片烯与二苯基甲基降冰片烯甲氧基硅烷的共聚物等。
具体而言,优选使用以下的降冰片烯系树脂。
Figure BDA00002946691300331
(式(9)中的R7、p5、q5、i与式(8)相同。)
另外,从挠性和耐热性以及折射率控制的观点出发,可以是式(8)中R7为碳原子数4~10的烷基且X1为亚甲基、X2为碳原子、Ar为苯基、R8为氢原子、i为0、j为1的化合物,例如可以是丁基降冰片烯与苯基乙基降冰片烯的共聚物、己基降冰片烯与苯基乙基降冰片烯的共聚物、癸基降冰片烯与苯基乙基降冰片烯的共聚物等。
另外,作为降冰片烯系树脂,可使用以下物质。
Figure BDA00002946691300341
(式(10)中,R10表示碳原子数1~10的烷基,R11表示芳基,k为0~4。p6/q6为20以下。)
另外,p1/q1~p3/q3、p5/q5、p6/q6或p4/(q4+r)为20以下即可,优选是15以下,更优选0.1~10左右。由此,包含多种降冰片烯重复单元的效果充分地发挥。
另一方面,聚合物915如上所述可以是丙烯酸系树脂、甲基丙烯酸系树脂、环氧系树脂、聚酰亚胺、有机硅系树脂、氟系树脂、聚硅烷、聚氨酯等。
其中,作为丙烯酸系树脂和甲基丙烯酸系树脂,例如可举出聚(丙烯酸甲酯)、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚(环氧丙烯酸酯)、聚(环氧甲基丙烯酸酯)、聚(氨基丙烯酸酯)、聚(氨基甲基丙烯酸酯)、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚(异氰酸酯丙烯酸酯)、聚(异氰酸酯甲基丙烯酸酯)、聚(氰酸酯丙烯酸酯)、聚(氰酸酯甲基丙烯酸酯)、聚(硫代环氧丙烯酸酯)、聚(硫代环氧甲基丙烯酸酯)、聚(丙烯酸烯丙酯)、聚(甲基丙烯酸烯丙酯)、丙烯酸酯-环氧丙烯酸酯共聚物(甲基丙烯酸甲酯与甲基丙烯酸缩水甘油酯的共聚物)、苯乙烯-环氧丙烯酸酯共聚物等,可使用它们中的1种或2种以上的复合材料。
另外,作为环氧系树脂,例如可举出脂环式环氧树脂、双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚S型环氧树脂、具有联苯骨架的联苯型环氧树脂、含有萘环的环氧树脂、具有二环戊二烯骨架的二环戊二烯型环氧树脂、苯酚酚醛清漆型环氧树脂、甲酚酚醛清漆型环氧树脂、三苯基甲烷型环氧树脂、三苯基甲烷型环氧树脂、脂肪族系环氧树脂和异氰脲酸三缩水甘油酯等,可使用它们中的1种或2种以上的复合材料。
另外,作为聚酰亚胺,只要是将作为聚酰亚胺树脂前体的聚酰胺酸闭环、使其固化(酰亚胺化)而得到的树脂,就没有特别限定。
作为聚酰胺酸,例如可通过在N,N-二甲基乙酰胺中使四羧酸二酐与二胺以等摩尔比反应而作为溶液得到。
其中,作为四羧酸二酐,例如可举出均苯四甲酸二酐、3,3',4,4'-联苯四羧酸二酐、2,2-双(2,3-二羧基苯基)-1,1,1,3,3,3-六氟丙烷二酐、2,2-双(3,4-二羧基苯基)-1,1,1,3,3,3-六氟丙烷二酐、3,3',4,4'-二苯甲酮四羧酸二酐、双(3,4-二羧基苯基)醚二酐、双(3,4-二羧基苯基)磺酸二酐等。
另一方面,作为二胺,例如可举出间苯二胺、对苯二胺、3,4'-二氨基二苯基醚、4,4'-二氨基二苯基醚、4,4'-二氨基二苯基砜、3,3'-二氨基二苯基砜、2,2-双(4-氨基苯氧基苯基)丙烷、2,2-双(4-氨基苯氧基苯基)六氟丙烷、1,3-双(4-氨基苯氧基)苯、1,4-双(4-氨基苯氧基)苯、2,4-二氨基甲苯、2,6-二氨基甲苯、二氨基二苯基甲烷、4,4'-二氨基-2,2-二甲基联苯、2,2-双(三氟甲基)-4,4'-二氨基联苯等。
另外,作为有机硅系树脂,例如可举出硅酮橡胶、硅酮弹性体等。这些有机硅系树脂可通过使硅酮橡胶单体或低聚物与固化剂反应而得到。
作为硅酮橡胶单体或低聚物,例如可举出包含甲基硅氧烷基、乙基硅氧烷基、苯基硅氧烷基的物质。
另外,作为硅酮橡胶单体或低聚物,为了赋予光反应性,优选使用例如导入了环氧基、乙烯基醚基、丙烯酰基等官能团的物质。
另外,作为氟系树脂,例如可举出由具有含氟脂肪族环结构的单体得到的聚合物、将具有2个以上聚合性不饱和键的含氟单体环化聚合而得的聚合物、将含氟系单体与自由基聚合性单体共聚而得到的聚合物等。
作为含氟脂肪族环结构,例如可举出全氟(2,2-二甲基-1,3-二氧杂环戊烯)、全氟(4-甲基-1,3-二氧杂环戊烯)、全氟(4-甲氧基-1,3-二氧杂环戊烯)等。
另外,作为含氟单体,例如可举出全氟(烯丙基乙烯基醚)、全氟(丁烯基乙烯基醚)等。
另外,作为自由基聚合性单体,例如可举出四氟乙烯、一氯三氟乙烯、全氟(甲基乙烯基醚)等。
另外,作为聚硅烷,只要是主链仅由Si原子构成的高分子,可以使用任何聚硅烷。主链可以是直链型,也可以是支链型。另外,聚硅烷中的Si原子除了Si原子以外结合有氢原子、烃基、烷氧基等有机取代基。
其中,作为烃基,例如可举出可用卤素取代的碳原子数1~10的脂肪族烃基、碳原子数6~14的芳香族烃基等。
作为脂肪族烃基的具体例,可举出甲基、乙基、丙基、丁基、己基、辛基、癸基、三氟丙基、九氟己基之类的链状烃基,环己基、甲基环己基之类的脂环式烃基等。
作为芳香族烃基的具体例,可举出苯基、对甲苯基、联苯基、蒽基等。
作为烷氧基,可举出碳原子数1~8的烷氧基,具体而言,可举出甲氧基、乙氧基、苯氧基、辛氧基等。
另外,作为聚氨酯,只要是在主链包含尿烷键(-O-CO-NH-)的高分子,则均可使用。另外,还可以是在主链包含尿烷键和脲键(-NH-CO-NH-、-NH-CO-N=、或、-NH-CO-N<)的尿烷-脲共聚物等。
此外,为了得到具有比较高的折射率的聚合物915,一般选择分子结构中具有芳香族环(芳香族基团)、氮原子、溴原子、氯原子的单体来合成(聚合)聚合物915。另一方面,为了得到具有比较低的折射率的聚合物915,一般选择分子结构中具有烷基、氟原子、醚结构(醚基)的单体来合成(聚合)聚合物915。
作为具有比较高的折射率的降冰片烯系树脂,优选含有芳烷基降冰片烯的重复单元的树脂。该降冰片烯系树脂具有特别高的折射率。
作为芳烷基降冰片烯的重复单元所具有的芳烷基(芳基烷基),例如可举出苄基、苯基乙基、苯基丙基、苯基丁基、萘基乙基、萘基丙基、芴基乙基、芴基丙基等,特别优选苄基、苯基乙基。具有该重复单元的降冰片烯系树脂具有极高的折射率,因而优选。
另外,以上的聚合物915优选具有从主链分支的、通过活性放射线的照射而该分子结构的至少一部分能从主链离开的离去性基团(离去性侧基)。通过离去性基团的离去而聚合物915的折射率下降,所以聚合物915可通过有无活性放射线的照射而形成折射率差。
作为这种具有离去性基团的聚合物915,例如可举出分子结构中具有-O-结构、-Si-芳基结构和-O-Si-结构中的至少1个的物质。该离去性基团通过阳离子的作用而比较容易地离去。
其中,作为通过离去而使树脂的折射率下降的离去性基团,优选-Si-二苯基结构和-O-Si-二苯基结构中的至少一方。
此处,作为侧链具有离去性基团的聚合物915,例如可举出环己烯、环辛烯等单环体单体的聚合物、降冰片烯、降冰片二烯、二环戊二烯、二氢二环戊二烯、四环十二碳烯、三环戊二烯、二氢三环戊二烯、四环戊二烯、二氢四环戊二烯等多环体单体的聚合物等环状烯烃系树脂。它们中,优选使用选自多环体单体的聚合物中的1种以上的环状烯烃系树脂。由此,可以提高树脂的耐热性。
应予说明,作为聚合方式,可使用无规聚合、嵌段聚合等公知的方式。例如作为降冰片烯型单体的聚合的具体例,降冰片烯型单体的(共)聚合物、降冰片烯型单体与α-烯烃类等可共聚的其它单体的共聚物、以及这些共聚物的氢化物等属于具体例。这些环状烯烃系树脂可采用公知的聚合法来制造,该聚合方法有加成聚合法和开环聚合法,上述中,优选通过加成聚合法得到的环状烯烃系树脂(尤其是降冰片烯系树脂)(即,降冰片烯系化合物的加聚物)。由此,透明性、耐热性和挠性优异。
另外,作为侧链具有离去性基团的降冰片烯系树脂,例如可举出在式(8)表示的降冰片烯系树脂中X1为氧原子、X2为硅原子、Ar为苯基的物质。
另外,在式(3)中,有时以烷氧基甲硅烷基的Si-O-X3的部分离去。
另外,例如,使用式(9)的降冰片烯系树脂时,推测利用由光致产酸剂(记为PAG)产生的酸而如下所示地进行反应。应予说明,此处,仅表示离去性基团的部分,并且用i=1的情况进行说明。
Figure BDA00002946691300381
另外,除式(9)的结构以外,也可以是侧链具有环氧基的物质。通过使用这样的物质,从而具有能够形成对基材的密着性优异的光波导1的效果。
作为具体例,可举出以下的物质。
(式(31)中,p7/(q7+r2)为20以下。)
式(31)表示的化合物例如可通过将己基降冰片烯与二苯基甲基降冰片烯甲氧基硅烷(侧链含有-CH2-O-Si(CH3)(Ph)2的降冰片烯)和环氧降冰片烯溶解于甲苯中,将Ni化合物用作催化剂进行溶液聚合而得到。
另一方面,作为其它离去性基团,例如可举出末端具有苯乙酮结构的取代基。该离去性基团通过自由基的作用而比较容易地离去。
所述离去性基团的含量没有特别限定,优选是所述侧链具有离去性基团的聚合物915中的10~80重量%,特别更优选20~60重量%。如果含量在所述范围内,则可特别好地兼顾挠性和折射率调制功能(使折射率差变化的效果)。
例如,通过增多离去性基团的含量,从而可扩大使折射率变化的幅度。
此外,在光波导形成用组合物901与光波导形成用组合物902之间,所包含的聚合物915可以为相同的组成,也可以为不同的组成。此外,通过使用相同组成的聚合物,使相互的相容性变高,因此组合物彼此变得容易混合。由此,能够提高折射率分布T的连续性。
另外,使用不同组成的聚合物时,虽然聚合物915的基本组成相同,但可以改变离去性基团(反应介质)的有无。例如,优选光波导形成用组合物901所含有的聚合物915包含离去性基团,另一方面,光波导形成用组合物902所含有的聚合物915不包含离去性基团。由此,仅在芯层13产生离去性基团的离去,在层内形成折射率差,并且在包覆层11、12不产生离去性基团的离去,所以在层内折射率不产生变化,能够使包覆层11、12的折射率比较均匀。应予说明,此时,在光波导形成用组合物901和光波导形成用组合物902双方,可以省略添加剂920(单体、聚合引发剂等)的添加。
另一方面,至少光波导形成用组合物901中的后述的添加剂920含有单体时,各光波导形成用组合物901、902所含有的聚合物915可以不必包含离去性基团。
(添加剂)
在本实施方式中,在光波导形成用组合物901和光波导形成用组合物902双方中,添加剂920含有单体。另外,在本实施方式中,光波导形成用组合物901中的添加剂920进一步含有聚合引发剂,另一方面,光波导形成用组合物902中的添加剂920不含有聚合引发剂。
((单体))
单体是通过后述的活性放射线的照射而在活性放射线的照射区域发生反应而形成反应物、与此同时单体扩散移动,从而在层910中使照射区域与未照射区域之间产生折射率差的化合物。
作为单体的反应物,可举出单体在聚合物915中聚合而形成的聚合物、单体将聚合物915彼此交联而成的交联结构、以及单体与聚合物915聚合而从聚合物915分支的支链结构中的至少1个。
但是,照射区域与未照射区域之间产生的折射率差是基于聚合物915的折射率与单体的折射率的差而产生的,所以考虑与聚合物915的折射率的大小关系来选择添加剂920中所含的单体。
具体而言,在层910中,当希望照射区域的折射率增高时,可组合具有比较低的折射率的聚合物915和相对于该聚合物915具有高折射率的单体来使用。另一方面,当希望照射区域的折射率变低时,可组合具有比较高的折射率的聚合物915和相对于该聚合物915具有低折射率的单体来使用。
应予说明,折射率“高”或“低”不是指折射率的绝对值,而是指某些材料彼此的相对关系。
接着,通过单体的反应(反应物的生成),在层910中,当照射区域的折射率下降时,该部分形成折射率分布W的极小值,当照射区域的折射率上升时,该部分构成折射率分布的极大值。
应予说明,作为单体,优选使用与聚合物915具有相容性且与聚合物915的折射率差为0.01以上的单体。
作为这种单体,只要是具有可聚合的部位的化合物即可,没有特别限定,例如可举出降冰片烯系单体、丙烯酸(甲基丙烯酸)系单体、环氧系单体、氧杂环丁烷系单体、乙烯基醚系单体、苯乙烯系单体等,可使用它们中的1种或组合2种以上使用。
它们中,作为单体,优选使用具有氧杂环丁烷基或环氧基等环状醚基的单体或低聚物、或者降冰片烯系单体。通过使用具有环状醚基的单体或低聚物,从而易发生环状醚基的开环,所以可得到能迅速反应的单体。另外,通过使用降冰片烯系单体,从而可得到光传送性能优异且耐热性和柔软性优异的光波导1。
其中,具有环状醚基的单体的分子量(重均分子量)或低聚物的分子量(重均分子量)分别优选为100~400。
作为具有氧杂环丁烷基的单体、具有氧杂环丁烷基的低聚物,优选选自下述式(11)~(20)中的物质。通过使用它们,具有波长850nm附近的透明性优异、能够兼顾挠性和耐热性的优点。另外,可以单独或混合它们来使用。
Figure BDA00002946691300411
Figure BDA00002946691300412
Figure BDA00002946691300413
Figure BDA00002946691300414
Figure BDA00002946691300415
Figure BDA00002946691300416
Figure BDA00002946691300417
Figure BDA00002946691300421
(式(18)中,n为0~3。)
Figure BDA00002946691300422
在以上的单体和低聚物中,从确保与聚合物915的折射率差的观点出发,优选使用式(13)、(15)、(16)、(17)、(20)表示的化合物。
另外,如果考虑与聚合物915的树脂具有折射率差的方面、分子量小而单体的运动性高的方面、单体不容易挥发的方面时,则特别优选使用式(20)、式(15)表示的化合物。
另外,作为具有氧杂环丁烷基的化合物,可使用以下的式(32)、式(33)表示的化合物。作为式(32)表示的化合物,可使用东亚合成制的商品名TESOX等,作为式(33)表示的化合物,可使用东亚合成制的商品名OX-SQ等。
Figure BDA00002946691300424
Figure BDA00002946691300431
(式(33)中,n为1或2)
另外,作为具有环氧基的单体、具有环氧基的低聚物,例如可举出以下的物质。该具有环氧基的单体、低聚物可在酸的存在下通过开环而聚合。
作为具有环氧基的单体、具有环氧基的低聚物,可使用以下的式(34)~(39)表示的物质。其中,从环氧环的应变能大而反应性优异的观点出发,优选使用式(36)~(39)表示的脂环式环氧单体。
应予说明,式(34)表示的化合物是环氧降冰片烯,作为这种化合物,例如可使用Promerus公司制的EpNB。式(35)表示的化合物是γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷,作为该化合物,例如可使用DowCorning Toray silicone公司制的Z-6040。另外,式(36)表示的化合物是2-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷,作为该化合物,例如可使用东京化成制的E0327。
另外,式(37)表示的化合物是3,4-环氧环己烯基甲基-3',4'-环氧环己烯羧酸酯,作为该化合物,例如可使用Daicel化学公司制的CELLOXIDE2021P。另外,式(38)表示的化合物是1,2-环氧-4-乙烯基环己烷,作为该化合物,例如可使用Daicel化学公司制的CELLOXIDE2000。
另外,式(39)表示的化合物是1,2:8,9二环氧柠檬烯,作为该化合物,例如可使用(Daicel化学公司制的CELLOXIDE3000)。
Figure BDA00002946691300441
Figure BDA00002946691300442
Figure BDA00002946691300443
Figure BDA00002946691300444
Figure BDA00002946691300446
另外,作为单体,也可以并用具有氧杂环丁烷基的单体、具有氧杂环丁烷基的低聚物与具有环氧基的单体、具有环氧基的低聚物。
具有氧杂环丁烷基的单体、具有氧杂环丁烷基的低聚物虽然引发聚合的引发反应慢,但是生长反应快。与此相对,具有环氧基的单体、具有环氧基的低聚物虽然引发聚合的引发反应快,但是生长反应慢。因此,通过并用具有氧杂环丁烷基的单体、具有氧杂环丁烷基的低聚物与具有环氧基的单体、具有环氧基的低聚物,从而在照射光时,能够可靠地产生光照射部分与未照射部分的折射率差。
具体而言,以式(20)表示的单体为“第1单体”、以含有上述成分B的单体为“第2单体”时,优选并用第1单体和第2单体,以(第2单体的重量)/(第1单体的重量)规定其并用比例时,优选为0.1~1左右,更优选为0.1~0.6左右。如果并用比例在所述范围内,则单体的反应性的快速性和光波导1的耐热性的平衡提高。
应予说明,在相当于第2单体的单体中,可举出与式(20)表示的单体不同的具有氧杂环丁烷基的单体、具有乙烯基醚基的单体。它们中,优选使用环氧化合物(尤其是脂环式环氧化合物)和2官能的氧杂环丁烷化合物(具有2个氧杂环丁烷基的单体)中的至少1种。通过使用这些第2单体,可提高第1单体与聚合物915的反应性,由此既能保持透明性,又能提高波导的耐热性。
作为这种第2单体的具体例,可举出上述式(15)的化合物、上述式(12)的化合物、上述式(11)的化合物、上述式(18)的化合物、上述式(19)的化合物、上述式(34)~(39)的化合物。
另外,所谓降冰片烯系单体是含有至少1个下述结构式A表示的降冰片烯骨架的单体的总称,例如可举出下述结构式C表示的化合物。
Figure BDA00002946691300451
Figure BDA00002946691300452
[式中,a表示单键或双键,R12~R15各自独立地表示氢原子、取代或无取代的烃基、或官能取代基,m表示0~5的整数。其中,a为双键时,R12和R13中的任一方、R14和R15中的任一方不存在。]
作为无取代的烃基(Hydrocarbyl group),例如可举出直链状或支链状的碳原子数1~10(C1~C10)的烷基、直链状或支链状的碳原子数2~10(C2~C10的烯基、直链状或支链状的碳原子数2~10(C2~C10)的炔基、碳原子数4~12(C4~C12)的环烷基、碳原子数4~12(C4~C12)的环烯基、碳原子数6~12(C6~C12)的芳基、碳原子数7~24(C7~C24)的芳烷基(芳基烷基)等,另外,R12和R13、R14和R15分别可以是碳原子数1~10(C1~C10)的烷叉基。
应予说明,作为上述以外的单体、例如丙烯酸(甲基丙烯酸)系单体,可举出丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、丙烯腈等,可使用它们中的1种或组合2种以上来使用。
具体而言,可举出(甲基)丙烯酸2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸环己酯、(甲基)丙烯酸2-丁氧基乙酯等。
另外,作为乙烯基醚系单体,例如可举出甲基乙烯基醚、乙基乙烯基醚、正丙基乙烯基醚、异丙基乙烯基醚、正丁基乙烯基醚、异丁基乙烯基醚、叔丁基乙烯基醚、正戊基乙烯基醚、正己基乙烯基醚、正辛基乙烯基醚、正十二烷基乙烯基醚、2-乙基己基乙烯基醚、环己基乙烯基醚等烷基乙烯基醚类或环烷基乙烯基醚类,可使用它们中的1种或组合2种以上来使用。
另外,作为苯乙烯系单体,例如可举出苯乙烯、二乙烯基苯等,可使用它们中的1种或组合2种来使用。
应予说明,这些单体与上述的聚合物915的组合没有特别限定,可以是任何组合。
另外,对于单体而言,其至少一部分也可以如上所述地低聚物化。
这些单体的添加量相对于聚合物100重量份优选是1重量份~50重量份,更优选是2重量份~20重量份。由此,具有可调节芯/包覆间的折射率、可实现挠性和耐热性的兼顾的效果。
此外,在光波导形成用组合物901与光波导形成用组合物902之间,所含的单体可以是相同组成,也可以是不同组成。此外,通过使用相同组成的单体,能够可靠地产生相互的单体的扩散移动,因此能够将上述的折射率分布T更明确化。其结果,能够得到特性优异的光波导1。
另外,还可以使光波导形成用组合物901含有单体,而另一方面使光波导形成用组合物902不含有单体。此时,在各包覆层11、12中,不产生层内的单体的扩散移动,所以能够使各包覆层11、12的层内的折射率均匀。
((聚合引发剂))
聚合引发剂是随着活性放射线的照射而作用于单体来促进单体的反应的物质。
作为使用的聚合引发剂,可根据单体的聚合反应或交联反应的种类来适当选择。例如,丙烯酸(甲基丙烯酸)系单体、苯乙烯系单体专门优选使用自由基聚合引发剂,环氧系单体、氧杂环丁烷系单体、乙烯基醚系单体专门优选使用阳离子聚合引发剂。
作为自由基聚合引发剂,例如可举出二苯甲酮类、苯乙酮类等。
另一方面,作为阳离子聚合引发剂,例如可举出重氮盐之类的路易斯酸产生型的阳离子聚合引发剂,碘盐、锍盐之类的布朗斯台德酸产生型阳离子聚合引发剂等。
特别是作为单体使用具有环状醚基的单体时,优选使用以下的阳离子聚合引发剂(光致产酸剂)。
例如可使用三苯基锍三氟甲磺酸盐、三(4-叔丁基苯基)锍-三氟甲磺酸盐等锍盐类、对硝基苯基重氮
Figure BDA00002946691300472
六氟磷酸盐等重氮盐类、铵盐类、
Figure BDA00002946691300473
盐类、二苯基碘
Figure BDA00002946691300474
三氟甲磺酸盐、(三枯基)碘
Figure BDA00002946691300475
-四(五氟苯基)硼酸盐等碘盐类、醌二叠氮化物类、双(苯基磺酰基)重氮甲烷等重氮甲烷类、1-苯基-1-(4-甲基苯基)磺酰基氧-1-苯甲酰基甲烷、N-羟基萘酰亚胺-三氟甲磺酸酯等磺酸酯类、二苯基二砜等二砜类、三(2,4,6-三氯甲基)-均三嗪、2-(3.4-亚甲二氧苯基)-4,6-双-(三氯甲基)-均三嗪等三嗪类等化合物作为光致产酸剂。应予说明,这些光致产酸剂可单独使用或组合使用。
相对于聚合物100重量份,聚合引发剂的含量优选为0.01重量份~0.3重量份,更优选0.02重量份~0.2重量份。由此,具有提高反应性的效果。
此外,在本实施方式中,如上所述,光波导形成用组合物901中的添加剂920含有聚合引发剂,而另一方面,光波导形成用组合物902中的添加剂920不含有聚合引发剂,因此仅在芯层13促进层内的单体的聚合反应,在包覆层11、12不促进单体的聚合反应。因此,折射率的变化在包覆层11、12被抑制,能够使层内的折射率比较均匀。
但是,对于聚合引发剂的添加,不限于上述情况,也可以光波导形成用组合物901与光波导形成用组合物902双方含有聚合引发剂。此时,优选在包覆层11、12尽可能抑制单体的聚合反应,因此,使光波导形成用组合物901与光波导形成用组合物902中所含的聚合引发剂的种类、添加量不同即可。具体而言,例如,作为光波导形成用组合物901中所含的聚合引发剂使用后述的对活性放射线930的波长反应性高的聚合引发剂,作为光波导形成用组合物902中所含的聚合引发剂使用后述的对活性放射线930的波长反应性低的聚合引发剂即可。另外,使用相同种类的聚合引发剂时,与光波导形成用组合物901相比减少向光波导形成用组合物902中的添加量即可。
另外,还可以使用光致产酸剂作为光波导形成用组合物901所含的聚合引发剂,而使用热致产酸剂作为光波导形成用组合物902所含的聚合引发剂。由此,伴随着活性放射线930的照射而主要仅在芯层13的层内促进单体的聚合反应,从而形成折射率分布W,另一方面,在包覆层11、12中不促进单体的聚合反应。形成折射率分布W后,通过对层910加热,这次在包覆层11、12中促进单体的聚合反应。其结果,在层910,厚度方向的折射率分布T’被固定。
作为热致产酸剂,例如可举出三苯基锍三氟甲烷磺酸、三苯基锍九氟丁烷磺酸之类的锍盐型化合物,二苯基碘
Figure BDA00002946691300481
三氟甲烷磺酸、二苯基碘
Figure BDA00002946691300482
九氟丁烷磺酸之类的碘
Figure BDA00002946691300483
盐型化合物,五苯基
Figure BDA00002946691300484
三氟甲烷磺酸、五苯基
Figure BDA00002946691300485
九氟丁烷磺酸之类的
Figure BDA00002946691300486
盐型化合物等。
另外,添加剂920中,除了单体、聚合引发剂以外,还可以含有敏化剂等。
其中,敏化剂具有增大聚合引发剂对光的灵敏度,减少聚合引发剂的活化(反应或分解)所需要的时间、能量的功能;以及将光的波长变成适于聚合引发剂活化的波长的功能。
作为这样的敏化剂,可根据聚合引发剂的灵敏度、敏化剂的吸收峰波长适当选择,没有特别限定,例如可举出9,10-二丁氧基蒽(CAS序号第76275-14-4号)之类的蒽类、呫吨酮类、蒽醌类、菲类、苯并菲类、苯并芘类、荧蒽类(fluoranthenes)、红荧烯类、芘类、阴丹士林类、噻吨-9-酮类(thioxanthen-9-ones)等,可单独使用它们或作为混合物使用。
作为敏化剂的具体例,例如可举出2-异丙基-9H-噻吨-9-酮、4-异丙基-9H-噻吨-9-酮、1-氯-4-丙氧基噻吨酮、吩噻嗪(phenothiazine)或它们的混合物。
敏化剂的含量在光波导形成用组合物901、902中优选为0.01重量%以上,更优选为0.5重量%以上,进一步优选为1重量%以上。此外,上限值优选为5重量%以下。
此外,添加剂920中,除此以外还可以含有催化剂前体、助催化剂、抗氧化剂、紫外线吸收剂、光稳定剂、硅烷偶联剂、涂面改良剂、热阻聚剂、流平剂、表面活性剂、着色剂、保存稳定剂、增塑剂、润滑剂、填充剂、无机粒子、老化防止剂、润湿性改良剂、抗静电剂等。
含有如上所述的聚合物915和添加剂920的层910通过均一地分散于聚合物915中的添加剂920的作用而具有规定的折射率。
[2]接下来,准备形成有开口(窗)9351的掩模(遮挡)935,介由该掩模935对层910照射活性放射线930(参照图9)。
以下,将使用具有低于聚合物915的折射率的单体作为单体的情况作为一个例子进行说明。另外,与此对应地,用于形成层910的光波导形成用组合物901、902中,以聚合物915的组成满足(光波导形成用组合物901的折射率)>(光波导形成用组合物902的折射率)的关系的方式设定。由此,在层910中形成了厚度方向的中央部的折射率最高且向着两面侧折射率连续降低的折射率分布T’。
另外,在此处所示的例子中,活性放射线930的照射区域925主要成为侧面包覆部15。
因而,此处所示的例子中,掩模935形成有主要与应形成的侧面包覆部15的图案相当的开口(窗)9351。该开口9351是形成照射的活性放射线930透射的透射部的开口。此外,芯部14、侧面包覆部15的图案基于根据活性放射线930的照射而形成的折射率分布W来确定,因此,开口9351的图案与侧面包覆部15的图案不完全一致,有时上述两图案多少发生偏移。
掩模935可以是预先形成(另外形成)的掩模(例如板状的掩模),也可以是在层910上通过例如气相成膜法、涂布法而形成的掩模。
作为掩模935所优选的例子,可举出用石英玻璃、PET基材等制作的光掩模、模板掩模、通过气相成膜法(蒸镀、溅射等)形成的金属薄膜等,其中,特别优选使用光掩模、模板掩模。这是因为能高精度地形成细微图案,而且操作容易,有利于生产率的提高。
另外,在图9中,掩模935的开口(窗)9351表示沿着活性放射线930的照射区域925的图案部分除去掩模而得的结构,当使用所述由石英玻璃、PET基材等制作的光掩模时,也可使用在该光掩模上设置例如由基于铬等金属的遮蔽材料构成的活性放射线930的遮蔽部而得的结构。该掩模中,遮蔽部以外的部分成为所述窗(透射部)。
使用的活性放射线930只要是能使聚合引发剂发生光化学反应(变化)的物质、以及能使聚合物915所含的离去性基团离去的物质即可,例如可使用可见光、紫外光、红外光、激光、以及电子束、X射线等。
它们中,活性放射线930可根据聚合引发剂、离去性基团的种类来适当选择,当含有敏化剂时可根据敏化剂的种类等适当选择,没有特别限定,优选是在波长200~450nm的范围具有峰值波长的放射线。由此,能比较容易地使聚合引发剂活化,而且能比较容易地使离去性基团离去。
另外,优选活性放射线930的照射量是0.1~9J/cm2左右,更优选是0.2~6J/cm2左右,进一步优选是0.2~3J/cm2左右。
介由掩模935对层910照射活性放射线930时,在照射区域925中,在芯层13的照射区域9253中聚合引发剂被活化。由此,在照射区域9253单体聚合。如果单体聚合,则照射区域9253的单体的量减少,因此相应地在未照射区域940中,芯层13的未照射区域9403中的单体扩散移动至照射区域9253。如上所述,聚合物915与单体以互相产生折射率差的方式适当选择,因此伴随着单体的扩散移动,在芯层13的照射区域9253与未照射区域9403之间产生折射率差。另一方面,在包覆层11、12中的照射区域9251、9252,不含有聚合引发剂,所以单体的聚合反应被抑制。
图11是用于说明在芯层13的照射区域9253与未照射区域9403之间产生折射率差的情况的图,是表示将层910的横截面的宽度方向的位置作为横轴、将横截面的折射率作为纵轴时的折射率分布的图。
在本实施方式中,作为单体使用折射率小于聚合物915的单体,因此随着单体的扩散移动,未照射区域9403的折射率变高的同时照射区域9253的折射率变低(参照图11(a))。
认为单体的扩散移动是由于在照射区域9253单体被消耗,由相应地形成的单体的浓度梯度而引起的。因此,并不是未照射区域9403全体的单体同时向照射区域9253移动,而是从靠近照射区域9253的部分缓慢移动,为了对其进行补充,也发生单体从未照射区域9403的中央部向外侧的移动。其结果,如图11(a)所示,夹着照射区域9253和未照射区域9403的边界,在未照射区域9403侧形成高折射率部H,在照射区域9253侧形成低折射率部L。这些高折射率部H和低折射率部L分别是随着上述的单体的扩散移动而形成,因此必然由平滑的曲线构成。具体而言,高折射率部H形成例如向上凸的近U字形,低折射率部L形成例如向下凸的近U字形。
此外,上述的单体聚合而成的聚合物的折射率与聚合前的单体的折射率几乎相同(折射率差为0~0.001左右),因此在照射区域9253中,随着单体聚合的进行,与单体的量和来自于单体的物质的量相应地发生折射率的下降。因此,通过适当调整单体或聚合引发剂相对于聚合物的量的量等,能够控制折射率分布W的形状。
另一方面,在未照射区域9403中,聚合引发剂未活化,因此单体不聚合。
另外,在照射区域9253,随着单体聚合的进行,单体的扩散移动的容易性缓慢降低。由此,在照射区域9253,越接近未照射区域9403,单体的浓度自然变高,折射率的降低量变大。其结果,形成于照射区域9253的低折射率部L的分布形状容易变得左右不对称,未照射区域9403侧的梯度变得更急剧。由此,形成本发明的光波导具有的折射率分布W。
另外,聚合物915优选如上所述具有离去性基团。该离去性基团随着活性放射线930的照射而离去,使聚合物915的折射率降低。因此,对照射区域9253照射活性放射线930时,开始上述单体的扩散移动、并且离去性基团从聚合物915离去,照射区域9253的折射率比照射前降低(参照图11(b))。
该折射率的降低在照射区域9253整体上一律产生,因此上述的高折射率部H和低折射率部L的折射率差进一步扩大。其结果,得到了图11(b)所示的折射率分布W。此外,如果图11(a)中的折射率发生变化,则图11(b)中的折射率的变化几乎同时发生。由于这样的折射率变化,该折射率差进一步扩大。
此外,通过调整活性放射线930的照射量,能够控制形成的折射率差和折射率分布的形状,例如,通过增加照射量,能够扩大折射率差。另外,也可以在活性放射线930的照射前使层910干燥,通过调整此时的干燥程度,能够控制折射率分布的形状。例如,通过增大干燥程度,能够抑制单体的扩散移动量。
另外,在照射区域9253中,不仅产生单体从芯层13中的未照射区域9403的扩散移动,照射区域925中,还产生单体从包覆层11中的照射区域9251以及从包覆层12中的照射区域9252的扩散移动。由此,在照射区域9253产生折射率进一步降低。另一方面,在照射区域9251和照射区域9252,随着单体的扩散移动而产生折射率的上升,但在该区域本来就设定了折射率低的聚合物915的组成等,因此即使产生折射率的上升,也不会损害光波导1的功能。
另外,在包覆层11中的照射区域9251和包覆层12中的照射区域9252中,与芯层13中的照射区域9253同样产生离去性基团的离去,聚合物915的折射率降低。其结果,在照射区域9251和照射区域9252也产生进一步的折射率的降低。
根据以上原理,能够得到具有折射率分布W的光波导1(参照图10)。即,在本实施方式中,在芯层13中,单体和离去性基团双方成为通过活性放射线930的照射而发生的伴随折射率变化的化学反应的反应介质,与添加剂920不包含单体的情况、聚合物915不包含离去性基团的情况相比,在折射率分布W中形成特别大的折射率差。
此外,在折射率分布W中,存在低折射率部L转化的极小值Ws1、Ws2、Ws3、Ws4(参照图2(b)),这些极小值的位置相当于芯部14和侧面包覆部15的界面。
另外,作为单体使用具有比聚合物915高的折射率的单体时,与上述相反,随着单体的扩散移动而移动前端的折射率变高,因此相应地设定照射区域925和未照射区域940即可。
另一方面,如图12(a)所示,照射活性放射线930前的层910在其厚度方向上形成所谓的渐变折射率型的折射率分布T’。该厚度方向的折射率分布T’如上所述是使用折射率互相不同的光波导形成用组合物901和光波导形成用组合物902,通过多色成型法得到层910而形成的。
在这里,如果介由掩模935对层910照射活性放射线930,则在光波导形成用组合物901与光波导形成用组合物902中在单体的含有率上存在差异的情况下,未照射区域9403中的单体扩散移动到照射区域9253。因此,即使在芯部14的厚度方向的折射率分布T’中,与芯部14对应的区域的折射率也高。另一方面,在位于芯部14的上下的包覆层11、12中,折射率不发生变化,结果,在芯部14和其上下的包覆层11、12之间折射率差扩大。
由以上原理,能够得到具有折射率差大的渐变折射率型折射率分布T的光波导1(参照图12(b))。此外,在折射率分布T’中实现了已经确认了充分效果的折射率分布的形状的情况下,可以省略从上述折射率分布T’向折射率分布T的变化。
另外,折射率分布W与芯层13中的来自单体的结构体浓度具有一定的相关关系。因此,通过测定该来自单体的结构体的浓度,能够间接确定光波导1具有的折射率分布W。
同样,折射率分布T与光波导1中的来自单体的结构体浓度具有一定的相关关系。因此,通过测定该来自单体的结构体的浓度,能够间接确定光波导1具有的折射率分布T。
此外,来自单体的结构体是指单体、单体反应而成的低聚物、以及单体反应而成的聚合物等、单体的未反应物随着反应而形成的结构体。
结构体的浓度的测定可以利用例如FT-IR、TOF-SIMS线分析、面分析等来进行。
另外,利用光波导1的射出光的强度分布与折射率分布W或折射率分布T也具有一定的相关关系,也能够间接确定折射率分布W和折射率分布T。
另外,例如可以采用如下方法:(1)使用干涉显微镜(dual-beaminterference microscope)观测依赖折射率的干涉条纹,由该干涉条纹算出折射率分布的方法;(2)利用折射近场法(Refracted Near Fieldmethod;RNF)直接测定。其中,折射近场法可以采用例如日本特开平5-332880号公报中记载的测定条件。另一方面,干涉显微镜从能够简便地进行折射率分布的测定的方面优选使用。
以下,对使用了干涉显微镜的折射率分布的测定顺序的一个例子进行说明。首先,沿截面方向(宽度方向)将光波导切片,得到光波导断片。例如,以光波导的长度成为200~300μm的方式切片。接着,在用2个滑动玻璃围城的空间中,制作填充有折射率为1.536的油的腔室。另外,在腔室内的空间中,制作夹持光波导断片的测定样品部和未放入光波导断片的空白样品部。接着,使用干涉显微镜,将分为2个的光分别照射于测定样品部和空白样品部后,通过统和透射光而得到干涉条纹照片。干涉条纹是伴随着光波导断片的折射率分布(相位分布)而发生的,因此通过将得到的干涉条纹照片进行图像解析,能够得到光波导的宽度方向的折射率分布W。此外,取得折射率分布W时,通过将多个干涉条纹照片进行图像解析,能够提高折射率分布W的精度。得到多个干涉条纹照片时,通过移动干涉显微镜内的棱镜,改变光路长度,从而得到干涉条纹的间隔、能形成干涉条纹的部分互相不同的照片即可。另外,将干涉条纹写真进行图像解析时,例如以2.5μm的间隔设定解析点即可。
另外,作为活性放射线930,使用激光之类的指向性高的光时,也可以省略掩模935的使用。
接下来,根据需要,对层910实施加热处理。在该加热处理中,照射了光的芯层13的照射区域9253中的单体进一步聚合。
该加热处理中的加热温度没有特别限定,优选为30~180℃左右,更优选为40~160℃左右。
另外,加热时间优选设定成照射区域925的单体的聚合反应大致结束,具体而言,优选为0.1~2小时左右,更优选为0.1~1小时。
此外,该加热处理根据需要进行即可,可以省略。
由上能得到光波导1。
然后,根据需要从支撑基板951剥离光波导1,并且在光波导1的下表面层叠支撑膜2,在上表面层叠覆盖膜3。
此外,芯层13可以不在支撑基板951上成膜而是在包覆层11上成膜。另外,包覆层12可以不粘贴于芯层13上而是在芯层13上涂布材料从而形成。
(第2制造方法)
接下来,对光波导1的第2制造方法进行说明。
以下,对第2制造方法进行说明,以与上述第1制造方法的不同点为中心进行说明,对于同样的事项,省略其说明。
在第2制造方法中,除了光波导形成用组合物901的组成不同以外,与第1制造方法相同。
光波导1的第2制造方法如下:[1]在支撑基板951上将2种类的光波导形成用组合物901、902(第1组合物和第2组合物)挤出成型为层状而得到层910。[2]接着,对层910的一部分照射活性放射线后,对层910实施加热处理,从而产生折射率差,在得到形成有芯部14和侧面包覆部15的芯层13的同时得到光波导1。
以下,对各工序依次进行说明。
[1]首先,准备光波导形成用组合物901。
在第2制造方法中使用的光波导形成用组合物901代替聚合引发剂而含有催化剂前体和助催剂。
催化剂前体是能够引发单体的反应(聚合反应、交联反应等)的物质,是通过活性放射线的照射而活化的助催剂的作用,活化温度变化的物质。通过该活化温度的变化,在活性放射线的照射区域9253与未照射区域9403之间,在引发单体反应的温度上产生差异,其结果,能够仅在照射区域9253使单体反应。
作为催化剂前体(procatalyst),只要是伴随活性放射线的照射而活化温度发生变化(上升或降低)的化合物,可以使用任何化合物,特别优选伴随活性放射线的照射而活化温度降低的化合物。由此,,能够以较低温的加热处理来形成芯层13(光波导1),能防止对其它层施加不必要的热而光波导1的特性(光传送性能)下降。
作为这种催化剂前体,优选使用含有下述式(Ia)和(Ib)表示的化合物中至少一方(以其为主)的物质。
Figure BDA00002946691300561
[式Ia、Ib中,各E(R)3表示第15族的中性供电子配体,E表示选自元素周期表第15族中的元素,R表示氢原子(或其同位素之一)或含有烃基的部位,Q表示选自羧酸酯、硫代羧酸酯和二硫代羧酸酯中的阴离子配体。另外,式Ib中、LB表示路易斯碱,WCA表示弱配位阴离子,a表示1~3的整数,b表示0~2的整数,a和b的合计是1~3,p和r表示钯阳离子和弱配位阴离子取得电荷平衡的数。]
作为符合式Ia的典型的催化剂前体,可举出Pd(OAc)2(P(i-Pr)32、Pd(OAc)2(P(Cy)32、Pd(O2CCMe32(P(Cy)32、Pd(OAc)2(P(Cp)32、Pd(O2CCF32(P(Cy)32、Pd(O2CC6H53(P(Cy)32,但并不限定于这些。其中,Cp表示环戊基(cyclopentyl),Cy表示环己基。
另外,作为式Ib表示的催化剂前体,优选p和r各自为选自1和2的整数中的化合物。
作为这种符合式Ib的典型的催化剂前体,可举出Pd(OAc)2(P(Cy)32。此处,Cy表示环己基,Ac表示乙酰基。
这些催化剂前体能够使单体高效地反应(为降冰片烯系单体时,通过加成聚合反应而高效地聚合反应、交联反应等)。
另外,在活化温度下降的状态(活性潜在状态)下,作为催化剂前体,优选其活化温度比本来的活化温度低10~80℃左右(优选10~50℃左右)。由此,能够可靠地产生芯部14与侧面包覆部15之间的折射率差。
作为该催化剂前体,优选含有Pd(OAc)2(P(i-Pr)32和Pd(OAc)2(P(Cy)32中的至少一方(以其为主)的物质。
助催化剂是通过活性放射线的照射而活化、能使所述催化剂前体(procatalyst)的活化温度(使单体发生反应的温度)变化的物质。
作为该助催化剂(cocatalyst),只要是通过活性放射线的照射、其分子结构变化(反应或分解)而活化的化合物,则可以使用任何化合物,优选使用包含如下化合物(以其为主)的物质,所述化合物是:通过特定波长的活性放射线的照射而发生分解,产生质子、其它阳离子等阳离子和能取代催化剂前体的离去性基团的弱配位阴离子(WCA)的化合物(光引发剂)。
作为弱配位阴离子,例如可举出四(五氟苯基)硼酸根离子(FABA-)、六氟锑酸根离子(SbF6 -)等。
作为该助催化剂(光致产酸剂或光致产碱剂),例如可举出下述式表示的四(五氟苯基)硼酸盐、六氟锑酸盐以及四(五氟苯基)镓酸盐、铝酸盐类、锑酸盐类、其它的硼酸盐类、镓酸盐类、碳硼烷类、卤代碳硼烷类等。
Figure BDA00002946691300581
作为这种助催化剂的市售品,例如可举出能从新泽西州Cranberry的Rhodia USA公司获得的“RHODORSIL(注册商标、以下相同)PHOTOINITIATOR2074(CAS序号第178233-72-2号)”、能从日本东京的东洋油墨制造株式会社获得的“TAG-372R((二甲基(2-(2-萘基)-2-氧代乙基)锍四(五氟苯基)硼酸盐:CAS序号第193957-54-9号))、能从日本东京的绿化学株式会社获得的“MPI-103(CAS序号第87709-41-9号)”、能从日本东京的东洋油墨制造株式会社获得的“TAG-371(CAS序号第193957-53-8号)”、能从日本东京的东洋合成工业株式会社获得的“TTBPS-TPFPB(三(4-叔丁基苯基)锍四(五氟苯基)硼酸盐)”、能从日本东京的绿化学工业株式会社获得的“NAI-105(CAS序号第85342-62-7号)”等。
应予说明,使用RHODORSIL PHOTOINITIATOR2074作为助催化剂时,作为后述的活性放射线(化学射线),优选使用紫外线(UV光),作为紫外线的照射装置,优选使用汞灯(高压汞灯)。由此,能够对层910供给小于300nm的充分能量的紫外线(活性放射线),能够有效地分解RHODORSIL PHOTOINITIATOR2074,使上述的阳离子和WCA产生。
[2][2-1]接下来,与第1制造方法同样地介由掩模935对层910照射活性放射线930。
在照射区域9253中,助催剂通过活性放射线930的作用而反应(键合)或分解,从而游离(产生)阳离子(质子或其他阳离子)、弱配位阴离子(WCA)。
另外,这些阳离子、弱配位阴离子使照射区域9253内存在的催化剂前体的分子结构发生变化(分解),使其变为活性潜在状态(潜在的活性状态)。
在这里,活性潜在状态(或潜在的活性状态)的催化剂前体是指活化温度比本来的活化温度低,但如果没有温度上升、即在室温程度下,则处于不能在照射区域9253内发生单体反应的状态的催化剂前体。
因此,即便在活性放射线930照射后,例如在-40℃左右保管层910,则不发生单体的反应,能够维持该状态。因此,可以预先准备多个活性放射线930照射后的层910,通过对它们一并实施后述的加热处理,得到光波导1,便利性高。
另外,除了上述催化剂前体的分子结构的变化以外,与第1制造方法同样,离去性基团从聚合物915离去。由此,在层910的照射区域9253与未照射区域9403之间产生折射率差。
[2-2]接下来,对层910实施加热处理(第1加热处理)。
由此,在照射区域9253内,活性潜在状态的催化剂前体活化(成为活性状态),发生单体的反应(聚合反应、交联反应)。
接着,若单体的反应进行,则照射区域9253内的单体浓度缓慢减少。由此,照射区域9253与未照射区域9403之间在单体浓度上产生差异,为了消除该差异,单体从未照射区域9403扩散移动而聚集在照射区域9253。
其结果,在层910形成与第1制造方法同样的折射率分布。
该加热处理中的加热温没有特别限定,优选为30~80℃左右,更优选为40~60℃左右。
另外,加热时间优选设定成照射区域9253内的单体的反应大致结束,具体而言,优选为0.1~2小时左右,更优选为0.1~1小时左右。
接下来,对层910实施第2加热处理。
由此,通过使残留于未照射区域9403和/或照射区域9253的催化剂前体直接活化或随着助催剂的活化而活化(成为活性状态),使残留于各区域9253、9403的单体反应。
像这样,通过使残留于各区域9253、9403的单体反应,能够实现得到的芯部14和侧面包覆部15的稳定化。
该第2加热处理中的加热温度只要是能够活化催化剂前体或助催剂的温度即可,没有特别限定,优选为70~100℃左右,更优选为80~90℃左右。
另外,加热时间优选为0.5~2小时左右,更优选为0.5~1小时左右。
接下来,对层910实施第3加热处理。
由此,能够实现得到的芯层13产生的内部应力的降低、芯部14和侧面包覆部15的进一步的稳定化。
该第3加热处理中的加热温度优选设定成比第2加热处理中的加热温度高20℃以上,具体而言,优选为90~180℃左右,更优选为120~160℃左右。
另外,加热时间优选为0.5~2小时左右,更优选为0.5~1小时左右。
经过以上工序,能够得到光波导1。
此外,例如在实施第2加热处理、第3加热处理之前的状态下,在芯部14与侧面包覆部15之间可得到充分的折射率差的情况下等,可以省略第2加热处理以后或第3加热处理。
<电子设备>
如上所述的本发明的光波导的光传送效率和长期可靠性优异。因此,通过具备本发明的光波导,从而可得到在2点间能进行高品质的光通信的可靠性高的电子设备(本发明的电子设备)。
作为具备本发明的光波导的电子设备,例如可举出手机、游戏机、路由器装置、WDM装置、个人电脑、电视、家庭服务器等电子设备类。这些电子设备中,均需要例如在LSI等运算装置与RAM等存储装置之间高速传送大容量的数据。因此,通过这样的电子设备具备本发明的光波导,可解决电布线所特有的噪音、信号劣化等不良情况,可期待其性能飞跃性的提高。
另外,在光波导部分中,与电布线相比发热量大幅度减少。因此,能减少冷却所需的电力,能减少电子设备整体的耗电。
另外,本发明的光波导,传送损失和脉冲信号的钝化小,即使多通道化和高密度化也不易发生干扰。因此,即使高密度且小面积也可得到可靠性高的光波导,通过搭载该光波导,从而可实现电子设备的可靠性提高和小型化。
以上,对本发明的光波导和电子设备进行了说明,但本发明不限定于此,例如可在光波导中附加任意的构成物。
另外,制造本发明的光波导的方法不限于上述方法,例如也可以使用利用活性放射线的照射线而切断分子键、使折射率变化的方法(光漂白法);使形成芯层的组合物中含有具有能够光异构化或光二聚化的不饱和键的光交联性聚合物、对其照射活性放射线而使分子结构变化的同时使折射率变化的方法(光异构法·光二聚化法)等方法。
在这些方法中,由于能根据活性放射线的照射量调整折射率的变化量,所以根据目标的折射率分布W的形状而使照射到层各部的活性放射线的照射量不同,从而可形成具有折射率分布W的芯层。
实施例
接下来,对本发明的实施例进行说明。
1.光波导的制造
(实施例1)
(1)具有离去性基团的降冰片烯系树脂的合成
在水分和氧浓度均被控制在1ppm以下、充满干燥氮的手套箱中,将己基降冰片烯(HxNB)7.2g(40.1mmol)、二苯基甲基降冰片烯甲氧基硅烷12.9g(40.1mmol)计量放入500mL管形瓶中,加入脱水甲苯60g和乙酸乙酯11g,盖上硅制的密封层而将上部密封。
接下来,在100mL管形瓶中计量放入下述化学式(A)表示的Ni催化剂1.56g(3.2mmol)和脱水甲苯10mL,放入搅拌片后密封,充分搅拌使催化剂完全溶解。
用注射器准确地计量该下述化学式(A)表示的Ni催化剂溶液1mL,定量地注入到溶解有上述2种降冰片烯的管形瓶中,在室温搅拌1小时,结果确认了显著的粘度上升。在该时刻拆封,加入四氢呋喃(THF)60g进行搅拌,得到反应溶液。
在100mL烧杯中加入乙酸酐9.5g、过氧化氢水18g(浓度30%)、离子交换水30g进行搅拌,此时制备了过乙酸水溶液。接着,将该水溶液全部加到上述反应溶液中搅拌12小时进行Ni的还原处理。
接着,将处理完的反应溶液移至分液漏斗,除去下部的水层后,加入异丙醇的30%水溶液100mL进行激烈搅拌。静置、二层分离完全进行后,除去水层。总计重复3次该水洗工艺后,将油层滴加到大大过量的丙酮中使生成的聚合物再沉淀,利用过滤与滤液分开后,在设定为60℃的真空干燥机中加热干燥12小时,得到聚合物#1。通过GPC测定,聚合物#1的分子量分布是Mw=10万、Mn=4万。另外,聚合物#1中的各结构单元的摩尔比通过NMR确定,己基降冰片烯结构单元是50mol%、二苯基甲基降冰片烯甲氧基硅烷结构单元是50mol%。
(2)光波导形成用组合物(第1组合物)的制造
将10g精制的上述聚合物#1称量到100mL的玻璃容器中,向其中加入均三甲基苯40g、抗氧化剂Irganox1076(Ciba-Geigy公司制)0.01g、环己基氧杂环丁烷单体(式(20)所示的单体,东亚合成制CHOX,CAS#483303-25-9,分子量186,沸点125℃/1.33kPa)2g、聚合引发剂(光致产酸剂)RhodorsilPhotoinitiator2074(Rhodia公司制,CAS#178233-72-2)(2.5E-2g,乙酸乙酯0.1mL中),均匀地溶解后,利用0.2μm的PTFE滤器进行过滤,得到了清洁的光波导形成用组合物。
(3)光波导形成用组合物(第2组合物)的制造
将精制的上述聚合物#1的各结构单元的摩尔比分别变更为己基降冰片烯结构单元80mol%、二苯基甲基降冰片烯甲氧基硅烷结构单元20mol%,用由此得到的聚合物来代替上述聚合物#1,除此以外与第1组合物同样进行,得到了光波导形成用组合物。
(4)光波导的制造
使用所制造的光波导形成用组合物,利用图6所示的模涂机,在聚醚砜(PES)膜上进行多色挤出成型。由此,得到了将第1组合物作为中间层、将第2组合物作为下层和上层的多色成型体。将其投入55℃的干燥器中10分钟,完全除去溶剂后,压合光掩模,以1300mJ/cm2选择性地照射紫外线。除去掩模,在干燥机中于150℃进行1.5小时的加热。加热后、显示了鲜明的波导图案,确认形成了芯部和侧面包覆部。然后,由得到的光波导,切出长度10cm部分。此外,形成的光波导是并列了8根芯部而形成的。另外,芯部的宽度为50μm、侧面包覆部的宽度为80μm、光波导的厚度为100μm。
(折射率分布的评价)
另外,对于得到的光波导的芯层的横截面,利用干涉显微镜,沿着其厚度方向的中心线得到了宽度方向的折射率分布W。其结果,折射率分布W具有多个极小值和极大值,折射率连续变化。
另一方面,对于光波导的横截面,利用干涉显微镜,沿着在上下方向通过其芯部的宽度中心的中心线得到了厚度方向的折射率分布T。其结果,折射率分布T具有折射率在其中央部连续变化的区域、以及在其两侧折射率比上述区域更低且大致恒定的值的区域。即,得到的光波导的厚度方向的折射率分布T成为了所谓的渐变折射率型。
(实施例2)
除了将紫外线的照射量提高至1500mJ/cm2以外,与实施例1同样进行而得到了光波导。
(实施例3)
将紫外线的照射量提高至2000mJ/cm2,并且作为聚合物使用将聚合物#1的各结构单元的摩尔比变更成己基降冰片烯结构单元为40mol%、二苯基甲基降冰片烯甲氧基硅烷结构单元为60mol%的聚合物,除此以外,与实施例1同样进行而得到了光波导。
(实施例4)
将紫外线的照射量减少至500mJ/cm2,并且作为聚合物使用将聚合物#1的各结构单元的摩尔比变更成己基降冰片烯结构单元为45mol%、二苯基甲基降冰片烯甲氧基硅烷结构单元为55mol%的聚合物,除此以外,与实施例1同样进行而得到了光波导。
(实施例5)
作为聚合物使用将聚合物#1的各结构单元的摩尔比变更成己基降冰片烯结构单元为30mol%、二苯基甲基降冰片烯甲氧基硅烷结构单元为70mol%的聚合物,除此以外,与实施例1同样进行而得到了光波导。
(实施例6)
将紫外线的照射量减少至300mJ/cm2,并且作为聚合物使用将聚合物#1的各结构单元的摩尔比变更成己基降冰片烯结构单元为40mol%、二苯基甲基降冰片烯甲氧基硅烷结构单元为60mol%的聚合物,除此以外,与实施例1同样进行而得到了光波导。
(实施例7)
将紫外线的照射量减少至500mJ/cm2,并且作为聚合物使用将聚合物#1的各结构单元的摩尔比变更成己基降冰片烯结构单元为30mol%、二苯基甲基降冰片烯甲氧基硅烷结构单元为70mol%的聚合物,除此以外,与实施例1同样进行而得到了光波导。
(实施例8)
将紫外线的照射量减少至100mJ/cm2,并且作为聚合物使用将聚合物#1的各结构单元的摩尔比变更成己基降冰片烯结构单元为60mol%、二苯基甲基降冰片烯甲氧基硅烷结构单元为40mol%的聚合物,除此以外,与实施例1同样进行而得到了光波导。
(实施例9)
将紫外线的照射量提高至1500mJ/cm2,并且作为聚合物使用将聚合物#1的各结构单元的摩尔比变更成己基降冰片烯结构单元为10mol%、二苯基甲基降冰片烯甲氧基硅烷结构单元为90mol%的聚合物,除此以外,与实施例1同样进行而得到了光波导。
(实施例10)
将紫外线的照射量提高至3000mJ/cm2,并且作为聚合物使用将聚合物#1的各结构单元的摩尔比变更成己基降冰片烯结构单元为5mol%、二苯基甲基降冰片烯甲氧基硅烷结构单元为95mol%的聚合物,除此以外,与实施例1同样进行而得到了光波导。
(实施例11)
作为光波导形成用组合物(第1组合物),使用由以下所示的方法制造的组合物,除此以外,与实施例1同样进行而得到了光波导。
将10g精制的上述聚合物#1称量于100mL的玻璃容器中,向其中加入40g的均三甲基苯、0.01g的抗氧化剂Irganox1076(Ciba-Geigy公司制)、2g的2官能氧杂环丁烷单体(式(15)所示的物质,东亚合成制,DOX、CAS#18934-00-4,分子量214,沸点119℃/0.67kPa)、光致产酸剂RhodorsilPhotoinitiator2074(Rhodia公司制,CAS#178233-72-2)(2.5E-2g,乙酸乙酯0.1mL中)并均匀地溶解后,利用0.2μm的PTFE滤器进行过滤,得到了清洁的光波导形成用组合物。
(实施例12)
作为光波导形成用组合物(第1组合物),使用由以下所示的方法制造的组合物,除此以外,与实施例1同样进行而得到了光波导。
将10g精制的上述聚合物#1称量于100mL的玻璃容器中,向其中加入40g的均三甲基苯、0.01g的抗氧化剂Irganox1076(Ciba-Geigy公司制)、2g的脂环式环氧单体(式(37)所示的物质,Daicel Chemical制、Celloxide2021P,CAS#2386-87-0,分子量252,沸点188℃/4hPa)、光致产酸剂RhodorsilPhotoinitiator2074(Rhodia公司制,CAS#178233-72-2)(2.5E-2g,乙酸乙酯0.1mL中)并均匀地溶解后,利用0.2μm的PTFE滤器进行过滤,得到了清洁的光波导形成用组合物。
(实施例13)
作为光波导形成用组合物(第1组合物),使用由以下所示的方法制造的组合物,除此以外,与实施例1同样进行而得到了光波导。
将10g精制的上述聚合物#1称量于100mL的玻璃容器中,向其中加入40g的均三甲基苯、0.01g的抗氧化剂Irganox1076(Ciba-Geigy公司制)、1g的环己基氧杂环丁烷单体(式(20)所示的物质,东亚合成制CHOX)、1g的脂环式环氧单体(Daicel Chemical制,Celloxide2021P)、光致产酸剂RhodorsilPhotoinitiator2074(Rhodia公司制,CAS#178233-72-2)(2.5E-2g,乙酸乙酯0.1mL中)并均匀地溶解后,利用0.2μm的PTFE滤器进行过滤,得到了清洁的光波导形成用组合物。
(实施例14)
作为光波导形成用组合物(第1组合物),使用由以下所示的方法制造的组合物,除此以外,与实施例1同样进行而得到了光波导。
首先,代替二苯基甲基降冰片烯甲氧基硅烷12.9g(40.1mmol)而使用苯基二甲基降冰片烯甲氧基硅烷10.4g(40.1mmol),除此以外,与实施例1同样合成聚合物。将得到的聚合物的结构单元示于下述式(103)。通过GPC测定的该聚合物的分子量为Mw=11万、Mn=5万。另外,各结构单元的摩尔比通过NMR确定,己基降冰片烯结构单元为50mol%、苯基二甲基降冰片烯甲氧基硅烷结构单元为50mol%。
Figure BDA00002946691300671
(实施例15)
代替光波导形成用组合物(第2组合物),使用由以下所示的方法合成的光波导形成用组合物(第3组合物),除此以外,与实施例1同样进行而得到了光波导。
(1)氧杂环丁烷系树脂的合成
将50g环己基氧杂环丁烷单体(上述式(20)所示的单体,东亚合成制CHOX、CAS#483303-25-9,分子量186,沸点125℃/1.33kPa)计量放入300mL可拆式烧瓶中,加入均三甲基苯50g进行密封。
接下来,在水分和氧浓度均被控制在1ppm以下、充满干燥氮的手套箱中,在100mL管形瓶中计量放入下述化学式(D)表示的催化剂0.40g(0.5mmol)和乙酸乙酯20mL,放入搅拌片进行密封,充分搅拌使催化剂完全溶解。
用注射器准确地计量该下述化学式(D)表示的催化剂溶液12.5mL,定量地注入溶解有上述氧杂环丁烷单体的烧杯中,在60℃搅拌1个半小时,结果确认有显著的粘度上升,得到了反应溶液。
Figure BDA00002946691300681
加入上述反应溶液和离子交换树脂(Organo公司制,EG-290-HG)50g搅拌30分钟,通过进行过滤而进行催化剂的去除,得到了聚合物溶液。
(2)光波导形成用组合物(第3组合物)的制造
接着,加入得到的聚合物溶液3g,除此以外,与第1组合物同样进行而得到了光波导形成用组合物(第3组合物)。
(实施例16)
将紫外线的照射量减少至500mJ/cm2,除此以外,与实施例15同样进行而得到了光波导。
(比较例1)
使用省略环己基氧杂环丁烷单体而成的光波导形成用组合物(第1组合物),并且代替光波导形成用组合物(第2组合物)使用Promerus公司制Avatrel2000P清漆,除此以外,与实施例1同样进行而得到了光波导。
应予说明,在得到的光波导中,芯部的折射率大致恒定,侧面包覆部的折射率也大致恒定。即,得到的光波导的芯层的宽度方向的折射率分布W为所谓的阶跃折射率(SI)型。
(比较例2)
曝光时,为了使曝光量连续变化而使用透射率连续变化的光掩模进行曝光,除此以外,与比较例1同样进行而得到了光波导。
应予说明,在得到的光波导中,侧面包覆部的折射率大致为恒定,另一方面,芯部的折射率从中央部向周边连续降低。即,得到的光波导的芯层的折射率分布W为所谓的渐变折射率(GI)型。
(比较例3)
曝光时,为了使曝光量连续变化而使用透射率连续变化的光掩模进行曝光,除此以外,与比较例1同样进行而得到了光波导。
应予说明,在得到的光波导中,折射率分布W具有多个极小值和极大值,芯部的折射率从中央部向周边连续降低,直到极小值,另一方面,在侧面包覆部,随着离开极小值,折射率连续增加。此外,对于极小值,折射率分布W的形状形成近V字形,其附近的折射率的变化不连续。
(参考例1)
在聚醚砜(PES)膜上用刮刀仅均匀地涂布光波导形成用组合物(第1组合物)后,投入55℃的干燥机中10分钟。完全除去溶剂后,压合光掩模,以1300mJ/cm2选择性地照射紫外线。除去掩模,在干燥机中以150℃进行1.5小时的加热。确认加热后显现了非常鲜明的波导图案。另外,确认了芯部和侧面包覆部的形成。此外,掩模使用与实施例1相同的掩模,形成的光波导是并列8根芯部而形成的光波导。另外,芯部的宽度设为50μm、侧面包覆部的宽度设为80μm、芯层的厚度设为50μm。这样形成的仅是芯层,得到了省略包覆层的光波导。
另外,对得到的芯层的横截面,利用干涉显微镜沿其厚度方向的中心线获得宽度方向的折射率分布W。其结果,折射率分布W具有多个极小值和极大值,折射率连续变化。
(参考例2)
(下侧包覆层的作制)
利用刮刀在硅晶圆上均匀涂布光波导形成用组合物(第2组合物)后,投入55℃的干燥机中10分钟。完全除去溶剂后,在涂布的整面照射紫外线100mJ,在干燥机中以120℃加热1小时,使涂膜固化,形成下侧包覆层。形成的下侧包覆层的厚度为20μm,为无色透明。
(芯层的作制)
利用刮刀在上述下侧包覆层上均匀涂布光波导形成用组合物(第1组合物)后,投入55℃的干燥机中10分钟。完全除去溶剂后,压合光掩模,以1300mJ/cm2选择性地照射紫外线。除去掩模,在干燥机中以150℃进行1.5小时的加热。确认加热后显现了非常鲜明的波导图案。另外,确认了芯部和侧面包覆部的形成。此外,形成的光波导是并列8根芯部而形成的光波导。另外,芯部的宽度设为50μm、侧面包覆部的宽度设为80μm、芯层的厚度设为50μm。
(上侧包覆层的作制)
将在聚醚砜(PES)膜上以预干燥厚度成为20μm的方式层叠光波导形成用组合物(第2组合物)而得到的干膜贴合于上述芯层,投入设定为140℃的真空层压机中进行热压合。然后,对整面照射100mJ的紫外线,在干燥机中以120℃加热1小时,使光波导形成用组合物(第2组合物)固化,形成上侧包覆层,得到了光波导。
此外,从得到的光波导切出长度10cm部分。
(折射率分布的评价)
然后,对得到的光波导的芯层的横截面,利用干涉显微镜沿着其厚度方向的中心线得到了宽度方向的折射率分布W。其结果,折射率分布W具有多个极小值和极大值,折射率连续变化。
另一方面,对于光波导的横截面,利用干涉显微镜沿着在上下方向通过该芯部的宽度中心的中心线得到了厚度方向的折射率分布T。其结果,折射率分布T在与芯部对应的区域中以大致恒定的值推移,在与各包覆层对应的区域,也以比与芯部对应的区域的折射率低的大致恒定的值推移。即,得到的光波导的厚度方向的折射率分布为所谓的阶跃折射率型。
对于在以上的各实施例、各比较例和各参考例中得到的光波导,将制造条件示于表1。
[表1]
Figure BDA00002946691300721
2.评价
2.1光波导的折射率分布
对于得到的光波导的芯层的横截面,沿着其厚度方向的中心线,利用干涉显微镜测定折射率分布,得到了芯层的横截面的宽度方向的折射率分布。此外,得到的折射率分布在每个芯部重复同样的折射率分布图案,所以从得到的折射率分布切出一部分,将其作为折射率分布W。折射率分布W的形状是如图2所示的4个极小值和5个极大值交替排列的形状。
接着,由得到的折射率分布W求出各极小值Ws1、Ws2、Ws3、Ws4和各极大值Wm1、Wm2、Wm3、Wm4、Wm5,并求出包覆部的平均折射率WA。
另外,在折射率分布W中,分别测定了形成于芯部的极大值Wm2、Wm4附近的折射率具有平均折射率WA以上的值的部分的宽度a[μm]、以及各极小值Ws1、Ws2、Ws3、Ws4附近的折射率具有小于平均折射率WA的值的部分的宽度b[μm]。
将光波导的宽度方向的折射率分布W的参数示于表2。
[表2]
Figure BDA00002946691300741
另外,对于得到的光波导的横截面,利用干涉显微镜,沿着在上下方向贯通其芯部的宽度中心的中心线测定折射率分布,得到了光波导的横截面的厚度方向的折射率分布T。
其结果,在各实施例中得到的光波导的折射率分布W分别在其整体上折射率的变化连续。
另一方面,在各实施例中得到的光波导的折射率分布T分别为渐变折射率型。
另外,在比较例1中得到的光波导的折射率分布W如上所述为阶跃折射率型,另一方面,折射率分布T为渐变折射率型。
另外,在比较例2中得到的光波导的折射率分布W如上所述为渐变折射率型,另一方面,折射率分布T也为渐变折射率型。
另外,在比较例3中得到的光波导的折射率分布W具有多个极小值和极大值,并且,在芯部与侧面包覆部之间折射率不连续地变化,另一方面,折射率分布T为渐变折射率型。
另外,在参考例1中得到的光波导的折射率分布W是与各实施例中得到的光波导的折射率分布W相同的形状,另一方面,由于省略了包覆层,所以未测定折射率分布T。
另外,在参考例2中得到的光波导的折射率分布W也是与各实施例中得到的光波导的折射率分布W相同的形状,但折射率分布T为阶跃折射率型。
2.2光波导的传送损失
将由850nmVCSEL(面发光激光)发出的光经由50μm直径的光纤导入所得到的光波导中,以200μm直径的光纤接收光,测定光的强度。接着,利用回切法测定传送损失。其后,以光波导的长边方向为横轴、以插入损失为纵轴进行作图,则测定值排列在直线上,由其斜率计算出传送损失。
2.3脉冲信号的波形的保持性
对于得到的光波导,从激光脉冲光源射入脉冲宽度1ns的脉冲信号,测定射出光的脉冲宽度。
然后,对于测定的射出光的脉冲宽度,算出将比较例1中得到的光波导(阶跃折射率型的光波导)的测定值作为1时的相对值,根据以下的评价基准对其进行评价。
<脉冲宽度的评价基准>
◎:脉冲宽度的相对值为小于0.5
○:脉冲宽度的相对值为0.5以上且小于0.8
△:脉冲宽度的相对值为0.8以上且小于1
×:脉冲宽度的相对值为1以上
将以上2.2和2.3的评价结果和厚度方向的折射率分布T的参数示于表3。
[表3]
Figure BDA00002946691300771
由表3可知,在各实施例中得到的光波导中,与在各比较例中得到的光波导相比,确认了传送损失和脉冲信号的钝化分别被抑制。
2.4光波导的射出光的强度分布
对于得到的光波导的射出侧端面,测定了向8个芯部中的1个射入光时的射出光的强度分布。
此外,射出光的强度分布的测定如下进行。
图13是用于说明测定光波导的射出侧端面的射出光的强度分布的方法的图。
在图13所示的方法中,首先,与测定对象光波导1的射入侧端面1a的芯部14的1个对置地配置直径50μm的射入侧光纤21。该射入侧光纤21与用于对光波导1射入光的发光元件(未图示)连接,其光轴与芯部14的光轴一致地配置。
另一方面,在光波导1的射出侧端面1b,与其对置地配置直径62.5μm的射出侧光纤22。该射出侧光纤22与用于接受从光波导1射出的射出光的受光元件(未图示)连接,其光轴与光波导1的芯层的厚度方向的中心线对准。接着,射出侧光纤22构成为:将与射出侧端面1b的间隔距离维持一定,同时能够扫描包含其中心线的面内。
接着,从射入侧光纤21对芯部之一射入光,同时扫描射出侧光纤22。接着,通过对射出侧光纤22的位置测定以受光元件测定得到的射出光的强度,从而能够获得相对于射出侧端面1b的位置的射出光的强度分布。
将如上测定的射出光的强度分布示于图14。应予说明,图14中代表地示出实施例1、比较例1和比较例2中得到的光波导中测定的射出光的强度分布。
由图14可知,实施例1中得到的光波导中,确认了交调失真均充分得到抑制。另外,实施例1中得到的光波导中,确认了与射入光的芯部14(图14的中央的芯部14)相邻的芯部14中的射出光的强度小于与该芯部14邻接且位于与上述射入光的芯部14相反侧的侧面包覆部15中的射出光的强度。推测这是因为,实施例1中得到的光波导中,侧面包覆部15具有小于芯部14的值的极大值并且折射率分布连续变化,因此以往漏到相邻芯部14而成为“交调失真”的光聚集在侧面包覆部15,结果防止了交调失真的发生。因此,用实施例1中得到的光波导能够防止通道间的干扰。
此外,在实施例1中得到的光波导中,观测到了射出光的一部分聚集在侧面包覆部15的状态,通常,与光波导连接的受光元件以与各芯部14的射出侧端面对置的方式连接,不与侧面包覆部15连接。因此,即使光聚集于侧面包覆部15,也不会交调失真,能够抑制干扰。
另外,虽然未图示,但是在其他实施例中得到的光波导中,也与实施例1同样,交调失真被充分抑制。
另一方面,在比较例1、2中得到的光波导中,在与射入光的芯部14相邻的芯部14中,存在射出光的强度分布的极大值,能够观测到漏出的光(交调失真)。
另外,虽然未图示,在比较例3中得到的光波导中也观测到了交调失真。
此外,对于将实施例1的条件进行下述的变更而制造的光波导,无法得到充分的特性。
·紫外线的照射量:500mJ/cm2
·多色成型体的紫外线照射前的干燥条件:45℃×15分钟
·第1组合物中的聚合引发剂的添加量:1.36E-2g
3.其他实施例
3.1光波导的制造
(实施例A)
(1)光波导形成用组合物(第1组合物)的制造
将20g的新日铁化学(株)制YP-50S、5g的大赛璐化学工业(株)制Celloxide2021P和0.2g(株)ADEKA制ADEKA OPTOMER-SP-170投入甲基异丁酮80g中并搅拌溶解,用0.2μm孔径的PTFE滤器过滤,得到了清洁且无色透明的光波导形成用组合物(第1组合物)。
(2)光波导形成用组合物(第2组合物)的制造
将20g的大赛璐化学工业(株)制Celloxide2081、0.6g的(株)ADEKA公司制ADEKA OPTOMER-SP-170、80g的甲基异丁酮搅拌混合,用0.2μm孔径的PTFE滤器过滤,得到了清洁且无色透明的光波导形成用组合物(第2组合物)。
(3)光波导的制造
使用制造的光波导形成用组合物。利用图6所示的模涂机,在厚度25μm的聚酰亚胺膜上进行多色挤出成型。由此,得到了将第1组合物作为中间层、将第2组合物作为下层和上层的多色成型体。将其投入55℃的干燥器中10分钟。完全除去溶剂后,压合在整面描绘有线为50μm、间隙为50μm的直线图案的光掩模,使用平行曝光机,以照射量为500mJ/cm2的方式照射紫外线。然后,除去掩模,投入150℃的烘箱中30分钟后取出,确认显现出鲜明的波导图案。得到的光波导的厚度为70μm。
(实施例B)
(1)聚合物的合成
在可拆式烧瓶中投入20.0g的甲基丙烯酸甲酯、30.0g的甲基丙烯酸苄酯和450g的甲基异丁酮,搅拌混合后,用氮气取代而得到单体溶液。另一方面,作为聚合引发剂,将偶氮二异丁腈0.25g溶解于甲基异丁酮10g,用氮气取代而得到了引发剂溶液。然后,一边搅拌上述单体溶液,一边加热至80℃,将上述引发剂溶液利用注射器添加到单体溶液中,。直接在80℃加热搅拌1小时后冷却,得到了聚合物溶液。
接着,在烧杯中准备5L的异丙醇,在常温下用搅拌机一边搅拌,一边滴加上述聚合物溶液。滴加结束后也继续搅拌30分钟,然后取出沉淀的聚合物,用真空干燥机在减压下以60℃干燥8小时而得到了聚合物A1。
(2)光波导形成用组合物(第2组合物)的制造
将20g的互应化学工业(株)制的水性丙烯酸酯树脂溶液RD-180、20g的异丙醇和0.4g的Nisshinbo Chemical株式会社制CARBODILITEV-02-L2搅拌混合,用0.2μm孔径的PTFE滤器过滤,得到了清洁且无色透明的光波导形成用组合物(第2组合物)。
(3)光波导形成用组合物(第1组合物)的制造
将20g的在(1)的方法中得到的聚合物A1、5g的甲基丙烯酸环己酯和0.2g的BASF JAPAN(株)制IRGACURE651投入甲基异丁酮80g中并搅拌溶解,用0.2μm孔径的PTFE滤器过滤,得到了清洁且无色透明的光波导形成用组合物(第1组合物)。
(4)光波导的制造
使用制造的光波导形成用组合物,利用图6所示的模涂机,在厚度25μm的聚酰亚胺膜上进行多色挤出成型。由此,得到了将第1组合物作为中间层、将第2组合物作为下层和上层的多色成型体。将其投入55℃的干燥器中10分钟。将溶剂完全除去后,压合在整面描绘有线为50μm、间隙为50μm的直线图案的光掩模,使用平行曝光机,以照射量为500mJ/cm2的方式照射紫外线。然后,除去掩模,投入150℃的烘箱中30分钟后取出,确认显现出鲜明的波导图案。得到的光波导的厚度为70μm。
(实施例C)
首先,代替甲基丙烯酸苄酯而使用甲基丙烯酸2-(全氟己基)乙酯,除此以外,与实施例B的(1)同样进行,得到了合成的聚合物A2。
以下,代替聚合物A1而使用聚合物A2,除此以外,与实施例B同样进行而得到了光波导。
3.2评价
(光波导的传送损失)
将由850nmVCSEL(面发光激光)发出的光经由50μm直径的光纤导入到实施例A~C所得到的光波导中,以200μm直径的光纤接收光,测定光的强度。接着,利用回切法测定传送损失。其后,以波导长度为横轴、以插入损失为纵轴进行作图,则测定值排列在直线上,由其斜率计算出各光波导的传送损失均是0.05dB/cm。
另外,在实施例A~C中,将折射率分布的参数与1.的实施例同样进行变更,结果得到了与2.相同趋势的评价结果。
(脉冲信号的波形的保持性)
对于实施例A~C中得到的光波导,用与2.3相同的方法评价脉冲信号的波形的保持性,结果确认了脉冲信号的钝化均小。
另外,在实施例A~C中,将折射率分布的参数与1.的实施例同样地进行变更,结果得到了与2.相同的趋势的评价结果。
产业上的利用可能性
根据本发明,由于抑制了传送损失和脉冲信号的钝化,所以能够得到能够进行高品质的光通信的可靠性高的光波导。另外,根据本发明,能够得到可靠性高的电子设备。因此,本发明具有产业上的可利用性。符号说明
1                              光波导
1a                             射入侧端面
1b                             射出侧端面
11、12                         包覆层
13                             芯层
14                             芯部
141、142                       芯部
15                             侧面包覆部
151、152、153                  侧面包覆部
16                             芯部缺损部
17                             反射镜
170                            凹部
2                              支撑膜
3                              覆盖膜
800                            模涂机(多色挤出成型装置)
810                            模头
811                            上唇部
812                            下唇部
820                            歧管
821                            狭缝
830                            混合单元
831                            第1供给管
832                            第2供给管
835                            连接部
836                               销
840                               输送部
841                               辊
842                               输送膜
901、902                          光波导形成用组合物
910                               层
914                               多色成型体
914a                              第1成型层
914b                              第2成型层
914c                              第3成型层
914d                              第4成型层
914e                              第5成型层
915                               聚合物
920                               添加剂
930                               活性放射线
935                               掩模(遮挡)
9351                              开口(窗)
925                               照射区域
9251、9252、9253                  照射区域
940                               未照射区域
9403                              未照射区域
951                               支撑基板
21                                射入侧光纤
22                                射出侧光纤
C1、C2                            中心线
W                                 折射率分布
WA                                包覆部的平均折射率
T、T’                            折射率分布
T1                                第1部分
T2                                第2部分
H                                 高折射率部
L                                 低折射率部
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.(修改后)一种光波导,其特征在于,具有芯层和包覆层,
所述芯层具备传送光信号的呈长条状的芯部和与该芯部的两侧面邻接的侧面包覆部,
所述包覆层分别层叠在该芯层的两面,
所述芯层中,所述芯部和所述侧面包覆部使用同一树脂材料形成,
所述芯层的横截面的宽度方向的折射率分布W具有2个极小值、第1极大值、和小于该第1极大值的2个第2极大值,并具有这些值以一个第2极大值、一个极小值、所述第1极大值、另一个极小值、另一个第2极大值的顺序排列的区域,该区域中,以包含所述第1极大值的方式被所述2个极小值夹持的区域为所述芯部,从所述各极小值到与该各极小值相邻的所述2个第2极大值侧的区域为所述侧面包覆部,所述各极小值小于所述侧面包覆部的平均折射率,并且,在所述折射率分布整体上折射率连续地变化,
所述光波导的横截面的所述芯部所位于的区域中的厚度方向的折射率分布T具有第3极大值、折射率从该第3极大值的位置向所述包覆层连续地降低的第1部分、以及比该第1部分更靠近光波导的两面侧且折射率大致恒定的第2部分,与所述第3极大值和所述第1部分对应的区域为所述芯部,与所述第2部分对应的区域为所述包覆层。
2.根据权利要求1所述的光波导,其中,所述折射率分布W中,在与所述侧面包覆部对应的区域,所述第2极大值位于与所述芯部的界面附近以外。
3.根据权利要求2所述的光波导,其中,所述折射率分布W中,在与所述侧面包覆部对应的区域,所述第2极大值位于该区域的中心部,并且,折射率以从所述第2极大值向所述极小值连续地降低的方式变化。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的光波导,其中,所述极小值与所述侧面包覆部的平均折射率之差为所述极小值与所述第1极大值之差的3~80%。
5.根据权利要求4所述的光波导,其中,所述极小值与所述第1极大值的折射率差为0.005~0.07。
6.根据权利要求1~5中任一项所述的光波导,其中,采用所述横截面的宽度方向的位置作为横轴、并采用所述横截面的折射率作为纵轴时,
所述折射率分布W在所述第1极大值附近形成向上凸的近U字形,在所述极小值附近形成向下凸的近U字形。
7.根据权利要求1~5中任一项所述的光波导,其中,所述第1极大值包含在顶部附近折射率实质上不发生变化的平坦部,
所述平坦部的长度为100μm以下。
8.根据权利要求1~7中任一项所述的光波导,其中,所述折射率分布W中,将所述第1极大值附近的折射率具有所述侧面包覆部的平均折射率以上的值的部分的宽度设为aμm、并将所述极小值附近的折射率具有小于所述侧面包覆部的平均折射率的值的宽度设为bμm时,b为0.01a~1.2a。
9.根据权利要求1~8中任一项所述的光波导,其中,所述折射率分布T中的所述第3极大值位于与所述芯部对应的区域的中心部。
10.根据权利要求1~9中任一项所述的光波导,其中,所述折射率分布T中,所述第3极大值与所述第2部分的折射率差大于所述折射率分布W中所述第1极大值与所述极小值的折射率差。
11.根据权利要求1~10中任一项所述的光波导,其中,所述芯层具有多个所述芯部和分别与该各芯部的两侧面邻接的多个所述侧面包覆部。
12.一种电子设备,其特征在于,具备权利要求1~11中任一项所述的光波导。

Claims (12)

1.一种光波导,其特征在于,具有芯层和包覆层,
所述芯层具备芯部和与该芯部的两侧面邻接的侧面包覆部,
所述包覆层分别层叠在该芯层的两面,
所述芯层的横截面的宽度方向的折射率分布W具有至少2个极小值、至少1个第1极大值、和小于所述第1极大值的至少2个第2极大值,并具有这些值以第2极大值、极小值、第1极大值、极小值、第2极大值的顺序排列的区域,该区域中,以包含所述第1极大值的方式被所述2个极小值夹持的区域为所述芯部,从所述各极小值到所述第2极大值侧的区域为所述侧面包覆部,所述各极小值小于所述侧面包覆部的平均折射率,并且,在所述折射率分布整体上折射率连续地变化,
所述光波导的横截面的厚度方向的折射率分布T具有第3极大值、折射率从该第3极大值的位置向所述包覆层连续地降低的第1部分、以及比该第1部分更靠近光波导的两面侧且折射率大致恒定的第2部分,与所述第3极大值和所述第1部分对应的区域为所述芯部,与所述第2部分对应的区域为所述包覆层。
2.根据权利要求1所述的光波导,其中,所述折射率分布W中,在与所述侧面包覆部对应的区域,所述第2极大值位于与所述芯部的界面附近以外。
3.根据权利要求2所述的光波导,其中,所述折射率分布W中,在与所述侧面包覆部对应的区域,所述第2极大值位于该区域的中心部,并且,折射率以从所述第2极大值向所述极小值连续地降低的方式变化。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的光波导,其中,所述极小值与所述侧面包覆部的平均折射率之差为所述极小值与所述第1极大值之差的3~80%。
5.根据权利要求4所述的光波导,其中,所述极小值与所述第1极大值的折射率差为0.005~0.07。
6.根据权利要求1~5中任一项所述的光波导,其中,采用所述横截面的宽度方向的位置作为横轴、并采用所述横截面的折射率作为纵轴时,
所述折射率分布W在所述第1极大值附近形成向上凸的近U字形,在所述极小值附近形成向下凸的近U字形。
7.根据权利要求1~5中任一项所述的光波导,其中,所述第1极大值包含在顶部附近折射率实质上不发生变化的平坦部,
所述平坦部的长度为100μm以下。
8.根据权利要求1~7中任一项所述的光波导,其中,所述折射率分布W中,将所述第1极大值附近的折射率具有所述侧面包覆部的平均折射率以上的值的部分的宽度设为aμm、并将所述极小值附近的折射率具有小于所述侧面包覆部的平均折射率的值的宽度设为bμm时,b为0.01a~1.2a。
9.根据权利要求1~8中任一项所述的光波导,其中,所述折射率分布T中的所述第3极大值位于与所述芯部对应的区域的中心部。
10.根据权利要求1~9中任一项所述的光波导,其中,所述折射率分布T中,所述第3极大值与所述第2部分的折射率差大于所述折射率分布W中所述第1极大值与所述极小值的折射率差。
11.根据权利要求1~10中任一项所述的光波导,其中,所述芯层具有多个所述芯部和分别与该各芯部的两侧面邻接的多个所述侧面包覆部。
12.一种电子设备,其特征在于,具备权利要求1~11中任一项所述的光波导。
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