DE19732506B4

DE19732506B4 - Verfahren zur Herstellung von Multimode-Wellenleitern und Wellenleiterstrukturen

Info

Publication number: DE19732506B4
Application number: DE19732506A
Authority: DE
Inventors: Jörg Dr. Moisel
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: VARIO-OPTICS AG, HEIDEN, CH
Priority date: 1997-07-29
Filing date: 1997-07-29
Publication date: 2005-05-19
Anticipated expiration: 2017-07-30
Also published as: DE19732506A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung von Wellenleitern oder Wellenleiterstrukturen, bei welchem auf einen Träger eine Schicht aus flüssigem, lichtempfindlichem Material aufgebracht wird,
bei welchem durch eine Belichtung das lichtempfindliche Material ausgehärtet wird,
bei welchem der beschichtete Träger und das Bild der Lichtquelle relativ zueinander bewegt werden und durch die Spur des Bildes der Lichtquelle in der Schicht Wellenleiter und Wellenleiterstrukturen gebildet werden, und
bei welchem nach erfolgter Belichtung das nicht ausgehärtete Material entfernt wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine inkohärente Lichtquelle einer Belichtungsvorrichtung (4) in die Schicht (2) aus lichtempfindlichem Material abgebildet wird und Multimode-Wellenleiter (5) oder Wellenleiterstrukturen (5) mit einem trapezförmigen Querschnitt gebildet werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Wellenleitern und Wellenleiterstrukturen.

Die Erfindung findet Verwendung in der optischen Datenübertragung, wo Verzweiger, Koppler u.a. mit Ausdehnung von wenigen Zentimetern bis ca. 1m benötigt werden. Für diese Anwendungen eignen sich bevorzugt Multimode-Wellenleiter. Für längere Verbindungen werden derzeit Fasern aus Glas oder Polymer verwendet, für kurze Verbindungen (bis zu ca. 15 cm) werden Herstellungsverfahren verwendet, die mit Waferprozessen kompatibel sind. Für Wellenleiterstrukturen großer Ausdehnung sind keine Herstellungsverfahren bekannt.

Aus einer Veröffentlichung von L. Eldada et al. in J.of Lightwave Technology, Vol. 14 (1996) Nr.7, S. 1704-1713 ist ein Verfahren bekannt, mit dem Wellenleiterstrukturen mittels UV-Laser ähnlich einem Stiftplotter direkt in ein Substrat geschrieben werden. Mit diesem Verfahren werden Singlemode- Wellenleiter einer maximalen Länge von 20 mm hergestellt. Aufgrund der Verwendung eines Laserstrahls mit gaußförmigem Profil können keine Wellenleiter mit steilen Flanken hergestellt werden.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem Multimode-Wellenleiter und -Strukturen großer Ausdehnung und steilen Flanken, sowie geringer Dämpfung hergestellt werden.

Die Erfindung ist in Patentanspruch 1 beschrieben. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen enthalten.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine inkohärente UV-Lichtquelle, zB. eine Quecksilberdampflampe verwendet. Die Lichtquelle wird in ein auf einem Träger aufgebrachten, flüssigen, UV-empfindlichen Material abgebildet. Der beschichtete Träger und das Bild der Lichtquelle werden relativ zueinander bewegt, derart, daß die Spur des Bildes in dem beschichteten Trägermaterial den Wellenleiter ergibt. Das Material der lichtempfindlichen Schicht wird durch die Belichtung ausgehärtet. Nach erfolgter Belichtung wird das nicht ausgehärtete Material entfernt.

Die Erfindung hat folgende Vorteile:

– durch die Verwendung der inkohärenten Lichtquelle werden die Herstellungskosten reduziert
– durch die Verwendung von flüssigem, lichtempfindlichem Material werden bei der Belichtung glatte Seitenwände der Wellenleiter erzielt, was zu einer geringen Dämpfung im Wellenleiter führt
– durch die relative Bewegung von beschichtetem Träger und Bild der Lichtquelle ist die Herstellung von großflächigen Strukturen möglich. Da keine Masken zur Struktu rierung notwendig sind, sind die Wellenleiter auch auf gekrümmten Trägern herstellbar. Die Krümmung ist durch die Viskosität der verwendeten Materials begrenzt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben unter Bezugnahme auf schematische Zeichnungen.

In 1 sind die einzelnen Prozeßschritte dargestellt. Auf einem Träger 1 aus z.B. Glas, Plexiglas, Blech, Folie, Leiterplattenmaterial wird ein lichtempfindliche Schicht 2 aus z.B. UV-aushärtbarem Polymer aufgetragen (1b, 1c). Die Schichtdicke beträgt die gewünschte Höhe der Wellenleiter von beispielsweise 0.25 mm. Die Schicht wird z.B. mit einer Rakel geglättet oder mit Siebdruckverfahren aufgebracht. Wenn das Trägermaterial unzulängliche optische Eigenschaften besitzt, wird vorher mit dem gleichen Verfahren eine Pufferschicht 1a aufgebracht (1a). Die Belichtung des beschichteten Trägermaterials erfolgt mit einer Belichtungsvorrichtung 4 (1d), die z.B. aus einer schrittmotorgesteuerten xy-Verschiebeeinheit, einer inkohärenten UV-Lichtquelle (z.B. Quecksilberdampflampe mit Lichtleiter und Verschluß) und einem Mikroskopobjektiv besteht. Der beschichtete Träger wird durch die Verschiebeeinheit angesaugt. Die Lichtaustrittsfläche des Lichtleiters der UV-Lampe wird mit dem Mikroskopobjektiv in die Polymerschicht abgebildet. Die Wellenleiterbreite ergibt sich aus dem Duchmesser des Lichtleiters und der Verkleinerung durch das Mikroskopobjektiv ( z.B. 1 cm/40 = 0.25 mm). Die geometrische Form des Wellenleiters ergibt sich aus der Lage des Fokusses in der Schicht. Die Fokussierung ist z.B. auf der Oberseite oder Unterseite der lichtempfindlichen Schicht des Trägers möglich (2a, b). Es ergibt sich dabei vorzugsweise ein trapezförmiger Querschnitt des Wellenleiters 5, dessen Steilheit der Flanken einstellbar ist. Nach Öffnen des Verschlusses der Lichtquelle wird der Träger mit der Belichtungsvorrichtung in der gewünschten Struktur abgefahren.
Die Geschwindigkeit der Belichtung ist gegeben durch die Leistung der Lichtquelle, die Größe des Wellenleiters oder der Wellenleiterstruktur und die zur Aushärtung notwendige UV-Dosis. Beispielsweise werden Geschwindigkeiten von 20cm/min erreicht.
Das Bild der Lichtquelle härtet des lichtempfindliche Material aus. Die Spur des Bildes der Lichtquelle bildet somit den Wellenleiter. Nach der Belichtung wird das unbelich tete Material auf dem Träger mit Lösungsmittel entfernt und der Wellenleiter 5 oder die Wellenleiterstruktur 5 wird freigelegt (1e). Die Wellenleiter 5 können anschließend mit einer Deckschicht 6 (1f) beschichtet werden. Es kann jedoch auch Luft als Mantelmaterial verwendet werden. Das Material des Wellenleiters 5 muß jedoch einen höheren Brechungsindex als das umgebende Material besitzen.
Die Erfindung ist nicht auf das angegebene Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern es können andere Beschichtungsmaterialien, sowie andere geometrische Formen der Wellenleiter erzeugt werden. Weiterhin werden mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verzweigte Wellenleiterstrukturen wie z.B. Verzweiger und Sternkoppler hergestellt.

Claims

Verfahren zur Herstellung von Wellenleitern oder Wellenleiterstrukturen, bei welchem auf einen Träger eine Schicht aus flüssigem, lichtempfindlichem Material aufgebracht wird, bei welchem durch eine Belichtung das lichtempfindliche Material ausgehärtet wird, bei welchem der beschichtete Träger und das Bild der Lichtquelle relativ zueinander bewegt werden und durch die Spur des Bildes der Lichtquelle in der Schicht Wellenleiter und Wellenleiterstrukturen gebildet werden, und bei welchem nach erfolgter Belichtung das nicht ausgehärtete Material entfernt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine inkohärente Lichtquelle einer Belichtungsvorrichtung (4) in die Schicht (2) aus lichtempfindlichem Material abgebildet wird und Multimode-Wellenleiter (5) oder Wellenleiterstrukturen (5) mit einem trapezförmigen Querschnitt gebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenleiter (5) oder die Wellenleiterstrukturen (5) mit insbesonderen einstellbar steilen Flächen hergestellt werden.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine flüssige, lichtempfindliche Polymer-Schicht (2) auf den Träger (1) aufgetragen wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine UV-Lichtquelle verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der beschichtete Träger (1) auf einer in der Belichtungsvorrichtung (4) enthaltenen Verschiebeeinheit angesaugt wird, dass die Austrittsfläche des Lichtleiters der Lichtquelle mit einem in der Belich tungsvorrichtung (4) enthaltenen Mikroskopobjektiv in dem beschichteten Trägermaterial abgebildet wird, dass die Lichtquelle geöffnet wird und das beschichtete Trägermaterial mit einer bestimmten Wellenleiterstruktur (5) belichtet wird derart, daß die Wellenleiterstruktur (5) durch die Spur des Bildes der Lichtquelle in dem beschichteten Trägermaterial gebildet wird, und dass anschließend das unbelichtete Material der lichtempfindlichen Schicht (2) entfernt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der Multimode-Wellenleiter (5) oder der Wellenleiterstrukturen (5) durch den Durchmesser eines Lichtleiters und der Verkleinerung durch ein Mikroskopobjektiv eingestellt wird, und dass die geometrische Form der Multimode-Wellenleiter (5) oder Wellenleiterstrukturen (5) durch die Lage des Fokusses in der lichtempfindlichen Schicht (2) gebildet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Deckschicht (6) auf die Wellenleiterstruktur (5) aufgebracht wird.