DE3011166A1

DE3011166A1 - Verfahren zur herstellung einer optischen wellenleiteranordnung

Info

Publication number: DE3011166A1
Application number: DE19803011166
Authority: DE
Inventors: Gregory L Tangonan; Shi-Yin Wong
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1979-04-02
Filing date: 1980-03-22
Publication date: 1980-10-16
Also published as: FR2453434B1; FR2453434A1; GB2045966A; GB2045966B; JPS55159404A; JPS597362B2

Description

Arimelderin: Stuttgart,

Hughes Aircraft Company P ?.8?3 S/V/e

Centinela Avenue and Teale Street Culver City, Caiifornien, V.St.A.

Vertreter: Kohler-Schwindling-Späth

Patentanwälte
Hohentwieistraße ^41
7000 Stuttgart 1

Verfahren zur Herstellung einer optischen Welienieiteranordnung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer optischen Welienieiteranordnung mit vorgegebener ebener Gestalt, insbesondere zur Herstellung einer ebenen Y-Verzweigung.

ORiGINAL IMOF¹ROTg 03: :42/0698

Die Erfindung besteht darin, daß auf ein Substrat eine Schicht eines organischen, photoaktiven Stoffes, der polymerisierbar ist und im polymerisieren Zustand ein wellenieitendes Material bildet, in einer bestimmten Dicke aufgebracht wird, daß diese Schicht mit einer die Polymerisation des Materials bewirkenden UV-Strahlung durch eine die ebene Gestalt definierende Maske hindurch bestrahlt wird und daß dann die unbelichteten Abschnitte der Schicht durch Entwikkein entfernt werden, so daß die optische V/ellenieiteranordnung mit vorgegebener ebener Gestalt zurückbleibt.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß es sehr einfach ist und wenig Kosten verursacht und zugleich mit hoher Genauigkeit reproduzierbare Wellenieiteranordnungen ergibt und an die verschiedensten Zwecke anpaßbar ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben und erlüutert. Die der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmenden Merkmaie können bei anderen Ausführungsformen der Erfindung einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination Anwendung finden. Es zeigen

Fign. 1a, 1b und 1c eine schematische Darstellung der wichtigsten Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens und

Fig. 2 eine isometrische Ansicht einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten, ebenen Y-Verzweigung.

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Fig. 1a zeigt ein Substrat 10, das aus Glas, Quarzglas oder Natronkalkglas bestehen kann und auf das eine Schicht 1? aufgebracht worden ist, die aus einem organischen, photoaktiven Stoff besteht, der in der Lage ist, im polymerisierten Zustand ein wellenleitendes Material zu bilden. Dieser photoaktive Stoff umfaßt

1. einen Kunststoff wie Poiyraethylmethacryiat oder Polyvinylacetat, der für Licht im sichtbaren und nahen Infrarotbereich durchlässig ist, also im Rereich der Wellenlängen von 0,4 bis 2,5 Jim,

2. einen Photosensibiiisator wie Phenylgiyoxylylsriure oder deren Derivate, der das Absorptionsvermögen des Kunststoffes erhöht, und, bei Bedarf,

3. ein Photopolymer wie "Photozid",bei dem es

sich um das Reaktionsprodukt eines Maleinsäure-Anhydrid-Copolymeren mit einem endständige Hydroxylgruppen aufweisenden Arensulfonyloxid handelt, das von der Firma Upjohn Company in Kalamazoo, Michigan, V.St.A., bezogen werden kann.

Die Zusammensetzung dieses photoaktiven Stoffes kann verändert werden, um der endgültigen Anordnung die gewünschten welienleitenden Eigenschaften zu geben. So kann beispielsweise eine nach der Erfindung hergestellte Welienleiteranordnung optische Phasen aufnehmen, die verschiedene Brechungsindizes haben. Die organische, photoaktive Schicht 1? wird aufgebracht, indem das Substrat 10 in eine Lösung des photoaktiven Stoffes eingetaucht wird. Der photoaktivc Stoff

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wird in einer Dicke von 60 bis 100 jura aufgebracht, damit die daraus hergestellte Anordnung mit üblichen Glas- und FCunststoffasern kompatibel ist, die einen typischen Durchmesser von 60 bis 100 Jim aufweisen. Der aufgebrachte photoaktive Stoff kann von der Rück- oder Unterseite des Substrats 10 durch Waschen mit Aceton entfernt werden, wie es Fig. 1a zeigt. Es ist aber auch möglich, den photoaktiven Stoff auf der Rückseite des Substrats zu belassen.

Unter Anwendung bekannter photoiithographischer Verfahren, wie sie beispielsweise in dem Buch von William S. DeForest: "Photoresist Materials and Processes", McGraw-Hill Book Company, New York, 1975, beschrieben sind, kann als nächstes das Gebilde nach Fig. 1a durch eine Maske 14 hindurch einem Strahl 16 ultravioletten Lichtes ausgesetzt werden. Die kontaktfreie Maske 14 wird in einem Abstand von 1 bis 10_um vom Substrat 10 gehalten und definiert die geometrische Gestalt der herzustellenden Welienleiteranordnung, wie es Fig. 1b zeigt, da die bestrahlten Abschnitte des photoaktiven Stoffes durch Polymerisation das wellenleitende Material ergeben. Wenn die■ Weiienleiterariordnung eine Y-förmige Gestalt haben soll, muß demnach die Maske 14 eine entsprechende, Y-formige öffnung aufweisen. Tn Fig. 1b ist nur der untere Abschnitt des Y sichtbar, jedoch zeigt Fig. ? die vollständige Y-förmige Struktur. Endlich wird die abgeschiedene photoaktive Schicht mitteis eines geeigneten Lösungsmittels entwickelt, um die überflüssigen Abschnitte zu entfernen, d.h. die nicht polymerisieren Abschnitte bei einem Negativ-Photoiack, wie ihn das poiymerisierbare Material bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel bildet. Es

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könnte auch ein Positiv-Photoiack verwendet werden, bei dem dann depoiymerisierte Abschnitte entfernt werden müssten. Der Abschnitt 18 des belichteten photoaktiven Stoffes, der auf dem Substrat 10 verbleibt, hat die durch die Maske 1*1 definierte Gestalt.

Das beschriebene Verfahren ist relativ einfach, weil es lediglich drei Schritte erfordert, nämlich das Aufbringen des photoaktiven Stoffes, die Belichtung und die Entwicklung. Da die Verwendung eines photoaktiven Stoffes die Anwendung photolithographischer Standardmethoden gestattet, ist das erfindungsgeraäße Verfahren sehr vielseitig und in hohem Maße reproduzierbar. Weiterhin kann die Dicke der Weiienieiteranordnung leicht durch Einstellen der Dicke der abgeschiedenen Schicht des photoaktiven Stoffes beherrscht werden.

Fig. 2 zeigt eine bevorzugte >Ausführungsform einer nach der Erfindung hergestellten Weiienieiteranordnung, bei der die ebene Geometrie des durch die Wellenleiteranordnung definierten Übertragungsweges die Form eines Y hat. Auf dem Substrat 10 befindet sich die Weiienieiteranordnung 18, die in der anhand Fig. 1 erläuterten Weise unter Verwendung einer Y-fÖrmigen Maske als Maske 14 in Fig. Ib hergestellt worden ist. Der Winkel θ in Fig. 2 bezeichnet den Winkel, unter dem in die dargestellte Y-Verzweigung eingespeistes Licht auf zwei Leitungsabschnitte verteilt wird. Pie Ln Fig. 2 dargestellte Weiienieiteranordnung findet Anwendung als Koppiungsglied für Wellenleiter.

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Die Herstellung einer solchen Anordung wird in dem folgenden Beispiel noch näher erläutert.

Beispiel

Dieses Beispiel veranschaulicht die Herstellung einer Y-förmigen, organischen, optischen Welienieiteranordnung nach der Erfindung. Gemäß dem anhand Fig. 1 beschriebenen Verfahren wurde ein Glassubstrat beschichtet, indem es in eine Lösung eines photoaktiven Stoffes in Aceton eingetaucht wurde, der aus 1 Gew.T. Polymethyimethacryiat, einem Gew.T. "Photozid" gemäß obiger Definition und 0,1 Gew.T. Phenylglyoxylyisäure (oder deren Derivate) bestand. Die aufgebrachte Schicht des photoaktiven Stoffes hatte eine Dicke von 100 jum. Die auf der Rückseite des Substrates aufgebrachte Schicht des photoaktiven Stoffes wurde durch Abwaschen der Rückseite des Substrats mit Aceton entfernt. Anschließend wurde die aufgebrachte Schicht durch eine kontaktfreie Maske hindurch, die einen Y-förmigeri Ausschnitt hatte, eine Hinute mit ultraviolettem Licht bestrahlt, um eine Polymerisation zu veranlassen. Dann wurde die aufgebrachte Schicht mit Aceton entwickelt, um die unbelichteten Bereiche zu entfernen, so daß die in Fig. 2 dargestellte, Y-förmige Struktur zurückblieb. Wenn die so hergestellte Struktur, bei welcher der Winkel θ zwischen den Schenkeln der Verzweigung 5 be trug, Licht ausgesetzt wurde, wurde eine Teilung des zugefijhrten Lichtes im Verhältnis von 10 : 1 durch diese Struktur beobachtet.

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Nach der Erfindung lassen sich Weiienieiteranordnungen unterschiedlichster und kompliziertester Gestalt hersteilen Dazu gehören insbesondere sternförmige Kopplungsglieder und Vieifach-Koppler oder -Verzweigungen.

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Claims

Patentansprüehe

Verfahren zur Herstellung einer optischen Wellenleiteranordnung mit vorgegebener ebener Gestalt, dadurch gekennzeichnet, daß auf ein Substrat (10) eine Schicht (12) eines organischen, photoaktiven Stoffes, der polymerisierbar ist und im polymerisierten Zustand ein welienleitendes Material bildet, in einer bestimmten Dicke aufgebracht wird, daß diese Schicht (12) mit einer die Polymerisation des Materials bewirkenden UV-Strahlung (16) durch eine die ebene Gestalt definierende Maske (1¹O hindurch bestrahlt wird und daß dann die unbelichteten Abschnitte der Schicht (1?) durch Entwickeln entfernt werden, so daß eine Wellenleiteranordnung (18) mit der gewünschten ebenen Gestalt zurückbleibt.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der photoaktive Stoff einen für Licht im sichtbaren oder nahen infraroten Bereich durchsichtigen Kunststoff und einen Photosensibilisator enthält.

Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der photoaktive Stoff zusätzlich ein Photopoiymeres enthält.

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*l. Verfahren nach Anspruch 3_t dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff ein Poiymethyimethacryiat oder Poiyvinyiacetat, der Photosensibiiisator Phenyigiyoxyiyisäure oder eines ihrer Derivate und das Photopoiymere "Photozid" ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der photoaktive Stoff 1 Gew.T. Kunststoff, 0,1 Gew.T. Photosensibiiisator und 1 Gew.T. des Photopolymeren enthäit.

6. Verfahren nach einem der vorhergehende Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (12) des photoaktiven Stoffes in einer Dicke von höchstens 100 jam aufgebracht wird.

7. Optische Weiienieiteranordnung, hergestellt nach dem

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

8. Weiienieiteranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Y-förmige, ebene Gestalt aufweist.

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