DE4430043C2 - Optischer integrierter Schaltkreis - Google Patents
Optischer integrierter SchaltkreisInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen optischen integrierten Schalt
kreis nach Anspruch 1, welcher insbesondere in einem opti
schen Übertragungsgerät, einem optischen Meßinstrument u. ä.
verwendet wird.
Üblicherweise gibt es eine Prismen-, eine Gitter-Kopplung,
u. ä., um einen Laser an einen Wellenleiter zu koppeln. In
diesem Fall trifft der Laser von oben auf eine obere Seite
des Wellenleiters und wird an den Wellenleiter gekoppelt.
Die gelenkte optische Welle wird übertragen, durch eine
Linsenanordnung fokussiert, von einem Ultraschallenwellen-
Gitter reflektiert und durch eine elektro-optische Vorrich
tung moduliert. Danach wird die optische Welle an den Kopp
ler abgegeben, welcher wiederum das Gitter, das Prisma u. ä.
ist, oder wird in einem Photodetektor detektiert. Obwohl der
Photodetektor so ausgebildet ist, daß seine detektierende
Seite die obere ist, kann die optische Welle ohne weiteres
absorbiert werden, indem die tieferliegende Mantelschicht
dünn gemacht wird. Folglich kann die optische Welle genau
detektiert werden.
Anhand von Fig. 7 wird ein erster bekannter optischer inte
grierter Schaltkreis beschrieben. In einem Substrat 1a ist
eine Pufferschicht 1b auf einem Si-Substrat eines Halblei
ters ausgebildet. Eine Kernschicht 2 ist auf der Pufferschicht 1b
ausgebildet, und eine erste Mantelschicht 3 wird auf der
Kernschicht 2 ausgebildet. Eine zweite Mantelschicht 4 wird
auf der ersten Mantelschicht 3 ausgebildet. In diesem Fall
setzt sich ein Wellenleiter 5 aus der Pufferschicht 1b, der
Kernschicht 2, der ersten und der zweiten Mantelschicht 3
bzw. 4 zusammen. Der Brechungsindex der Kernschicht 2 ist
etwas größer als derjenige der beiden Mantelschichten 3, 4
und der Pufferschicht 1b. Eine Schräge T ist in dem Wellen
leiter 5 ausgebildet, und ein Detektor 6 einer PIN-Photodio
de ist unter dem Wellenleiter angrenzend an die Schräge T
ausgebildet. Eine Elektrode 8 ist mit einer Kontaktbohrung 7
verbunden, welche über dem Detektor 6 ausgebildet ist und
ist mit einem Draht 9 kontaktiert. Eine Öffnung 10 ist in
der zweiten Mantelschicht 4 ausgebildet, und ein Prisma 11
ist an einer Öffnung 10 festgelegt.
In diesem Aufbau trifft ein Laser 12 auf das Prisma 11 von
der linken oberen Seite in Fig. 7 und trifft über die Öff
nung 10 auf die erste Mantelschicht 3. Wenn ein hoher Bre
chungsindex wie bei dem Prisma 10 verwendet wird und ein
niedriger Brechungsindex wie bei der ersten Mantelschicht 3
verwendet wird und wenn eine Dämpfungswelle des Lasers,
welche im Zustand einer Totalreflektion auftrifft; in der
Phase an einen Wellenleitermodus angepaßt ist, wird auf
treffende Strahlenergie zu einer Sendestrahlenergie hin
verschoben. Daher wird eine geführte optische Welle 13 ange
regt und in der richtigen Richtung übertragen. Auf diese
Weise wird der Laser von dem Prisma 11 aus an den Wellenlei
ter 5 gekoppelt. Eine elektrische Feldverteilung eines Kopp
lungsmodus ist in der ersten Mantelschicht 3 stark und in
der zweiten Mantelschicht 4 schwach und die geführte opti
sche Welle 13 wird daher begrenzt. Daher wird der zugeführte
Laserstrahl nicht wieder abgegeben, sondern wird in dem
Wellenleiter 5 übertragen. Wenn in diesem Fall die zweite
Mantelschicht 4 dick ist und der Brechungsindex der ersten
Mantelschicht 3 derselbe wie derjenige der zweiten Mantel
schicht ist, wird, selbst wenn ein Material mit einem hohen
optischen Wellenabsorptionsverhältnis in der zweiten Mantel
schicht 4 verwendet ist, die geführte optische Welle 13
nicht verringert. Ferner ist die Pufferschicht 1b unter der
Kernschicht 2 ausgebildet, um zu verhindern, daß die opti
sche Welle in dem Si-Substrat 1a absorbiert wird. Folglich
wird dann die geführte optische Welle 13 in dem Wellenleiter
5 übertragen und sie kann an dem Detektor 6 wirksam gefühlt
werden, da sie durch die Schräge T geführt ist. Danach wird
ein elektrisches Signal von dem Detektor 6 aus an die Elek
trode 8 abgegeben und über den Draht 9 nach außen geleitet.
In der Praxis ist eine Elektrode unter dem Substrat 1 (was
in Fig. 7 nicht dargestellt ist) ausgebildet, und es wird
eine Potentialdifferenz zwischen den Elektroden abgegeben.
Schließlich wird ein Ausgangssignal abgegeben.
Wenn in diesem Fall der Photodetektor 6 so ausgebildet ist,
daß seine detektierende Seite oben auf dem Substrat 1 liegt,
wird eine optische Welle von der höher liegenden Außenseite
des Substrats ohne weiteres gefühlt und sie wird eine opti
sche Störwelle. Wenn ein optischer integrierter Schaltkreis
in einem Schattierungsbehälter installiert ist, kann die
optische Störwelle gemindert werden. Wenn jedoch der Laser
von der Außenseite her eingegeben werden muß, kann er nicht
in einem vollständig dunklen Behälter untergebracht werden.
Wenn daher ein hohes Signal/Rausch-Verhältnis notwendig ist,
ist dies nicht genug. Obwohl eine Struktur des optischen
integrierten Schaltkreises, in welchem die optische Welle
von außen her nicht auf den Detektor 6 auftreffen kann,
notwendig ist, ist beim Stand der Technik eine solche Vor
richtung nicht bekannt.
Jedoch wird eine geführte optische Welle 13, welche in dem
Wellenreiter 5 übertragen wird, durch
Fremdkörperpartikel gestreut. Daher
werden gestreute optische Wellen, deren Ausbreitungrichtun
gen gestört sind, erzeugt. Da einige dieser gestreuten opti
schen Wellen in der Kernschicht 2 übertragen werden, er
reichen sie den Photodetektor 6. Wenn deren Wellenfronten in
Unordnung sind, werden sie
optische Störwellen. Da einige dieser gestreuten opti
schen Wellen in dem Wellenleiter 5 übertragen werden, wel
cher die Kernschicht 2 enthält, erreichen auch sie den Pho
todetektor 6 und werden optische Störwellen. Obwohl ein
Aufbau, in welchem die gestreuten optischen Wellen wirksam
absorbiert werden können, notwendig ist, um optische Stör
wellen zu verhindern, ist ein derartiger Aufbau bisher licht
bekannt geworden.
Als nächstes wird eine zweite bekannte Lösung beschrieben.
In der offengelegten japanischen Patentanmeldung JP 01-144002 (A)
ist ein optischer integrierter Schaltkreis beschrieben. In
diesem optischen integrierten Schaltkreis wird eine optische
TM-Welle in einem Wellenleiter übertragen. Es wird ein kom
plexes Dielektrikum verwendet, um unnötige optische TM-Wel
len zu absorbieren. Fig. 8 ist ein Beispiel, in welchem
diese bekannte Lösung bei einem optischen integrierten Kopf
für einen optischen Tisch bzw. ein optisches Pult verwendet
wird. Ein Wellenleiter 15 ist in einem Substrat 14 ausge
bildet, welches sich aus einem Si-Substrat 14a und einer
Pufferschicht 14b zusammensetzt. Komplexe Dielektrika 16a
und 16b sind an dem Wellenleiter 15 ausgebildet. Eine (in
Fig. 8 nicht dargestellte) Pufferschicht ist unter dem Di
elektrikum 16a ausgebildet. Folglich werden unnötige opti
sche TM-Wellen von einem Laser, welche sekundär erzeugt
werden, durch das komplexe Dielektrikum 16 gemindert. Fig. 9
ist ein Beispiel, bei welchem diese bekannte Methode bei
einem optischen integrierten Fluidstrommesser angewendet
ist. Ein Dielektrikum 16 ist an dem Wellenleiter 15 auf dem
Substrat 14 ausgebildet. Wenn eine nicht-gebeugte optische
TM-Welle 18 des Lasers wirksam absorbiert wird, wird ein
Verlust an optischer Leistung reduziert.
In den Ausführungen ist ein komplexes Dielektrikum als ein
Material mit einer komplexen dielektrischen Konstante de
finiert, und als Beispiele sind ein Metall und leitfähige
Keramik offenbart. Das Metall oder die leitfähige Keramik
ist an dem Wellenleiter ausgebildet. Folglich wird eine
unnötige optische TM-Welle in einer Schicht aus dem Metall
oder der leitfähigen Keramik absorbiert. Jedoch können ge
streute optische Wellen, welche nicht TM-Wellen sind, nicht
absorbiert werden und sie werden an der Schicht aus Metall
oder der leitfähigen Keramik, welche ein hohes Reflexions
vermögen haben, wieder zu dem Wellenleiter hin reflektiert.
Folglich besteht tatsächlich eine Schwierigkeit, daß die
gestreuten optischen Wellen nicht absorbiert werden können.
FR 2,681,146, entsprechend US 5,261,014, offenbart eine
optoelektronische Schaltung mit integriert optischem Wellen
leiter und einem Photodetektor auf einem gemeinsamen Sub
strat. Bei dieser Schaltung wird der Photodetektor durch
Abscheiden von Halbleiterschichten auf der Mantelschicht des
optischen Wellenleiters hergestellt. Um die Absorptionseffi
zienz für Photonen zu vergrößern, wird die Mantelschicht auf
der dem Photodetektor abgewandten Seite der Mantelschicht
freigelegt, so daß ein Luftspalt im Substrat verbleibt. Die
dadurch hervorgerufenen Streuwellen verschlechtern das
Signal-zu-Rausch-Verhältnis des Photodetektors. Außerdem
können von außen her störende optische Wellen ungehindert
auf den Photodetektor auftreffen.
Gemäß der Erfindung soll daher ein optischer integrierter
Schaltkreis geschaffen werden, in welchem verhindert ist,
daß störende optische Wellen von außen her auftreffen, und
in welcher unnötige gestreute optische Wellen, welche in
einem Wellenleiter erzeugt werden, absorbiert werden. Ferner
soll gemäß der Erfindung ein optischer integrierter Schalt
kreis geschaffen werden, dessen Herstellungsprozeß preiswert
ist.
Gemäß der Erfindung ist dies bei einem optischen integrier
ten Schaltkreis durch die Merkmale im Anspruch 1 erreicht.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der auf den
Anspruch 1 unmittelbar oder mittelbar rückbezogenen Ansprü
che. Gemäß der Erfindung
ist ein optischer integrierter Schaltkreis geschaffen, wel
cher ein Substrat, einen Wellenleiter, welcher eine Kern
schicht und zumindest eine Mantelschicht aufweist, die auf
der Kernschicht ausgebildet ist, und welchem eine optische Welle
geführt und übertragen wird, eine Deckschicht aufweist,
deren Material einen hohen optischen Absorptionsgrad
hat und welche teilweise oder ganz an dem Wellenleiter ausge
bildet ist, und der das im Anspruch 1 angegebene
Merkmal d) aufweist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Aus
führungsformen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeich
nungen im einzelnen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht eines optischen integrierten
Schaltkreises gemäß einer ersten Ausführungsform der
Erfindung;
Fig. 2 eine Draufsicht auf einen optischen integrierten
Schaltkreis gemäß der ersten Ausführungsform der Er
findung;
Fig. 3 eine Schnittansicht eines Bewegungszustands einer op
tischen Welle gemäß der Erfindung;
Fig. 4(a) eine schematische Darstellung einer Struktur einer
hochmolekularen Verbindung gemäß einer dritten Aus
führungsform der Erfindung;
Fig. 4(b) eine schematische Darstellung einer Struktur einer
hochmolekularen Verbindung einer weiteren Ausfüh
rungsform gemäß der Erfindung;
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Struktur einer
hochmolekularen Verbindung noch einer weiteren Aus
führungsform der Erfindung;
Fig. 6 eine Schnittansicht eines optischen integrierten
Schaltkreises einer fünften Ausführungsform gemäß der
Erfindung;
Fig. 7 eine Schnittansicht einer bekannten ersten Ausführung
eines optischen integrierten Schaltkreises;
Fig. 8 ein schematisches Diagramm einer zweiten bekannten
Ausführung, und
Fig. 9 ein schematisches Diagramm noch einer weiteren be
kannten Ausführung.
Anhand von Fig. 1 bis 3 wird nunmehr eine erste Ausführungs
form beschrieben. Hierbei werden dieselben Teile wie bei der
anhand von Fig. 7 erläuterten Ausführung nicht mehr be
schrieben und dieselben Bezugszeichen werden immer für die
gleichen Teile verwendet.
Fig. 1 ist eine Schnittansicht eines optischen integrierten
Schaltkreises und Fig. 2 ist eine Draufsicht davon. Eine
Kernschicht 2 ist auf einem Substrat 1 ausgebildet, welches
ein Si-Substrat 1a und eine Pufferschicht 1b aufweist, und
eine erste Mantelschicht 3 sowie eine zweite Mantelschicht 4
sind auf der Kernschicht 2 ausgebildet. Der Brechungsindex
der Kernschicht 2 ist etwas größer als derjenige der beiden
Mantelschichten 3 und 4 und der Pufferschicht 1b. In diesem
Fall ist eine Deckschicht 19 (19a, 19b, 19c), deren Material
einen hohen optischen Absorptionsgrad hat und welche als ein
Hauptmaterial eine hochmolekulare Verbindung enthält, auf
der zweiten Mantelschicht 4, in einer Kontaktbohrung 7 und
an beiden Endseiten eines Substrats 1 ausgebildet. Die hoch
molekulare Verbindung ist PMMA (Polymethylmethacrylat), die
Azo-Farbstoff enthält. Wenn der optische Absorptionsgrad
dieser hochmolekularen Verbindung hoch ist, treten keine
Schwierigkeiten auf. Wenn jedoch nicht, kann der optische
Absorptionsgrad durch den Farbstoffgehalt erhöht werden. Da
jedoch eine solche hochmolekulare Verbindung eine geringe
Leitfähigkeit hat, kann sie in Kontakt mit einer Elektrode 8
stehen. Daher ist die Deckschicht 19, welche eine hochmole
kulare Verbindung geringer Leitfähigkeit ist, in die Kon
taktbohrung 7 an einem Detektor 6 gefüllt, welcher mit der
Elektrode 8 verbunden ist.
Eine thermoplastische hochmolekulare Verbindung wird als die
Deckschicht 19 verwendet, und dieses Material kann leicht
durch Erwärmen abdecken. Da ein Kontaktierungsteil 9a, wel
cher mit einem Draht 9 verbunden ist, in der Elektrode 8
ausgebildet ist und ein Prisma 11 an dem Wellenleiter 9
haftet, müssen Teile, welche keine Abdeckschicht 19 haben,
an dem Wellenleiter 5 ausgebildet werden. Diese Teile können
ohne weiteres mittels Siebdrucktechnik u. ä. ausgebildet
werden. Selbst nachdem das Prisma 11 an dem Wellenleiter 5
haftet, können sie durch diese Technik ausgebildet werden.
Somit kann der Herstellungsprozeß preiswert durchgeführt
werden.
Die hochmolekulare Verbindung der Deckschicht 19 wird leicht
hergestellt, selbst wenn die Schicht 19 dick wird. In diesem
Fall hat die Schicht 19 die Funktion einer Schutzschicht.
Wenn jedoch eine (in Fig. 1 nicht dargestellte) Metall
schicht auf der Deckschicht 19 als eine oberste Schicht
ausgebildet wird, kann die Deckschicht 19 als eine Zwischen
schicht geringer Leitfähigkeit verwendet werden. Darüber
hinaus kann die Deckschicht 19 dadurch ausgebildet werden,
daß der Farbstoff in der hochmolekularen Verbindung eines
Klebstoffs u. ä. enthalten ist.
Als nächstes wird nunmehr die Wirkungsweise beschrieben.
Fig. 3 ist eine schematische Darstellung, welche gestreute
optische Wellen zeigt, welche in dem Wellenleiter 5 erzeugt
werden. Eine Fremdkörper-Partikel 20a, welche ein Streuen
bewirkt, ist in der Kernschicht 2 vorhanden, und eine Fremd
körper-Partikel 20b ist in der ersten Mantelschicht 3 ent
halten. Störende optische Wellen 21a und 21b treffen auf
eine Endseite des Wellenleiters 5. Die Fremdkörper-Partikel
20a erzeugt gestreute optische Wellen 22a bis 22e, die von
der optischen störenden Welle 21a ausgehen. Die Fremdkörper-
Partikel 20b erzeugt eine gestreute optische Welle 22f,
welche von der störenden optischen Welle 21b ausgeht. Die
störenden optischen Wellen 23a und 23b treffen von oben auf
die Deckschicht 19 auf.
Die störende optische Welle 21a von dem Ende des Wellenlei
ters wird in die Kernschicht 2 übertragen. Ein Teil der
optischen Welle 21a kollidiert mit der Fremdkörper-Partikel
20a, und es werden mehrere gestreute optische Wellen er
zeugt. Viel von der optischen gestreuten Welle 22a, welche
an der Fremdkörper-Partikel 20a in der Richtung weiter nach
unten gestreut wird, trifft auf das Si-Substrat 1a auf und
wird dort absorbiert. Ein gewisser Teil der optischen Welle
22a wird wieder in der Richtung nach oben reflektiert. Viel
von der gestreuten optischen Welle 22c, welche in die Rich
tung nach oben gestreut wird, trifft auf die Deckschicht 19
und wird dort absorbiert. Ein Teil der optischen Welle 22c
wird dann wieder in der Richtung nach unten reflektiert. Auf
diese Weise erfolgen die Reflexion und die Absorption mehr
mals in dem Si-Substrat 1a und an der Deckschicht 19. Folg
lich werden die gestreuten optischen Wellen 22a und 22c sehr
stark reduziert. Der Fall bei der gestreuten optischen Welle
22d liegt so, daß der Neigungswinkel der Reflexion der ge
streuten optischen Welle 22d kleiner ist als derjenige der
gestreuten optischen Welle 22c. Wenn der Reflexionsgrad an
der ersten Schicht 3, der zweiten Mantelschicht 4 und der
Deckschicht 19 größer ist, wird der optische Absorptionsgrad
geringer. Wenn jedoch die Reflexion und die Absorption mehr
mals wie im Fall der gestreuten optischen Welle 22c erfolgt
ist, wird die gestreute optische Welle 22d allmählich klei
ner. Ferner liegt der Fall bei der gestreuten optischen
Welle 22e so, daß der Reflexions-Neigungswinkel klein ist.
Wenn die Kernschicht 2 ein Mehrmodentyp ist, wird die opti
sche Welle 22e in der Schicht übertragen. Ferner wird die
gestreute optische Welle 22b, deren Ausbreitungsrichtung
sich nicht ändert, übertragen, ohne kleiner zu werden. Diese
gestreuten optischen Wellen, welche ohne Absorption über
tragen werden, werden an dem Detektor 6 detektiert und wer
den optische Störwellen. Jedoch können, wenn die Deckschicht
19 in der Kontaktbohrung 7 ausgebildet ist, diese optischen
Wellen absorbiert werden. Darüber hinaus ist es vorteilhaft,
daß die Deckschichten 19a und 19c an den Enden des Wellen
leiters ausgebildet werden.
Andererseits wird viel von der störenden optischen Welle
21b, welche unter einem gewissen Winkel von der Endseite des
Wellenleiters aus auffällt, absorbiert, bis sie an dem De
tektor 6 eintrifft. Ein Teil der optischen Welle 21b kolli
diert mit der Fremdkörper-Partikel 20b und es wird eine
gestreute optische Welle 22f erzeugt. Wenn der Reflexions
winkel dieser gestreuten optischen Welle 22f so wie bei
einer optischen Welle ist, wird der Absorptionsgrad gerin
ger, und die optische Welle 22f wird eine geführte optische
Welle 13. Wenn jedoch die Deckschicht 19 auch in der Kon
taktbohrung 7 ausgebildet ist, können diese optischen Wellen
absorbiert werden. Es ist jedoch auch vorteilhaft, daß die
Deckschichten 19a und 19c den Enden des Wellenleiters
ausgebildet sind. Außerdem können die störenden optischen
Wellen 23a und 23b, welche von oben auf die Deckschicht 19
auftreffen, leicht in der Deckschicht 19 absorbiert werden.
Wenn, wie oben beschrieben, die Deckschicht 19, welche aus
der hochmolekularen Verbindung PMMA besteht, die Azofarb
stoff enthält, gebildet ist, kann verhindert werden, daß die
störenden optischen Wellen auf den Wellenleiter 5 auftref
fen, und es kann verhindert werden, daß die gestreuten opti
schen Wellen den Detektor 6 erreichen. Wenn außerdem thermo
plastisches Kunstharz als Material der Deckschicht 19 ver
wendet wird, kann der Herstellungsprozeß leicht und preis
wert sein.
Als nächstes wird eine zweite Ausführungsform beschrieben,
wobei dieselben Teile wie bei der ersten Ausführungsform
nicht nochmals beschrieben werden und dieselben Bezugszei
chen für die gleichen Teile verwendet werden. In dieser
Ausführungsform wird ein Material mit beinahe demselben
Brechungsindex der Deckschicht 19 wie denjenigen der Mantel
schichten in der optischen integrierten Schaltung der ersten
Ausführungsform (siehe Fig. 1) verwendet. Nachstehend werden
spezifische Beispiele beschrieben. Ein Brechungsindex einer
in der Deckschicht 19 verwendeten hochmolekularen Verbindung
kann durch Austauschen von Molekülen gegen Atome ohne weite
res zwischen 1,34 und 1,7 geändert werden. Darüber hinaus
kann eine hochmolekulare Verbindung mit einem hohen Bre
chungsindex zusammengestellt werden, und deren Brechungs
index kann dann ebenso wie bei optischem Glas eingestellt
werden. Auf diese Weise kann der Brechungsindex der Deck
schicht 19 beinahe derselbe sein, wie derjenige der ersten
und der zweiten Mantelschicht 3 bzw. 4.
Wenn der Brechungsindex der Deckschicht 19 beinahe derselbe
ist wie derjenige der ersten und zweiten Mantelschicht 3
bzw. 4, können die gestreuten optischen Wellen, welche auf
die Grenzfläche zwischen der Deckschicht 19 und der zweiten
Mantelschicht 4 auftreffen, an der Grenzfläche nicht reflek
tieren und treffen auf die Deckschicht 19. Wenn der Absorp
tionsgrad der Deckschicht 19 hoch ist, können alle gestreu
ten optischen Wellen absorbiert werden. Das heißt, die Deck
schicht 19 hat die Funktion einer dritten Mantelschicht.
Wenn die Dicke der ersten und zweiten Mantelschicht 3 und 4
für die zu begrenzende, geführte optische Welle 13 groß
genug ist, wirkt sich ein Übertragungsverlust der geführten
optischen Welle 13 in der Kernschicht 2 nicht aus, wohingegen der
Übertragungsverlust der gestreuten optischen Wellen außer
der geführten optischen Welle 13 sehr hoch ist.
In diesem Fall ist, selbst wenn der Brechungsindex der Deck
schicht 19 nicht genau derselbe wie derjenige der ersten und
zweiten Mantelschichten 3 und 4 ist und der Brechungsindex
der Deckschicht 19 beinahe derselbe wie derjenige der beiden
Mantelschichten 3 und 4 ist, das Reflexionsvermögen von der
Mantelschicht zu der Deckschicht durch den Fresnel-Koeffi
zienten niedrig. Daher können die gestreuten optischen Wel
len auf diese Weise absorbiert werden. Darüber hinaus ist es
möglich, daß der Brechungsindex der gesamten Deckschicht 19
nicht derselbe ist wie derjenige der Mantelschicht, und der
Brechungsindex der Deckschicht 19 nahe bei der zweiten Man
telschicht 4 ist derselbe wie derjenige der Mantelschicht 4
und der Brechungsindex in der Deckschicht 19 ändert sich
allmählich. Wenn dagegen der Brechungsindex in einer Schicht
nicht geändert werden kann, ist ein Aufbau aus mehreren
Schichten möglich, welche unterschiedliche Brechungsindizes
haben.
Nunmehr werden typische Werte beschrieben. Es wird nunmehr
der Fall bezüglich des Reflexionsvermögens der optischen
Welle betrachtet, welche in der vertikalen Richtung des
Wellenleiters 5 gestreut wird. Die erste und die zweite
Mantelschicht 3 und 4 sind aus SiO2 von OCD hergestellt und
ihr Brechungsindex beträgt 1,47. Es werden nunmehr zwei
Fälle betrachtet, bei welchen die hochmolekulare Verbindung
der Deckschicht PMMA, deren Brechungsindex 1,49 ist, und
Polycarbonat sind, dessen Brechungsindex 1,58 ist. Das Re
flexionsvermögen beträgt im Falle von PMMA 0,676%, während
das Relfexionsvermögen im Falle von Polycarbonat 3,61% be
trägt. Somit ist das letztere fünfmal so hoch wie das er
stere. Folglich ist es vorteilhaft, daß der Brechungsindex
der hochmolekularen Verbindung der Deckschicht 19 beinahe
derselbe ist wie derjenige der Mantelschicht.
Wenn dagegen der Unterschied in den Brechungsindizes zwi
schen der Deckschicht 19 und der Mantelschicht groß ist, ist
das Reflexionsvermögen an der Grenzfläche zwischen der Deck
schicht 19 und der Mantelschicht hoch, und die gestreuten
optischen Wellen, welche insgesamt reflektiert werden, wer
den größer und werden durch die Deckschicht 19 in der Man
telschicht begrenzt.
Wie vorstehend beschrieben, ist der Brechungsindex der hoch
molekularen Verbindung der Deckschicht 19 beinahe derselbe
wie derjenige der Mantelschicht. Folglich kann die Reflexion
der gestreuten optischen Wellen an der Grenzfläche zwischen
der Deckschicht 19 und der Mantelschicht geringer sein; die
gestreuten optischen Wellen können dann wirksamer in der
Deckschicht 19 absorbiert werden.
Als nächstes wird eine dritte Ausführungsform beschrieben,
wobei dieselben Teile wie in den ersten und zweiten Aus
führungsformen nicht nochmal erläutert werden und dieselben
Bezugszeichen für die gleichen Teile verwendet werden.
In dieser Ausführungsform sind sehr kleine Partikel, welche
den hohen optischen Absorptionsgrad aufweisen, in der hoch
molekularen Verbindung der Deckschicht 19 in dem optischen
integrierten Schaltkreis der ersten Ausführungsform (siehe
Fig. 1) enthalten. Spezifische Beispiele werden hierfür
nachstehend beschrieben. Fig. 4(a) zeigt PMMA-Material 24
der hochmolekularen Verbindung, das eine Dicke von 1 mm hat
und welches die Deckschicht 19 bildet. In Fig. 4 sind sehr
kleine Rußpartilel 25 als sehr kleine Partikel, welche den
hohen Absorptionsgrad haben, in der PMMA 24 enthalten. Der
Ruß 25 hat eine durchschnittliche Größe von 2 µm. Wenn sol
che sehr kleinen Rußpartikel 25 in dem transparenten PMMA 24
enthalten sind und sie als eine Partikel in dem PMMA 24
separiert werden, kann die Deckschicht 19 einen hohen opti
schen Absorptionsgrad und eine entsprechende Haltbarkeit
haben wenn in diesem Fall jede Fläche der Rußteilchen mit
Molekülen von PMMA 24 bedeckt ist, kommen sie nicht unmit
telbar in Kontakt mit der zweiten Mantelschicht 4. Daher ist
der Brechungsindex der Grenzfläche der Deckschicht beinahe
derselbe wie derjenige von PMMA. Folglich kann der optische
Absorptionsgrad der Deckschicht 19 ohne Ändern der PMMA-
Charakteristik hoch sein. Dies unterscheidet sich sehr von
dem Fall, bei welchem die Rußpartikel 25 unmittelbar die
Mantelschicht bedecken. Ferner hat Ruß den hohen optischen
Absorptionsgrad und wird als ein Färbemittel von Toner in
einer elektrophotographischen Bilderzeugungseinrichtung ver
wendet.
Fig. 4(b) zeigt die Deckschicht 19 bei dieser Aus
führungsform. Im allgemeinen kann, wenn die hochmolekulare
Verbindung, welche den hohen optischen Absorptionsgrad hat,
mit einem organischen Farbstoff vermischt wird, die gleich
förmige Deckschicht erhalten werden. Wenn jedoch die Dicke
dieser Deckschicht 19 dünn ist, kann der organische Farb
stoff eine optische Welle nicht absorbieren. Ferner können
sich, wenn die Menge an organischem Farbstoff erhöht wird,
die Undurchlässigkeit bezüglich Wasser und Chemikalien än
dern und die Lebensdauer kann kürzer sein. Andererseits kann
bei der Struktur in Fig. 4(a) der optische Absorptionsgrad
ohne die Schwierigkeiten, wie im Fall der Fig. 4(b), höher
sein.
Ein organisches Pigment und ein anorganisches Pigment außer
dem Ruß können als Partikel in der hochmolekularen Verbin
dung verwendet werden. Ferner kann ein Gemisch aus beiden
Pigmenten verwendet werden. Darüber hinaus können nicht nur
Festkörperpartikel, sondern auch sehr kleine Flüssigkeits
tropfen bzw. -blasen verwendet werden, welche den hohen
optischen Absorptionsgrad haben. Außerdem können der Ruß und
die anorganischen und organischen Pigmente vorher in der
hochmolekularen Verbindung enthalten sein, welche durch
Reaktion als ein Klebstoff hergestellt wird, da sie kaum
durch eine chemische Reaktion des Klebstoffs beeinflußt wer
den.
Als nächstes wird eine vierte Ausführungsform beschrieben,
bei welcher ebenfalls wieder dieselben Teile wie bei den
ersten bis dritten Ausführungsformen nicht noch einmal be
schrieben werden und dieselben Teile mit den gleichen Be
zugszeichen bezeichnet sind. In dieser Ausführungsform wer
den Mikrostrukturen, welche als Streukörper fungieren, in
der hochmolekularen Verbindung der Deckschicht 19 in dem
optischen integrierten Schaltkreis der ersten Ausführungs
form (siehe Fig. 1) ausgebildet. Nunmehr werden spezifische
Beispiele beschrieben. Fig. 5 zeigt, daß viele Hohlräume 26
als Mikrostrukturen 26 in dem PMMA 24 ausgebildet sind. Wenn
in diesem Fall der Brechungsindex der Hohlräume nahe bei 1
liegt, und derjenige des PMMA 24 1,49 ist, ist der Unter
schied im Brechungsindex groß. Folglich wird die optische
Welle in der Deckschicht 19 gestreut.
Wenn, wie vorstehend beschrieben, das PMMA keine Zusätze
enthält und transparent ist, ist dessen optischer Absorp
tionsgrad niedriger. Jedoch kann der optische Absorptions
grad der Deckschicht 19 durch das Streuen an den Hohlräumen
größer sein. Ferner kann, wenn das PMMA keine Zusätze ent
hält und sich dessen chemische Eigenschaften kaum ändern,
beständig gegen Chemikalien sein. Ferner ist vorteilhaft,
daß eine Unebenheit an der Oberfläche des PMMA als die
Mikro-Struktur ausgebildet ist. Da jedoch eine optische
Welle von der Außenseite her durch das Ausbilden der Hohl
räume 26 nicht vollständig unterbunden ist, ist es vorteil
hafter, daß die Hohlräume in dem PMMA ausgebildet sind,
welches mit dem Farbstoff und/oder den sehr kleinen Parti
keln durchmischt ist, und/oder in einer Schicht der Mehr
fachschichten ausgebildet sind.
Als nächstes wird eine fünfte Ausführungsform beschrieben,
wobei wiederum dieselben Teile der ersten bis vierten Aus
führungsformen nicht noch einmal beschrieben werden und
dieselben Bezugszeichen bei den gleichen Teilen verwendet
sind.
In dieser Ausführungsform ist eine Klebstoffschicht 27 zwi
schen der Deckschicht 19 und der zweiten Mantelschicht 4
ausgebildet. Der Grund, warum die Klebstoffschicht 27 ausge
bildet ist, wird nachstehend beschrieben. Im allgemeinen
kann, wie vorstehend beschrieben, wenn ein thermoplastisches
Kunstharz als die hochmolekulare Verbindung verwendet wird,
die Kunstharzschicht ohne weiteres auf der Oberfläche der
zweiten Mantelschicht 4 durch Erwärmen ausgebildet weiden.
Wenn jedoch lösliches Kunstharz in einem Lösungsmittel als
die hochmolekulare Verbindung verwendet wird, kann die
Kunstharzschicht ohne weiteres darauf ausgebildet werden,
indem das Lösungsmittel nach dessen Aufbringen verdampft
wird. Außerdem kann die hochmolekulare Verbindung dadurch
hergestellt werden, daß der Farbstoff oder das Pigment in
dem Klebstoff vermischt wird. Folglich sind diese Herstel
lungsprozesse kostengünstig.
Wenn dagegen ein bei Wärme aushärtendes Kunstharz als die
hochmolekulare Verbindung verwendet wird, kann diese Art des
thermoplastischen Kunstharzes nicht verwendet werden. Wenn
außerdem die Fläche, um das Prisma 11 aufzukleben, und die
Fläche, um den Draht 9 an der Elektrode 8 zu kontaktieren,
an der zweiten Mantelschicht 4 notwendig sind, muß auf die
ser eine freigelegte Fläche ausgebildet werden. Wenn darüber
hinaus das Material, welches den hohen optischen Absorp
tionsgrad hat, als die hochmolekulare Verbindung verwendet
wird, ist eine Muster- oder Strukturbildung durch ein bei
Wärme aushärtendes Harz nicht wirksam. Folglich ist der
Herstellungsprozeß kompliziert und teuer.
Wenn daher in dieser Ausführungsform die Klebstoffschicht 27
auf der zweiten Schicht 4 ausgebildet wird und die Deck
schicht 19 auf dieser haftet und auf der Klebstoffschicht 27
fixiert wird, kann die Deckschicht des bei Wärme aushärten
den Kunstharzes ohne weiteres ausgebildet werden. Darüber
hinaus kann die freigelegte Fläche ohne weiteres durch eine
Muster-Strukturierung erzeugt werden, bevor die Klebstoff
schicht 27 noch nicht ausgebildet ist. Auf diese Weise kommt
es nicht zu der Komplikation bei dem Herstellungsprozeß
aufgrund der Verwendung des bei Wärme aushärtenden Kunst
harzes. Zu diesem Zeitpunkt besteht der Prozeß des Haftens
dadurch, daß die Deckschicht 19 auf der Klebstoffschicht
haftet und auf der Klebstoffschicht 27 auf der zweiten Man
telschicht 4 fixiert ist, oder daß die Klebstoffschicht 27
unter der Deckschicht 19 im voraus ausgebildet wird und auf
der zweiten Mantelschicht 4 haftet, wenn ein Klebeband ver
wendet wird. Daher kann der Herstellungsprozeß preiswert
sein. Außerdem werden im Falle der Mehrfachschichten mehrere
Klebstoffschichten ausgebildet.
Wie vorstehend beschrieben, gibt es bei den verschiedenen
Ausführungsformen die folgenden Vorteile. Wenn bei der e
rsten Ausführungsform die Deckschicht, welche aus einer
hochmolekularen Verbindung aus PMMA besteht, welche Azofarb
stoff enthält, gebildet ist, kann verhindert werden, daß die
störenden optischen Wellen auf den Wellenleiter auftreffen,
und es kann ferner verhindert werden, daß die gestreuten
optischen Wellen den Detektor erreichen. Darüber hinaus
kann, wenn thermoplastisches Kunstharz als die hochmolekula
re Verbindung verwendet wird, der Herstellungsprozeß preis
wert durchgeführt werden.
Bei der zweiten Ausführungsform ist der Brechungsindex der
hochmolekularen Verbindung der Deckschicht beinahe derselbe
wie derjenige der Mantelschicht. Folglich kann die Reflexion
der gestreuten optischen Wellen an der Grenzfläche zwischen
der Deckschicht und der Mantelschicht niedriger sein, und
die gestreuten optischen Wellen können wirksamer an der
Deckschicht absorbiert werden.
In der dritten Ausführungsform sind die sehr kleinen Parti
kel, welche einen hohen optischen Absorptionsgrad haben, in
der hochmolekularen Verbindung der Deckschicht enthalten.
Folglich kann der optische Absorptionsgrad der Deckschicht
ohne ein Ändern der chemischen Charakteristik der hoch
molekularen Verbindung hoch sein.
In der vierten Ausführungsform kann, wenn die hochmolekulare
Verbindung der Deckschicht die Mikro-Struktur hat, welche
eine Streufunktion ausübt, deren optischer Absorptionsgrad
ohne ein Ändern der chemischen Charakteristik der hoch
molekularen Verbindung hoch sein.
In der fünften Ausführungsform kann, wenn die Klebstoff
schicht auf der zweiten Schicht ausgebildet ist und die
Deckschicht an der Klebstoffschicht haftet und auf dieser
fixiert ist, die Deckschicht des bei Wärme aushärtendem
Kunstharzes ohne weiteres ausgebildet werden, und die Her
stellungskosten können niedrig sein.
Claims (12)
1. Optischer integrierter Schaltkreis, mit
- a) einem Substrat (1a),
- b) einem Wellenleiter (5), welcher eine Kernschicht (2) und zumindest eine Mantel schicht (3, 4) hat, die auf der Kernschicht (2) ausgebildet ist, und in welchem eine optische Welle geführt und übertragen wird, und
- c) einer Deckschicht (19b), deren Material einen hohen optischen Absorptionsgrad hat und welche an dem Wellenleiter (5) partiell oder ganz ausgebildet ist,
- d) wobei im Bereich der Kernschicht (2) ein Detektor (6) ausgebildet ist, der über eine durch die Kernschicht (2) führende Kontaktöffnung (7) mit einem elektrischen Kontaktierungsteil (8, 9, 9a) verbunden ist, wobei das Material der Deckschicht (19b) tief in die Kontaktöffnung (7) hinein verläuft.
2. Optischer integrierter Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Material der Deckschicht (19b) eine hochmolekulare Verbindung aufweist.
3. Optischer integrierter Schaltkreis nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
das Material der hochmolekularen Verbindung ein thermoplastisches Kunstharz ist.
4. Optischer integrierter Schaltkreis nach Anspruch 1, bei welchem das Material der
Deckschicht (19b) die hochmolekulare Verbindung und einen Farbstoff aufweist.
5. Optischer integrierter Schaltkreis nach Anspruch 4, bei welchem die hochmoleku
lare Verbindung Polymethylmethacrylat ist und der Farbstoff Azofarbstoff ist.
6. Optischer integrierter Schaltkreis nach Anspruch 1, bei welchem ein Brechungs
index der Deckschicht (19b) näherungsweise oder genau derselbe wie derjenige der Man
telschicht (3, 4) ist.
7. Optischer integrierter Schaltkreis nach Anspruch 2, bei welchem die hochmoleku
lare Verbindung sehr kleine Partikel mit einem hohen optischen Absorptionsgrad enthält.
8. Optischer integrierter Schaltkreis nach Anspruch 7, bei welchem die sehr kleinen
Partikel Rußpartikel sind.
9. Optischer integrierter Schaltkreis nach Anspruch 2, bei welchem die hochmoleku
lare Verbindung eine Mikro-Struktur hat.
10. Optischer integrierter Schaltkreis nach Anspruch 9, bei welchem die Mikro-Struk
tur Hohlräume aufweist.
11. Optischer integrierter Schaltkreis nach Anspruch 1, bei welchem eine Klebstoff
schicht zwischen der Deckschicht (19b) und zumindest der Mantelschicht (3, 4) ausge
bildet ist.
12. Optischer integrierter Schaltkreis nach Anspruch 11, bei welchem ein Material der
hochmolekularen Verbindung ein bei Wärme aushärtendes Kunstharz ist.
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