DE69122159T2

DE69122159T2 - Schlitz-Kopplung von optischem Wellenleiter in optische Wellenleiterbauelemente

Info

Publication number: DE69122159T2
Application number: DE69122159T
Authority: DE
Inventors: Bruce Lee Booth; Thomas Kevin Foreman; Robert Joseph Furmanak
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1990-05-02
Filing date: 1991-05-02
Publication date: 1997-04-10
Anticipated expiration: 2011-05-03
Also published as: US5062681A; EP0455240A3; AU7529491A; KR940002350B1; CA2041128A1; DE69122159D1; KR910020962A; EP0455240A2; JPH04226405A; NO911710D0; EP0455240B1; NO911710L; JPH0736048B2

Description

1. Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine optische Wellenleiteranordnung, die zwei optische Wellenleitereinrichtungen aufweist, die durch zusammenpassende Schlitze an jeder Einrichtung miteinander gekoppelt werden können. Dies erleichtert wesentlich die Ausrichtung der Wellenleiter. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Koppeln solcher optischen Einrichtungen.

2. Hintergrund der Erfindung

In optischen Kommunikationssystemen werden Nachrichten typischerweise über Lichtleitfasern mittels Trägerwellen optischer Freguenzen übertragen, die durch Quellen wie Laser oder lichtemittierende Dioden erzeugt wurden. Es besteht gegenwärtig ein großes Interesse an solchen optischen Kommunikationssystemen, da sie einige Vorteile gegenüber anderen Kommunikationssystemen aufweisen. So haben sie eine größere Anzahl von Kommunikationskanälen und können für sie andere Werkstoffe als teuere Kupferkabel zur Übertragung von Nachrichten verwendet werden.
Im Zuge der Entwicklung optischer Schaltungen ergab sich die Notwendigkeit, optische Wellenleiter enthaltende Geräte zur Verfügung zu haben, die die optischen Wellen von einer Lichtleitfaser in eine andere koppeln, aufteilen, schalten oder modulieren können oder diese von einem einen Wellenleiter enthaltenden Gerät zu einem anderen können. Beispiele solcher Geräte sind in den US-Patenten 3,689,264, 4,609,252 und 4,637,681 angegeben.
Das Miteinanderverbinden von optischen Geräten stellt seit jeher ein Problem dar. Eine Möglichkeit besteht z.B. darin, Fasern oder andere Konfigurationen miteinander zu verschmelzen, so daß Licht von einer Faser oder Konfiguration zu den damit verbundenen Fasern oder Konfigurationen gelangen kann. Es ist jedoch schwierig bei einem solchen Schmelzverfahren das Ausmaß des Schmelzens und die genaue Geometrie sowie die Reproduzierbarkeit der endgültigen Struktur zu steuern.
Aus EP-A-0,324,492 ist eine Anordnung zum Verbinden von Lichtleitfasern bekannt. Die Verbindungsanordnung enthält eine optische Wellenleitereinrichtung, die wenigstens einen verdeckten optischen Wellenleiter aufweist. Die Einrichtungen werden so angeordnet, daß die optischen Achsen der Lichtleitfaserkerne im wesentlichen mit den optischen Achsen des Wellenleiters in der Verbindungseinrichtung fluchten. Die optischen Wellenleiter werden in Nuten gehalten, die in die Verbindungseinrichtung geätzt sind.

3. Grundgedanke der Erfindung

Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen 1 und 8 beansprucht wird, löst die Aufgabe, die Ausrichtung von Wellenleitereinrichtungen zu vereinfachen, die gekoppelt werden sollen.
Vorzugsweise ist die Breite des durchgehenden Schlitzes in geeigneter Weise kleiner als die Dicke der Einrichtung, so daß beim Verbinden der optischen Wellenleitereinrichtung mit einer ähnlichen Einrichtung durch Koppeln ihrer entsprechenden durchgehenden Schlitze eine enge und feste Passung erzielt wird. Die optische Wellenleitereinrichtung ist ferner vorzugsweise ein Laminat aus einer mittleren Photopolymerlage, die den Wellenleiter enthält, und zwei äußeren Photopolymerlagen der gleichen Dicke.
Vorzugsweise werden ferner die entsprechenden Enden der Wellenleiter der beiden Einrichtungen mittels einer Klebstoff-Photopolymerzusammensetzung aneinander angeklebt.

4. Beschreibung der Zeichnung

Das Verständnis der praktischen Umsetzung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung wird durch die Bezugnahme auf die nachfolgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungsfiguren erleichtert. Es zeigen:
Fig. 1 in einer perspektivischen Darstellung eine photohärtbare Folie, die lösbar an einem Träger haftet;
Fig. 2a in einer schematischen Darstellung einen bevorzugten Weg zur Bildung eines optischen Wellenleiters in einer Folie an einem Träger;
Fig. 2b in einer schematischen Darstellung einen zweiten bevorzugten Weg zur Bildung eines optischen Wellenleiters mit Y-Form in einer Folie an einem Träger;
Fig. 2c in einer schematischen Darstellung einen dritten bevorzugten Weg zur Bildung eines optischen Wellenleiters anderer Konfiguration in einer Folie an einem Träger;
Fig. 3 einen wahlweisen Schritt des Bestrahlens einer einen Wellenleiter enthaltenden Folie an einem Träger mit Flutlicht;
Fig. 4 einen laminierten Aufbau, der von oben nach unten eine photohärtbare Lage, eine Folie mit einem Wellenleiter und einen weiteren Träger aufweist;
Fig. 5 den wahlweisen Schritt des Bestrahlens des Aufbaus von Fig. 4 mit Flutlicht;
Fig. 6 den Aufbau von Fig. 4 oder 5, wobei einer der Träger entfernt ist;
Fig. 7 in einer perspektivischen Darstellung ein einen optischen Wellenleiter enthaltendes Gerät, das von oben nach unten einen Träger, eine photohärtbare oder photogehärtete Lage, eine Folie mit einem Wellenleiter, eine photohärtbare Lage und einen Träger aufweist;
Fig. 8 den Schritt des Härtens des Gerzts von Fig. 7 durch Bestrahlen mit Flutlicht;
Fig. 9 den Schritt des Härtens des Aufbaus von Fig. 4 oder des Geräts von Fig. 7 durch Erwärmen;
Fig. 10 in einer perspektivischen Darstellung ein optisches Wellenleitergerät zur Verwendung in integrierten optischen Systemen, wobei das Gerät von oben nach unten eine erste gehärtete Lage, eine gehärtete Folie mit einem Wellenleiter und eine zweite gehärtete Lage aufweist;
Fig. 11 den Schritt des Stabilisierens des Geräts von Fig. 10 durch Erwärmen;
Fig. 12 in einer perspektivischen Darstellung zwei optische Wellenleitergeräte mit durchgehenden Schlitzen vor ihrer Verbindung;
Fig. 13 in einer perspektivischen Darstellung die beiden optischen Wellenleitergeräte von Fig. 12 nach ihrer Verbindung mittels ihrer durchgehenden Schlitze;
Fig. 14 im Schnitt einen Schlitz mit einem vergrößerten Achsenbereich.

5. Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Die Erfindung betrifft optische Wellenleitergeräte, die mittels spezieller zusammenpassender Schlitze an jedem Gerät miteinander gekoppelt werden können. Dies erleichtert wesentlich die Ausrichtung der in verschiedene Geräte eingebetteten Wellenleiter und beseitigt die Notwendigkeit präziser und teurer Ausrüstungen, die ansonsten für die Ausrichtung der Wellenleiter erforderlich wäre. Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Neuerstellen solcher optischen Geräte.
Obwohl jede Art von optischen Wellenleitergeräten, bei denen die Wellenleiter mit gleichem Abstand von ihrer Außenseite eingebettet sind, erfindungsgemäß verwendet werden können, eignen sich die Verbindung mit den Figuren 1 bis 11 beschriebenen Geräte besonders, um von Hause aus einen Wellenleiter genauer bezüglich des Erfordernisses des gleichen Abstandes zu positionieren und sie werden daher bevorzugt. Die durchgehenden Schlitze, die laut der vorliegenden Erfindung in die optischen Wellenleitergeräte geschnitten werden, werden in Verbindung mit den Figuren 12 und 13 beschrieben.
Obwohl die Figuren aus Gründen der Einfachheit nur elementare optische Wellenleitergeräte zeigen, hat das Ausmaß der Komplexität der einzelnen Geräte keine nachteiligen Auswirkungen für die vorliegende Erfindung.
In der nachfolgenden detaillierten Beschreibung beziehen sich in allen Figuren gleiche Bezugszeichen auf gleiche Teile. Außerdem wird das Wort wielementif zur Bezeichnung eines Bestandteils eines fertigen, einen optischen Wellenleiter enthaltenden Geräts verwendet.
Fig. 1 zeigt ein Element, das bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet wird und eine im wesentlichen trockene, photohärtbare Folie 1 aufweist, die lösbar an einem Träger 2 haftet. Die Folie 1 hat eine erste Oberfläche 3 und eine zweite Oberfläche 4. Der Träger hat in ähnlicher Weise eine erste Oberfläche 5 und eine zweite Oberfläche 6. Die erste Oberfläche 5 des Trägers 2 haftet lösbar an der ersten Oberfläche 3 der Folie 1. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Oberflächen 3, 4, 5 und 6 der Folie 1 und des Trägers 2 im wesentlichen flach.
Die Folie 1 kann eine Stärke im Bereich von 2 bis 15 µm oder darüber haben, vorzugsweise im Bereich von 4,5 bis 8,0 µm und insbesondere etwa 5,3 µm.
Gemäß den Fig. 2a, 2b und 2c beinhaltet der erste Schritt des Verfahrens zur Herstellung der bevorzugten Geräte nach der Erfindung das Belichten wenigstens eines ersten Bereichs 7 der Folie 1, das Polymerisieren wenigstens eines Monomers in der Folie 1 und das Andern des Brechungsindexes des Bereichs 7, um wenigstens einen ersten optischen Wellenleiter zu bilden. Der Ausdruck "Wellenleiter" ist in der Fachwelt so definiert, daß er den gesamten Bereich einschließt, der Strahlungsenergie weiterleitet Dies schließt technisch einige Flächenanteile unmittelbar um den belichteten Bereich herum ein, der im wesentlichen als der Wellenleiter angesehen wird. Nach der Theorie wird die Bildung eines Wellenleiters einer Selbstfokussierungseigenschaft des Folienmaterials zugeschrieben. Beim Belichten wird eine Polymerisationsreaktion in dem belichteten Bereich ausgelöst. Man geht davon aus, daß zumindest in der Nähe der Grenzfläche dieser Bereiche eine Interdiffusion zwischen den belichteten und den unbelichteten Bereichen stattfindet.
Diese Interdiffusion verändert und erhöht typischerweise die Dichte des belichteten Bereichs und erhöht dadurch dessen Brechungsindex. Dies erzeugt einen linsenähnlichen belichteten Bereich, der das Licht in einer selbstfokussierenden Weise ausrichtet, um einen schmalen, glattwandigen Wellenleiter von etwa der gleichen Abmessung wie eine Maskenfläche oder der Breite eines Lichtbündels zu erzeugen. Drei Ausführungsformen zur Ausführung dieses ersten Schrittes sind in den Fig. 2a, 2b und 2c gezeigt.
In Fig. 2a belichtet eine fokussierte Laserlichtquelle 8 den Bereich 7 zur Bildung des Wellenleiters. Ein Translationsmechanismus 9 ist mit der Laserlichtguelle 8 und/oder dem Träger 2 verbunden, um die Laserlichtquelle, den Träger 2 oder beide zu verschieben und dadurch den Wellenleiter mit einem gewünschten und/oder vorgegebenen Muster zu erzeugen. Hier hat der belichtete Bereich 7 eine im wesentlichen langgestreckte Kastenform mit einer optischen Achse 10 durch die Längsmitte des Bereichs 7. Ein körperlicher Querschnitt durch den belichteten Bereich 7 senkrecht zur optischen oder mittigen Achse 10 ist im wesentlichen rechteckförmig. Zu beiden Seiten des Bereichs 7 verbleiben unbelichtete Bereiche 11 der Folie 1.
Fig. 2b zeigt eine alternative Ausführungsform zum Belichten eines Bereiches 7'. Hier richtet eine nichtfokussierte Laserlichtquelle 8' allgemein aktinische Strahlung auf das Element von Fig. 1. Eine undurchsichtige Maske 12 ist zwischen der Laserlichtquelle 8 und der Folie 1 angeordnet und berührt im allgemeinen und bedeckt die zweite Folienoberfläche 4. Die Maske 12 hat wenigstens eine Musterf läche 13, durch die hindurch aktinische Strahlung von der Lichtquelle 8' den Bereich 7' belichtet. Die Musterfläche kann jede gewünschte Form haben einschließlich der im wesentlichen Y-Form gemäß Fig. 2b.
Das Belichten des Bereichs 7' durch diese Fläche 13 führt zur Erzeugung eines Wellenleiters, der etwa Y-Form hat. Allgemein gesagt, kann der Bereich ein für die Eingabe oder Ausgabe von Licht vorgesehenes Ende haben, das mit einer Mehrzahl (z.B. 2, 3, 4 ...) von Enden verbunden ist, die für die Eingabe oder Ausgabe von Licht vorgesehen sind. Wie bei der Ausführungsform von Fig. 2a verbleiben unbelichtete Bereiche 11' in der Folie 1.
Eine dritte Ausführungsform zur Durchführung des Belichtungsschrittes des vorliegenden Verfahrens ist in Fig. 2c gezeigt. Hier belichtet aktinische Strahlung von einer Lichtquelle 8'' einen ersten Bereich 7'' und einen zweiten Bereich 7''' der Folie 1 durch eine undurchsichtige Maske 12' hindurch. Diese Maske 12' hat erste und zweite Flächen 13' und 13'' für den Durchgang von Licht zum Belichten der Bereiche 7'', bzw. 7'''. Die zweite Fläche 13'' nähert sich und ist zum Teil parallel zu der ersten Fläche 13'. Nach dem Belichten nähert sich der belichtete zweite Bereich 7''' und der entsprechende Wellenleiter dem belichteten ersten Bereich 7'' und dem entsprechenden Wellenleiter und verläuft zum Teil parallel dazu. Die Wellenleiter können somit so angeordnet werden, daß sie eine gedämpfte Kopplung des in einen der Wellenleiter eingestrahlten Lichtes zeigen, indem das eingestrahlte Licht schrittweise in den anderen Wellenleiter sickert oder einkoppelt.
Bei jeder dieser bevorzugten Ausführungsformen bleiben nach dem Belichten die ersten und zweiten Oberflächen 3 und 4 der Folie 1 im wesentlichen flach. Dies erleichtert das nachfolgende Laminieren von Lagen auf die Folienoberflächen. Fig. 2a, 2b und 2c zeigen somit die Herstellung von optischen Wellenleiterelementen, die bei der Herstellung optischer Wellenleitergeräten verwendbar sind, die wiederum für integrierte optische Systeme brauchbar sind.
Fig. 3 zeigt einen wahlweisen Schritt, der dem Belichtungsschritt folgt. Das sich durch den Belichtungsschritt ergebende Element kann mit Flutlicht, z.B. breitbandigem UV- Licht, bestrahlt werden. Dies polymerisiert einiges von wenigstenseinem Monomer in der Folie und im allgemeinen das meiste oder alles eines oder aller Monomere in der Folie. Dies kann das einfache Entfernen oder Befestigen des Trägers 2 ermöglichen. Das erhaltene optische Wellenleiterelement kann in ähnlicher Weise bei der Herstellung von optischen Wellenleiter-Vorrichtungen verwendet werden, die erfindungsgemäß bevorzugt verwendet werden.
Als nächstes wird gemäß Fig. 4 eine erste im wesentlichen trockene photohärtbare Lage 14 auf die zweite Oberfläche 4 der Folie laminiert. Die erste Lage 14 hat erste und zweite Oberflächen 15 bzw. 16. Die erste Oberfläche 15 der ersten Lage 14 wird auf die zweite Folienoberfläche 4 laminiert, indem sie in engem Kontakt angeordnet und in kontrollierter Weise mittels Walzen Druck aufgebracht wird, um Luft zwischen der Folie 1 und der Lage 14 zu entfernen. Die erste Lage 14 ist klebrig. Wenn der wahlweise Schritt des Bestrahlens mit Flutlicht, der in Fig. 3 dargestellt ist, nicht ausgeführt wird, dann ist auch die Folie 1 klebrig. Die Folie 1 und die erste Lage 14 haften somit in einfacher Weise aneinander. Ein Träger 17 haftet lösbar an der zweiten Oberfläche 16 der ersten Lage 14. Fig. 4 zeigt ein weiteres optisches Wellenleiterelement, das zur Herstellung optischer Wellenleitervorrichtungen oder -geräte verwendbar ist, die für die vorliegende Erfindung vorzugsweise verwendet werden.
Fig. 5 zeigt einen wahlweisen Schritt des Bestrahlens mit Flutlicht ähnlich dem von Fig. 3 mit der Ausnahme, daß das bestrahlte Element wie in Verbindung mit Fig. 4 beschrieben modifiziert ist. Das sich aus dem ersten Laminierungsschritt ergebende Element kann mit Flutlicht bestrahlt werden, z.B. breitbandigem UV-Licht. Dies polymerisiert einiges wenigstens eines Monomeren (und im allgemeinen das meiste oder alles eines oder aller Monomeren) in der ersten Lage 14 und polymerisiert weiterhin einiges des wenigstens einen Monomeren in der Folie 1 (falls dieses nicht durch einen vorausgehenden Flutlicht-Bestrahlungsschritt bereits polymerisiert wurde). Eine extensive Quervernetzung oder Polymerisation tritt zwischen dem oder den Monomeren der Lage 14 angrenzend an das oder die Monomere der Folie 1 auf, wodurch eine diffuse Grenzlinie oder ein diffuser Grenzbereich gebildet wird. Das erhaltene optische Wellenleiterelement ist ebenfalls bei der Herstellung erf indungsgemäßer optischer Wellenleitervorrichtungen verwendbar.
Fig. 6 zeigt das Element nach dem nächsten Schritt des Entfernens des Trägers 2 von der ersten Oberfläche 3 der Folie 1.
Gemäß Fig. 7 wird dann eine zweite im wesentlichen trockene photohärtbare Lage 18 auf die erste Oberfläche 3 der Folie 1 laminiert. Die zweite Lage 18 hat erste und zweite Oberflächen 19 bzw. 20. Die erste Oberfläche 19 der zweiten Lage 18 wird auf die erste Oberfläche 3 der Folie laminiert, indem sie in engem Kontakt angeordnet wird und in kontrollierter Weise mittels Walzen Druck aufgebracht wird, um Luft zwischen der Folie 1 und der zweiten Lage 8 zu entfernen. Die Oberflächen 19 und 20 der zweiten Lage sind klebrig und haften so in einfacher Weise an der Folie 1. Ein Träger 21 haftet lösbar an der zweiten Oberfläche 20 der zweiten Lage.
Fig. 8 zeigt einen Schritt des Härtens des in Fig. 7 gezeigten Elements durch Bestrahlen mit Flutlicht, z.B. einem breitbandigen UV-Licht. Unter dem Ausdruck "breitbandiges UV- Licht" wird hier Licht in dem Spektralbereich von etwa 350 bis 400 nm verstanden. Dieser Verfahrensschritt dauert Minuten, vorzugsweise 5 Minuten, kann jedoch auch länger dauern. Wenn dies der erste Flutlicht-Bestrahlungsschritt ist, dann ist dies die erste Polymerisation wenigstens eines Monomeren (und im allgemeinen des meisten oder alles eines oder aller Monomeren) in den verbleibenden Bereichen 11 in der Folie 1 und der ersten und zweiten Lagen 14 bzw. 18. Er polymerisiert ferner das wenigstens eine Monomere in dem Bereich 7 der Folie 1. Wenn er nicht der erste Flutlicht- Bestrahlungsschritt ist, so polymerisiert er wenigstens ein Monomer in der zweiten Lage und führt die Polymerisierung des wenigstens einen Monomeren in dem Rest des Elements fort. Etwas Vernetzung oder Polymerisation tritt zwischen der zuvor polymerisierten Folie 1 und dem oder den Monomeren in der zweiten Lage 18 auf, wodurch eine Grenzlinie oder ein Grenzbereich gebildet wird, der deutlicher ist, als wenn die Folie 1 zuvor nicht mit Flutlicht bestrahlt worden ist. Wenn dies nicht der erste Flutlicht-Bestrahlungsschritt ist, wenn z.B. die Pufferlage 14 zuvor durch Bestrahlen mit Flutlicht, wie in Fig. 5 dargestellt, gehärtet wurde, dann wird ferner vorzugsweise die Folie 1 und die Pufferlage 18 des Elements von Fig. 8 durch Einstrahlen von Flutlicht zuerst durch den Träger 21, die Lage 18, die Folie 1, die Lage 14 und dann den Träger 17 gehärtet. Das Element soll mit anderen Worten in der Weise mit Flutlicht bestrahlt werden, daß das Licht ungehärtete Lagen oder Folien vor zuvor gehärteten durchdringt.
Ferner kann jede Pufferlage oder können alle Pufferlagen und die Folie mit einem darin ausgebildeten Wellenleiter durch Bestrahlen mit Flutlicht gehärtet werden, bevor die Lagen oder die Folie auf die anderen Teile aufgelegt laminiert werden. Man erhält eine Vorrichtung, die wenigstens einen Wellenleiter in Form eines verdeckten Kanals in einer laminierten und photogehärteten Matrix aufweist, die für ein integriertes optisches System brauchbar ist.
Fig. 9 zeigt einen weiteren möglichen Verfahrensschritt des Härtens des in Fig. 7 gezeigten Elements, indem es erwärmt wird. Tatsächlich können die Lagen und die Folie vor, in Verbindung mit, nach oder anstatt des Flutlicht-Bestrahlungsschrittes erwärmt werden, um die Vorrichtung zu härten oder weiter zu härten. Dieser Erwärmungsschritt findet bei einer Temperatur im Bereich von 50ºC bis 200ºC statt und vorzugsweise im Bereich von etwa 100ºC bis 150ºC für die Dauer von Minuten, vorzugsweise 5 Minuten.
Photohärtbare Zusammensetzungen sind im allgemeinen weniger empfindlich gegenüber Temperaturen bis zu 100ºC als oberhalb 100ºC. Das Aushärten kann jedoch bei niedrigen Temperaturen wie 50ºC ausgelöst werden, wenn diese Temperatur für eine ausreichende Zeitdauer gehalten wird. Wenn die Temperatur auf oberhalb 100ºC erhöht wird, so nimmt das thermisch ausgelöste Härten deutlich zu.
Nach dem Aushärtungsschritt erfolgt eine maximale Erhöhung des Brechungsindexes in dem lokalisierten Wellenleiterbereich in der Folie im Bereich von 0,001 bis 0,40, gemessen bei 546 nm Wellenlänge mittels eines ASUJENA Interphako - Mikroskops. Die stellenweise Erhöhung des Brechungsindexes, n, kann für die Zwecke der vorliegenden Erfindung durch herkömmliche Scheren-Interferenz-Mikroskopie-Techniken ermittelt werden und wird unter der Annahme einer gleichformigen Index-Verschiebung innerhalb der Folie in der Weise berechnet, daß n tatsächlich ein Durchschnittswert ist, wobei die folgende Gleichung verwendet wird:
fλ = nd
f = a/b
aλ/b = nd,
wobei d = angenommene Wellenleiterdicke, im allgemeinen die Foliendicke;
a = Wellenleiter-Streifenverschiebung relativ zur Umgebung;
b = Streifenabstand und
λ = 0,546 µm, Wellenlänge des Lichts im Mikroskop.
Diese lokale Erhöhung des Brechungsindexes steht im Gegensatz zu und darf nicht verwechselt werden mit einer Modulation des Brechungsindexes, die bei holographisch hergestellten Gittern gemessen wird, wie es in EP-A-0 324 480 beschrieben wird.
Nach dem Aushärtungsschritt ist der Wellenleiter im Bereich von 0,6 bis 1,6 µm Wellenlänge transparent. Er ist effektiv transparent bei 1,3 µm für Einmodenbetrieb. Auch nach dem Aushärtungsschritt liegt der maximale Brechungsindex der Matrix, ausgenommen in oder nahe dem Wellenleiter, im Bereich von 1,45 bis 1,60, gemessen bei 632 nm, in Abhängigkeit von der Formulierung und/oder dem Ausmaß der zwischen den Lagen stattfindenden Diffusion aus angrenzenden Lagen oder Folien mit abweichenden Indizes. Der Brechungsindex wird unter Verwendung eines Abberefraktometers von Karl Zeiss bestimmt.
Die Träger 17 und 21 können von der Vorrichtung abgenommen werden, die sich aus dem in Fig. 10 veranschaulichten Aushärtungsschritt ergibt.
Es hat sich gezeigt, daß eine Wartezeit von 5 bis 120 Minuten, vorzugsweise 20 bis 30 Minuten, nach jedem Flutlicht-Bestrahlungsschritt und vor dem Entfernen der Trägerfolien die Diffusion zwischen den Lagen und die Polymerisation erleichtert.
Fig. 11 zeigt einen wahlweisen, jedoch bevorzugten Verfahrensschritt der Stabilisierung der Vorrichtung von Fig. 10 durch Erwärmen, typischerweise nach dem Aushärtungsschritt. Dieser Erwärmungsschritt findet in ähnlicher Weise bei einer Temperatur im Bereich von etwa 50ºC bis 200ºC und vorzugsweise im Bereich von etwa 100ºC bis 150ºC statt. Dieser Stabilisierungsschritt findet während einer längeren Zeitspanne als der Aushärtungsschritt statt. Vorzugsweise findet der Stabilisierungsschritt während einer Zeitdauer von 20 Minuten bis 2 Stunden und mehr, insbesondere für etwa 1 Stunde, statt. Diese Erwärmung stabilisiert die Vorrichtung stärker gegenüber Umgebungseinflüssen, indem sie sicherstellt, daß Wasser und andere Elemente in der Umgebung die richtige Arbeitsweise der Vorrichtung nicht stören. Diese Erwärmungbewirkt außerdem eine thermische Stabilisierung der optischen und mechanischen Eigenschaften und erlaubt den Betrieb der erhaltenen Vorrichtung innerhalb eines breiten Bereichs von Temperaturen ohne Änderung der Eigenschaften der Vorrichtung.
Bei der Vorrichtung der Fig. 10 und 11 haben die ersten und zweiten Lagen 14 bzw. 18 gleiche Stärken, da die Folien 14 und 18 im wesentlichen identisch sind, wodurch sie zwangsläufig das Äquidistanz-Erfordernis erfüllen. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung wird es außerdem bevorzugt, die Stücke der Folien 14 und 18 von benachbarten Flächenbereichen derselben Folienrolle zu wählen und auszuschneiden, um gleiche Stärke sicherzustellen.
Einer der Vorteile dieser Anordnung ist die Einfachheit der Hinzufügung einer oder mehrerer im wesentlichen trockener photohärtbarer und photogehärteter Lagen auf jeder Seite mit oder ohne einen Wellenleiter oder ein Gitter und des Aufbaus jeder gewünschten Dicke, wobei immer das Äquidistanz-Erfordernis eingehalten wird.
Alle Lagen können aus dem gleichen Material wie die Folie hergestellt werden. Die gehärtete Matrix der Vorrichtung ist dann in der Zusammensetzung und im Brechungsindex im wesentlichen homogen mit Ausnahme innerhalb des Wellenleiters und in dessen Nähe. Vorzugsweise hat der Wellenleiter jedoch nach dem Härtungsschritt einen Brechungsindex, der etwa 0,005 und 0,060 und vorzugsweise 0,001 bis 0,025 über dem der Umgebung liegt. Unabhängig davon, ob unterschiedliche Werkstoffe für die unterschiedlichen Lagen und die Folie verwendet werden, ist natürlich die Zusammensetzung und der Brechungsindex innerhalb jedes belichteten Bereichs im wesentlichen homogen.
Fig. 12 zeigt in einer perspektivischen Darstellung eine optische Wellenleitereinrichtung 30 und eine dazu passende ähnliche optische Wellenleitereinrichtung 30', wobei beide vorzugsweise entsprechend der vorausgehenden Beschreibung hergestellt sind. Die Einrichtungen haben ähnliche Form und sind dafür vorgesehen, miteinander verbunden oder gekoppelt zu werden. Die Einrichtung 30 hat eine Endkante 32 und ein erstes Paar gegenüberliegender Außenseiten 34 und 36, die im wesentlichen parallel zueinander sind und von der Endkante 32 ausgehen. Es ist ferner ein Wellenleiter 7 vorgesehen, der äquidistant zwischen dem ersten Paar gegenüberliegender Seiten 34 und 36 angeordnet ist. Der Wellenleiter 7 hat einen Endpunkt 40 und eine optische oder Mittelachse A-A'. Die Mittelachse A-A' bildet einen Winkel mit der Endkante 32, der einen von Null verschiedenen Wert haben soll und vorzugsweise im wesentlichen rechtwinklig ist. Die Dicke der optischen Einrichtung 30 ist als der Abstand zwischen den parallelen und gegenüberliegenden Seiten 34 und 36 definiert.
Die optische Wellenleitereinrichtung 30 hat ferner einen durchgehenden Schlitz 42, der sich in einer Hauptrichtung erstreckt, die im wesentlichen parallel zu der Richtung des Wellenleiters 7 ist, die dieselbe wie die Richtung der Mittelachse A-A' ist. Tatsächlich hat der durchgehende Schlitz eine Mittelachse (nicht eingezeichnet), die mit der Mittelachse A-A' des Wellenleiters 7 zusammenfällt. Der durchgehende Schlitz 42 beginnt an der Endkante 32 und erstreckt sich in geeigneter Weise innerhalb der Einrichtung 30, so daß er den Endpunkt 40 des Wellenleiters 7 trifft. Der Schlitz 42 wird durch ein zweites Paar gegenüberliegenden Seiten 46 und 48 begrenzt, die insgesamt im wesentlichen parallel zueinander und zur Mittelachse A-A' des Wellenleiters 7 sind. Es ist notwendig, daß die Breite des durchgehenden Schlitzes, definiert als der Abstand, um den die gegenüberliegenden Seiten 46 und 48 getrennt sind, nicht übermäßig kleiner als die Dicke der dazu passenden Einrichtung 30' sein darf. Damit ist gemeint, daß die Breite des Schlitzes nicht in einem solchen Ausmaß kleiner als die Dicke der dazu passenden Einrichtung 30' sein darf, daß beim Einsetzen in einen entsprechenden Schlitz 42' der Einrichtung 30' zerstörende Effekte auftreten. Solche zerstörenden Effekte können ein Bruch, Risse, zu hohe Spannung, Fehlfluchtung und dergleichen sein, die an einer oder beiden Einrichtungen auftreten. Obwohl die Weite des durchgehenden Schlitzes 42 größer als die Dicke der dazu passenden Einrichtung 30' sein kann, wird dadurch der Hauptvorteil der Erfindung, der in der automatischen Erzielung einer besonders guten Ausrichtung besteht, verringert. Es wird daher bevorzugt, daß die Breite des Schlitzes 42 gleich der Dicke der dazu passenden Einrichtung ist. Besonders bevorzugt ist, daß die Dicke des durchgehenden Schlitzes 42 in geeigneter Weise kleiner ist, in einer trapezoidalen Weise, als die Dicke der dazu passenden Einrichtung 30', so daß beim Verbinden der optischen Wellenleitereinrichtung 30 mit der dazu passenden Einrichtung 30' durch Koppeln ihrer entsprechenden durchgehenden Schlitze 42 und 42' eine feste und sichere Passung geschaffen wird. Unter "trapezoidaler Weise" wird verstanden, daß der durchgehende Schlitz 42 in dem Bereich bei der Endkante 32 etwas weniger breit ist als in dem Bereich, der in Richtung der Innenseite der Einrichtung 30 liegt. Zwei Lippen 50 und 52 können an den entsprechenden Schlitzen 42 und 42' vorgesehen sein, um das Einsetzen einer Einrichtung in die andere zu erleichtern. Die Lippen können abgerundete Kanten zum leichteren Einsetzen eines Schlitzes in den anderen haben.
Der durchgehende Schlitz 42 ist ferner durch eine Innenseite 54 begrenzt, die sowohl auf das erste Paar von Seiten 34 und 36 als auch das zweite Paar von Seiten 46 und 48 trifft und zu diesen rechtwinklig ist. Die Innenseite 54 hat einen Mittelpunkt 56, der mit dem Ende 40 des Wellenleiters 7 zusammenfällt.
Wenn der durchgehende Schlitz 42 der optischen Wellenleitereinrichtung 30 mit einem ähnlichen Schlitz 42' einer passenden ähnlichen Einrichtung 30' gekoppelt wird, kommen auf diese Weise die Enden 40 und 40' der entsprechenden Wellenleiter 7 und 7' in Berührung miteinander und die Mittel- oder optischen Achsen der Wellenleiter fallen im wesentlichen zusammen.
Fig. 13 zeigt die Art und Weise&sub1; in der zwei Einrichtungen positioniert sind, wenn der Schlitz der einen Einrichtung 30 von ihnen vollständig in den Schlitz einer anderen ähnlichen Einrichtung 30' eingesetzt worden ist, so daß die Enden 40 und 40' den entsprechenden Wellenleiter 7 und 7' miteinander in Berührung kommen.
Da ein einfacher mechanischer Kontakt Stellen der Wellenleiterenden übrig lassen kann, die immer noch Abstand voneinander haben, wird es sehr bevorzugt, eine Flüssigkeit zwischen die Enden der Wellenleiter zu geben, um solche Stellen zu füllen. Diese Flüssigkeit soll einen Brechungsindex haben, der den Brechungsindizes der betreffenden Wellenleiter so nah wie möglich kommt. Vorzugsweise hat die Flüssigkeit Klebe-Eigenschaften, um die optische Faser und die betreffende Einrichtung in ihrer Anordnung zu sichern. Es wird besonders bevorzugt, daß das Aushärten der Klebeflüssigkeit ein Photohärten ist, so daß sie durch einen Photohärtungsmechanismus ausgehärtet wird. Diese wird nicht nur deshalb bevorzugt, weil die meisten Herstellungsschritte der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung aktinische Strahlung beinhalten, sondern auch und insbesondere weil durch Auswahl ähnlicher oder allgemein geeigneter Monomere oder Oligomere, Initiatoren und anderer Zusätze in geeigneten Mengen der gewünschte Brechungsindex mit höherer Genauigkeit, breiterer Formulierung und Breite der Bedingungen angenähert oder angepaßt werden kann. Die Technik der Verwendung solcher Klebstoff-Formulierungen kann nicht nur bei Einrichtungen der vorliegenden Erfindung angewendet werden, sondern auch in anderen Fällen, in denen sich die freien Enden von zwei eingebetteten Wellenleitern zum Koppeln sehr nahe kommen oder einanderberühren, einschließlich Steckverbindern, Kopplern, Teilern, Wellenleitern in Form eingebetteter Fasern und ähnlichem, sowie Kombinationen davon.
Monomere, Oligomere, Polymere, Initiatoren, Kettentransferreagenz und andere Bestandteile wie sie für die Herstellung der Vorrichtungen verwendet werden und wie sie hier beschrieben werden, können auch zur Herstellung der optisch angepaßten Flüssigkeit verwendet werden, die vorzugsweise ebenfalls ein Kleber ist, wenn photogehärtet wird. Natürlich können auch andere Materialien verwendet werden, solange die oben angegebene Bedingung der möglichst engen Anpassung an den Brechungsindex der betreffenden Wellenleiter erfüllt ist. Vorzugsweise wird der durchgehende Schlitz unter Verwendung eines Lasers, insbesondere eines Excimer-Lasers, abgetragen. Ein Verfahren zur Herstellung Excimer-abgetragener Faserkanäle oder -öffnungen zum passiven (ohne Notwendigkeit einer Ausricht-Einrichtung) Koppeln beinhaltet ein computergesteuertes Bildverarbeitungs- und Positionierungssystem. Der Excimer-Laser wird mittels einer rechteckförmige Öffnung maskiert und mittels einer lsx Verkleinerungslinse auf die optische Wellenleitereinrichtung projeziert.
Die Breite der rechteckförmigen Öffnung wird einjustiert, bis die richtige Kanalbreite zur passiven Kopplung erreicht ist. Für bevorzugte Anwendungen beträgt diese Breite etwa 112 µm (mit einem Computer gemessen) in der Ebene der optischen Wellenleitereinrichtung. Ein Muster-Kanal wird vorzugsweise entfernt von dem Arbeitsbereich erzeugt. Dieser Muster-Kanal wird digitalisiert und bezüglich der Breite analysiert, wobei der Mittelpunkt und die Winkellage durch ein Bildverarbeitungssystem bestimmt werden. Dieses Bild wird mit den übrigen Daten als Referenz gespeichert, die zur Ausrichtung anderer Wellenleiter verwendet wird. An dieser Stelle wird ein Wellenleiter in das Blickfeld gebracht, und die optische Wellenleitereinrichtung wird seitlich und in ihrer Drehlage iterativ ausgerichtet, bis eine Toleranz gegenüber der Ausrichtungdes Referenzkanals von ± 0,5 µm seitlich und ± 0,25º in Drehrichtung eingehalten wird. Der tatsächliche Kanal des Wellenleiters wird dann abgetragen (Fluenz etwa 2,5J/cm², Wiederholungsrate 10Hz, 30 Sec.). Dieses Verfahren wird unter Verwendung des gespeicherten Abbildes der Referenzöffnung auf dem Rest der zu bearbeitenden Wellenleiter wiederholt.
Die hier verwendeten Basis- und Puffer-Lagen sind thermoplastische Zusammensetzungen, die bei Belichtung mit aktinischer Strahlung Vernetzungen oder Polymere höheren Molekulargewichts bilden, so daß sich der Brechungsindex und die Rheologie der Zusammensetzung ändern. Bevorzugte photohärtbare Materialien sind photopolymerisierbare Zusammensetzungen wie sie in dem US-Patent 3,658,526 (Haugh) beschrieben sind und weiter bevorzugte Materialien werden in EP-A-0 324 480, EP-A-0 324 481 und EP-A-0 324 482 beschrieben. Bei diesen Materialien härtet Additionspolymerisation freier Radikale und Vernetzung einer Verbindung, die eine oder mehrere ethylenisch ungesättigte Gruppen, im allgemeinen in einer Endstellung, enthält, die zusammensetzung und macht sie unlöslich. Die Sensitivität der photopolymerisierbaren Zusammensetzung wird durch ein Photoinizierungssystem erhöht, das eine Verbindung enthalten kann, die die Zusammensetzung für übliche Strahlungsquellen, z.B. sichtbares Licht, sensibilisiert. Üblicherweise ist ein Bindemittel die signifikanteste Komponente einer im wesentlichen trockenen photopolymerisierbaren Basis oder Lage, was die physikalischen Eigenschaften betrifft, die die Basis oder Lage bei der erfindungsgemäßen Verwendung hat. Das Bindemittel dient als ein Einschließungsmedium für das Monomer und den Photoinitiator vor dem Belichten, bildet die Grundlinie des Brechungsindexes und trägt nach dem Belichten zu den physikalischen und den Brechungsindex-Eigenschaften bei, die für die Ausbildung der Brechungsindex-Eigenschaften für die Basislage oder Pufferlage benötigt werden. Kohäsion, Adhäsion, Flexibilität, Streuungsvermögen und Zugfestigkeit sind zusätzlich zum Brechungsindexeinige der vielen Eigenschaften, die festlegen, ob das Bindemittel zur Verwendung in der Basislage oder der Pufferlage geeignet ist.
Photohärtbare Elemente mit trockener Basis oder Lagen, die als gleichwertig angesehen werden, sind photodimerisierbare oder photovernetzbare Zusammensetzungen, wie sie in dem US-Patent 3,526,504 (Celeste) beschrieben sind, oder solche Zusammensetzungen, bei denen das Aushärten durch einen anderen Mechanismus als den oben beschriebenen durch freie Radikale inizierten Typ erreicht wird.
Während die photopolymerisierbare Basis oder Lage ein festes Flächengebilde gleichförmiger Dicke ist, setzt sie sich aus drei Hauptkomponenten zusammen, einem festen in Lösungsmittel löslichen, vorgeformenten Polymermaterial, wenigstens einem flüssigen, ethylenisch ungesättigten Monomeren, das zur Additionspolymerisation fähig ist, um ein Polymermaterial mit einem Brechungsindex zu erzeugen, der deutlich unterschiedlich von dem des vorgeformten Polymermaterials ist, oder Bindemittel und einem durch aktinische Strahlung aktivierbaren Photomitiatorsystem. Obwohl die Basis oder Lage eine feste Zusammensetzung ist, interdiffundieren Bestandteile vor, während und nach der Belichtung, bis sie durch eine abschließende gleichförmige Behandlung, gewöhnlich eine gleichförmige Belichtung mit aktinischer Strahlung, fixiert oder zerstört werden. Interdiffusion kann durch den Einbau eines ansonsten inaktiven Weichmachers in die Zusammensetzung gefördert werden.
Zusätzlich zu dem flüssigen Monomer kann die Zusammensetzung feste Monomerverbindungen enthalten, die zu Interdiffusion in der festen Zusammensetzung und zur Reaktion mit dem flussigen Monomer in der Lage ist, um ein Copolymer mit einem Brechungsindex zu bilden, der gegenüber dem des Bindemittels verschoben ist.
Beiden bevorzugten Zusammensetzungen, die für die Basislage oder die Pufferlagen bei dieser Erfindung verwendet werden, werden das vorgeformte Polymermaterial und das flüssige Monomer so ausgewählt, daß entweder das vorgeformte Polymermaterial oder das Monomer eine oder mehrere Anteile enthält, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die im wesentlichen aus substituierten oder unsubstituierten Phenyl-, Phenoxy-, Naphthyl-, Naphthyloxy- oder heteroaromatischen Gruppen besteht, die ein bis drei aromatische Ringe, Chlor und Brom enthalten und bei denen die verbleibende Komponente im wesentlichen frei von den angegebenen Anteilen ist. Wenn das Monomer diese Anteile enthält, wird das photopolymerisierbare System nachfolgend als ein "monomerorientiertes System" bezeichnet und wenn das Polymermaterial diese Anteile enthält, wird das photopolymerisierbare System nachfolgend als ein "bindemittelorientiertes System" bezeichnet.
Die stabilen, festphasigen, photopolymerisierbaren Zusammensetzungen, die für diese Erfindung bevorzugt werden, werden nachfolgend unter Bezugnahme auf das "monomerorientierte System" und "bindemittelorientierte System" beschrieben. Das monomerorientierte System wird für die Basislage bevorzugt.
Das Monomer des monomerorientieren Systems ist eine flussige, ethylenisch ungesättigte Verbindung, die zur Additionspolymerisation fähig ist und einen Siedepunkt über 100ºC hat. Das Monomer enthält entweder eine Phenyl-, Phenoxy-, Naphthyl-, Naphthyloxy- oder heteroaromatische Gruppe mit einem bis drei aromatischen Ringen, Chlor und Brom. Das Monomer enthält wenigstens einen solchen Anteil und kann zwei oder mehr davon oder unterschiedliche Anteile der Gruppen enthalten, vorausgesetzt das Monomer bleibt flüssig. Als gleichwertig zu diesen Gruppen werden Gruppen betrachtet, bei denen die Substitution Niederalkyl, Alkoxy, Hydroxy, Carboxy, Carbonyl, Amino, Amido, Imido oder Kombination davon sind, vorausgesetzt das Monomer bleibt flüssig und diffundierbar in der photopolymerisierbaren Lage.
Bevorzugte flüssige Monomere zur Verwendung in dem monomerorientierten System der Erfindung sind 2-Phenoxyethylacrylat, 2-Phenoxyethylmethacrylat, Phenolethoxylatacrylat, 1-(p- Chlorphenoxy)ethyl, p-Chlorphenylacrylat, Phenylacrylat, 1- Phenylethylacrylat, Di(2-acryloxyethyl) ether von Bisphenol-A und 2-(2-Naphthyloxy)ethylacrylat.
Während für die Erfindung verwendbare Monomere flüssig sind, können sie in Zumischung mit einem zweiten festen Monomer des gleichen Typs verwendet werden, z.B. N-Vinylcarbazol, ethylenisch ungesättigten Carbazolmonomeren, wie sie in Journal of Polymer Science: Polymer Chemistry Edition, Band 18, Seite 9-18 (1979) von H. Kamogawa et al, beschrieben sind, 2-Naphthylacrylat, Pentachlorphenylacrylat, 2,4,6-Tribromphenylacrylat, und Bisphenol-A-diacrylat, 2-(2-Naphthyloxy)ethylacrylat und N-Phenylmaleinimid.
Das in Lösungsmittel lösliche Polymermaterial oder Bindemittel des monomerorientierten Systems ist im wesentlichen frei von Phenyl-, Phenoxy-, Naphthyl-, Naphthyloxy- oder heteroaromatischen Gruppen mit einem bis drei aromatischen Ringen, Chlor und Brom.
Bevorzugte Bindemittel zur Verwendung in dem monomerorientierten System der Erfindung sind Celluloseacetatbutyrat-Polymere; Acrylpolymere und Mischpolymere einschließlich Polymethylmethacrylat, Methylmethacrylat/methacrylsäure und Methylmethacrylat/acrylsäure-Copolymere, Terpolymere von Methylmethacrylat/C&sub2;-C&sub4;-alkylacrylat oder Methacrylat/acryloder -methacrylsäure; Polyvinylacetat; Polyvinylacetal, Polyvinylbutyral, Polyvinylformal; sowie Mischungen daraus.
Das Monomer des bindemittelorientierten Systems ist eine flüssige, ethylenisch ungesättigte Verbindung, die zur Additionspolymerisation fähig ist und einen Siedepunkt über 100ºC hat. Das Monomer ist im wesentlichen frei von Anteilen der Gruppe, die im wesentlichen aus Phenyl-, Phenoxy-, Naphthyl-, Naphthyloxy- oder heteroaromatischen Gruppen mit einem bis drei aromatischen Ringen, Chlor und Brom besteht.
Bevorzugte flüssige Monomere zur Verwendung in dem bindemittelorientieren System der Erfindung sind Decanedioldiacrylat, Iso-bornylacrylat, Triethylenglycoldiacrylat, Diethylenglycoldiacrylat, Triethylenglycoldimethacrylat, Ethoxyethoxyethylacrylat, Triacrylatester von ethoxyliertem Trimethylolpropan und 1-Vinyl-2-pyrrolidinon.
Während Monomere, die in dem bindemittelorientierten System verwendet werden, Flüssigkeiten sind, können sie in Zumischung mit einem zweiten festphasigen Monomer des gleichen Typs verwendet werden, z.B. N-Vinyl-Caprolactam.
Das in Lösungsmittel lösliche Polymermaterial oder Bindemittel des bindemittelorentierten Systems enthält in seiner Polymerstruktur Anteile der Gruppe, die im wesentlichen aus Phenyl-, Phenoxy-, Naphthyl-, Naphthyloxy- oder heteroaromatischen Gruppen mit ein bis drei aromatischen Ringen sowie Chlor- oder Bromatomen besteht. Als gleichwertig zu diesen Gruppen werden substituierte Gruppen betrachtet, in denen die Substitution Niederalkyl, Alkoxy, Hydroxy, Carboxy, Carbonyl, Amido, Imido oder Kombinationen davon sind, vorausgesetzt das Bindemittel bleibt im Lösungsmittel löslich und thermoplastisch. Die Anteile können einen Teil der Monomereinheiten bilden, die das polymere Bindemittel darstellen oder sie können auf ein hergestelltes Polymer oder Zwischenpolymer aufgepfropft werden. Das Bindemittel dieses Typs kann ein Homopolymer oder ein Zwischenpolymer aus zwei oder mehr getrennten Monomereinheiten sein, wobei wenigstens eine der Monomereinheiten einer der angegebenen Anteile ist.
Bevorzugte Bindemittel zur Verwendung in dem bindemittelorientierten System sind Polystyrol, Poly(styrol/acrylnitril), Poly(styrol/methylmethacrylat) und Polyvinylbenzal sowie Mischungen daraus.
Dasselbe Photoinitiatorsystem, das durch aktinische Strahlung aktivierbar ist, kann entweder in dem monomerorientierten System oder in dem bindemittelorientierten System verwendet werden. Das Photomitiatorsystem enthält typischerweise einen Photomitiator und kann ein Sensibilisierungsmittel enthalten, das die spektrale Empfindlichkeit in den nahen UV Bereich und die Bereiche des sichtbaren Lichts erstreckt. Bevorzugte Photoinitiatoren sind CDM-HABI, d.h. 2-(o-Chlorphenyl)-4,5-bis(m-methoxyphenyl)-imidazol-Dimer; o-Cl-HABI, d.h., 2,2'-Bis(o-chlorphenyl)-4,4',5,5'-tetraphenyl-1,1'- biimidazol; und TCTM-HABI, d.h. 2,5-Bis(o-chlorphenyl)-4- 3,4-dimethoxyphenyl-1H-imidazol-Dimer von denen jedes typischerweise mit einem Sauerstoffspender, z.B. 2-Mercaptobenzoxazol verwendet wird.
Bevorzugte Sensibilisierungsmittel sind die folgenden:
DBC, d.h., 2,5-Bis-4-(diethylamino)-2-methylphenylmethylen-cyclopentanon;
DEAW, d.h., 2,5-Bis-((4-(diethylamino)-phenyl)methylen)- cyclopentanon; und
Dimethoxy-JDI, d.h., 2,3-Dihydro-5,6-dimethoxy-2- ((2,3,6,7-tetra-hydro-1H,5H-benzo[i,j]chinolizin-9-yl)- methylen)1H-Inden-1-on.
Die festen photopolymerisierbaren Zusammensetzungen der Erfindung können einen Weichmacher enthalten. Weichmacher nach der Erfindung können in Anteilen, die zwischen etwa 2 und etwa 20 Gewichts-% der Zusammensetzung variieren, verwendet werden, vorzugsweise 5 bis 15 Gewichts-%.
Bevorzugte Weichmacher zur Verwendung in einfachen Celluloseacetatbutyrat-Systemen sind Triethylenglycoldicaprylat, Tetraethylenglycoldiheptanoat, Diethyladipat, Brij30 und Tris(2-ethylhexyl)phosphat. In ähnlicherweise sind Triethylenglycoldicaprylat, Diethyladipat, Brij3o und Tris(2- ethylhexyl)phosphat bevorzugt in dem monomerorientierten System, wobei celluloseacetatbutyrat das Bindemittel ist.
Andere Komponenten können zusätzlich zu den oben beschriebenen in den photopolymerisierbaren Zusammensetzungen in unterschiedlichen Anteilen vorhanden sein. Solche Komponenten sind UV-Strahlung absorbierendes Material, thermische Stabilisatoren, Wasserstoff-Donatoren, Sauerstoff-Scavenger und Trennmittel.
Die Anteile der Zutaten in den photopolymerisierbaren Zusammensetzungen liegen im allgemeinen innerhalb der folgenden, auf dem Gesamtgewicht der photopolymerisierbaren Lage basierenden Prozentsätze: Monomer, 5-50%, vorzugsweise 15-35%; Initiator 0,10-10%, vorzugsweise 1-5%, Bindemittel 25-75%, vorzugsweise 45-65%, Weichmacher 0-25%, vorzugsweise 5-15%, andere Zutaten 0-5%, vorzugsweise 1-4%.
Die Träger können jede Substanz sein, die für aktinische Strahlung durchlässig ist und eine ausreichende Abstützung zur Handhabung der miteinander kombinierten Basis und Lage bieten. Vorzugsweise ist der Träger durchlässig in dem Spektralbereich von 0,6 bis 1,6 µm Wellenlänge. Die Bezeichnung "Träger" umfaßt dabei natürliche oder synthetische Träger, vorzugsweise solche, die in Form einer flexiblen oder starren Folie oder eines solchen Flächengebildes vorliegen können. Der Träger oder das Substrat kann z.B. ein Flächengebilde oder eine Folie aus organischem Kunstharz oder eine Zusammensetzung aus zwei oder mehr Materialien sein. Spezielle Substrate sind Polyethylenterephthalat-Folie, z.B. harzunterlegte Polyethylenterephthalat-Folie, mit Flamme oder elektrostatischer Entladung behandelte Polyethylenterephthalat- Folie, Glas, Celluloseacetat-Folie und dergleichen. Die Dicke des Trägers ist ohne besondere Bedeutung, solange er in geeigneter Weise die Folie oder Lage abstützt, die lösbar daran haftet. Eine Dicke des Trägers von etwa 25 bis 50 µm bietet bei Verwendung von Polyethylenterephthalat eine ausreichende Starrheit.
Die folgenden Beispiele verdeutlichen, wie eine solche Vorrichtung hergestellt werden kann, beschränken die Erfindung jedoch nicht.

BEISPIEL 1

Eine im wesentliche trockene photohärtbare (aktive) Folie (Basis- oder Wellenleiterlage) von etwa 5,3 µm Dicke mit den in Tabelle I aufgelisteten Zutaten, die als Beschichtung auf einen etwa 25 nm dicken klaren Polyethylenterephthalat-Träger aufgelegt ist, und zwar in einem Ausschnitt von etwa 7,5 × 10 cm (3 inch × 4 inch), wird mit breitbandigem UV-Licht in dem Spektralbereich von 350 bis 400 nm durch eine herkömmliche verchromte Glas-Photomaske belichtet, um ein 1 × 4 (ein Wellenleiterende zu vier Wellenleiterenden oder vier zu eins)-Koppler-Wellenleitermuster zu erzeugen. Nach dem Belichten und dann einer angemessenen Wartezeit von etwa 15 Minuten wird die Maske abgenommen.
Als nächstes wird eine erste, im wesentlichen trockene photohärtbare Lage (innere Pufferlage) von etwa 30 nm Dicke, die die in Tabelle II angegebenen Bestandteile enthält und auf einen 25 nm starken, klaren Polyethylenterephthalat-Träger als Beschichtung aufgebracht ist, auf die Folienoberfläche über den Wellenleiter laminiert und nachfolgend mit breitbandigem UV-Licht in Spektrallinien von 350 bis 400 nm flutlicht-bestrahlt. Der Folien-Träger wird dann durch mechanisches Abstreifen entfernt.
Alsnächstes wird eine zweite photohärtbare Lage (innere Pufferlage) von identischer Zusammensetzung und Struktur wie die erste Pufferlage mit dem Träger auf die entgegengesetzte Oberfläche der Folie (Basis- oder Wellenleiterlage) laminiert und wie oben mit Flutlicht bestrahlt.
In den nachfolgenden Schritten werden die Träger, die an den Pufferlagen haften, entfernt. Aufeinanderfolgend werden eine dritte und eine vierte Pufferlage (äußere Pufferlagen) einer Zusammensetzung gemäß Tabelle III und einer Struktur wie die anderen Pufferlagen auf die erste bzw. zweite Pufferlage laminiert, wobei zwischen jedem Laminieren und nachfolgenden Entfernen des Pufferlagenträgers eine Flutlichtbestrahlung stattfindet, um eine optische Wellenleiter-Vorrichtung mit einem verdeckten Kanal-Wellenleiter zu bilden.
Die erhaltene Vorrichtung wird für 60 Minuten auf 100ºC erwärmt, um thermische Stabilität zu erreichen. TABELLE I Basis- oder Wellenleiterlage
¹ Eastman CAB 531-1
² 2,2'-Bis-o-chlorphenyl-4,4',5,5'-tetraphenyl-1,1'- bis-bumidazol; CAS 1707-68-2
³ 2,5-Bis([4-diethylamino)-phenyl]methylen)cyclopentanon TABELLE II Innere Pufferlage
¹ 2,2'-Bis-o-chlorphenyl-4,4',5,5'-tetraphenyl-1,1'-bis- bumidazol; CAS 1707-68-2
² Fluoraliphatische Polymer-Ester, 3M company, St. Paul, MN
³ 2,5-Bis ([4-(diethylamino)-phenyl]methylen) cyclopentanon TABELLE III Äußere Pufferlage
¹ Eastman type CAB 531-1
² 2,2'-Bis-o-chlorphenyl-4,4',5,5'-tetraphenyl-1,1'-bis- bumidazol: CAS 1707-68-2

Beispiel 2

Eine optische Wellenleitereinrichtung, der in Beispiel 1 beschriebenen Art wurde unter Verwendung der in den Tabellen IV, V und VI beschriebenen Materialien hergestellt.
Die Gesamtdicke der Einrichtung war etwa 123 ± 1 µm bei einem eingebetteten geraden Einmoden-Wellenleiter mit Abmessungen von 7,5 µm ± 0,2 µm Dicke der Wellenleiterlage und Breite des Wellenleiters. Der Wellenleiter arbeitete im Einmodenbetrieb bei 1300 nm mit einem typischen Verlust von 0,4 bis 0,5 dB/cm.
Zwei abgetragene Schlitze wurden auf jeder Seite der Einrichtung unter Verwendung eines Excimer-Lasers mit optischer Rückkopplung zur Positionierung hergestellt. Die Positionen der Schlitze waren derart, daß ihre Mittelachsen mit den Mittel- oder optischen Achsen der entsprechenden Wellenleiter zusammenfielen. Die hergestellten Schlitze waren etwa 121 ± 1 µm breit und hatten ein leicht trapezoidales Profil der Größenordnung von um 5 Grad geneigten Schlitzseiten. Der Excimer-Laser hat eine Wellenlänge von 248 nm. Bei etwa 360 mJ pro Impuls und einer 10 Hertz Wiederholungsrate dauerte die Herstellung eines einzelnen Schlitzes 30 Sekunden. Ein wesentlicher Punkt besteht darin, daß der abgetragene Schlitz um einige Mikrometer etwas kleiner war als die Materialdicke, so daß die beiden eingesetzten Schlitze eng auf das Material der angrenzenden Teile paßte.
Die Länge jedes Schlitzes war etwa 470 µm. Ein vergrößerter äußerer Bereich 60 wurde, wie in Figur 14 zu sehen, ebenfalls hergestellt. Er hatte eine Länge von etwa 470 µm. Der äußere Bereich 60 hatte eine Breite von etwa 375 µm und wurde zur allgemeinen Ausrichtung verwendet und half bei der Mikrotomierung der Endkante ohne Verzerrung des Bereiches des schmalen Schlitzes. Man kann typischerweise Längen von 300 bis 1000 µm der äußeren Bereiche für das Einsetzen erzielen, um die Schlitzkupplung herzustellen. In diesem speziellen Fall war die Länge von 470 µm vollständig ausreichend. Obwohl in dem vorliegenden Beispiel äußerere Bereiche 60 verwendet wurden, ist die am meisten bevorzugte Form jedoch die in den Figuren 12 und 13 gezeigte, in der der äußere Bereich 16 durch ein Paar sich verjüngender Kanten 50 und 52 ersetzt ist. Die sich verjüngende Form erleichtert das Einsetzen eines Schlitzes in den anderen. Zusätzlich wird auch ein Abrunden der sich verjüngenden Kanten bevorzugt.
Bei diesem Beispiel wurde die Einrichtung, die vorausgehend mit zwei abgetragenen Schlitzen an jedem Ende hergestellt wurde, zuerst halbiert und die Schlitze wurden ineinander eingesetzt, wobei die Ebene bei beiden Abschnitte um 90 Grad zueinander standen.
Die Schlitze wurden von Hand einfach eingesetzt, wobei eine genaue Ausrichtung der beiden Einmode-Wellenleiter für jeden der beiden Abschnitte erzielt wurde. Der optische Verlust wurde unter Verwendung einer Faser ermittelt, die stumpf an die Außenkante eines der Abschnitte gekoppelt wurde und das Nahfeldausgangssignal mittels einer IR-Kamera betrachtet wurde, das auf die Ausgangskante des Ausgangsabschnittes focusiert wurde.
Wennsie zunächst ohne Anpassung des Brechungsindexes zusammengesetzt wurden, betrug der gesamte Einsetzverlust etwa 2,5 dB, wenn jedoch einmal der optisch anpassende Klebstoff der in Tabelle VII angegebenen Formulierung in den Schlitzkopplungsbereich gegeben wurde und vollständig auspolymerisiert hatte, betrug der Einsetzverlust insgesamt 1,4 dB. Dies schließt den geschätzten linearen Leiterverlust von 0,9 bis 1,1 dB für den 2,23 cm langen Leiter vom Eingang zum Ausgang durch beide Abschnitte ein. Der Stumpf-Kopplungs-Verlust liegt typischerweise in der Größenordnung von 0,4 ± 0,1 dB und der erwartete Verlust des Systems war folglich mindestens 1,2 und höchstens 1,6 oder typischerweise 1,4. Da die Absolutmessung des Einsatzverlustes 1,4 dB ergab, wird daraus geschlossen, daß der zusätzliche Verlust durch die Schlitzkopplung nahe bei Null liegt und maximal 0,2 dB beträgt.
Der optisch anpassende Klebstoff wurde durch Kapillarwirkung in den Schlitz eingegeben, bedeckte alle Schnittflächen und wurde unter Verwendung einer Teck Lite UV-Quelle für etwa 5 Minuten auspolymerisiert. Die zwei sich schneidenden Abschnitte wurden dann in eine Stickstoffatmosphäre gegeben und 14 Stunden lang mit Fluoreszenzlicht belichtet, um eine vollständige Polymerisation des flüssigen optisch anpassenden Klebstoffes sicherzustellen, was eine bleibende Bindung der Wellenleiter-Wellenleiter-Kopplung ergab.
Für die folgenden Tabellen gelten die folgenden Definitionen:
o-C1-HABI 2,2'-Bis[o-chlorphenyl]-4,4',5,5'- tetraphenyl-1,1'-Biimidazol; CAS 1707-68-2
MMT 4-Methyl-4H-1,2,4-triazol-3-thiol; CAS 24854-43-1
Photomer 4039 Phenolethoxylatmonoacrylat; CAS 56641-05-5; Henkel Process Chemical Company
Sartomer 349 ethoxyliertes Bisphenol-A-diacrylat; CAS 24447-78-7; Sartomer Company, West Chester, PA
CAB Celluloseacetatbutyrat
DEAW 2,5-bis([4-(diethylamino)-phenyl] methylen)cyclopentanon
TDMA Triethylenglycoldimethacrylat
BHT Butyliertes hydroxytoluol
Irgacure 651 2, 2-Dimethoxy-2-phenylacetophenon
Polyox WSR-3000 oberflächenaktives Mittel (Union Carbide Corp.)
Petrarch M8550 Methacryloxypropyltrimethoxysilan TABELLE IV Wellenleiterlage TABELLE V Innere Pufferlage TABELLE VI Äußere Pufferlage TABELLE VII optisch andassender Klebstoff
Die die Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigenden Beispiele dienen nur zur Verdeutlichung und stellen keine Einschränkung der Erfindung dar.

Claims

1. Anordnung optischer Wellenleiter mit

einer ersten optischen Wellenleitereinrichtung (30) mit

einem ersten Paar gegenüberliegender äußerer Oberflächen (34, 36), wobei die erste Einrichtung (30) eine Dicke T1 hat, die durch den Abstand zwischen den ersten Oberflächen (34, 36) bestimmt wird;

einem Rand (32), der sich zwischen den ersten Oberflächen (34, 36) erstreckt;

einem zweiten Paar gegenüberliegender Oberflächen (46, 48), die sich zwischen den ersten Oberflächen (34, 36) erstrecken;

einer inneren Oberfläche (54), die sich zwischen den ersten Oberflächen (34, 36) und den zweiten Oberflächen (46, 48) erstreckt und einen Mittelpunkt (56) aufweist;

wobei die zweiten Oberflächen (46, 48) und die innere Oberfläche (54) dadurch einen Schlitz (42) begrenzen, der sich vom Rand (32) nach innen erstreckt und eine Weite W1 hat, die durch den Abstand zwischen den zweiten Oberflächen (46, 48) bestimmt wird; und

einem Wellenleiter (7), der im gleichem Abstand zwischen den ersten Oberflächen (34, 36) eingebettet ist und eine Mittelachse (A-A') besitzt und ein Ende (40) an dem Mittelpunkt (56) angeordnet hat; und

einer zweiten optischen Wellenleitereinrichtung (30') mit

einem ersten Paar gegenüberliegender äußerer Oberflächen (34', 36'), wobei die zweite Einrichtung (30') eine Dicke T2 hat, die durch den Abstand zwischen den ersten Oberflächen (34', 36') bestimmt wird und im wesentlichen gleich W1 ist;

einem Rand (32'), der sich zwischen den ersten Oberflächen (34', 36') erstreckt;

einem zweiten Paar gegenüberliegender Oberflächen (46', 48'), die sich zwischen den ersten Oberflächen (34', 36') erstrecken;

einer inneren Oberfläche (54'), die sich zwischen den ersten Oberflächen (34', 36') und den zweiten Oberflächen (46', 48') erstreckt und einen Mittelpunkt (56') aufweist;

wobei die zweiten Oberflächen (46', 48') und die innere Oberfläche (54') dadurch einen Schlitz (42') begrenzen, der sich vom Rand (32') nach innen erstreckt und eine Weite W2 hat, die durch den Abstand zwischen den zweiten Oberflächen (46', 48') bestimmt wird und im wesentlichen gleich T1 ist; und

einem Wellenleiter (7'), der im gleichem Abstand zwischen den ersten Oberflächen (34', 36') eingebettet ist und eine Mittelachse (A1-A1') besitzt und ein Ende (40') an dem Mittelpunkt (56') angeordnet hat;

wodurch die erste Einrichtung (30) dafur eingerichtet ist, mit der zweiten Einrichtung (30') verbunden zu werden, wobei der Wellenleiter (7) der ersten Einrichtung optisch mit dem Wellenleiter (7') der zweiten Einrichtung ausgerichtet ist, indem der Schlitz (42) der ersten Einrichtung in den Schlitz (42') der zweiten Einrichtung eingesetzt wird, so daß die zweiten Oberflächen der ersten Einrichtung über die ersten Oberflächen der zweiten Einrichtung gleiten können und die zweiten Oberflächen der zweiten Einrichtung über die ersten Oberflächen der ersten Einrichtung gleiten können bis das Wellenleiterende (40) der ersten Einrichtung das Wellenleiterende (40') der zweiten Einrichtung berührt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, wobei wenigstens einer der Schlitze (42, 42') in einem Bereich zum Rand (32, 32') der Einrichtung etwas weniger weit ist im Vergleich zu einem Bereich zu den inneren Oberflächen (54, 54') der Einrichtung hin.

3. Anordnung nach Anspruch 1, wobei der Schlitz (42) der ersten Einrichtung einen Bereich aufweist, der eine Weite von geringfügig weniger als T2 hat, um eine enge und sichere Passung zu schaffen, wenn der Schlitz (42) der ersten Einrichtung in den Schlitz (42') der zweiten Einrichtung eingesetzt wird.

4. Anordnung nach Anspruch 1, wobei wenigstens eine der Einrichtungen ein Laminat aus einer mittleren Photopolymerlage (1), die den Wellenleiter (7, 7') enthält, und zwei äußeren Photopolymerlagen (14, 18) aufweist.

5. Anordnung nach Anspruch 1, mit ferner einer Klebstoff- Photopolymerzusammensetzung, die die erste Einrichtung (30) und die zweite Einrichtung (30') verbindet.

6. Anordnung nach Anspruch 1, wobei

die Mittelachse (A-A') der ersten Einrichtung einen Winkel größer als Null mit der inneren Oberfläche (54) bildet und

die Mittelachse (A1-A1') der zweiten Einrichtung einen Winkel größer Null mit der inneren Oberfläche (54') bildet.

7. Anordnung nach Anspruch 6, wobei

der Winkel, der von der Mittelachse (A-A') der ersten Einrichtung mit deren inneren Oberfläche (54) gebildet wird, im wesentlichen ein rechter Winkel ist, und

der Winkel, der von der Mittelachse (A1,A1) der zweiten Einrichtung mit deren inneren Oberfläche (54') gebildet wird, im wesentlichen ein rechter Winkel ist.

8. Verfahren zum Kuppeln einer ersten optischen Wellenleitereinrichtung (30) und einer zweiten optischen Wellenleitereinrichtung (30') nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei

die zweiten Oberflächen (46, 48) der ersten Einrichtung im wesentlichen rechtwinklig zu den zweiten Oberflächen (46', 48') der zweiten Einrichtung angeordnet werden und

der Schlitz (42) der ersten Einrichtung in den Schlitz (42') der zweiten Einrichtung eingesetzt wird, bis das Wellenleiterende (40) der ersten Einrichtung das Wellenleiterende (40') der zweiten Einrichtung berührt, wodurch der Wellenleiter (7) der ersten Einrichtung mit dem Wellenleiter (7') der zweiten Einrichtung ausgerichtet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei W1 geringfügig kleiner als T2 ist und W2 geringfügig kleiner als T1 ist, so daß der Verfahrensschritt des Einsetzens eine enge und sichere Verbindung zwischen der ersten Einrichtung (30) und der zweiten Einrichtung (30') schafft.

10. Verfahren nach Anspruch 8, wobei ferner vor dem Schritt des Anordnens wenigstens eine der Einrichtungen (30, 30') als ein Laminat aus einer mittleren Photopolymerlage (1), die den Wellenleiter (7, 7') enthält, und zwei äußeren Photopolymerlagen (14, 18) gebildet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 8, wobei ferner das Wellenleiterende (40) der ersten Einrichtung mittels einer Klebstoff- Photopolymerzusammensetzung an das Wellenleiterende (40') der zweiten Einrichtung geklebt wird.