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Die vorliegende Erfindung betrifft einen optischen
Wellenleiter und ein Verfahren zur Herstellung desselben. Insbesondere
betrifft die Erfindung einen gekrümmten optischen
Wellenleiter, der zwei Punkte verbindet, bei denen die optischen
Achsen des einfallenden Strahles und des ausgehendes Strahles
nicht identisch sind, und ein Verfahren zum Herstellen eines
solchen Wellenleiters.
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Optische Komponenten, wie Optokoppler, optische Sternkoppler
und optische Module sind wichtig für den Bereich optischer
LANs, die Telekommunikation und die optische Gerätesteuerung
usw. In den letzten Jahren hat sich der Anwendungsbereich
dieser optischen Komponenten rasch erweitert und im
Zusammenhang damit wird der Bedarf nach kompakten Komponenten mit
hoher Effizienz größer. Im Zusammenhang mit den oben erwähnten
optischen Komponenten werden optische Wellenleiter zum
Verzweigen oder Zusammenführen optischer Signale oder zur
Verbindung mit lichtemittierenden und lichtempfangenden
Vorrichtungen, wie LD (Laserdioden), LED (Leuchtdioden) und PD
(Photodioden) verwendet. Optische Wellenleiter bestehen aus einem
Kern mit einem hohen Brechungsindex für die Lichtausbreitung
und einer Umhüllung mit einem niedrigen Brechungsindex, die
den Kern umgibt. Sie sind dadurch gekennzeichnet, dass die
angestrebten Einsatzzwecke durch ein geeignetes Ausbilden der
Strukturen des Kerns und der Umhüllung des optischen
Wellenleiters erreicht werden können.
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Ein allgemein angewandtes Verfahren zur Verwendung von
optischen Wellenleitern zum Leiten von Licht von einem Punkt (P)
zu einem anderen Punkt (Q) ist, diese zwei Punkte unter
Verwendung gekrümmter Wellenleiter zu verbinden, um den Verlust
in den Wellenleitern in den Fällen, in denen die
Ausbreitungsrichtungen des einfallenden Lichtes im Punkt P und des
ausgehenden Lichtes im Punkt Q nicht identisch sind, so
gering wie möglich zu halten. Beispielsweise durch Anwenden
eines Verfahrens zum Verbinden des gebogenen Abschnittes und
des geraden Abschnittes derart, dass die Richtung der
Tangente an einem beliebigen Punkt entlang des optischen
Wellenleiters zwischen zwei Punkten P und Q und die Richtung der
Lichtausbreitung identisch sind, ist es möglich, eine
besonders bevorzugte Form des optischen Wellenleiters zu
ermitteln. Deshalb wurde herkömmlicherweise ein optischer
Wellenleiter mit einer Form, die mittels des obigen Verfahrens
ermittelt wurde, verwendet.
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Allerdings gibt es bei Verwendung dieser gekrümmter optischer
Wellenleiter Krümmungsverluste, Verluste, die auf den
gekrümmten Abschnitt zurückzuführen sind. Ein daraus
resultierendes Problem ist, dass die Verluste bei optischen
Wellenleitern größer werden, die unter spitzen Winkeln gekrümmt
sind.
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Die Krümmungsverluste werden nun unter Bezug auf die
Zeichnungen beschrieben. Die Erläuterung in der folgenden
Beschreibung bezieht sich nur auf optische Wellenleiter mit
rechteckförmigen Querschnitten und die Zeichnungen sind
Draufsichten. Um die Erläuterungen zu vereinfachen, wird nur
Licht berücksichtigt, welches sich parallel zu der planaren
Fläche des optischen Wellenleiters ausbreitet.
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Die Fig. 3(a) und 3(b) zeigen die Richtungen der
Lichtausbreitung bei zwei gekrümmten optischen Wellenleitern, die
beide dieselbe Breite aber unterschiedliche Krümmungsradien
aufweisen.
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In Fig. 3(a) erreicht der in den Kern am Punkt A
einfallende Strahl Punkt B an der Grenzfläche zwischen dem Kern und
der Umhüllung und geht danach entweder vollständig in den
Kern über, oder ein Teil des Lichts dringt in die Umhüllung
ein und Lichtverluste entstehen.
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Andererseits erreicht in Fig. 3(b) der in den Kern am Punkt
E einfallende Strahl den Punkt F an der Grenzfläche zwischen
dem Kern und der Umhüllung und geht danach entweder
vollständig in den Kern über, oder ein Teil des Lichts dringt in die
Umhüllung ein und Lichtverluste entstehen.
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In beiden Fig. 3(a) und 3(b) gibt es keine Verluste, wenn
das Licht vollständig in den Kern übergeht. Wenn das Licht
allerdings austritt, treten die oben erwähnten
Krümmungsverluste auf. Ob das Licht vollständig in den Kern übergeht oder
ob Leckverluste auftreten ist abhängig von dem Winkel α (β)
der durch die Tangente der Grenzfläche am Punkt B (F) und dem
Linienabschnitt AB (EF) gebildet wird. Wenn der Winkel α (β)
kleiner ist als der kritische Einfallswinkel, tritt eine
vollständige Reflexion auf. Wenn der Winkel α (β) größer ist
als der kritische Winkel dringt ein Teil des Lichts in die
Umhüllung ein und Leckverluste entstehen. Der kritische
Winkel ist hierbei angegeben durch die folgende Gleichung:
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Kritischer Winkel = cos&supmin;¹ (n&sub1;/n&sub2;),
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wobei n&sub1; der Brechungsindex der Umhüllung und n&sub2; der
Brechungsindex des Kerns ist.
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Wie in den Fig. 3(a) und 3(b) dargestellt ist, gilt: α < β,
und es ist klar, dass bei dem stark gekrümmten Wellenleiter
(in Fig. 3(b)) das Auftreten von Licht-Leckverlusten
wahrscheinlicher ist, da der durch die Tangente der Grenzfläche
und den Linienabschnitt gebildete Winkel größer ist.
Vorausgesetzt, dass die Beziehung: α < kritischer Winkel < β erfüllt
ist, breitet sich das Licht wie in Fig. 3 durch die Pfeile
gezeigt aus. Mit anderen Worten, während in Fig. 3(a) das
Licht total reflektiert wird, gibt es in Fig. 3(b)
Lichtverluste. Als Ergebnis gilt, dass bei einem willkürlichen
Einstellen der Position von Punkt A (E) oder der Richtung der
Lichtausbreitung von Punkt A (E) der Anteil der Lichtverluste
in dem gekrümmten optischen Wellenleiter um so größer ist, um
so stärker die Krümmung ist.
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Hinsichtlich optischer Wellenleiter mit gekrümmten
Abschnitten des selben Krümmungsradius aber mit unterschiedlichen
Breiten wird als Beispiel der Wellenleiter in Fig. 3(a)
herangezogen, wobei dessen linke Seite durch durchgezogene
Linien und wobei die linke Seite desselben Wellenleiters durch
gestrichelte Linien (durch Punkt C gehend) dargestellt ist,
wobei der Bereich des Einfallpunktes (Bereich von Punkt A)
des breiteren Wellenleiters als in eine Richtung, in welcher
die Licht-Leckverluste zunehmen, verschoben angesehen werden
kann, so dass die Verlust um so größer sind, um so größer die
Breite des optischen Wellenleiters ist. Auf diese Weise
erzeugen Wellenleiter mit gekrümmten Abschnitten unvermeidlich
Verluste aufgrund der Krümmung. Allerdings variiert der Grad
der Verluste mit dem Durchmesser (D) des Wellenleiters an dem
gekrümmten Abschnitt und dem Radius (R) der Krümmung, und ist
annäherungsweise abhängig von dem Verhältnis R/D. Je kleiner
R/D ist, um so größer sind die von der Krümmung abhängigen
Verluste. Weiterhin gilt, wenn D und R ermittelt werden, wird
der geeignete Bereich für die Wellenleiterbreite D unter
anderem aus dem Kernradius der optischen Faser ermittelt, die
mit diesem optischen Wellenleiter verbunden wird, so dass der
Krümmungsradius R wichtig bei der Entscheidung hinsichtlich
der Form des optischen Wellenleiters ist.
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In letzter Zeit wurden die Forderungen nach kompakten
optischen Komponenten, wie optische Koppler, größer, so dass
optische Wellenleiter so kompakt wie möglich hergestellt werden
müssen, um diesen Zweck zu erreichen. Um Wellenleiter
kompakter zu machen, ist es wichtig, die Länge des optischen
Wellenleitern zu kürzen, und es entsteht die Notwendigkeit, zwei
Punkte mit kurzem Abstand mit unterschiedlichen Richtungen
der einfallenden Strahlen und der ausgehenden Strahlen
mittels eines optischen Wellenleiters zu verbinden, was
unweigerlich zu stark gekrümmten optischen Wellenleitern führt.
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Wie oben beschrieben, verstärken stark gekrümmte Abschnitte
Krümmungsverluste erheblich und machen es schwierig, optische
Wellenleiter, die den geforderten Anforderungen genügen, zu
erhalten.
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Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, diese Probleme des
Standes der Technik durch Bereitstellen eines kompakten und
hocheffizienten optischen Wellenleiters mit geringen
Krümmungsverlusten zur Verfügung zu stellen. Es ist ein weiteres
Ziel, ein Verfahren zum Herstellen eines solchen optischen
Wellenleiters zur Verfügung zu stellen.
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Die vorliegende Erfindung stellt einen optischen Wellenleiter
mit rechteckförmigen Querschnitt zur Verfügung, der einen
gekrümmten Abschnitt aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der
gekrümmte Abschnitt derart konstruiert ist, dass das
Verhältnis zwischen dem Radius R der Krümmung und der Breite D des
Wellenleiters in der Ebene der Krümmung R/D ≤ 500 ist und das
der Kern des Wellenleiters in Richtung der Breite durch
Umhüllungsmaterial unterteilt ist, um mehrere schmale
Wellenleiter in einem Bereich zu bilden, der sich entlang der
Längsrichtung des gekrümmten Abschnittes erstreckt.
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Diese Konstruktion bietet stark reduzierte, auf der Krümmung
beruhende Verluste, da das Innere des Kerns des optischen
Wellenleiters in mehrere schmale Wellenleiter unterteilt ist.
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Das Verhältnis zwischen dem Krümmungsradius R und der
Wellenleiterbreite D ist vorzugsweise 10 ≤ R/D ≤ 500.
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Der Grund dafür ist, dass bei gekrümmten optischen
Wellenleitern, die einen zu kleinen R/D-Wert (z. B., R/D = 5)
aufweisen, die obigen Krümmungsverluste außerordentlich groß
werden, so dass sogar dann, wenn Umhüllungen innerhalb des Kerns
zur Verfügung stehen würden, es schwierig wäre, die Verluste
ausreichend klein zu halten, was unpraktikabel wäre.
Weiterhin ist bei optischen Wellenleitern mit einem leicht gekrümmten
Abschnitt, bei welchem R/D größer als 500 ist, der
Krümmungsverlust selbst so gering, dass kein Bedarf nach einer
Umhüllung innerhalb des Kerns besteht. Aus praktischen
Gründen ist es daher besonders bevorzugt, dass das Verhältnis
zwischen dem Radius R der Krümmung und der Breite D des
optischen Wellenleiters 10 ≤ R/D ≤ 500 ist.
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Vorzugsweise wird die Anzahl der Abschnitte aus
Umhüllungsmaterial aus einem Bereich von wenigstens 1 aber nicht mehr als
3 ausgewählt. Mit anderen Worten: das Innere des Kerns wird
vorzugsweise in 2 bis 4 Abschnitte durch das
Umhüllungsmaterial unterteilt.
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Weiterhin beträgt die Breite der Spitze der Umhüllung
vorzugsweise nicht mehr als 1/5 der Breite des Wellenleiters an
einem Ort, der diesem Spitzenabschnitt entspricht und nicht
mehr als 10 um. Vorzugsweise beträgt die Breite der Spitze
der Umhüllung wenigstens 1 um aber nicht mehr als 5 um. Dies
erlaubt, dass die Zunahme der Licht-Leckverluste aufgrund des
Vorsehens der Umhüllungen auf einem Minimum bleibt.
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Wenn die Breite d der Spitze der Umhüllung (Fig. 4) groß
ist, nehmen die Lichtverluste in diesem Abschnitt zu und
machen es erforderlich, die Breite d klein zu machen, d. h.
vorzugsweise innerhalb des oben beschriebenen Bereiches. Wenn
die Breite d zu klein gehalten wird, wird die Grenze zwischen
dem Kern und der Umhüllung unklar, so dass die Umhüllung
tatsächlich bedeutungslos wird. Es ist daher am meisten
bevorzugt, die Breite d auf etwa 1 bis 5 um bei optischen
Wellenleitern, die eine Breite von etwa 40 bis 200 um aufweisen,
einzustellen.
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Fig. 1 zeigt einen optischen Wellenleiter, der mit einer
Umhüllung einer konstanten Breite innerhalb des Kerns versehen
ist. Diese Art der Form eines optischen Wellenleiters
erfordert eine Umhüllung 2, die breiter ist als 5 um, um eine
Umhüllung zu erhalten, die klar von dem Kern 1 verschieden ist.
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Als Ergebnis kann die Breite der Spitze 2a des
Umhüllungsmaterials den Bereich von 1 bis 5 um überschreiten, was
besonders bevorzugt ist, da diese Breite möglicherweise ein
Ansteigen der Licht-Leckverluste an der Spitze 2a bewirkt.
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Der optische Wellenleiter gemäß der vorliegenden Erfindung
kann weiterhin einen geraden Abschnitt in Verlängerung des
gekrümmten Abschnittes aufweisen, wobei die Spitze der
Umhüllung in der Nähe der Grenze zwischen diesem gekrümmten
Abschnitt und dem geraden Abschnitt gebildet ist. Dadurch
können die Licht-Leckverluste weiter reduziert werden.
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Bei optischen Wellenleitern, die nur aus einem gekrümmten
Abschnitt bestehen, kann die Spitze der Umhüllung an einem
beliebigen Punkt in der Nähe des Endes des optischen
Wellenleiters gebildet sein.
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Allerdings muss die Breite der Umhüllung anders als an deren
Spitze sich nur in einem Bereich befinden, der ausreichend
ist, um den Funktionen der Umhüllung zu genügen und muss
nicht besonders definiert sein. Beispielsweise kann die
Umhüllung eine konstante Breite aufweisen oder so geformt sein,
dass sie mit zunehmendem Abstand von der Spitze breiter wird,
um dadurch die Anwendung verschiedener Formen zu ermöglichen.
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Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung und derer
möglicher Ausführungsformen wird nun anhand von Beispielen
auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, bei welchen
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Fig. 1 eine Draufsicht auf den optischen Wellenleiter gemäß
einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, die
eine innerhalb des Kerns zur Verfügung stehende Umhüllung
zeigt.
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Fig. 2 ist eine Draufsicht auf den optischen Wellenleiter
gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die
Fig.
2 ist eine Draufsicht auf den optischen Wellenleiter
gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die
eine innerhalb des Kerns zur Verfügung stehende Umhüllung
zeigt.
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Fig. 3 ist eine Draufsicht auf den optischen Wellenleiter,
und zeigt die Lichtausbreitung an dessen gekrümmten
Abschnitt.
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Fig. 4 ist eine Draufsicht auf den optischen Wellenleiter
gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und zeigt die
Spitze der innerhalb des Kerns zur Verfügung stehenden Umhüllung.
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Fig. 5 ist eine Draufsicht auf einen gekrümmten optischen
Wellenleiter, der keine Umhüllung innerhalb des Kerns
aufweist.
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Fig. 6 ist eine Draufsicht auf den Wellenleiter gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei dem eine
Umhüllung innerhalb des Kern zur Verfügung steht.
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Fig. 7 ist eine Draufsicht auf den Wellenleiter gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei dem zwei
Umhüllungen innerhalb des Kerns zur Verfügung stehen.
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Fig. 8 ist eine Draufsicht auf den Wellenleiter gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei dem drei
Umhüllungen innerhalb des Kerns zur Verfügung stehen.
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Fig. 9 ist eine Draufsicht auf den Wellenleiter gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei dem vier
Umhüllungen innerhalb des Kerns zur Verfügung stehen.
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Fig. 10 ist eine Draufsicht auf den Wellenleiter gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei dem fünf
Umhüllungen innerhalb des Kerns zur Verfügung stehen.
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Fig. 11 zeigt die Schritte eines Verfahrens zum Herstellen
des optischen Wellenleiters gemäß einer Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung.
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Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Diese
Ausführungsform ist eine konkrete Erläuterung eines Beispiels
eines optischen Wellenleiters gemäß der vorliegenden
Erfindung und dient nicht dazu, den Umfang des
Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung oder den Umfang der
Erfindung selbst zu beschränken.
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Die Fig. 2 und die Fig. 6 bis 10 sind Draufsichten, die ein
Beispiel des optischen Wellenleiters gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen. Die optischen
Wellenleiter, die in diesen Zeichnungen dargestellt sind, bestehen
aus einem Kern 1 mit einem hohen Brechungsindex für die
Lichtausbreitung und einer Umhüllung 3 mit einem niedrigen
Brechungsindex, die an dem Umfang des Kerns 1 angeordnet ist.
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Eine Umhüllung/ein Umhüllungsmaterial 2 ist innerhalb des
Kerns gebildet, um den Innenbereich des Kerns 1 zu
unterteilen. Die Breite einer Spitze 2A dieser Umhüllung 2 liegt
innerhalb des Bereichs von 1 bis 5 um. Um die Breite des
Wellenleiters nach der Unterteilung durch diese Umhüllung 2
konstant zu machen, ist die Umhüllung 2 glatt und in Richtung
der Mitte des Bogens etwas breiter geformt.
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Diese Ausführungsform wird nun unter Bezug auf Fig. 6
genauer beschrieben.
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Fig. 6 zeigt ein Beispiel, bei dem eine Umhüllung innerhalb
des Kerns 1 des in Fig. 5 gezeigten optischen Wellenleiters
gebildet ist und bei dem das Innere des Kerns 1 durch diese
Umhüllung 2 halbiert wurde, um Wellenleiter mit denselben
Breiten zu erhalten.
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Wie in Fig. 6 gezeigt ist, besteht der Kern 1A, der einer
der Hälften des durch die Umhüllung 2 unterteilten Kerns 1
ist und der an der Innenseite gebildet ist, aus einem
Viertelbogen mit einem Krümmungsradius von 3000 um für die innere
Grenzfläche 1C und einem Viertelbogen mit einem
Krümmungsradius von 3021 um für die äußere Grenzfläche 1D.
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Andererseits besteht der Kern 1B, der an der Außenseite des
unterteilten Kerns 1 angeordnet ist aus einem Viertelbogen
mit einem Krümmungsradius von 2921 um für die innere
Grenzfläche 1D und einem Viertelbogen mit einem Krümmungsradius
von 2942 um für die äußere Grenzfläche 1F. Die Mittelpunkte
dieser beiden Bögen sind diesen gemeinsam, nämlich 141 um
(beziehungsweise 100 um in der rechten und linken Richtung)
vom Mittelpunkt des Viertelbogens der inneren Kernhälfte in
einer Richtung von 45º bezogen auf die obere rechte Seite in
Fig. 6.
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Dadurch krümmt sich der halbierte optische Wellenleiter
sanft, die Breite bleibt konstant bei 21 um, beide Spitzen 2A
der Umhüllung 2 sind dünn, wobei die Umhüllung sanft und
zunehmend breiter in Richtung des Mittelpunktes des Bogens
wird.
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Dies resultiert aus dem Herstellen der Grenzflächen 1C und 1F
zwischen dem Kern 1 und der Umhüllung 3 als Bogen oder als
glatte Verbindung von Bögen, wobei sich die Bogenradien und
die den Mittelpunkte der Grenzflächen 1D und 1E zwischen den
Kernen 1A und 1B und beiden Seiten der Umhüllung 2 leicht
unterscheiden, und wobei die Mittelpunkte des Bogens, bezüglich
der inneren und äußeren Oberflächen des unterteilten Kerns
gleich sind, wobei die Radien mit der Breite des Kerns 1 nach
der Unterteilung differieren. Die Fig. 7 bis 10
veranschaulichen Beispiele, bei denen 2 bis 5 Umhüllungen
innerhalb des Kerns 1 zur Verfügung stehen. In diesen Zeichnungen
entspricht die Breite des unterteilten Kerns einem Wert, der
durch Teilen von 42 um, der Breite des Kerns 1 vor der Unterteilung,
durch die Anzahl der Unterteilungen erhalten wird.
Die Mittelpunkte der Bögen, die die Grenzflächen auf beiden
Seiten des Kerns bilden, befinden sich an Positionen, die in
vorbestimmten Abständen entlang der Linie von 45º bezogen auf
die obere rechte Richtung verschoben sind. Die Breiten beider
Spitzen 2A der Unterteilung betragen 1 um.
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Der optische Wellenleiter gemäß der vorliegenden Erfindung
ist nicht beschränkt auf die Materialien, die diesen bilden
oder dessen Herstellungsverfahrens, sondern kann unter
Verwendung einer Photomaske, die eine Struktur für einen
optischen Wellenleiter mit einer Umhüllung 2 innerhalb eines
Kerns 1 aufweist, einfach hergestellt werden durch Anwendung
des Herstellungsverfahrens für einen optischen Polymer-
Wellenleiter in Übereinstimmung mit dem selektiven
Photopolymerisationsverfahren (Patent-Veröffentlichung Sho 56 (1981)-
3522) durch Bestrahlen eines lichtdurchlässigen Polymerfilms,
der insbesondere lichtreaktive Monomere enthält, über eine
Photomaske, die eine Wellenleiterstruktur enthält,
Reaktivieren der lichtreaktiven Monomere des belichteten Abschnitts,
die einen optischen Wellenleiter bilden, durch Trocknen und
Entfernen der nicht-reaktiven Monomere.
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Nun wird der Schritt zum Herstellen des optischen
Wellenleiters mit diesem selektiven Photopolymerisationsverfahren
unter Bezug auf Fig. 11 beschrieben.
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Als erstes verwendet der in Fig. 11(a) beschriebene
Verfahrensschritt eine lichtdurchlässige Polymerlösung, die
vorgeschriebene Mengen von lichtreaktiven Monomeren und
photoempfindlichen Stoffen enthält und erzeugt einen
lichtdurchlässigen Polymerfilm 101 der lichtreaktive Monomere enthält,
mittels des Auswahlverfahrens.
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Als nächstes wird in dem in Fig. 11(b) dargestellten
Schritt der lichtdurchlässige Polymerfilm 101, der mittels
des vorangehenden Schrittes erhalten wurde, mit einer Photomaske
102 überdeckt, die eine darauf ausgebildete Struktur
eines optischen Wellenleiters mit einer Umhüllung innerhalb
des Kerns aufweist. Dann wird der lichtdurchlässige
Polymerfilm 101 über diese Photomaske 102 bestrahlt, um dadurch das
lichtreaktive Monomer 101A des belichteten Abschnitts zu
reaktivieren.
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Anschließend wird in dem in Fig. 11(c) dargestellten
Schritt das nicht-reaktive Monomer 101B des während der
Bestrahlung bei dem vorangehenden Verfahrensschritt nicht
belichteten Abschnitts durch Vakuumstrocknen entfernt.
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Dann wird in dem in Fig. 11(d) dargestellten Schritt eine
Schicht aus Umhüllungsmaterial 103 auf der vorderen und
hinteren Fläche des durch den Verfahrensschritt in Fig. 11(c)
erhaltenen Films gebildet. Bei diesem Schritt kann die
Umhüllungsschicht 103 auch durch den Klebstoff ersetzt werden, der
dazu verwendet wird, den optischen Wellenleiterfilm durch die
Glasplatte zu verstärken, und der zum Befestigen des Films
während der Herstellung der optischen Wellenleiterplatte
verwendet wird.
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Das oben beschriebene selektive Photopolymerisationsverfahren
hat den Effekt, dass ein besonders bevorzugter optischer
Polymer-Wellenleiter einfach hergestellt werden kann, der
hinsichtlich der numerischen Apertur und der Größe der optischen
Faser entspricht, durch Auswählen der Art oder der
Konzentration der lichtreaktiven Monomere. Es besteht weiter der
Vorteil, dass das Herstellungsverfahren günstig ist und dass es
möglich ist, das präzise hergestellte Muster des optischen
Wellenleiters der Photomaske mit hoher Präzision und
Reproduzierbarkeit auf den Polymerfilm zu übertragen. Wegen der oben
erwähnten Aspekte ist das selektive Polymerisationsverfahren
eines der am meisten bevorzugten Verfahren für die
Herstellung des optischen Wellenleiters gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun im
Detail beschrieben.
Ausführungsform 1
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Herstellung eines optischen Wellenleiters mit einem
Viertelbogen mit einem Krümmungsradius von 3 mm, Breite 40 um und
Dicke 40 um.
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Um einen gekrümmten optischen Wellenleiter zur Verwendung mit
einer optischen GI-Faser mit einem Kerndurchmesser von 50 um
und einem Umhüllungsdurchmesser von 125 um (numerische
Apertur 0,2) herzustellen, wurde eine Siliziumdioxidmaske
hergestellt, die eine Struktur für einen optischen Wellenleiter
mit der in Fig. 5 gezeigten Form und Größe (in um) aufweist,
die den Viertelbogenabschnitt und den geraden Abschnitt
verbindet, und unter Verwendung dieser Photomaske wurde der
optische Wellenleiter in Übereinstimmung mit dem selektiven
Photopolymerisationsverfahren hergestellt.
(Herstellung des optischen Wellenleiters)
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Bisphenol-Polycarbonatharz (von Mitsubishi Gas Chemical Co.,
Inc., Artikel-Name: Iupilonz) als Matrixharz
Trifluoroethylakrylat als Monomer mit niedrigem Brechungsindex und als
Sensitiv Benzoinethylesther wurden in Methylenchlorid gelöst, um
dadurch einen Film mit einer Dicke von 42 um mittels des
Lösungsauswahlverfahrens (solvent casting method) herzustellen,
dann wurde eine ultraviolette Bestrahlung über die Photomaske
geführt, die Abschnitte außer des Abschnittes für den Bereich
des optischen Wellenleiters wurden reaktiviert, und danach
wurde das nicht-reagierende Monomer, das auf den
Wellenleiterabschnitten verbleibt mittels Vakuumtrocknen entfernt, um
den optischen Wellenleiter im Film zu erzeugen. Die Dicke des
Films nach dem Trocknen und die Breite des Wellenleiters
betrugen 40 um.
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Nach dem Einfügen und Befestigen dieses Films für den
optischen Wellenleiter zwischen zwei Glasplatten unter Verwendung
dieses sich bei ultravioletter Bestrahlung verfestigenden
Klebstoffes mit einem Brechungsindex von 1,57 wurden beide
Enden poliert und die folgenden Messungen für die
Einkopplungsverluste wurden durchgeführt.
(Messung der Einkopplungsverluste)
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Unter Verwendung einer optischen 50/125 GI-Faser wurde eine
Leuchtdiodenlichtquelle mit einer Wellenlänge von 0,85 um mit
einer Stirnfläche des optischen Wellenleiters verbunden, um
eine Beleuchtung zu erreichen, und das von dem anderen Ende
des optischen Wellenleiters ausgesendete Licht wurde unter
Verwendung derselben optischen Faser zu der optischen
Messanordnung geführt, an der die Intensität des ausgehenden
Lichtes gemessen wurde. Dann wurde ohne Verwendung des optischen
Wellenleiters das Leuchtdiodenlicht direkt mit der
Leistungsmessanordnung mittels derselben optischen Faser verbunden und
dort die Lichtidentität gemessen, wobei dies äquivalent zu
der Intensität des in den optischen Wellenleiter
eingestrahlten Lichts ist. Durch diese Messungen wurden die
Einkopplungsverluste mittels der folgenden Formel berechnet:
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Einkopplungsverluste (dE) = - 10 · Log (Intensität des
abgegebenen Licht/Intensität des eingekoppelten Lichts)
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Auf dieselbe Weise wurde für Beispiele, die 1 bis 5
Umhüllungen gemäß der vorliegenden Erfindung bei dem optischen
Wellenleiter von Fig. 5 aufweisen - eine Photomaske mit einem
Muster für einen optischen Wellenleiter der in den Fig. 6
bis 10 angegebenen Form und Größe hergestellt, mit der der
optische Wellenleiter hergestellt wurde, und die
Einkopplungsverluste wurden gemessen. Darüber hinaus sind die
Spitzen der Umhüllungen alle 1 um breit, einschließlich der unten
beschriebenen Ausführungsformen 2 bis 4. Die daraus
resultierenden Messergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform kann ein stark
gekrümmter optischer Wellenleiter mit einem Krümmungsradius von 3 mm
und einem R/D-Verhältnis von 75 eine große
Einkopplungsdämpfung von 9,7 dB nicht vermeiden, aber durch Bereitstellen von
2 oder 3 Umhüllungen gemäß der vorliegenden Erfindung konnte
dieser Wert um wenigstens 5 dB verbessert werden. Es wurde
auch herausgefunden, dass sogar eine Umhüllung sehr effektiv
war.
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Gemäß der obigen Beschreibung der Krümmungsverluste sollte
der Verlust um so kleiner sein, um so schmaler die Breite des
optischen Wellenleiters oder - bei der vorliegenden Erfindung
- um so größer die Anzahl der Umhüllungen ist, vorausgesetzt,
dass der Krümmungsradius derselbe ist. Im Gegensatz dazu
führten als Ergebnis der Messungen der Einkopplungsverluste 4
oder mehr Umhüllungen dazu, die Verluste zu vergrößern. Da es
schwierig ist, eine ideale Grenzfläche zwischen dem Kern des
optischen Wellenleiters und der Umhüllung herzustellen, und
da die Grenzfläche in der Realität nicht perfekt ist, kann
davon ausgegangen werden, dass die oben erwähnte Tendenz auf
erhöhten Reflektionen an solchen Grenzflächen bei kleiner
werdender Breite und auf Zunahmen der Lichtverluste durch die
Reflektionen an einer nicht perfekten Grenzfläche beruht.
Daher werden in der Praxis in den meisten Fällen nur 1 oder 3
Umhüllungen bevorzugt.
Ausführungsform 2
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Herstellung eines optischen Wellenleiters mit einem
Viertelbogen mit einem Krümmungsradius von 5 mm, einer Breite von 40
um und einer Dicke von 40 um.
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Um einen gekrümmten optischen Wellenleiter mit einem
Krümmungsradius von 5 mm, der größer ist als der Radius in dem
Ausführungsbeispiel 1, der keine Umhüllung und einen, der
eine Umhüllung aufweist, herzustellen, wurde eine Photomaske
mit einer Struktur eines optischen Wellenleiters mit einer im
wesentlichen ähnlichen Form wie in den Fig. 5 und 6
hergestellt, ein optischer Wellenleiter wurde auf dieselbe Weise
hergestellt, und Messungen der Einkopplungsverluste wurden
durchgeführt.
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Die daraus resultierenden Messergebnisse sind in Tabelle 2
dargestellt.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung haben sich die
Einkopplungsverluste von 5 dB auf 2,6 dB durch Bereitstellen einer
Umhüllung stark verbessert.
Ausführungsform 3
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Herstellung eines optischen Wellenleiters mit einem
Viertelbogen mit einem Krümmungsradius von 16 mm, einer Breite von
40 um und einer Dicke von 40 um.
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Um einen weit gekrümmten optischen Wellenleiter mit einem
Krümmungsradius von 16 mm, der größer ist als der Radius in
Ausführungsform 1, der keine Umhüllung und einen, der eine
Umhüllung aufweist, herzustellen, wurde eine Photomaske mit
einer Struktur eines optischen Wellenleiters mit einer Form
im Wesentlichen wie in den Fig. 5 und 6 hergestellt, ein
optischen Wellenleiter wurde auf dieselbe Weise hergestellt,
und Messungen der Einkopplungsverluste wurden durchgeführt.
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Die daraus resultierenden Messergebnisse sind in Tabelle 2
dargestellt.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung waren die
Einkopplungsverluste durch Bereitstellen einer Umhüllung etwas verbessert.
Ausführungsform 4
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Herstellung eines optischen Wellenleiters mit einem
Viertelbogen mit einem Krümmungsradius von 10 mm, einer Breite von
150 um und einer Dicke von 150 um.
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Um einen gekrümmten optischen Wellenleiter zur Verwendung mit
einer optischen SI-Phaser mit einem Kerndurchmesser von 200
um und einem Umhüllungsdurchmesser von 230 um (numerische
Apertur 0,4), der keine Umhüllung und einen, der eine
Umhüllung aufweist, herzustellen, wurde eine Photomaske mit einer
Struktur eines optischen Wellenleiters einer Form im
Wesentlichen wie in den Fig. 5 und 6 hergestellt, ein optischer
Wellenleiter wurde in Übereinstimmung mit dem selektiven
Polymerisationsverfahren im Wesentlichen wie in Ausführungsform
1 hergestellt und Messungen der Einkopplungsverluste wurden
durchgeführt.
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Die daraus resultierenden Messergebnisse sind in Tabelle 2
dargestellt.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung waren die
Einkopplungsverluste durch Bereitstellen einer Umhüllung stark verbessert.
[Tabelle 1]
[Tabelle 2]
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Wie aus der obigen Beschreibung ersichtlich ist, bieten
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dramatische Effekte
hinsichtlich der Reduktion der Verluste bei gekrümmten
optischen Wellenleitern, sie verbessern die Effizienz optischer
Wellenleiter und stellen auf einfache Weise kompakte
Wellenleiter zur Verfügung, und tragen dadurch erheblich zur
Erweiterung der Anwendungsbereiche bei.