JP2003084150A - Optical waveguide device - Google Patents

Optical waveguide device

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JP2003084150A
JP2003084150A JP2001277089A JP2001277089A JP2003084150A JP 2003084150 A JP2003084150 A JP 2003084150A JP 2001277089 A JP2001277089 A JP 2001277089A JP 2001277089 A JP2001277089 A JP 2001277089A JP 2003084150 A JP2003084150 A JP 2003084150A
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JP
Japan
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optical waveguide
light
acrylate compound
core
polymerizable
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Pending
Application number
JP2001277089A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Norio Murata
則夫 村田
Yutaka Murakoshi
裕 村越
Saburo Imamura
三郎 今村
Akira Tomaru
暁 都丸
Makoto Hikita
真 疋田
Kazuhiko Maeda
一彦 前田
Sunao Koga
直 古賀
Satoru Miyazawa
覚 宮澤
Kentaro Tsutsumi
憲太郎 堤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Central Glass Co Ltd
NTT Advanced Technology Corp
Original Assignee
Central Glass Co Ltd
NTT Advanced Technology Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polymer optical waveguide device to be used in the field of general optics, micro optics, optical communication or optical information processing and satisfying both of a low price and high performance. SOLUTION: A polymer film obtained by curing a polymerizable mixture containing at least one kind of acrylate compound expressed by general formula (I) and a polymerization initiator which can initiate the polymerization of the acrylate compound by applying heat or light is used for either the core or the clad or the both of them in the optical waveguide device. In formula (I), X represents H or CH3 and n is 0 or any positive number.

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、光導波路素子に関
するものであり、より詳細には一般光学もしくは微小光
学分野において、あるいは光通信もしくは光情報処理の
分野において用いられる種々の光集積回路または光配線
板に利用することができる光導波路素子に関する。 【0002】 【従来の技術】光情報処理、光通信分野において用いら
れる光導波路は、集積化、微小化、高機能化および低価
格化を目指して、近年検討が盛んになってきている。実
際、石英系材料を用いた石英系光導波路素子が光通信分
野の一部で実用化されるに至っている(河内正夫、NT
T R&D、第43巻第11号、101頁、1994年
を参照されたい)。 【0003】一方、石英よりも安価な材料を用い、かつ
簡便な作製法を採ることができる高分子光導波路の検討
も盛んである。そのような高分子光導波路の作製法の検
討例として、以下のものを挙げることができる。 (1)高分子材料の中にモノマーを含有させ、光照射に
より該モノマーを重合させて非照射部分との屈折率差を
作るフォトロッキングあるいは選択光重合法(黒川ら、
アプライド・フィジックス、第17巻、646頁、19
78年)、(2)リソグラフィあるいはエッチングなど
の半導体加工に用いる方法の適用(今村ら、エレクトロ
ニクス・レター、第27巻、1342頁、1991
年)、および(3)重合性高分子あるいはレジストを用
いる方法(トレウェアら、SPIE、第1177巻、3
79頁、1989年)。 【0004】 【発明が解決しようとする課題】従来の高分子光導波路
の作製法、特に重合性高分子を用いてコアリッジを形成
して導波路を形成する方法は、その作製法が簡便で低価
格化に適している。しかしながら、重合性高分子の透明
性が不充分で吸収損失が大きいこと、作成されるコアリ
ッジ形状の均一性および再現性に問題があり散乱損失が
大きいこと等の問題がある。したがって、石英系光導波
路素子と同等の導波路特性を有する高分子光導波路は作
成されていないというのが現状である。 【0005】本発明はこのような現状を鑑みてなされた
ものであり、その目的は、低価格化と高性能化を同時に
満足する高分子光導波路素子を提供することである。 【0006】 【課題を解決するための手段】本発明の光導波路素子
は、下記一般式(I) 【0007】 【化3】 【0008】(式中、XはHまたはCHであり、nは
0または任意の正数であり、およびRfは、 【0009】 【化4】 【0010】からなる群から選択される)で表されるア
クリレート化合物を少なくとも1種以上と、熱または光
の印加により該アクリレート化合物の重合を開始させる
ことができる重合開始剤とを含む重合性混合物を硬化さ
せて得られる高分子膜を、コア部またはクラッド部のい
ずれかまたは両方に用いることを特徴とする。 【0011】 【発明の実施の形態】本発明は、従来の高分子光導波路
の問題点を、一般式(I)の構造を有するアクリレート
化合物を用いる低損失で高性能な光導波路素子によって
解決するものである。 【0012】本発明において、重合性混合物は、以下の
一般式(I)で表されるアクリレート化合物を少なくと
も1種以上と、熱または光の印加により該アクリレート
化合物の重合を開始させることができる重合開始剤とを
含む。 【0013】 【化5】 【0014】一般式(I)中、XはHまたはCHであ
る。nは0または任意の正数であり、および光導波路と
して必要な耐熱性を実現するためには0〜5までである
ことが好ましい。また、Rfは以下の部分構造からなる
群から選択される。 【0015】 【化6】 【0016】ここで、上記の部分構造(b)における2
つのヘキサフルオロ−2−プロピリデン基は、互いにパ
ラ、メタ、あるいはオルトの位置にあってもよく、また
部分構造(b)はそれら位置異性体の混合物であっても
よい。 【0017】上記のアクリレート化合物は、対応するポ
リオールのアクリル化またはメタクリル化により合成す
ることができる。該アクリル化またはメタクリル化はポ
リオールのアニオン化に続いて、アクリル酸クロリドま
たはメタクリル酸クロリドとの反応により実施すること
ができる。また、該ポリオールは、当該技術において知
られている方法により合成することが可能であるか、あ
るいは市販のものを用いることができる。 【0018】上記重合性混合物を光導波路のコアまたは
クラッドのいずれか、あるいは両方に用いる。また、本
発明の重合性混合物において、X、nおよび/またはR
fが異なる複数の一般式(I)のアクリレート化合物を
用いてもよいし、あるいは他の構造を有するアクリレー
ト化合物を混合して用いてもよい。本発明において用い
ることができる他のアクリレート化合物は、たとえば一
般式(II)に示すアクリレート化合物を含む。一般式
(II)において、XはHまたはCHであり、およびn
は0または任意の正数である。光導波路として必要な耐
熱性を実現するためには、nは0〜5までであることが
好ましい。またRとして、たとえば2〜12炭素原子を
有する2価基を用いることができる。該2価基は脂肪族
環または芳香環を含むことができるが、好ましくは直鎖
または分枝のアルキレン基である。上記のように、複数
のアクリレート化合物を適宜混合して重合性混合物を形
成することにより、形成されるコアまたはクラッドの屈
折率等の物性を制御することが可能となる。 【0019】 【化7】 【0020】また、本発明の重合性混合物に対して、希
釈剤を添加して粘度を調整することができる。希釈剤
は、それ自身が反応性であってもよいし、または非反応
性であってもよい。本発明の重合性混合物に添加するこ
とができる反応性希釈剤は、スチレン、1,6−ヘキサ
ンジオールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオール
ジメタクリレート、イソボルニルアクリレート、イソボ
ルニルメタクリレート、ジアリルフタレート、ジアリル
イソフタレート、ジアリルテレフタレート、ブチレング
リコールジメタクリレート、2−ヒドロキシエチルメタ
クリレート、2−ヒドロキシプロピルメタクリレート、
ラウリルアクリレート、ジシクロペンチニルアクリレー
ト変性物(たとえば、下記の化合物(IV)など)、グリ
シジルメタクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリ
レート、および1,3−ブタンジオールジメタクリレー
トを含むが、それらに限定されるものではない。本発明
の重合性混合物に添加することができる非反応性希釈剤
は、トルエンおよび1,2−ジメトキシエタンなどの有
機溶媒を含む。 【0021】 【化8】 【0022】本発明の重合性混合物中に用いられる重合
開始剤として、一般的な光重合開始剤を用いることがで
きる。そのような光重合開始剤は、たとえば、2,2−
ジエトキシアセトフェノン、2,2−ジメトキシ−2−
フェニルアセトフェノン、ベンゾフェノン、o−ベンゾ
イル安息香酸メチル、ベンゾインイソブチルエーテル、
2−クロロチオキサントン、および1−(4−イソプロ
ピルフェニル)−2−ヒドロキシ−2−メチルプロパン
−1−オンを含むが、それらに限定されるものではな
い。また、本発明における重合開始剤として、熱重合開
始剤を使用することもできる。そのような熱重合開始剤
は、1,1’−アゾビス(シクロヘキサンカルボニトリ
ル)、2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオニトリ
ル)、ベンゾイルパーオキシド、ジクミルパーオキシド
のような有機過酸化物などを含むが、それらに限定され
るものではない。 【0023】次に、前述の一般式(I)のアクリレート
化合物を少なくとも1種以上と重合開始剤とを含む重合
性混合物を用いる光導波路素子の形成法を説明する。第
1の方法は、この重合性混合物を硬化させてまずクラッ
ドを形成し、そのクラッドより硬化した際に屈折率が高
くなる重合性混合物を塗布し、これにマスクを通してあ
るいは直接光を照射してパターン状の潜像を形成し、そ
の後、未照射部を溶媒にて除去することによりパターン
を形成し、この部分を光が通るコア部分とし、さらにそ
の上部に硬化した際にコアより屈折率が低くなる重合性
物質を塗布して紫外線照射により上部クラッドを形成す
る方法である。 【0024】未照射部を除去するための溶媒としては、
重合性混合物の各成分を溶解し、硬化したパターンを溶
解しない溶媒が好ましい。そのような溶媒の例は、アセ
トン、エタノール、メチルエチルケトンなどを含む。 【0025】パターン状の潜像を形成するための光とし
ては、紫外光、可視光など一般的に光画像形成に用いら
れるものを用いることができる。本発明において、前記
一般式(I)を有するアクリレート化合物を含む重合性
混合物は、紫外および可視域の光透過特性に優れ、上記
方法によるパターン形成に有利である。すなわち、光照
射により硬化する膜を得る場合にも、膜が厚くなっても
照射光は膜の底部にまで達するため、膜全体にわたる均
一な重合反応が起こるのである。その結果として形成さ
れるパターン潜像は充分な解像度を有し、そして該潜像
を適当な溶媒を用いて現像することにより、急峻で滑ら
かな壁面を有するパターンを形成することができる。従
来のこの種のパターン形成法では、厚膜形成が困難であ
り、加工の再現性が乏しいのに対し、本発明の方法はパ
ターン形成能に極めて優れ、再現性よくパターンを形成
することが可能である。さらに、パターン全体にわたっ
て均一な重合が起こるので、散乱損失などの少ない光導
波路を実現することが可能となる。 【0026】本発明による光導波路素子の形成の第2の
方法として、最初に下部クラッド層、コア層の平坦膜を
積み重ねた後、コア層上にフォトレジスト工程によりパ
ターン化されたフォトレジストを形成した後、反応性イ
オンエッチングによりフォトレジストに被覆されないコ
ア層を除去してコアリッジを形成し、その後、上部クラ
ッドをかぶせて導波路構造とすることも可能である。こ
の際の重合性混合物の硬化によるコア層の形成は、a)
重合開始剤として光重合開始剤を用い、重合性混合物全
面に光照射を行うこと、またはb)重合開始剤として熱
重合開始剤を用い、重合性混合物を均一に加熱すること
のいずれかの方法により行うことが可能である。反応性
イオンエッチングによりコアリッジを形成する際にも、
エッチング表面が滑らかな光導波路が作製可能であるこ
とが分かった。 【0027】上記のいずれの方法においても、本発明の
重合性混合物は、2官能性アクリレート化合物がランダ
ムに連結され、そして硬化するために、分子鎖が1方向
に整列することがない。従って、本発明の方法によれ
ば、複屈折性が小さく、従って損失の偏波依存性が小さ
い光導波路を得ることができる。 【0028】また、本発明の一般式(I)を有するアク
リレート化合物を含む重合性混合物は、数種類の重合性
化合物を混合することにより調製される。その混合比率
を調整することによって、該混合物を硬化させて得られ
るコアおよび/またはクラッドの屈折率を広範囲で制御
することが可能である。したがって、本発明の重合性混
合物を用いて、マルチモード導波路からシングルモード
導波路まで多様な光導波路素子を作製することができ
る。 【0029】さらに、本発明の一般式(I)を有するア
クリレート化合物は、近赤外域(波長1.4μm付近)
におけるCH基の吸収損失が少なく、本発明による光導
波路は近赤外域における損失を少なくすることが可能で
ある。 【0030】本発明の方法により形成することができる
光機能素子は、光回路の基本構成要素である、直線状、
Y字状(対称および非対称)および非対称X分岐の光導
波路、方向性結合器、スターカップラー、光導波路型グ
レーティング、リング共振器、M×N合分岐、プラスチ
ック光ファイバ(POF)用各種導波路素子、および支
線(TAP)導波路などを含む。本発明の方法において
は、上記の素子のコア部分に対応するパターンのマスク
またはフォトレジストを用いることにより、上記素子を
安価かつ高品質で作成することが可能である。 【0031】 【実施例】本発明を以下の実施例により、さらに具体的
に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるもの
ではない。 【0032】(実施例1)構造式(Ia)を有するアク
リレート化合物80質量%、構造式(IIa)を有するア
クリレート化合物18質量%、および光重合開始剤(ベ
ンジルジメチルケタール)2質量%を含む第1の重合性
樹脂を準備した。基板11に対して、この重合性樹脂を
スピンコートにより塗布し、そしてUV光を照射して硬
化させ、下部クラッド10とした(図1(a))。下部
クラッド10の波長1.55μmの光に対する屈折率
は、1.47であった。 【0033】 【化9】 【0034】 【化10】 【0035】次に、構造式(Ia)を有するアクリレー
ト化合物70質量%、構造式(IIa)を有するアクリレ
ート化合物28質量%、および光重合開始剤(ベンジル
ジメチルケタール)2質量%を含む第2の重合性樹脂を
準備し、下部クラッド10上に塗布し、重合性樹脂層1
2を得た(図1(b))。そして、重合性樹脂層12の
上に配置した導波路パターンを有するマスク13を通し
て、UV光(300〜400nm)14を照射して、照
射部分のみを硬化させた(図1(c))。UV光の照射
量は、2000mJ/cmであった。次に、この試料
をアセトンを用いて現像し、UV光非照射部分の重合性
樹脂層12を除去し、図1(d)に示すリッジパターン
のコア15(高さ8μm、幅8μm)を得た。コア15
の波長1.55μmの光に対する屈折率は、1.476
であった。 【0036】次に、コア15の上に、下部クラッド10
を作製するのに用いた第1の重合性樹脂を塗布し、そし
てUV光を照射して硬化させ、上部クラッドを作製し
た。以上の操作により、屈折率1.47のクラッド10
および16と、屈折率1.476、高さ8μm、幅8μ
mを有するコア15とを有するシングルモードチャンネ
ル導波路18を作製することができた(図1(e))。 【0037】この光導波路18をダイシングソーによっ
て1cmの長さに切り出し、挿入損失を測定したとこ
ろ、波長1.55μmにおいて0.5dB以下、および
1.3μmにおいて0.2dB以下であった。また、挿
入損失の偏波依存性は、波長1.3μmにおいて、0.
1dB以下であった。 【0038】(実施例2)構造式(Ia)を有するアク
リレート化合物80質量%、構造式(IIa)を有するア
クリレート化合物18質量%、および光重合開始剤(ベ
ンジルジメチルケタール)2質量%を含む第1の重合性
樹脂を準備した。基板に対して、この重合性樹脂をスピ
ンコートにより塗布し、そしてUV光を照射して硬化さ
せ、下部クラッドとした。下部クラッドの波長1.3μ
mの光に対する屈折率は、1.45であった。 【0039】次に、構造式(Ia)を有するアクリレー
ト化合物70質量%、構造式(IIa)を有するアクリレ
ート化合物28質量%、および光重合開始剤(ベンジル
ジメチルケタール)2質量%を含む第2の重合性樹脂を
準備し、下部クラッド10上に塗布し、重合性樹脂層を
得た。そして、重合性樹脂層の上に配置したY分岐導波
路パターンを有するマスクを通して、UV光(300〜
400nm)を照射して、照射部分のみを硬化させた。
UV光の照射量は、2000mJ/cmであった。次
に、この試料をアセトンを用いて現像し、UV光非照射
部分の重合性樹脂層を除去し、図2に示すY分岐リッジ
パターンのコア20(高さ40μm、幅40μm)を得
た。コア20の波長1.3μmの光に対する屈折率は、
1.478であった。 【0040】次に、コア20の上に、下部クラッドを作
製するのに用いた第1の重合性樹脂を塗布し、そしてU
V光を照射して硬化させ、上部クラッドを作製した。以
上の操作により、屈折率1.45のクラッドと、屈折率
1.478、高さ40μm、幅40μmを有するコア2
0とを有するマルチモードチャンネル導波路を作製する
ことができた。 【0041】この光導波路18をダイシングソーによっ
て5cmの長さに切り出し、挿入損失を測定したとこ
ろ、波長0.85μmにおいて0.5dB以下、波長
1.3μmにおいて0.5dB以下、および1.55μ
mにおいて0.25dB以下であった。また、挿入損失
の偏波依存性は、波長1.3μmにおいて、0.1dB
以下であった。さらに、150℃の高温下においても顕
著な損失増加はなく、充分な耐熱性を示した。Y分岐導
波路に関する過剰損失は、0.2dB前後と良好な結果
であった。 【0042】(実施例3)構造式(Ia)を有するアク
リレート化合物75質量%、構造式(IIa)を有するア
クリレート化合物23質量%、および光重合開始剤(ベ
ンジルジメチルケタール)2質量%を含む第3の重合性
樹脂を準備した。基板に対して、この重合性樹脂をスピ
ンコートにより塗布し、そしてUV光を照射して硬化さ
せ、下部クラッドとした。下部クラッドの波長1.55
μmの光に対する屈折率は、1.471であった。 【0043】次に、構造式(Ia)を有するアクリレー
ト化合物70質量%、構造式(IIa)を有するアクリレ
ート化合物28質量%、および光重合開始剤(ベンジル
ジメチルケタール)2質量%を含む第2の重合性樹脂を
準備し、下部クラッド上に塗布し、重合性樹脂層を得
た。そして、重合性樹脂層の上に配置したY分岐導波路
パターンを有するマスクを通して、UV光(300〜4
00nm)を照射して、照射部分のみを硬化させた。U
V光の照射量は、2000mJ/cmであった。次
に、この試料をアセトンを用いて現像し、UV光非照射
部分の重合性樹脂層を除去し、図2に示すY分岐リッジ
パターンのコア20(高さ8μm、幅8μm)を得た。
コア20の波長1.3μmの光に対する屈折率は、1.
476であった。 【0044】次に、コア20の上に、下部クラッドを作
製するのに用いた第3の重合性樹脂を塗布し、そしてU
V光を照射して硬化させ、上部クラッドを作製した。以
上の操作により、屈折率1.471のクラッドと、屈折
率1.476、高さ8μm、幅8μmを有するコア20
とを有するシングルモードチャンネル導波路を作製する
ことができた。 【0045】この光導波路をダイシングソーによって5
cmの長さに切り出し、挿入損失を測定したところ、波
長1.3μmにおいて0.5dB以下、および1.55
μmにおいて1.5dB以下であった。また、挿入損失
の偏波依存性は、波長1.3μmにおいて、0.1dB
以下であった。さらに、150℃の高温下においても顕
著な損失増加はなく、充分な耐熱性を示した。Y分岐導
波路に関する過剰損失は、0.2dB前後と良好な結果
であった。 【0046】(実施例4)構造式(Ia)のRfを変更
したアクリレート化合物(Ib)および(Ic)を用
い、高さ8μm、幅8μmの直線導波路を作製したこと
を除いて、実施例3の方法を繰り返してシングルモード
チャンネル導波路を作製した。0.63μm、0.85
μm、1.3μmおよび1.55μmの各波長における
導波路の損失を、以下の表1に示す。 【0047】 【表1】 【0048】 【化11】 【0049】(合成例1)2Lの4つ口フラスコに対し
て、82.16g(200mmol)の化合物(IIIb)
と、14.4g(600mmol)のNaHと、1.2
Lのトルエンとを投入し、70℃に加熱、攪拌し、アニ
オン化を行った。15時間にわたって反応を行った後
に、反応混合物を氷冷した。氷冷下において、39.8
2g(440mmol)のアクリル酸クロリドを滴下し
た。発熱が収まった後に、反応混合物を再び70℃に加
熱し、さらに5時間にわたって反応を行った。反応終了
後、反応液を濾過し、濾液を飽和炭酸水素ナトリウム水
溶液で洗浄し、有機層を濃縮した。得られた残渣を真空
乾燥して、目的とする化合物(Ib)の結晶72.78
g(収率70%)を得た。 【0050】 【化12】 【0051】 【発明の効果】本発明によれば、高品質な光導波路素子
が簡便に実現され、本発明の素子を用いることによっ
て、一般光学、微小光学、光通信または光情報処理の分
野で用いられる種々の光伝送システムを安価に導入する
ことができる。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical waveguide device, and more particularly to the field of general optics or micro optics, or the field of optical communication or information processing. The present invention relates to an optical waveguide device that can be used for various optical integrated circuits or optical wiring boards used in the above. 2. Description of the Related Art Optical waveguides used in the field of optical information processing and optical communication have been actively studied in recent years for the purpose of integration, miniaturization, high functionality and low cost. In fact, a silica-based optical waveguide device using a silica-based material has been put to practical use in a part of the optical communication field (Masao Kawauchi, NT
TR & D, Vol. 43, No. 11, p. 101, 1994). [0003] On the other hand, polymer optical waveguides using a material less expensive than quartz and capable of adopting a simple manufacturing method have been actively studied. The following can be cited as an example of studying a method for producing such a polymer optical waveguide. (1) Photolocking or selective photopolymerization method in which a monomer is contained in a polymer material and the monomer is polymerized by light irradiation to produce a difference in refractive index from a non-irradiated portion (Kurokawa et al.
Applied Physics, vol. 17, p. 646, 19
(1980), (2) Application of a method used for semiconductor processing such as lithography or etching (Imamura et al., Electronics Letter, Vol. 27, pp. 1342, 1991)
And (3) a method using a polymerizable polymer or a resist (Treware et al., SPIE, Vol.
79, 1989). [0004] The conventional method of manufacturing a polymer optical waveguide, particularly the method of forming a core ridge using a polymerizable polymer to form a waveguide, is simple and low-priced. Suitable for pricing. However, there are problems such as that the transparency of the polymerizable polymer is insufficient and the absorption loss is large, and there is a problem in the uniformity and reproducibility of the formed core ridge shape and the scattering loss is large. Therefore, at present, a polymer optical waveguide having a waveguide characteristic equivalent to that of a silica-based optical waveguide element has not been prepared. The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a polymer optical waveguide device that satisfies both low cost and high performance. An optical waveguide device according to the present invention has the following general formula (I): Wherein X is H or CH 3 , n is 0 or any positive number, and Rf is A polymerizable mixture comprising at least one acrylate compound represented by formula (I) selected from the group consisting of: and a polymerization initiator capable of initiating polymerization of the acrylate compound by application of heat or light. Is characterized in that a polymer film obtained by curing is used for one or both of a core part and a clad part. DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention solves the problems of the conventional polymer optical waveguide by a low-loss and high-performance optical waveguide device using an acrylate compound having the structure of the general formula (I). Things. In the present invention, the polymerizable mixture comprises at least one acrylate compound represented by the following general formula (I) and a polymer which can initiate polymerization of the acrylate compound by application of heat or light. And an initiator. Embedded image In the general formula (I), X is H or CH 3 . n is 0 or any positive number, and is preferably from 0 to 5 in order to realize heat resistance required as an optical waveguide. Rf is selected from the group consisting of the following partial structures. Embedded image Here, 2 in the above partial structure (b)
The two hexafluoro-2-propylidene groups may be in para, meta or ortho positions to one another, and the substructure (b) may be a mixture of these positional isomers. The above acrylate compound can be synthesized by acrylate or methacrylate of the corresponding polyol. The acrylation or methacrylation can be carried out by anionization of the polyol followed by reaction with acrylic acid chloride or methacrylic acid chloride. The polyol can be synthesized by a method known in the art, or a commercially available polyol can be used. The polymerizable mixture is used for one or both of the core and the clad of the optical waveguide. Further, in the polymerizable mixture of the present invention, X, n and / or R
A plurality of acrylate compounds of the general formula (I) having different f may be used, or an acrylate compound having another structure may be mixed and used. Other acrylate compounds that can be used in the present invention include, for example, acrylate compounds represented by the general formula (II). In the general formula (II), X is H or CH 3 , and n
Is 0 or any positive number. In order to realize the heat resistance required for the optical waveguide, n is preferably from 0 to 5. As R, for example, a divalent group having 2 to 12 carbon atoms can be used. The divalent group can include an aliphatic ring or an aromatic ring, but is preferably a linear or branched alkylene group. As described above, by appropriately mixing a plurality of acrylate compounds to form a polymerizable mixture, it is possible to control physical properties such as the refractive index of the formed core or clad. Embedded image The viscosity can be adjusted by adding a diluent to the polymerizable mixture of the present invention. The diluent may itself be reactive or non-reactive. Reactive diluents that can be added to the polymerizable mixture of the present invention include styrene, 1,6-hexanediol diacrylate, 1,6-hexanediol dimethacrylate, isobornyl acrylate, isobornyl methacrylate, diallyl phthalate , Diallyl isophthalate, diallyl terephthalate, butylene glycol dimethacrylate, 2-hydroxyethyl methacrylate, 2-hydroxypropyl methacrylate,
Lauryl acrylate, modified dicyclopentynyl acrylate (for example, compound (IV) below), glycidyl methacrylate, tetrahydrofurfuryl acrylate, and 1,3-butanediol dimethacrylate include, but are not limited to, Absent. Non-reactive diluents that can be added to the polymerizable mixture of the present invention include organic solvents such as toluene and 1,2-dimethoxyethane. Embedded image As the polymerization initiator used in the polymerizable mixture of the present invention, a general photopolymerization initiator can be used. Such a photopolymerization initiator is, for example, 2,2-
Diethoxyacetophenone, 2,2-dimethoxy-2-
Phenylacetophenone, benzophenone, methyl o-benzoylbenzoate, benzoin isobutyl ether,
Includes, but is not limited to, 2-chlorothioxanthone, and 1- (4-isopropylphenyl) -2-hydroxy-2-methylpropan-1-one. In addition, a thermal polymerization initiator can be used as the polymerization initiator in the present invention. Such thermal polymerization initiators include organic peroxides such as 1,1'-azobis (cyclohexanecarbonitrile), 2,2'-azobis (2-methylpropionitrile), benzoyl peroxide and dicumyl peroxide. But not limited thereto. Next, a method of forming an optical waveguide device using a polymerizable mixture containing at least one kind of the acrylate compound represented by the general formula (I) and a polymerization initiator will be described. The first method is to cure the polymerizable mixture, first form a clad, apply a polymerizable mixture having a higher refractive index when cured from the clad, and irradiate the mask with a mask or directly irradiate light. A pattern-like latent image is formed, and then a pattern is formed by removing the non-irradiated portion with a solvent, and this portion is used as a core portion through which light passes. This is a method in which a lower polymerizable substance is applied and an upper clad is formed by irradiation with ultraviolet rays. As a solvent for removing the unirradiated portion,
A solvent that dissolves each component of the polymerizable mixture and does not dissolve the cured pattern is preferable. Examples of such solvents include acetone, ethanol, methyl ethyl ketone, and the like. As the light for forming a patterned latent image, those generally used for optical image formation, such as ultraviolet light and visible light, can be used. In the present invention, the polymerizable mixture containing the acrylate compound having the general formula (I) has excellent light transmission characteristics in the ultraviolet and visible regions, and is advantageous for pattern formation by the above method. That is, even when a film that is cured by light irradiation is obtained, even when the film becomes thicker, the irradiation light reaches the bottom of the film, so that a uniform polymerization reaction occurs over the entire film. The resulting pattern latent image has sufficient resolution, and by developing the latent image with an appropriate solvent, a pattern having steep and smooth wall surfaces can be formed. Conventional pattern formation methods of this type make it difficult to form a thick film and have poor reproducibility of processing, whereas the method of the present invention is extremely excellent in pattern formation ability and can form a pattern with good reproducibility. It is. Furthermore, since uniform polymerization occurs over the entire pattern, it is possible to realize an optical waveguide with little scattering loss. As a second method of forming an optical waveguide device according to the present invention, first, a lower clad layer and a flat film of a core layer are stacked, and then a patterned photoresist is formed on the core layer by a photoresist process. After that, the core layer which is not covered with the photoresist is removed by reactive ion etching to form a core ridge, and thereafter, an upper clad may be covered to form a waveguide structure. The formation of the core layer by curing of the polymerizable mixture at this time includes the steps of a)
Either using a photopolymerization initiator as a polymerization initiator and irradiating the entire surface of the polymerizable mixture with light, or b) using a thermal polymerization initiator as a polymerization initiator and uniformly heating the polymerizable mixture. Can be performed. When forming a core ridge by reactive ion etching,
It was found that an optical waveguide having a smooth etched surface could be manufactured. In any of the above methods, in the polymerizable mixture of the present invention, the bifunctional acrylate compound is randomly linked and cured, so that the molecular chains do not align in one direction. Therefore, according to the method of the present invention, it is possible to obtain an optical waveguide having a small birefringence and thus a small polarization dependence of loss. The polymerizable mixture containing the acrylate compound having the general formula (I) of the present invention is prepared by mixing several kinds of polymerizable compounds. By adjusting the mixing ratio, the refractive index of the core and / or clad obtained by curing the mixture can be controlled in a wide range. Therefore, using the polymerizable mixture of the present invention, various optical waveguide devices from a multimode waveguide to a single mode waveguide can be manufactured. Further, the acrylate compound having the general formula (I) of the present invention can be used in the near infrared region (wavelength around 1.4 μm).
In the optical waveguide according to the present invention, the loss in the near infrared region can be reduced. The optical functional device that can be formed by the method of the present invention is a linear component, which is a basic component of an optical circuit.
Y-shaped (symmetric and asymmetric) and asymmetric X-branch optical waveguides, directional couplers, star couplers, optical waveguide gratings, ring resonators, M × N branching, various waveguide elements for plastic optical fibers (POF) , And branch (TAP) waveguides. In the method of the present invention, by using a mask or a photoresist having a pattern corresponding to the core portion of the device, the device can be manufactured at low cost and with high quality. EXAMPLES The present invention will be described more specifically with reference to the following examples, but the present invention is not limited to these examples. Example 1 An 80% by weight acrylate compound having the structural formula (Ia), 18% by weight of an acrylate compound having the structural formula (IIa), and 2% by weight of a photopolymerization initiator (benzyldimethyl ketal) were prepared. 1 polymerizable resin was prepared. This polymerizable resin was applied to the substrate 11 by spin coating, and was cured by irradiating UV light to form a lower clad 10 (FIG. 1A). The refractive index of the lower clad 10 with respect to light having a wavelength of 1.55 μm was 1.47. Embedded image Embedded image Next, a second composition containing 70% by mass of the acrylate compound having the structural formula (Ia), 28% by mass of the acrylate compound having the structural formula (IIa), and 2% by mass of a photopolymerization initiator (benzyl dimethyl ketal). A polymerizable resin is prepared and applied on the lower clad 10 to form a polymerizable resin layer 1.
2 was obtained (FIG. 1 (b)). Then, UV light (300 to 400 nm) 14 was irradiated through a mask 13 having a waveguide pattern disposed on the polymerizable resin layer 12 to cure only the irradiated portion (FIG. 1C). The irradiation amount of the UV light was 2000 mJ / cm 2 . Next, this sample was developed using acetone to remove the polymerizable resin layer 12 in a portion not irradiated with UV light, thereby obtaining a ridge pattern core 15 (height 8 μm, width 8 μm) shown in FIG. Was. Core 15
Has a refractive index of 1.476 for light having a wavelength of 1.55 μm.
Met. Next, the lower clad 10 is placed on the core 15.
Was coated with the first polymerizable resin used to prepare the above, and was cured by irradiating UV light to produce an upper clad. By the above operation, the cladding 10 having the refractive index of 1.47
And 16, with a refractive index of 1.476, a height of 8 μm, and a width of 8 μm
A single-mode channel waveguide 18 having a core 15 having m was produced (FIG. 1E). The optical waveguide 18 was cut into a length of 1 cm by a dicing saw, and the insertion loss was measured. As a result, it was 0.5 dB or less at a wavelength of 1.55 μm and 0.2 dB or less at a wavelength of 1.3 μm. Further, the polarization dependence of the insertion loss is about 0.3 at a wavelength of 1.3 μm.
It was 1 dB or less. Example 2 A composition containing 80% by mass of an acrylate compound having the structural formula (Ia), 18% by mass of an acrylate compound having the structural formula (IIa), and 2% by mass of a photopolymerization initiator (benzyldimethyl ketal). 1 polymerizable resin was prepared. The polymerizable resin was applied to a substrate by spin coating, and was cured by irradiating UV light to form a lower clad. 1.3μ wavelength of lower cladding
The refractive index for light of m was 1.45. Next, a second compound containing 70% by mass of the acrylate compound having the structural formula (Ia), 28% by mass of the acrylate compound having the structural formula (IIa), and 2% by mass of a photopolymerization initiator (benzyl dimethyl ketal). A polymerizable resin was prepared and applied on the lower clad 10 to obtain a polymerizable resin layer. Then, UV light (300 to 300) is passed through a mask having a Y-branch waveguide pattern arranged on the polymerizable resin layer.
(400 nm) to cure only the irradiated portion.
The irradiation amount of the UV light was 2000 mJ / cm 2 . Next, this sample was developed using acetone to remove the polymerizable resin layer in the portion not irradiated with UV light, thereby obtaining a Y-branch ridge pattern core 20 (40 μm in height and 40 μm in width) shown in FIG. The refractive index of the core 20 for light having a wavelength of 1.3 μm is:
1.478. Next, the first polymerizable resin used to form the lower clad is applied on the core 20 and
It was cured by irradiating V light to produce an upper clad. By the above operation, the clad having the refractive index of 1.45 and the core 2 having the refractive index of 1.478, the height of 40 μm, and the width of 40 μm were obtained.
Thus, a multimode channel waveguide having 0 was produced. The optical waveguide 18 was cut into a length of 5 cm by a dicing saw, and the insertion loss was measured. As a result, 0.5 dB or less at a wavelength of 0.85 μm, 0.5 dB or less at a wavelength of 1.3 μm, and 1.55 μm.
m was 0.25 dB or less. The polarization dependence of the insertion loss is 0.1 dB at a wavelength of 1.3 μm.
It was below. Furthermore, even at a high temperature of 150 ° C., there was no remarkable increase in loss, indicating a sufficient heat resistance. The excess loss for the Y-branch waveguide was a good result of about 0.2 dB. Example 3 A 75% by weight acrylate compound having the structural formula (Ia), 23% by weight of an acrylate compound having the structural formula (IIa), and 2% by weight of a photopolymerization initiator (benzyldimethyl ketal) were prepared. Polymerizable resin No. 3 was prepared. The polymerizable resin was applied to a substrate by spin coating, and was cured by irradiating UV light to form a lower clad. Wavelength of lower cladding 1.55
The refractive index for light of μm was 1.471. Next, a second composition containing 70% by mass of the acrylate compound having the structural formula (Ia), 28% by mass of the acrylate compound having the structural formula (IIa), and 2% by mass of a photopolymerization initiator (benzyldimethyl ketal). A polymerizable resin was prepared and applied on the lower clad to obtain a polymerizable resin layer. Then, the UV light (300 to 4) is passed through a mask having a Y-branch waveguide pattern disposed on the polymerizable resin layer.
00 nm) to cure only the irradiated portions. U
The irradiation amount of the V light was 2000 mJ / cm 2 . Next, this sample was developed using acetone, and the polymerizable resin layer in the portion not irradiated with UV light was removed to obtain a Y-branch ridge pattern core 20 (8 μm in height and 8 μm in width) shown in FIG.
The refractive index of the core 20 for light having a wavelength of 1.3 μm is 1.
476. Next, the third polymerizable resin used for forming the lower clad is applied on the core 20 and
It was cured by irradiating V light to produce an upper clad. By the above operation, the clad having the refractive index of 1.471 and the core 20 having the refractive index of 1.476, the height of 8 μm, and the width of 8 μm are obtained.
Thus, a single mode channel waveguide having: This optical waveguide is separated by a dicing saw into 5
cm, and the insertion loss was measured. At a wavelength of 1.3 μm, 0.5 dB or less, and 1.55
It was 1.5 dB or less at μm. The polarization dependence of the insertion loss is 0.1 dB at a wavelength of 1.3 μm.
It was below. Furthermore, even at a high temperature of 150 ° C., there was no remarkable increase in loss, indicating a sufficient heat resistance. The excess loss for the Y-branch waveguide was a good result of about 0.2 dB. Example 4 A linear waveguide having a height of 8 μm and a width of 8 μm was prepared by using the acrylate compounds (Ib) and (Ic) of the structural formula (Ia) in which Rf was changed. The method of 3 was repeated to produce a single mode channel waveguide. 0.63 μm, 0.85
Table 1 below shows the waveguide loss at each of the μm, 1.3 μm, and 1.55 μm wavelengths. [Table 1] Embedded image (Synthesis Example 1) 82.16 g (200 mmol) of the compound (IIIb) was added to a 2 L four-necked flask.
And 14.4 g (600 mmol) of NaH and 1.2
L of toluene was added, and the mixture was heated to 70 ° C. and stirred for anionization. After performing the reaction for 15 hours, the reaction mixture was ice-cooled. Under ice cooling, 39.8
2 g (440 mmol) of acrylic acid chloride was added dropwise. After the exotherm subsided, the reaction mixture was heated again to 70 ° C. and the reaction was allowed to proceed for another 5 hours. After completion of the reaction, the reaction solution was filtered, the filtrate was washed with a saturated aqueous solution of sodium hydrogen carbonate, and the organic layer was concentrated. The resulting residue is dried in vacuo to give the desired compound (Ib) as crystals 72.78.
g (70% yield). Embedded image According to the present invention, a high quality optical waveguide device can be easily realized, and by using the device of the present invention, it can be used in the fields of general optics, micro optics, optical communication or optical information processing. Various optical transmission systems to be used can be introduced at low cost.

【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の光導波路素子の一般的作製例を示す図
である。 【図2】本発明のY分岐コアを示す図である。 【符号の説明】 10 下部クラッド 11 基板 12 重合性樹脂層 13 マスク 14 UV光 15 コア 16 上部クラッド 18 光導波路 20 Y分岐コア
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a view showing a general production example of an optical waveguide device of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing a Y-branch core of the present invention. DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Lower clad 11 Substrate 12 Polymerizable resin layer 13 Mask 14 UV light 15 Core 16 Upper clad 18 Optical waveguide 20 Y branch core

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村田 則夫 東京都新宿区西新宿二丁目1番1号 エ ヌ・ティ・ティ・アドバンステクノロジ株 式会社内 (72)発明者 村越 裕 東京都新宿区西新宿二丁目1番1号 エ ヌ・ティ・ティ・アドバンステクノロジ株 式会社内 (72)発明者 今村 三郎 東京都新宿区西新宿二丁目1番1号 エ ヌ・ティ・ティ・アドバンステクノロジ株 式会社内 (72)発明者 都丸 暁 東京都新宿区西新宿二丁目1番1号 エ ヌ・ティ・ティ・アドバンステクノロジ株 式会社内 (72)発明者 疋田 真 東京都新宿区西新宿二丁目1番1号 エ ヌ・ティ・ティ・アドバンステクノロジ株 式会社内 (72)発明者 前田 一彦 埼玉県川越市今福中台2805番地 セントラ ル硝子株式会社化学研究所内 (72)発明者 古賀 直 埼玉県川越市今福中台2805番地 セントラ ル硝子株式会社化学研究所内 (72)発明者 宮澤 覚 埼玉県川越市今福中台2805番地 セントラ ル硝子株式会社化学研究所内 (72)発明者 堤 憲太郎 埼玉県川越市今福中台2805番地 セントラ ル硝子株式会社化学研究所内 Fターム(参考) 2H047 KA04 KA05 LA12 QA05 4J027 AC02 AC06 AC09 BA05 BA07 BA08 BA09 BA17 BA19 BA21 BA22 CB08 4J100 AG69Q AL05Q AL08Q AL09Q AL62Q AL66P AL66Q BA02P BA03P BB11P BB12P BC07Q BC36Q BC43P BC43Q BC53Q CA01 CA04 DA62 JA36    ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page    (72) Inventor Norio Murata             2-1-1 Nishi Shinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo             NTT Advanced Technology Corporation             In the formula company (72) Inventor Hiroshi Murakoshi             2-1-1 Nishi Shinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo             NTT Advanced Technology Corporation             In the formula company (72) Inventor Saburo Imamura             2-1-1 Nishi Shinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo             NTT Advanced Technology Corporation             In the formula company (72) Inventor Akira Tomaru             2-1-1 Nishi Shinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo             NTT Advanced Technology Corporation             In the formula company (72) Inventor Makoto Hikita             2-1-1 Nishi Shinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo             NTT Advanced Technology Corporation             In the formula company (72) Inventor Kazuhiko Maeda             2805 Imafukunakadai, Kawagoe-shi, Saitama             Le Glass Co., Ltd. (72) Inventor Nao Koga             2805 Imafukunakadai, Kawagoe-shi, Saitama             Le Glass Co., Ltd. (72) Inventor Satoru Miyazawa             2805 Imafukunakadai, Kawagoe-shi, Saitama             Le Glass Co., Ltd. (72) Inventor Kentaro Tsutsumi             2805 Imafukunakadai, Kawagoe-shi, Saitama             Le Glass Co., Ltd. F term (reference) 2H047 KA04 KA05 LA12 QA05                 4J027 AC02 AC06 AC09 BA05 BA07                       BA08 BA09 BA17 BA19 BA21                       BA22 CB08                 4J100 AG69Q AL05Q AL08Q AL09Q                       AL62Q AL66P AL66Q BA02P                       BA03P BB11P BB12P BC07Q                       BC36Q BC43P BC43Q BC53Q                       CA01 CA04 DA62 JA36

Claims (1)

【特許請求の範囲】 【請求項1】 下記一般式(I) 【化1】 (式中、XはHまたはCHであり、nは0または任意
の正数であり、およびRfは、 【化2】 からなる群から選択される)で表されるアクリレート化
合物を少なくとも1種以上と、熱または光の印加により
該アクリレート化合物の重合を開始させることができる
重合開始剤とを含む重合性混合物を硬化させて得られる
高分子膜を、コア部またはクラッド部のいずれかまたは
両方に用いることを特徴とする光導波路素子。
[Claim 1] The following general formula (I): Wherein X is H or CH 3 , n is 0 or any positive number, and Rf is A polymerizable mixture comprising at least one acrylate compound represented by the formula (I) selected from the group consisting of: and a polymerization initiator capable of initiating polymerization of the acrylate compound by application of heat or light. An optical waveguide element, wherein the polymer film obtained by the above is used for one or both of a core part and a clad part.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2018235200A1 (en) * 2017-06-21 2018-12-27 三菱電機株式会社 Optical waveguide, optical circuit and semiconductor laser
WO2022158338A1 (en) * 2021-01-22 2022-07-28 富士フイルム株式会社 Actinic-ray-sensitive or radiation-sensitive resin composition, actinic-ray-sensitive or radiation-sensitive film, method for forming pattern, method for producing electronic device, compound, and resin

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