JP2003172802A - Optical material composition and optical element manufactured by using the same - Google Patents
Optical material composition and optical element manufactured by using the sameInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は光学材料およびそれ
を形成するための組成物に関し、とくに光通信分野で使
用する導波路やフィルタなどの光学素子用の光学材料に
関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to an optical material and a composition for forming the same, and more particularly to an optical material for optical elements such as waveguides and filters used in the field of optical communication.
【0002】[0002]
【従来の技術】光通信分野で使用される光学素子には、
光学性能が環境条件の変化に対して安定であることが要
求される。例えば、光学素子中の光路長(光学長)S
は、これが一つの材料で構成される光学系の場合、次式
で与えられる。
S=nl (1)
ただし、nは材料の屈折率、lは幾何学的な光路の長さ
である。2. Description of the Related Art Optical elements used in the field of optical communication include
Optical performance is required to be stable against changes in environmental conditions. For example, the optical path length (optical length) S in the optical element
Is given by the following equation when this is an optical system composed of one material. S = nl (1) where n is the refractive index of the material and l is the geometrical optical path length.
【0003】この光路長Sの温度T依存性dS/dTは
次式で示される。
dS/dT=l(dn/dT+nα) (2)
ここで、αは材料の線膨張係数である。したがって、光
路長の温度依存性を0にするためには、正の線膨張係数
を有する材料の場合、屈折率nの温度依存性dn/dT
を正の線膨張係数を打ち消す大きさで負にする必要があ
る。すなわち、
dn/dT=−nα (3)
を満たす材料が必要とされる。The temperature T dependence of the optical path length S, dS / dT, is expressed by the following equation. dS / dT = 1 (dn / dT + nα) (2) where α is the linear expansion coefficient of the material. Therefore, in order to reduce the temperature dependence of the optical path length to 0, in the case of a material having a positive linear expansion coefficient, the temperature dependence of the refractive index n is dn / dT.
Must be negative with a magnitude that cancels the positive linear expansion coefficient. That is, a material satisfying dn / dT = -nα (3) is required.
【0004】具体的な光学素子の例として光導波路型ブ
ラッグ回折格子を考える。この回折格子の反射(ブラッ
グ)波長λBは次式で表される。
λB=2neΛ (4)
ここでneは光導波路の実効屈折率、Λは回折格子の周
期である。実効屈折率neは導波路のコアの屈折率n1に
比例し、Λは幾何学的な長さであるので、この反射波長
の温度T依存性dλB/dTは、上記dS/dTと同様
な意味をもつ。したがってdλB/dTを小さく、すな
わち反射波長の温度に対する安定性を向上させるために
は、導波路材料の屈折率の温度係数と幾何学的寸法の温
度変化を決定づける線膨張係数とが重要な因子となる。An optical waveguide type Bragg diffraction grating will be considered as a specific example of an optical element. The reflection (Bragg) wavelength λ B of this diffraction grating is expressed by the following equation. λ B = 2neΛ (4) Here, ne is the effective refractive index of the optical waveguide, and Λ is the period of the diffraction grating. Since the effective refractive index ne is proportional to the refractive index n 1 of the waveguide core, and Λ is a geometrical length, the temperature T dependence dλ B / dT of this reflection wavelength is the same as the above dS / dT. Has meaning. Therefore, in order to reduce dλ B / dT, that is, to improve the stability of the reflection wavelength with respect to temperature, the temperature coefficient of the refractive index of the waveguide material and the linear expansion coefficient that determines the temperature change of the geometrical dimension are important factors. Becomes
【0005】ガラスやセラミクスなどの無機材料は耐熱
性が高く、屈折率などの光学特性の安定性も高い。しか
し融解温度が高いため成型が困難であり、また硬度が高
いので加工が困難であるという難点がある。一方、樹脂
などの有機材料は低温での成型性に優れるが、反面、耐
熱性が十分でなく、また熱膨張係数が大きく、屈折率等
の光学特性の温度依存性も比較的大きい。このような無
機材料と有機材料の利点を生かし、かつ難点を補うため
に、有機−無機複合材料の開発が行われてきた。Inorganic materials such as glass and ceramics have high heat resistance and high stability of optical properties such as refractive index. However, the melting temperature is high, so that molding is difficult, and the hardness is high, so that processing is difficult. On the other hand, organic materials such as resins are excellent in moldability at low temperatures, but on the other hand, they have insufficient heat resistance, have a large coefficient of thermal expansion, and have relatively large temperature dependence of optical characteristics such as refractive index. Organic-inorganic composite materials have been developed in order to make use of the advantages of such inorganic materials and organic materials and to supplement the drawbacks.
【0006】典型的な有機−無機複合材料の合成方法と
して金属アルコキシドを用いる方法が知られている。金
属アルコキシドの加水分解、縮合反応により、石英ガラ
スと同等の組成物が得られることは、ゾル−ゲル法とし
てよく知られているが、出発物質に工夫を加え、焼成条
件を適当に選ぶことにより、有機成分が組成物中に残留
し、有機−無機複合材料が得られる。A method using a metal alkoxide is known as a typical method for synthesizing an organic-inorganic composite material. It is well known as a sol-gel method that a composition equivalent to quartz glass can be obtained by hydrolysis and condensation reaction of a metal alkoxide, but it is well known as a sol-gel method. , The organic components remain in the composition, and an organic-inorganic composite material is obtained.
【0007】例えば、高い光透過性、及び耐熱性を有す
る材料を得るため、有機官能基を有するケイ素アルコキ
シドからなる材料の検討がなされている(米国特許60
54253号)。また、有機モノマーと金属アルコキシ
ドからなる有機−無機複合体を用いて、線膨張係数、屈
折率の温度変化が小さい材料が検討されている(特開平
8−157735号公報)。For example, in order to obtain a material having high light transmittance and heat resistance, a material composed of a silicon alkoxide having an organic functional group has been studied (US Pat. No. 60).
54253). Further, using an organic-inorganic composite composed of an organic monomer and a metal alkoxide, a material having a small coefficient of linear expansion coefficient and refractive index change with temperature has been investigated (JP-A-8-157735).
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかし、有機官能基を
有するケイ素アルコキシドによる有機−無機複合材料
は、熱膨張係数が大きく、屈折率の温度係数も小さくな
いため、光学素子を形成すると、光路長の温度変化が大
きくなるという問題点は解消できていない。有機モノマ
ーと金属アルコキシドからなる有機−無機複合材料の場
合は、有機モノマーと金属アルコキシドの相溶性から、
作製できる組成範囲は限られるという問題がある。本発
明は、このような問題点を解決するため、光学素子の光
路長の温度変化を小さくすることを可能とする光学材料
組成物を提供することを目的とする。However, the organic-inorganic composite material made of silicon alkoxide having an organic functional group has a large coefficient of thermal expansion and a small temperature coefficient of refractive index. Therefore, when an optical element is formed, the optical path length is increased. The problem that the temperature change becomes large cannot be solved. In the case of an organic-inorganic composite material composed of an organic monomer and a metal alkoxide, from the compatibility of the organic monomer and the metal alkoxide,
There is a problem that the composition range that can be manufactured is limited. In order to solve such a problem, it is an object of the present invention to provide an optical material composition capable of reducing the temperature change of the optical path length of an optical element.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明の光学材料組成物
は有機官能基と加水分解性基の少なくともいずれか一方
を有するケイ素化合物と、反応性有機基と加水分解性基
の少なくともいずれか一方を有するゲルマニウム化合物
とから合成されるが、有機成分を含有することが特徴で
ある。The optical material composition of the present invention comprises a silicon compound having at least one of an organic functional group and a hydrolyzable group, and at least one of a reactive organic group and a hydrolyzable group. The compound is characterized by containing an organic component although it is synthesized from a germanium compound having
【0010】本発明の光学材料組成物の第一の態様は、
一般式
R1 iSiX1 4-i
で表されるケイ素化合物(ただし、i=1,2,3、R
1は有機官能基、X1は加水分解性基を示す)と、
R2 jGeX2 4-j または R2 4Ge または GeX2 4
で表されるゲルマニウム化合物(ただし、j=1,2,
3、R2は反応性有機基、X2は加水分解性基を示す)
と、を主要な出発物質とし、これらを加水分解、縮合す
ることによって得られる組成物である。ここで、反応性
有機基とは、光を照射したり、加熱することにより官能
基間での反応が起こるような一部の有機官能基を意味す
る。加水分解性基とは、加水分解を起こす可能性のある
基の総称である。The first aspect of the optical material composition of the present invention is
A silicon compound represented by the general formula R 1 i SiX 1 4-i (where i = 1, 2, 3, R
1 is an organic functional group, X 1 is a hydrolyzable group), and a germanium compound represented by R 2 j GeX 2 4-j or R 2 4 Ge or GeX 2 4 (where j = 1, 2,
3, R 2 is a reactive organic group, and X 2 is a hydrolyzable group)
Is a main starting material, and is a composition obtained by hydrolyzing and condensing these. Here, the reactive organic group means a part of an organic functional group in which a reaction between functional groups occurs by irradiation with light or heating. The hydrolyzable group is a general term for groups that may hydrolyze.
【0011】また、本発明の光学材料形成用組成物の第
二の態様は、一般式
R1 iSiX1 4-i または R1 4Si または SiX1 4
で表されるケイ素化合物(ただし、i=1,2,3、R
1は有機官能基、X1は加水分解性基を示す)と、
R2 jGeX2 4-j
で表されるゲルマニウム化合物(ただし、j=1,2,
3、R2は反応性有機基、X2は加水分解性基を示す)
と、を主要な出発物質とし、これらを加水分解、縮合す
ることによって得られる組成物である。[0011] The second embodiment of the optical material forming composition of the present invention have the general formula R 1 i SiX 1 4-i or R 1 4 Si, or SiX 1 4 in the silicon compound represented by (where, i = 1, 2, 3, R
1 is an organic functional group, X 1 is a hydrolyzable group), and a germanium compound represented by R 2 j GeX 2 4-j (where j = 1, 2,
3, R 2 is a reactive organic group, and X 2 is a hydrolyzable group)
Is a main starting material, and is a composition obtained by hydrolyzing and condensing these.
【0012】とくに有機官能基R1、反応性有機基R2が
アルケニル基であることが望ましく、ケイ素化合物が≡
−メタクリロキシプロピル基を有するケイ素アルコキシ
ドであることが望ましい。またはゲルマニウム化合物は
アリル基を有するゲルマニウム塩化物であることが望ま
しい。In particular, the organic functional group R 1 and the reactive organic group R 2 are preferably alkenyl groups, and the silicon compound is ≡.
It is preferably a silicon alkoxide having a methacryloxypropyl group. Alternatively, the germanium compound is preferably germanium chloride having an allyl group.
【0013】これらの組成物は有機成分を含有している
ことが重要で、これによって材料の熱膨張を屈折率の温
度係数によって補償することが可能となる。これらの組
成物を用いて光学素子を構成することにより、温度変化
に対して安定な素子性能が得られる。It is important that these compositions contain an organic component, which allows the thermal expansion of the material to be compensated by the temperature coefficient of the refractive index. By forming an optical element using these compositions, stable element performance with respect to temperature changes can be obtained.
【0014】[0014]
【発明の実施の形態】本発明を完成する過程では、光路
長の熱膨張による変化を屈折率の温度変化によって補償
することが可能な材料を、アルコキシドを基本として探
索した。まず、下記の一般式(5)
R1 iSiX1 4-i (5)
(ただし、iは1〜3の整数、R1は有機官能基、X1は
加水分解性基を示す)で示されるケイ素アルコキシド等
のケイ素化合物からなる光学材料組成物においては、一
般に有機官能基R1が反応して生成する重合物のdn/
dTが負に大きすぎるため、dS/dTは負となり、光
路長Sの温度依存性は悪くなる。このため、本発明者ら
は、この材料よりもdn/dTを大きく調整することに
より、光路長の温度依存性を低減することを検討した。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In the process of completing the present invention, a material capable of compensating a change in optical path length due to thermal expansion by a temperature change in refractive index was searched for based on an alkoxide. First, it is represented by the following general formula (5) R 1 i SiX 1 4-i (5) (where i is an integer of 1 to 3, R 1 is an organic functional group, and X 1 is a hydrolyzable group). is in the optical material composition comprising silicon compounds of silicon alkoxides, generally polymer organic functional group R 1 is produced by the reaction dn /
Since dT is too large negatively, dS / dT becomes negative and the temperature dependence of the optical path length S becomes worse. Therefore, the present inventors have examined reducing the temperature dependence of the optical path length by adjusting dn / dT to be larger than that of this material.
【0015】その結果、ゲルマニアの屈折率の温度依存
性はdn/dT=18.8×10-6K-1であり、比較的
大きな正の値を有することから、ゲルマニウムを含む材
料で光学材料組成物を得ることに想到した。この着想か
ら、下記一般式(6)
R2 jGeX2 4-j (6)
(ただし、jは1〜3の整数、R2は反応性有機基、X2
は加水分解性基を示す)で示されるゲルマニウム化合物
と、上記一般式(5)で表されるケイ素化合物とを加
え、これを加水分解、縮合した光学材料組成物を使用す
ることにより、本発明の目的を達成することができる見
通しを得た。As a result, the temperature dependence of the refractive index of germania is dn / dT = 18.8 × 10 −6 K −1, which has a relatively large positive value, so that the material containing germanium is an optical material. Envisioned to obtain the composition. From this idea, the following general formula (6) R 2 j GeX 2 4-j (6) (where j is an integer of 1 to 3, R 2 is a reactive organic group, X 2
Represents a hydrolyzable group) and a silicon compound represented by the above general formula (5) are added, and an optical material composition obtained by hydrolyzing and condensing the same is used. Got the prospect of being able to achieve.
【0016】(5)、(6)式で表される本発明の出発
物質は、有機官能基、反応性有機基、加水分解性基を含
む。ここで反応性有機基とは反応性を有する有機官能基
を意味する。したがってR1、R2はともに反応性有機基
であってもよい。これらを加水分解、縮合して得られる
光学材料組成物、さらにはその光学材料組成物を重合処
理等して最終的に作製される光学素子中に、未反応の有
機基を残存させることができる。シリカ、ゲルマニアそ
れ自体は正のdS/dTを有するが、残存させた未反応
の有機基等に負のdn/dTを持たせることは可能であ
る。この点を考慮し、加水分解、縮合反応の調整あるい
は重合反応を調整して有機成分を残留させることによ
り、温度依存性の小さい光学素子を形成することができ
る。The starting material of the present invention represented by the formulas (5) and (6) contains an organic functional group, a reactive organic group and a hydrolyzable group. Here, the reactive organic group means an organic functional group having reactivity. Therefore, both R 1 and R 2 may be reactive organic groups. An unreacted organic group can be left in an optical material composition obtained by hydrolyzing and condensing these, and further in an optical element finally produced by polymerizing the optical material composition. . Silica and germania themselves have a positive dS / dT, but it is possible to give a negative dn / dT to the remaining unreacted organic groups and the like. In consideration of this point, by adjusting the hydrolysis or condensation reaction or adjusting the polymerization reaction to leave the organic component, it is possible to form an optical element having small temperature dependence.
【0017】なお、出発物質が有機官能基を含まない場
合においても、本発明の光学材料組成物から作製される
光学素子中に、未反応の加水分解性基等を残存させるこ
とができ、これに負のdn/dTを持たせることが可能
である。したがって、(5)式のケイ素化合物に対する
ゲルマニウム化合物は、反応性有機基R2かまたは加水
分解性基X2のいずれか一方を含まない、
R2 4Ge または GeX2 4 (7)
であってもよい。またゲルマニウム化合物が(6)式で
表される場合には、ケイ素化合物は有機官能基R1かま
たは加水分解性基X1のいずれか一方を含まない、
R1 4Si または SiX1 4 (8)
であってもよい。Even when the starting material does not contain an organic functional group, unreacted hydrolyzable groups can be left in the optical element produced from the optical material composition of the present invention. Can have a negative dn / dT. Thus, (5) is a germanium compound to the silicon compound of the formula, one does not contain any reactive organic group R 2 or hydrolyzable group X 2, a R 2 4 Ge or GeX 2 4 (7) Good. Further, when a germanium compound is represented by the equation (6), the silicon compound does not contain either an organic functional group R 1 or a hydrolysable group X 1, R 1 4 Si, or SiX 1 4 (8 ) May be.
【0018】R1、R2として使用できる代表的な反応性
有機基はアルケニル基である。具体的にはビニル基、≡
−メタクリロキシプロピル基、アリル基などが挙げられ
る。アルケニル基は紫外線等の照射により重合させるこ
とができる。この他、R1として使用できる有機官能基
としては、メチル基、フェニル基などが挙げられる。加
水分解性基としては、アルコキシル基、塩素等のハロゲ
ン基、水酸基などが挙げられる。A typical reactive organic group that can be used as R 1 and R 2 is an alkenyl group. Specifically, vinyl group, ≡
-Methacryloxypropyl group, allyl group and the like. The alkenyl group can be polymerized by irradiation with ultraviolet rays or the like. In addition, examples of the organic functional group that can be used as R 1 include a methyl group and a phenyl group. Examples of the hydrolyzable group include an alkoxyl group, a halogen group such as chlorine, and a hydroxyl group.
【0019】たとえば、一般式(5)で示されるケイ素
化合物には、ビニルトリエトキシシラン、アリルトリエ
トキシシラン、≡−メタクリロキシプロピルトリエトキ
シシラン、メチルトリエトキシシラン、ジメチルジエト
キシシラン、フェニルトリエトキシシランなど、一般式
(8)で示されるケイ素化合物には、テトラメトキシシ
ラン、テトラエトキシシランなどが挙げられる。一般式
(6)で示されるゲルマニウム化合物には、アリルトリ
クロロゲルマン、メタクリロキシトリエチルゲルマン、
メチルトリクロロゲルマン、アリルトリクロロゲルマン
など、一般式(7)で示されるゲルマニウム化合物に
は、テトラエトキシゲルマン、テトラメトキシゲルマ
ン、テトライソプロポキシゲルマンなどが挙げられる。For example, the silicon compound represented by the general formula (5) includes vinyltriethoxysilane, allyltriethoxysilane, ≡-methacryloxypropyltriethoxysilane, methyltriethoxysilane, dimethyldiethoxysilane and phenyltriethoxy. Examples of the silicon compound represented by the general formula (8) such as silane include tetramethoxysilane and tetraethoxysilane. The germanium compound represented by the general formula (6) includes allyltrichlorogermane, methacryloxytriethylgermane,
Examples of the germanium compound represented by the general formula (7) such as methyltrichlorogermane and allyltrichlorogermane include tetraethoxygermane, tetramethoxygermane and tetraisopropoxygermane.
【0020】本発明の光学材料組成物は、ケイ素化合物
とゲルマニウム化合物の割合を任意に変えることが可能
である。さらに、必要に応じて、金属アルコキシド、及
び金属アルコキシドから誘導される化合物、光反応開始
剤等の触媒を添加することができる。つぎに、本発明の
光学材組成物から、光学素子を作製した実施例について
説明する。In the optical material composition of the present invention, the ratio of the silicon compound and the germanium compound can be arbitrarily changed. Furthermore, if necessary, a catalyst such as a metal alkoxide, a compound derived from a metal alkoxide, and a photoreaction initiator can be added. Next, examples in which an optical element is produced from the optical material composition of the present invention will be described.
【0021】[実施例]本発明の光学材料組成物を用い
て光導波路を作製するため、光反応開始剤を含む第1の
光学材料組成物と含まない第2の光学材料組成物を調製
する。[Example] In order to produce an optical waveguide using the optical material composition of the present invention, a first optical material composition containing a photoreaction initiator and a second optical material composition not containing a photoreaction initiator are prepared. .
【0022】≡−メタクリロキシプロピルトリメトキシ
シラン:13ミリモル、イソブトキシアルミノキシトリ
エトキシシラン:3ミリモル、アリルトリクロロゲルマ
ン:1ミリモル、0.1規定塩酸水溶液:23.5ミリ
モル、イソプロパノール:7ミリモルからなる溶液を室
温で撹拌し、均一溶液とし、これを第2の光学材料組成
物とする。つぎにこの組成物に光反応開始剤として2−
ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−
オンを1滴滴下し、光反応性を有する第1の光学材料組
成物を得た。From ≡-methacryloxypropyltrimethoxysilane: 13 mmol, isobutoxyaluminoxytriethoxysilane: 3 mmol, allyltrichlorogermane: 1 mmol, 0.1N hydrochloric acid aqueous solution: 23.5 mmol, isopropanol: 7 mmol The resulting solution is stirred at room temperature to form a uniform solution, which is used as the second optical material composition. Next, a 2-
Hydroxy-2-methyl-1-phenylpropane-1-
One drop of ON was dropped to obtain a first optical material composition having photoreactivity.
【0023】第1の光学材料組成物をシリコン基板上に
スピンコートし乾燥させたところ、膜厚9.8≡mの塗
布膜が得られた。この塗布膜表面に第2の光学材料組成
物をスピンコートし乾燥させると、さらに膜厚3μmの
塗布膜が得られた。この2層の塗布膜に高圧水銀ランプ
を照射すると、光反応開始剤を含有する第1層中の反応
性有機基が重合し、第1層の屈折率が上昇する。第2層
は光反応性を有さないため屈折率が変化せず、第1層と
の間で屈折率差が生じる。すなわち、第1層をコア、第
2層をクラッドとする光導波路を作製することができ
る。When the first optical material composition was spin-coated on a silicon substrate and dried, a coating film with a film thickness of 9.8≡m was obtained. When the surface of this coating film was spin-coated with the second optical material composition and dried, a coating film with a film thickness of 3 μm was obtained. When the two-layer coating film is irradiated with a high-pressure mercury lamp, the reactive organic groups in the first layer containing the photoreaction initiator are polymerized to increase the refractive index of the first layer. Since the second layer does not have photoreactivity, the refractive index does not change and a difference in refractive index occurs between the second layer and the first layer. That is, an optical waveguide having the first layer as a core and the second layer as a clad can be manufactured.
【0024】この光導波路に二光束干渉露光法によって
ブラッグ回折格子を形成させた。使用した二光束干渉露
光法の光学系を図1に示す。He−Cdレーザ10から
の波長325nmのレーザ光40を反射鏡20を折り返
し、ビームスプリッタ22により2つの光束42,44
に分ける。この2光束をそれぞれ反射鏡24,26によ
って基板30上で交差させ、干渉させる。発生する干渉
縞パターンにより基板上の塗布膜第1層のコア層の重合
をさらに進行させ、屈折率が周期的に変化する構造を生
成した。その後、110 Cで熱処理を行い、ブラッグ回
折格子を有する平板型光導波路を得た。A Bragg diffraction grating was formed on this optical waveguide by a two-beam interference exposure method. The optical system of the two-beam interference exposure method used is shown in FIG. The laser beam 40 having a wavelength of 325 nm from the He-Cd laser 10 is reflected by the reflecting mirror 20, and the two beams 42 and 44 are formed by the beam splitter 22.
Divide into The two light fluxes are crossed on the substrate 30 by the reflecting mirrors 24 and 26, respectively, and interfere with each other. Polymerization of the core layer of the first coating film on the substrate was further promoted by the generated interference fringe pattern, and a structure in which the refractive index periodically changed was generated. Then, it heat-processed at 110 C and obtained the flat plate type optical waveguide which has a Bragg diffraction grating.
【0025】図2に示すように、得られた光導波路50
の端面52に波長1300nmを中心とするLED光4
6を結合し、導波させた。光導波路50の他端面54か
らの出射光48のスペクトルを観測するとディップ45
が生じているのがわかった。これは、導波光の波長域の
うち一定の波長のみがブラッグ回折格子54により反射
されたことを示すものである。光導波路の温度を変え
て、同様にブラッグ回折格子による反射波長(λB)を測
定したところ、λBの温度依存性(dλB/dT)は、−
0.77×10-10mK-1であった。As shown in FIG. 2, the obtained optical waveguide 50
LED light 4 with a wavelength of 1300 nm at the end face 52 of the
6 was coupled and guided. When the spectrum of the outgoing light 48 from the other end surface 54 of the optical waveguide 50 is observed, the dip 45
Was found to have occurred. This indicates that only a certain wavelength in the wavelength range of the guided light is reflected by the Bragg diffraction grating 54. Similarly, when the temperature of the optical waveguide was changed and the wavelength (λ B ) reflected by the Bragg grating was measured, the temperature dependence of λ B (dλ B / dT) was −
It was 0.77 × 10 -10 mK -1 .
【0026】[比較例]≡−メタクリロキシプロピルト
リメトキシシラン:14ミリモル、イソブトキシアルミ
ノキシトリエトキシシラン:3ミリモル、0.1規定塩
酸水溶液23.5ミリモル、イソプロパノール:7ミリ
モル、水:30ミリモルからなる溶液を室温で撹拌し、
均一溶液とし、これを第2の光学材料組成物とする。つ
ぎにこの組成物に光反応開始剤として2−ヒドロキシ−
2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オンを1滴滴
下し、光反応性を有する第1の光学材料組成物を得た。Comparative Example ≡-methacryloxypropyltrimethoxysilane: 14 mmol, isobutoxyaluminoxytriethoxysilane: 3 mmol, 0.1N aqueous hydrochloric acid solution 23.5 mmol, isopropanol: 7 mmol, water: 30 mmol. A solution consisting of
A uniform solution is prepared, which is the second optical material composition. Next, 2-hydroxy- was added to this composition as a photoreaction initiator.
One drop of 2-methyl-1-phenylpropan-1-one was dropped to obtain a first optical material composition having photoreactivity.
【0027】第1の光学材料組成物をシリコン基板上に
スピンコートし乾燥させたところ、膜厚9.5≡mの塗
布膜が得られた。この塗布膜表面に第2の光学材料組成
物をスピンコートし乾燥させて膜厚3μmの第2の塗布
膜を得た。この2層の塗布膜に高圧水銀ランプを照射
し、第1層をコア、第2層をクラッドとする光導波路を
作製した。この光導波路に上記同様に二光束干渉露光法
によってブラッグ回折格子を形成させた。光導波路の温
度を変えて、同様にブラッグ回折格子による反射波長
(λB)を測定したところ、λBの温度依存性(dλB/d
T)は、−1.59×10-10mK-1であった。When the first optical material composition was spin-coated on a silicon substrate and dried, a coating film having a film thickness of 9.5≡m was obtained. The surface of this coating film was spin-coated with the second optical material composition and dried to obtain a second coating film with a film thickness of 3 μm. The two-layer coating film was irradiated with a high-pressure mercury lamp to fabricate an optical waveguide having the first layer as a core and the second layer as a clad. A Bragg diffraction grating was formed on this optical waveguide by the two-beam interference exposure method as described above. Similarly, by changing the temperature of the optical waveguide, the wavelength reflected by the Bragg grating
When (λ B ) was measured, the temperature dependence of λ B (d λ B / d
T) was −1.59 × 10 −10 mK −1 .
【0028】上記実施例と比較例の差異はアリル基を有
するゲルマニウム塩化物であるアリルトリクロロゲルマ
ンを含有するか否かである。すなわち、反応性有機基お
よび加水分解性基をもつシリコン化合物のみからなる光
学材料組成物を用いた光学素子に比べて、このようなシ
リコン化合物とゲルマニウム化合物とを混合した光学材
料組成物を用いると、光学素子の光路長の温度依存性を
極めて小さくすることができる。これは光学素子を形成
している材料中に有機成分が残留しているため、屈折率
の温度変化が材料の熱膨張係数による寸法変化を補償す
る適当な値に調整されるためである。The difference between the above-mentioned Examples and Comparative Examples is whether or not it contains allyltrichlorogermane, which is a germanium chloride having an allyl group. That is, as compared with an optical element using an optical material composition consisting only of a silicon compound having a reactive organic group and a hydrolyzable group, when an optical material composition obtained by mixing such a silicon compound and a germanium compound is used, The temperature dependence of the optical path length of the optical element can be made extremely small. This is because the organic component remains in the material forming the optical element, so that the temperature change in the refractive index is adjusted to an appropriate value that compensates for the dimensional change due to the thermal expansion coefficient of the material.
【0029】上記のような機能を果たすものであれば、
反応性有機基はアリル基に限定されるものではなく、加
水分解基もハロゲン(塩素)基に限定されない。使用で
きる基の例は上記の通りである。また光反応開始剤等の
添加すべき触媒も、必要な機能に応じて選択できる。If it has the above-mentioned functions,
The reactive organic group is not limited to the allyl group, and the hydrolyzable group is not limited to the halogen (chlorine) group. Examples of groups that can be used are as described above. The catalyst to be added such as a photoreaction initiator can also be selected according to the required function.
【0030】また、上記実施例では光学素子として光導
波路型ブラッグ回折格子の作製について説明し、その反
射波長が温度変化に対して安定になる効果について説明
したが、光学素子およびその改善される特性はこれに限
られない。本発明の光学材料組成物は光路長を利用する
広い範囲の光学素子の作製に適用できる。光路長を利用
する光学素子には光導波路型の各種光機能素子(例え
ば、アレイ導波路回折格子やマッハ・ツェンダ型干渉素
子など)や、プリズムやエタロンなどのバルク型光学素
子がある。Further, in the above embodiment, the production of the optical waveguide type Bragg diffraction grating as the optical element was explained, and the effect of stabilizing the reflection wavelength thereof with respect to the temperature change was explained, but the optical element and its improved characteristics are explained. Is not limited to this. The optical material composition of the present invention can be applied to the production of a wide range of optical elements utilizing the optical path length. Optical elements that utilize the optical path length include various optical functional elements of optical waveguide type (for example, arrayed waveguide diffraction grating and Mach-Zehnder type interference element) and bulk type optical elements such as prisms and etalons.
【0031】[0031]
【本発明の効果】本発明の有機官能基と加水分解性基を
有するケイ素化合物とゲルマニウム化合物とから合成さ
れ、有機成分を含有することを特徴とする光学材料組成
物を用いることにより、光路長の温度依存性が小さい光
学素子を作製することが可能となる。EFFECT OF THE INVENTION By using an optical material composition of the present invention which is synthesized from a silicon compound having an organic functional group and a hydrolyzable group and a germanium compound and contains an organic component, the optical path length can be increased. It is possible to manufacture an optical element having a small temperature dependency of.
【図1】 本発明の実施例の光学素子を作製するための
二光束干渉露光法の光学系を示す概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing an optical system of a two-beam interference exposure method for manufacturing an optical element of an example of the present invention.
【図2】 本発明の実施例の光学素子を示す模式図であ
る。FIG. 2 is a schematic diagram showing an optical element of an example of the present invention.
46 LED光 48 出射光 50 光導波路 54 ブラッグ回折格子 46 LED light 48 outgoing light 50 optical waveguide 54 Bragg diffraction grating
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) // C08G 77/58 G02B 6/12 F N (72)発明者 山本 博章 大阪府大阪市中央区北浜4丁目7番28号 日本板硝子株式会社内 Fターム(参考) 2H047 KA02 LA02 PA30 QA05 TA11 2H049 AA34 AA43 AA44 AA51 AA59 AA62 4J027 AF05 BA04 CB10 CC05 CD00 4J030 CB03 CB13 CB17 CB18 CC15 CC16 CC19 CD11 CE02 CE07 CE11 CG06 4J035 HA05 HB03 LB20 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) // C08G 77/58 G02B 6/12 FN (72) Inventor Hiroaki Yamamoto 4 Kitahama, Chuo-ku, Osaka-shi, Osaka C-No. 7-28 Nippon Sheet Glass Co., Ltd. F-term (reference) 2H047 KA02 LA02 PA30 QA05 TA11 2H049 AA34 AA43 AA44 AA51 AA59 AA62 4J027 AF05 BA04 CB10 CC05 CD00 4J030 CB03 CB13 CE06 CC11 CE11 CE05 CE05 CC11 CE11 LB20
Claims (8)
ずれか一方を有するケイ素化合物と、反応性有機基と加
水分解性基の少なくともいずれか一方を有するゲルマニ
ウム化合物とから合成され、有機成分を含有することを
特徴とする光学材料組成物。1. A compound synthesized from a silicon compound having at least one of an organic functional group and a hydrolyzable group, and a germanium compound having at least one of a reactive organic group and a hydrolyzable group to obtain an organic component. An optical material composition comprising:
水分解性基を示す)、前記ゲルマニウム化合物が、一般
式 R2 jGeX2 4-j または R2 4Ge または GeX2 4 (ただし、j=1,2,3、R2は反応性有機基、X2は
加水分解性基を示す)でそれぞれ表され、これらを加水
分解、縮合することによって得られる請求項1に記載の
光学材料組成物。2. The silicon compound is represented by the general formula R 1 i SiX 1 4-i (where i = 1, 2, 3, R 1 is an organic functional group, and X 1 is a hydrolyzable group), The germanium compound has the general formula R 2 j GeX 2 4-j or R 2 4 Ge or GeX 2 4 (where j = 1, 2, 3, R 2 is a reactive organic group, and X 2 is a hydrolyzable group. (Shown) respectively, and is obtained by hydrolyzing and condensing these.
水分解性基を示す)、前記ゲルマニウム化合物が、一般
式 R2 jGeX2 4-j (ただし、j=1,2,3、R2は反応性有機基、X2は
加水分解性基を示す)でそれぞれ表され、これらを加水
分解、縮合することによって得られる請求項1に記載の
光学材料組成物。Wherein the silicon compound has the general formula R 1 i SiX 1 4-i or R 1 4 Si, or SiX 1 4 (however, i = 1, 2, 3, R 1 is an organic functional group, X 1 is Hydrolyzable group), the germanium compound is represented by the general formula R 2 j GeX 2 4-j (where j = 1, 2, 3, R 2 is a reactive organic group, and X 2 is a hydrolyzable group). (Shown) respectively, and is obtained by hydrolyzing and condensing these.
R2がアルケニル基である請求項1、2または3に記載
の光学材料組成物。4. The optical material composition according to claim 1, 2 or 3, wherein the organic functional group R 1 and the reactive organic group R 2 are alkenyl groups.
ロピル基を有するケイ素アルコキシドである請求項1、
2または3に記載の光学材料組成物。5. The silicon compound is a silicon alkoxide having an ≡-methacryloxypropyl group.
The optical material composition as described in 2 or 3.
るゲルマニウム塩化物である請求項1、2または3に記
載の光学材料組成物。6. The optical material composition according to claim 1, 2 or 3, wherein the germanium compound is germanium chloride having an allyl group.
少なくとも1種類を重合した薄層材料からなり、前記薄
層材料中に有機成分を含有することを特徴とする光学素
子。7. An optical element comprising a thin layer material obtained by polymerizing at least one kind of the optical material composition according to any one of claims 1 to 6, wherein the thin layer material contains an organic component.
おいて、前記薄層材料の少なくともいずれか1層を光重
合反応により加工したことを特徴とする光学素子。8. An optical element in which a plurality of thin layer materials are laminated, wherein at least one layer of the thin layer material is processed by a photopolymerization reaction.
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---|---|---|---|---|
JP2010518234A (en) * | 2007-02-08 | 2010-05-27 | ダウ・コーニング・コーポレイション | Siloxane compounds and polymers containing heteroelements |
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-
2001
- 2001-12-06 JP JP2001373066A patent/JP2003172802A/en active Pending
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