JP2004085937A

JP2004085937A - 高分子基板型光導波路

Info

Publication number: JP2004085937A
Application number: JP2002247401A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Sakuma; 佐久間　健; Daigo Fujita; 藤田　大吾; Hirokuni Ogawa; 小川　弘晋; Kouji Omichi; 大道　浩児; Hideyuki Hosoya; 細谷　英行
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2002-08-27
Filing date: 2002-08-27
Publication date: 2004-03-18

Abstract

【課題】伝送損失が小さく、安価な高分子基板型光導波路を提供する。
【解決手段】高分子基板型光導波路が、フッ素化ポリマーまたは重水素化ポリマーからなるコア３と、コア３の外面に接し、コア３をなすフッ素化ポリマーよりフッ素含有量が少ないフッ素化ポリマー、コア３をなす重水素化ポリマーより重水素含有量が少ない重水素化ポリマー、フッ素化あるいは重水素化されていないポリマーから選ばれる１種からなるクラッド（下側クラッド２、上側クラッド４）とを有し、コア３とクラッド（下側クラッド２、上側クラッド４）との比屈折率差が０．２％以上にされている。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信に利用できる高分子基板型光導波路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信用の部品として、高分子基板型光導波路が用いられることがある。図１に、高分子基板型光導波路の一例を示す。この高分子基板型光導波路は、シリコン基板などからなる基板１と、この基板１の上面に接する下側クラッド２と、この下側クラッド２に接するコア３と、下側クラッド２およびコア３に接する上側クラッド４とを有して概略構成されている。ここで、下側クラッド２の厚さは、通常１５〜３０μｍにされており、コア３の断面寸法は縦４〜８μｍ×横４〜８μｍにされており、上側クラッド４の厚さは１５〜３０μｍにされている。また、この高分子基板型光導波路では、下側クラッド２、コア３、上側クラッド４がポリマーで形成されている。
さらに、コア３をなすポリマーの屈折率は、下側クラッド２および上側クラッド４をなすポリマーの屈折率よりも高くされており、具体的には、比屈折率差が０．３〜１．５％程度にされている。ここで、比屈折率差とは、（コアの屈折率−クラッドの屈折率）／（コアの屈折率）で算出される値のことである。
【０００３】
ところで、このような高分子基板型光導波路のクラッドおよびコアには、光通信用波長域である１．３１μｍ帯および１．５５μｍ帯の吸収が小さいポリマーが使用される。このようなポリマーとしては、例えば、フッ素化ポリイミド、重水素化シリコーンなどが挙げられる。フッ素化ポリイミド、重水素化シリコーンにあっては、ポリマー中のＣ−Ｈ結合がＣ−Ｆ結合、Ｃ−Ｄ結合に置き換わっているため、Ｃ−Ｈ結合に基づく光吸収波長域が長波長側にシフトしており、光通信用波長域の吸収が小さくなっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、フッ素化あるいは重水素化された前駆体を合成し、この前駆体を重合するといった従来の方法により、フッ素化ポリイミドや重水素化シリコーンを得ることは比較的困難であった。しかも、この合成方法では、フッ素化率を高くしようとするほど合成が困難になる上に、合成方法が複雑であり、製造工程数が多くなるため、得られるフッ素化ポリイミドや重水素化シリコーンは極めて高価であった。
従来の高分子基板型光導波路では、光吸収をできるだけ小さくし、伝送損失を小さくするために、高分子基板型光導波路のクラッドおよびコアの両方に、上述した高価なフッ素化率あるいは重水素化率の高いポリマーを用いていた。その結果、高分子基板型光導波路は高価であった。
本発明は、前記事情を鑑みてなされたものであり、伝送損失が小さく、安価な高分子基板型光導波路を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の高分子基板型光導波路は、フッ素化ポリマーまたは重水素化ポリマーからなるコアと、
コアの外面に接し、コアをなすフッ素化ポリマーよりフッ素含有量が少ないフッ素化ポリマー、コアをなす重水素化ポリマーより重水素含有量が少ない重水素化ポリマー、フッ素化あるいは重水素化されていないポリマーから選ばれる１種からなるクラッドとを有し、
コアとクラッドとの比屈折率差が０．２％以上にされていることを特徴としている。
本発明の高分子基板型光導波路においては、前記フッ素化ポリマーはフッ素化ポリイミドであることが好ましい。前記重水素化ポリマーとしては、重水素化シリコーンが例示できる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の高分子基板型光導波路について説明する。本発明の高分子基板型光導波路は、図１に示した従来の高分子基板型光導波路と同じ構造を有している。すなわち、シリコン基板などからなる基板１と、この基板１の上面に接する下側クラッド２と、この下側クラッド２に接するコア３と、下側クラッド２およびコア３に接する上側クラッド４とを有して概略構成されている。
【０００７】
ここで、コア３は、フッ素化ポリマーまたは重水素化ポリマーからなり、下側クラッド２および上側クラッド４は、コア３をなすフッ素化ポリマーよりフッ素含有量が少ないフッ素化ポリマー、コア３をなす重水素化ポリマーより重水素含有量が少ない重水素化ポリマー、フッ素化あるいは重水素化されていないポリマーから選ばれる１種からなっている。
さらに、コア３と、下側クラッド２ならびに上側クラッド４との比屈折率差が０．２％以上になるように、上述したフッ素含有量あるいは重水素含有量の範囲で、コア３をなすポリマー、下側クラッド２および上側クラッド４をなすポリマーを選択する。比屈折率差が０．２％以上であることにより、実用的な光導波路を形成できる。
なお、ポリマーのフッ素含有量あるいは重水素含有量によって屈折率は変化し、通常は、フッ素含有量あるいは重水素含有量が増加するに従って屈折率は低下する。
【０００８】
フッ素化ポリマーとしては、フッ素化ポリイミドが好ましい。また、重水素化ポリマーとしては、重水素化シリコーンが好ましい。フッ素化ポリイミドおよび重水素化シリコーンは耐熱性が高く、はんだ耐熱性を有しており、得られた高分子基板型光導波路を光通信用の部品に容易に実装できる。
【０００９】
ここで、フッ素化ポリイミドとは、酸二無水物とジアミンとから合成されるものであって、酸二無水物およびジアミンの少なくとも一方がフッ素化されたものである。
酸二無水物としては、例えば、２，２−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）ヘキサフルオロプロパン二無水物（６ＦＤＡ）、１，４−ビス（３，４−ジカルボキシトリフルオロフェノキシ）テトラフルオロベンゼン二無水物（１０ＦＥＤＡ）、４，４’−オキシジフタル酸無水物（ＯＤＰＡ）、ピロメリット酸二無水物（ＰＭＤＡ）、１−トリフルオロメチル−２，３，５，６−ベンゼンテトラカルボン酸二無水物（Ｐ３ＦＤＡ）、トリフルオロメチルピロメリット酸二無水物（３ＦＰＭＤＡ）などが挙げられる。
【００１０】
また、ジアミンとしては、例えば、２，２’−ビス（トリフルオロメチル）−４，４’−ジアミノビフェニル（ＴＦＤＢ）、テトラフルオロ−ｍ−フェニレンジアミン（４ＦＭＰＤ）、ビス（２，３，５，６−テトラフルオロ−４−アミノフェニル）エーテル（８ＦＯＤＡ）、４，４’−オキシジアニリン（４，４’−ＯＤＡ）、３，４’−オキシジアニリン（３，４’−ＯＤＡ）、２，４’−オキシジアニリン（２，４’−ＯＤＡ）、１，１−ビス（４−アミノフェニル）−１−フェニル−２，２，２−トリフルオロエタン（３ＦＤＡＭ）、〔１，１−ビス〔４−（４アミノフェノキシ）フェニル〕−１−フェニル−２，２，２−トリフルオロエタン〕（３ＦＥＤＡＭ）、３，３’−ジアミノジフェニルスルホン（３，３’−ＤＤＳＯ２）、４，４’−ジアミノジフェニルスルホン（４，４’−ＤＤＳＯ２）、４，４’−メチレンジアニリン（４，４’−ＭＤＡ）、２，２−ビス〔４−（アミノフェノキシ）フェニル〕ヘキサフルオロプロパン（４−ＢＤＡＦ）、２，２−ビス（３−アミノ−４−ヒドロキシフェニル）ヘキサフルオロプロパン（ＡＰＨＦ３３）、２，２−ビス（４−アミノフェニル）ヘキサフルオロプロパン（４，４’−６Ｆ）などが挙げられる。
【００１１】
また、フッ素化あるいは重水素化されていないポリマーとしては、フッ素化あるいは重水素化されていない酸二無水物とジアミンとから合成される透明ポリイミドが好ましい。
【００１２】
下側クラッド２とコア３と上側クラッド４とからなる光導波路の厚さは３０〜６０μｍであり、そのうちコア３の厚さは４〜８μｍである。すなわち、光導波路の８０％以上は下側クラッド２および上側クラッド４からなっている。このように、クラッドが光導波路の大部分を占めており、さらにクラッドはフッ素含有量あるいは重水素含有量が少なく安価なポリマーからなっているので、本発明の高分子基板型光導波路は安価である。
【００１３】
一方、下側クラッド２および上側クラッド４に、フッ素含有量あるいは重水素含有量の少ないポリマーを用いると、クラッドで光を吸収しやすくなり、光導波路にしたときの伝送損失が大きくなると予想される。しかしながら、実際には光の大部分はコアの領域を伝搬するので、伝送損失は予想ほど大きくない。表１に、いくつかの光導波路において、伝搬光のコア領域内強度比率を算出した結果を示す。表１に示したように、比屈折率差が大きくなれば、伝搬光のコア領域内の強度比率が高くなり、伝送損失の低下が抑えられる。つまり、本発明の高分子基板型光導波路は、コアの光吸収が小さく、光透過性が高いので、クラッドの光吸収が大きくても、十分に実用性を有している。
【００１４】
【表１】

【００１５】
【実施例】
以下、実施例により本発明の高分子基板型光導波路をさらに詳細に説明する。
（実施例１）
２，２−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）ヘキサフルオロプロパン二無水物（６ＦＤＡ）と、２，２’−ビス（トリフルオロメチル）−４，４’−ジアミノビフェニル（ＴＦＤＢ）とをＮ−ジメチルアセトアミド中で攪拌混合して、（６ＦＤＡ／ＴＦＤＢ）からなるフッ素化ポリマー（これをクラッド用フッ素化ポリマーという）を得た。ここで、クラッド用フッ素化ポリマーのフッ素含有量は、後述するコア用フッ素化ポリマーのフッ素含有量より少ない。また、得られたクラッド用フッ素化ポリマーの屈折率を、ＴＥモードで波長１．３１μｍの光により測定したところ、１．５２３であった。
このクラッド用フッ素化ポリマーのＮ−ジメチルアセトアミド溶液を、図２（ａ）に示すようにスピンコート法により基板１上に塗布し、その後、窒素雰囲気中、７０℃で２時間、１６０℃で１時間、２５０℃で３０分、３５０℃で１時間加熱し、硬化させて下側クラッド２を形成させた。
次いで、１，４−ビス（３，４−ジカルボキシトリフルオロフェノキシ）テトラフルオロベンゼン二無水物（１０ＦＥＤＡ）と、テトラフルオロ−ｍ−フェニレンジアミン（４ＦＭＰＤ）とをＮ−ジメチルアセトアミド中で攪拌混合して、（１０ＦＥＤＡ／４ＦＭＰＤ）からなるフッ素化ポリマー（これをコア用フッ素化ポリマーという）を得た。得られたコア用フッ素化ポリマーの屈折率を、ＴＥモードで波長１．３１μｍの光により測定したところ、１．５２７であった。
【００１６】
次いで、図２（ｂ）に示すように、このコア用フッ素化ポリマーのＮ−ジメチルアセトアミド溶液を、スピンコート法により下側クラッド２上に塗布し、その後、窒素雰囲気中、７０℃で２時間、１６０℃で１時間、２５０℃で３０分、３５０℃で１時間加熱し、硬化させてコア用フッ素化ポリマーからなる層５を形成させた。
次いで、図２（ｃ）に示すように、コア用フッ素化ポリマーからなる層５の上にシリコン層６を形成させ、さらにシリコン層６の上にレジスト層７を形成させ、レジスト層７上にフォトマスクを配置させた後に、紫外線を照射し、現像液で現像して露光した部分のレジスト層を除去した。次いで、図２（ｄ）に示すように、リアクティブイオンエッチング装置（以下、ＲＩＥと称する）によりレジスト層で被覆されていない露出したシリコン層をエッチングして除去した。次いで、図２（ｅ）に示すように、露出したコア用フッ素化ポリマーからなる層５をＲＩＥによりエッチングしてコア３を形成させた。
次いで、残存したシリコン層をＲＩＥによりエッチング除去し、下側クラッド２およびコア３の上に、下側クラッド２に用いたクラッド用フッ素化ポリマーのＮ−ジメチルアセトアミド溶液を、スピンコート法により塗布し、その後、窒素雰囲気中、７０℃で２時間、１６０℃で１時間、２５０℃で３０分、３５０℃で１時間加熱し、硬化させて、図２（ｆ）に示すように、上側クラッド４を形成させて高分子基板型光導波路を得た。
この高分子基板型光導波路では、クラッド用フッ素化ポリマーのフッ素含有量が、コア用フッ素化ポリマーのフッ素含有量より少なく、比屈折率差が０．２６％であるので、伝送損失が小さく、かつ、安価であった。
【００１７】
（実施例２）
クラッド用フッ素化ポリマーにおいて、２，２−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）ヘキサフルオロプロパン二無水物（６ＦＤＡ）の代わりに、トリフルオロメチルピロメリット酸二無水物（３ＦＰＭＤＡ）を用いたこと以外は実施例１と同様にして高分子基板型光導波路を得た。この高分子基板型光導波路においても、クラッド用フッ素化ポリマーのフッ素含有量が、コア用フッ素化ポリマーのフッ素含有量より少なく、比屈折率差が１．５％であるので、伝送損失が小さく、かつ、安価であった。
【００１８】
【発明の効果】
本発明の高分子基板型光導波路は、コアとクラッドとの比屈折率差が０．２％以上にされているので、実用的な光導波路を形成できる。
また、光の大部分が伝搬するコアは、フッ素化ポリマーまたは重水素化ポリマーからなり、これらポリマーはＣ−Ｈ結合による光吸収が抑制されているので、伝送損失が小さい。
一方、光導波路の大部分を占めるクラッドは、コアをなすフッ素化ポリマーよりフッ素含有量が少ないフッ素化ポリマー、コアをなす重水素化ポリマーより重水素含有量が少ない重水素化ポリマー、フッ素化あるいは重水素化されていないポリマーから選ばれる１種からなっている。すなわち、クラッドには、安価なポリマーが使用されているので、高分子基板型光導波路が安価である。
【図面の簡単な説明】
【図１】高分子基板型光導波路の一例を示す斜視図である。
【図２】高分子基板型光導波路の製造方法の一例を工程順に示す断面図である。
【符号の説明】
２・・・下側クラッド（クラッド）、３・・・コア、４・・・上側クラッド（クラッド）

Claims

フッ素化ポリマーまたは重水素化ポリマーからなるコアと、
コアの外面に接し、コアをなすフッ素化ポリマーよりフッ素含有量が少ないフッ素化ポリマー、コアをなす重水素化ポリマーより重水素含有量が少ない重水素化ポリマー、フッ素化あるいは重水素化されていないポリマーから選ばれる１種からなるクラッドとを有し、
コアとクラッドとの比屈折率差が０．２％以上にされていることを特徴とする高分子基板型光導波路。
前記フッ素化ポリマーはフッ素化ポリイミドであることを特徴とする請求項１に記載の高分子基板型光導波路。