JP2004514941A - 薄膜光ウエーブガイド - Google Patents

Abstract

第１のポリマー層および第１のポリマー層に隣接する第２のポリマー層を含む光ウエーブガイド、および光ウエーブガイドを製造する方法が開示される。第１のポリマー層は、ｎ_１ の屈折率および第１の溶媒において溶解度Ｓ_１ を有する。第２のポリマー層は、ｎ_２ の屈折率および第１の溶媒において溶解度Ｓ_２ を有する。光ウエーブガイドでは、ｎ_１ ≠ｎ_２ であり、且つＳ_１ ／Ｓ_２ は少なくとも５である。

Description

【０００１】
発明の分野
本出願は、２０００年１１月２８日に出願された米国仮出願第６０／２５３，０７８号の利益を主張し、本明細書にその全体が参照により組み込まれる。
【０００２】
本発明は、一般的に、薄膜光ウエーブガイド（ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｏｐｔｉｃａｌ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ）および薄膜光ウエーブガイドを形成するための方法に関する。
【０００３】
発明の背景
薄膜光ウエーブガイドは、例えば、スプリッティング、波長マルチプレクシングおよびデマルチプレクシング、光アド／ドロップ（ｏｐｔｉｃａｌ ａｄｄ／ｄｒｏｐ）マルチプレクシング、可変減衰、変調、切り替えおよび増幅のような光通信ネットワークで先端機能を提供するためにますます用いられている。薄膜光ウエーブガイドは、従来のファイバーに基づく解決策よりも小さなサイズと大きな再現性を提供する。
【０００４】
高い光学的品質のポリマーが、低温リソグラフィプロセスを用いて薄膜ウエーブガイドを形成するために用いられ得る。ポリマー薄膜ウエーブガイドは、熱光学的な作動と組合せされるとき、スプリッタ、波長マルチプレクサおよびデマルチプレクサ、光アド／ドロップマルチプレクサ、可変アテニュエータ、およびスイッチを作るために用いられ得る。様々なポリマーもまた、変調および増幅機能に対処するために開発されてきた。
【０００５】
典型的には、薄膜ポリマーウエーブガイドは、例えば、スピンコーティングにより形成される多重の隣接する薄膜を含む。薄膜光ウエーブガイドの製造において、特定の光ウエーブガイドの光学特性をそろえるために、屈折率のようなわずかに異なる光学的特性を有する材料の連続層を構築することが望ましい。例えば、当業者は、薄膜光ウエーブガイドまたは互いの頂部上に異なる組成を有するポリマー群を形成することによりある種のポリマーから光を閉じ込め、伝送する他の構造を作ることができる。光学モードが内部反射によりコア層中を伝送されるように、案内またはコア層の屈折率は、バッファおよびクラッド層の屈折率より高くなければならない。
【０００６】
薄膜ポリマーウエーブガイドを形成するための従来の方法は、隣接する薄膜層のための特定のポリマー／コポリマーシステムにおいて異なるコポリマーを選択することである。すなわち、それぞれの層について、当業者は、異なる屈折率を有するポリマー／コポリマーを選択する。しかしながら、従来の薄膜ポリマーウエーブガイドでは、さまざまのポリマー／コポリマーは、同様の組成を有し、したがって、それらはまた、同様の溶解性も有する。製造のためには、最終的に薄膜層を形成するポリマーは、スピンコーティングの前に適切な溶媒に溶解する。ポリマー／溶媒溶液は、基板上にスピンコートされ、それから続いて、例えば、溶媒を除去するためにホットプレート上でまたはオーブンの中で乾燥され、後に薄膜層を残す。しかしながら、乾燥プロセスは、典型的には、得られるポリマー薄膜層に応力場を引き起こす。加えて、ポリマーの次の層が付与されるとき、下にある乾燥されたポリマー薄膜は、溶媒による膨潤由来の有意な付加的な応力を被り得る。
【０００７】
もし２つの隣接するポリマー薄膜層のポリマーが同じ溶媒に実質的に可溶性であるならば、溶媒による膨潤は容易に起こる。溶媒に実質的に同じ溶解性を有する付加層が付け加えられるとき、この効果は増大する。それらの応力は、光の散乱を引き起こし、性能の低下をもたらす。溶媒による膨潤はまた、ポリマーウエーブガイド構造全体のひびの発生、亀裂形成、および剥離も引き起こし、信頼性の大幅な減少をもたらし、ある種の場合には、部品の破損をもたらす。
【０００８】
溶媒による膨潤により引き起こされる応力に加えて、隣接する薄膜層のための特定のポリマー／コポリマーシステムの中の異なるコポリマーの選択は、上方層および下方層由来のポリマーが存在する溶解帯域を作り出しうる。この場合には、別になった境界の消失が、隣接するポリマー層の間に起こる。従来のスピン流延プロセスにおいては、この溶解層の製造と均一性について、ほとんどあるいはまったく制御が存在しない。隣接層のポリマーの制御されない溶解は、上方層ポリマーで高濃度かつ下方層ポリマーで低濃度を有する局所化されたポケットを形成し得る。もし溶解の量が多量であり、制御されない方式で起こるならば、そのことは、ウエーブガイドからの光の散乱を促進し得る。
【０００９】
応力を最小化するために溶媒による膨潤の効果を減少させる１つの方法は、下方と上方のポリマー層の間に極めて薄いバリア層を置くことである。しかしながら、この方法は、下方のポリマー層への上方層の溶媒の進入を防止するためのバリア層を形成するための付加的な加工処理工程を必要とする。応力を減少させるもう１つの方法は、次のポリマー層を形成するために用いられる溶媒に暴露されるとき、収縮しない完全に弛緩したポリマー層を作る試みにおいて乾燥状況を適用することである。しかしながら、それらの乾燥状況は、例えば、長い乾燥サイクルを含み、ポリマー層を完全に弛緩させるために２、３日間それぞれの連続フィルム堆積後に基板を高温でベークする必要があるであろう。
【００１０】
したがって、先行技術のそれらのおよび他の問題を克服し、よりすぐれた性能および信頼性を有する薄膜光ウエーブガイドを提供する必要が存在する。以下の記載に例示されるように、本発明は、上記１以上の問題を解決することに関する。
【００１１】
発明の概要
１つの典型的な態様で、本明細書で具体化され、広く記載されているように、本発明の目的を達成するために、そして本発明の目的によれば、本発明は、第１のポリマー層および第１のポリマー層に隣接する第２のポリマー層を含む光学要素に関し、また光ウエーブガイドを作るための方法が開示されている。第１のポリマー層は、ｎ_１ の屈折率と第１の溶媒において溶解度Ｓ_１ を有する。第２のポリマー層は、ｎ_２ の屈折率および第１の溶媒において溶解度Ｓ_２ を有する。光ウエーブガイドにおいて、ｎ_１ ≠ｎ_２ であり、Ｓ_１ ／Ｓ_２ は、少なくとも５である。
【００１２】
本発明のもう１つの典型的な態様は、第１のポリマー層、第１のポリマー層に隣接する第２のポリマー層、および第２のポリマー層に隣接する第３のポリマー層を有する光ウエーブガイドに関する。第１のポリマー層は、ｎ_１ の屈折率、第１の溶媒においてＳ_１ の溶解度、および第２の溶媒においてＳ_１’の溶解度を有する。第２のポリマー層は、ｎ_２ の屈折率、第１の溶媒においてＳ_２ の溶解度、第２の溶媒においてＳ_２’の溶解度を有する。さらに、ｎ_１ ≠ｎ_２ でＳ_１ ／Ｓ_２ は少なくとも５である。第３のポリマー層は屈折率ｎ_３ 、第２の溶媒においてＳ_３’の溶解度を有する。加えて、ｎ_２ ≠ｎ_３ であり、かつ、Ｓ_２’／Ｓ_３’は少なくとも５である。
【００１３】
本発明のさらにもう１つの典型的な態様は、第１のポリマーバッファ層、第１のポリマーバッファ層に隣接する第１のポリマー副層（ｓｕｂｌａｙｅｒ）、第１のポリマー副層に隣接するポリマーコア層、前記コア層に隣接する第２の副層、および第２の副層に隣接する第２のバッファ層を有する光ウエーブガイドである。第１のポリマーバッファ層は、ｎ_１ の屈折率、第１の溶媒においてＳ_１ の溶解度および第２の溶媒においてＳ_１’の溶解度を有する。第１のポリマー副層は、ｎ_２ の屈折率、第１の溶媒においてＳ_２ の溶解度、第２の溶媒においてＳ_２’の溶解度を有し、Ｓ_１ ／Ｓ_２ の比は少なくとも５である。ポリマーコア層は、ｎ_３ の屈折率および第２の溶媒においてＳ_３’の溶解度を有し、この場合、ｎ_３ ＞ｎ_２ 、ｎ_３ ＞ｎ_１ であり、且つＳ_２’／Ｓ_３’は少なくとも５である。
【００１４】
本発明の１つの典型的な態様は、第１のポリマー層を提供することにより形成される光ウエーブガイドであって、前記第１のポリマー層がｎ_１ の屈折率を有するウエーブガイドである。また、第１のポリマー層に隣接するｎ_２ の屈折率を有する第２のポリマー層は、第１のポリマー層上に溶液を提供することにより形成される。溶液は、第１のポリマー層の約１パーセント以下を溶解する第１の溶媒を含む。この態様では、ｎ_１ の値は、ｎ_２ の値に等しくない。
【００１５】
本発明のもう１つの態様は、第１のポリマー層を堆積させ、第１のポリマー層に隣接する第２のポリマー層を堆積させる工程を含む光ウエーブガイドを製造する方法に関する。この態様において、第１のポリマー層は、ｎ_１ の屈折率と第１の溶媒においてＳ_１ の溶解度を有する。第２のポリマー層は、ｎ_２ の屈折率と第１の溶媒においてＳ_２ の溶解度を有する。加えて、ｎ_１ はｎ_２ と異なり、Ｓ_１ ／Ｓ_２ は少なくとも５である。
【００１６】
本発明のさらにもう１つの典型的な態様は、第１のポリマー層を提供する工程および第１のポリマー層上に溶液を提供することにより第１のポリマー層に隣接してｎ_２ の屈折率を有する第２のポリマー層を形成する工程を含む光ウエーブガイドを製造する方法である。第１のポリマー層は、ｎ_１ の屈折率を有する。溶液は、第１のポリマー層の１パーセント未満を溶解する第１の溶媒を含み、ｎ_１ ≠ｎ_２ である。
【００１７】
本発明の加えての目的および利点は、以下に続く記載において部分的に記述されているし、その記載から部分的に明らかであろうし、または、本発明の実践により理解されうる。本発明の目的および利点は、特に特許請求の範囲で指摘されている要素および組み合わせにより実現し、達成されるであろう。
【００１８】
前述の一般的記載および以下の詳細な記載の両方は、単に典型で説明であり、特許請求の範囲のようには本発明を限定しない。
【００１９】
この明細書に組み込まれ、明細書の一部を構成する添付の図面は、記述とともに本発明のいくつかの態様を例示し、本発明の原理を説明する役割をする。
【００２０】
態様の説明
さて、本発明の典型的な態様を詳細に説明するが、その例は、添付の図面に例示されている。可能な限り、同じ参照番号が、同一または同様の部分に言及するために図面全体に用いられるであろう。
【００２１】
本明細書で用いられる、「薄膜光ウエーブガイド」（ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｏｐｔｉｃａｌ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ）という用語は、「光ウエーブガイド」（ｏｐｔｉｃａｌ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ）、「ポリマーウエーブガイド」（ｐｏｌｙｍｅｒ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ）、「ポリマー光ウエーブガイド」（ｐｏｌｙｍｅｒ ｏｐｔｉｃａｌ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ）および「ウエーブガイド」（ｗａｖｅｇｕｉｄｅ）と互換性がある。別段の区別のない限り、「溶媒」という用語は、単一溶媒および／または２以上の溶媒の混合物を意味する。また、「溶解度」という用語は、２０℃の温度で１リットルの溶媒に溶解する材料の量を意味するものと理解される。
【００２２】
図１を参照すると、本発明の典型的態様による薄膜ポリマー要素が開示されている。薄膜ポリマー要素は、基板１００上の第１のポリマー層１１０と、第１のポリマー層１１０に隣接した第２のポリマー層１２０を含む。第１のポリマー層１１０は、第１の溶媒においてＳ_１ の溶解度、および屈折率ｎ_１ を有する。第２のポリマー層１２０は、第１の溶媒においてＳ_２ の溶解度、および屈折率ｎ_２ を有する。１つの典型的な態様において、ｎ_１ ≠ｎ_２ であり、第１のポリマー層１１０は、Ｓ_１ ／Ｓ_２ が少なくとも５であるように、第２のポリマー層１２０よりも第１の溶媒においてより可溶性である。もう１つの態様において、Ｓ_１ ／Ｓ_２ は、少なくとも１０である。さらにもう１つの態様において、Ｓ_１ ／Ｓ_２ は、少なくとも１００である。
【００２３】
再び図１を参照すると、本発明による光学要素の例が開示されている。その光学要素において、第１のポリマー層１１０は、例えば、基板１００上のクラッド層であり得、第２のポリマー層１２０は、例えば、クラッド層１１０上のコア層であり得る。本発明の態様において、クラッド層１１０は、例えば、ＣＹＴＯＰ（登録商標）を用いて形成され得、コア層１２０は、例えば、テトラフルオロエチレン／ヘキサフルオロプロピレン／ビニリジエンのターポリマー（ＴＨＶ）を用いて形成されうる。旭硝子（株）により製造されるＣＹＴＯＰ（登録商標）は、ペルフルオロ（アルケニルビニルエーテル）の重合により得られる環化された透明光学ポリマーである。それらのポリマーの両方は、高い光学的品質を有し、それらの屈折率は、ｎ_ＴＨＶ ＝ｎ_{ＣＹＴＯＰ} ＋０．０２であるように異なり、このことは、単一モードのウエーブガイドが作られることを可能とする。ＴＨＶはジメチルアセトアミド（ＤＭＡＣ）に容易に可溶であり、一方、ＣＹＴＯＰ（登録商標）は、ＦＣ−４０のような過フッ素化溶媒に可溶性である。ＴＨＶはＦＣ−４０または一般にペルフルオロ化溶媒に可溶でなく、ＣＹＴＯＰ（登録商標）は、ＤＭＡＣに可溶でない。この態様においては、ｎ_{ＣＹＴＯＰ} は、１５５０ｎｍで約１．３４であり、ｎ_ＴＨＶ は、１５５０ｎｍで約１．３６である。基板１００は、例えばシリコン基板またはポリマー基板のような光学要素の製造において通常用いられるいずれの基板でも良い。
【００２４】
クラッド層としてＣＹＴＯＰ（登録商標）およびコア層としてＴＨＶを含む光学要素を以下のように形成した。約２．８μｍのＣＹＴＯＰ（登録商標）フィルムをＦＣ−４０のＣＹＴＯＰ（登録商標）の１０％溶液から２回スピンコートすることによりシリコン基板上に堆積させた。スピンコート速度は、１０秒間１０００ＲＰＭであった。スピンコーティング後、フィルムを１１０℃で数時間真空オーブン中で乾燥させた。コアＴＨＶ層を、１０００ＲＰＭで５秒間スピンコートすることにより堆積させた。スピンコーティング溶液は、ＤＭＡＣ中１５％ＴＨＶ−Ｇであった。次いでフィルムを１１０℃で数時間真空オーブン中で乾燥させた。ＴＨＶ層の近似層厚さは４μｍであった。
【００２５】
本発明のもう１つの典型的な態様において、第１のポリマー層は、基板１００上に形成された、屈折率ｎ_１ を有するコア層であり得る。基板１００は、クラッドとして機能する材料から作られ得、ｎ_ｓ の屈折率を有する。この態様において、第２のポリマー層１２０は、ｎ_２ の屈折率を有するクラッド層であり得る。この配列によれば、ｎ_１ ＞ｎ_２ であり、ｎ_１ ＞ｎ_ｓ である。
【００２６】
もう１つの典型的な態様において、第１のポリマー層１１０がコア層であり、第２のポリマー層１２０がクラッド層である場合、層１１０と１２０は、反復単位を形成しうる。この場合には、その反復単位は、基板１００、層１１０、層１２０、層１１０、層１２０のような配列で層を含む基板１００上の複数の単位を形成するように積み重ねることができる。層１１０と１２０とは、所望の構造で、必要とされるように反復し得る。加えて、反復するコア層は、反復するクラッド層１２０と同様に、異なる屈折率を有し得る。あるいは、それぞれの反復するコア層は、同一の屈折率を有し得るし、および／またはそれぞれの反復するクラッド層は、同一の屈折率を有しうる。このことは、反復構造について、同一か異なるウエーブガイドが形成されることを可能とする。
【００２７】
本発明による薄膜ポリマーウエーブガイドのもう１つの典型的な態様は、図２に描写されている。その薄膜ポリマーウエーブガイドは、基板２００上の第１のポリマー層２１０、第１のポリマー層２１０に隣接する第２のポリマー層２２０、および第２のポリマー層２２０に隣接する第３のポリマー層２３０を含む。第１のポリマー層２１０は、例えば、第１のクラッド層であり得、第２のポリマー層２２０は、例えば、コア層であり得、第３のポリマー層２３０は、例えば、第２のクラッド層であり得る。第１のクラッド層２１０は、第１の溶媒においてＳ_１ の溶解度を有し、コア層２２０は、第１の溶媒においてＳ_２ の溶解度を有する。第１のクラッド層２１０は、第２の溶媒においてＳ_１’の溶解度を有し、コア層２２０は、第２の溶媒においてＳ_２’の溶解度を有する。Ｓ_１ ／Ｓ_２ が少なくとも５であるように、第１のクラッド層２１０は、コア層２２０より第１の溶媒により可溶性である。本発明のある種の態様において、Ｓ_１ ／Ｓ_２ は、少なくとも１０であり得、本発明の他の態様において、Ｓ_１ ／Ｓ_２ は少なくとも１００であり得る。Ｓ_２’／Ｓ_１’が少なくとも５であるように、コア層２２０は、第１のクラッド層２１０より第２の溶媒により可溶性である。本発明のある種の態様において、Ｓ_２’／Ｓ_１’は少なくとも１０であり得、本発明の他の態様において、Ｓ_２’／Ｓ_１’は少なくとも１００であり得る。
【００２８】
第２のクラッド層２３０は、第３の溶媒において溶解度Ｓ_３”を有し得るし、コア層２３０は、第３の溶媒において溶解度Ｓ_２”を有しうる。Ｓ_３”／Ｓ_２”が少なくとも５であるように、第２のクラッド層２３０は、コア層２２０より第３の溶媒により可溶性であり得る。本発明のある種の態様において、Ｓ_３”／Ｓ_２”は少なくとも１０であり得、本発明の他の態様において、Ｓ_３”／Ｓ_２”は少なくとも１００であり得る。
【００２９】
Ｓ_２’／Ｓ_３’が少なくとも５であるように、第２のクラッド層２３０は第２の溶媒において溶解度Ｓ_３’を有し得る。本発明のある種の態様において、Ｓ_２’／Ｓ_３’は少なくとも１０であり得、本発明の他の態様において、Ｓ_２’／Ｓ_３’は少なくとも１００であり得る。第２のクラッド層２３０はまた、Ｓ_１ ＝Ｓ_３ であるように、第１のクラッド層２１０と同一のポリマーで構成され得、その場合、Ｓ_３ は、第１の溶媒での第２のクラッド層２３０の溶解度であり、ｎ_１ ＝ｎ_３ である。代わりに、Ｓ_１ ≠Ｓ_２ および／またはｎ_２ ≠ｎ_３ であるように、第２のクラッド層２３０は、第１のクラッド層２１０のポリマーとは異なるポリマーで構成され得る。
【００３０】
本発明の別の典型的態様において、ウエーブガイドは、例えば、第２のクラッド層に隣接する第２のコア層、および第２のコア層に隣接する第３のクラッド層のような付加的な層を含み得る。さらに別の典型的態様において、ウエーブガイドは、例えば、第２のクラッド層に隣接する第３のクラッド層、第３のクラッド層に隣接する第２のコア層、および第２のコア層に隣接する第４のクラッド層のような付加的な層もまた含み得る。
【００３１】
本発明の別の典型的態様において、光ウエーブガイドは、チャンネル化またはパターン化され得る。コアおよびクラッド層は、単に特定の膜層の中にというよりもむしろ横方向に光を閉じ込めるために、チャンネル化またはパターン化され得る。光ウエーブガイドそれ自体が、特定の適用基準に合致するように製作され得る。この方式では、光ウエーブガイドでの光学モードの２次元的閉じ込め機構が形成され得る。本発明による光ウエーブガイドが少なくとも２つのコア層を含むとき、垂直に一体化されたデバイスが形成され得る。
【００３２】
本発明の典型的態様による別の光ウエーブガイドは、図３に示される。その光ウエーブガイドは、ｎ_１ の屈折率、第１の溶媒において溶解度Ｓ_１ 、第２の溶媒において溶解度Ｓ_１’を有する第１のポリマーバッファ層３１０を含む。第１のポリマーバッファ層３１０は、基板３００上に形成され得る。その光ウエーブガイドはさらに、第１のポリマーバッファ層３１０に隣接する第１のポリマー副層３２０も含む。第１のポリマー副層３２０は、ｎ_２ の屈折率、第１の溶媒における溶解度Ｓ_２ 、および第２の溶媒おける溶解度Ｓ_２’を有する。Ｓ_１ ／Ｓ_２ が少なくとも５であるように第１のポリマーバッファ層３１０は、第１の溶媒に対し、第１のポリマー副層３２０よりもより可溶性である。本発明のある種の態様において、Ｓ_１ ／Ｓ_２ は少なくとも１０であり得、本発明の他の態様において、Ｓ_１ ／Ｓ_２ は少なくとも１００であり得る。
【００３３】
光ウエーブガイドはさらに、第１のポリマー副層３２０に隣接するポリマーコア層３３０を含む。ポリマーコア層３３０は、第２の溶媒において溶解度Ｓ_３’、およびｎ_３ ＞ｎ_２ のような屈折率ｎ_３ を有する。Ｓ_２’／Ｓ_３’が少なくとも５であるように、第１のポリマー副層３２０は、第２の溶媒においてコア層３３０より可溶性である。本発明のある種の態様において、Ｓ_２’／Ｓ_３’は少なくとも１０であり得、本発明の他の態様において、Ｓ_２’／Ｓ_３’は少なくとも１００であり得る。光ウエーブガイドはさらに、屈折率ｎ_４ を有する第２の副層３４０、隣接層３３０、および屈折率ｎ_５ を有する第２のバッファ層３５０、隣接する第２の副層３４０を含む。さらに、ｎ_３ ＞ｎ_４ である。
【００３４】
本発明のもう１つの態様において、コア層３３０は、第３の溶媒においてＳ_３”の溶解度を有し、第１のポリマー副層３２０は、第３の溶媒においてＳ_２”の溶解度を有し、Ｓ_３”／Ｓ_２”は少なくとも５である。本発明のある種の態様において、Ｓ_３”／Ｓ_２”は少なくとも１０であり得、本発明の他の態様において、Ｓ
_３”／Ｓ_２”は少なくとも１００であり得る。
【００３５】
再び図３を参照すると、本発明の典型的態様によるもう１つの光ウエーブガイドは、第１のバッファ層３１０および第１の副層３２０を有する５層ウエーブガイドであり、その場合第１の副層３２０は、クラッド層である。加えて、第２のバッファ層３５０および第２の副層３４０は、ともにクラッド層であり得る。コア層３３０は、第１の副層３２０と第２の副層３４０との間に位置する。５層ウエーブガイドは、３層ウエーブガイドが提供し得るよりもより高い空気または基板３００からの隔離が所望されるとき用いられ得る。これは、例えば、基板３００または頂部層３５０が極めて吸収性の金属電極を有するときの事例であろう。
【００３６】
この５層ウエーブガイドにおいて、ｄ_１ は、バッファ層３１０の厚さであり、ｄ_２ は、第１の副層３２０の厚さであり、ｄ_３ は、コア層３３０の厚さであり、ｄ_４ は、第２の副層３４０の厚さであり、ｄ_５ は、第２のバッファ層３５０の厚さである。加えて、ｄ_２ は、伝播される光学モードの消失性尾部（ｅｖａｎｅｓｃｅｎｔ ｔａｉｌ）が空気に達することを防止するのに十分に大きいように選択され得る。また、ｄ_４ も伝播される光学モードの消失性尾部が膜表面に達することを防止するのに十分に大きいように選択され得る。コア層の屈折率は、中間に隣接するクラッド層の屈折率より大きくなり得る（ｎ_３ ＞ｎ_４ およびｎ_２ ）。
【００３７】
加えて、第１の副層３２０のｎ_２ は、バッファ層３１０のｎ_１ より大きくなり得る、すなわち、ｎ_２ ＞ｎ_１ である。本発明の態様において、第２のバッファ層３５０の屈折率ｎ_５ は、任意に、ｎ_１ と同じ値を有しうるし、第２の副層３４０の屈折率ｎ_４ は、任意に、ｎ_２ と同じ値を有しうる。
【００３８】
本発明のもう１つの典型的な態様には、光ウエーブガイドを作るための方法がある。図４に示されるように、屈折率ｎ_１ を有する第１のポリマー層４１０が基板４００上に提供される。ｎ_２ の屈折率を有する第２のポリマー層４２０が第１のポリマー層４１０に隣接して形成される。第２のポリマー層４２０は、例えば、スピンコーティングにより、第１のポリマー層上に第１の溶媒および第２のポリマー層の材料を含む溶液を提供することにより形成される。乾燥に続いて、第２のポリマー層４２０は、屈折率ｎ_２ を有し、第１の溶媒が第１のポリマー層の約１パーセント以下を溶解するように第１のポリマー層４１０上にある。
【００３９】
本発明のもう１つの典型的態様において、光ウエーブガイドを作るための方法は、さらに、第２のポリマー層に隣接する屈折率ｎ_３ を有する第３のポリマー層４３０（ｎ_２ ≠ｎ_３ ）を形成する工程を含み得る。任意にｎ_１ ＝ｎ_３ である。屈折率ｎ_４ を有する第４のポリマー層（図示せず）はまた、第３のポリマー層（ｎ_３ ≠ｎ_４ ）に隣接しても形成され得る。屈折率ｎ_５ を有する第４のポリマー層（図示せず）は、さらに、第４のポリマー層（ｎ_４ ≠ｎ_５ ）に隣接して形成され得る。
【００４０】
本発明により用いられうる様々の溶媒は、所定の（コア、クラッド、バッファ）層を形成するために選択される特定のポリマーと相容性であることが当業者に知られている溶媒である。１つの層の特定の溶媒／ポリマー系はまた、本発明の要請によるいずれの隣接層のポリマー／溶媒系にも応じるものであることに留意すべきである。要請には、例えば、第１の溶媒中の第１のポリマー層の溶解度は、少なくとも５、１０、または１００だけ第１の溶媒中の第２のポリマー層の溶解度より大きいことが含まれ得る。代わりに、上記溶解性の要請を除外するものではないが、第１のポリマー層上に第２のポリマー層を形成することは、第１の層の約１パーセント以下を溶解する。
【００４１】
光ウエーブガイドのそれぞれの層（クラッド、コア、バッファ）は、少なくとも１種のポリマーを含む。また、個々の層は、さらに、ポリマーウエーブガイドの製造において有用であると当業者に知られている少なくとも１種の剤をも含むことが可能である。剤の非限定的な典型例は、例えば、ドープ剤、架橋剤、色素系ドープ剤（ｃｈｒｏｍｏｐｈｏｒｉｃ ｄｏｐｉｎｇ ａｇｅｎｔ）、連鎖移動剤、抗酸化剤および光開始剤から選ばれる。
【００４２】
コア層およびクラッド層として利用され得る適切なポリマーは、通常のウエーブガイドの基準に合致する屈折率を有することが当業者に知られているものである、すなわち、クラッド層の屈折率は、コア層の屈折率未満である。薄膜寸法と組み合わされた屈折率の差は、ウエーブガイドにより案内されるモードの総数の決定について主要な役割を演ずる。適切な光学的な関係に加えて、隣接層のために選ばれたポリマーと溶媒もまた上記のような溶解度の関係に合致すべきである。
【００４３】
多くの光通信用途のために、単一モードのウエーブガイドが要求される。コアポリマーおよびクラッドポリマーおよび適切な溶媒並びにそれぞれの対応するポリマーの堆積厚さを適切に選択することにより、多層ポリマーのスタックは、優れたデバイス性能、出力および信頼性をもたらし、応力とクラック形成を大きく減少させて製造され得る。
【００４４】
適切なコア層の非限定的な典型例は、チャープ（ｃｈｉｒｐｅｄ）層、多モード層、およびグレーデッドインデックス（ｇｒａｄｅｄ ｉｎｄｅｘ）層から選ばれる。コア層は、希土類ドープポリマー、他の電子−光活性ポリマーおよびそれらの混合物のような多数の材料から作られ得る。コア層は、例えば、ＣＹＴＯＰ（登録商標）、ＴＥＦＬＯＮ（登録商標）ＡＦ（登録商標）、ペルフルオロシクロブタン、ポリノルボルネン、フッ化ポリイミド、ポリビニルアルコール、ポリメチルメタクリレート、多官能架橋アクリレートのような光損失の少ないポリマーから構成され得る。ＴＥＦＬＯＮ（登録商標）ＡＦ（登録商標）は、Ｅ．Ｉ．デュポン・ド・ヌムール・アンド・カンパニーにより製造されるアモルファスフルオロポリマー樹脂の族である。
【００４５】
加えて、上記のものを含むコア層を形成するポリマーは、増幅および電子−光学（ｅｌｅｃｔｒｏ−ｏｐｔｉｃ）変調能を達成するために、それぞれ、適切な希土類種および電子−光学色素をドープされ得る。コア層ポリマーの他の非限定的な典型例には、ＣＹＴＯＰ（登録商標）のような出発骨格材料であって、主鎖または側鎖のいずれかにおいて該ポリマーに化学的に組み込まれた希土類または電子−光学種を有するものからなるポリマーが含まれ得る。
【００４６】
本発明による光学要素を形成するために用いられ得るポリマー／溶媒対の非限定的な典型例には、ＣＹＴＯＰ（登録商標）（ＦＣ−４０）／ＴＨＶ（ＤＭＡＣ）、ポリビニルアルコール（水）／ＣＹＴＯＰ（登録商標）（ＦＣ−４０）、ポリビニルアルコール（水）／ＴＨＶ（ＤＭＡＣ）、ポリメチルメタクリレート（シクロヘキサノン）／ポリビニルアルコール（水）、ポリメチルメタクリレート（シクロヘキサノン）／Ｃｙｔｏｐ（登録商標）（ＦＣ−４０）が含まれる。
【００４７】
本発明は、溶媒溶解度および屈折率に基づいて構造のそれぞれの層で用いられるポリマーの注意深い選択を通して、薄膜光ウエーブガイドの応力を減少させ、溶解帯域を制御する問題に対処する。先に言及したように、薄膜光ウエーブガイドの製造においては、光モードが内部反射により案内層中を伝送されるように、案内層（コア層）の屈折率は、バッファ層およびクラッド層の屈折率より大きい。
【００４８】
本発明は、ポリマー光ウエーブガイドがスプレーコーティング、ディップコーティング、メニスカスコーティングおよび流延のような通常の溶液塗布技術により製造されるとき、溶媒膨潤により引き起こされる応力を減少させる手段を提供する。
【００４９】
本発明の他の態様は、本明細書に開示される本発明の詳細および実践の考慮から当業者に明らかになるであろう。明細書および例は、単に典型として考えられ、本発明の真の範囲および精神は、特許請求範囲により示されることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の典型的な態様による光学要素を示す図である。
【図２】図２は、本発明のもう１つの典型的な態様による３層薄膜ポリマーウエーブガイドを示す図である。
【図３】図３は、本発明の典型的な態様による５層薄膜ポリマーウエーブガイドを示す図である。
【図４】図４は、本発明の典型的な態様による多層薄膜ポリマーウエーブガイドを示す図である。
【符号の説明】
１００，２００，３００…基板、１１０，１２０，２１０，２２０，２３０，３１０，３２０，３３０，３４０…ポリマー層、３１０，３５０…バッファ層

Claims (33)

1. ｎ_１ の屈折率および第１の溶媒において溶解度Ｓ_１ を有する第１のポリマー層、
   前記第１のポリマー層に隣接する第２のポリマー層であって、第２のポリマー層がｎ_２ の屈折率および第１の溶媒において溶解度Ｓ_２ を有し、ｎ_１ ≠ｎ_２ であり、Ｓ_１ ／Ｓ_２ は少なくとも５である第２のポリマー層
   を備える光学要素。
2. 前記第１のポリマー層が第２の溶媒において溶解度Ｓ_１’を有し、前記第２のポリマー層が前記第２の溶媒において溶解度Ｓ_２’を有し、Ｓ_２’／Ｓ_１’が少なくとも５である請求項１記載の光学要素。
3. Ｓ_１ ／Ｓ_２ が少なくとも１０である請求項１記載の光学要素。
4. Ｓ_１ ／Ｓ_２ が少なくとも１００である請求項１記載の光学要素。
5. 前記第１のポリマー層および第２のポリマー層から選ばれる少なくとも１つのポリマー層がチャンネル化されている請求項１記載の光学要素。
6. ｎ_１ の屈折率、第１の溶媒において溶解度Ｓ_１ 、および第２の溶媒において溶解度Ｓ_１’を有する第１のポリマー層、
   前記第１のポリマー層に隣接する第２のポリマー層であって、ｎ_２ の屈折率、前記第１の溶媒において溶解度Ｓ_２ 、前記第２の溶媒において溶解度Ｓ_２’を有し、ｎ_１ ≠ｎ_２ かつＳ_１ ／Ｓ_２ は少なくとも５である第２のポリマー層、および
   前記第２のポリマー層に隣接する第３のポリマー層であって、屈折率ｎ_３ 、前記第２の溶媒において溶解度Ｓ_３’を有し、ｎ_２ ≠ｎ_３ かつＳ_２’／Ｓ_３’が少なくとも５である第３のポリマー層
   を備える光ウエーブガイド。
7. Ｓ_１ ／Ｓ_２ が少なくとも１０である請求項６記載の光ウエーブガイド。
8. Ｓ_１ ／Ｓ_２ が少なくとも１００である請求項６記載の光ウエーブガイド。
9. Ｓ_２’／Ｓ_３’が少なくとも１０である請求項６記載の光ウエーブガイド。
10. Ｓ_２’／Ｓ_３’が少なくとも１００である請求項６記載の光ウエーブガイド。
11. 前記第３のポリマー層が前記第１の溶媒において溶解度Ｓ_３ を有し、さらに、Ｓ_１ ＝Ｓ_３ であり、ｎ_１ ＝ｎ_３ である請求項６記載の光ウエーブガイド。
12. 前記第３のポリマー層が第３の溶媒においてＳ_３”の溶解度を有し、前記第２のポリマー層が前記第３の溶媒においてＳ_２”の溶解度を有し、Ｓ_３”／Ｓ_２”が少なくとも５である請求項６記載の光ウエーブガイド。
13. 前記第１のポリマー層が第１のクラッド層であり、前記第２のポリマー層がコア層であり、前記第３のポリマー層が第２のクラッド層であり、前記光ウエーブガイドが、
    第２のクラッド層に隣接する第２のコア層、および
    前記第２のコア層に隣接する第３のクラッド層
    をさらに含む請求項６記載の光ウエーブガイド。
14. 前記第１のポリマー層が第１のクラッド層であり、前記第２のポリマー層が第１のコア層であり、前記第３のポリマー層が第２のクラッド層であり、前記光ウエーブガイドが、
    前記第２のクラッド層に隣接する第３のクラッド層、
    前記第３のクラッド層に隣接する第２のコア層、および
    前記第２のコア層に隣接する第４のクラッド層
    をさらに含む請求項６記載の光ウエーブガイド。
15. 前記第１のコア層、前記第２のコア層、前記第１のクラッド層、前記第２のクラッド層、前記第３のクラッド層および前記第４のクラッド層から選ばれる少なくとも１層がチャンネル化されている請求項１４記載の光ウエーブガイド。
16. 前記第１のポリマー層がコア層であり、前記第２のポリマー層がクラッド層であり、ｎ_１ ＞ｎ_２ である請求項６記載の光ウエーブガイド。
17. ｎ_１ の屈折率、第１の溶媒において溶解度Ｓ_１ および第２の溶媒において溶解度Ｓ_１’を有する第１のポリマーバッファ層、
    前記第１のポリマーバッファ層に隣接する第１のポリマー副層であって、ｎ_２ の屈折率、前記第１の溶媒において溶解度Ｓ_２ 、前記第２の溶媒において溶解度Ｓ_２’を有し、およびＳ_１ ／Ｓ_２ が少なくとも５である第１のポリマー副層、
    前記第１のポリマー副層に隣接するポリマーコア層であって、屈折率ｎ_３ 、前記第２の溶媒において溶解度Ｓ_３’を有し、ｎ_３ ＞ｎ_２ であり、ｎ_３ ＞ｎ_１ であり、Ｓ_２’／Ｓ_３’が少なくとも５であるポリマーコア層、
    前記コア層に隣接する第２の副層、および
    前記第２の副層に隣接する第２のバッファ層
    を備える光ウエーブガイド。
18. Ｓ_１ ／Ｓ_２ が少なくとも１０である請求項１７記載の光ウエーブガイド。
19. Ｓ_２’／Ｓ_３’が少なくとも１０である請求項１７記載の光ウエーブガイド。
20. 前記ポリマーコア層が第３の溶媒においてＳ_３”の溶解度を有し、前記第１のポリマー副層が前記第３の溶媒においてＳ_２”の溶解度を有し、Ｓ_３”／Ｓ_２”が少なくとも５である請求項１７記載の光ウエーブガイド。
21. ｎ_１ の屈折率を有する第１のポリマー層を提供し、
    前記第１のポリマー層上に溶液を提供することにより前記第１のポリマー層に隣接してｎ_２ の屈折率を有する第２のポリマー層を形成する工程であって、前記溶液が前記第１のポリマー層の約１パーセント以下を溶解させる第１の溶媒を含み、ｎ_１ ≠ｎ_２ である工程
    により形成される光ウエーブガイド。
22. 前記第２のポリマー層上に溶液を提供することにより前記第２のポリマー層に隣接する屈折率ｎ_３ を有する第３のポリマー層を形成する工程であって、前記溶液が前記第２のポリマー層の約１パーセント以下を溶解させる第２の溶媒を含み、ｎ_２ ≠ｎ_３ である工程をさらに含む請求項２１記載の光ウエーブガイド。
23. 前記第１のポリマー層が第１のクラッド層であり、前記第２のポリマー層が第１のコア層であり、前記第３のポリマー層が第２のクラッド層であり、
    前記第２のクラッド層に隣接する第３のクラッド層、
    前記第３のクラッド層に隣接する第２のコア層、および
    前記第２のコア層に隣接する第４のクラッド層
    をさらに含む請求項２１記載の光ウエーブガイド。
24. 前記第１のポリマー層が第１のクラッド層であり、前記第２のポリマー層が第２のクラッド層であり、前記第３のポリマー層が第１のコア層であり、
    前記第１のコア層に隣接する第３のクラッド層、
    前記第３のクラッド層に隣接する第２のコア層、および
    前記第２のコア層に隣接する第４のクラッド層
    をさらに含む請求項２１記載の光ウエーブガイド。
25. ｎ_１ の屈折率および第１の溶媒において溶解度Ｓ_１ を有する第１のポリマー層を堆積させる工程、および
    ｎ_２ の屈折率および前記第１の溶媒において溶解度Ｓ_２ を有し、ｎ_１ ≠ｎ_２ であり、Ｓ_１ ／Ｓ_２ が少なくとも５である前記第１のポリマー層に隣接する第２のポリマー層を堆積させる工程
    を含む光ウエーブガイドを製造する方法。
26. 前記第１のポリマー層が第２の溶媒において溶解度Ｓ_１’を有し、前記第２のポリマー層が第２の溶媒において溶解度Ｓ_２’を有し、Ｓ_２’／Ｓ_１’が少なくとも５である請求項２５記載の方法。
27. Ｓ_１ ／Ｓ_２ が少なくとも１０である請求項２５記載の方法。
28. Ｓ_１ ／Ｓ_２ が少なくとも１００である請求項２５記載の方法。
29. ｎ_１ の屈折率を有する第１のポリマー層を提供する工程、
    前記第１のポリマー層上に溶液を提供することにより前記第１のポリマー層に隣接してｎ_２ の屈折率を有する第２のポリマー層を形成する工程であって、前記溶液は、１パーセント未満の前記第１のポリマー層を溶解する第１の溶媒を含み、ｎ_１ ≠ｎ_２ である工程
    を含む光ウエーブガイドを製造する方法。
30. 前記第２のポリマー層に隣接して屈折率ｎ３ を有し、ｎ_２ ≠ｎ_３ である第３のポリマー層を形成する工程をさらに含む請求項２９記載の方法。
31. 前記第３のポリマー層に隣接して屈折率ｎ_４ を有し、ｎ_３ ≠ｎ_４ である第４のポリマー層を形成する工程、および
    前記第４のポリマー層に隣接して屈折率ｎ_５ を有し、ｎ_４ ≠ｎ_５ である第５のポリマー層を形成する工程
    をさらに含む請求項３０記載の方法。
32. 基板上のコア層であって、ｎ_１ の屈折率および第１の溶媒において溶解度Ｓ_１ を有するコア層、および
    前記コア層に隣接するクラッド層であって、ｎ_２ の屈折率および第１の溶媒において溶解度Ｓ_２ を有し、ｎ_１ ≠ｎ_２ であり、Ｓ_１ ／Ｓ_２ が少なくとも５であるクラッド層
    を含む光学要素。
33. 前記コア層及び前記クラッド層が第１のユニットを形成し、前記光学要素が前記第１のユニットに隣接して形成される少なくとも第２のユニットをさらに含む請求項３２記載の光学要素。

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