JP2534994B2 - Polymer optical waveguide and method for manufacturing the same - Google Patents

Polymer optical waveguide and method for manufacturing the same

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JP2534994B2
JP2534994B2 JP61271957A JP27195786A JP2534994B2 JP 2534994 B2 JP2534994 B2 JP 2534994B2 JP 61271957 A JP61271957 A JP 61271957A JP 27195786 A JP27195786 A JP 27195786A JP 2534994 B2 JP2534994 B2 JP 2534994B2
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    • G02B6/10Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/13Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method
    • G02B6/138Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method by using polymerisation

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は高分子光導波路の製造方法に関し、特にプラ
スチック光ファイバなどの大口径の光ファイバの分岐・
結合に用い、しかも微細パターンを形成するのに好適な
高分子光導波路の製造方法に関する。
The present invention relates to a method for producing a polymer optical waveguide, and more particularly to branching of large-diameter optical fibers such as plastic optical fibers.
The present invention relates to a method for producing a polymer optical waveguide which is suitable for use in bonding and for forming a fine pattern.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

光ファイバの分岐・結合を容易に行うために光導波路
は極めて有用であり、その中でも高分子光導波路は加工
性が良いことや取り扱い易さの点から汎用性が期待され
ている。しかし、これらの高分子光導波路は微細パター
ンを形成するために主に紫外線などの光照射によって製
造している。この場合、導波路径は最大数100μmに限
定されるため、ガラス光ファイバの分岐・結合に用いら
れるにすぎない。一方、プラスチック光ファイバ用の光
導波路としては、最も簡便なものとして高屈折率のプラ
スチック材料で導波路コアを作成した後、低屈折率材料
に埋め込む方法がある。しかし、この方法では導波路径
を数mmまで形成することが可能であるが、成形時の変形
や収縮のために微細パターンの形成は極めて難かしい。
この問題を解決するために、透明なゲル基板の上に微細
パターンを有するマスクを形成し、高屈折率または低屈
折率の単量体を内部・外部拡散して屈折率分布を有する
光導波路を製造することが行われている。屈折率分布形
成において微細パターンを維持するためにはマスクとゲ
ル基板との密着性が特に問題となるが、この点を改善す
るための方法が特開昭59−69706号や特開昭59−204803
号に提案されている。
Optical waveguides are extremely useful for easily branching / coupling optical fibers. Among them, polymer optical waveguides are expected to be versatile in terms of good workability and easy handling. However, these polymer optical waveguides are mainly manufactured by irradiation with light such as ultraviolet rays in order to form a fine pattern. In this case, the diameter of the waveguide is limited to several hundreds μm at the maximum, and therefore it is only used for branching and coupling of the glass optical fiber. On the other hand, as an optical waveguide for a plastic optical fiber, the simplest method is to make a waveguide core from a plastic material having a high refractive index and then embed it in a low refractive index material. However, although it is possible to form a waveguide diameter up to several millimeters by this method, it is extremely difficult to form a fine pattern due to deformation and contraction during molding.
In order to solve this problem, a mask having a fine pattern is formed on a transparent gel substrate, and a high or low refractive index monomer is diffused in and out to form an optical waveguide having a refractive index distribution. It is being manufactured. In order to maintain a fine pattern in forming the refractive index distribution, the adhesiveness between the mask and the gel substrate is particularly problematic, and a method for improving this point is disclosed in JP-A-59-69706 and JP-A-59-69706. 204803
Has been proposed in the issue.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

上記従来技術は導波路パターンとしてゲル基板の表面
領域に硬化部および未硬化部を形成したり、または基板
と一体の突出部または尖鋭な凹み部を設けることを行っ
ているが、これらの方法では第4図の(b)に示すよう
にゲル基板と異なる屈折率を有する単量体を基板の一方
向だけから除去または含浸して屈折率分布を形成するた
めに、第4図の(c)のように、基板の変形が生じ易く
微細パターンが形成しづらいという問題があった。さら
に、基板の表面に形成した硬化部と未硬化部による導波
路パターンの寸法または基板と一体の突出部や凹み部に
よる導波路パターンの寸法は実際に形成される基板内の
導波路部の寸法と異なるため、導波路の製造工程を制御
することが難しいという問題もあった。
In the above-mentioned conventional technique, a hardened portion and an uncured portion are formed in the surface area of the gel substrate as a waveguide pattern, or a protruding portion or a sharp dent portion integrated with the substrate is provided. In order to form a refractive index distribution by removing or impregnating a monomer having a refractive index different from that of the gel substrate from only one direction of the substrate as shown in FIG. 4 (b), FIG. As described above, there is a problem that the substrate is easily deformed and it is difficult to form a fine pattern. Furthermore, the dimensions of the waveguide pattern formed by the hardened portion and the uncured portion formed on the surface of the substrate or the dimensions of the waveguide pattern formed by the protrusions and depressions integrated with the substrate are the dimensions of the waveguide portion actually formed in the substrate. There is also a problem that it is difficult to control the manufacturing process of the waveguide.

本発明の目的は光導波路のために必要な微細パターン
を維持しながら、導波路径を数mmまで容易に形成できる
高分子光導波路の製造方法を提供することにある。
It is an object of the present invention to provide a method for producing a polymer optical waveguide, which can easily form a waveguide diameter up to several mm while maintaining a fine pattern required for the optical waveguide.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明による高分子光導波路の製造方法は、(a)屈
折率がN1の重合体P1を生成する1種又は2種以上の単量
体M1を一部重合させて、透明なゲル状の合成樹脂基板を
形成する工程、(b)マスクを介した光照射によって前
記透明ゲル基板の表面及び内部に選択的に重合反応を進
めた部分を作成し、前記選択的に重合反応を進めた部分
により光導波路パターンを形成する工程、(c)前記光
導波路パターンを形成した透明ゲル基板の両面から、屈
折率N1より低屈折率N2の重合体P2を生成する1種又は2
種以上の単量体M2を内部へ拡散・浸透させ濃度勾配を形
成させる工程、(d)前記単量体M2を内部へ拡散・浸透
させて濃度勾配を形成した透明ゲル基板を、前記単量体
M2中にて単量体M1とM2の重合を完結させるか、又は前記
透明ゲル基板よりも低屈折率の透明な合成樹脂膜又は合
成樹脂板を前記透明ゲル基板の両面又は周辺に密着させ
たまま単量体M1とM2の重合を完結させる工程、を含むこ
とを特徴とする。
The method for producing a polymer optical waveguide according to the present invention comprises (a) a transparent gel obtained by partially polymerizing one or more monomers M 1 which form a polymer P 1 having a refractive index of N 1. Forming a synthetic resin substrate having a shape of (b), (b) creating a portion where the polymerization reaction has been selectively advanced on the surface and inside of the transparent gel substrate by light irradiation through a mask, and selectively proceeding the polymerization reaction A step of forming an optical waveguide pattern with the above-mentioned portion, (c) one or two kinds of polymer P 2 having a refractive index N 2 lower than the refractive index N 1 from both surfaces of the transparent gel substrate on which the optical waveguide pattern is formed.
A step of diffusing / permeating at least one kind of monomer M 2 into the inside to form a concentration gradient, (d) a transparent gel substrate having the concentration gradient formed by diffusing / permeating the above-mentioned monomer M 2 into the inside, Monomer
Or to complete the polymerization of the monomer M 1 and M 2 C. in M 2, or a transparent synthetic resin film or a synthetic resin plate having a low refractive index than the transparent gel substrate on both sides or around the transparent gel substrate A step of completing the polymerization of the monomers M 1 and M 2 while keeping them in close contact with each other.

本発明における透明なゲル状合成樹脂基板を製造する
ための1種または2種以上の単量体M1としては、重合し
た時に高屈折率の透明な網状重合体となるものであれば
いずれも使用可能であり、少なくとも1種類の単量体と
して1分子内に2個以上の二重結合を有する化合物を用
いることができる。この例としてはジアリルフタレー
ト、ジアリルイソフタレート、ジアリルテレフタレート
等のジアリルエステル;フタル酸ジビニル、イソフタル
酸ジビニル、テレフタル酸ジビニル等のビニルエステル
等がある。また、ジエチレングリコールビスアリルカー
ボネートやジエチレングリコールジメタクリレートなど
の低屈折率の多官能性単量体にベンジルメタクリレー
ト、フェニルメタクリレートやスチレンなどの高屈折率
の単官能性単量体を混合して用いることもできる。さら
に、イオン架橋による網状重合体を形成しうる単量体を
使用してもよい。このようなイオン架橋を形成できる単
量体としては例えば特願昭59−36053号の含金属透明単
量体などがある。以上の単量体の中で光照射によって導
波路パターンの形成を行う場合、短時間にシャープにパ
ターン化できる利点から含金属透明単量体が特に好まし
い。
As the one or more monomers M 1 for producing the transparent gel-like synthetic resin substrate in the present invention, any one can be used as long as it becomes a transparent network polymer having a high refractive index when polymerized. It is possible to use, and it is possible to use a compound having two or more double bonds in one molecule as at least one kind of monomer. Examples thereof include diallyl phthalate, diallyl isophthalate, diallyl terephthalate and other diallyl esters; vinyl ester such as divinyl phthalate, divinyl isophthalate and divinyl terephthalate. Further, a low refractive index polyfunctional monomer such as diethylene glycol bisallyl carbonate or diethylene glycol dimethacrylate may be mixed with a high refractive index monofunctional monomer such as benzyl methacrylate, phenyl methacrylate or styrene. . Further, a monomer capable of forming a network polymer by ionic crosslinking may be used. Examples of monomers capable of forming such ionic crosslinks include metal-containing transparent monomers disclosed in Japanese Patent Application No. 59-36053. In the case of forming a waveguide pattern by irradiating light among the above monomers, a metal-containing transparent monomer is particularly preferable because it can be patterned sharply in a short time.

本発明では、前記の単量体M1を一部重合させて透明な
ゲル状の基板を作製する。この基板の厚みは製造される
導波路の形状によって選ばれるが、10mm以上の厚さでは
含浸工程が制御しづらくなるので、その値以下であるこ
とが好ましい。この重合体は重合が未完の状態であり、
流動性を失った透明なゲルとなっている。
In the present invention, the monomer M 1 is partially polymerized to prepare a transparent gel-like substrate. The thickness of this substrate is selected depending on the shape of the waveguide to be manufactured, but if the thickness is 10 mm or more, it becomes difficult to control the impregnation process, and therefore it is preferably less than that value. This polymer is in an incompletely polymerized state,
It is a transparent gel that loses fluidity.

本発明において、導波路パターンを透明ゲル基板の表
面および内部まで形成する方法としては赤外線などの熱
線による局所加熱や紫外線、電子線、X線、レーザなど
の光照射による方法など種々のものが考えられるが、微
細パターンを形成しやすいこと、取り扱いが容易である
ことなどの理由から第1図に示すようにマスクをゲル基
板上に置き、光照射を行うことによってゲル基板の内部
にまで選択的に重合反応を進めた部分とそうでない部分
を形成する方法が適当である。なお、透明なゲル基板が
厚い場合、紫外線などの光照射では透過距離に限界があ
るため、その場合は基板の両面にマスクをあてて両面か
ら光照射することも可能である。また、必要であれば、
単量体M1および/または単量体M2に、熱重合開始剤だけ
でなく、光重合開始剤、光増感剤などを添加して、選択
的な重合反応をより効果的に行わせることもできる。
In the present invention, various methods are conceivable for forming the waveguide pattern to the surface and the inside of the transparent gel substrate, such as local heating with heat rays such as infrared rays and light irradiation with ultraviolet rays, electron beams, X-rays, lasers and the like. However, because of the ease of forming a fine pattern and the ease of handling, a mask is placed on the gel substrate as shown in FIG. 1 and light irradiation is performed to selectively reach the inside of the gel substrate. A method of forming a portion where the polymerization reaction has proceeded and a portion where the polymerization reaction has not proceeded is suitable. If the transparent gel substrate is thick, the transmission distance is limited by irradiation with light such as ultraviolet rays. In that case, therefore, it is also possible to apply a mask to both surfaces of the substrate and perform light irradiation from both surfaces. Also, if necessary,
Addition of not only a thermal polymerization initiator but also a photopolymerization initiator, a photosensitizer, etc. to the monomer M 1 and / or the monomer M 2 for more effective selective polymerization reaction. You can also

本発明において、透明なゲル基板中に光導波路を形成
するには、光導波路パターンを形成した透過ゲル基板の
少なくとも両側から、低屈折率の重合体を生成する単量
体を含浸して濃度勾配によって屈折率分布を形成すると
いう手段をとる。屈折率分布を形成する他の方法として
は、未反応の高屈折率の単量体を外部へ抽出・拡散する
方法やゲル基板の中には低屈折率の単量体をあらかじめ
含浸させた後、外部へ一部除去する方法などがあるが、
この場合、基板が厚くなると中心部分の単量体の除去が
制御できなくなり、所望の屈折率分布を形成することが
困難になる。そのため、本発明では屈折率分布形成が最
も容易な低屈折率単量体の含浸方法を採用する。
In the present invention, in order to form an optical waveguide in a transparent gel substrate, a concentration gradient is obtained by impregnating a monomer that forms a polymer with a low refractive index from at least both sides of a transparent gel substrate on which an optical waveguide pattern is formed. Is used to form a refractive index distribution. Other methods of forming the refractive index distribution include extracting and diffusing unreacted high refractive index monomer to the outside, or impregnating the gel substrate with a low refractive index monomer in advance. , There is a method of removing some to the outside,
In this case, if the substrate becomes thick, the removal of the monomer in the central portion becomes uncontrollable, and it becomes difficult to form a desired refractive index distribution. Therefore, in the present invention, the method of impregnating the low refractive index monomer, which is the easiest to form the refractive index distribution, is adopted.

ここで使用する低屈折率の重量体M2としては、重合し
た時に、線形重合体となるものであっても網状重合体と
なるものであっても良いが、前記単量体M1と共重合して
透明な重合体を与えるものが好ましい。その例として、
通常のアクリル酸エステル、メタクリル酸エステルある
いはアクリル酸、メタクリル酸などがあり、これらの1
種類または2種以上が用いられる。
The low-refractive-index weight body M 2 used here may be either a linear polymer or a reticulated polymer when polymerized, but it may be a copolymer with the monomer M 1 . Those which polymerize to give transparent polymers are preferred. As an example,
There are ordinary acrylic acid ester, methacrylic acid ester or acrylic acid, methacrylic acid, etc.
One kind or two or more kinds are used.

本発明では、前記の単量体M2をゲル状の基板に室温ま
たは加温下で含浸・浸透させる。加温下で含浸を行う場
合、含浸速度が速くなるため光導波路の形成を手早く行
うことができるが、ゲル状基板の硬化も促進されるた
め、その温度としては80℃以下が望ましい。なお、本発
明で製造される光導波路部分の屈折率分布は第3図の
(a)に示すような完全な放物線状の曲線を有する必要
はなく、第3図の(b)に示すような中心部分に高屈折
率の平坦な部分があり、その周辺部分が屈折率分布を有
するような曲線でも十分機能を発揮することができる。
そのため、光導波路形状に応じて、含浸条件を適当に選
ぶことができる。
In the present invention, the above-mentioned monomer M 2 is impregnated and permeated into the gel substrate at room temperature or under heating. When the impregnation is carried out under heating, the impregnation speed becomes fast, so that the optical waveguide can be formed quickly, but the temperature is preferably 80 ° C. or lower because the gel substrate is also hardened. The refractive index distribution of the optical waveguide portion manufactured by the present invention does not need to have a perfect parabolic curve as shown in FIG. 3 (a), but as shown in FIG. 3 (b). Even a curve having a high refractive index flat portion in the central portion and a peripheral portion having a refractive index distribution can sufficiently exhibit the function.
Therefore, the impregnation condition can be appropriately selected according to the shape of the optical waveguide.

このようにして単量体M2の濃度勾配を形成した透明ゲ
ル基板は、単量体M1と単量体M2の重合を完結させる際に
含浸用の低屈折率単量体であるM2の揮散ならびに基板の
変形を防ぐために、単量体M2中で重合を完結させるか、
あるいは基板両面または周辺に低屈折率の透明合成樹脂
板または合成樹脂膜を密着させて重合を完結させる。さ
らに、ここで用いられる透明合成樹脂板又は合成樹脂膜
は光導波路端面の切削・研磨を容易にするための補強板
の役目もすることができる。本発明では、前記基板の両
面または周辺に密着させる合成樹脂板または合成樹脂膜
としては導波路のクラッド効果を補強するためにも前記
基板よりも低屈折率の材料であることが必要である。
In this way, the transparent gel substrate formed with the concentration gradient of the monomer M 2 is a low refractive index monomer for impregnation upon to complete the polymerization of the monomer M 1 and the monomer M 2 M In order to prevent volatilization of 2 and deformation of the substrate, complete the polymerization in the monomer M 2 , or
Alternatively, a transparent synthetic resin plate or synthetic resin film having a low refractive index is adhered to both sides or the periphery of the substrate to complete the polymerization. Further, the transparent synthetic resin plate or synthetic resin film used here can also serve as a reinforcing plate for facilitating cutting and polishing of the end face of the optical waveguide. In the present invention, the synthetic resin plate or the synthetic resin film adhered to both sides or the periphery of the substrate needs to be a material having a lower refractive index than the substrate in order to reinforce the clad effect of the waveguide.

このような樹脂板又は樹脂膜としては、低屈折率のア
クリル板、ポリジエチレングリコールビスアリルカーボ
ネート板、フッ素化したアクリルエステルまたはメタク
リルエステルの重合体から作製された薄板、フィルムま
たは他の低屈折率の共重合体からなる薄膜、フィルム等
がある。低屈折率のプラスチック板またはフィルムを基
板と密着させるには種々の方法があるが、例えばバネ式
のクリップで機械的に圧着して、そのまま熱重合かまた
は光重合すれば未反応単量体の重合とともに前記のプラ
スチック板またはフィルムが透明基板と接着する。この
時、均等に圧力が加わるようにプラスチックの上下面に
ガラス板、金属板または他のプラスチック板を新たに挿
入して圧着してもよい。ここで使用されるガラス板、金
属板またはプラスチック板は単量体M1とM2の重合完結
後、とり除くことも可能であるが、密着したまま用いる
ことももちろん可能である。
As such a resin plate or resin film, a low refractive index acrylic plate, a polydiethylene glycol bisallyl carbonate plate, a thin plate made from a polymer of fluorinated acrylic ester or methacrylic ester, a film or other low refractive index There are thin films and films made of a copolymer. There are various methods for adhering a low refractive index plastic plate or film to a substrate. For example, mechanical pressure bonding with a spring-type clip and thermal polymerization or photopolymerization of the unreacted monomer Upon polymerization, the plastic plate or film adheres to the transparent substrate. At this time, a glass plate, a metal plate or another plastic plate may be newly inserted into the upper and lower surfaces of the plastic so that pressure is evenly applied, and pressure bonding may be performed. The glass plate, metal plate or plastic plate used here can be removed after the completion of the polymerization of the monomers M 1 and M 2 , but it is of course possible to use them in close contact.

〔作 用〕[Work]

本発明において、透明なゲル基板に光導波路パターン
を基板両面の表面だけではなく、内部にまで形成するこ
とは、低屈折率の単量体を基板の両面から内部へ均等に
含浸・拡散することができるために基板の両面における
濃度分布の偏りから生じる歪や応力の発生を防ぐ。それ
によって、ゲル基板の変形が生じにくくなり導波路パタ
ーンが精度良く維持できる。また、本発明では透明ゲル
基板の両側から低屈折率の単量体を含浸・拡散させるた
め、光導波路部が透明ゲル基板のほぼ中央部に円形もし
くは円形に近い形で形成されることになる。そのため、
含浸・拡散後のゲル基板において、未反応単量体の重合
を完結する工程の際に、共重合反応性比の違いや重合収
縮などによる基板の変形または光導波路部の形状の狂い
を小さくすることができる。さらに、本発明では光導波
路のクラッドに相当する低屈折率部を上下左右同時に形
成することもできるため、新たにクラッド部を形成する
といった後工程が不必要になる。
In the present invention, to form an optical waveguide pattern on a transparent gel substrate not only on the surfaces of both sides of the substrate but also on the inside is to uniformly impregnate / diffuse the low refractive index monomer from both sides of the substrate to the inside. Therefore, it is possible to prevent the generation of strain and stress caused by the uneven concentration distribution on both surfaces of the substrate. As a result, the gel substrate is less likely to be deformed, and the waveguide pattern can be accurately maintained. Further, in the present invention, since the low refractive index monomer is impregnated and diffused from both sides of the transparent gel substrate, the optical waveguide portion is formed in a circular shape or a shape close to a circular shape in the substantially central portion of the transparent gel substrate. . for that reason,
In the gel substrate after impregnation / diffusion, during the process of completing the polymerization of unreacted monomers, the deformation of the substrate or the deformation of the shape of the optical waveguide part due to the difference in copolymerization reactivity ratio or polymerization shrinkage is reduced. be able to. Further, in the present invention, since the low refractive index portion corresponding to the cladding of the optical waveguide can be formed simultaneously in the vertical and horizontal directions, a post process such as forming a new cladding portion becomes unnecessary.

本発明において、導波路パターンをゲル基板の内部ま
で形成することは、実際に作製する導波路径をマスクパ
ターン径とほぼ同じ寸法で製造することができるという
利点もある。
In the present invention, forming the waveguide pattern up to the inside of the gel substrate also has an advantage that the actually manufactured waveguide diameter can be manufactured with substantially the same size as the mask pattern diameter.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明を実施例および図により説明する。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples and drawings.

実施例1 この実施例1の方法を第1図に示す。アクリル酸0.12
18モル,ケイ皮酸0.0656モルをベンゼン70mlに溶解し、
水酸化バリウム1水和塩(Ba(OH)・H2O)0.0423モ
ルを室温中で徐々に反応させた。この組成物が50重量部
(以下部と略す)となるようにビニルトルエン25部、グ
リシジルメタクリレート25部を加えた後、反応副生物で
ある水とベンゼンを減圧留去して含金属透明単量体を得
た。この単量体100部にジミリスチルパーオキシジカー
ボネート0.2部およびベンゾインエチルエーテル0.5部を
溶解し、シリコン離型したガラス板に注入して、60℃1
時間放置して40×20×2mmの透明ゲル基板を作製した。
このゲル基板の上に、ガラス基板に幅1mm、長さ40mmの
部分2本を残して、後の部分をすべてクロム蒸着した第
1図の2のマスクをのせ、高圧水銀灯を用いて3分間紫
外線露光を行った。この紫外線照射部分はゲル基板の内
部まで重合が進行しているのが目視で判定できた。その
後、0.2部のジミリスチルパーオキシジカーボネートを
含むグリシジルメタクリレート75部、アクリル酸25部の
溶液に前記の透明基板を浸漬し、室温で2時間放置して
から、透明基板をとり出し厚さ2mmのポリジエチレング
リコールビスアリルカーボネートの板2枚、さらにその
外側に厚さ2mmのガラス板を介してバネ式クリップで圧
着固定した。そして、この基板を70℃3時間、80℃3時
間で加熱硬化した後、ガラス板をとりはずしてサンドイ
ッチ構造の透明な板を得た(第1図の(e))。
Example 1 The method of Example 1 is shown in FIG. Acrylic acid 0.12
18 mol, 0.0656 mol of cinnamic acid are dissolved in 70 ml of benzene,
0.0423 mol of barium hydroxide monohydrate (Ba (OH) 2 .H 2 O) was gradually reacted at room temperature. After adding 25 parts of vinyltoluene and 25 parts of glycidyl methacrylate so that the composition becomes 50 parts by weight (hereinafter abbreviated as "parts"), water and benzene, which are reaction by-products, are distilled off under reduced pressure to obtain a metal-containing transparent single amount. Got the body 0.2 parts of dimyristyl peroxydicarbonate and 0.5 parts of benzoin ethyl ether were dissolved in 100 parts of this monomer, and the mixture was poured into a glass plate which was released from the silicon, and the temperature was kept at 60 ° C.
It was left for a period of time to prepare a 40 × 20 × 2 mm transparent gel substrate.
On top of this gel substrate, leaving two 1 mm wide and 40 mm long parts on the glass substrate, put the mask shown in Fig. 1 with chrome vapor-deposited on all the latter parts, and use a high pressure mercury lamp for 3 minutes to UV light. It was exposed. It was possible to visually determine that the UV-irradiated portion was polymerized to the inside of the gel substrate. Then, the transparent substrate was immersed in a solution of 75 parts of glycidyl methacrylate containing 25 parts of dimyristyl peroxydicarbonate and 25 parts of acrylic acid, and allowed to stand at room temperature for 2 hours. Then, the transparent substrate was taken out and the thickness was 2 mm. 2 sheets of polydiethylene glycol bisallyl carbonate (1), and a glass plate having a thickness of 2 mm on the outer side of the sheet was fixed by pressure with a spring type clip. Then, this substrate was heat-cured at 70 ° C. for 3 hours and at 80 ° C. for 3 hours, and then the glass plate was removed to obtain a transparent plate having a sandwich structure ((e) in FIG. 1).

得られた透明な板の端面を切削、研磨したところ、透
明基板の中央部に紫外線の照射部分に応じて約1mm径の
ほぼ円形の2本の光導波路が存在することがわかった。
この断面を1mmの厚さに切り出して、干渉顕微鏡(ツァ
イス社製インターファコ)で最大屈折率差を測定したと
ころ0.023であった。また導波路の屈折率分布は第3図
の(a)とほぼ同じ曲線を有していた。さらにこの光導
波路の光損失は、He−Neレーザ光で0.2dB/cmであった。
以上のことにより、この透明な板は第1図に示すような
光導波路を形成しているのがわかる。
When the end face of the obtained transparent plate was cut and polished, it was found that two transparent optical waveguides having a diameter of about 1 mm were present in the central portion of the transparent substrate depending on the portion irradiated with ultraviolet rays.
This cross section was cut into a thickness of 1 mm, and the maximum refractive index difference was measured with an interference microscope (Zeiss Interfaco), and it was 0.023. Further, the refractive index distribution of the waveguide had almost the same curve as in (a) of FIG. Further, the optical loss of this optical waveguide was 0.2 dB / cm with He-Ne laser light.
From the above, it can be seen that this transparent plate forms an optical waveguide as shown in FIG.

実施例2 この実施例2の方法は第1図に示す方法と同じであ
る。アクリル酸0.1218モル,ケイ皮酸0.0656モルをベン
ゼン70mlに溶解し、水酸化バリウム1水和塩(Ba(OH)
・H2O)0.0423モルを室温中で徐々に反応させた。こ
の組成物が50部となるようにクロルスチレン25部、グリ
シジルメタクリレート25部を加えた後、水とベンゼンを
減圧留去して含金属透明単量体を得た。この単量体100
部にジミリスチルパーオキシジカーボネート0.2部、ベ
ンゾインエチルエーテル0.5部およびn−ドデシルメル
カプタン0.1部を溶解し、実施例1と同様の方法で40×2
0×2mmの透明ゲル基板を作成した。このゲル基板の上
に、実施例1と同様のガラスマスクをのせ、高圧水銀灯
を用いて5分間紫外線露光を行った。この基板におい
て、紫外線照射部分は内部までパターン通り重合が進行
しているのが確認できた。その後、0.2部のジミリスチ
ルパーオキシジカーボネートを含むグリシジルメタクリ
レート42部、アクリル酸16部、トリフロロエチルメタク
リレート42部の溶液に前記の透明基板を浸漬し、室温で
5時間放置してから、透明基板をとり出し、厚さ2mmの
ポリメチルメタクリレート板とさらにその外側に厚さ3m
mのガラス板を介してバネ式クリップで圧着固定した。
そして、この基板を70℃3時間、80℃3時間で加熱硬化
した後、ガラス板をとりはずしてサンドイッチ構造の板
を得た。
Example 2 The method of this Example 2 is the same as the method shown in FIG. 0.1218 mol of acrylic acid and 0.0656 mol of cinnamic acid were dissolved in 70 ml of benzene, and barium hydroxide monohydrate (Ba (OH)
(2 · H 2 O) 0.0423 mol was gradually reacted at room temperature. After adding 25 parts of chlorostyrene and 25 parts of glycidyl methacrylate so that the composition would be 50 parts, water and benzene were distilled off under reduced pressure to obtain a metal-containing transparent monomer. This monomer 100
0.2 part of dimyristyl peroxydicarbonate, 0.5 part of benzoin ethyl ether and 0.1 part of n-dodecyl mercaptan were dissolved in 40 parts of the solution, and 40 × 2 was prepared in the same manner as in Example 1.
A 0 × 2 mm transparent gel substrate was prepared. A glass mask similar to that of Example 1 was placed on this gel substrate, and UV exposure was performed for 5 minutes using a high pressure mercury lamp. In this substrate, it was confirmed that the UV-irradiated portion was polymerized to the inside according to the pattern. Then, the transparent substrate was immersed in a solution of 42 parts of glycidyl methacrylate containing 0.2 part of dimyristyl peroxydicarbonate, 16 parts of acrylic acid, and 42 parts of trifluoroethylmethacrylate, and allowed to stand at room temperature for 5 hours, and then transparent. Take out the substrate, 2mm thick polymethylmethacrylate plate and 3m thick outside
It was crimped and fixed by a spring type clip through a glass plate of m.
Then, after heat-curing this substrate at 70 ° C. for 3 hours and 80 ° C. for 3 hours, the glass plate was removed to obtain a sandwich structure plate.

実施例1と同様に端面を切削、研磨し、最大屈折率差
と光損失を求めた。得られた透明な板の中央部に約1mm
のほぼ円形の2本の光導波路が存在し、最大屈折率差は
0.047であった。また、導波路の屈折率分布は第3図の
(b)と同じ曲線を示した。さらに、この光導波路の光
損失は、He−Neレーザ光で0.34dB/cmであった 実施例3 この実施例3の方法を第2図に示す。実施例1で得ら
れた透明ゲル基板の上に、第2図の(a)に示すような
ガラスマスクをのせ、高圧水銀灯を用いて3分間紫外線
露光を行った。ここで用いたガラスマスクとは、ガラス
基板に幅1mm、長さ40mmの部分2本と周辺部分幅1mmを残
して、後の部分をすべてクロム蒸着したものである。
The end faces were cut and polished in the same manner as in Example 1, and the maximum refractive index difference and the optical loss were obtained. About 1 mm in the center of the obtained transparent plate
There are two nearly circular optical waveguides, and the maximum refractive index difference is
It was 0.047. The refractive index distribution of the waveguide showed the same curve as in (b) of FIG. Furthermore, the optical loss of this optical waveguide was 0.34 dB / cm with He-Ne laser light. Example 3 The method of this Example 3 is shown in FIG. A glass mask as shown in FIG. 2 (a) was placed on the transparent gel substrate obtained in Example 1, and UV exposure was performed for 3 minutes using a high pressure mercury lamp. The glass mask used here is one in which two portions having a width of 1 mm and a length of 40 mm and a peripheral portion width of 1 mm are left on the glass substrate, and the remaining portions are all chromium-deposited.

その後、0.3部のジミリスチルパーオキシジカーボネ
ートを含むグリシジルメタクリレート40部、アクリル酸
5部、2−ヒドロキシエチルメタクリレート55部の溶液
に前記の透明基板を浸漬し、室温で2時間放置してか
ら、そのままの状態で60℃3時間、80℃2時間放置し
た。前記のゲル基板は低屈折率の単量体と共に完全に硬
化していたので、光導波路の端面部分を切り出し、研磨
を行ったところ、透明基板の中央部に約1mm径のほぼ円
形の2本の光導波路が存在することがわかった(第2図
の(d))。この光導波路の最大屈折率は0.021であ
り、光損失はHe−Neレーザ光で0.31dB/cmであった。
Then, the transparent substrate was immersed in a solution of 40 parts of glycidyl methacrylate containing 0.3 part of dimyristyl peroxydicarbonate, 5 parts of acrylic acid, and 55 parts of 2-hydroxyethyl methacrylate, and allowed to stand at room temperature for 2 hours. It was left as it was at 60 ° C. for 3 hours and at 80 ° C. for 2 hours. Since the gel substrate was completely cured together with the low refractive index monomer, the end face portion of the optical waveguide was cut out and polished, and two approximately circular circles with a diameter of about 1 mm were formed in the center of the transparent substrate. It was found that the above optical waveguide exists ((d) in FIG. 2). The maximum refractive index of this optical waveguide was 0.021, and the optical loss was 0.31 dB / cm with He-Ne laser light.

実施例4 この実施例4の方法は第2図に示す方法と同じであ
る。ジアリルイソフタレート100部にラウロイルパーオ
キサイド3部及びベンゾインエチルエーテル1部を溶解
し、シリコン離型したガラス板に注入して、70℃で5時
間放置して40×20×2mmの透明ゲル基板を作製した。こ
のゲル基板の上に、実施例3と同様のガラスマスクをの
せ、高圧水銀灯を用いて30分間紫外線露光を行った。そ
の後、ラウロイルパーオキサイド2部を含むトリフロロ
エチルメタクリレート中に前記の透明基板を浸漬し、40
℃で3時間放置してから、そのままの状態で70℃6時
間、90℃2時間に放置した。ジアリルイソフタレートの
ゲル基板はトリフロロエチルメタクリレートと共に完全
に硬化していたので、光導波路の端面部分を切り出し、
研磨を行ったところ、透明基板の中央部に約1mm径の2
本の光導波路が存在することがわかった。ただし、この
光導波路の断面は円形というよりも逆三角形の形状を示
した。この断面を1mmの厚さに切り出して、最大屈折率
差を測定したところ、0.051であった。さらに、この光
導波路の光損失は、He−Neのレーザ光で1.2dB/cmであっ
た。
Example 4 The method of this Example 4 is the same as the method shown in FIG. Dissolve 3 parts of lauroyl peroxide and 1 part of benzoin ethyl ether in 100 parts of diallyl isophthalate, pour into a glass plate released from silicon and leave at 70 ° C for 5 hours to give a transparent gel substrate of 40 x 20 x 2 mm. It was made. A glass mask similar to that used in Example 3 was placed on the gel substrate, and UV exposure was performed for 30 minutes using a high pressure mercury lamp. Then, the transparent substrate is immersed in trifluoroethyl methacrylate containing 2 parts of lauroyl peroxide,
After leaving it at 3 ° C for 3 hours, it was left as it was at 70 ° C for 6 hours and 90 ° C for 2 hours. The diallyl isophthalate gel substrate was completely cured together with trifluoroethyl methacrylate, so cut out the end face of the optical waveguide,
After polishing, the center of the transparent substrate had a diameter of 2
It was found that there is a book optical waveguide. However, the cross section of this optical waveguide showed an inverted triangular shape rather than a circular shape. This cross section was cut into a thickness of 1 mm, and the maximum refractive index difference was measured and found to be 0.051. Furthermore, the optical loss of this optical waveguide was 1.2 dB / cm with He-Ne laser light.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明によれば、光導波路のための微細パターンを維
持しながら、導波路径を数mmまで容易に形成できる高分
子光導波路を得ることが可能となる。そのため、プラス
チック光ファイバなどの大口径の光ファイバの分岐・結
合がより容易に行なえることから、光通信や光情報処理
分野の光学部品として有用性が極めて高い。
According to the present invention, it is possible to obtain a polymer optical waveguide in which a waveguide diameter can be easily formed up to several mm while maintaining a fine pattern for the optical waveguide. Therefore, a large-diameter optical fiber such as a plastic optical fiber can be branched and coupled more easily, and thus is extremely useful as an optical component in the field of optical communication and optical information processing.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図及び第2図は本発明により製造される高分子光導
波路と製造方法の実施例を示す断面図であり、第3図は
本発明により製造される高分子光導波路部の屈折率分布
の形状を示す図であり第4図は従来の方法を示す断面図
である。 1……透明なゲル基板、2……マスク、3……選択的な
重合部分、4……含浸用の低屈折率単量体、5……低屈
折率の透明プラスチック板、6……ガラス板、7……光
導波路部分、8……低屈折率の透明な重合体。
1 and 2 are cross-sectional views showing an example of a polymer optical waveguide manufactured by the present invention and a manufacturing method, and FIG. 3 is a refractive index distribution of a polymer optical waveguide manufactured by the present invention. And FIG. 4 is a cross-sectional view showing a conventional method. 1 ... Transparent gel substrate, 2 ... Mask, 3 ... Selective polymerized portion, 4 ... Low refractive index monomer for impregnation, 5 ... Low refractive index transparent plastic plate, 6 ... Glass Plate, 7 ... Optical waveguide part, 8 ... Transparent polymer with low refractive index.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡部 義昭 日立市久慈町4026番地 株式会社日立製 作所日立研究所内 (72)発明者 丹野 清吉 日立市久慈町4026番地 株式会社日立製 作所日立研究所内 (72)発明者 寺尾 弘 日立市久慈町4026番地 株式会社日立製 作所日立研究所内 (72)発明者 竹谷 則明 日立市久慈町4026番地 株式会社日立製 作所日立研究所内 (72)発明者 志村 正人 日立市久慈町4026番地 株式会社日立製 作所日立研究所内 (72)発明者 浅野 秀樹 日立市久慈町4026番地 株式会社日立製 作所日立研究所内 (72)発明者 阿部 富也 日立市久慈町4026番地 株式会社日立製 作所日立研究所内 (56)参考文献 特開 昭50−151164(JP,A) 特開 昭59−59421(JP,A) 特開 昭60−208701(JP,A) 特開 昭59−71830(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Yoshiaki Okabe 4026 Kujimachi, Hitachi City Hitachi Ltd., Hitachi Research Laboratory (72) Inventor Kiyoyoshi Tanno 4026 Kujicho, Hitachi Hitachi Ltd. Hitachi Research Co., Ltd. In-house (72) Hiroshi Terao 4026 Kujimachi, Hitachi City Hitachi Ltd., Hitachi Research Laboratory (72) Inventor Noriaki Takeya 4026 Kujimachi, Hitachi City Hitachi Ltd., Hitachi Research Laboratory (72) Inventor Masato Shimura 4026, Kujimachi, Hitachi, Ltd., Hitachi Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Hideki Asano 4026, Kujimachi, Hitachi, Ltd., Hitachi Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Inventor, Tomiya Abe, Kuji, Hitachi 4026, Machi, Hitachi, Ltd., Hitachi Research Laboratory (56) References JP-A-50-151164 (JP, A) JP-A-59-59421 (J , A) JP Akira 60-208701 (JP, A) JP Akira 59-71830 (JP, A)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】(a)屈折率がN1の重合体P1を生成する1
種又は2種以上の単量体M1を一部重合させて、透明なゲ
ル状の合成樹脂基板を形成する工程、(b)マスクを介
した光照射によって前記透明ゲル基板の表面及び内部に
選択的に重合反応を進めた部分を作成し、前記選択的に
重合反応を進めた部分により光導波路パターンを形成す
る工程、(c)前記光導波路パターンを形成した透明ゲ
ル基板の両面から、屈折率N1より低屈折率N2の重合体P2
を生成する1種又は2種以上の単量体M2を内部へ拡散・
浸透させ濃度勾配を形成させる工程、(d)前記単量体
M2を内部へ拡散・浸透させて濃度勾配を形成した透明ゲ
ル基板を、前記単量体M2中にて単量体M1とM2の重合を完
結させるか、又は前記透明ゲル基板よりも低屈折率の透
明な合成樹脂膜又は合成樹脂板を前記透明ゲル基板の両
面又は周辺に密着させたまま単量体M1とM2の重合を完結
させる工程、を含むことを特徴とする高分子光導波路の
製造方法。
1. A method for producing a polymer P 1 having a refractive index of N 1 (a) 1
A step of partially polymerizing one or more kinds of monomers M 1 to form a transparent gel-like synthetic resin substrate, and (b) irradiating light through a mask onto the surface and inside of the transparent gel substrate. A step of forming a portion where a polymerization reaction is selectively advanced and forming an optical waveguide pattern by the portion where the polymerization reaction is selectively advanced, (c) refraction from both sides of the transparent gel substrate on which the optical waveguide pattern is formed, Polymer P 2 with refractive index N 2 lower than index N 1
That diffuses one or more monomers M 2 that generate
Permeating to form a concentration gradient, (d) the monomer
The transparent gel substrate provided with the concentration gradient of M 2 is diffused and permeated into the inside, or to complete the polymerization of the monomer M 1 and M 2 in the monomer M 2, or than the transparent gel substrate Also comprises a step of completing the polymerization of the monomers M 1 and M 2 while keeping a transparent synthetic resin film or synthetic resin plate having a low refractive index in close contact with both sides or the periphery of the transparent gel substrate. Polymer optical waveguide manufacturing method.
【請求項2】基板となる透明合成樹脂が金属イオンを含
むことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の高分子
光導波路の製造方法。
2. The method for producing a polymer optical waveguide according to claim 1, wherein the transparent synthetic resin serving as the substrate contains metal ions.
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