JP3449593B2 - Optical material and optical waveguide using the same - Google Patents

Optical material and optical waveguide using the same

Info

Publication number
JP3449593B2
JP3449593B2 JP84897A JP84897A JP3449593B2 JP 3449593 B2 JP3449593 B2 JP 3449593B2 JP 84897 A JP84897 A JP 84897A JP 84897 A JP84897 A JP 84897A JP 3449593 B2 JP3449593 B2 JP 3449593B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical
waveguide
optical waveguide
core
clad
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP84897A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH10197733A (en
Inventor
尚一 林田
俊夫 渡辺
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.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP84897A priority Critical patent/JP3449593B2/en
Publication of JPH10197733A publication Critical patent/JPH10197733A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3449593B2 publication Critical patent/JP3449593B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Optical Integrated Circuits (AREA)
  • Silicon Polymers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は光集積回路などの導
波型光部品に使用可能な光学材料およびその光学材料で
構成される光導波路に関するものであり、一般光学や微
小光学分野で、また、光通信や光情報処理の分野で用い
られる種々の光学部品、光集積回路または光配線板等に
利用できる。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical material that can be used for a waveguide type optical component such as an optical integrated circuit and an optical waveguide formed of the optical material. It can be used for various optical components, optical integrated circuits, optical wiring boards, etc. used in the fields of optical communication and optical information processing.

【0002】[0002]

【従来の技術】高分子材料はスピンコート法やディップ
法等による薄膜形成が容易であり、大面積の光部品を作
製するのに好適である。また、成膜に際して高温での熱
処理工程を含まないことから、石英等の無機ガラス材料
を用いる場合に比べて、半導体基板やプラスチック基板
等、高温での熱処理に耐えない基板上に成膜して光導波
路を作製できるという利点がある。さらに、高分子の柔
軟性や強靭性を活かしたフレキシブルな光導波路の作製
も可能である。こうしたことから、光通信の分野で用い
られる光集積回路や、光情報処理の分野で用いられる光
配線板等の光導波路部品を、高分子光学材料を用いて大
量・安価に製造できることが期待されている。
2. Description of the Related Art A polymer material is easy to form a thin film by a spin coating method or a dipping method, and is suitable for producing an optical component having a large area. Further, since the heat treatment step at high temperature is not included in the film formation, the film is formed on a substrate such as a semiconductor substrate or a plastic substrate which cannot withstand the heat treatment at high temperature as compared with the case of using an inorganic glass material such as quartz. There is an advantage that an optical waveguide can be manufactured. Furthermore, it is possible to fabricate a flexible optical waveguide that takes advantage of the flexibility and toughness of a polymer. For these reasons, it is expected that optical waveguide components such as optical integrated circuits used in the field of optical communication and optical wiring boards used in the field of optical information processing can be mass-produced at low cost using polymer optical materials. ing.

【0003】一方、高分子光学材料は従来より、(1)
耐熱性または耐湿性などの耐環境性、(2)光通信波長
帯(可視域から近赤外域)における光部品の低損失化を
可能とする透明性、および(3)導波路作製工程および
導波路部品の使用時における歩留りを低下させるクラッ
ク発生の点で問題があるとされてきた。
On the other hand, polymer optical materials have been conventionally (1)
Environmental resistance such as heat resistance or moisture resistance, (2) transparency that enables low loss of optical components in the optical communication wavelength band (visible region to near infrared region), and (3) waveguide manufacturing process and guide It has been said that there is a problem in that cracks are generated which lowers the yield when the waveguide component is used.

【0004】上記(1)耐環境性および(2)透明性の
問題に関しては、近年、これを大幅に改善した材料が発
明され報告されるに至っている。例えば、特開平3−4
3423号に開示されている材料はシルセスキオキサン
構造を分子骨格とする高分子材料であり、優れた耐熱性
を有する。また、側鎖のフェニル基やアルキル基が疎水
性であり、耐湿性が高い。さらに、側鎖に含まれるC−
H結合の水素がハロゲンまたは重水素に置換されてお
り、C−H結合の伸縮または変角振動の倍音または結合
音に起因する近赤外域における吸収が大幅に低減され、
2つの主要な通信波長(1.3μmおよび1.55μ
m)のうち1.3μm帯ではかなりの低損失化が達成さ
れた。
With respect to the problems (1) environment resistance and (2) transparency described above, in recent years, materials have been invented and reported which have greatly improved them. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 3-4
The material disclosed in 3423 is a polymer material having a silsesquioxane structure as a molecular skeleton and has excellent heat resistance. In addition, the phenyl group and the alkyl group of the side chain are hydrophobic and have high moisture resistance. Furthermore, C- contained in the side chain
The hydrogen of the H bond is replaced with halogen or deuterium, and the absorption in the near infrared region due to the overtone or the bond sound of the stretching or bending vibration of the C—H bond is significantly reduced,
Two major communication wavelengths (1.3 μm and 1.55 μ
In the 1.3 μm band of m), a considerably low loss was achieved.

【0005】上記(3)導波路作製工程および導波路部
品使用時におけるクラック発生の問題について説明すれ
ば、クラックは高分子薄膜に生じる応力によって発生
し、膜厚が大きいほど発生確率が高くなる。コア/クラ
ッド構造の光導波路を作製する際には、ある程度以上の
膜厚を有する薄膜を形成することが必要であるが、例え
ば、コア部の断面が8μm角の正方形であるシングルモ
ード光導波路をシリコン基板上に形成する場合、メタル
クラッディングの影響を回避するためには、下部クラッ
ドとして15μm程度以上の膜厚が必要となる。ここ
で、メタルクラッディングとは下部クラッドの厚さが薄
い場合にコア部を導波する光が例えば光導波路をその上
に形成するシリコン基板へ引き込まれて光吸収が生じ、
導波損失が顕著に大きくなることをいう。また、上部ク
ラッドに関しても表面の塵または汚れ、外部からの応力
等の影響が、コア部を導波する光に及ばないようにする
ために、上部クラッドとしてコア上面から8μm程度以
上の膜厚が必要になるが、膜厚が大きくなるほどクラッ
ク発生の問題が顕著になる。従来の材料においては8μ
m程度の膜厚においてクラックの発生が認められる。ク
ラックが発生すると損失が著しく増加し、導波路として
使用できない。このようなクラック発生の問題を解決す
るために、例えば特開平7−258604号では、応力
を緩和する役割を担う構造単位として材料の分子構造中
にジメチルシロキサン単位等の2官能性構造単位を導入
する方法が開示されている。
Explaining (3) the problem of crack generation during the waveguide manufacturing process and the use of the waveguide component, the crack is generated by the stress generated in the polymer thin film, and the larger the film thickness, the higher the probability of occurrence. When manufacturing an optical waveguide having a core / clad structure, it is necessary to form a thin film having a certain thickness or more. For example, a single mode optical waveguide in which the cross section of the core is a square of 8 μm square is used. When formed on a silicon substrate, a film thickness of about 15 μm or more is required for the lower cladding in order to avoid the influence of metal cladding. Here, metal cladding means that when the thickness of the lower clad is thin, light guided in the core part is drawn into the silicon substrate on which the optical waveguide is formed to absorb light,
It means that the waveguide loss becomes significantly large. Also, regarding the upper clad, in order to prevent the influence of dust or dirt on the surface and the stress from the outside from affecting the light guided through the core part, a film thickness of about 8 μm or more is formed as the upper clad from the upper surface of the core. Although necessary, the problem of cracking becomes more significant as the film thickness increases. 8μ for conventional materials
Generation of cracks is recognized at a film thickness of about m. When a crack is generated, the loss increases remarkably and it cannot be used as a waveguide. In order to solve such a crack generation problem, for example, in JP-A-7-258604, a bifunctional structural unit such as a dimethylsiloxane unit is introduced into the molecular structure of the material as a structural unit that plays a role of relaxing stress. A method of doing so is disclosed.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の特開平
3−43423号に開示されている材料は、2つの主要
な通信波長のうちの1.55μm帯では低損失が十分に
達成できない、という問題が依然として残っている。
However, the material disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 3-43423 mentioned above cannot sufficiently achieve low loss in the 1.55 μm band of the two main communication wavelengths. The problem still remains.

【0007】また、上記の特開平7−258604号に
開示されている方法では、C−H結合に基づく吸収が近
赤外域に出現し、先に述べたようなハロゲンや重水素置
換による近赤外域の低損失効果を全く無意味なものにし
てしまうという問題があった。
Further, in the method disclosed in the above-mentioned JP-A-7-258604, the absorption based on the C--H bond appears in the near infrared region, and the above-mentioned near red by halogen or deuterium substitution. There is a problem that the low loss effect in the outer region becomes completely meaningless.

【0008】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
ものであり、その目的は、耐熱性および耐湿性に優れ、
近赤外域の2つの主要通信波長においてともに低損失で
あり、かつ、導波路製造工程においてクラックが発生し
ない光学材料、および、該光学材料を用いた光導波路を
提供することにある。
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to have excellent heat resistance and moisture resistance,
An object of the present invention is to provide an optical material that has low loss in both of the two main communication wavelengths in the near infrared region and does not cause cracks in the waveguide manufacturing process, and an optical waveguide using the optical material.

【0009】[0009]

【発明が解決するための手段】本発明者らは上記問題を
解決するために鋭意研究を重ねた結果、耐クラック性付
与のためにポリシルセスキオキサン系光学材料に導入す
る2官能性構造単位として、従来のようなC−H結合性
の単位ではなく、近赤外域に吸収を持たないC−F結合
を主体とするフルオロアラルキル型またはフルオロアル
キル型の単位を導入することによって、前述した導波路
製造工程における耐クラック性だけでなく、近赤外域で
の2つの主要通信波長(1.3μmおよび1.55μ
m)における透明性も同時に満足できることを見出し、
本発明を完成するに至った。
DISCLOSURE OF THE INVENTION As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that a bifunctional structure to be introduced into a polysilsesquioxane optical material for imparting crack resistance. As a unit, a fluoroaralkyl type unit or a fluoroalkyl type unit mainly having a C—F bond which does not have absorption in the near infrared region is introduced instead of a conventional C—H bondable unit. Not only crack resistance in the waveguide manufacturing process, but also two main communication wavelengths in the near infrared region (1.3 μm and 1.55 μm).
found that the transparency in m) was also satisfied at the same time,
The present invention has been completed.

【0010】すなわち、従来のポリシルセスキオキサン
系光学材料では、ハロゲンや重水素置換されたフェニル
基を側鎖に有する3官能性構造単位を主体として構成さ
れるために、1.55μm帯での低損失化が不十分であ
るとともに、導波路作製工程において応力によるクラッ
クの発生頻度が高いという問題があり、これを改善する
ためにC−H結合をもつ2官能性構造単位を導入した材
料を用いた場合では1.3μmおよび1.55μmにお
ける損失が増加するという問題があったのであるが、こ
れに対して本発明者らは、C−H結合の含量が極力少な
いフルオロ置換アルキルあるいはフルオロ置換アラルキ
ル単位を分子構造中に導入した材料を用いることによっ
て前述の問題を解決できることを見出し、本発明を完成
するに至った。
That is, in the conventional polysilsesquioxane-based optical material, since it is mainly composed of a trifunctional structural unit having a halogen or deuterium-substituted phenyl group in its side chain, it is in the 1.55 μm band. There is a problem that the reduction of the loss is insufficient and the frequency of crack generation due to stress is high in the waveguide manufacturing process, and in order to improve this, a material in which a bifunctional structural unit having a C—H bond is introduced. However, in the case of using C.sub.3, there was a problem that the loss at 1.3 .mu.m and 1.55 .mu.m was increased, but the present inventors, on the other hand, found that the content of C--H bond was as small as possible in fluoro-substituted alkyl or fluoro. The inventors have found that the aforementioned problems can be solved by using a material in which a substituted aralkyl unit is introduced into the molecular structure, and have completed the present invention.

【0011】本発明を概説すれば、本発明の第1の形態
による光学材料は、下記一般式(I)および(II)
The present invention is summarized as follows. The optical material according to the first aspect of the present invention has the following general formulas (I) and (II).

【0012】[0012]

【化5】 [Chemical 5]

【0013】[0013]

【化6】 [Chemical 6]

【0014】[式中、Z1 、Z2 は同一または異なるフ
ェニル基あるいは重水素置換フェニル基を表わす]で表
わされる繰り返し単位からなる共重合体を含有すること
を特徴とする。
[0014] [wherein Z 1 and Z 2 represent the same or different phenyl groups or deuterium-substituted phenyl groups], and a copolymer comprising repeating units is characterized.

【0015】さらに、本発明の第2の形態による光学材
料は、下記一般式(I)および(III )
Further, the optical material according to the second aspect of the present invention has the following general formulas (I) and (III):

【0016】[0016]

【化7】 [Chemical 7]

【0017】[0017]

【化8】 [Chemical 8]

【0018】[式中、Z1 はフェニル基あるいは重水素
置換フェニル基、nは正の整数を表わす]で表わされる
繰り返し単位からなる共重合体を含有することを特徴と
する。
[Wherein Z 1 represents a phenyl group or a deuterium-substituted phenyl group, and n represents a positive integer], and the copolymer is characterized by containing a repeating unit.

【0019】さらに、本発明の第3の形態である光導波
路は、高分子材料からなるコア部と、該コア部を取り囲
み該コア部よりも屈折率の低い高分子材料からなるクラ
ッド部とを具える光導波路であって、該コア部および該
クラッド部が上記の本発明の第1または第2の態様によ
る光学材料の熱硬化物を含有することを特徴とする。
Further, the optical waveguide according to the third aspect of the present invention comprises a core portion made of a polymer material and a clad portion surrounding the core portion and made of a polymer material having a refractive index lower than that of the core portion. An optical waveguide comprising the core part and the clad part is characterized by containing a thermosetting material of the optical material according to the first or second aspect of the present invention.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】以下、本発明の光学材料およびそ
れを用いた光導波路をより詳細に説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The optical material of the present invention and the optical waveguide using the same will be described in more detail below.

【0021】まず、本発明の第1の形態である光学材料
について説明する。この光学材料は、下記一般式(I)
および(II)
First, the optical material according to the first embodiment of the present invention will be described. This optical material has the following general formula (I)
And (II)

【0022】[0022]

【化9】 [Chemical 9]

【0023】[0023]

【化10】 [Chemical 10]

【0024】[式中、Z1 、Z2 は同一または異なるフ
ェニル基あるいは重水素置換フェニル基を表わす]で表
わされる繰り返し単位からなる共重合体を含有する。こ
の繰り返し単位(I)が誘導される原料成分としては、
例えばフェニルトリクロロシランおよび重水素化フェニ
ルトリクロロシラン等が挙げられる。繰り返し単位(II)
が誘導される原料成分としては、例えば1,4−ビス
(ヘキサフルオロ−2−ヒドロキシイソプロピル)ベン
ゼン等が挙げられる。この共重合体の分子量は3000
〜5000の範囲である。この共重合体は、上記の分子
構造を満足するものであるかぎり、その製造方法は特に
限定されず、例えば、非プロトン性溶媒にフェニルトリ
クロロシランまたは重水素化フェニルトリクロロシラン
のような3官能性ハロシラン原料を溶解し、フルオロ置
換アリール型のジオール原料を加えて反応させたのち
に、未反応のハロシラン原料を加水分解する方法、ある
いは、アルコール系溶媒にフェニルトリエトキシシラン
または重水素化フェニルトリエトキシシランのような3
官能性アルコキシシラン原料とフルオロ置換アリール型
のジオール原料を溶解させたのち、酸触媒を加えて加熱
する方法などにより製造することが可能である。これら
の光学材料をコアとクラッドに用いてシングルモード光
導波路を構成するには屈折率が異なる二種類の単位の原
料成分が必要であるが、そのような屈折率制御は2種類
の原料の混合比を正確に調節することにより行うことが
できる。
A copolymer comprising a repeating unit represented by the formula: wherein Z 1 and Z 2 represent the same or different phenyl groups or deuterium-substituted phenyl groups is contained. As the raw material component from which the repeating unit (I) is derived,
Examples thereof include phenyltrichlorosilane and deuterated phenyltrichlorosilane. Repeating unit (II)
Examples of the raw material component from which 1,2-bis (hexafluoro-2-hydroxyisopropyl) benzene and the like are mentioned. The molecular weight of this copolymer is 3000
The range is up to 5000. This copolymer is not particularly limited in its production method as long as it satisfies the above-mentioned molecular structure. For example, a trifunctional compound such as phenyltrichlorosilane or deuterated phenyltrichlorosilane can be used in an aprotic solvent. A method in which a halosilane raw material is dissolved, a fluoro-substituted aryl type diol raw material is added and reacted, and then the unreacted halosilane raw material is hydrolyzed, or phenyltriethoxysilane or deuterated phenyltriethoxy is used as an alcohol solvent. Like silane 3
It can be produced by a method in which a functional alkoxysilane raw material and a fluoro-substituted aryl type diol raw material are dissolved and then an acid catalyst is added and heated. In order to construct a single mode optical waveguide by using these optical materials for a core and a clad, two types of raw material components with different refractive indexes are required. Such refractive index control is achieved by mixing two types of raw materials. This can be done by precisely adjusting the ratio.

【0025】次に、本発明の第2の形態である光学材料
について説明する。この光学材料は、下記一般式(I)
および(III )
Next, the optical material according to the second embodiment of the present invention will be described. This optical material has the following general formula (I)
And (III)

【0026】[0026]

【化11】 [Chemical 11]

【0027】[0027]

【化12】 [Chemical 12]

【0028】[式中、Z1 はフェニル基あるいは重水素
置換フェニル基、nは正の整数を表わす]で表わされる
繰り返し単位からなる共重合体を含有する。繰り返し単
位(III )が誘導される原料成分としては、例えば2,
2,3,3,4,4−ヘキサフルオロペンタンジオール
および2,2,3,3,4,4,5,5−オクタフルオ
ロヘキサンジオール等が挙げられる。この共重合体の分
子量は3000〜5000の範囲である。この共重合体
は、上記の分子構造を満足するかぎり、その製造方法は
特に限定されず、上記第1の形態の場合と同様に、例え
ば、非プロトン性溶媒にフェニルトリクロロシラン、重
水素化フェニルトリクロロシランのような3官能性ハロ
シラン原料を溶解し、フルオロ置換アルカンジオール原
料を加えて反応させたのちに、未反応のハロシラン原料
を加水分解する方法、あるいは、アルコール系溶媒にフ
ェニルトリエトキシシラン、重水素化フェニルトリエト
キシシランのような3官能性アルコキシシラン原料とフ
ルオロ置換アルカンジオール原料を溶解させたのち、酸
触媒を加えて加熱する方法などにより製造することが可
能である。屈折率制御に関しても、第1の発明と同様に
2種類の単位の原料成分の混合比を正確に調節すること
により行うことができる。
The copolymer contains a repeating unit represented by the formula: wherein Z 1 is a phenyl group or a deuterium-substituted phenyl group, and n is a positive integer. Examples of the raw material component from which the repeating unit (III) is derived include 2,
Examples include 2,3,3,4,4-hexafluoropentanediol and 2,2,3,3,4,4,5,5-octafluorohexanediol. The molecular weight of this copolymer is in the range of 3000 to 5000. This copolymer is not particularly limited in its production method as long as it satisfies the above-mentioned molecular structure. For example, phenyltrichlorosilane or deuterated phenyl may be used in the aprotic solvent as in the case of the first embodiment. A method in which a trifunctional halosilane raw material such as trichlorosilane is dissolved, a fluoro-substituted alkanediol raw material is added and reacted, and then the unreacted halosilane raw material is hydrolyzed, or phenyltriethoxysilane in an alcohol solvent is used. It can be produced by a method of dissolving a trifunctional alkoxysilane raw material such as deuterated phenyltriethoxysilane and a fluoro-substituted alkanediol raw material and then adding an acid catalyst and heating. The refractive index control can also be performed by accurately adjusting the mixing ratio of the raw material components of the two types of units, as in the first invention.

【0029】このような方法で得られる第1および第2
の発明の光学材料は、耐熱性の構造として知られるシル
セスキオキサン構造を主要な分子骨格とする高分子材料
であるために、光導波路部品が通常使用される室温付近
はもちろんのこと、200〜300℃に加熱しても熱分
解が認められず、非常に優れた耐熱性を示す。また、近
赤外域に吸収を持たないC−F結合を主体とするフルオ
ロアラルキル型、あるいは、フルオロアルキル型の構造
単位を導入してあるため、近赤外域の主要な通信波長領
域における透明性が顕著である。さらに、導入されたフ
ルオロアラルキル型、あるいは、フルオロアルキル型の
構造単位に柔軟性があるために、導波路作製工程におい
てクラッキングが発生しないという利点がある。
First and second obtained by such a method
The optical material of the invention is a polymer material having a silsesquioxane structure, which is known as a heat resistant structure, as a main molecular skeleton. No thermal decomposition is observed even when heated to ~ 300 ° C, and excellent heat resistance is exhibited. Further, since a fluoroaralkyl type or fluoroalkyl type structural unit mainly having a C—F bond having no absorption in the near infrared region is introduced, the transparency in the main communication wavelength region in the near infrared region is improved. It is remarkable. Furthermore, since the introduced fluoroaralkyl-type or fluoroalkyl-type structural unit is flexible, there is an advantage that cracking does not occur in the waveguide manufacturing process.

【0030】次に、第3の発明である光導波路について
説明する。本発明の光導波路は、高分子材料からなるコ
ア部と、該コア部を取り囲み該コア部よりも屈折率の低
い高分子材料からなるクラッド部を有し、該コア部およ
び該クラッド部は、上記本発明の第1の形態または第2
の形態による光学材料からなり、該光学材料を熱硬化す
ることにより形成される。この要件が満足される光導波
路であればその製造方法は特に限定されないが、例えば
以下の方法により製造することができる。
Next, the optical waveguide of the third invention will be described. The optical waveguide of the present invention has a core part made of a polymer material, and a clad part surrounding the core part and made of a polymer material having a lower refractive index than the core part, and the core part and the clad part are The first aspect or the second aspect of the present invention
And is formed by heat curing the optical material. The manufacturing method is not particularly limited as long as it is an optical waveguide satisfying this requirement, but it can be manufactured, for example, by the following method.

【0031】まず、光導波路に要求される導波モード条
件に応じて、それぞれコアおよびクラッドの材料として
精密に制御された屈折率差を有する少なくとも2種の光
学材料を準備する。屈折率差の大きさは導波させる光の
モードとコアの寸法に応じて決定されるが、一般的には
0.1%〜5%の範囲である。例えば、シングルモード
光ファイバと導波光のモード径を合わせる場合、コア部
断面の形状は8μm角の正方形、屈折率差は0.3%で
あることが望ましい。第1の発明の光学材料において
は、一般式(I)で表される繰り返し単位の原料成分
が、一般式(II)で表される繰り返し単位の原料成分に
比べて高い屈折率を有し、第2の発明の光学材料におい
ては、一般式(I)で表わされる繰り返し単位の原料成
分が、一般式(III )で表わされる繰り返し単位の原料
成分に比べて高い屈折率を有する。したがって、2種類
の繰り返し単位の原料成分の共重合の比率を変えること
によって屈折率の調整が可能になる。
First, at least two kinds of optical materials having a precisely controlled refractive index difference are prepared as materials for the core and the clad, respectively, according to the waveguide mode conditions required for the optical waveguide. The magnitude of the refractive index difference is determined according to the mode of guided light and the dimensions of the core, but is generally in the range of 0.1% to 5%. For example, when the mode diameters of the single-mode optical fiber and the guided light are matched, it is desirable that the cross section of the core has a square shape of 8 μm square and the refractive index difference is 0.3%. In the optical material of the first invention, the raw material component of the repeating unit represented by the general formula (I) has a higher refractive index than the raw material component of the repeating unit represented by the general formula (II), In the optical material of the second invention, the raw material component of the repeating unit represented by the general formula (I) has a higher refractive index than the raw material component of the repeating unit represented by the general formula (III). Therefore, the refractive index can be adjusted by changing the copolymerization ratio of the raw material components of the two types of repeating units.

【0032】次に、屈折率調整をしたクラッド材料を基
板の上にスピンコート法等により塗布し、これを熱架橋
して下部クラッドを形成する。次いで、この上に屈折率
調整をしたコア材料をスピンコート法等により塗布し、
これを熱架橋してコア層を形成する。続いて、コア層の
上にエッチングマスクとなる層を形成し、フォトリソグ
ラフィー等により所望の導波路パターンに加工する。エ
ッチングマスクの材料としては、有機フォトレジストま
たは金属等が用いられる。さらに、コア層を反応性イオ
ンエッチングにより上記の導波路パターンにしたがって
加工してコア部を形成する。最後に、コア部の上部にク
ラッド材料を塗布した後、熱架橋して上部クラッド層を
形成する。こうして製造された光導波路は必要に応じて
基板から剥離して用いることも可能である。
Next, a clad material whose refractive index has been adjusted is applied onto the substrate by a spin coating method or the like, and this is thermally crosslinked to form a lower clad. Then, a core material having a controlled refractive index is applied onto this by spin coating or the like,
This is thermally crosslinked to form a core layer. Subsequently, a layer serving as an etching mask is formed on the core layer and processed into a desired waveguide pattern by photolithography or the like. As a material for the etching mask, organic photoresist, metal or the like is used. Further, the core layer is processed according to the above waveguide pattern by reactive ion etching to form a core portion. Finally, a clad material is applied to the upper part of the core part and then thermally crosslinked to form an upper clad layer. The optical waveguide manufactured in this manner can be peeled off from the substrate and used as necessary.

【0033】このような方法で作製される本発明の第3
の形態である光導波路は、用いた材料に起因する優れた
耐熱性と透明性を有するとともに、適度の柔軟性をもつ
構造単位のために、光導波路素子を使用する際のヒート
サイクルによる応力が緩和されてクラッキング発生が低
減し、したがってクラッキング発生による素子破壊が抑
えられるという利点がある。
The third aspect of the present invention produced by such a method
The optical waveguide in the form of has excellent heat resistance and transparency due to the material used, and due to the structural unit having appropriate flexibility, stress due to heat cycle when using the optical waveguide element is There is an advantage in that the occurrence of cracking is mitigated and the occurrence of cracking is reduced, and thus the element destruction due to the occurrence of cracking is suppressed.

【0034】[0034]

【実施例】以下、本発明を実施例によりさらに具体的に
説明するが、本発明はそれらに限定されるものではな
い。
EXAMPLES The present invention will now be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited thereto.

【0035】(実施例1)以下の手順によりフェニルシ
ロキサン単位(前記一般式(I)):ビス(ヘキサフル
オロイソプロピル)フェニル単位(前記一般式(II))
=80:20(モル比)の光学材料(光学材料A)を製
造した。
Example 1 A phenylsiloxane unit (the general formula (I)): bis (hexafluoroisopropyl) phenyl unit (the general formula (II)) was prepared by the following procedure.
= 80: 20 (molar ratio), an optical material (optical material A) was produced.

【0036】1リットルの反応容器にTHF200cc
を入れ、フェニルシロキサン単位[前記一般式(I)]
の原料成分としてフェニルトリクロロシラン50gを溶
解した。これに、ビス(ヘキサフルオロイソプロピル)
フェニル単位[前記一般式(II)]の原料成分として
1,4−ビス(ヘキサフルオロ−2−ヒドロキシイソプ
ロピル)ベンゼン24gを少量のTHFに溶解したもの
と小過剰のトリエチルアミンとを添加した。この混合物
を1時間攪拌したのち、水11ccを少しずつ添加して
さらに1時間攪拌した。不溶物を除去し、溶媒を除いて
得られた油状物にトルエン200ccを加えて水洗し、
溶媒を除いて無色透明の油状物を得た(光学材料A)。
200 cc of THF in a 1 liter reaction vessel
Phenylsiloxane unit [the above general formula (I)]
50 g of phenyltrichlorosilane was dissolved as a raw material component. To this, bis (hexafluoroisopropyl)
As a raw material component of the phenyl unit [the general formula (II)], 24 g of 1,4-bis (hexafluoro-2-hydroxyisopropyl) benzene dissolved in a small amount of THF and a small excess of triethylamine were added. After stirring this mixture for 1 hour, 11 cc of water was added little by little and the mixture was further stirred for 1 hour. The insoluble matter was removed, the solvent was removed, and 200 cc of toluene was added to the obtained oily matter, followed by washing with water,
The solvent was removed to obtain a colorless and transparent oily substance (optical material A).

【0037】次に、フェニルトリクロロシランおよび
1,4−ビス(ヘキサフルオロ−2−ヒドロキシイソプ
ロピル)ベンゼンの使用量を変えた以外は上記と同様の
手順により、フェニルシロキサン単位(前記一般式
(I)):ビス(ヘキサフルオロイソプロピル)フェニ
ル単位(前記一般式(II))=74:26(モル比)の
光学材料を製造した(光学材料B)。
Next, the phenylsiloxane unit (the above-mentioned general formula (I) was prepared by the same procedure as above except that the amounts of phenyltrichlorosilane and 1,4-bis (hexafluoro-2-hydroxyisopropyl) benzene were changed. ): Bis (hexafluoroisopropyl) phenyl unit (the above general formula (II)) = 74:26 (molar ratio), and an optical material was produced (optical material B).

【0038】上記のようにして得られた光学材料Aをコ
ア、Bをクラッドとする光導波路を、以下の手順により
製造した。本実施例による光導波路の構成を図1に示
す。
An optical waveguide having the optical material A as a core and the optical material B as a clad obtained as described above was manufactured by the following procedure. The structure of the optical waveguide according to this embodiment is shown in FIG.

【0039】上記2種類の光学材料をそれぞれクロロベ
ンゼンに溶解し、孔径0.2ミクロンのフィルタを用い
て濾過した。まずクラッド成分(光学材料B)の溶液
を、硬化後の膜厚が20μmとなるようにシリコン基板
1上に塗布し、300℃で1時間熱硬化して、下部クラ
ッド2を形成した。次に、この下部クラッド2上に、コ
ア成分(光学材料A)の溶液を、硬化後の膜厚が8μm
となるように塗布し、300℃で1時間熱硬化させてコ
ア層を形成した。このコア層を通常のフォトリソグラフ
ィーにより長さ50mm、幅8μm、高さ8μmとなる
ように微細加工して、リッジ状のコア3を形成した。最
後に、クラッド成分(光学材料B)の溶液を、硬化後の
コア上面からの膜厚が20μmとなるようにコア3の上
部に塗布し、300℃で1時間熱硬化させて、上部クラ
ッド4を形成した。この導波路作製過程において、クラ
ッキングの発生は全く認められなかった。得られた光導
波路について近赤外領域における導波損失を測定したと
ころ、1.3μmおよび1.55μmのいずれの波長に
おいても0.20dB/cm未満であり、150℃・1
000時間、および、75℃・相対湿度90%・100
0時間の耐環境試験後もクラックの発生は認められず損
失増加は5%以内に収まることが確認できた。
Each of the above two kinds of optical materials was dissolved in chlorobenzene and filtered using a filter having a pore size of 0.2 micron. First, a solution of the clad component (optical material B) was applied onto the silicon substrate 1 so that the film thickness after curing was 20 μm, and heat-cured at 300 ° C. for 1 hour to form the lower clad 2. Next, a solution of the core component (optical material A) is applied onto the lower clad 2 so that the film thickness after curing is 8 μm.
And was heat-cured at 300 ° C. for 1 hour to form a core layer. This core layer was finely processed by ordinary photolithography to have a length of 50 mm, a width of 8 μm, and a height of 8 μm to form a ridge-shaped core 3. Finally, a solution of the clad component (optical material B) is applied to the upper part of the core 3 so that the film thickness from the upper surface of the core after curing becomes 20 μm, and heat-cured at 300 ° C. for 1 hour to form an upper clad 4 Was formed. No cracking was observed in the process of producing the waveguide. When the waveguide loss in the near infrared region of the obtained optical waveguide was measured, it was less than 0.20 dB / cm at both wavelengths of 1.3 μm and 1.55 μm, and was 150 ° C. · 1.
000 hours, 75 ° C, 90% relative humidity, 100
It was confirmed that no crack was generated even after the 0-hour environment resistance test, and the increase in loss was within 5%.

【0040】(実施例2)フェニルシロキサン単位[前
記一般式(I)]の原料成分として重水素化フェニルト
リクロロシランを用いる以外は実施例1と同様にして光
学材料CおよびD(各単位の構成は、それぞれ光学材料
AおよびBと同じ)を製造した。これらを用いて光導波
路を製造した。導波路製造過程におけるクラッキングの
発生は全く認められなかった。得られた光導波路につい
て近赤外領域における導波損失を測定したところ、1.
3μmおよび1.55μmのいずれの波長においても
0.10dB/cm未満であり、150℃・1000時
間、および、75℃・相対湿度90%・1000時間の
耐環境試験後もクラックの発生は認められず損失増加は
5%以内に収まることが確認できた。
Example 2 Optical materials C and D (constitution of each unit) were carried out in the same manner as in Example 1 except that deuterated phenyltrichlorosilane was used as a raw material component of the phenylsiloxane unit [the above-mentioned general formula (I)]. Manufactured optical materials A and B respectively). An optical waveguide was manufactured using these. No cracking was observed in the waveguide manufacturing process. The waveguide loss of the obtained optical waveguide was measured in the near infrared region.
It was less than 0.10 dB / cm at both wavelengths of 3 μm and 1.55 μm, and cracks were observed even after the environment resistance test at 150 ° C. for 1000 hours and 75 ° C. at 90% relative humidity for 1000 hours. It was confirmed that the increase in loss was within 5%.

【0041】(実施例3)以下の手順によりフェニルシ
ロキサン単位(前記一般式(I)):ヘキサフルオロペ
ンタン単位(前記一般式(III ))=75:25(モル
比)の光学材料(光学材料E)を製造した。
Example 3 An optical material (optical material) of phenylsiloxane unit (the above-mentioned general formula (I)): hexafluoropentane unit (the above-mentioned general formula (III)) = 75:25 (molar ratio) by the following procedure E) was produced.

【0042】1リットルの反応容器にTHF200cc
を入れ、フェニルシロキサン単位[前記一般式(I)]
の原料成分としてフェニルトリクロロシラン50gを溶
解した。これに、ヘキサフルオロペンタン単位[前記一
般式(III )]の原料成分として2,2,3,3,4,
4−ヘキサフルオロペンタンジオール17gを少量のT
HFに溶解したものと小過剰のトリエチルアミンとを添
加した。この混合物を1時間攪拌したのち、水10cc
を少しずつ添加してさらに1時間攪拌した。不溶物およ
び溶媒の除去と水洗の工程は実施例1と同様に行い、無
色透明の油状物を得た(光学材料E)。
THF 200 cc in a 1 liter reaction vessel
Phenylsiloxane unit [the above general formula (I)]
50 g of phenyltrichlorosilane was dissolved as a raw material component. As a raw material component of the hexafluoropentane unit [the general formula (III)], 2,2,3,3,4,
17 g of 4-hexafluoropentanediol was added to a small amount of T
What was dissolved in HF and a small excess of triethylamine were added. After stirring this mixture for 1 hour, 10 cc of water was added.
Was added little by little and the mixture was further stirred for 1 hour. The steps of removing the insoluble matter and the solvent and washing with water were performed in the same manner as in Example 1 to obtain a colorless and transparent oily substance (optical material E).

【0043】次に、フェニルトリクロロシランおよび
2,2,3,3,4,4−ヘキサフルオロペンタンジオ
ールの使用量を変えた以外は上記と同様の手順により、
フェニルシロキサン単位(前記一般式(I)):ヘキサ
フルオロペンタン単位(前記一般式(III ))=70:
30(モル比)の光学材料を製造した(光学材料F)。
Next, the same procedure as above was repeated except that the amounts of phenyltrichlorosilane and 2,2,3,3,4,4-hexafluoropentanediol used were changed.
Phenylsiloxane unit (the general formula (I)): hexafluoropentane unit (the general formula (III)) = 70:
An optical material of 30 (molar ratio) was produced (optical material F).

【0044】上記のようにして得られた光学材料Eをコ
ア、Fをクラッドとする光導波路を実施例1と同様の手
順で製造した。製造過程におけるクラッキングの発生は
全く認められなかった。得られた光導波路について近赤
外領域における導波損失を測定したところ、1.3μm
および1.55μmのいずれの波長においても0.20
dB/cm未満であり、150℃・1000時間、およ
び、75℃・相対湿度90%・1000時間の耐環境試
験後もクラックの発生は認められず損失増加は5%以内
に収まることが確認できた。
An optical waveguide having the optical material E obtained as above as a core and F as a clad was manufactured in the same procedure as in Example 1. No cracking was observed during the manufacturing process. The waveguide loss of the obtained optical waveguide in the near infrared region was measured and found to be 1.3 μm.
And 0.20 at any wavelength of 1.55 μm
It was less than dB / cm, and no cracks were observed even after the environment resistance test at 150 ° C. for 1000 hours and at 75 ° C., 90% relative humidity for 1000 hours, and it was confirmed that the increase in loss was within 5%. It was

【0045】(実施例4)フェニルシロキサン単位[前
記一般式(I)]の原料成分として重水素化フェニルト
リクロロシランを用いる以外は実施例3と同様にして、
光学材料GおよびH(各単位構成は、それぞれ上記光学
材料EおよびFと同じ)を製造した。これらを用いて光
導波路を製造した。導波路製造過程におけるクラッキン
グの発生は全く認められなかった。得られた光導波路に
ついて近赤外領域における導波損失を測定したところ、
1.3μmおよび1.55μmのいずれの波長において
も0.10dB/cm未満であり、150℃・1000
時間、および、75℃・相対湿度90%・1000時間
の耐環境試験後もクラックの発生は認められず損失増加
は5%以内に収まることが確認できた。
(Example 4) The same procedure as in Example 3 was repeated except that deuterated phenyltrichlorosilane was used as a raw material component of the phenylsiloxane unit [the general formula (I)].
Optical materials G and H (each unit structure is the same as the above optical materials E and F, respectively) were manufactured. An optical waveguide was manufactured using these. No cracking was observed in the waveguide manufacturing process. When the waveguide loss in the near infrared region was measured for the obtained optical waveguide,
It is less than 0.10 dB / cm at both wavelengths of 1.3 μm and 1.55 μm, and is 150 ° C./1000.
It was confirmed that cracks were not generated even after the environment resistance test at 75 ° C., 90% relative humidity and 1000 hours, and the increase in loss was within 5%.

【0046】(比較例)フェニルトリクロロシランとジ
メチルジクロロシランを80:20(モル比)および7
5:25の比率でTHFに溶解し、上記実施例1と同様
にして加水分解・溶媒除去・水洗を経て、それぞれ比較
のための光学材料JおよびKを製造した。このようにし
て得られた光学材料Jをコア、Kをクラッドとする光導
波路を実施例1と同様の手順で製造し損失を評価したと
ころ、1.3μmでは0.3dB/cmであったが、
1.55μmにおいては1.8dB/cmという大きな
損失値を示した。
(Comparative example) 80:20 (molar ratio) of phenyltrichlorosilane and dimethyldichlorosilane and 7
Dissolved in THF at a ratio of 5:25, subjected to hydrolysis, solvent removal, and water washing in the same manner as in Example 1 above, to manufacture optical materials J and K for comparison, respectively. An optical waveguide having the thus obtained optical material J as a core and K as a clad was manufactured by the same procedure as in Example 1 and loss was evaluated. At 1.3 μm, it was 0.3 dB / cm. ,
A large loss value of 1.8 dB / cm was exhibited at 1.55 μm.

【0047】[0047]

【発明の効果】以上説明したように本発明の光学材料
は、近赤外領域における透明性が従来に比べて格段に向
上し、良好な耐熱性・耐湿性を併せ持つ。さらに、光導
波路製造の障害となっていたクラック発生も抑えられ
る。したがって、高性能の光導波を高効率で製造するこ
とができ、特に光導波路型部品への適用が有利である。
As described above, the optical material of the present invention has remarkably improved transparency in the near-infrared region as compared with the conventional one, and has excellent heat resistance and moisture resistance. Furthermore, the occurrence of cracks, which has been an obstacle to the manufacture of optical waveguides, can be suppressed. Therefore, a high-performance optical waveguide can be manufactured with high efficiency, and the application to an optical waveguide type component is particularly advantageous.

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

【図1】高分子光導波路の例を示す構成要素図である。FIG. 1 is a component diagram showing an example of a polymer optical waveguide.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 2 下部クラッド 3 コア部 4 上部クラッド 1 substrate 2 Lower cladding 3 core part 4 Upper clad

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平9−176323(JP,A) 特開 平9−40680(JP,A) 特開 平7−258604(JP,A) 特開 平4−145108(JP,A) 特開 平3−43423(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 1/00 - 1/04 C08G 77/00 - 77/62 G02B 6/12 - 6/14 G02B 6/00 386 - 391 REGISTRY(STN) CA(STN)Continuation of the front page (56) Reference JP-A-9-176323 (JP, A) JP-A-9-40680 (JP, A) JP-A-7-258604 (JP, A) JP-A-4-145108 (JP , A) JP-A-3-43423 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) G02B 1/00-1/04 C08G 77/00-77/62 G02B 6/12 -6/14 G02B 6/00 386-391 REGISTRY (STN) CA (STN)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 下記一般式(I)および(II) 【化1】 【化2】 [式中、Z1 、Z2 は同一または異なるフェニル基ある
いは重水素置換フェニル基を表わす]で表わされる繰り
返し単位からなる共重合体を含有することを特徴とする
光学材料。
1. The following general formulas (I) and (II): [Chemical 2] An optical material containing a copolymer comprising a repeating unit represented by the formula: [wherein Z 1 and Z 2 represent the same or different phenyl groups or deuterium-substituted phenyl groups].
【請求項2】 下記一般式(I)および(III ) 【化3】 【化4】 [式中、Z1 はフェニル基あるいは重水素置換フェニル
基、nは正の整数を表わす]で表わされる繰り返し単位
からなる共重合体を含有することを特徴とする光学材
料。
2. The following general formulas (I) and (III): [Chemical 4] An optical material containing a copolymer comprising a repeating unit represented by the formula: wherein Z 1 is a phenyl group or a deuterium-substituted phenyl group, and n is a positive integer.
【請求項3】 高分子材料からなるコア部と、該コア部
を取り囲み該コア部よりも屈折率の低い高分子材料から
なるクラッド部とを具える光導波路であって、該コア部
および該クラッド部が請求項1または2に記載の光学材
料の熱硬化物を含有することを特徴とする光導波路。
3. An optical waveguide comprising: a core portion made of a polymer material; and a clad portion surrounding the core portion and made of a polymer material having a refractive index lower than that of the core portion. An optical waveguide, wherein the clad portion contains the thermosetting material of the optical material according to claim 1.
JP84897A 1997-01-07 1997-01-07 Optical material and optical waveguide using the same Expired - Fee Related JP3449593B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP84897A JP3449593B2 (en) 1997-01-07 1997-01-07 Optical material and optical waveguide using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP84897A JP3449593B2 (en) 1997-01-07 1997-01-07 Optical material and optical waveguide using the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH10197733A JPH10197733A (en) 1998-07-31
JP3449593B2 true JP3449593B2 (en) 2003-09-22

Family

ID=11485072

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP84897A Expired - Fee Related JP3449593B2 (en) 1997-01-07 1997-01-07 Optical material and optical waveguide using the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3449593B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7373060B2 (en) 2005-02-28 2008-05-13 Chisso Corporation Optical waveguide using polymer composed of silsesquioxane derivative
JP5690571B2 (en) * 2010-12-07 2015-03-25 株式会社ダイセル Curable resin composition

Also Published As

Publication number Publication date
JPH10197733A (en) 1998-07-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4205368B2 (en) Curable composition for optical materials
US6832036B2 (en) Siloxane optical waveguides
JP3133039B2 (en) Photosensitive composition for optical waveguide, method for producing the same, and method for forming polymer optical waveguide pattern
CN102713684B (en) Methods for fabricating flexible waveguides using alkyl-functional silsesquioxane resins
US7035518B2 (en) Polymer waveguides and process for producing the same
JP4651935B2 (en) Active energy ray-curable organopolysiloxane resin composition, light transmission member, and method for producing light transmission member
JP2014516101A (en) Epoxy functional radiation curable composition containing epoxy functional siloxane oligomer
JP5027148B2 (en) Silicate condensation product and optical waveguide device using the same
US6800724B2 (en) Materials for optical applications
JP3952149B2 (en) Optical waveguide forming material and optical waveguide manufacturing method
JP3034236B2 (en) Optical communication device
US6965006B2 (en) Metal alkoxide polymers
JP3449593B2 (en) Optical material and optical waveguide using the same
JP2004333883A (en) Method for manufacturing polymer optical waveguide, and polymer optical waveguide
JPH09124793A (en) Polymeric optical material, production thereof, and polymeric optical waveguide
JP4025397B2 (en) Organic / inorganic polymer composite and production method thereof
JP3110814B2 (en) Siloxane polymer and optical material
JPH09324051A (en) Polymeric optical material and optical waveguide made therefrom
JP2000230052A (en) Optical polymeric material and optical waveguide made therefrom
JPH08313742A (en) Resin material for optical transmission line and optical waveguide
JP2006117846A (en) Resin composition for forming pattern and pattern forming process
JP2006119472A (en) Polymeric optical waveguide and manufacturing method therefor
US7274854B2 (en) Polyimide optical waveguides and method for the preparation thereof
JP2003014961A (en) Organic inorganic composite waveguide and method for manufacturing the same
JP3846220B2 (en) Polymer waveguide and manufacturing method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080711

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080711

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090711

Year of fee payment: 6

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees