JP3692973B2 - Organic / inorganic composite waveguide and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大気中において簡単な方法で作成することができると共に、極低損失特性を実現することができる有機質・無機質複合導波路及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
ポリマ材料を用いたポリマ導波路の研究開発が活発化している。このポリマ導波路は、低温プロセスで簡単に作成することができるので、ガラス材料を用いたガラス導波路に比して、低コスト化、大型サイズ化の点で優位性が期待できると考えられてきている。すなわち、種々の基板上に、有機溶剤に溶けたポリマ溶液をスピンコーティング法、押出しコーティング法等で塗布し、その後、低温(≦300℃)で加熱してポリマ膜とする。ついでフォトリソグラフィやエッチングプロセスを用いて略矩形状の高屈折率のコア用ポリマパターンを得た後に、そのコアパターンを覆うように低屈折率のポリマ膜を形成する方法である。
【0003】
またポリマ導波路を大気中において簡単な方法で作成する方法として、本発明者は先にフォトブリーチング用ポリマ膜をそれより低屈折率の膜の形成された基板上に成膜し、ついで所望のコアパターンの描かれたフォトマスクを上記フォトブリーチング用ポリマ膜上において紫外線光を照射し、上記紫外線光の照射されたフォトブリーチング用のポリマ膜の屈折率を低下せしめて側面クラッド層とし、紫外線光の照射されなかった領域は屈折率の低下のないコア層となる。そしてその後に上記フォトブリーチング用ポリマ膜を覆うようにし低屈折率のクラッド用ポリマ膜を成膜することによりポリマ導波路を実現する方法である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した従来のポリマ導波路には次のような問題がある。
【0005】
(1) ガラス導波路に比して伝送損失が高すぎて実用化が難しい。
【0006】
(2) ポリマ材料固有の吸収基(CH基)による損失を低減することが難しい。
これを低減しようとして、フッ素化すると、材料自身の耐熱性や取扱性が悪くなると共に、非常に高価なものになってしまう。
【0007】
(3) フォトブリーチングポリマ材料を用いたポリマ導波路は大気中において簡単な方法で作れるという特徴があるが、上記固有吸収による損失を下げることが難しい。
【0008】
(4) ポリマ材料は、ガラス材料に比べて、温度変化による屈折率の安定性が悪く、光回路を構成しても光特性が変化しやすく実用的な問題点がある。
【0009】
そこで、本発明の目的は、前記した従来の問題点を解決し、導波路を簡単に製作できる有機質・無機質複合導波路及びその製造方法を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、ポリシラン化合物からなるポリマ膜の表面或いは内部にパルス幅が1000fs(femto sec ;10-15秒)以下の超短パルスレーザビームを集光して高屈折率に変化させた光伝搬層のパターンを、ポリマ膜表面或いは内部に形成したことを特徴とする有機質・無機質複合導波路である。
【0011】
上記ポリシラン化合物にはシリコーン化合物が所望配合比で添加されていてもよく、Si原子以外に炭化水素基、アルコキシ基、または水素原子と結合しているものを用いてもよい。
【0012】
また、ポリシラン化合物は、その一部または全てが重水素化されているものを用いてもよい。
【0013】
さらに、ポリシラン化合物は、その一部または全部がフッ素化されたものを用いてもよい。
【0014】
上記シリコーン化合物は、架橋性、あるいはアルコキシ基からなるものを用いてもよい。
【0015】
また、シリコーン化合物は、その一部または全部てが重水素化されていてもよい。
【0016】
また、上記シリコーン化合物は、その一部または全てがフッ素化されていてもよい。
【0017】
上記ポリマ膜は所望のパターン形状の描かれたフォトマスクを介して紫外線光が照射されて屈折率の低下した領域と紫外線光が照射されずに屈折率が低下しなかった高屈折率領域のパターンからなり、超短パルスレーザービームは、紫外線が照射されなかった高屈折率領域に集光、照射され、上記ポリマ膜の屈折率よりも高い屈折率に変化された光伝搬層が形成されるようにしてもよい。
【0018】
上記ポリマ膜の表面にポリマ膜の屈折率よりも低い屈折率のクラッド用ポリマ膜が形成されていてもよい。
【0019】
また、ポリマ膜は320〜480℃の範囲で熱処理されていてもよい。
【0020】
また、ポリマ膜の熱処理は超短パルスレーザービームの照射の前か後のどちらかで行われるようにしてもよい。
【0021】
また、ポリマ膜は、基板上に形成されていてもよい。
【0022】
また、ポリマ膜は、複数層積層されていてもよい。
【0023】
本発明は、上記有機質・無機質複合導波路の他に、基板上に有機溶媒に溶かされたポリシラン化合物の溶液を塗布する工程、その後、100〜480℃の温度範囲で熱処理して硬化したポリマ膜を得る工程、該ポリマ膜の表面或いは内部にパルス幅が1000fs以下の超短パルスレーザービームを集光しながら該集光点と上記基板との位置を相対的に変化させて高屈折率に変化した光伝搬層のパターンをポリマ膜の表面或いは内部に形成する工程を有する有機質・無機質複合導波路の製造方法である。
【0024】
上記有機溶媒に溶かされたポリシラン化合物の溶液にシリコーン化合物が所望配合比で添加されていてもよい。
【0025】
上記熱処理工程を100〜250℃のプリベーク温度範囲に狭くし、その変わりに、光伝搬層のパターンを形成する工程の後に、320〜480℃の温度範囲でポストベークする工程を設けてもよい。
【0026】
上記プリベークの工程の他に、所望のパターン形状の描かれたフォトマスクをポリマ膜の上に置いて紫外線光を照射し、その紫外線光照射で屈折率の低下した領域と紫外線光が照射されずに屈折率が低下しなかったパターンを形成する工程を設け、その工程の後に該紫外線光が照射されなかった領域に超短パルスレーザービームを集光、照射しながら該集光点と上記基板との位置を相対的に変化させて高屈折率に変化した光伝搬層のパターンを形成する工程、ポストベークの工程を設けるようにしてもよい。
【0027】
上記ポストベーク工程を超短パルスレーザービーム照射による光伝搬層のパターンを形成する工程の前に設けてもよい。
【0028】
上記光伝搬層の形成されたポリマ膜の表面にそのポリマ膜の屈折率よりも低い屈折率のクラッド用ポリマを形成する工程を設けてもよい。
【0029】
上記クラッド用ポリマ膜形成工程は、紫外線光照射によるポリマ膜の屈折率パターンを形成する工程の後に設けてもよい。
【0030】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【0031】
図1〜図5は、本発明の有機質・無機質複合導波路の製造方法の実施の形態を示したものである。
【0032】
先ず図1の製造方法から説明する。
【0033】
図1に示すように、基板上へ有機溶媒に溶けたポリシラン化合物の溶液を塗布する(工程S1)。
【0034】
ここで、基板としては、ガラス、セラミックス、プラスチックス、半導体、強誘電体結晶の他に、上記材質を組み合わせてできた基板(例えばガラス充填プラスチックス、酸化膜付きSi基板等)等を用いることができる。
【0035】
ポリシラン化合物としては、直鎖型および分岐型ポリシラン化合物を用いることができる。
【0036】
ここで、分岐型と直鎖型とは、ポリシラン中に含まれるSi原子の結合状態によって区別される。
【0037】
分岐型とは、隣接するSi原子と結合している数(結合数)が3又は4であるSi原子を含むポリシラン化合物である。
【0038】
これに対して、直鎖型は、Si原子の隣接するSi原子との結合数は2である。通常、Si原子の原子価は4であるので、ポリシラン中に存在するSi原子の中で結合数が3以下のものは、Si原子以外に、炭化水素、アルコキシ基又は水素原子と結合している。このような炭化水素基としては、炭素数1〜10のハロゲンで置換されていてもよい脂肪族炭化水素基、炭素数6〜14の芳香族炭化水素基が好ましい。
【0039】
脂肪族炭化水素基の具体例として、メチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基、オクチル基、デシル基、トリフルオロプロピル基及びノナフルオロヘキシル基等の鎖状のもの、及びシクロヘキシル基、メチルシクロヘキシル基のような脂環状のもの等が挙げられる。
【0040】
また芳香族炭化水素基の具体例として、フェニル基、p−トリル基、ビフェニル基及びアントラシル基等が挙げられる。
【0041】
アルコキシ基としては、炭素数1〜8のものが挙げられる。具体例としては、メトキシ基、エトキシ基、フェノキシ基、オクチルオキシ基などが挙げられる。合成の容易さを考慮すると、これらの中でメチル基及びフェニル基が特に好ましい。
【0042】
分岐型の場合には、隣接するSi原子は、分岐型ポリシラン中の全体のSi原子数の2%以上であることが好ましい。2%未満のものや直鎖型のポリシランは結晶性が高く、膜中で微結晶が生成しやすいことにより散乱の原因となり、透明性が低下する。ただし本発明の場合には、後述するように上記ポリシラン膜を350〜450℃の高温で熱処理することにより無機化させ、かつ、上記膜表面、或いは内部へ超短パルスレーザービームを照射するので、2%未満のものや直鎖型のポリシランも適用することができる。
【0043】
なお、上記分岐度の上限値は、有機溶媒に溶かして可溶性のポリマ溶液を作る上で制限され、その上限値は50%程度である。
【0044】
本発明に使用されるポリシランはハロゲン化シラン化合物をナトリウムのようなアルカリ金属の存在下、n−デカンやトルエンのような有機溶媒中において80℃以上に加熱することによる重縮合反応によって製造することができる。
【0045】
また、電解重合法や、金属マグネシウムと金属酸化物を用いた方法でも合成可能である。
【0046】
上記分岐型ポリシラン化合物の場合には、オルガノトリハロシラン化合物、テトラハロシラン化合物、及びジオルガノジハロシラン化合物からなり、オルガノトリハロシラン化合物及びテトラハロシラン化合物が全体量の2モル%以上であるハロシラン混合物を加熱して重縮合することにより、目的とする分岐型ポリシラン化合物が得られる。
【0047】
ここで、オルガノトリハロシラン化合物は、隣接するSi原子との結合数が3であるSi原子源となり、一方のテトラハロシラン化合物は、隣接するSi原子との結合数が4であるSi原子源となる。
【0048】
なお、ネットワーク構造の確認は、紫外線吸収スペクトルや珪素の核磁気共鳴スペクトルの測定により確認することができる。
【0049】
ポリシランの原料として用いられるオルガノトリハロシラン化合物、テトラハロシラン化合物、及びジオルガノジハロシラン化合物がそれぞれ有するハロゲン原子は、塩素原子であることが好ましい。
【0050】
オルガノトリハロシラン化合物及びジオルガノジハロシラン化合物が有するハロゲン原子以外の置換基としては、上述の炭化水素基、アルコキシ基又は水素原子が挙げられる。
【0051】
上記ポリシラン化合物は、有機溶媒に可溶であり、塗布により透明な膜が成膜できるものであれば、特に限定されない。
【0052】
このような有機溶媒として好ましいものは、炭素数5〜12の炭化水素系、ハロゲン炭化水素系、エーテル系である。
【0053】
炭化水素系の例としては、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、シクロヘキサン、n−デカン、n−ドデカン、ベンゼン、トルエン、キシレン、メトキシベンゼンなどが挙げられる。
【0054】
ハロゲン炭化水素の例としては、四塩化炭素、クロロホルム、1,2−ジクロロエタン、ジクロロメタン、クロロベンゼン等が挙げられる。
【0055】
エーテル系の例としては、ジエチルエーテル、ジブチルエーテル、テトラハイドロフラン等が挙げられる。
【0056】
上記有機溶媒に溶けたポリシラン化合物の溶液の中にはシリコーン化合物を所望配合比で添加してもよい。すなわち、ポリシラン化合物に対してのシリコーンの配合比は20〜130wt%の範囲が好ましい。
【0057】
シリコーン化合物の添加量が少ないと、ポリマ膜の屈折率は高く、またベーク温度に対する屈折率の変化量も大きい。シリコーン化合物の添加量が多いほど、ポリマ膜の屈折率は低下するが、40〜90wt%の範囲ではベーク温度に対する屈折率変化は小さく、シリコーン化合物の添加量が95wt%よりも多くなると、逆にベーク温度に対する屈折率の変化は大きくなる。
【0058】
またポリマ膜の光透過率はシリコーン化合物の添加量が多いほど良好になる。
【0059】
ここでシリコーン化合物には化1に示すようなものを用いる。
【0060】
【化1】

Figure 0003692973
【0061】
ここで、化1中、R1 からR12は、炭素数1〜10のハロゲン又はグリシジルオキシ基で置換されていてもよい脂肪族炭化水素基、炭素数6〜12の芳香族炭化水素基、炭素数1〜8のアルコキシ基からなる群から選択される基であり、同一でも異なっていてもよい。a,b,c及びdは、0を含む整数であり、a+b+c+d≧1を満たすものである。
【0062】
このシリコーン化合物が有する脂肪族炭化水素基の具体例としては、メチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基、オクチル基、デシル基、トリフルオロプロピル基、グリシジルオキシプロピル基等の鎖状のもの、及びシクロヘキシル基、メチルシクロヘキシル基のような脂環式のものが挙げられる。
【0063】
また芳香族炭化水素基の具体例として、フェニル基、p−トリル基、ビスフェニル基が挙げられる。
【0064】
さらにアルコキシ基の具体例としては、メトキシ基、エトキシ基、フェノキシ基、オクチルオキシ基、ter−ブトキシ基等が挙げられる。
【0065】
上記R1 からR12の種類及びa,b,c,dの値は特に重要ではなく、ポリシラン及び有機溶媒と相溶し、膜が透明なものであれば特に限定されい。
【0066】
相溶性を考慮した場合には、使用するポリシランが有する炭化水素基と同じ基を有していることが好ましい。例えば、ポリシランとして、フェニルメチル系のものを使用する場合には、同じフェニルメチル系又はジフェニル系のシリコーン化合物を使用することが好ましい。
【0067】
またR1 からR12のうち、少なくとも2つが炭素数1〜8のアルコキシ基であるような、1分子中にアルコキシ基を2つ以上有するシリコーン化合物は、架橋剤として利用可能である。そのようなものとしては、アルコキシ基を15〜35重量%含んだメチルフェニルメトキシシリコーンやフェニルメトキシシリコーン等を挙げることができる。分子量としては、10,000以下、好ましくは3,000以下のものが好適である。
【0068】
また上記分岐型ポリシラン化合物の分岐度を2%以上のものを用いることにより、その分岐度が高くなるほど、より光透過率を向上させることができる。それと共に、添加すべきシリコーン化合物の配合比を前述したように最適範囲に選ぶことにより、屈折率の熱安定性を大幅に向上させることができる。
【0069】
またCH基やOH基による光吸収損失を低減するために、ポリシラン化合物やシリコーン化合物に重水素化、あるいは一部または全てがハロゲン化、特にフッ素化したものを用いれば、上記吸収基による光損失を大幅に低減することができる。これにより、波長依存性の極めて少ない低光伝搬損失のポリマ膜を得ることができる。
【0070】
さらに、シリコーン化合物に架橋性、あるいはアルコキシ基からなるものを用いることによってポリシラン化合物の中に均一に添加することができ、しかもトルエンのような有機溶媒中に容易に可溶してナノメータレベルの超微粒子状溶液となり、上記ポリマ溶液を用いることにより、光散乱中心のない均一なポリマ膜を形成することができる。
【0071】
上記図1の塗布工程S1において、塗布方法としては、スピンコーティング法、押出しコーティング法等を用いる。
【0072】
次に、塗布工程S1が終了したならば、基板に塗布した溶液のプリベーク(100〜150℃、20分)、ポストベーク(320〜480℃、30分)する(工程S2)。
【0073】
プリベーク温度としては、有機溶媒を蒸発、気化させる程度の温度、すなわち、100〜150℃の範囲から選ぶのが好ましい。プリベーク時間は10分から40分程度で十分である。
【0074】
ついで、ポストベークを行う。ここで、ポリシラン化合物として、例えば、フェニルメチルポリシランを用いると、通常のポストベーク温度は、側鎖のフェニル基やメチル基が脱離しない温度で、無機化しない温度、300℃以下に選ばれる。
【0075】
しかし本発明では、超低損失化を達成するためと、超短パルスレーザービーム照射を行うために320〜480℃の範囲でポストベークを行い、無機化した膜に変える。480℃を越えると、膜の表面や内部にクラックが発生しやすいので、クラックの発生しない温度、できることならば320〜450℃の範囲で行う。
【0076】
このような温度でポストベークを行うと、後述するように、超低損失な膜を得ることができると共に、緻密化して屈折率も低い値を実現することができる。
【0077】
上記ポストベークの時間は10分以上、1時間以内が好ましい。
【0078】
なお上記プリベークとポストベークはまとめて行い、昇温、保温、降温工程を経るようにして行ってもよい。
【0079】
次に、図1に示すように、上記ポストベーク工程S2を終えた膜の内部に、超短パルスレーザビームを集光、照射しつつ、基板の位置をX方向、Y方向、あるいはX及びY方向に所望速度で移動させて、上記膜の内部に高屈折率に変化した光伝搬層のパターンを形成する(工程S3)。
【0080】
ここで上記膜の高屈折率変化は、多光子吸収に基づく現象によって生ずるものと考えられており、本発明者の実験によれば、上記レーザービームのパワーが高いほど、基板の移動速度が遅いほど、またパルス幅が狭いほど高屈折率化を実現できることがわかった。
【0081】
ただし、図1の工程S2の段階での膜は、通常のガラスと比べれば、よりポーラスで軟化点の低い膜であるので、レーザービームのパワーは高くなくてもよく、またパルス幅も1000fsから数百fsの範囲で十分に高屈折率化を実現することができた。
【0082】
なお工程S3の超短パルスレーザービーム照射による膜の高屈折率化(照射後の屈折率ηa と照射前の屈折率ηb との被屈折率差Δ={(ηa −ηb )/ηa }×100%)は、工程S2の膜のポストベーク温度が低いほど、高Δ化が実現できることがわかった。すなわち、ポストベーク温度が高くなると膜はより無機質化して屈折率が低下し、このような膜にレーザービームを照射すると、照射後の屈折率ηa は、それほど大きくならず、逆にポストベーク温度が低いほど(ただし、膜が無機化する温度範囲で低いほど)、ηa は大きくなり、高Δ化を実現できることがわかった。なお、この工程S2は、レーザービーム照射による熱的効果を利用してもよい。例えば、上記超短パルスレーザービームのパルス幅1000fsよりも広くし、且つレーザービームのスポット径を光伝搬層形成時の径程度か、それより大きくし、また平均パワーも小さくして行い、その後に、工程S3を連続的に行ってもよい。すなわち、膜中へ形成する光伝搬層パターンに沿ってレーザービームによる加熱工程、及びレーザービームによる高屈折率化した光伝搬層の形成である。
【0083】
図2は、本発明の有機質・無機質複合導波路の製造方法の第2の実施の形態を示したものである。
【0084】
本実施の形態で、図1の実施の形態と違う点は、工程S1の後、プリベーク(100〜150℃、20分)のみを行う工程S2Aを行い、次いで、プリベーク膜内部への超短パルスレーザビーム照射による高屈折率の光伝搬層パターンを形成する工程S3を行った後に、ポリシラン膜のポストベーク(320〜480℃、30分)の工程S2Bを行う方法である。
【0085】
この方法の特徴は、プリベーク膜中への超短パルスレーザービームを集光、照射するので、より高Δ化を図ることができる点にある。
【0086】
図3は、本発明の有機質・無機質複合導波路の製造方法の第3の実施の形態を示したものである。
【0087】
本実施の形態では、ポリシラン化合物の溶液塗布の工程S1の後、先ずポリシラン化合物の溶液のプリベーク(150℃、20分)を行った後に、第1のポストベーク(200〜250℃の範囲で30分程度)の工程S2Cを行う。次いで、工程S2Cの後のポストベークを行った膜上に、所望の光伝搬層パターンの描かれたフォトマスクを介して紫外線照射し、上記ポストベーキングを行った膜に上記パターンの屈折率変化パターンを形成するポリシラン膜のパターニングの工程S3Cを行う。すなわち、上記フォトマスクの紫外線透過部を通った紫外線照射により、屈折率は低下する。その屈折率の低下の度合いは紫外線の照射エネルギー(照射パワー、照射時間)による。例えば、上記ポリシラン膜を用いれば0.数%から6%程度の比屈折率差を得ることができる。上記フォトマスクの紫外線非透過部、すなわち、光伝搬層パターン部は、屈折率は変化せず、そのままである。
【0088】
次に上記膜に対して第2のポストベーク(320〜480℃、30分程度)の工程S2Dを行う。
【0089】
そして最後に上記紫外線が照射されなかったパターン部の膜内部に超短パルスレーザービームを集光、照射し、高屈折率に変化した光伝搬層パターンを形成する工程S3Dを行う。
【0090】
この方法によれば、ポリシラン膜のパターニングの工程S3Cの段階で、高Δが得られた段階で、さらにレーザービーム照射で、さらなる高Δ化を実現することができる。また工程S3Cの段階で、光伝搬層となり得るパターンが形成され、光伝搬層パターンを形成する工程S3Dで、上記パターンに沿ってレーザービームを照射するので、高寸法精度の光伝搬層パターンを形成することができる。
【0091】
なお、このレーザービーム照射による光伝搬層の形成は、上記紫外線照射領域の全域か一部の領域でもよい。
【0092】
図4は、本発明の有機質・無機質複合導波路の製造方法の第4の実施の形態を示したものである。
【0093】
本実施の形態は、基本的には図3の第3の実施の形態と工程S1,S2C,S3Cまでは同じである。
【0094】
第3の実施の形態と違う点は、工程S2Dと工程S3Dとを入れ換えた点にある。
【0095】
すなわち、フォトマスクを介した紫外線によるポリシラン膜のパターニングの工程S3Dの後に、第2のポストベーキング工程S2Dを行う。
【0096】
このようにすると、図3の方法よりもさらに高Δ化を実現することができる。
【0097】
その理由は、図3の第3の実施の形態では、ポリシラン膜のパターニングの工程S3Cの段階で、高Δパターンが得られた後に第2のポストベーキング工程S2Dを行うと、上記高Δが少し低下するが、図4の第4の実施の形態では、高Δパターンを得た後に、超短パルスレーザビームを照射して光伝搬層パターンを形成する工程S3Dを行うことで、高Δ化を図れるためである。そして最後に、第2のポストベーキング工程S2Dを行うことにより、紫外線の照射された領域の屈折率が下がるので、結果的にさらに高Δ化を実現することができる。
【0098】
図5は、本発明の有機質・無機質複合導波路の製造方法の第5の実施の形態を示したものである。
【0099】
図5において、工程S1,S2C,S3Cまでは、第3及び第4の実施の形態と同じである。
【0100】
紫外線照射によって光の伝搬する高屈折率のパターン部とその両側面の低屈折率部の上にクラッド用ポリマ溶液を塗布する工程S4を設ける。その後、上記クラッド用ポリマ溶液のプリベーク(100〜150℃の範囲で20分程度)、次いでポストベーク(200〜250℃の範囲で30分)の工程S5を行う。最後に上記紫外線が照射されなかった高屈折率のパターン部の内部へ超短パルスレーザービームを集光して照射し、高屈折率に変化した光伝搬層を形成する工程S3Dを行う。
【0101】
この方法の特徴は、光伝搬層が上部クラッド層で十分に覆われていることである。これにより、さらに低損失の導波路を得ることができる。
【0102】
次に、超低損失導波路を実現する上で重要なポストベーク温度とポリマ膜の伝搬損失との関係について図6により説明する。
【0103】
図6は本発明に用いるポリマ膜の伝搬損失とベーク温度との関係を実験したものである。
【0104】
これは、バイコールガラス基板(厚み0.5mm)上に形成したポリマ膜(膜厚:約9μm)の伝搬損失を波長1300nmと1550nmで測定した結果を示したものである。
【0105】
横軸のベーク温度は、バイコールガラス基板(コーニンググラス社製、厚み0.5mm)上に塗布したポリマ溶液をプリベーク(150℃,20分)した後に行うポストベーク(温度t℃、30分間)の温度tであり、上記温度tを種々変えて作成したポリマ膜の伝搬損失を縦軸に示している。
【0106】
上記ポリマ溶液は、トルエン有機溶媒に、分岐度が20%のポリメチルフェニルシランと、メチルフェニルメトキシリコーンを50%添加したポリマ溶液である。
【0107】
図6からわかるように、ポストベーク温度が高くなるほど、ポリマ膜の伝搬損失を低くすることができる。この結果は本発明者が見いだしたものである。さらに温度を上げれば、低損失化が可能であるが、基板との熱膨張係数の違いにより、ポリマ膜中に歪みが生じてクラックが入り、逆に伝搬損失が増大する。この熱的効果によるダメージを防ぐために超短パルスレーザービーム照射による高屈折率変化による三次元導波路の作成と、熱的ダメージをなくして低損失化を達成するようにしたものである。
【0108】
上記ポストベークを行った膜中への超短パルスレーザービームの集光、照射により、Δが1%以上の高Δ光伝搬層を実現し、また波長1300nm、1550nmにおける伝搬損失として、図6の結果よりもさらに低く、0.01dB/cm以下の超低損失導波路を実現することができることがわかった。
【0109】
なお、上記超短パルスレーザービームとして、波長800nm、パルス幅200〜1000fs、パルス繰り返し数十Hz〜数百KHzのものを用いた。また作成した三次元導波路は上記測定波長においてシングルモード導波路であった。
【0110】
図7は本発明に用いるポリマ膜の屈折率、膜厚のベーキング温度依存性の実験例を示したものである。このポリマ膜は図6で説明したものと同じである。
【0111】
図7に示すように、ポストベーク温度が高くなるほど、ポリマ膜の屈折率及び膜厚は低下する。なお屈折率は波長1300nmで測定した結果である。
【0112】
図7のポリマ膜に超短パルスレーザービームを照射すると、照射された部分の膜の屈折率は0.数%〜1%程度高くなることがわかった。これは多光子吸収現象によるものと考えられる。この屈折率が高くなる現象は、図7のベーク温度を高くすることによって屈折率が低下する現象と相反するものである。
【0113】
次に本発明の三次元導波路の具体例を図8〜図13に示す。
【0114】
先ず図8は、図1で説明した工程(あるいは図2で説明した工程)で作ることができる第1の三次元導波路の断面図を示したものである。
【0115】
基板10には、ガラス、プラスチック、セラミック、半導体、強誘電体、あるいはこれらを組み合わせた材料からなる基板を用いることができる。
【0116】
特に、ポリマ溶液を基板上に塗布し、低温でのプリベーク、ポストベークでポリマ膜12とした後に、超短パルスレーザビーム照射で高屈折率に変化させた光伝搬層13を形成するので、基板10には、プラスチックフィルム、プリント基板等のような低温処理に適した基板を用いることができ、かつ大気中でのポリマ溶液の塗布(スピンコーティング,押し出しコーティング等)で成膜化を行えるので、大面積の基板へ適用できるという特徴がある。
【0117】
次に、図9について説明する。
【0118】
図9(a)は第2の三次元導波路の断面図、図9(b)は、図9(a)のA−A線断面内における屈折率分布、図9(c)は、図9(a)のB−B線断面内における屈折率分布を示したものである。
【0119】
この図9は、図3の第3の実施の形態の工程あるいは図4の第4の実施の形態の工程を用いて作ることができる三次元導波路の断面図を示したもので、基板20上に、前述したポリシラン化合物のフォトブリーチング用ポリマ膜21、22A,22Bが形成されており、左右のポリマ膜22A,22Bは、フォトマスクを介した紫外線照射によって屈折率が低下した領域であり、中央のポリマ膜21は、紫外線が照射されなかった領域であり、この領域内に超短パルスレーザービーム照射によって高屈折率に変化させられた光伝搬層23が形成されている。
【0120】
したがって、光伝搬層23の屈折率は、最も高い値ηa となり、またその層内で、レーザービームのスポット径内パワー分布に相似したような僅かな屈折率分布をもっている。
【0121】
左右のポリシラン膜22A,22Bの領域は、紫外線照射によって、低屈折率ηp (ηp <ηa )になっている。紫外線が照射されなかった中央のポリマ膜21の領域は、屈折率ηb (ηp <ηb <ηa )になっている。
【0122】
図10は、第3の三次元導波路の断面を示したものである。
【0123】
図10は、図9で説明した、ポリマ膜21,22A,22Bの上に上部クラッド層24(屈折率は、ポリマ膜22A,22Bのそれと略等しいかそれよりも低い値)を設けた構造であり、図5の第5の実施の形態の工程によって作られたものである。
【0124】
図11は、第4の三次元導波路の断面を示し、この第4の三次元導波路は、図10の三次元導波路において、基板20とポリマ膜21,22A,22Bの間に低屈折率(屈折率は、ポリマ膜21,22A、上部クラッド層24のそれと等しいかそれよりも低い値)の層25を設けた構造の断面図を示したものである。
【0125】
上記低屈折率の層25及び上部クラッド層24をフォトブリーチング用ポリマ材料、あるいはポリマ材料で形成すると全ての層を塗布工程で形成することができること、及び低温で形成することができるといった利点が得られる。
【0126】
図12は、第5の三次元導波路の断面を示したものである。
【0127】
これは基板20上に低屈折率の層25を形成し、その低屈折率の層25上に、紫外線を照射したポリマ膜22A,22B,22C,22Dと、紫外線が照射されていないパターン部のポリマ膜21A,21B,21Cを交互に形成し、その紫外線が照射されていないポリマ膜21A,21B,21C内に、高屈折率変化した光伝搬層23A,23B,23Cを形成し、さらにポリマ膜21A,21B,21C,22A,22B,22C,22D上に上部クラッド層24を形成すると共にそのクラッド層24上に紫外線をカットするための紫外線カット層26を形成した例である。
【0128】
図13は、第6の三次元導波路の断面を示したものである。
【0129】
これは、高屈折率化した光伝搬層を積層構造にしたものである。
【0130】
すなわち、基板20上に低屈折率の層25を形成し、その低屈折率の層25上ポリマ層22Fを形成し、そのポリマ層22F内に光伝搬層23A,23B,23Cを形成し、上記ポリマ層22Fの上に低屈折率(屈折率はポリマ層22Fのそれよりも低い値)の中間層27を介してポリマ層22Gを設け、このポリマ層22G内に光伝搬層23D,23Eを形成し、さらにそのポリマ層22G上に上部クラッド層24を形成した積層構造導波路である。
【0131】
本発明は上記実施の形態に限定されない。例えば高屈折率化された光伝搬層はポリマ膜の内部以外に、ポリマ膜表面に設けてもよい。そしてその表面に低屈折率のポリマ層を形成してもよい。
【0132】
高屈折率化された光伝搬層のパターンは、直線パターン、曲線パターン、およびこれらを組み合わせたパターンで構成され、光方向性結合回路、光スターカプラ、光リング共振回路、光フィルタ、アレイ格子型グレーティング、Y分岐光回路あるいはこれらを組合せた光回路などを構成するようにしてもよい。
【0133】
ポリマ膜は、ポリシラン化合物、ポリシラン化合物にシリコーン化合物を添加したもの、あるいはポリシラン化合物にシリコーン化合物と光酸発生剤(トリジアン系、過酸化物等)を添加したものを用いてもよい。高屈折率化された光伝搬層は、図13の構造以外に、更に多層状に積層されたポリマ層の中に設けられていてもよい。またその際は、中間層27は必ずしも設けなくてもよい。
【0134】
図14に示したように、基板30上に低屈折率の層35を形成し、その低屈折率の層35上に、第1の光伝搬層パターンが描かれているフォトマスクを介して紫外線照射して高屈折率の第1の光伝搬層32とその側面に低屈折率化された側面クラッド層31A,31Bを形成した後に、上記第1の光伝搬層32に超短パルスレーザビームを集光、照射してさらに高屈折率の光伝搬層33に変え、さらに上部クラッド層34を形成するようにすれば、パターン寸法精度のよい光伝搬層をより高Δで実現することができる。
【0135】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、次のような効果を奏する。
(1)ガラス導波路の損失と同程度かそれよりもさらに低損失を実現することができ、しかも従来のガラス導波路の製造方法に比して圧倒的に簡単で安価な製造方法で作ることができる。すなわち、大気中において、塗布工程と500℃以下の加熱工程、超短パルスレーザービーム照射工程、場合によっては紫外線照射工程の併用で作製することができる。またプラスチックフィルム、プリント基板等の超大型の基板上に形成することができるので高集積化した高機能光回路を構成することができる。さらに低温工程で作れるので、基板の反りを起こすことなく、光学特性の劣化も少ない。
(2)CH基による吸収損失も320〜480℃の温度で無機化することにより、また超短パルスレーザービームを照射することにより、ほとんどなくすことができ、広い波長域にわたって超低損失な三次元型光回路を実現することができる。
(3)温度変化による屈折率の安定性も320〜480℃のポストベーク温度でベーキングしてポリシラン膜(あるいはシリコーンや光酸発生剤を添加したポリシラン膜)を無機化することにより、良好にすることができ、さらに超短パルスレーザービーム照射でさらなる無機化を図り、温度変化に対して屈折率変化が少ない光伝搬層を実現することができる。
(4)三次元導波路をポリマ溶液の塗布からスタートし、それのポリマ膜化および無機化、レーザービーム照射による光伝搬層の形成化等を行い、低コストで超低損失な光回路を実現することができる。
(5)フォトブリーチングポリマ層上に第1の光伝搬層パターンの描かれているフォトマスクを介して紫外線を照射して高屈折率の第1の光伝搬層パターンを形成した後に、その第1の光伝搬層パターンに沿って超短パルスレーザービームを照射することによって、その第1の光伝搬層をさらに高屈折率化すると共に、パターン寸法精度のよい第2の光伝搬層を第1の光伝搬層内に形成することができるので、散乱損失の低い超低損失・超小型・高Δ導波路およびそれを用いた光回路を実現することができる。
(6)基板として、プリント基板やプラスチックフィルム等の耐熱温度の低い基板を用いることができるので、LSIやL,C,R等の電気部品の搭載された基板上に光配線回路、光信号処理を超低損失で実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態を示す図である。
【図2】本発明の第2の実施の形態を示す図である。
【図3】本発明の第3の実施の形態を示す図である。
【図4】本発明の第4の実施の形態を示す図である。
【図5】本発明の第5の実施の形態を示す図である。
【図6】本発明において、ポリマ膜の伝搬損失とベーキング温度の関係を示す図である。
【図7】本発明において、ポリマ膜の屈折率、膜厚のベーク温度依存性を示す図である。
【図8】本発明の方法で作製された第1の三次元導波路の断面図である。
【図9】本発明の方法で作製された第2の三次元導波路の断面とその屈折率を示す図である。
【図10】本発明の方法で作製された第3の三次元導波路の断面図である。
【図11】本発明の方法で作製された第4の三次元導波路の断面図である。
【図12】本発明の方法で作製された第5の三次元導波路の断面図である。
【図13】本発明の方法で作製された第6の三次元導波路の断面図である。
【図14】本発明の方法で作製された第7の三次元導波路の断面図である。
【符号の説明】
10,20,30 基板
12 22 ポリマ膜
21 ポリマ膜
23 光伝搬層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an organic / inorganic composite waveguide that can be produced in the atmosphere by a simple method and that can realize extremely low loss characteristics, and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
Research and development of polymer waveguides using polymer materials has become active. Since this polymer waveguide can be easily produced by a low temperature process, it has been considered that superiority can be expected in terms of cost reduction and large size as compared with a glass waveguide using a glass material. ing. That is, a polymer solution dissolved in an organic solvent is applied onto various substrates by a spin coating method, an extrusion coating method, or the like, and then heated at a low temperature (≦ 300 ° C.) to form a polymer film. Next, after obtaining a substantially rectangular high refractive index core polymer pattern using photolithography or an etching process, a low refractive index polymer film is formed so as to cover the core pattern.
[0003]
As a method for producing a polymer waveguide in a simple manner in the atmosphere, the present inventor first forms a polymer film for photobleaching on a substrate on which a film having a lower refractive index is formed, and then a desired method. The photomask on which the core pattern is drawn is irradiated with ultraviolet light on the photobleaching polymer film, and the refractive index of the photobleaching polymer film irradiated with the ultraviolet light is lowered to form a side cladding layer. The region not irradiated with ultraviolet light becomes a core layer without a decrease in refractive index. Thereafter, a polymer waveguide is realized by forming a low refractive index clad polymer film so as to cover the photobleaching polymer film.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-described conventional polymer waveguide has the following problems.
[0005]
(1) Transmission loss is too high compared to glass waveguide, making it difficult to put it into practical use.
[0006]
(2) It is difficult to reduce the loss due to the absorbing group (CH group) unique to the polymer material.
If it is fluorinated in order to reduce this, the heat resistance and handleability of the material itself deteriorate, and it becomes very expensive.
[0007]
(3) Although polymer waveguides using photobleaching polymer materials are characterized by simple methods in the atmosphere, it is difficult to reduce the loss due to intrinsic absorption.
[0008]
(4) Compared with glass materials, polymer materials have poor refractive index stability due to temperature changes, and optical characteristics are likely to change even when an optical circuit is configured.
[0009]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems and provide an organic / inorganic composite waveguide that can be easily manufactured and a method for manufacturing the same.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides a pulse width of 1000 fs (femto sec; 10 on the surface or inside of a polymer film made of a polysilane compound. -15 The organic-inorganic composite waveguide is characterized in that a light propagation layer pattern obtained by condensing an ultrashort pulse laser beam of less than 2 seconds) and changing it to a high refractive index is formed on the polymer film surface or inside.
[0011]
A silicone compound may be added to the polysilane compound at a desired mixing ratio, and a compound bonded to a hydrocarbon group, an alkoxy group, or a hydrogen atom in addition to the Si atom may be used.
[0012]
In addition, as the polysilane compound, a part or all of which is deuterated may be used.
[0013]
Further, the polysilane compound may be a part or all of which is fluorinated.
[0014]
The silicone compound may be crosslinkable or an alkoxy group.
[0015]
In addition, part or all of the silicone compound may be deuterated.
[0016]
Further, part or all of the silicone compound may be fluorinated.
[0017]
The polymer film has a pattern in a region where the refractive index is lowered by irradiation with ultraviolet light through a photomask having a desired pattern shape and a region in which the refractive index is not lowered without being irradiated with ultraviolet light. The ultrashort pulse laser beam is focused and irradiated on a high refractive index region that has not been irradiated with ultraviolet rays, so that a light propagation layer having a refractive index higher than the refractive index of the polymer film is formed. It may be.
[0018]
A clad polymer film having a refractive index lower than that of the polymer film may be formed on the surface of the polymer film.
[0019]
Moreover, the polymer film may be heat-treated in the range of 320 to 480 ° C.
[0020]
The heat treatment of the polymer film may be performed either before or after irradiation with the ultrashort pulse laser beam.
[0021]
The polymer film may be formed on the substrate.
[0022]
Further, a plurality of polymer films may be laminated.
[0023]
The present invention includes a step of applying a solution of a polysilane compound dissolved in an organic solvent on a substrate in addition to the organic / inorganic composite waveguide, and then a polymer film cured by heat treatment in a temperature range of 100 to 480 ° C. A step of obtaining a high refractive index by relatively changing the position of the condensing point and the substrate while condensing an ultrashort pulse laser beam having a pulse width of 1000 fs or less on the surface or inside of the polymer film. This is a method for producing an organic / inorganic composite waveguide having a step of forming the pattern of the light propagation layer on the surface or inside of the polymer film.
[0024]
A silicone compound may be added to the solution of the polysilane compound dissolved in the organic solvent at a desired compounding ratio.
[0025]
The heat treatment step may be narrowed to a pre-baking temperature range of 100 to 250 ° C., and instead, a step of post-baking in a temperature range of 320 to 480 ° C. may be provided after the step of forming the pattern of the light propagation layer.
[0026]
In addition to the above pre-baking process, a photomask with a desired pattern shape is placed on the polymer film and irradiated with ultraviolet light, and the region where the refractive index is reduced by the ultraviolet light irradiation and the ultraviolet light is not irradiated. A step of forming a pattern in which the refractive index did not decrease, and after the step, the ultra-short pulse laser beam is focused on and irradiated to the region not irradiated with the ultraviolet light, It is also possible to provide a step of forming a pattern of the light propagation layer that has been changed to a high refractive index by relatively changing the position, and a post-baking step.
[0027]
You may provide the said post-baking process before the process of forming the pattern of the light propagation layer by ultrashort pulse laser beam irradiation.
[0028]
A step of forming a cladding polymer having a refractive index lower than the refractive index of the polymer film on the surface of the polymer film on which the light propagation layer is formed may be provided.
[0029]
The clad polymer film forming step may be provided after the step of forming a refractive index pattern of the polymer film by ultraviolet light irradiation.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Preferred embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
[0031]
1 to 5 show an embodiment of a method for producing an organic / inorganic composite waveguide according to the present invention.
[0032]
First, the manufacturing method of FIG. 1 will be described.
[0033]
As shown in FIG. 1, a solution of a polysilane compound dissolved in an organic solvent is applied onto a substrate (step S1).
[0034]
Here, as a substrate, in addition to glass, ceramics, plastics, semiconductor, ferroelectric crystal, a substrate made of a combination of the above materials (for example, glass-filled plastics, Si substrate with oxide film, etc.) is used. Can do.
[0035]
As the polysilane compound, linear and branched polysilane compounds can be used.
[0036]
Here, the branched type and the straight type are distinguished by the bonding state of Si atoms contained in the polysilane.
[0037]
The branched type is a polysilane compound containing Si atoms having 3 or 4 bonds to adjacent Si atoms (number of bonds).
[0038]
On the other hand, in the linear type, the number of bonds between Si atoms adjacent to Si atoms is two. Usually, since the valence of Si atoms is 4, those having 3 or less bonds among Si atoms present in polysilane are bonded to hydrocarbons, alkoxy groups or hydrogen atoms in addition to Si atoms. . As such a hydrocarbon group, an aliphatic hydrocarbon group which may be substituted with a halogen having 1 to 10 carbon atoms and an aromatic hydrocarbon group having 6 to 14 carbon atoms are preferable.
[0039]
Specific examples of the aliphatic hydrocarbon group include a chain group such as a methyl group, a propyl group, a butyl group, a hexyl group, an octyl group, a decyl group, a trifluoropropyl group, and a nonafluorohexyl group, a cyclohexyl group, and a methylcyclohexyl group. Examples include alicyclic groups such as groups.
[0040]
Specific examples of the aromatic hydrocarbon group include a phenyl group, a p-tolyl group, a biphenyl group, and an anthracyl group.
[0041]
Examples of the alkoxy group include those having 1 to 8 carbon atoms. Specific examples include a methoxy group, an ethoxy group, a phenoxy group, and an octyloxy group. Among these, a methyl group and a phenyl group are particularly preferable in view of ease of synthesis.
[0042]
In the case of the branched type, the adjacent Si atoms are preferably 2% or more of the total number of Si atoms in the branched polysilane. Less than 2% or linear polysilane has high crystallinity, and microcrystals are easily generated in the film, which causes scattering and lowers transparency. However, in the case of the present invention, as described later, the polysilane film is mineralized by heat treatment at a high temperature of 350 to 450 ° C., and the film surface or the inside is irradiated with an ultrashort pulse laser beam. Less than 2% or linear polysilane can also be applied.
[0043]
The upper limit of the degree of branching is limited in making a soluble polymer solution by dissolving in an organic solvent, and the upper limit is about 50%.
[0044]
The polysilane used in the present invention is produced by a polycondensation reaction by heating a halogenated silane compound to 80 ° C. or higher in an organic solvent such as n-decane or toluene in the presence of an alkali metal such as sodium. Can do.
[0045]
It can also be synthesized by an electrolytic polymerization method or a method using metal magnesium and a metal oxide.
[0046]
In the case of the branched polysilane compound, the halosilane is composed of an organotrihalosilane compound, a tetrahalosilane compound, and a diorganodihalosilane compound, and the organotrihalosilane compound and the tetrahalosilane compound are 2 mol% or more of the total amount. The target branched polysilane compound is obtained by polycondensation by heating the mixture.
[0047]
Here, the organotrihalosilane compound is a Si atom source having a bond number of 3 with an adjacent Si atom, and one tetrahalosilane compound is an Si atom source having a bond number of 4 with an adjacent Si atom. Become.
[0048]
The network structure can be confirmed by measuring an ultraviolet absorption spectrum or a silicon nuclear magnetic resonance spectrum.
[0049]
It is preferable that the halogen atom which each of the organotrihalosilane compound, the tetrahalosilane compound, and the diorganodihalosilane compound used as the raw material for polysilane has is a chlorine atom.
[0050]
Examples of the substituent other than the halogen atom that the organotrihalosilane compound and the diorganodihalosilane compound have include the above-described hydrocarbon group, alkoxy group, or hydrogen atom.
[0051]
The polysilane compound is not particularly limited as long as it is soluble in an organic solvent and can form a transparent film by coating.
[0052]
Preferable examples of such organic solvents are C5-12 hydrocarbons, halogen hydrocarbons, and ethers.
[0053]
Examples of hydrocarbons include pentane, hexane, heptane, cyclohexane, n-decane, n-dodecane, benzene, toluene, xylene, methoxybenzene, and the like.
[0054]
Examples of the halogen hydrocarbon include carbon tetrachloride, chloroform, 1,2-dichloroethane, dichloromethane, chlorobenzene and the like.
[0055]
Examples of ethers include diethyl ether, dibutyl ether, tetrahydrofuran and the like.
[0056]
A silicone compound may be added in a desired mixing ratio in the solution of the polysilane compound dissolved in the organic solvent. That is, the blending ratio of silicone to polysilane compound is preferably in the range of 20 to 130 wt%.
[0057]
When the amount of silicone compound added is small, the refractive index of the polymer film is high, and the amount of change in the refractive index with respect to the baking temperature is large. The greater the amount of silicone compound added, the lower the refractive index of the polymer film. However, in the range of 40 to 90 wt%, the refractive index change with respect to the baking temperature is small. The change of the refractive index with respect to the baking temperature becomes large.
[0058]
The light transmittance of the polymer film becomes better as the amount of the silicone compound added increases.
[0059]
Here, the silicone compound shown in Chemical Formula 1 is used.
[0060]
[Chemical 1]
Figure 0003692973
[0061]
Here, in Chemical Formula 1, R 1 To R 12 Is an aliphatic hydrocarbon group optionally substituted with a halogen having 1 to 10 carbon atoms or a glycidyloxy group, an aromatic hydrocarbon group having 6 to 12 carbon atoms, or an alkoxy group having 1 to 8 carbon atoms. The groups selected may be the same or different. a, b, c, and d are integers including 0 and satisfy a + b + c + d ≧ 1.
[0062]
Specific examples of the aliphatic hydrocarbon group possessed by the silicone compound include chain groups such as methyl group, propyl group, butyl group, hexyl group, octyl group, decyl group, trifluoropropyl group, glycidyloxypropyl group, And an alicyclic group such as a cyclohexyl group and a methylcyclohexyl group.
[0063]
Specific examples of the aromatic hydrocarbon group include a phenyl group, a p-tolyl group, and a bisphenyl group.
[0064]
Furthermore, specific examples of the alkoxy group include methoxy group, ethoxy group, phenoxy group, octyloxy group, ter-butoxy group and the like.
[0065]
R above 1 To R 12 And the values of a, b, c and d are not particularly important as long as they are compatible with polysilane and an organic solvent and the film is transparent.
[0066]
In consideration of compatibility, it is preferable that the polysilane used has the same group as the hydrocarbon group. For example, when a phenylmethyl type polysilane is used, it is preferable to use the same phenylmethyl type or diphenyl type silicone compound.
[0067]
Also R 1 To R 12 Among them, a silicone compound having two or more alkoxy groups in one molecule such that at least two are alkoxy groups having 1 to 8 carbon atoms can be used as a crosslinking agent. Examples thereof include methylphenylmethoxysilicone and phenylmethoxysilicone containing 15 to 35% by weight of alkoxy groups. The molecular weight is 10,000 or less, preferably 3,000 or less.
[0068]
Further, by using the branched polysilane compound having a branching degree of 2% or more, the light transmittance can be further improved as the branching degree becomes higher. At the same time, the thermal stability of the refractive index can be greatly improved by selecting the compounding ratio of the silicone compound to be added within the optimum range as described above.
[0069]
In order to reduce light absorption loss due to CH group or OH group, if polysilane compound or silicone compound is deuterated or partially or completely halogenated, especially fluorinated, light loss due to the above absorbing group Can be greatly reduced. Thereby, it is possible to obtain a polymer film having a low light propagation loss and extremely low wavelength dependency.
[0070]
Furthermore, by using a silicone compound having a crosslinkable or alkoxy group, it can be uniformly added to the polysilane compound, and it can be easily dissolved in an organic solvent such as toluene and can be nanometer level. By forming a fine particle solution and using the polymer solution, a uniform polymer film having no light scattering center can be formed.
[0071]
In the coating step S1 in FIG. 1, a spin coating method, an extrusion coating method, or the like is used as a coating method.
[0072]
Next, when the coating step S1 is completed, the solution applied to the substrate is pre-baked (100 to 150 ° C., 20 minutes) and post-baked (320 to 480 ° C., 30 minutes) (step S2).
[0073]
The pre-baking temperature is preferably selected from a temperature at which the organic solvent is evaporated and vaporized, that is, a range of 100 to 150 ° C. A pre-bake time of about 10 to 40 minutes is sufficient.
[0074]
Next, post bake is performed. Here, when, for example, phenylmethylpolysilane is used as the polysilane compound, the normal post-bake temperature is selected at a temperature at which the phenyl group and methyl group in the side chain are not eliminated and at a temperature at which the inorganic group is not mineralized, 300 ° C. or less.
[0075]
However, in the present invention, in order to achieve ultra-low loss and to perform ultrashort pulse laser beam irradiation, post-baking is performed in the range of 320 to 480 ° C. to change to an inorganic film. If the temperature exceeds 480 ° C., cracks are likely to occur on the surface and inside of the film, and therefore, the crack is not generated, preferably in the range of 320 to 450 ° C.
[0076]
When post-baking is performed at such a temperature, an ultra-low-loss film can be obtained as described later, and a fine refractive index and a low refractive index can be realized.
[0077]
The post-baking time is preferably 10 minutes or more and 1 hour or less.
[0078]
The pre-bake and post-bake may be performed together, and may be performed through a temperature raising process, a temperature holding process, and a temperature lowering process.
[0079]
Next, as shown in FIG. 1, the position of the substrate is set in the X direction, Y direction, or X and Y while condensing and irradiating an ultrashort pulse laser beam inside the film after the post-baking step S2. The pattern of the light propagation layer changed to a high refractive index is formed inside the film by moving it in the direction at a desired speed (step S3).
[0080]
Here, it is considered that the high refractive index change of the film is caused by a phenomenon based on multiphoton absorption. According to the experiment of the present inventors, the higher the power of the laser beam, the slower the moving speed of the substrate. Further, it was found that a higher refractive index can be realized as the pulse width is narrower.
[0081]
However, since the film at the step S2 in FIG. 1 is a film that is more porous and has a lower softening point than ordinary glass, the power of the laser beam does not have to be high, and the pulse width is from 1000 fs. A sufficiently high refractive index could be realized in the range of several hundred fs.
[0082]
Note that the refractive index of the film is increased by irradiation with the ultrashort pulse laser beam in step S3 (refractive index η after irradiation). a And refractive index η before irradiation b Difference in refractive index Δ = {(η a −η b ) / Η a } × 100%), it was found that a higher Δ can be realized as the post-baking temperature of the film in step S2 is lower. That is, when the post-bake temperature is increased, the film becomes more inorganic and the refractive index decreases, and when such a film is irradiated with a laser beam, the refractive index η after irradiation a Is not so large, and conversely, the lower the post-bake temperature (however, the lower the temperature range at which the film becomes mineral), a It became clear that a high Δ could be realized. In addition, this process S2 may utilize the thermal effect by laser beam irradiation. For example, the pulse width of the ultrashort pulse laser beam is made wider than 1000 fs, the spot diameter of the laser beam is made about the same as or larger than the diameter at the time of forming the light propagation layer, and the average power is made small. Step S3 may be performed continuously. That is, a heating process using a laser beam along a light propagation layer pattern formed in the film, and formation of a light propagation layer having a high refractive index using a laser beam.
[0083]
FIG. 2 shows a second embodiment of the method for producing an organic / inorganic composite waveguide of the present invention.
[0084]
In the present embodiment, the difference from the embodiment of FIG. 1 is that after step S1, only step S2A is performed in which only pre-baking (100 to 150 ° C., 20 minutes) is performed, and then an ultrashort pulse into the pre-baked film is formed. This is a method of performing step S2B of post-baking (320 to 480 ° C., 30 minutes) of the polysilane film after performing step S3 of forming a high refractive index light propagation layer pattern by laser beam irradiation.
[0085]
The feature of this method is that the ultrashort pulse laser beam is condensed and irradiated into the pre-baked film, so that a higher Δ can be achieved.
[0086]
FIG. 3 shows a third embodiment of the method for producing an organic / inorganic composite waveguide of the present invention.
[0087]
In the present embodiment, after the polysilane compound solution coating step S1, first the polysilane compound solution is pre-baked (150 ° C., 20 minutes), and then the first post-bake (in the range of 200 to 250 ° C. is performed). Step S2C). Next, the post-baked film after step S2C is irradiated with ultraviolet rays through a photomask on which a desired light propagation layer pattern is drawn, and the refractive index change pattern of the pattern is applied to the post-baked film. Step S3C of patterning the polysilane film to form the film is performed. That is, the refractive index is lowered by the ultraviolet irradiation through the ultraviolet transmitting portion of the photomask. The degree of decrease in the refractive index depends on the irradiation energy (irradiation power and irradiation time) of ultraviolet rays. For example, when the above polysilane film is used, it is 0. A relative refractive index difference of about several to 6% can be obtained. The ultraviolet light non-transmissive portion of the photomask, that is, the light propagation layer pattern portion is not changed in refractive index.
[0088]
Next, a second post-bake (320 to 480 ° C., about 30 minutes) step S2D is performed on the film.
[0089]
Finally, a step S3D is performed in which the ultrashort pulse laser beam is focused and irradiated inside the film of the pattern portion that has not been irradiated with the ultraviolet rays, thereby forming a light propagation layer pattern having a high refractive index.
[0090]
According to this method, when the high Δ is obtained in the step S3C of patterning the polysilane film, further high Δ can be realized by laser beam irradiation. In step S3C, a pattern that can become a light propagation layer is formed. In step S3D of forming the light propagation layer pattern, a laser beam is irradiated along the pattern, so that a light propagation layer pattern with high dimensional accuracy is formed. can do.
[0091]
The formation of the light propagation layer by this laser beam irradiation may be in the whole or a part of the ultraviolet irradiation region.
[0092]
FIG. 4 shows a fourth embodiment of the method for producing an organic / inorganic composite waveguide of the present invention.
[0093]
This embodiment is basically the same as the third embodiment of FIG. 3 up to steps S1, S2C, and S3C.
[0094]
The difference from the third embodiment is that step S2D and step S3D are interchanged.
[0095]
That is, the second post-baking step S2D is performed after the step S3D of patterning the polysilane film with ultraviolet rays through a photomask.
[0096]
In this way, a higher Δ can be realized than the method of FIG.
[0097]
The reason for this is that in the third embodiment of FIG. 3, when the second post-baking step S2D is performed after the high Δ pattern is obtained at the stage of the patterning step S3C of the polysilane film, the high Δ is slightly increased. In the fourth embodiment shown in FIG. 4, after obtaining a high Δ pattern, the step of S3D for forming a light propagation layer pattern by irradiating an ultrashort pulse laser beam is performed to increase the Δ. It is because it can plan. Finally, by performing the second post-baking step S2D, the refractive index of the region irradiated with ultraviolet rays is lowered, and as a result, higher Δ can be realized.
[0098]
FIG. 5 shows a fifth embodiment of the method for producing an organic / inorganic composite waveguide of the present invention.
[0099]
In FIG. 5, steps S1, S2C, and S3C are the same as those in the third and fourth embodiments.
[0100]
A step S4 of applying a polymer solution for cladding is provided on the high refractive index pattern portion through which light propagates by ultraviolet irradiation and the low refractive index portions on both side surfaces thereof. Thereafter, step S5 of pre-baking the clad polymer solution (in the range of 100 to 150 ° C. for about 20 minutes) and then post-baking (in the range of 200 to 250 ° C. for 30 minutes) is performed. Finally, step S3D is performed in which an ultrashort pulse laser beam is condensed and irradiated inside the high refractive index pattern portion that has not been irradiated with the ultraviolet rays, thereby forming a light propagation layer that has changed to a high refractive index.
[0101]
The feature of this method is that the light propagation layer is sufficiently covered with the upper cladding layer. Thereby, a further low-loss waveguide can be obtained.
[0102]
Next, the relationship between the post bake temperature and the propagation loss of the polymer film, which are important in realizing an ultra-low loss waveguide, will be described with reference to FIG.
[0103]
FIG. 6 shows the relationship between the propagation loss of the polymer film used in the present invention and the baking temperature.
[0104]
This shows the result of measuring the propagation loss of a polymer film (film thickness: about 9 μm) formed on a Vycor glass substrate (thickness 0.5 mm) at wavelengths of 1300 nm and 1550 nm.
[0105]
The baking temperature on the horizontal axis is that of post-baking (temperature t ° C., 30 minutes) performed after pre-baking (150 ° C., 20 minutes) the polymer solution applied on the Vycor glass substrate (Corning Glass, thickness 0.5 mm). The vertical axis represents the propagation loss of a polymer film prepared at various temperatures t.
[0106]
The polymer solution is a polymer solution obtained by adding 50% of polymethylphenylsilane having a degree of branching of 20% and methylphenylmethoxy ricone to a toluene organic solvent.
[0107]
As can be seen from FIG. 6, the higher the post-bake temperature, the lower the propagation loss of the polymer film. This result has been found by the present inventors. If the temperature is further increased, loss can be reduced, but due to the difference in thermal expansion coefficient from the substrate, distortion occurs in the polymer film and cracks occur, and conversely, propagation loss increases. In order to prevent damage due to the thermal effect, a three-dimensional waveguide is created by a high refractive index change by irradiation with an ultrashort pulse laser beam, and thermal loss is eliminated to achieve low loss.
[0108]
By condensing and irradiating the ultrashort pulse laser beam into the post-baked film, a high Δ light propagation layer with Δ of 1% or more is realized, and the propagation loss at wavelengths of 1300 nm and 1550 nm is shown in FIG. It has been found that an ultra-low loss waveguide of 0.01 dB / cm or less can be realized even lower than the results.
[0109]
The ultrashort pulse laser beam having a wavelength of 800 nm, a pulse width of 200 to 1000 fs, and a pulse repetition of several tens to several hundreds KHz was used. The created three-dimensional waveguide was a single mode waveguide at the measurement wavelength.
[0110]
FIG. 7 shows an experimental example of the dependency of the refractive index and film thickness on the baking temperature of the polymer film used in the present invention. This polymer film is the same as that described in FIG.
[0111]
As shown in FIG. 7, the higher the post-bake temperature, the lower the refractive index and film thickness of the polymer film. The refractive index is a result measured at a wavelength of 1300 nm.
[0112]
When the polymer film of FIG. 7 is irradiated with an ultrashort pulse laser beam, the refractive index of the irradiated film is 0. It turned out to be about several percent to 1% higher. This is thought to be due to the multiphoton absorption phenomenon. This phenomenon in which the refractive index is increased is contrary to the phenomenon in which the refractive index is decreased by increasing the baking temperature in FIG.
[0113]
Next, specific examples of the three-dimensional waveguide of the present invention are shown in FIGS.
[0114]
First, FIG. 8 shows a cross-sectional view of a first three-dimensional waveguide that can be formed by the process described in FIG. 1 (or the process described in FIG. 2).
[0115]
As the substrate 10, a substrate made of glass, plastic, ceramic, semiconductor, ferroelectric, or a combination of these can be used.
[0116]
In particular, since the polymer solution is applied on the substrate and the polymer film 12 is formed by pre-baking and post-baking at a low temperature, the light propagation layer 13 that is changed to a high refractive index by the ultrashort pulse laser beam irradiation is formed. 10 can be a substrate suitable for low temperature processing such as a plastic film, a printed circuit board, etc., and can be formed into a film by applying a polymer solution (spin coating, extrusion coating, etc.) in the atmosphere. It is characterized by being applicable to a large area substrate.
[0117]
Next, FIG. 9 will be described.
[0118]
9A is a cross-sectional view of the second three-dimensional waveguide, FIG. 9B is a refractive index distribution in the cross section along line AA of FIG. 9A, and FIG. 9C is FIG. The refractive index distribution in the BB line cross section of (a) is shown.
[0119]
FIG. 9 shows a cross-sectional view of a three-dimensional waveguide that can be formed using the process of the third embodiment of FIG. 3 or the process of the fourth embodiment of FIG. On the top, polymer films 21, 22A, and 22B for photobleaching of the polysilane compound described above are formed, and the left and right polymer films 22A and 22B are regions in which the refractive index is lowered by ultraviolet irradiation through a photomask. The central polymer film 21 is a region not irradiated with ultraviolet rays, and a light propagation layer 23 that is changed to a high refractive index by irradiation with an ultrashort pulse laser beam is formed in this region.
[0120]
Therefore, the refractive index of the light propagation layer 23 has the highest value η a In the layer, it has a slight refractive index distribution similar to the power distribution within the spot diameter of the laser beam.
[0121]
The regions of the left and right polysilane films 22A and 22B are irradiated with ultraviolet rays so that the low refractive index η ppa )It has become. The region of the central polymer film 21 that has not been irradiated with ultraviolet rays has a refractive index η bpba )It has become.
[0122]
FIG. 10 shows a cross section of the third three-dimensional waveguide.
[0123]
FIG. 10 shows a structure in which the upper clad layer 24 (the refractive index is approximately equal to or lower than that of the polymer films 22A and 22B) is provided on the polymer films 21, 22A and 22B described in FIG. Yes, and produced by the process of the fifth embodiment of FIG.
[0124]
FIG. 11 shows a cross section of the fourth three-dimensional waveguide. This fourth three-dimensional waveguide has a low refractive index between the substrate 20 and the polymer films 21, 22A, 22B in the three-dimensional waveguide of FIG. A sectional view of a structure in which a layer 25 having a refractive index (a refractive index is equal to or lower than that of the polymer films 21 and 22A and the upper cladding layer 24) is shown.
[0125]
When the low refractive index layer 25 and the upper clad layer 24 are formed of a photobleaching polymer material or a polymer material, all the layers can be formed by a coating process and can be formed at a low temperature. can get.
[0126]
FIG. 12 shows a cross section of the fifth three-dimensional waveguide.
[0127]
This is because a low refractive index layer 25 is formed on the substrate 20, and polymer films 22A, 22B, 22C, and 22D irradiated with ultraviolet rays are formed on the low refractive index layer 25, and a pattern portion not irradiated with ultraviolet rays. Polymer films 21A, 21B, and 21C are alternately formed, and light propagation layers 23A, 23B, and 23C having a high refractive index are formed in the polymer films 21A, 21B, and 21C that are not irradiated with the ultraviolet rays, and the polymer film is further formed. In this example, an upper clad layer 24 is formed on 21A, 21B, 21C, 22A, 22B, 22C, and 22D, and an ultraviolet cut layer 26 for cutting ultraviolet rays is formed on the clad layer 24.
[0128]
FIG. 13 shows a cross section of the sixth three-dimensional waveguide.
[0129]
This is a layered structure of a light propagation layer having a high refractive index.
[0130]
That is, a low refractive index layer 25 is formed on the substrate 20, a polymer layer 22F is formed on the low refractive index layer 25, and light propagation layers 23A, 23B, and 23C are formed in the polymer layer 22F. A polymer layer 22G is provided on the polymer layer 22F via an intermediate layer 27 having a low refractive index (the refractive index is lower than that of the polymer layer 22F), and light propagation layers 23D and 23E are formed in the polymer layer 22G. Furthermore, a laminated structure waveguide in which an upper clad layer 24 is formed on the polymer layer 22G.
[0131]
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, the light propagation layer having a high refractive index may be provided on the surface of the polymer film in addition to the inside of the polymer film. A low refractive index polymer layer may be formed on the surface.
[0132]
The pattern of the light propagation layer with a high refractive index is composed of a linear pattern, a curved pattern, and a combination of these patterns. Optical directional coupling circuit, optical star coupler, optical ring resonance circuit, optical filter, array lattice type A grating, a Y-branch optical circuit, or an optical circuit combining these may be configured.
[0133]
The polymer film may be a polysilane compound, a polysilane compound added with a silicone compound, or a polysilane compound added with a silicone compound and a photoacid generator (tridian, peroxide, etc.). In addition to the structure shown in FIG. 13, the light propagation layer having a higher refractive index may be provided in a polymer layer that is further laminated in multiple layers. In that case, the intermediate layer 27 is not necessarily provided.
[0134]
As shown in FIG. 14, a low-refractive index layer 35 is formed on a substrate 30, and ultraviolet light is passed through the photomask on which the first light propagation layer pattern is drawn on the low-refractive index layer 35. After irradiation, the first light propagation layer 32 having a high refractive index and the side cladding layers 31A and 31B having a reduced refractive index are formed on the side surfaces thereof, and then an ultrashort pulse laser beam is applied to the first light propagation layer 32. By condensing and irradiating the light to change to the light propagation layer 33 having a higher refractive index and further forming the upper clad layer 34, a light propagation layer having a high pattern dimensional accuracy can be realized with a higher Δ.
[0135]
【The invention's effect】
In short, the present invention has the following effects.
(1) A loss comparable to or lower than that of a glass waveguide can be realized, and is manufactured by a manufacturing method that is overwhelmingly simple and inexpensive as compared with a conventional glass waveguide manufacturing method. Can do. That is, in the atmosphere, it can be produced by a combination of a coating process, a heating process at 500 ° C. or lower, an ultrashort pulse laser beam irradiation process, and in some cases, an ultraviolet irradiation process. Further, since it can be formed on a very large substrate such as a plastic film or a printed circuit board, a highly integrated high-performance optical circuit can be configured. Furthermore, since it can be produced in a low temperature process, there is little deterioration in optical characteristics without causing warpage of the substrate.
(2) Absorption loss due to CH groups can be almost eliminated by mineralizing at a temperature of 320 to 480 ° C., and by irradiating with an ultrashort pulse laser beam. Type optical circuit can be realized.
(3) Stability of refractive index due to temperature change is also improved by making the polysilane film (or polysilane film added with silicone or photoacid generator) inorganic by baking at a post-bake temperature of 320 to 480 ° C. In addition, further inorganicization can be achieved by irradiation with an ultrashort pulse laser beam, and a light propagation layer with little change in refractive index with respect to temperature change can be realized.
(4) Start the 3D waveguide from the application of polymer solution, make it a polymer film, make it inorganic, and form a light propagation layer by laser beam irradiation, etc. to realize an optical circuit with low cost and ultra-low loss can do.
(5) After forming a first light propagation layer pattern having a high refractive index by irradiating ultraviolet rays on the photobleaching polymer layer through a photomask on which the first light propagation layer pattern is drawn, By irradiating an ultrashort pulse laser beam along one light propagation layer pattern, the refractive index of the first light propagation layer is further increased, and a second light propagation layer with good pattern dimensional accuracy is provided as the first light propagation layer. Therefore, it is possible to realize an ultra-low loss / ultra-compact / high Δ waveguide with low scattering loss and an optical circuit using the same.
(6) Since a substrate having a low heat-resistant temperature such as a printed circuit board or a plastic film can be used as the substrate, an optical wiring circuit and an optical signal processing are provided on a substrate on which an electrical component such as LSI, L, C, or R is mounted. Can be realized with ultra-low loss.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the propagation loss of a polymer film and the baking temperature in the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing the dependency of the refractive index and film thickness of a polymer film on the baking temperature in the present invention.
FIG. 8 is a cross-sectional view of a first three-dimensional waveguide manufactured by the method of the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing a cross section of a second three-dimensional waveguide manufactured by the method of the present invention and its refractive index.
FIG. 10 is a cross-sectional view of a third three-dimensional waveguide manufactured by the method of the present invention.
FIG. 11 is a cross-sectional view of a fourth three-dimensional waveguide manufactured by the method of the present invention.
FIG. 12 is a cross-sectional view of a fifth three-dimensional waveguide manufactured by the method of the present invention.
FIG. 13 is a cross-sectional view of a sixth three-dimensional waveguide manufactured by the method of the present invention.
FIG. 14 is a cross-sectional view of a seventh three-dimensional waveguide manufactured by the method of the present invention.
[Explanation of symbols]
10, 20, 30 substrate
12 22 polymer membrane
21 Polymer membrane
23 Light propagation layer

Claims (19)

ポリシラン化合物からなるポリマ膜の表面或いは内部にパルス幅が1000fs以下の超短パルスレーザビームを集光して高屈折率に変化させた光伝搬層のパターンを、ポリマ膜表面或いは内部に形成したことを特徴とする有機質・無機質複合導波路。A light propagation layer pattern in which an ultrashort pulse laser beam with a pulse width of 1000 fs or less is condensed and changed to a high refractive index is formed on the surface or inside of the polymer film made of a polysilane compound. Organic / inorganic composite waveguide characterized by ポリシラン化合物にはシリコーン化合物が所望配合比で添加されている請求項1記載の有機質・無機質複合導波路。2. The organic / inorganic composite waveguide according to claim 1, wherein a silicone compound is added to the polysilane compound at a desired compounding ratio. ポリシラン化合物は、Si原子以外に炭化水素基、アルコキシ基、または水素原子と結合しているものを用いた請求項1または2記載の有機質・無機質複合導波路。3. The organic / inorganic composite waveguide according to claim 1, wherein the polysilane compound is bonded to a hydrocarbon group, an alkoxy group, or a hydrogen atom in addition to the Si atom. ポリシラン化合物は、その一部または全てが重水素化されているものを用いた請求項1〜3いずれかに記載の有機質・無機質複合導波路。The organic-inorganic composite waveguide according to any one of claims 1 to 3, wherein a part of or all of the polysilane compound is deuterated. ポリシラン化合物は、その一部または全部がフッ素化されたものを用いた請求項1〜3いずれかに記載の有機質・無機質複合導波路。The organic-inorganic composite waveguide according to any one of claims 1 to 3, wherein a part or all of the polysilane compound is fluorinated. シリコーン化合物は、架橋性、あるいはアルコキシ基からなるものを用いた請求項2に記載の有機質・無機質複合導波路。The organic / inorganic composite waveguide according to claim 2, wherein the silicone compound is made of a crosslinkable or alkoxy group. シリコーン化合物は、その一部または全てが重水素化されたものを用いた請求項2記載の有機質・無機質複合導波路。3. The organic / inorganic composite waveguide according to claim 2, wherein a part or all of the silicone compound is deuterated. シリコーン化合物は、その一部または全てがフッ素化されたものを用いた請求項2に記載の有機質・無機質複合導波路。3. The organic / inorganic composite waveguide according to claim 2, wherein a part or all of the silicone compound is fluorinated. ポリマ膜は所望のパターン形状の描かれたフォトマスクを介して紫外線光が照射されて屈折率の低下した領域と紫外線光が照射されずに屈折率が低下しなかった高屈折率領域のパターンからなり、超短パルスレーザービームは、紫外線が照射されなかった高屈折率領域に集光、照射され、上記ポリマ膜の屈折率よりも高い屈折率に変化された光伝搬層が形成された請求項1〜8いずれかに記載の有機質・無機質複合導波路。The polymer film consists of a pattern in which a refractive index is lowered by irradiation with ultraviolet light through a photomask having a desired pattern shape and a pattern in a high refractive index area in which the refractive index is not lowered without being irradiated with ultraviolet light. The ultrashort pulse laser beam is condensed and irradiated on a high refractive index region not irradiated with ultraviolet rays, and a light propagation layer having a refractive index higher than the refractive index of the polymer film is formed. The organic-inorganic composite waveguide according to any one of 1 to 8. ポリマ膜の表面にポリマ膜の屈折率よりも低い屈折率のクラッド用ポリマ膜が形成されている請求項1〜9いずれかに記載の有機質・無機質複合導波路。The organic / inorganic composite waveguide according to any one of claims 1 to 9, wherein a polymer film for cladding having a refractive index lower than that of the polymer film is formed on a surface of the polymer film. ポリマ膜は320〜480℃の範囲で熱処理されている請求項1〜10いずれかに記載の有機質・無機質複合導波路。The organic / inorganic composite waveguide according to any one of claims 1 to 10, wherein the polymer film is heat-treated in a range of 320 to 480 ° C. ポリマ膜の熱処理は超短パルスレーザービームの照射の前か後のどちらかで行われる請求項11に記載の有機質・無機質複合導波路。The organic / inorganic composite waveguide according to claim 11, wherein the heat treatment of the polymer film is performed either before or after the irradiation with the ultrashort pulse laser beam. ポリマ膜は、基板上に形成されている請求項1〜12いずれかに記載の有機質・無機質複合導波路。The organic / inorganic composite waveguide according to claim 1, wherein the polymer film is formed on a substrate. ポリマ膜は、複数層積層されている請求項1〜13いずれかに記載の有機質・無機質複合導波路。The organic / inorganic composite waveguide according to claim 1, wherein the polymer film is laminated in a plurality of layers. 基板上に有機溶媒に溶かされたポリシラン化合物の溶液を塗布する工程、その後、100〜480℃の温度範囲で熱処理して硬化したポリマ膜を得る工程、該ポリマ膜の表面或いは内部にパルス幅が1000fs以下の超短パルスレーザービームを集光、照射しながら該集光点と上記基板との位置を相対的に変化させて高屈折率に変化した光伝搬層のパターンをポリマ膜の表面或いは内部に形成する工程を有する有機質・無機質複合導波路の製造方法。A step of applying a solution of a polysilane compound dissolved in an organic solvent on a substrate, a step of obtaining a cured polymer film by heat treatment in a temperature range of 100 to 480 ° C., and a pulse width on the surface or inside of the polymer film While condensing and irradiating an ultra-short pulse laser beam of 1000 fs or less, the pattern of the light propagation layer changed to a high refractive index by relatively changing the position of the condensing point and the substrate is formed on the surface or inside of the polymer film. A method for producing an organic / inorganic composite waveguide having a step of forming a substrate. 有機溶媒に溶かされたポリシラン化合物の溶液にシリコーン化合物が所望配合比で添加されている請求項15記載の有機質・無機質複合導波路の製造方法。16. The method for producing an organic / inorganic composite waveguide according to claim 15, wherein a silicone compound is added to a solution of a polysilane compound dissolved in an organic solvent at a desired compounding ratio. 熱処理工程を100〜250℃のプリベーク温度範囲に狭くし、その変わりに、光伝搬層のパターンを形成する工程の後に、320〜480℃の温度範囲でポストベークする工程を設けた請求項15記載の有機質・無機質複合導波路の製造方法。16. The heat treatment step is narrowed to a pre-baking temperature range of 100 to 250 ° C., and instead, a step of post-baking at a temperature range of 320 to 480 ° C. is provided after the step of forming the pattern of the light propagation layer. Manufacturing method of organic / inorganic composite waveguide. プリベークの工程の他に、所望のパターン形状の描かれたフォトマスクをポリマ膜の上に置いて紫外線光を照射し、その紫外線光照射で屈折率の低下した領域と紫外線光が照射されずに屈折率が低下しなかったパターンを形成する工程を設け、その工程の後に該紫外線光が照射されなかった領域に超短パルスレーザービームを集光、照射しながら該集光点と上記基板との位置を相対的に変化させて高屈折率に変化した光伝搬層のパターンを形成する工程、ポストベークの工程を設けるようにした請求項17記載の有機質・無機質複合導波路の製造方法。In addition to the pre-baking process, place a photomask with a desired pattern shape on the polymer film and irradiate it with ultraviolet light. A step of forming a pattern in which the refractive index did not decrease is provided, and after that step, an ultrashort pulse laser beam is condensed and irradiated on a region not irradiated with the ultraviolet light, while the condensing point and the substrate are 18. The method for producing an organic / inorganic composite waveguide according to claim 17, further comprising a step of forming a pattern of the light propagation layer whose position is relatively changed to change to a high refractive index and a step of post-baking. ポストベーク工程を超短パルスレーザービーム照射による光伝搬層のパターンを形成する工程の前に設けた請求項18記載の有機質・無機質複合導波路の製造方法。19. The method for producing an organic / inorganic composite waveguide according to claim 18, wherein the post-baking step is provided before the step of forming the pattern of the light propagation layer by the ultrashort pulse laser beam irradiation.
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