JP4440479B2 - 温度依存性を制御することを特徴とするプレーナ型高分子材導波路デバイス - Google Patents
温度依存性を制御することを特徴とするプレーナ型高分子材導波路デバイス Download PDFInfo
- Publication number
- JP4440479B2 JP4440479B2 JP2000601476A JP2000601476A JP4440479B2 JP 4440479 B2 JP4440479 B2 JP 4440479B2 JP 2000601476 A JP2000601476 A JP 2000601476A JP 2000601476 A JP2000601476 A JP 2000601476A JP 4440479 B2 JP4440479 B2 JP 4440479B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical signal
- signal device
- waveguide
- refractive index
- layer
- 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
Links
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 title description 9
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 71
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims description 49
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 49
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 32
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 23
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 18
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 11
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 claims description 7
- 239000004925 Acrylic resin Substances 0.000 claims description 2
- 229920000178 Acrylic resin Polymers 0.000 claims description 2
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 claims description 2
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 claims description 2
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 claims description 2
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 claims description 2
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 claims description 2
- 239000005077 polysulfide Substances 0.000 claims description 2
- 229920001021 polysulfide Polymers 0.000 claims description 2
- 150000008117 polysulfides Polymers 0.000 claims description 2
- 239000012792 core layer Substances 0.000 claims 2
- 229960001716 benzalkonium Drugs 0.000 claims 1
- CYDRXTMLKJDRQH-UHFFFAOYSA-N benzododecinium Chemical compound CCCCCCCCCCCC[N+](C)(C)CC1=CC=CC=C1 CYDRXTMLKJDRQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 claims 1
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 claims 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 39
- 238000000034 method Methods 0.000 description 11
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 9
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 7
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 6
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 5
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 5
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 5
- 239000010408 film Substances 0.000 description 5
- JOYRKODLDBILNP-UHFFFAOYSA-N Ethyl urethane Chemical compound CCOC(N)=O JOYRKODLDBILNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000001723 curing Methods 0.000 description 4
- XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N Ethyl acetate Chemical compound CCOC(C)=O XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 3
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 3
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 3
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 3
- ZDQNWDNMNKSMHI-UHFFFAOYSA-N 1-[2-(2-prop-2-enoyloxypropoxy)propoxy]propan-2-yl prop-2-enoate Chemical compound C=CC(=O)OC(C)COC(C)COCC(C)OC(=O)C=C ZDQNWDNMNKSMHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KWVGIHKZDCUPEU-UHFFFAOYSA-N 2,2-dimethoxy-2-phenylacetophenone Chemical compound C=1C=CC=CC=1C(OC)(OC)C(=O)C1=CC=CC=C1 KWVGIHKZDCUPEU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N Tetrahydrofuran Chemical compound C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BGYHLZZASRKEJE-UHFFFAOYSA-N [3-[3-(3,5-ditert-butyl-4-hydroxyphenyl)propanoyloxy]-2,2-bis[3-(3,5-ditert-butyl-4-hydroxyphenyl)propanoyloxymethyl]propyl] 3-(3,5-ditert-butyl-4-hydroxyphenyl)propanoate Chemical compound CC(C)(C)C1=C(O)C(C(C)(C)C)=CC(CCC(=O)OCC(COC(=O)CCC=2C=C(C(O)=C(C=2)C(C)(C)C)C(C)(C)C)(COC(=O)CCC=2C=C(C(O)=C(C=2)C(C)(C)C)C(C)(C)C)COC(=O)CCC=2C=C(C(O)=C(C=2)C(C)(C)C)C(C)(C)C)=C1 BGYHLZZASRKEJE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FHLPGTXWCFQMIU-UHFFFAOYSA-N [4-[2-(4-prop-2-enoyloxyphenyl)propan-2-yl]phenyl] prop-2-enoate Chemical class C=1C=C(OC(=O)C=C)C=CC=1C(C)(C)C1=CC=C(OC(=O)C=C)C=C1 FHLPGTXWCFQMIU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003963 antioxidant agent Substances 0.000 description 2
- 230000003078 antioxidant effect Effects 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 description 2
- 239000004811 fluoropolymer Substances 0.000 description 2
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 2
- 239000003999 initiator Substances 0.000 description 2
- FIHBHSQYSYVZQE-UHFFFAOYSA-N 6-prop-2-enoyloxyhexyl prop-2-enoate Chemical compound C=CC(=O)OCCCCCCOC(=O)C=C FIHBHSQYSYVZQE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYECOJGRJDOGPP-UHFFFAOYSA-N Ethylurea Chemical compound CCNC(N)=O RYECOJGRJDOGPP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N acrylic acid group Chemical group C(C=C)(=O)O NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N argon Substances [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000003618 dip coating Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 description 1
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 238000007542 hardness measurement Methods 0.000 description 1
- 238000013007 heat curing Methods 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N propan-1-ol Chemical compound CCCO BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006903 response to temperature Effects 0.000 description 1
- 238000007761 roller coating Methods 0.000 description 1
- 229930195734 saturated hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N tetrahydrofuran Natural products C=1C=COC=1 YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002803 thermoplastic polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 1
- 150000003673 urethanes Chemical class 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/0147—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on thermo-optic effects
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B6/12007—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind forming wavelength selective elements, e.g. multiplexer, demultiplexer
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
- G02B6/1221—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths made from organic materials
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B2006/12083—Constructional arrangements
- G02B2006/121—Channel; buried or the like
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
- G02B6/2804—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers
- G02B6/2808—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers using a mixing element which evenly distributes an input signal over a number of outputs
- G02B6/2813—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers using a mixing element which evenly distributes an input signal over a number of outputs based on multimode interference effect, i.e. self-imaging
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Description
【０００１】
関連出願の説明
本出願は、１９９９年２月２３日に出願された米国仮特許出願第６０／１２１,２５９号の恩典の優先権を主張する。
【０００２】
発明の属する技術分野
本発明は概ねプレーナ型光導波路デバイスに関し、特に、温度変化に応答してデバイスに引張応力を与えるに十分な熱膨張係数を有する被覆層が少なくとも１層設けられているプレーナ型光導波路デバイスに関する。
【０００３】
発明の背景
高分子材でつくられた光導波路デバイスでは、周囲温度に依存する応答特性に差が生じ得ることが認められている。プレーナ型光導波路デバイスの応答特性の温度に対する変化率を制御できれば有用であろう。これにより、小さな温度変動には実質的に影響されないか、あるいはそのような変化に実質的に影響される、導波路応答が選択され得る(すなわち同調能力が選択され得る)光デバイスが得られるであろう。本明細書で用いられるように、“同調する”とは、光信号デバイスの光フィルタ素子が様々な波長の光の中からあらかじめ選択された波長の光を優先的に反射する能力を有しうることを意味する。
【０００４】
例えば、プレーナ型高分子材光導波路につくられた回折格子は、温度変化にともないかなりのスペクトル応答変化を示し得る。そのような変化が望ましくなければ、動作温度範囲に依存する多重導波路デバイスを作製しなければならない。ある場合には、温度によるスペクトル応答変化がほとんどまたは全くおこらないことが望ましい。例えば、回折格子が特定の周波数をその他の多数の周波数から選択的に分離するように設計されていれば、選択された周波数は使用中におこる一般的な周囲温度変動の全体にわたって変化しないことが望ましい。そのような温度変動は読みの精度に悪影響を与え、これが望ましくなければ極めて精度が高いタイプの温度制御が必要となる。
【０００５】
しかし別の場合には、 スペクトル応答の変化が制御された率でおこる(すなわちデバイスが同調能力を有する)ことが望ましい。例えば、導波路及び回折格子を含む光センサは温度を測定するために用いることができるであろう。センサの感度は、温度に対する波長応答の変化率を制御する(すなわちｄλＢ／ｄＴを制御する)能力に関連するであろう。
【０００６】
光信号デバイスのプレーナ型高分子材回折格子の感度(ｄλＢ／ｄＴ)は、今のところプレーナ型導波路材料固有の特性で決定されている。これらの固有特性には熱膨張係数(ＣＴＥ)及び材料の屈折率の温度変化(ｄｎ／ｄＴ)がある。ＣＴＥ及びｄｎ／ｄＴ特性は温度に対して線形に変化し、 それぞれの値は光導波路デバイスの作製に用いられる材料の組成に依存する。プレーナ型光導波路に所要の光学特性をもつ回折格子を作成するに適切な材料を見いだすことは極めて困難なことであり得る。したがって、材料が正確な感温応答(ｄλＢ／ｄＴ)を有していることが必要であれば、材料選択の問題がさらに一層困難になり得る。したがって、導波路材料の組成を変更する必要なく、ｄλＢ／ｄＴをゼロにするかまたは望ましい範囲に制御できる光信号デバイスを得ることは有益であろう。これにより、単一の導波路デバイスを選択されたｄλＢ／ｄＴ値の範囲内で動作させることが可能になるであろう。
【０００７】
上記のような制御はプレーナ型光方向性結合器用途においても有益であろう。単一モード光方向性結合器は通常、信号を数多くの選択経路に分けるための干渉ビームスプリッタとして用いられる。最も一般的には、単一モード光方向性結合器は、１つの入力が２つの出力の間である特性分割比をもって分割される、入力／出力デバイスである。この分割比は、光路間隔におけるわずかな寸法変化により影響を受ける。光信号デバイスの作動成分(のＣＴＥ及び／またはｄλＢ／ｄＴ)を制御することにより、分割比の感度を制御できるであろう。
【０００８】
さらに、ＣＴＥが制御された作動成分は、多重モード干渉(ＭＭＩ)デバイスの制御にも適用できるであろう。そのようなデバイスはそれぞれの寸法に強く依存し、したがって温度変動に影響される。ＣＴＥが制御された成分を適切に選択すれば、ＭＭＩデバイスの性能の制御にも同様に役立ち得るであろう。
【０００９】
したがって、 感度を制御できる(すなわち周波数応答の温度変化率を制御することが可能な)上記のようなデバイスを提供することは、 光信号デバイスの作成及び使用の技術における重要な進歩となろう。
【００１０】
同調能力を有する光信号デバイスを作成及び使用することは、技術上のさらなる進歩となろう。
【００１１】
発明の概要
本発明は概ね、特に温度変動に対する感度が制御された光信号デバイスに向けられる。本発明の特定の態様においては：
ａ) 感温性があり、内部に複数の導波路層を有する、プレーナ型高分子材光信号デバイス；及び
ｂ) 前記光信号デバイスに組み込まれた、光信号デバイスの温度変化に応じて前記複数の導波路層に引張応力を与えるに十分な約２０から２００ｐｐｍ／Ｋの熱膨張係数を有する、少なくとも１つの材料；
を含む光信号デバイスが提供される。
【００１２】
本発明の特定の態様において、前記材料は少なくとも１つの個別の層として、あるいは少なくとも基板の一部分として、組み込まれる。
【００１３】
発明の詳細な説明
添付図面は本発明の実施形態を示すものであり、本出願の一部をなす特許請求事項に包含される本発明の範囲を制限することを目的とするものではない。
【００１４】
本発明は概ね、光信号デバイス内に応力を生じさせるために、基板の一部として、あるいは光信号デバイスの上位及び／または下位の少なくとも１つの層として、 約２０〜２００ｐｐｍ／Ｋの範囲内の熱膨張係数を有する１つまたは複数の感温性成分を提供することに向けられる。前記成分は一般に高分子材層の形態にあり、温度変化がおこると導波路層に付与される応力を生じさせる範囲の熱膨張係数(ＣＴＥ)を有するように選ばれる。ＣＴＥは一般に、約２０〜２００ｐｐｍ／Ｋの範囲にあり、約１００〜１６０ｐｐｍ／Ｋの範囲にあることが好ましい。本発明にしたがって誘起される印加応力は、デバイスの寸法を変えることができ、及び／または導波路材料の屈折率を変えることができる。所望のＣＴＥ値をもつ高分子材を正しく用いることにより、デバイスの感度を変更して所望の制御可能範囲に入れることができる。
【００１５】
普遍的に用いられるような光信号デバイスの回折格子の形成段階が、図１〜８Ｂを参照して示される。本発明の好ましい実施形態にしたがえば、図１に示されるように、重合性下部クラッド組成物膜１が基板４の表面に塗布される。この膜は、スピンコーティング法、浸漬コーティング法、スロットコーティング法、ローラーコーティング法、ドクターブレード法、流延法等のような、技術上既知の多くの様々な方法で塗布することができる。一般に、重合性下部クラッド組成物は、 少なくとも約０．０１μｍから、好ましくは少なくとも約１μｍから、約１０μｍまたはそれ以上までの厚さに塗布される。
【００１６】
下部クラッド層は屈折率がコアよりも低いどのような材料からも作成することができるが、最も好ましい下部クラッド材料は以下で説明されるようなフルオロポリマー組成物である。そのような低損失クラッド材は、一部には、光信号のごくわずかしかクラッド材を通して伝送されないために好ましい。
【００１７】
重合性下部クラッド組成物は、熱及び／または化学線により硬化し得ることが好ましい。重合性下部クラッド組成物は、化学線による光硬化性であることがより好ましい。図２に示されるように、重合性下部クラッド組成物を少なくともある程度は硬化するに有効な、適切な光源からの、光５で露光すると、下部クラッド層６が基板４上に形成される。光５は、紫外光の、像を形成しない、包括的な照射露光すなわち全面露光であることが好ましい。
【００１８】
光透過領域すなわちコアを形成するため、図３に示されるように、重合性コア組成物２の厚膜または薄膜が下部クラッド層６上に塗布される。一般に、重合性コア組成物は約１μｍから約１ｍｍ、好ましくは約５μｍから約５００μｍの厚さに塗布される。重合性コア組成物は光重合性であること、すなわち化学線露光により硬化可能であることが好ましい。
【００１９】
重合性コア組成物層は、図４に示されるように、重合性コア組成物層の露光がなされない非像形成領域を実質的に硬化させずに重合性コア組成物層の露光がなされる像形成領域を少なくともある程度硬化させるに有効な光５により、適切な形にパターン露光される。硬化光５はコアフォトマスク７を通して照射される化学線であることが好ましく、紫外光であることがさらに好ましい。光透過コアの位置及び寸法は、膜表面上への化学線照射パターンにより決定される。照射パターンは、重合性組成物が所望のパターンで重合し、重合性コア膜の他の領域は実質的に反応しないまま残るように、選ばれることが好ましい。好ましい実施形態におけるように、重合性組成物が光硬化性であれば、感光性重合体を少なくともある程度硬化させるに有効な所要の波長及び強度の化学線で所要の持続時間をかけて重合性コア組成物を露光することにより、感光性重合体を従来通りに作成することができる。
【００２０】
好ましい実施形態の１つにおいて、重合性コア組成物は完全には硬化されず、重合性上部クラッド組成物を塗布する前にはある程度しか重合されない。ある程度重合されるとは、以下でより十分に説明される重合末端基のいくらかが重合後にも存在すること、すなわち重合末端基の一部が飽和炭化水素に転化されていないことを意味する。このことは、重合末端の数の０％より多いが５０％未満が、好ましくは重合末端基の約２０％未満が、重合性上部クラッド組成物を塗布する前に未反応のまま残っていることを意味する。重合性上部クラッド組成物塗布前の重合性コア組成物の不完全重合により、２種の組成物が両者の界面で混ざり合うことができる。このことにより、２つの層の密着性が改善され、コアとクラッド層との界面における散乱が減少することにより光損失も低減される。同じ不完全重合化法は、重合性コア組成物層を塗布する前に重合性下部クラッド組成物層を完全には硬化させないことにより、下部クラッド層／コア界面にも同様に用いることができる。
【００２１】
重合性コア組成物が少なくともある程度重合されて下部クラッド層表面上にあらかじめ定められた重合体パターンが形成された後に、パターンが現像されて非像形成領域が除去され、図５に示されるように、あらかじめ定められたパターンをもつコア８が後に残される。従来の現像法のいずれか、例えば未露光組成物用の溶剤でフラッシングする方法を用いることができる。そのような溶剤は、アセトン、メタノール、プロパノール、テトラヒドロフラン及び酢酸エチルである。
【００２２】
図４及び５は透明な像形成領域を１つ有するフォトマスクを用いるただ１つのコアの形成を示すが、当業者には、多数の透明な像形成領域を有するフォトマスクあるいは多数の像領域の露光を生じさせることができる同様のデバイスを用いて、下部クラッド層上に多数のコアを互いに間隔をおいて同時に形成できることが理解されよう。
【００２３】
上部クラッド層を形成する２通りの方法を次に説明する。いずれの場合にも、図６に示されるように、重合性上部クラッド組成物３の膜は下部クラッド層６及びコア８に重ねて施される。下部クラッド層と同様に、上部クラッド層はコアより屈折率が低いいかなる材料からも作成することができるが、最も好ましい上部クラッド材は以下で説明するようなフルオロポリマー組成物である。そのような低損失クラッド材は、光信号のごく一部がクラッド材を通して伝送されることが幾分かの理由で、好ましい。
【００２４】
重合性上部クラッド組成物は、熱及び／または化学線により硬化し得ることが好ましい。重合性上部クラッド組成物は、化学線により光硬化可能であることがより好ましい。化学線の好ましい形態は紫外光である。
【００２５】
重合性上部クラッド組成物層は、適切な形態の硬化光５により少なくともある程度硬化させられる。図７Ａ及び７Ｂに示される一方法においては、像が形成されある程度硬化した領域及び露光されず硬化していない領域を形成するための像形成クラッドフォトマスク１１を通して化学線が照射される。上部クラッド層９は適当な溶剤による未露光の非硬化領域の除去により現像される。得られるコア８及び上部クラッド層９は、下部クラッド層６及び基板４の面上に伸びるリッジ状構造を形成する。上部クラッド層９はコア８の上面及び側面を覆う。このタイプの上部クラッド層９は、コア８が低内部応力を示すことから有利である。コア８は下部クラッド層６と上部クラッド層９に完全に包まれていることが好ましい。
【００２６】
図８Ａ及び８Ｂに示される別の方法において、重合性上部クラッド組成物層３は、図８Ａに示されるように、重合性上部クラッド組成物を少なくともある程度硬化させるに有効な、適当な形態の硬化光５に単に一括して、全面を、すなわち像を形成せずに露光されて、図８Ｂに示されるように、プレーナ型上部クラッド層１０を形成する。コア８は下部クラッド層６と上部クラッド層１０に完全に包まれていることが好ましい。
【００２７】
本発明にしたがえば、図１〜８Ｂに関連して説明された集成導波路には、温度変化があると導波路に応力を与える、少なくとも１つの付加層が設けられる。
【００２８】
特に図９Ａを参照すれば、図１〜８Ｂに関連して上述したように、基板５８上に上部クラッド層５２，下部クラッド層５４及び上部クラッド層５２と下部クラッド層５４との間のコア領域５６を有する集成導波路５０が示されている。図９Ａの実施形態に示されるように、 熱膨張係数が約２０〜２００ｐｐｍ／Ｋ，好ましくは約１００〜１６０ｐｐｍ／Ｋの材料で作成された(ただ１つの層だけが示されている)少なくとも１つの付加層６０が設けられている。上記材料は、温度の変化に際して、導波路に応力を与えることができる。図９Ｂに示されるような別の実施形態においては、同様に導波路に応力を与えることができる、所望のＣＴＥ特性を有する材料でつくられた少なくとも１つの付加層６２が基板５８にさらに設けられている。本発明のさらに別の実施形態においては、応力誘起材料を基板に組み込むことができる。
【００２９】
付加層６０は、 クラッド高分子材層及びコア高分子材層の弾性率の、約１／２より大きい弾性率を有することが好ましく、１倍より大きい弾性率を有することがより好ましく、２倍より大きい弾性率を有することが最も好ましい。そのような関係は、導波路層５２及び５４の概ねの厚さより大きな層厚の使用と組み合わされて、ＣＴＥの不整合から発生する応力の明らかに大部分が、導波路層５２，５４及び５６内に生じることを保証する。
【００３０】
光信号デバイスが図１〜９Ｂに示される態様でつくられると、光信号デバイスのｄλＢ／ｄＴ値が測定される。付加層６０及び／または６２をさらに設けること、または所望の応力を誘起する材料を基板に与えることができ、 所望のｄλＢ／ｄＴ値が得られるまで、上記のプロセスが繰り返される。
【００３１】
本方法の一例として、 コアとクラッドとの間の屈折率差が０．００５５のＵＶ硬化性材料を用いて回折格子を作成した。下の表１は、相異なるＣＴＥ値をもつ基板を用いて得られたｄλＢ／ｄＴ値を示す。
【００３２】
【表１】
ｄλＢ／ｄＴ対ＣＴＥに関して表１に示される線形関係は、ブラッグ回折格子に対する下式：
【数１】
を参照することで確かめることができる。ここでΛは格子周期、ｎeffは導波路の実効屈折率である。温度に関して微分し、変数は独立であると仮定すれば：
【数２】
が得られる。一次近似として、高分子材導波路の作成に用いられる特定の材料についてはｄｎeff／ｄＴがＣＴＥに関して一定であると仮定することができる。このことは、ｄλＢ／ｄＴがｄΛ／ｄＴに対して線形に変化するべきであることを意味する。高分子材導波路格子周期の温度に対する変化は実効ＣＴＥによるものであるから、第１近似として、ｄλＢ／ｄＴは導波路の実効ＣＴＥに対して線形に変化することがわかる。導波路は厚い基板に結合された薄膜であるから、導波路の実効ＣＴＥは導波路に用いられる高分子材のＣＴＥ及び基板のＣＴＥのいずれにも依存する。
【００３３】
光導波路に応力を与えるために付加層としてあるいは基板の一部として用いるために望ましいＣＴＥ値を有する好ましい高分子材には、ウレタン、エポキシ樹脂、ポリスルフィド、シリコーン、アクリル樹脂、ポリエステル、ポリオレフィン等がある。そのような高分子材は、組成物に広い範囲のＣＴＥ値をもたせることができるという利点を有することから適している。例えば、ダウ・ケミカル(Dow Chemical)社の技術資料「ペレタン(Pellethane)の代表的物理特性」は、 無充填熱可塑性ウレタンについて約８８から１７１ｐｐｍ／℃の範囲のＣＴＥ値を列挙している。ＣＴＥ値は硬度測定値に概ね逆比例して変化することが示されている。適切な充填剤と混合すれば、さらに低いＣＴＥ値も得ることができる。２成分熱硬化ウレタンは、液状被膜として塗布し次いで硬化させることができるから、多くの様々な成形または流延方法を本用途に必要な極めて平坦な基板の作成に用いることができるという利点を有する。
【００３４】
上記の理由から、本発明の一実施形態として、様々な硬度レベルをもつ２成分ウレタンを配合して本方法に用いた。後に続くＵＶ硬化層のこの材料への密着力を高めるため、アクリル官能基が含まれるようにウレタンを特別に配合した。得られたｄλＢ／ｄＴ値を下の表２に示す。
【００３５】
【表２】
ｄλＢ／ｄＴ値は、本質的に温度に依存しないλＢを得るために、ゼロに十分に近くなるように調節することができる。上述の高分子材のいずれを用いても、特定の導波路回折格子のｄλＢ／ｄＴ値を特定の用途に適合するように容易に変えることができる。ｄλＢ／ｄＴ値は一般に−０．１ｎｍ／℃から０．１ｎｍ／℃の範囲にある。目標が温度無依存性を達成すること(すなわち非熱伝導化)である場合には、ｄλＢ／ｄＴ値は±０．０２ｎｍ／℃の範囲にあることが好ましく、±０．０１ｎｍ／℃の範囲にあることがより好ましく、±０．００５ｎｍ／℃の範囲にあることが最も好ましい。
【００３６】
実施例 １
下部クラッド層として、(エトキシル化ジアクリル酸ビスフェノールＡ，２０．０ｇ；ジアクリル酸トリプロピレングリコール，１０．０ｇ；光重合開始剤(Irgacure 651)，０．６ｇ；酸化防止剤(Irganox 1010)，０．０９ｇの混合物による)ネガ型感光性液体モノマーを選択した基板上にスピンコートして１０μｍ厚の層を形成し、次いで水銀ランプ(Ｈｇ−ｉ線，波長＝３６５ｎｍ)の下で一様にＵＶ硬化して屈折率が(完全硬化時に)１．４８９５の固体薄膜を形成した。不完全重合層を得るために露光時間を１秒に制限した。
【００３７】
(エトキシル化ジアクリル酸ビスフェノールＡ，２０．０ｇ； ジアクリル酸トリプロピレングリコール，８．０ｇ；ジアクリル酸１，６-ヘキサンジオール，２．０ｇ；光重合開始剤(Irgacure 651)，０．６ｇ；酸化防止剤(Irganox 1010)，０．０９ｇの混合物による)ネガ型感光性液体モノマーを下部クラッド層上にスピンコートして６μｍ厚の層を形成した。次いでこのサンプルを、導波路回路(直線導波路)が透明な(導波路幅はマスク上５μｍ)マスクとコンタクトさせた。次いで、重合を確実に不完全なものとし、 屈折率が(完全硬化時に)１．４９７０の導波路回路コアを固化するために、上記の層を水銀ランプの下で短時間(３秒)マスクを通して選択的にＵＶ硬化した。
【００３８】
マスクを取り除き、メタノールを用いて現像して未露光部分を除去した。下部クラッド層に用いたものと同じ感光性モノマーをコア構造上にスピンコートして１０μｍ厚の相似層を形成した。次いでこの層を、この段階では重合を確実に不完全なものとするため、短時間(１秒)、全面ＵＶ露光した。導波路部分にかけて回折格子を(動作波長が３６３．８ｎｍのアルゴンイオンレーザを用いて)焼き付けるために位相マスクを用いた。プレーナ型導波路回路をもつ本サンプルを位相マスクから５０μｍ離して位相マスクと平行に保持した。レーザビームをマスク及びサンプルに垂直に向けた。(強度１／ｅ２での)レーザビーム径は３ｍｍであった。レーザを導波路の中心と交差するように５ｍｍスキャンし、３層の不完全硬化導波路層に回折格子を作成した。最後に、サンプルを水銀ランプの下で室温の窒素雰囲気において６０秒の最終ＵＶ硬化を受けさせ、続いて９０℃で１時間の最終熱硬化を受けさせて、３層全てを完全重合させた。サンプルを試験して、表２に示すようなｄλＢ／ｄＴ値を得た。
【００３９】
上記のウレタンサンプルの基板に関しては、下の表３の配合を用い:
【表３】
上記の混合物をポリエチレン成形型に注ぎ入れ、７０℃で一晩かけて硬化させることにより作成した。次いでサンプルを成形型から外して、１ｍｍ厚の基板を得た。上述と同じ態様で上記の基板上に回折格子を形成した。次いでダイシングソーでサンプルを切り取って、ｄλＢ／ｄＴを決定するための測定を行った。
【００４０】
上述の導波路は、以下のようにして光信号デバイスに組み込むことができる。
【００４１】
図１０を参照すれば、基板上に形成されたマッハ−ツェンダーデバイス２０の形態の単チャネル合波／分波光信号デバイスが示されている(基板上の相対位置については図１〜９Ｂを参照されたい)。結合領域でエバネッセント結合がおこる、図１０に示されるデバイス２０は、２つの３ｄＢ結合領域２６，２８において方向性結合器の形態で互いに揃えられる、２つの実質的に同等な導波路２２，２４を有する。結合領域２６と２８との間には回折格子系３２(例えばブラッグ回折格子)を含む格子領域３０がある。
【００４２】
図９Ａ〜９Ｂの実施形態に示されるような、本発明にしたがってつくられた導波路２２及び２４は、格子領域３０ではエバネッセント結合がおこらないように互いに十分な間隔をとって配置される。
【００４３】
多重波長光が入力ポート３４を通ってデバイス２０に入る。回折格子系３２と共鳴しない波長は格子領域３０を通って伝搬し、 さらなる処理(例えばさらなるデマルチブレキシング)のための出力ポート３６に向かう。回折格子系３２と共鳴する、１つのあらかじめ選ばれた波長の光は格子領域３０で反射され、分波ポート３８を通ってデバイス２０から出る。あらかじめ定められた波長の光をポート４０を通してデバイス２０に合波することができる。
【００４４】
本発明の好ましい実施形態は、上の説明及び図面を参照することにより当業者には一層よく理解されるであろう。説明及び図面に示された本発明の好ましい実施形態は、これらが全てであるとするか、あるいは開示された通りの形態だけに本発明が限定されるとするためのものではない。これらは、本発明の原理並びに本発明の適用可能及び実施可能な用法の特徴を述べ、すなわち最善に説明し、よって当業者が本発明を最善に利用できるようにするために選ばれている。
【００４５】
本発明の好ましい実施形態であると考えられる実施形態を説明したが、当業者であれば本発明の精神を逸脱することなく上記の実施形態に他のさらなる改変がなされ得ることを認めるであろうし、本発明の真の範囲内に入るそのような実施形態はその全てに対して権利が請求されることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に使用するための回折格子領域の一形成段階を示す断面図
【図２】 本発明に使用するための回折格子領域の一形成段階を示す断面図
【図３】 本発明に使用するための回折格子領域の一形成段階を示す断面図
【図４】 本発明に使用するための回折格子領域の一形成段階を示す断面図
【図５】 本発明に使用するための回折格子領域の一形成段階を示す断面図
【図６】 本発明に使用するための回折格子領域の一形成段階を示す断面図
【図７】 本発明に使用するための回折格子領域の一形成段階を示す断面図
【図８】 本発明に使用するための回折格子領域の一形成段階を示す断面図
【図９】 本発明に用いられた光信号デバイスに応力を与えるための選択されたＣＴＥをもつ層を有する、図１〜８Ｂで形成されたような回折格子領域を含む本発明の一実施形態の断面図
【図１０】 本発明にしたがう光信号デバイスの一実施形態の略図
【符号の説明】
５０ 導波路
５２ 上部クラッド層
５４ 下部クラッド層
５６ コア領域
５８ 基板
６０ 付加層
関連出願の説明
本出願は、１９９９年２月２３日に出願された米国仮特許出願第６０／１２１,２５９号の恩典の優先権を主張する。
【０００２】
発明の属する技術分野
本発明は概ねプレーナ型光導波路デバイスに関し、特に、温度変化に応答してデバイスに引張応力を与えるに十分な熱膨張係数を有する被覆層が少なくとも１層設けられているプレーナ型光導波路デバイスに関する。
【０００３】
発明の背景
高分子材でつくられた光導波路デバイスでは、周囲温度に依存する応答特性に差が生じ得ることが認められている。プレーナ型光導波路デバイスの応答特性の温度に対する変化率を制御できれば有用であろう。これにより、小さな温度変動には実質的に影響されないか、あるいはそのような変化に実質的に影響される、導波路応答が選択され得る(すなわち同調能力が選択され得る)光デバイスが得られるであろう。本明細書で用いられるように、“同調する”とは、光信号デバイスの光フィルタ素子が様々な波長の光の中からあらかじめ選択された波長の光を優先的に反射する能力を有しうることを意味する。
【０００４】
例えば、プレーナ型高分子材光導波路につくられた回折格子は、温度変化にともないかなりのスペクトル応答変化を示し得る。そのような変化が望ましくなければ、動作温度範囲に依存する多重導波路デバイスを作製しなければならない。ある場合には、温度によるスペクトル応答変化がほとんどまたは全くおこらないことが望ましい。例えば、回折格子が特定の周波数をその他の多数の周波数から選択的に分離するように設計されていれば、選択された周波数は使用中におこる一般的な周囲温度変動の全体にわたって変化しないことが望ましい。そのような温度変動は読みの精度に悪影響を与え、これが望ましくなければ極めて精度が高いタイプの温度制御が必要となる。
【０００５】
しかし別の場合には、 スペクトル応答の変化が制御された率でおこる(すなわちデバイスが同調能力を有する)ことが望ましい。例えば、導波路及び回折格子を含む光センサは温度を測定するために用いることができるであろう。センサの感度は、温度に対する波長応答の変化率を制御する(すなわちｄλＢ／ｄＴを制御する)能力に関連するであろう。
【０００６】
光信号デバイスのプレーナ型高分子材回折格子の感度(ｄλＢ／ｄＴ)は、今のところプレーナ型導波路材料固有の特性で決定されている。これらの固有特性には熱膨張係数(ＣＴＥ)及び材料の屈折率の温度変化(ｄｎ／ｄＴ)がある。ＣＴＥ及びｄｎ／ｄＴ特性は温度に対して線形に変化し、 それぞれの値は光導波路デバイスの作製に用いられる材料の組成に依存する。プレーナ型光導波路に所要の光学特性をもつ回折格子を作成するに適切な材料を見いだすことは極めて困難なことであり得る。したがって、材料が正確な感温応答(ｄλＢ／ｄＴ)を有していることが必要であれば、材料選択の問題がさらに一層困難になり得る。したがって、導波路材料の組成を変更する必要なく、ｄλＢ／ｄＴをゼロにするかまたは望ましい範囲に制御できる光信号デバイスを得ることは有益であろう。これにより、単一の導波路デバイスを選択されたｄλＢ／ｄＴ値の範囲内で動作させることが可能になるであろう。
【０００７】
上記のような制御はプレーナ型光方向性結合器用途においても有益であろう。単一モード光方向性結合器は通常、信号を数多くの選択経路に分けるための干渉ビームスプリッタとして用いられる。最も一般的には、単一モード光方向性結合器は、１つの入力が２つの出力の間である特性分割比をもって分割される、入力／出力デバイスである。この分割比は、光路間隔におけるわずかな寸法変化により影響を受ける。光信号デバイスの作動成分(のＣＴＥ及び／またはｄλＢ／ｄＴ)を制御することにより、分割比の感度を制御できるであろう。
【０００８】
さらに、ＣＴＥが制御された作動成分は、多重モード干渉(ＭＭＩ)デバイスの制御にも適用できるであろう。そのようなデバイスはそれぞれの寸法に強く依存し、したがって温度変動に影響される。ＣＴＥが制御された成分を適切に選択すれば、ＭＭＩデバイスの性能の制御にも同様に役立ち得るであろう。
【０００９】
したがって、 感度を制御できる(すなわち周波数応答の温度変化率を制御することが可能な)上記のようなデバイスを提供することは、 光信号デバイスの作成及び使用の技術における重要な進歩となろう。
【００１０】
同調能力を有する光信号デバイスを作成及び使用することは、技術上のさらなる進歩となろう。
【００１１】
発明の概要
本発明は概ね、特に温度変動に対する感度が制御された光信号デバイスに向けられる。本発明の特定の態様においては：
ａ) 感温性があり、内部に複数の導波路層を有する、プレーナ型高分子材光信号デバイス；及び
ｂ) 前記光信号デバイスに組み込まれた、光信号デバイスの温度変化に応じて前記複数の導波路層に引張応力を与えるに十分な約２０から２００ｐｐｍ／Ｋの熱膨張係数を有する、少なくとも１つの材料；
を含む光信号デバイスが提供される。
【００１２】
本発明の特定の態様において、前記材料は少なくとも１つの個別の層として、あるいは少なくとも基板の一部分として、組み込まれる。
【００１３】
発明の詳細な説明
添付図面は本発明の実施形態を示すものであり、本出願の一部をなす特許請求事項に包含される本発明の範囲を制限することを目的とするものではない。
【００１４】
本発明は概ね、光信号デバイス内に応力を生じさせるために、基板の一部として、あるいは光信号デバイスの上位及び／または下位の少なくとも１つの層として、 約２０〜２００ｐｐｍ／Ｋの範囲内の熱膨張係数を有する１つまたは複数の感温性成分を提供することに向けられる。前記成分は一般に高分子材層の形態にあり、温度変化がおこると導波路層に付与される応力を生じさせる範囲の熱膨張係数(ＣＴＥ)を有するように選ばれる。ＣＴＥは一般に、約２０〜２００ｐｐｍ／Ｋの範囲にあり、約１００〜１６０ｐｐｍ／Ｋの範囲にあることが好ましい。本発明にしたがって誘起される印加応力は、デバイスの寸法を変えることができ、及び／または導波路材料の屈折率を変えることができる。所望のＣＴＥ値をもつ高分子材を正しく用いることにより、デバイスの感度を変更して所望の制御可能範囲に入れることができる。
【００１５】
普遍的に用いられるような光信号デバイスの回折格子の形成段階が、図１〜８Ｂを参照して示される。本発明の好ましい実施形態にしたがえば、図１に示されるように、重合性下部クラッド組成物膜１が基板４の表面に塗布される。この膜は、スピンコーティング法、浸漬コーティング法、スロットコーティング法、ローラーコーティング法、ドクターブレード法、流延法等のような、技術上既知の多くの様々な方法で塗布することができる。一般に、重合性下部クラッド組成物は、 少なくとも約０．０１μｍから、好ましくは少なくとも約１μｍから、約１０μｍまたはそれ以上までの厚さに塗布される。
【００１６】
下部クラッド層は屈折率がコアよりも低いどのような材料からも作成することができるが、最も好ましい下部クラッド材料は以下で説明されるようなフルオロポリマー組成物である。そのような低損失クラッド材は、一部には、光信号のごくわずかしかクラッド材を通して伝送されないために好ましい。
【００１７】
重合性下部クラッド組成物は、熱及び／または化学線により硬化し得ることが好ましい。重合性下部クラッド組成物は、化学線による光硬化性であることがより好ましい。図２に示されるように、重合性下部クラッド組成物を少なくともある程度は硬化するに有効な、適切な光源からの、光５で露光すると、下部クラッド層６が基板４上に形成される。光５は、紫外光の、像を形成しない、包括的な照射露光すなわち全面露光であることが好ましい。
【００１８】
光透過領域すなわちコアを形成するため、図３に示されるように、重合性コア組成物２の厚膜または薄膜が下部クラッド層６上に塗布される。一般に、重合性コア組成物は約１μｍから約１ｍｍ、好ましくは約５μｍから約５００μｍの厚さに塗布される。重合性コア組成物は光重合性であること、すなわち化学線露光により硬化可能であることが好ましい。
【００１９】
重合性コア組成物層は、図４に示されるように、重合性コア組成物層の露光がなされない非像形成領域を実質的に硬化させずに重合性コア組成物層の露光がなされる像形成領域を少なくともある程度硬化させるに有効な光５により、適切な形にパターン露光される。硬化光５はコアフォトマスク７を通して照射される化学線であることが好ましく、紫外光であることがさらに好ましい。光透過コアの位置及び寸法は、膜表面上への化学線照射パターンにより決定される。照射パターンは、重合性組成物が所望のパターンで重合し、重合性コア膜の他の領域は実質的に反応しないまま残るように、選ばれることが好ましい。好ましい実施形態におけるように、重合性組成物が光硬化性であれば、感光性重合体を少なくともある程度硬化させるに有効な所要の波長及び強度の化学線で所要の持続時間をかけて重合性コア組成物を露光することにより、感光性重合体を従来通りに作成することができる。
【００２０】
好ましい実施形態の１つにおいて、重合性コア組成物は完全には硬化されず、重合性上部クラッド組成物を塗布する前にはある程度しか重合されない。ある程度重合されるとは、以下でより十分に説明される重合末端基のいくらかが重合後にも存在すること、すなわち重合末端基の一部が飽和炭化水素に転化されていないことを意味する。このことは、重合末端の数の０％より多いが５０％未満が、好ましくは重合末端基の約２０％未満が、重合性上部クラッド組成物を塗布する前に未反応のまま残っていることを意味する。重合性上部クラッド組成物塗布前の重合性コア組成物の不完全重合により、２種の組成物が両者の界面で混ざり合うことができる。このことにより、２つの層の密着性が改善され、コアとクラッド層との界面における散乱が減少することにより光損失も低減される。同じ不完全重合化法は、重合性コア組成物層を塗布する前に重合性下部クラッド組成物層を完全には硬化させないことにより、下部クラッド層／コア界面にも同様に用いることができる。
【００２１】
重合性コア組成物が少なくともある程度重合されて下部クラッド層表面上にあらかじめ定められた重合体パターンが形成された後に、パターンが現像されて非像形成領域が除去され、図５に示されるように、あらかじめ定められたパターンをもつコア８が後に残される。従来の現像法のいずれか、例えば未露光組成物用の溶剤でフラッシングする方法を用いることができる。そのような溶剤は、アセトン、メタノール、プロパノール、テトラヒドロフラン及び酢酸エチルである。
【００２２】
図４及び５は透明な像形成領域を１つ有するフォトマスクを用いるただ１つのコアの形成を示すが、当業者には、多数の透明な像形成領域を有するフォトマスクあるいは多数の像領域の露光を生じさせることができる同様のデバイスを用いて、下部クラッド層上に多数のコアを互いに間隔をおいて同時に形成できることが理解されよう。
【００２３】
上部クラッド層を形成する２通りの方法を次に説明する。いずれの場合にも、図６に示されるように、重合性上部クラッド組成物３の膜は下部クラッド層６及びコア８に重ねて施される。下部クラッド層と同様に、上部クラッド層はコアより屈折率が低いいかなる材料からも作成することができるが、最も好ましい上部クラッド材は以下で説明するようなフルオロポリマー組成物である。そのような低損失クラッド材は、光信号のごく一部がクラッド材を通して伝送されることが幾分かの理由で、好ましい。
【００２４】
重合性上部クラッド組成物は、熱及び／または化学線により硬化し得ることが好ましい。重合性上部クラッド組成物は、化学線により光硬化可能であることがより好ましい。化学線の好ましい形態は紫外光である。
【００２５】
重合性上部クラッド組成物層は、適切な形態の硬化光５により少なくともある程度硬化させられる。図７Ａ及び７Ｂに示される一方法においては、像が形成されある程度硬化した領域及び露光されず硬化していない領域を形成するための像形成クラッドフォトマスク１１を通して化学線が照射される。上部クラッド層９は適当な溶剤による未露光の非硬化領域の除去により現像される。得られるコア８及び上部クラッド層９は、下部クラッド層６及び基板４の面上に伸びるリッジ状構造を形成する。上部クラッド層９はコア８の上面及び側面を覆う。このタイプの上部クラッド層９は、コア８が低内部応力を示すことから有利である。コア８は下部クラッド層６と上部クラッド層９に完全に包まれていることが好ましい。
【００２６】
図８Ａ及び８Ｂに示される別の方法において、重合性上部クラッド組成物層３は、図８Ａに示されるように、重合性上部クラッド組成物を少なくともある程度硬化させるに有効な、適当な形態の硬化光５に単に一括して、全面を、すなわち像を形成せずに露光されて、図８Ｂに示されるように、プレーナ型上部クラッド層１０を形成する。コア８は下部クラッド層６と上部クラッド層１０に完全に包まれていることが好ましい。
【００２７】
本発明にしたがえば、図１〜８Ｂに関連して説明された集成導波路には、温度変化があると導波路に応力を与える、少なくとも１つの付加層が設けられる。
【００２８】
特に図９Ａを参照すれば、図１〜８Ｂに関連して上述したように、基板５８上に上部クラッド層５２，下部クラッド層５４及び上部クラッド層５２と下部クラッド層５４との間のコア領域５６を有する集成導波路５０が示されている。図９Ａの実施形態に示されるように、 熱膨張係数が約２０〜２００ｐｐｍ／Ｋ，好ましくは約１００〜１６０ｐｐｍ／Ｋの材料で作成された(ただ１つの層だけが示されている)少なくとも１つの付加層６０が設けられている。上記材料は、温度の変化に際して、導波路に応力を与えることができる。図９Ｂに示されるような別の実施形態においては、同様に導波路に応力を与えることができる、所望のＣＴＥ特性を有する材料でつくられた少なくとも１つの付加層６２が基板５８にさらに設けられている。本発明のさらに別の実施形態においては、応力誘起材料を基板に組み込むことができる。
【００２９】
付加層６０は、 クラッド高分子材層及びコア高分子材層の弾性率の、約１／２より大きい弾性率を有することが好ましく、１倍より大きい弾性率を有することがより好ましく、２倍より大きい弾性率を有することが最も好ましい。そのような関係は、導波路層５２及び５４の概ねの厚さより大きな層厚の使用と組み合わされて、ＣＴＥの不整合から発生する応力の明らかに大部分が、導波路層５２，５４及び５６内に生じることを保証する。
【００３０】
光信号デバイスが図１〜９Ｂに示される態様でつくられると、光信号デバイスのｄλＢ／ｄＴ値が測定される。付加層６０及び／または６２をさらに設けること、または所望の応力を誘起する材料を基板に与えることができ、 所望のｄλＢ／ｄＴ値が得られるまで、上記のプロセスが繰り返される。
【００３１】
本方法の一例として、 コアとクラッドとの間の屈折率差が０．００５５のＵＶ硬化性材料を用いて回折格子を作成した。下の表１は、相異なるＣＴＥ値をもつ基板を用いて得られたｄλＢ／ｄＴ値を示す。
【００３２】
【表１】
【数１】
【数２】
【００３３】
光導波路に応力を与えるために付加層としてあるいは基板の一部として用いるために望ましいＣＴＥ値を有する好ましい高分子材には、ウレタン、エポキシ樹脂、ポリスルフィド、シリコーン、アクリル樹脂、ポリエステル、ポリオレフィン等がある。そのような高分子材は、組成物に広い範囲のＣＴＥ値をもたせることができるという利点を有することから適している。例えば、ダウ・ケミカル(Dow Chemical)社の技術資料「ペレタン(Pellethane)の代表的物理特性」は、 無充填熱可塑性ウレタンについて約８８から１７１ｐｐｍ／℃の範囲のＣＴＥ値を列挙している。ＣＴＥ値は硬度測定値に概ね逆比例して変化することが示されている。適切な充填剤と混合すれば、さらに低いＣＴＥ値も得ることができる。２成分熱硬化ウレタンは、液状被膜として塗布し次いで硬化させることができるから、多くの様々な成形または流延方法を本用途に必要な極めて平坦な基板の作成に用いることができるという利点を有する。
【００３４】
上記の理由から、本発明の一実施形態として、様々な硬度レベルをもつ２成分ウレタンを配合して本方法に用いた。後に続くＵＶ硬化層のこの材料への密着力を高めるため、アクリル官能基が含まれるようにウレタンを特別に配合した。得られたｄλＢ／ｄＴ値を下の表２に示す。
【００３５】
【表２】
【００３６】
実施例 １
下部クラッド層として、(エトキシル化ジアクリル酸ビスフェノールＡ，２０．０ｇ；ジアクリル酸トリプロピレングリコール，１０．０ｇ；光重合開始剤(Irgacure 651)，０．６ｇ；酸化防止剤(Irganox 1010)，０．０９ｇの混合物による)ネガ型感光性液体モノマーを選択した基板上にスピンコートして１０μｍ厚の層を形成し、次いで水銀ランプ(Ｈｇ−ｉ線，波長＝３６５ｎｍ)の下で一様にＵＶ硬化して屈折率が(完全硬化時に)１．４８９５の固体薄膜を形成した。不完全重合層を得るために露光時間を１秒に制限した。
【００３７】
(エトキシル化ジアクリル酸ビスフェノールＡ，２０．０ｇ； ジアクリル酸トリプロピレングリコール，８．０ｇ；ジアクリル酸１，６-ヘキサンジオール，２．０ｇ；光重合開始剤(Irgacure 651)，０．６ｇ；酸化防止剤(Irganox 1010)，０．０９ｇの混合物による)ネガ型感光性液体モノマーを下部クラッド層上にスピンコートして６μｍ厚の層を形成した。次いでこのサンプルを、導波路回路(直線導波路)が透明な(導波路幅はマスク上５μｍ)マスクとコンタクトさせた。次いで、重合を確実に不完全なものとし、 屈折率が(完全硬化時に)１．４９７０の導波路回路コアを固化するために、上記の層を水銀ランプの下で短時間(３秒)マスクを通して選択的にＵＶ硬化した。
【００３８】
マスクを取り除き、メタノールを用いて現像して未露光部分を除去した。下部クラッド層に用いたものと同じ感光性モノマーをコア構造上にスピンコートして１０μｍ厚の相似層を形成した。次いでこの層を、この段階では重合を確実に不完全なものとするため、短時間(１秒)、全面ＵＶ露光した。導波路部分にかけて回折格子を(動作波長が３６３．８ｎｍのアルゴンイオンレーザを用いて)焼き付けるために位相マスクを用いた。プレーナ型導波路回路をもつ本サンプルを位相マスクから５０μｍ離して位相マスクと平行に保持した。レーザビームをマスク及びサンプルに垂直に向けた。(強度１／ｅ２での)レーザビーム径は３ｍｍであった。レーザを導波路の中心と交差するように５ｍｍスキャンし、３層の不完全硬化導波路層に回折格子を作成した。最後に、サンプルを水銀ランプの下で室温の窒素雰囲気において６０秒の最終ＵＶ硬化を受けさせ、続いて９０℃で１時間の最終熱硬化を受けさせて、３層全てを完全重合させた。サンプルを試験して、表２に示すようなｄλＢ／ｄＴ値を得た。
【００３９】
上記のウレタンサンプルの基板に関しては、下の表３の配合を用い:
【表３】
【００４０】
上述の導波路は、以下のようにして光信号デバイスに組み込むことができる。
【００４１】
図１０を参照すれば、基板上に形成されたマッハ−ツェンダーデバイス２０の形態の単チャネル合波／分波光信号デバイスが示されている(基板上の相対位置については図１〜９Ｂを参照されたい)。結合領域でエバネッセント結合がおこる、図１０に示されるデバイス２０は、２つの３ｄＢ結合領域２６，２８において方向性結合器の形態で互いに揃えられる、２つの実質的に同等な導波路２２，２４を有する。結合領域２６と２８との間には回折格子系３２(例えばブラッグ回折格子)を含む格子領域３０がある。
【００４２】
図９Ａ〜９Ｂの実施形態に示されるような、本発明にしたがってつくられた導波路２２及び２４は、格子領域３０ではエバネッセント結合がおこらないように互いに十分な間隔をとって配置される。
【００４３】
多重波長光が入力ポート３４を通ってデバイス２０に入る。回折格子系３２と共鳴しない波長は格子領域３０を通って伝搬し、 さらなる処理(例えばさらなるデマルチブレキシング)のための出力ポート３６に向かう。回折格子系３２と共鳴する、１つのあらかじめ選ばれた波長の光は格子領域３０で反射され、分波ポート３８を通ってデバイス２０から出る。あらかじめ定められた波長の光をポート４０を通してデバイス２０に合波することができる。
【００４４】
本発明の好ましい実施形態は、上の説明及び図面を参照することにより当業者には一層よく理解されるであろう。説明及び図面に示された本発明の好ましい実施形態は、これらが全てであるとするか、あるいは開示された通りの形態だけに本発明が限定されるとするためのものではない。これらは、本発明の原理並びに本発明の適用可能及び実施可能な用法の特徴を述べ、すなわち最善に説明し、よって当業者が本発明を最善に利用できるようにするために選ばれている。
【００４５】
本発明の好ましい実施形態であると考えられる実施形態を説明したが、当業者であれば本発明の精神を逸脱することなく上記の実施形態に他のさらなる改変がなされ得ることを認めるであろうし、本発明の真の範囲内に入るそのような実施形態はその全てに対して権利が請求されることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に使用するための回折格子領域の一形成段階を示す断面図
【図２】 本発明に使用するための回折格子領域の一形成段階を示す断面図
【図３】 本発明に使用するための回折格子領域の一形成段階を示す断面図
【図４】 本発明に使用するための回折格子領域の一形成段階を示す断面図
【図５】 本発明に使用するための回折格子領域の一形成段階を示す断面図
【図６】 本発明に使用するための回折格子領域の一形成段階を示す断面図
【図７】 本発明に使用するための回折格子領域の一形成段階を示す断面図
【図８】 本発明に使用するための回折格子領域の一形成段階を示す断面図
【図９】 本発明に用いられた光信号デバイスに応力を与えるための選択されたＣＴＥをもつ層を有する、図１〜８Ｂで形成されたような回折格子領域を含む本発明の一実施形態の断面図
【図１０】 本発明にしたがう光信号デバイスの一実施形態の略図
【符号の説明】
５０ 導波路
５２ 上部クラッド層
５４ 下部クラッド層
５６ コア領域
５８ 基板
６０ 付加層
Claims (4)
- 光信号デバイスであって、当該光信号デバイスが、
ａ)高分子材料で形成された導波路を有してなるプレーナ型光信号デバイスと、
ｂ)前記光信号デバイスに組み込まれた、第１の高分子材料で形成された少なくとも１つの付加層であって、１００から１６０ｐｐｍ／Ｋの熱膨張係数を有し、前記光信号デバイスの温度変化に応じて、前記導波路に応力を与えるように設けられてなるものと、を有してなり、
前記導波路が、第１の屈折率値を有する第２の材料からなる、互いに間隔をおいて配置された一対のクラッド層と、
前記一対のクラッド層の間に配置された、前記第１の屈折率値より大きな第２の屈折率値を有するコア層と、を有してなるものであり、
前記第２の屈折率値と前記第１の屈折率値との差により入力多重波長光が単一モードで前記デバイスを通過できること、及び
前記導波路に前記コア層および前記クラッド層を通して伸びる回折格子領域が設けられていることにより、前記入力多重波長光の内のただ１つの波長の光を前記入力多重波長光から分離させることを
特徴とする光信号デバイス。 - 前記第１の材料が、ポリウレタン、エポキシ樹脂、ポリスルフィド、シリコーン、アクリル樹脂、ポリエステル及びポリオレフィンからなる群から選ばれることを特徴とする請求項１記載の光信号デバイス。
- さらに基板を含み、前記第１の材料が前記基板の少なくとも一部分を形成していることを特徴とする請求項１記載の光信号デバイス。
- 約−０．１から０．１ｎｍ／℃の温度に対する波長応答の変化率ｄλＢ／ｄＴ値を有することを特徴とする請求項１記載の光信号デバイス。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US12125999P | 1999-02-23 | 1999-02-23 | |
| US60/121,259 | 1999-02-23 | ||
| PCT/US2000/004383 WO2000050937A1 (en) | 1999-02-23 | 2000-02-22 | Planar polymeric waveguide devices with temperature dependence control features |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002538487A JP2002538487A (ja) | 2002-11-12 |
| JP4440479B2 true JP4440479B2 (ja) | 2010-03-24 |
Family
ID=22395535
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000601476A Expired - Fee Related JP4440479B2 (ja) | 1999-02-23 | 2000-02-22 | 温度依存性を制御することを特徴とするプレーナ型高分子材導波路デバイス |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP1181589B1 (ja) |
| JP (1) | JP4440479B2 (ja) |
| CN (1) | CN1186651C (ja) |
| AU (1) | AU3601500A (ja) |
| CA (1) | CA2363259A1 (ja) |
| DE (1) | DE60042778D1 (ja) |
| WO (1) | WO2000050937A1 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6757469B2 (en) | 2002-03-18 | 2004-06-29 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Temperature insensitive optical waveguide device |
| JP6909627B2 (ja) * | 2017-04-28 | 2021-07-28 | 新光電気工業株式会社 | 光導波路装置及びその製造方法 |
| CN114153027B (zh) * | 2022-01-24 | 2023-12-19 | 吉林大学 | 一种基于mmi结构的少模波导光功率分配器及其制备方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6457207A (en) * | 1987-08-28 | 1989-03-03 | Hitachi Ltd | Waveguide type optical device |
| US5613995A (en) * | 1993-04-23 | 1997-03-25 | Lucent Technologies Inc. | Method for making planar optical waveguides |
| US5978539A (en) * | 1997-10-03 | 1999-11-02 | Lucent Technologies Inc. | Optical device having a temperature independent spectral response using nonplanar geometric distortion of a substrate |
| JP2000206348A (ja) * | 1999-01-13 | 2000-07-28 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 光導波路回路の光透過波長の補償方法 |
-
2000
- 2000-02-22 CA CA002363259A patent/CA2363259A1/en not_active Abandoned
- 2000-02-22 JP JP2000601476A patent/JP4440479B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2000-02-22 EP EP00914654A patent/EP1181589B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2000-02-22 DE DE60042778T patent/DE60042778D1/de not_active Expired - Lifetime
- 2000-02-22 CN CNB008041792A patent/CN1186651C/zh not_active Expired - Fee Related
- 2000-02-22 AU AU36015/00A patent/AU3601500A/en not_active Abandoned
- 2000-02-22 WO PCT/US2000/004383 patent/WO2000050937A1/en active Application Filing
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP1181589A1 (en) | 2002-02-27 |
| CN1186651C (zh) | 2005-01-26 |
| WO2000050937A1 (en) | 2000-08-31 |
| AU3601500A (en) | 2000-09-14 |
| EP1181589A4 (en) | 2005-11-16 |
| CA2363259A1 (en) | 2000-08-31 |
| JP2002538487A (ja) | 2002-11-12 |
| EP1181589B1 (en) | 2009-08-19 |
| DE60042778D1 (de) | 2009-10-01 |
| WO2000050937A9 (en) | 2001-10-18 |
| CN1341218A (zh) | 2002-03-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Eldada et al. | Advances in polymer integrated optics | |
| Eldada et al. | Integrated multichannel OADMs using polymer Bragg grating MZIs | |
| EP1060425B1 (en) | Wavelength division multiplexer/demultiplexer optical device | |
| US6577787B2 (en) | Tuning of optical waveguide devices containing an organic material | |
| KR100832678B1 (ko) | 최적화된 다중층 광 도파로 시스템 | |
| JP2003515782A (ja) | 光デバイスの光画定 | |
| JPH03209442A (ja) | 光集積回路のためのマルチプレクサーデマルチプレクサおよびその製造方法 | |
| JP2001519045A (ja) | 共形クラッドを有する低応力光導波路および精密光接続部用固定部材 | |
| KR20060060610A (ko) | 필름상 광도파로의 제조 방법 | |
| JP3998921B2 (ja) | マイクロレンズ形成方法 | |
| KR20040043869A (ko) | 고분자 광도파관 그레이팅 제조방법 | |
| Eldada et al. | High-performance polymeric componentry for telecom and datacom applications | |
| KR20010041172A (ko) | 광신호 장치용 회절격자 제조방법 및 그 회절격자를 포함하는 광신호 장치 | |
| JP2005503584A (ja) | プレーナー導波路格子をアポダイズする方法 | |
| JPH1090544A (ja) | 導波路型光学素子の作製法 | |
| JP4440479B2 (ja) | 温度依存性を制御することを特徴とするプレーナ型高分子材導波路デバイス | |
| US11454759B2 (en) | High-throughput manufacturing of photonic integrated circuit (PIC) waveguides using multiple exposures | |
| US6684019B1 (en) | Planar polymeric waveguide devices with temperature dependence control features | |
| JPS60173508A (ja) | 光導波路接続方法 | |
| JP3483188B2 (ja) | 高分子材料の光導波路形成方法 | |
| KR20040104655A (ko) | 실효 굴절율 파장천이된 브래그 회절격자 | |
| Villalaz et al. | Photopolymer-based diffractive and MMI waveguide couplers | |
| Eldada et al. | Thermally tunable polymer Bragg grating OADMs | |
| Norwood et al. | Polymer optical interconnection technology: toward WDM applications | |
| KR101083341B1 (ko) | 고분자기반 평면 광도파로 제작방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20070219 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20090204 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090210 |
|
| A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20090511 |
|
| A602 | Written permission of extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602 Effective date: 20090518 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090810 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090901 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20091110 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20091208 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20100107 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130115 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |